CN103537168B - 一种降低变压吸附塔解吸时塔内压力的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低变压吸附塔解吸时塔内压力的工艺,所述工艺中,待解吸的吸附塔,首先与解吸气缓冲罐进行压力平衡;再将吸附塔中剩余的解吸气向大气或指定区域排放;最后,将解吸气缓冲罐中的气体通过文丘里引射器向大气或指定区域排放,同时利用文丘里原理对吸附塔中的残余气体进行抽吸,进一步降低吸附塔内的压力。该工艺简单实用,不采用真空泵等电动设备,利用变压吸附逆放气的高压段气体通过文丘里引射器抽取吸附塔内的低压气体从而降低吸附塔内压力,同时降低冲洗气的用量,提高目标气体的收率。

Description

一种降低变压吸附塔解吸时塔内压力的工艺
技术领域
本发明涉及气体提纯领域,特别涉及到变压吸附工艺中吸附剂再生工艺。
背景技术
通常变压吸附中吸附塔内吸附剂的再生主要采用变温、冲洗、真空及几种方式的组合体实现。吸附剂的再生过程中,吸附塔内压力越低,吸附塔内非目标气体解吸越彻底,采用的冲洗气越少。目前广泛使用的是真空设备来降低吸附塔内的压力,提高吸附塔内非目标气体的解吸率,减少冲洗气的用量,从而提高目标气体的收率。真空设备属于电动设备,需要消耗电能,并且真空设备对整个变压吸附有一定的安全隐患特别对氢气提纯工艺。
     在含氢气体的变压吸附工艺中,再生过程中产生的解吸气含有部分氢气及其它可燃性物质。为实现能量的回收利用,解吸气用来燃烧或催化燃烧反应为系统提供能量。在变压吸附工段中需加1至2个解吸气缓冲罐来稳定燃烧器前的原料气压力及流量,缓冲罐的压力在20-40KPa(表压)。如果吸附塔直接向缓冲罐内排放解吸气体,吸附塔内最低压力将是20-40KPa(表压),吸附塔内较高的压力需要采用冲洗气的用量增加,从而降低了氢气的收率。
发明内容
本发明针对变压吸附中吸附剂再生过程中吸附塔内压力较高的情况提出了一种在吸附剂再生过程中降低吸附塔内压力的工艺流程。该工艺简单实用,不采用真泵空等电动设备,利用变压吸附逆放气的高压段气体通过文丘里引射器抽取吸附塔内的低压气体从而降低吸附塔内压力,同时降低冲洗气的用量,提高目标气体的收率。
本发明是通过以下技术方案来实现的:
一种降低变压吸附塔解吸时塔内压力的工艺,其特征在于,主要通过以下几个步骤来实现:
A、在变压吸附工艺中的吸附剂再生解吸过程中,设置解吸气缓冲罐,将吸附塔解吸气排放到解吸气缓冲罐。
B、待解吸气缓冲罐内压力与吸附塔内压力达到平衡后,将吸附塔中剩余的解吸气向大气或指定区域排放,进一步降低吸附塔压力。
C、待排放步骤达到压力平衡后,使解吸气缓冲罐内气体通过文丘里引射器向大气或指定区域排放,同时利用文丘里原理对吸附塔中的残余气体进行抽吸,进一步降低吸附塔内的压力。通过文丘里引射器的抽吸作用可使吸附塔内的气体压力达到0 MPa(表压)左右,解吸效果明显。
作为可选方式,上述步骤B和C中所述向大气或指定区域排放的解吸气,可以作为废气直接排放,也可以进行回收利用,例如将所述气体进行燃烧提供热源,或对所述气体进行分离提纯。
作为可选方式,步骤A中吸附塔采用逆着吸附方向降压(从塔顶向塔底方向降压,称为逆放),将气体排放到解吸气缓冲罐,使吸附塔与解吸气缓冲罐进行压力平衡。采用该方向更利于解吸的彻底进行。
作为可选方式,在进行步骤B的同时还可以采用来自其他吸附塔的顺放气作为冲洗气对待降压的吸附塔按塔顶至塔底方向进行冲洗。所述顺放气是指来自其他吸附塔的顺着其自身吸附方向的降压排放的气体(从其他吸附塔塔底向塔顶方向降压排放),其组份基本为氢气。采用少量的顺放气进行冲洗,可以进一步提高吸附塔的解吸效果。
作为可选方式,所述的压力平衡是指吸附塔内的压力与逆放对象的压力相接近,压差小于20 KPa。允许合适的压差可以在不同吸附塔工作的时间差范围内完成解吸过程,并保证解吸效果,从而确保变压吸附系统的不间断运行。
作为可选方式,在所述步骤B和C中,分别将来自吸附塔和文丘里引射器的气体先排放到释放缓冲罐中进行缓冲后再向大气或指定区域排放。通过设置释放气缓冲罐,能够控制气体排放的速率,也有利于对解吸气尾气加以回收利用,作为燃料气来为其他工艺步骤提供热源,减少废气排放造成的空气污染,同时还有利于保证燃料气的压力稳定。
本发明还提供了一种用于上述降低变压吸附塔解吸时塔内压力的工艺的降压设备,包括吸附塔1、解吸气缓冲罐2、文丘里引射器3,所述解吸气缓冲罐2的出气口通过管道和第一阀门5与文丘里引射器3的进气口相连,所述文丘里引射器3的出气口与排放管道相连,所述解吸气缓冲罐2的进气口通过管道和第二阀门6与变压吸附系统的吸附塔相连,所述文丘里引射器3的侧口通过管道和第三阀门7与变压吸附系统的吸附塔1相连。所述第一阀门5用于调节进入文丘里引射器3的高压气体流量,控制文丘里引射器3引射流量。
作为可选方式,所述设备中还包括释放气缓冲罐4,所述释放气缓冲罐4的进气口与所述所述文丘里引射器3的出气口相连。
作为可选方式,所述解吸气缓冲罐2的个数为1个或2个。设置多个解吸气缓冲罐有利于保证气体压力的稳定,和文丘里引射器的高效运行。
作为可选方式,所述变压吸附系统中的多个吸附塔1以并联的方式分别与解吸气缓冲罐2和文丘里引射器3相连,吸附塔1上下端均设置有阀门,以保证同一时间最多只有一个吸附塔1与解吸气缓冲罐2或文丘里引射器3相连相通。通过并联方式可以实现减压系统与不同吸附塔1之间的切换,利用不同吸附塔工作状态的时间差,依次完成不同吸附塔的解吸过程,确保变压吸附过程的不间断运行。
所述吸附塔1与其他完成吸附的吸附塔通过阀门相连,以便用来自其他吸附塔的顺放气冲洗吸附塔1。如此设置可以采用少量顺放气对吸附塔进行冲洗,进一步提高解吸效果。
本发明中所述阀门可为手动也可为自动。所述阀门可以是程控阀或调节阀,其中第一阀门5优选调节阀,这样可以更准确的控制文丘里引射器中的气体流量。
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
本发明的有益效果:
1、本发明所述解吸工艺与传统的真空解吸工艺相比,不含真空设备,结构简单,能耗低,生产、维护费用低,能够很好地满足变压吸附系统中吸附塔的解吸工艺要求;而且还可以通过采用少量的顺放气或纯氢冲洗来进一步提高解吸的效果,改善吸附塔的再生效果,从而提高产品气的纯度和产量。
2、本发明所述解吸工艺与传统的常压解吸工艺相比,具有更好的降压效果,吸附塔压力可降低到0 MPa(表压)左右;能够明显的减少冲洗气的用量,甚至在不冲洗的情况下也能达到很好的再生效果;尾气可以作不排空处理,而全部回收利用;排放的尾气的压力更高、更稳定,有利于尾气的进一步利用;整个设备简单,再投资不大,生产和维护费用低。
3、在本发明的可选方式中,能够充分利用变压吸附系统中不同吸附塔工作状态的时间差(通常为1-3分钟),依次顺序完成各吸附塔的解吸过程,保证了变压吸附系统的不间断运行。
4、本发明相当于在解吸气管道上增加了节流件,吸附塔在解吸时,会降低解吸气的排放速度,使解吸过程更彻底,在一定的解吸时间内减少吸附塔上层流动速度快的产品气排出吸附塔,提高产品气收率。同时减少了吸附剂的冲刷磨损,提高吸附剂的使用寿命。
附图说明
图1是实施例1中所述解吸过程中的降压设备的示意图;
图2是实施例1中所述的另一种解吸过程中的降压设备的示意图;
图3是实施例2中所述解吸过程中的降压设备的示意图;
图4是实施例2中所述的另一种解吸过程中的降压设备的示意图;
附图标记:其中,1为吸附塔,2为解吸气缓冲罐,3为文丘里引射器,4为释放气缓冲罐,5为第一阀门,6为第二阀门,7为第三阀门,8为产品气存储罐。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,应该理解的是,这些实施例仅用于例证的目的,决不限制本发明的保护范围。以下仅以甲醇水蒸汽重整合成气变压吸附制取氢气为例对本发明所述解吸设备和工艺进行说明,本领域技术人员可以很容易地推广到其他的氢气制取工艺或其他气体的制备工艺,只要涉及到变压吸附的气体制备工艺的都能采用本发明所述的降低变压吸附塔解吸时塔内压力的工艺和设备。
实施例1
在甲醇水蒸汽重整合成气变压吸附制取氢气工艺中,甲醇水蒸汽重整制得的合成气通过冷却,气液分离等工序后,得到的合成气组成(体积比)为:H2:73-74%,CO2:23-24%;CO:0.6%; CH4:0.6%;CH3OH:300-400ppm,及操作温度下的饱和水蒸汽。操作压力为1.2MPa(表压),变压吸附工艺采用4-1-2工艺,解吸过程中的降压设备如图1和图2所示:包括吸附塔1、解吸气缓冲罐2、文丘里引射器3,所述解吸气缓冲罐2的出气口通过管道和第一阀门5与文丘里引射器3的进气口相连,所述文丘里引射器3的出气口与排放管道相连,所述解吸气缓冲罐2的进气口通过管道和第二阀门6与变压吸附系统的吸附塔相连,所述文丘里引射器3的侧口通过管道和第三阀门7与变压吸附系统的吸附塔1相连。解吸气缓冲罐容积以压力波动不大于10%设计。作为可选方式,可以使所述变压吸附系统中的多个吸附塔1以并联的方式分别与解吸气缓冲罐2和文丘里引射器3相连,吸附塔1上下端均设置有阀门,以保证同一时间最多只有一个吸附塔1与解吸气缓冲罐2或文丘里引射器3相连相通。还可以使所述吸附塔1之间通过阀门相连,以便在解吸过程中提供冲洗气。
实施过程中,吸附剂待再生吸附塔1经过前期与其他吸附塔均压等预降压(如一均降、二均降等)过程后,吸附塔1内压力为0.3MPa(表压)。打开该吸附塔下方的阀门和第二阀门6,使该吸附塔内的逆放气进入解吸气缓冲罐2,罐内压力与吸附塔1的压力达到平衡0.2MPa(表压),关闭第二阀门6。打开第三阀门7,吸附塔1内的逆放气排入空气或指定区域,经过一定时间,吸附塔1内压力降至40KPa左右,打开第一阀门5;解吸气缓冲罐内的高压气体通过文丘里引射器3在喉部速度成倍增加,静压力降低,当喉部压力低于吸附塔1内压力时,吸附塔1内的气体被引射至空气或指定区域中,经过一定时间吸附塔内压力降低至0 MPa(表压),解吸气缓冲罐内压力降低至0.08MPa(表压)。关闭该吸附塔下方的阀门和第一阀门5以及第三阀门7,完成对该吸附塔的解吸。再以相同的步骤依次对其他吸附塔进行解吸。
作为可选方式,在上述步骤中,打开第三阀门7之后,打开第一阀门5之前的时间内,还可以打开待再生的吸附塔1上方的阀门和产品气存储罐8或其他吸附塔上方的阀门,使产品气存储罐8中的氢气进入吸附塔1对吸附塔1进行冲洗。并至少在打开第一阀门5之前关闭待再生的吸附塔1上方的阀门和产品气存储罐8或其他吸附塔上方的阀门。
作为可选方式,还可以在上述解吸过程中的降压设备中以串联的方式设置两个解吸气缓冲罐2。
本实施例中所述的阀门可以为手动也可以为自动,可以是程控阀或调节阀,其中第一阀门5优选调节阀,这样可以更准确的控制文丘里引射器中的气体流量。
实施例2
在甲醇水蒸汽重整合成气变压吸附制取氢气的工艺中,甲醇水蒸汽重整制得的合成气通过冷却,气液分离等工序后,得到的合成气组成(体积比)为:H2:73-74%,CO2:23-24%;CO:0.6%; CH4:0.6%;CH3OH:300-400ppm,及操作温度下的饱和水蒸汽。操作压力为1.2MPa(表压),变压吸附工艺采用4-1-2工艺,解吸气尾气进入导热油工段燃烧为甲醇水蒸汽重整提供热源。为维持导热油工段燃烧器的气源稳定,在变压吸附之后设置解吸气缓冲罐2及释放气缓冲罐4。解吸气缓冲罐容积以压力波动不大于10%设计,释放气缓冲罐容积以压力波动不大于10%设计。释放气进入导热油工段压力为40KPa(表压)。解吸过程中的降压设备如图3和图4所示:包括吸附塔1、解吸气缓冲罐2、文丘里引射器3和释放气缓冲罐4,所述解吸气缓冲罐2的出气口通过管道和第一阀门5与文丘里引射器3的进气口相连,所述文丘里引射器3的出气口与释放气缓冲罐4的进气口相连,所述解吸气缓冲罐2的进气口通过管道和第二阀门6与变压吸附系统的吸附塔相连,所述文丘里引射器3的侧口通过管道和第三阀门7与变压吸附系统的吸附塔1相连。作为可选方式,可以使所述变压吸附系统中的多个吸附塔1以并联的方式分别与解吸气缓冲罐2和文丘里引射器3相连,吸附塔1上下端均设置有阀门,以保证同一时间最多只有一个吸附塔1与解吸气缓冲罐2或文丘里引射器3相连相通。还可以使所述吸附塔1与产品气存储罐8通过阀门相连,以便在解吸过程中提供冲洗气。
实施过程中,吸附剂待再生吸附塔1经过前期与其他吸附塔均压等预降压(如一均降、二均降等)过程后,吸附塔1内压力为0.3MPa(表压)。打开第二阀门6,吸附塔内的逆放气进入解吸气缓冲罐2,罐内压力与吸附塔1的压力达到平衡0.2MPa(表压),关闭第二阀门6。打开第三阀门7,吸附塔1内的逆放气进入释放气缓冲罐4,经过一定时间,吸附塔1内压力降至40KPa,打开第一阀门5;解吸气缓冲罐内的高压气体通过文丘里引射器3在喉部速度成倍增加,静压力降低,当喉部压力低于吸附塔1内压力时,吸附塔1内的气体被引射至释放气缓冲罐内,经过一定时间吸附塔内压力降低至0 MPa(表压),解吸气缓冲罐内压力降低至0.08MPa(表压)。关闭第一阀门5以及第三阀门7,完成对该吸附塔的解吸。再以相同的方式依次对其他吸附塔进行解吸。
作为可选方式,在上述步骤中,打开第三阀门7之后,打开第一阀门5之前的时间内,还可以打开待再生的吸附塔1上方的阀门和产品气存储罐8或其他吸附塔上方的阀门,使产品气存储罐8中的氢气进入吸附塔1对吸附塔1进行冲洗。并至少在打开第一阀门5之前关闭待再生的吸附塔1上方的阀门和产品气存储罐8或其他吸附塔上方的阀门。
作为可选方式,还可以在上述解吸过程中的降压设备中以串联的方式设置两个解吸气缓冲罐2。
本实施例中所述的阀门可以为手动也可以为自动,可以是程控阀或调节阀,其中第一阀门5优选调节阀,这样可以更准确的控制文丘里引射器中的气体流量。
以上所述仅为本发明的优选实施例,对本发明而言仅是说明性的,而非限制性的;本领域普通技术人员理解,在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变,修改,甚至等效变更,但都将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种降低变压吸附塔解吸时塔内压力的工艺,其特征在于,主要通过以下几个步骤来实现:
A、在变压吸附工艺中的吸附剂再生解吸过程中,设置解吸气缓冲罐,将吸附塔中的解吸气排放到解吸气缓冲罐;
B、待解吸气缓冲罐内压力与吸附塔内压力达到平衡后,将吸附塔中剩余的解吸气向大气或指定区域排放,进一步降低吸附塔压力;
C、使解吸气缓冲罐内气体通过文丘里引射器向大气或指定区域排放,同时利用文丘里原理对吸附塔中的残余气体进行抽吸,进一步降低吸附塔内的压力。
2.根据权利要求1所述的降低变压吸附塔解吸时塔内压力的工艺,其特征在于,步骤A中吸附塔采用逆着吸附方向降压,将气体排放到解吸气缓冲罐,使吸附塔与解吸气缓冲罐进行压力平衡。
3.根据权利要求1所述的降低变压吸附塔解吸时塔内压力的工艺,其特征在于,在进行步骤B的同时采用来自其他吸附塔的顺放气作为冲洗气对待降压的吸附塔按塔顶至塔底方向进行冲洗。
4.根据权利要求1所述的降低变压吸附塔解吸时塔内压力的工艺,其特征在于,所述的压力平衡是指吸附塔内的压力与逆放对象的压力相接近,压差小于20 kPa。
5.根据权利要求1所述的降低变压吸附塔解吸时塔内压力的工艺,其特征在于,在所述步骤B和C中,分别将来自吸附塔和文丘里引射器的气体先排放到释放缓冲罐中进行缓冲后再向大气或指定区域排放。
6.一种用于权利要求1所述降低变压吸附塔解吸时塔内压力的工艺的降压设备,其特征在于:包括吸附塔(1)、解吸气缓冲罐(2)、文丘里引射器(3),所述解吸气缓冲罐(2)的出气口通过管道和第一阀门(5)与文丘里引射器(3)的进气口相连,所述文丘里引射器(3)的出气口与排放管道相连,所述解吸气缓冲罐(2)的进气口通过管道和第二阀门(6)与变压吸附系统的吸附塔相连,所述文丘里引射器(3)的侧口通过管道和第三阀门(7)与变压吸附系统的吸附塔(1)相连。
7.根据权利要求6中所述的降压设备,其特征在于:所述阀门为手动或自动。
8.根据权利要求6中所述的降压设备,其特征在于:所述设备中还包括释放气缓冲罐(4),所述释放气缓冲罐(4)的进气口与所述文丘里引射器(3)的出气口相连。
9.根据权利要求6中所述的降压设备,其特征在于:所述变压吸附系统中的多个吸附塔(1)以并联的方式分别与解吸气缓冲罐(2)和文丘里引射器(3)相连,吸附塔(1)上下端均设置有阀门,以保证同一时间最多只有一个吸附塔(1)与解吸气缓冲罐(2)或文丘里引射器(3)相连相通。
10.根据权利要求6中所述的降压设备,其特征在于:所述吸附塔(1)与其他完成吸附的吸附塔通过阀门相连,以便用来自其他吸附塔的顺放气冲洗吸附塔(1)。
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C14 Grant of patent or utility model
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Denomination of invention: A process of reducing pressure in PSA tower during desorption

Effective date of registration: 20201026

Granted publication date: 20151028

Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee

Pledgor: ALLY HI-TECH Co.,Ltd.

Registration number: Y2020980007086

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Date of cancellation: 20220120

Granted publication date: 20151028

Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee

Pledgor: ALLY HI-TECH Co.,Ltd.

Registration number: Y2020980007086

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Denomination of invention: A process for reducing the pressure in the pressure swing adsorption tower during desorption

Effective date of registration: 20220130

Granted publication date: 20151028

Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee

Pledgor: ALLY HI-TECH Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980001226

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CP03 Change of name, title or address
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Address after: No. 5, gaon Boulevard, high tech Zone, Chengdu, Sichuan Province

Patentee after: Sichuan Yalian Hydrogen Energy Technology Co.,Ltd.

Address before: Room 403, Block B, No. 5 Gaopeng Avenue, High tech Zone, Chengdu, Sichuan 610041

Patentee before: ALLY HI-TECH Co.,Ltd.

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Date of cancellation: 20230208

Granted publication date: 20151028

Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee

Pledgor: ALLY HI-TECH Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980001226

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Denomination of invention: A process for reducing the pressure in the PSA tower during desorption

Effective date of registration: 20230210

Granted publication date: 20151028

Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee

Pledgor: Sichuan Yalian Hydrogen Energy Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023510000044

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Granted publication date: 20151028

Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee

Pledgor: Sichuan Yalian Hydrogen Energy Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023510000044