CN107456845A - 一种变压吸附装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变压吸附装置及其控制方法，属于用于气体分离的变压吸附装置领域，在变压吸附装置的吸附器进出口端总管上分别连接一台程序控制调节阀，经该程序控制调节阀之后，再通过管道与其它相应的程控阀连接。本发明相对现有技术投资大幅减少，却能解决现有技术中存在的难以在较短的过程时间内兼顾两次均压过程、原料气产品气流量不均匀和不能按不同比例同时使用两种气体进行最终升压的缺陷。

Description

一种变压吸附装置及其控制方法
技术领域
本发明属于用于气体分离的变压吸附装置领域。
背景技术
现有传统变压吸附装置中，往往是两次均压步骤共用一组程控阀，如二均和三均共用一组、四均和五均共用一组等。由于程控阀通径是固定的，往往难以在较短的过程时间内兼顾两次均压过程，要么均压速度过快，容易使吸附剂发生流化，进而粉化；要么均压速度过慢，难以在一定的时间内完成均压平衡，从而使有效气体未充分回收，造成收率偏低。
现有传统变压吸附装置中，往往是多塔同时吸附，由于每个吸附塔的安装位置的不同，容易使原料气、产品气流量不均匀，甚至严重的偏流，致使有的吸附塔未充分发挥效率。
现有传统变压吸附工艺中，最终升压步骤时要么是用产品气作为升压气，要么是用原料气作为升压气，不能按不同比例同时使用两种气体进行最终升压。
如果采用不同通径的程控阀来控制不同过程的气体流速，那么一套装置所使用的程控阀数量几乎是现有装置的一倍以上，大幅增加装置的投资。
由于变压吸附装置的特殊性，要求程控阀零泄露且高频动作、开关密封寿命百万次以上，如果采用国产程控调节截断阀来替换现有程控阀，不能满足泄漏率和高频开关密封寿命要求；个别进口品牌的程控调节截断阀能满足泄漏率和高频开关密封寿命要求，但价格昂贵，装置投资高。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种变压吸附装置，相对现有技术投资大幅减少，却能解决现有技术中存在的难以在较短的过程时间内兼顾两次均压过程、原料气产品气流量不均匀和不能按不同比例同时使用两种气体进行最终升压的缺陷。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种变压吸附装置，在变压吸附装置的吸附器进出口端总管上分别连接程序控制调节阀，经该程序控制调节阀之后，再通过管道与其它相应的程控阀连接。
本发明所述“程序控制调节阀”，顾名思义，即由程序控制的调节阀，可由程序控制该调节阀的开度、时间等控制参数，其特点在于阀门开度等的可调。具体该调节阀可采用PLC控制调节阀等阀门。而“程控阀”是一种通过气动、液动等方式驱动的切断阀，其特点在于不是开度可调的，阀门只有开或关。该阀可以与DCS集散控制系统或PLC等相连，实现计算机程序的远程控制。
作为选择，各程序控制调节阀各自独立控制。该方案中，本发明各程序控制调节阀根据程序控制各自独立地控制各自的开度、时间等控制参数，例如该程序控制调节阀由微机控制，在各工艺步骤实施的过程中开启不同的开度，以实现对不同过程中工艺介质的流速控制。
作为选择，该变压吸附装置无需配置额外调节阀。该方案中，本发明变压吸附装置相对现有技术在各管道上配置众多程控阀外还需要配置众多普通调节阀，本发明仅需配置程序控制调节阀和程控阀，而无需配置众多普通调节阀，有效节省投资和维护成本，且程控阀的布置位置、数量可以相对现有技术不做任何改变，改造和调整简单、成本低。
一种前述变压吸附装置的控制方法，每个吸附器在每个工艺步骤中，除开启相应的程控阀外，通过连接在吸附器进出口端总管的程序控制调节阀在各工艺步骤实施的过程中开启不同的开度，以实现对不同过程中流速的控制。
作为选择，变压吸附装置的吸附剂再生采用冲洗或抽空再生工艺。
作为进一步选择，在冲洗再生工艺中，每个吸附塔在一个循环中依次经历吸附、至少一次均压降、顺放、逆向放压、多个步位冲洗，至少一次均压升及最终升压步骤。
作为另一进一步选择，在抽空再生工艺中，每个吸附塔在一个循环中依次经历吸附、至少一次均压降、逆向放压、抽空，至少一次均压升及最终升压步骤。
作为进一步选择，在冲洗再生工艺中，在吸附步位，根据每个吸附器的不同安装位置，控制各吸附器进口端总管上的程序控制调节阀开启不同的开度，使原料气均匀的同时进入各吸附器；
在均压步位，控制各均压步位的各吸附器的出口端总管上的程序控制调节阀开启不同的开度，不同均压步位的流速不同，使均压步骤在设定的时间完成；
在最终升压步位，控制处于最终升压步位的吸附器的进出口端总管上的程序控制调节阀开启不同的开度，按不同比例的流量同时使用产品气和原料气进行最终升压。
作为进一步选择，在顺向放压和冲洗步位，根据处于冲洗的不同时间段，控制处于各冲洗步位的各吸附器的出口端总管上的程序控制调节阀开启不同的开度，不同冲洗时间段的流量不同。
作为进一步选择，在顺向放压和冲洗步位，无需设置顺放气缓冲罐及相应的调节阀。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：由程序控制调节阀通过进出总管分别与吸附塔进出口端直接连接，对各塔吸附剂的工作和再生各步骤进行流速和流量调节，由此：
使每一次均压的流速可控，在避免吸附剂因流化而粉化的同时使均压过程按时完成，有效气体得到充分回收，从而提高了有效气体的收率。在此基础上，可缩短吸附时间，减小吸附塔的体积和吸附剂的用量，从而大大节省了装置投资。
在多塔吸附时，可根据各个吸附器不同的安装位置，调节各塔原料气输入量和产品输出量，避免偏流，充分发挥吸附剂的使用效率。
在最终升压步骤，可按不同比例的流量同时使用产品气和原料气进行最终升压，减少了产品气和原料气的压力波动
由于程序控制调节阀通过进出总管分别与吸附塔进出口端直接连接，对各塔吸附剂的工作和再生各步骤进行流速和流量调节，并不需要该阀关闭密封，因此该阀的密封性能要求低，制造成本相对较低。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
其中1、吸附塔，2、吸附塔进口端，3、吸附塔出口端，4、程序控制调节阀，5、程控阀。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本发明。
一种变压吸附装置，在变压吸附装置的吸附器(例如本实施例所示的吸附塔1)进出口端总管上分别连接一台程序控制调节阀4，经该程序控制调节阀4之后，再通过管道与其它相应的程控阀5连接。
作为示例，如图1所示，变压吸附装置由4台或4台以上吸附塔1及程控阀5组成连续运转系统，在变压吸附装置的每台吸附塔1的吸附塔进口端2和吸附塔出口端3上分别连接一台程序控制调节阀4，经该程序控制调节阀4之后，再通过管道与其它相应的程控阀5连接。各程序控制调节阀4各自独立由微机控制，在各工艺步骤实施的过程中开启不同的开度，以实现对不同过程中工艺介质的流速控制。
该变压吸附装置的吸附剂再生采用冲洗或抽空再生工艺，具体可示例如下。
在冲洗再生工艺中，每个吸附塔在一个循环中依次经历吸附(A)、至少一次均压降(E1D、E2D、E3D、E4D、……)，顺放(PP)、逆向放压(D)、多个步位冲洗(P)，至少一次均压升(……E4R、E3R、E2R、E1R)及最终升压步骤(FR)。
在抽空再生工艺中，每个吸附塔在一个循环中依次经历吸附(A)、至少一次均压降(E1D、E2D、E3D、E4D、……)，逆向放压(D)、抽空(V)，至少一次均压升(……E4R、E3R、E2R、E1R)及最终升压步骤(FR)。
每个吸附塔1在上述每个工艺步骤中，除开启相应的程控阀5外，通过连接在吸附塔1进出口端的程序控制调节阀4在各工艺步骤实施的过程中开启不同的开度，以实现对不同过程中流速的控制。
作为示例，某变压吸附装置采取10-3-3冲洗工艺，其冲洗工艺时序表如下表1：
表1 10-3-3冲洗工艺时序表
从时序表可知，每台吸附器在一个循环周期内依次经历吸附(A)、三次压力均衡降(1D～3D)、顺向放压(PP)、逆向放压(D)、冲洗(P)、三次压力均衡升(3R～1R)、最终升压(FR)。
在吸附(A)步位，同时有三台吸附塔同时通入原料气，由于每个吸附塔的安装位置的不同，容易使原料气、产品气流量不均匀，因而在吸附(A)时，可根据每个吸附塔的不同安装位置，通过控制程序使各吸附塔进口端程序控制调节阀开启不同的开度，以防止偏流，使原料气相对均匀的同时进入三台吸附塔。
在均压(1D～3D/3R～1R)步位，通过控制程序使处于各均压步位的两吸附塔的出口端程序控制调节阀开启不同的开度，满足不同均压步位时对流速的要求，不同均压步位时流速可不同，可使均压步骤在设定的时间完成；进而可在满足吸附剂不流化的基础上，使均压时间尽量缩短，从而使吸附时间缩短，减少了循环时间，减小吸附塔的体积和吸附剂的用量，从而大大节省了装置投资。
在顺向放压(PP)和冲洗(P)步位，可根据处于冲洗(P)的不同时间段(前期、中期、后期)，通过控制程序使处于各冲洗(P)步位的两吸附塔的出口端程序控制调节阀开启不同的开度，以满足不同冲洗(P)时间段对流量的要求，不同冲洗(P)时间段的流量可不同。可省去现有流程中，为存储顺放气而设置的一台或两台顺放气缓冲罐及相应的调节阀，从而节省了装置投资和占地面积。
在逆向放压(D)步位，通过控制程序使处于逆向放压(D)步位的吸附塔的进口端程序控制调节阀根据时间开启不同的开度，使解吸气较为平稳的进入解吸气管网或解吸气缓冲罐，减小了压力波动。
在最终升压(FR)步位，通过控制程序使处于最终升压(FR)步位的吸附塔的进出口端程序控制调节阀开启不同的开度，使可按不同比例的流量同时使用产品气和原料气进行最终升压，减少了产品气和原料气的压力波动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变压吸附装置，其特征在于：在变压吸附装置的吸附器进出口端总管上分别连接程序控制调节阀，经该程序控制调节阀之后，再通过管道与其它相应的程控阀连接。
2.如权利要求1所述的变压吸附装置，其特征在于：各程序控制调节阀各自独立控制。
3.如权利要求1所述的变压吸附装置，其特征在于：该变压吸附装置未配置额外调节阀。
4.一种权利要求1、2或3所述的变压吸附装置的控制方法，其特征在于：每个吸附器在每个工艺步骤中，除开启相应的程控阀外，通过连接在吸附器进出口端总管的程序控制调节阀在各工艺步骤实施的过程中开启不同的开度，以实现对不同过程中流速的控制。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于：变压吸附装置的吸附剂再生采用冲洗或抽空再生工艺。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：在冲洗再生工艺中，每个吸附塔在一个循环中依次经历吸附、至少一次均压降、顺放、逆向放压、多个步位冲洗，至少一次均压升及最终升压步骤。
7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：在抽空再生工艺中，每个吸附塔在一个循环中依次经历吸附、至少一次均压降、逆向放压、抽空，至少一次均压升及最终升压步骤。
8.如权利要求6、7所述的控制方法，其特征在于：在吸附步位，根据每个吸附器的不同安装位置，控制各吸附器进口端总管上的程序控制调节阀开启不同的开度，使原料气均匀的同时进入各吸附器；
在均压步位，控制各均压步位的各吸附器的出口端总管上的程序控制调节阀开启不同的开度，不同均压步位的流速不同，使均压步骤在设定的时间完成；
在最终升压步位，控制处于最终升压步位的吸附器的进出口端总管上的程序控制调节阀开启不同的开度，按不同比例的流量同时使用产品气和原料气进行最终升压。
9.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于：在顺向放压和冲洗步位，根据处于冲洗的不同时间段，控制处于各冲洗步位的各吸附器的出口端总管上的程序控制调节阀开启不同的开度，不同冲洗时间段的流量不同。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于：在顺向放压和冲洗步位，无需设置顺放气缓冲罐及相应的调节阀。
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