CN108236830A - 变压吸附气体分离装置 - Google Patents

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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047Pressure swing adsorption

Abstract

本发明涉及一种用固定吸附剂变压吸附分离混合气体的设备。它由至少两只填料塔、进气管路、出气管路、排气管路、上、下均压管路构成,其特点在于:在两只或两列填料塔之间还设有两路阶梯均压管路,每路阶梯均压管路一端连通取气口,另一端连通另一只或另一列填料塔的混合气进气口。它可直接制取高纯度,并可达ppm级的产品气,且能耗低,吸附剂利用率高,可广泛应用于生化、食品、化工行业中制取分离高纯度气体,特别适应空气中分离制取氮气或氧气。

Description

变压吸附气体分离装置
技术领域
本发明涉及一种用固定吸附剂变压吸附分离混合气体的设备。
背景技术
用固定吸附剂床层进行变压吸附分离混合气体最常用的设备结构是采用两组并联方式排列的装有能在不同压强下对不同气体具有不同吸附力的分子筛的填料塔,再用进气管路、排气管路、出气管路和上下均压管路联结而成。在一只填料塔处于吸附产气时,另一只填料塔处于解吸工作,然后进行上下均压,均压后转换成由另一只填料塔进行解吸工作,而在先一只填料塔进行解吸再生,如此交替循环,连续分离生成产品气体。
上述传统类型的气体分离装置由于上、下均压过程中,加大了吸附剂的瞬间吸附量,致使产品气的纯度不高,只能低于一定的上限值,所以适用于制取普通纯度产品气的应用领域,即产品气含量低于99.9%,且能耗高,吸附剂利用率低。
发明内容
本发明的目的提供一种在上述常用气体吸附分离装置的基础上简单增加两路或多路阶梯均压管路,便可直接制取高纯度并可达ppm级的产品气,且能耗低,产品气回收率高,吸附剂利用率高的变压吸附气体分离装置。
本发明的技术方案是这样实现的:由至少两只填料塔、进气管路、出气管路、排气管路、上均压管路、下均压管路构成,填料塔内填装有能吸附混合气体中某一组分气体的吸附剂,两只填料塔通过上述管路的连接呈并联形式排列,两只以上的填料塔则是分成并联两列,每列填料塔通过串联管路而串联,进气管路的一端分别连通两只或两列填料塔的混合气进气口并分别设置控制阀门,进气管路的另一端连通外围设备,排气管路一端分别连通两只或两列填料塔的混合气进气口并分别设置控制阀门,排气管路的另一端连通外围设备,出气管路一端分别连通两只或两列填料塔产品气出气口并分别设置控制阀门,出气管路的另一端连通外围设备,上均压管路连通两只或两列填料塔的产品气出气口,下均压管路连通两只或两列填料塔混合气进气口,并分别在上、下均压管路上设有控制阀门,在两只或两列填料塔之间还设有两路或多路阶梯均压管路,每路阶梯均压管路一端连通取气口,另一端连通另一只或另一列填料塔的混合气体进气口,取气口的位置处于吸附剂地中部吸附层段,所谓中部吸附层段是指一塔或一列塔的吸附剂在排除上部吸附层段与下部吸附层段后所剩余的中间层段,如以一塔或一列塔填装吸附剂的总长度为一个计算单位,上部吸附层段即距离顶层吸附层面为所述总长度的0%~25%吸附层段,下部吸附层段即距离底层吸附层面所述总长度的0%~25%吸附层段。
本发明可以是具有并列的两塔结构,取气口位置处于中心层吸附层面,中心层吸附层面即中部吸附层段的长度中点所处的吸附层面。
本发明还可以是具有四塔结构,分成并联两列,每列两只填料塔串联,取气口位置处于串联管路通道上的任意位置处。
本发明是这样工作的:导通一只或一列填料塔的进气管与出气管,压缩混合气体流经填料塔中的吸咐剂,在相对较高的吸附压力下吸附混合气体中的某一组分,即进行吸附过程,同时另一只或一列填料塔的排气管导通,压力降低到解吸压力,进行解吸再生过程。在吸附与解吸过程即将结束时,导通正处于吸附工作一只或一列填料塔的阶梯均压管路进行阶梯均压,阶梯均压完成后,关闭相应阀门,导通上、下均压管路上控制阀门,再进行上、下均压,之后在先一只或一列填料塔进解吸再生过程,再后一只或一列填料塔进行吸附过程,如此循环往复,连续不断生成产品气。
原料混合气在一只或一列填料塔中,由于吸附剂的吸附作用,吸附气中气体沿气体流向上形成一个纯度梯度,在一只或一列填料塔产品气出气口区域内纯度最高,即顶层吸附层面的气体纯度最高。混合气进气口区域内纯度最低,即底层吸附层面的气体纯度最低。传统装置中为提高产品回收率而采用的均压过程是通过上、下均压管导通而实现,这样会导致塔一端混合气进气口区域的低纯度气体气体直接进入另一塔吸附剂的下部吸附层段,使下部吸附层段吸附剂的瞬间吸附量极大,从而造成吸附效果不佳,无法制备高纯度产品气,同时由于均压效果不彻底而降低了产品气回收率,同时降低吸附剂利用率,加大了制取单位产品气的能耗。而本发明增加了阶梯均压管路,在填料塔进行吸附和解吸工作即将结束时,导通一路阶梯均压管路,使处于一只或一列填料塔的中部吸附层段纯度相对原料气较高的气体导入解吸再生即将完毕的一只或一列填料塔下部吸附层段,使解吸工作塔内压力略微提高,实现预吸附,再经上、下均压,使刚经解吸的填料塔内压力呈阶梯状上升,该塔内不会加大吸附剂的瞬间吸附量,制得高纯度产品气,而且经两次均压后均压彻底,提高产品率回收率与吸附剂利用率,同时相对单位产品气降低了能耗,也改变利用变压气体分离装置不能制取高纯度达ppm级的产品气的观念。
附图说明
图1为本发明一种两塔结构实施例结构示意图。
图2为本发明一种四塔结构实施例结构示意图。
图3为本发明第一种实施例的一只填料塔中吸附剂的吸附层分布示意图。
图4为本发明第二种实施例的一列填料塔中吸附剂的吸附层分布示意图。
具体实施方式
图1所示的实施例由两只填料塔7纵向轴对称排列,均装有吸附剂6,进气管路1与出气管路9的一端与各自的外围设备相通,另一端均分成两路连通两填料塔的混合气进气口12与产品气出气口13,每路上均安置一个控制该条管路启闭的控制阀门10。排气管路2一端通向外围设备,另一端分两路通向两填料塔的混合气体进气口,每路均安置控制阀门10。上均压管路8与下均压管路3 两端分别连通两填料塔的两混合气进口与两产品气出气口,上、下均压管路上各安置两个控制阀门。两路阶梯均压管路4均是一端相通取气口11,另一端连通另一只填料塔的混合气进气口,每路阶梯均压管路上均安置两个控制阀门10。在图3所示正是图1实施例中一塔吸附剂吸附层分布图。图3中最上一层面即顶层吸附层面15,最下一层即底层吸附层面19。上部吸附层段16即距离顶层吸附层面为该塔填料总高度的0%~25%吸附层段,下部吸附层段18即距离底层吸附层面为该塔吸附剂总高度的0%~25%吸附层段。中部吸附层段14即排除上述的上部吸附层段与下部吸附层段后所剩余的中间层段。中心层吸附层面 17正处于总高度中点所处的吸附层面,而取气口所处位置正在中心层吸附层面上。
在一侧进气管路、出气管路上的控制阀门导通后,压缩混合气从该侧的填料塔底部进入填料塔进行吸附工作,同时另一侧的排气管路上阀门导通,另一侧的填料塔进行解吸工作。在吸附与解吸即将结束时导通该侧的阶梯均压管路上的控制阀门,进行阶梯均压。然后关闭所有控制阀门,导通上、下均压管路上的控制阀门,进行上、下均压。最后轮换左右两侧填料塔工作,使另一侧填料塔吸附气体,前者进行解吸工作,再阶梯均压、上下均压,完成一个循环。循环不断,连续从出气管路产生产品气,与在排气管路上得到副产品气。
图2所示的实施例由四只填料塔纵向分成并联轴对称两列,每列两只填料塔以串联管路5串联。图4正是该实施例中一侧两只填料塔中吸附剂的吸附层分布图。与图3不同的是它总长度是两塔中吸附剂的高度之和。中段吸附层14包括了串联管路通道。取气口可取在串联管路通道上任意位置处。

Claims (3)

1.一种变压吸附气体分离装置,由至少两只填料塔(7)、进气管路(1)、出气管路(9)、排气管路(2)、上均压管路(8)、下均压管路(3)构成,填料塔内填装有能吸附混合气体中某一组分气体的吸附剂(6),两只填料塔通过上述管路的连接呈并联形式排列,两只以上的填料塔则是分成并联两列,每列填料塔通过串联管路(5)而串联,进气管路的一端分别连通两只或两列填料塔的混合气进气口(12)并分别设置控制阀门(10),进气管路的另一端连通外围设备,排气管路一端分别连通两只或两列填料塔的混合气进气口(12)并分别设置控制阀门(10),排气管路的另一端连通外围设备,出气管路一端分别连通两只或两列填料塔产品气出气口(13)并分别设置控制阀门(10),出气管路的另一端连通外围设备,上均压管路连通两只或两列填料塔的产品气出气口,下均压管路连通两只或两列填料塔混合气进气口,并分别在上、下均压管路上设有控制阀门(10),其特征在于:在两只或两列填料塔之间还设有两路或多路阶梯均压管路(4),每路阶梯均压管路一端连通取气口(11),另一端连通另一只或另一列填料塔的混合气体进气口,取气口的位置处于吸附剂的中部吸附层段(14),所谓中部吸附层段(14)是指一塔或一列塔的吸附剂在排除上部吸附层段(16)与下部吸附层段(18)后所剩余的中间层段,如以一塔或一列塔填装吸附剂的总长度为一个计算单位,上部吸附层段即距离顶层吸附层面(15)为所述总长度的0%~25%吸附层段,下部吸附层段即距离底层吸附层面(19)所述总长度的0%~25%吸附层段。
2.如权利要求1所述的变压吸附气体分离装置其特征在于:具有并列的两塔结构,取气口(11)位置处于中心层吸附层面(17),中心层吸附层面即中部吸附层段的长度中点所处的吸附层面。
3.如权利要求1所述的变压吸附气体分离装置其特征在于:具有四塔结构,分成并联两列,每列两只填料塔串联,取气口(11)位置处于串联管路(5)通道上的任意位置处。
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