CN109876595A - 一种辅床回热变温吸附系统及工艺 - Google Patents

一种辅床回热变温吸附系统及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种辅床回热变温吸附系统及工艺,属于气体纯化技术领域。该系统包括一个以上的组,每个组内设置主床、辅床,原料管线、排气管线、回热管线连接辅床,集气管线和吹扫管线连接主床,吹扫管线上设置加热器。原料气通过原料管线进入每一个组,每个组均重复执行吸附步骤、回热步骤、加热步骤和冷却步骤的循环。本发明在保证产品气纯度合格的前提下,可实现变温吸附工艺的余热回收自利用,如若在钢铁行业的空气纯化系统中推广应用,预计可使整个钢铁行业节能0.5%左右,具有重大节能意义。

Description

一种辅床回热变温吸附系统及工艺
技术领域
本发明涉及气体纯化技术领域,特别是指一种辅床回热变温吸附系统及工艺。
背景技术
气体纯化过程是冶金、能源、化工、环保等领域中一种常见的原料气处理过程,例如气体污染物脱除、原料空气纯化、以及原料天然气干燥等,其主要目的是将原料气中的杂质(水蒸气、二氧化碳、乙炔、二氧化氮、一氧化碳、硫化氢、挥发性有机化合物等)脱除至痕量水平,获得纯度达标的产品气,由此避免因杂质造成的环境污染、管道冻结堵塞、材料腐蚀、爆炸等危害,保证后续使用或工序的顺利进行。
变温吸附工艺是一种常用的气体纯化工艺,该工艺是通过吸附床实现的,其中吸附床具有进料端和出料端,吸附床内填充有特定厚度的吸附剂。变温吸附工艺的纯化原理为:在工作模式下,原料气持续通入吸附床进行杂质吸附并变为产品气,并且在到达预定时间后停止通入原料气,吸附床切换至再生模式进行再生,以便其重复使用,从而使得吸附床在工作和再生这两种模式下交替运行。为了连续获得产品气,现有技术的纯化系统一般并联两个吸附床以便切换使用,例如目前普遍采用的双床变温吸附空气纯化系统。
工作模式中,吸附床主要经历一个步骤:吸附步骤,将原料气通入吸附床的进料端以便进行气固接触,经过吸附剂对原料气中的杂质进行选择性吸附之后,从吸附床的出料端获得不含杂质的产品气。常用吸附剂有分子筛、氧化铝、硅胶和活性炭等。吸附过程具有热效应,吸附时会放出热量,而脱附时则需要吸收热量。吸附剂的吸附容量随温度上升而降低,因此,为保证吸附剂的吸附容量,吸附过程一般在常温下进行。吸附过程中,吸附剂床层中会形成杂质的浓度前沿,它还会沿着原料气的流通方向不断向前推进。在吸附步骤结束时刻,按照沿着床层厚度方向的杂质浓度分布不同,床层可划分为三个区域。进料端附近的床层称为“饱和区”,该区内的吸附剂与杂质充分接触,床层中杂质浓度基本接近原料气的杂质浓度,床层内吸附剂的吸附量接近其饱和吸附量;出料端附近的床层被称为“未用区”,该区内的吸附剂在循环过程中始终未与杂质接触,可视为未使用的洁净床,“未用区”的存在保证了产品气的纯度;“饱和区”和“未用区”之间的床层称为“传质区”,因传质速率有限,该区内的床层中具有一个“∫”形的杂质浓度变化曲线。当到达转效点或预定时间之后,需要对吸附床或者说吸附剂进行再生,以便其重复使用,即吸附床切换至再生模式。
再生模式中,吸附床经历的步骤包括加热步骤、冷却步骤以及其他步骤。其中主要步骤为加热步骤和冷却步骤,除此之外,因实际需要,吸附床还可能经历其它步骤,例如:改变吸附床内部压力的增压步骤和减压步骤,因为在某些实例中,吸附床需要在高压下吸附但在常压下进行再生,所以再生之前需进行减压操作,并在吸附之前增压;吸附床还常常经历一种仅为了满足时间安排但不具实质操作的等待步骤,主要指在某功能性步骤结束之后,吸附床进入一种维持现状的封闭等待状态。下面详细介绍再生模式的两个主要步骤:一、加热步骤,加热吸附剂以便脱附其所吸附的杂质;二、冷却步骤,冷却吸附剂以便恢复其吸附能力。上述两个主要步骤是通过向吸附床内通入不同温度的吹扫气实现的,即沿原料气的流通方向的相反方向把吹扫气通入吸附床的出料端。吹扫气采用不含杂质的气体,通常来源于吸附床的产品气或其下游设备的产品气。为节约热量投入,目前普遍采用“热脉冲”法对吸附床进行再生,即在整个吸附床(所有吸附剂)升温至热吹温度之前便结束热吹转而开始进行冷吹,上述加热和冷却步骤的时间比例须通过合理设计来确定。
加热步骤中,常温的吹扫气经加热器加热升温至热吹温度,成为高温吹扫气后再通入吸附床,高温吹扫气穿过床层时,一方面将热量带给吸附剂,用于其升温和脱附吸附质,另一方面还将脱附的杂质带出吸附床。针对不同吸附剂所采用的热吹温度有所不同,但一般都在50℃至300℃之间。随着高温吹扫气的持续通入,床层中会形成一个热吹温度前沿,它还会沿着吹扫气的流通方向不断向前推进。加热步骤结束时,热吹温度前沿推进至床层中间的某位置。
冷却步骤中,将未经加热的常温吹扫气直接通入吸附床,常温吹扫气穿过床层时,一方面冷却出料端附近的吸附剂,并将其储存的热量带至进料端附近用于加热该处的吸附剂,另一方面还将脱附杂质继续带出吸附床。随着常温吹扫气的持续通入,床层中会形成一个冷吹温度前沿,冷吹温度前沿和上述热吹温度前沿共同构成一个向前推进的“热脉冲”。随着时间推移,“热脉冲”会向前推进直至穿透床层,其遍历床层的过程中热量不断用于脱附吸附质,使得其峰值温度逐渐降低。为保证整个吸附床都得到了有效再生,“热脉冲”穿透床层时的峰值温度,即冷吹峰值,须大于某最低温度要求(例如空气纯化系统一般要求冷吹峰值大于100℃)。“热脉冲”穿透床层的过程中,吸附床内仍有部分杂质正在脱附,因此,吸附床在冷却步骤排出的气体携带有残余热量,同时还携带有脱附的杂质。上述残余热量数量十分可观,例如当前空气纯化过程的余热量约占其总再生加热能耗的20-60%。目前普遍采用的双床变温吸附纯化系统,由于只有两个吸附床在切换使用,即一个吸附床进行再生的同时另一个正在吸附,上述余热因没有合适的使用之处而只能被直接排放掉。由于吸附床再生所需加热能耗巨大,因此设法将吸附床在冷却步骤排放的余热进行回收利用具有重要节能意义。
如果采用包括六个吸附床的系统,其中包括三个主床和三个辅床,并且每个主床和每个辅床串联组合形成一个变温吸附组(以下简称“组”),则可在回收利用余热的同时保证产品气的纯度。其原理是,工作模式中,原料气穿过串联布置的辅床和主床,与吸附剂接触而被净化为产品气;再生模式中,在常规的加热和冷吹两个步骤的基础上增加一个辅床回热步骤,即通过一个组的辅床来吸纳另一个组的辅床在冷却步骤所排放气体的余热,而对于主床仍保持常规再生模式,由此回收利用了余热且不影响产品气纯度。
发明内容
本发明为保证产品气纯度不受影响的前提下回收利用吸附床排放的余热,提供一种辅床回热变温吸附系统及工艺。
该系统包括多个组及相应管线,每个组包括主床和辅床,管线包括原料管线、排气管线、回热管线、集气管线和吹扫管线,主床和辅床相互连接,主床和辅床置于罐体内,原料管线、排气管线和回热管线连接辅床,集气管线和吹扫管线连接主床,吹扫管线上设置加热器。
原料管线,用于有选择地提供原料气;集气管线,用于有选择地输送产品气;排气管线,用于有选择地排出各所述组的气体;吹扫管线,用于有选择地提供吹扫气;回热管线,用于有选择地在各所述组之间输送回热气;加热器,用于加热吹扫气。
其中,罐体为卧式、立式轴向流或立式径向流中的一种。
多个组为不少于三个组,每个组的主床和辅床分别布置在两个不同罐体内,两个不同罐体之间设有连通管道,连通管道上能够设置阀;或者,每个组的主床和辅床间隔布置或紧邻布置在同一个罐体内;主床上填有第一吸附剂,辅床上填有第二吸附剂。
原料管线、排气管线和回热管线均具有支路部分和非支路部分,其中,支路部分用于将非支路部分连接于相应组的辅床,支路部分上设有阀,排气管线和回热管线的非支路部分至少设有一个风机。
集气管线和吹扫管线均具有支路部分和非支路部分,其中,支路部分用于将非支路部分连接于相应组的主床,支路部分上设有阀,吹扫管线的非支路部分上还设有阀,加热器的排气口通过排气管道连接吹扫管线非支路部分上的阀的出口,加热器的进气口通过进气管道连接吹扫管线非支路部分上的阀的入口,加热器的进气管道上还设有阀。
该系统还包括补热管线,补热管线包括支路部分和非支路部分,支路部分用于将非支路部分连接于相应组的主床,支路部分上设有阀,非支路部分还连接加热器。
该系统还包括补气管道,回热管线通过补气管道连接加热器。
该辅床回热变温吸附系统的应用工艺,具体为:对该系统多个组中的任一个组,均重复执行包括以下步骤的循环:
(a)吸附步骤:将原料气通过原料管线通入任一个组,并使其依次通过该组的辅床和主床后作为产品气通过集气管线排出该组;
(b)回热步骤:通过回热管线回收多个组中处于步骤(d)的另一个组排出的气体以获得回热气,并将回热气通入任一个组,使其通过该组的辅床后排出;
(c)加热步骤:将吹扫气加热后通入任一个组,并使其通过至少该组的主床后排出;
(d)冷却步骤:将吹扫气通过吹扫管线通入任一个组,并使吹扫气依次通过该组的主床和辅床后排出。
其中,原料气为空气、天然气或包含挥发性有机化合物的混合气中的一种。
第一吸附剂和第二吸附剂均包括分子筛、氧化铝、硅胶、活性炭和金属有机骨架材料中的至少一种。
循环还包括等待步骤、补热步骤、减压步骤和增压步骤,其中,等待步骤根据需要,可以设置在任意两个步骤之间,等待步骤使任一个组处于空闲状态;补热步骤位于回热步骤之后,补热步骤将回热气加热后通入任一个组,使回热气依次通过该组的主床和辅床后排出;减压步骤位于吸附步骤之后,减压步骤降低任一个组主床和辅床内部的气压;增压步骤位于冷却步骤之后,增压步骤恢复任一个组主床和辅床内部的气压;等待步骤、补热步骤、减压步骤和增压步骤的具体设置根据实际情况确定。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:
上述方案中,在保证产品气纯度合格的前提下,可实现变温吸附工艺的余热回收自利用,因此本发明技术对工业节能具有重大意义。例如,应用本专利技术可使空气纯化系统节能20~60%,通过在钢铁行业中推广,预计可使整个钢铁行业节能0.5%左右。
附图说明
图1为本发明实施例2的系统流程图;
图2为本发明实施例3的系统流程图;
图3为本发明实施例4的系统流程图;
图4为本发明实施例5的系统流程图;
图5为本发明实施例7的系统流程图;
图6为本发明实施例8的系统流程图;
图7为本发明实施例9的系统流程图;
图8为本发明实施例10的系统流程图;
图9为本发明实施例12的系统流程图;
图10为本发明实施例13的系统流程图;
图11为本发明实施例14的系统流程图;
图12为本发明实施例15的系统流程图。
其中:1-组一;2-组二;3-组三;4-补热管线;5-原料管线;6-吹扫管线;7-排气管线;8-集气管线;9-回热管线;10-加热器;11-主床一;21-主床二;31-主床三;12-辅床一;22-辅床二;32-辅床三;14-罐体一;15-罐体二;24-罐体三;25-罐体四;34-罐体五;35-罐体六;13-阀一;23-阀二;33-阀三;41-阀四;42-阀五;43-阀六;51-阀七;52-阀八;53-阀九;61-阀十;62-阀十一;63-阀十二;71-阀十三;72-阀十四;73-阀十五;74-阀十六;75-阀十七;76-阀十八;77-阀十九;78-阀二十;79-阀二十一;81-阀二十二;82-阀二十三;83-阀二十四;84-阀二十五;85-阀二十六;86-阀二十七;91-阀二十八;92-阀二十九;93-阀三十;94-阀三十一;95-阀三十二;96-阀三十三;102-阀三十四;103-阀三十五;104-阀三十六;109-补气管道;701-风机一;901-风机二。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种辅床回热变温吸附系统及工艺。
实施例1
本发明提供的一种辅床回热变温吸附工艺,在多个组例如包括本实施例优选的三个组中进行。多个组中的每个组都包括填有吸附剂的固定床:填充有第一吸附剂的主床(例如吸附二氧化碳的13x分子筛)和填充有第二吸附剂(例如用于吸附水蒸气的活性氧化铝)的辅床。多个组之间互相连接,以便在一些所述步骤期间,组可以与一个或多个其它组交换一股或多股气体。多个组中的每个组均重复执行包括下列步骤的循环,但各个组所执行的循环是相互错开的:
(a)吸附步骤,在该步骤期间,将待处理的原料气(例如原料空气)通入组,使原料气按第一方向依次通过辅床和主床后作为产品气排出组;结果是,原料气中绝大部分杂质(例如水蒸气和二氧化碳)被上述第一和第二吸附剂吸附而去除,由此变为几乎不含杂质的产品气。
(b)回热步骤,在该步骤期间,回收处于(d)冷却步骤的另一个组排出的含余热气体由此获得回热气,并将回热气通入并通过组的辅床后排出组;结果是,加热了辅床,由此脱附辅床中的部分杂质而使其初步再生;作为本实施例优选,回热气按与上述第一方向相反的第二方向通过辅床。
(c)加热步骤,在该步骤期间,将不含杂质的常温吹扫气加热至高温后(例如经加热器加热至180℃的氮气)通入组,并按上述第二方向通过至少组的主床后排出组;结果是,加热了主床,由此脱附主床中的绝大部分杂质而使其彻底再生。
(d)冷却步骤,在该步骤期间,将不含杂质的常温吹扫气(例如未经加热器加热的25℃的氮气)通入组,并按上述第二方向依次通过组的主床和辅床后排出组;结果是,主床内所储存的热量被转移至辅床并最终被排出组,由此冷却了主床而使其恢复吸附能力,同时加热了辅床,脱附辅床中的残余杂质而使其彻底再生,并最终冷却了辅床而使其恢复吸附能力。
作为本实施例优选,上述循环还包括一个(a1)减压步骤和一个(d1)增压步骤,其中减压步骤设置在吸附步骤之后,增压步骤设置在吸附步骤之前;实际中,再生模式的操作压力(再生压力)一般在大气压力附近,而吸附模式的操作压力(吸附压力)一般高于大气压力,设置减压和增压步骤的目的是减小各组(尤其是主床和辅床)在吸附模式和再生模式相互切换过程中受到的流体冲击,由此可提高吸附剂及相关设备的工作寿命,以及避免因流体冲击现象而导致的其它不利影响。
作为本实施例优选,上述循环中的减压步骤后面还包括一个(a2)等待步骤,在该步骤期间,组处于一种不进行任何操作的空闲状态;设置该步骤有助于合理安排循环中各步骤的时间,由此获得理想的工艺效果。
作为本实施例优选,本实施例中组的数量为三个。然而,本发明方法的实施不仅限于三个组,组的个数至少为三个,通常使用三或四个。
本发明的工艺还涉及各组所执行循环的错位关系,所述错位关系能够反映各组之间的交互关系。作为本实施例优选,表1展示了本实施例三个组在一个循环之内的步骤安排和循环错位关系。如表1所示,本实施例中根据三个组的步骤切换需要,一个循环可划分为15个时段,并且各组之间具有如下的交互关系:组一1在其回热步骤使用的回热气回收自组二2在其冷却步骤所排出的气体;组二2在其回热步骤使用的回热气回收自组三3在其冷却步骤所排出的气体;组三3在其回热步骤使用的回热气回收自组一1在其冷却步骤所排出的气体。
表1实施例1中各组步骤安排和循环错位关系
(a-吸附步骤,a1-减压步骤,a2-等待步骤,b-回热步骤,c-加热步骤,d-冷却步骤,d1-增压步骤)
实施例2
本实施例提供了一种用于实现实施例1所述工艺的系统,请参阅图1所示,是本实施例的系统流程图。系统主要包括组一1、组二2、组三3,原料管线5,吹扫管线6,排气管线7,集气管线8、回热管线9以及加热器10,其中组一1包括相互连通的主床一11、辅床一12,组二2包括相互连通的主床二21、辅床二22,组三3包括相互连通的主床三31、辅床三32。辅床一12、辅床二22、辅床三32分别通过阀七51、阀八52、阀九53连接于原料管线5的支路部分;辅床一12、辅床二22、辅床三32还分别通过阀十三71、阀十四72、阀十五73连接于排气管线7的支路部分;辅床一12、辅床二22、辅床三32分别通过阀三十一94、阀三十二95、阀三十三96连接于回热管线9的支路部分,辅床一12、辅床二22、辅床三32还分别通过阀二十八91、阀二十九92、阀三十93连接于回热管线9的支路部分。主床一11、主床二21、主床三31分别通过阀二十二81、阀二十三82、阀二十四83连接于集气管线8的支路部分;主床一11、主床二21、主床三31还分别通过阀十61、阀十一62、阀十二63连接于吹扫管线6的支路部分,加热器10连接于吹扫管线6的非支路部分。
作为本实施例优选,主床一11、主床二21、主床三31和辅床一12、辅床二22、辅床三32依次分别布置于罐体一14、罐体三24、罐体五34和罐体二15、罐体四25、罐体六35中,且罐体一14和罐体二15之间、罐体三24和罐体四25之间,以及罐体五34和罐体六35之间均设有连接管道。
作为本实施例优选,排气管线7的非支路部分上设有风机一701,主要用于克服气体排放过程中的流动阻力。排气管线7的支路部分上还设有与阀十三71并联的阀十六74,与阀十四72并联的阀十七75,以及与阀十五73并联的阀十八76,阀十六74、阀十七75、阀十八76主要用于调节气体压力。
作为本实施例优选,集气管线8的支路部分上还设有与阀二十二81并联的阀二十五84,与阀二十三82并联的阀二十六85,以及与阀二十四83并联的阀二十七86,阀二十五84、阀二十六85、阀二十七86主要用于调节气体压力。
作为本实施例优选,吹扫管线6的非支路部分上设有阀三十四102,加热器10的排气口连接于阀三十四102的出口,加热器10的进气口通过阀三十五103连接于阀三十四102的入口。
作为本实施例优选,回热管线9的非支路部分上还设有风机二901,主要用于克服回热气在输送过程中的流动阻力。
为进一步描述本实施例系统实现实施例1所述工艺的具体过程,下面将结合图1并参照组一1的工作循环详细地描述各组执行的所述步骤和经历的所述时段:
假定循环初始状态为:组一1处于增压步骤结束时刻,组二2处于吸附步骤中,组三3处于加热步骤中,风机一701处于运转状态,风机二901处于停止状态,加热器10处于加热状态,阀的状态为:阀八52、阀十二63、阀十五73、阀二十三82、阀二十五84、阀三十五103开,阀七51、阀九53、阀十61、阀十一62、阀十三71、阀十四72、阀十六74、阀十七75、阀十八76、阀二十二81、阀二十四83、阀二十六85、阀二十七86、阀二十八91、阀二十九92、阀三十93、阀三十一94、阀三十二95、阀三十三96、阀三十四102关。
(a)吸附步骤
时段1
管线状态:阀二十五84关闭而阀七51、阀二十二81打开,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持初始状态不变。
组一1状态:原料管线5的原料气经由阀七51进入组一1并依次通过辅床一12和主床一11,随后经由阀二十二81排至集气管线8,其结果是原料气变为产品气;
组二2状态:原料管线5的原料气经由阀八52进入组二2并依次通过辅床二22和主床二21,随后经由阀二十三82排至集气管线8,其结果是原料气变为产品气;
组三3状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十五103通入加热器10加热升温后返回吹扫管线6,然后经由阀十二63进入组三3并依次通过主床三31和辅床三32,随后经由阀十五73排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床三31和辅床三32被加热再生。
时段2
管线状态:阀八52、阀二十三82关闭而阀十七75打开,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段1的状态不变。
组一1状态:保持时段1的状态不变;
组二2状态:主床二21和辅床二22内的气体经由阀十七75调压后排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床二21和辅床二22内的压力降低至再生压力;
组三3状态:保持时段1的状态不变。
时段3
管线状态:阀十七75关闭,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段2的状态不变。
组一1状态:保持时段2的状态不变;
组二2状态:主床二21和辅床二22处于封闭的空闲等待状态;
组三3状态:保持时段2的状态不变。
时段4
管线状态:阀十五73、阀三十五103关闭而阀十四72、阀三十93、阀三十二95、阀三十四102打开,加热器10停止,风机二901运行,其余阀和风机一701保持时段3的状态不变。
组一1状态:保持时段3的状态不变;
组二2状态:回热管线9的回热气经由阀三十二95进入组二2并通过辅床二22,随后经由阀十四72排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是辅床二22被回热气加热,组三3排放的余热得到了利用;
组三3状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十四102和阀十二63进入组三3并依次通过主床三31和辅床三32,随后经由阀三十93排至回热管线9,其结果是主床三31和辅床三32被冷却,组三3排放的余热得到了回收。
时段5
管线状态:阀十二63、阀三十93、阀三十二95、阀三十四102关闭而阀十一62、阀二十七86、阀三十五103打开,加热器10启动,风机二901停止,其余阀和风机一701保持时段4的状态不变。
组一1状态:保持时段4的状态不变;
组二2状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十五103通入加热器10加热升温后返回吹扫管线6,然后经由阀十一62进入组二2并依次通过主床二21和辅床二22,随后经由阀十四72排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床二21和辅床二22被加热;
组三3状态:集气管线8的部分产品气经由阀二十七86进入组三3,其结果是主床三31和辅床三32的压力上升至吸附压力。
时段6
管线状态:阀二十七86关闭而阀九53、阀二十四83打开,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段5的状态不变。
组一1状态:保持时段5的状态不变;
组二2状态:保持时段5的状态不变;
组三3状态:原料管线5的原料气经由阀九53进入组三3并依次通过辅床三32和主床三31,随后经由阀二十四83排至集气管线8,其结果是原料气变为产品气。
(a1)减压步骤
时段7
管线状态:阀七51、阀二十二81关闭而阀十六74打开,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段6的状态不变。
组一1状态:主床一11和辅床一12内的气体经由阀十六74调压后排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床一11和辅床一12内的压力降低至再生压力;
组二2状态:保持时段6的状态不变;
组三3状态:保持时段6的状态不变。
(a2)等待步骤
时段8
管线状态:阀十六74关闭,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段7的状态不变。
组一1状态:主床一11和辅床一12处于封闭的空闲等待状态;
组二2状态:保持时段7的状态不变;
组三3状态:保持时段7的状态不变。
(b)回热步骤
时段9
管线状态:阀十四72、阀三十五103关闭而阀十三71、阀二十九92、阀三十一94、阀三十四102打开,加热器10停止,风机二901运行,其余阀和风机一701保持时段8的状态不变。
组一1状态:回热管线9的回热气经由阀三十一94进入组一1并通过辅床一12,随后经由阀十三71排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是辅床一12被回热气加热,组二2排放的余热得到了利用;
组二2状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十四102和阀十一62进入组二2并依次通过主床二21和辅床二22,随后经由阀二十九92排至回热管线9,其结果是主床二21和辅床二22被冷却,组二2排放的余热得到了回收;
组三3状态:保持时段8的状态不变。
(c)加热步骤
时段10
管线状态:阀十一62、阀二十九92、阀三十一94、阀三十四102关闭而阀十61、阀二十六85、阀三十五103打开,加热器10启动,风机二901停止,其余阀和风机一701保持时段9的状态不变。
组一1状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十五103通入加热器10加热升温后返回吹扫管线6,然后经由阀十61进入组一1并依次通过主床一11和辅床一12,随后经由阀十三71排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床一11和辅床一12被加热;
组二2状态:集气管线8的部分产品气经由阀二十六85进入组二2,其结果是主床二21和辅床二22的压力上升至吸附压力;
组三3状态:保持时段9的状态不变。
时段11
管线状态:阀二十六85关闭而阀八52、阀二十三82打开,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段10的状态不变。
组一1状态:保持时段10状态不变;
组二2状态:原料管线5的原料气经由阀八52进入组二2并依次通过辅床二22和主床二21,随后经由阀二十三82排至集气管线8,其结果是原料气变为产品气;
组三3状态:保持时段10的状态不变。
时段12
管线状态:阀九53、阀二十四83关闭而阀十八76打开,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段11的状态不变。
组一1状态:保持时段11的状态不变;
组二2状态:保持时段11的状态不变;
组三3状态:主床三31和辅床三32内的气体经由阀十八76调压后排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床三31和辅床三32内的压力降低至再生压力;
时段13
管线状态:阀十八76关闭,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段12的状态不变。
组一1状态:保持时段12状态不变;
组二2状态:保持时段12状态不变;
组三3状态:主床三31和辅床三32处于封闭的空闲等待状态;
(d)冷却步骤
时段14
管线状态:阀十三71、阀三十五103关闭而阀十五73、阀二十八91、阀三十三96、阀三十四102打开,加热器10停止,风机二901运行,其余阀和风机一701保持时段13的状态不变。
组一1状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十四102和阀十61进入组一1并依次通过主床一11和辅床一12,随后经由阀二十八91排至回热管线9,其结果是主床一11和辅床一12被冷却,组一1排放的余热得到了回收;
组二2状态:保持时段13的状态不变;
组三3状态:回热管线9的回热气经由阀三十三96的进入组三3并通过辅床三32,随后经由阀十五73排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是辅床三32被回热气加热,组一1排放的余热得到了利用。
(d1)增压步骤
时段15
管线状态:阀十61、阀二十八91、阀三十三96、阀三十四102关闭而阀十二63、阀二十五84、阀三十五103打开,加热器10启动,风机二901停止,其余阀和风机一701保持时段14的状态不变。
组一1状态:集气管线8的部分产品气经由阀二十五84进入组一1,其结果是主床一11和辅床一12的压力上升至吸附压力;
组二2状态:保持时段14的状态不变;
组三3状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十五103通入加热器10加热升温后返回吹扫管线6,然后经由阀十二63进入组三3并依次通过主床三31和辅床三32,随后经由阀十五73排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床三31和辅床三32被加热。
至此,循环恢复初始状态。
实施例3
本实施例提供了一种用于实现实施例1所述工艺的系统,请参阅图2所示,是本实施例的系统流程图。本实施例的系统与实施例2相比,其在罐体一14和罐体二15之间的连接管道上增设阀一13,在罐体三24和罐体四25之间的连接管道上增设阀二23,在罐体五34和罐体六35之间的连接管道上增设阀三33,用于隔绝各组内各罐体之间的气体流通,保证各组主床和辅床运行的独立性。在系统的工作循环中,阀一13的开关状态始终和阀三十一94的开关状态相反,阀二23的开关状态始终和阀三十二95的开关状态相反,阀三33的开关状态始终和阀三十三96的开关状态相反。
实施例4
本实施例提供了一种用于实现实施例1所述工艺的系统,请参阅图3所示,是本实施例的系统流程图。本实施例的系统与实施例2相比,其组一1的主床一11和辅床一12间隔布置在同一个罐体一14之内,组二2的主床二21和辅床二22间隔布置在同一个罐体三24之内,组三3的主床三31和辅床三32间隔布置在同一个罐体五34之内。上述布置方式有利于降低气体在主床和辅床之间的流动阻力,并减少了系统所需罐体的数量。
实施例5
本实施例提供了一种用于实现实施例1所述工艺的系统,请参阅图4所示,是本实施例的系统流程图。本实施例的系统与实施例2相比,其组一1的主床一11和辅床一12紧邻布置在同一个罐体一14之内,组二2的主床二21和辅床二22紧邻布置在同一个罐体三24之内,组三3的主床三31和辅床三32紧邻布置在同一个罐体五34之内。上述布置方式有利于降低气体在主床和辅床之间的流动阻力,并减少了系统所需罐体的数量。
实施例6
本发明提供的一种辅床回热变温吸附工艺,在多个组例如包括本实施例优选的三个组中进行。本实施例的工艺与实施例1相比,其还增加了一个(b1)补热步骤,用于将回热气通入并加热主床,实现在回收余热的同时节省吹扫气的消耗量,并形成表2所示的步骤安排和循环错位关系。如表2所示,作为本实施例优选,本实施例三个组在一个循环之内可划分为18个时段,并且各组之间具有如下的交互关系:组一1在其回热步骤和补热步骤使用的回热气回收自组二2在其冷却步骤所排出的气体;组二2在其回热步骤和补热步骤使用的回热气回收自组三3在其冷却步骤所排出的气体;组三3在其回热步骤和补热步骤使用的回热气回收自组一1在其冷却步骤所排出的气体。
表2实施例6中各组步骤安排和循环错位关系
(a-吸附步骤,a1-减压步骤,a2-等待步骤,b-回热步骤,b1-补热步骤,c-加热步骤,d-冷却步骤,d1-增压步骤)
实施例7
本实施例提供了一种用于实现实施例6所述工艺的系统,请参阅图5所示,是本实施例的系统流程图。本实施例的系统与实施例2相比,其增设了补热管线4,补气管道109和阀四41、阀五42、阀六43、阀三十六104,其中补热管线4的非支路部分连接于加热器10的排气口,补热管线4的支路部分通过阀四41、阀五42、阀六43连接于主床一11、主床二21、主床三31,补气管道109连接加热器10的进气口和回热管线9的非支路部分,阀三十六104设置在加热器10的排气口和吹扫管线6的非支路部分之间的连接管道上。
为进一步描述本实施例系统实现实施例6所述工艺的具体过程,下面将结合图5并参照组一1的工作循环详细地描述各组执行的所述步骤和经历的所述时段:
假定循环初始状态为:组一1处于增压步骤结束时刻,组二2处于吸附步骤中,组三3处于加热步骤中,风机一701处于运转状态,风机二901处于停止状态,加热器10处于加热状态,阀的状态为:阀八52、阀十二63、阀十五73、阀二十三82、阀二十五84、阀三十五103、阀三十六104开,阀四41、阀五42、阀六43、阀七51、阀九53、阀十61、阀十一62、阀十三71、阀十四72、阀十六74、阀十七75、阀十八76、阀二十二81、阀二十四83、阀二十六85、阀二十七86、阀二十八91、阀二十九92、阀三十93、阀三十一94、阀三十二95、阀三十三96、阀三十四102关。
(a)吸附步骤
时段1
管线状态:阀二十五84关闭而阀七51、阀二十二81打开,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持初始状态不变。
组一1状态:原料管线5的原料气经由阀七51进入组一1并依次通过辅床一12和主床一11,随后经由阀二十二81排至集气管线8,其结果是原料气变为产品气;
组二2状态:原料管线5的原料气经由阀八52进入组二2并依次通过辅床二22和主床二21,随后经由阀二十三82排至集气管线8,其结果是原料气变为产品气;
组三3状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十五103通入加热器10加热升温后再经由阀三十六104返回吹扫管线6,然后经由阀十二63进入组三3并依次通过主床三31和辅床三32,随后经由阀十五73排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床三31和辅床三32被加热再生。
时段2
管线状态:阀八52、阀二十三82关闭而阀十七75打开,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段1的状态不变。
组一1状态:保持时段1的状态不变;
组二2状态:主床二21和辅床二22内的气体经由阀十七75调压后排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床二21和辅床二22内的压力降低至再生压力;
组三3状态:保持时段1的状态不变。
时段3
管线状态:阀十七75关闭,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段2的状态不变。
组一1状态:保持时段2的状态不变;
组二2状态:主床二21和辅床二22处于封闭的空闲等待状态;
组三3状态:保持时段2的状态不变。
时段4
管线状态:阀十五73、阀三十五103、阀三十六104关闭而阀十四72、阀三十93、阀三十二95、阀三十四102打开,加热器10停止,风机二901运行,其余阀和风机一701保持时段3的状态不变。
组一1状态:保持时段3的状态不变;
组二2状态:回热管线9的回热气经由阀三十二95进入组二2并通过辅床二22,随后经由阀十四72排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是辅床二22被回热气加热,组三3排放的余热得到了利用;
组三3状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十四102和阀十二63进入组三3并依次通过主床三31和辅床三32,随后经由阀三十93排至回热管线9,其结果是主床三31和辅床三32被冷却,组三3排放的余热得到了回收。
时段5
管线状态:阀三十二95关闭而阀五42打开,加热器10启动,其余阀和风机一701、风机二901保持时段4的状态不变。
组一1状态:保持时段4的状态不变;
组二2状态:回热管线9的回热气经由补气管道109通入加热器10加热升温后送入补热管线4,然后经由阀五42进入组二2并依次通过主床二21和辅床二22,随后经由阀十四72排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床二21和辅床二22被回热气加热,组三3排放的余热得到了利用;
组三3状态:保持时段4的状态不变。
时段6
管线状态:阀五42、阀十二63、阀三十93、阀三十四102关闭而阀十一62、阀二十七86、阀三十五103、阀三十六104打开,风机二901停止,其余阀、加热器10和风机一701保持时段5的状态不变。
组一1状态:保持时段5的状态不变;
组二2状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十五103通入加热器10加热升温后再经由阀三十六104返回吹扫管线6,然后经由阀十一62进入组二2并依次通过主床二21和辅床二22,随后经由阀十四72排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床二21和辅床二22被加热;
组三3状态:集气管线8的部分产品气经由阀二十七86进入组三3,其结果是主床三31和辅床三32的压力上升至吸附压力。
时段7
管线状态:阀二十七86关闭而阀九53、阀二十四83打开,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段6的状态不变。
组一1状态:保持时段6的状态不变;
组二2状态:保持时段6的状态不变;
组三3状态:原料管线5的原料气经由阀九53进入组三3并依次通过辅床三32和主床三31,随后经由阀二十四83排至集气管线8,其结果是原料气变为产品气。
(a1)减压步骤
时段8
管线状态:阀七51、阀二十二81关闭而阀十六74打开,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段7的状态不变。
组一1状态:主床一11和辅床一12内的气体经由阀十六74调压后排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床一11和辅床一12内的压力降低至再生压力;
组二2状态:保持时段7的状态不变;
组三3状态:保持时段7的状态不变。
(a2)等待步骤
时段9
管线状态:阀十六74关闭,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段8的状态不变。
组一1状态:主床一11和辅床一12处于封闭的空闲等待状态;
组二2状态:保持时段8的状态不变;
组三3状态:保持时段8的状态不变。
(b)回热步骤
时段10
管线状态:阀十四72、阀三十五103、阀三十六104关闭而阀十三71、阀二十九92、阀三十一94、阀三十四102打开,加热器10停止,风机二901运行,其余阀和风机一701保持时段9的状态不变。
组一1状态:回热管线9的回热气经由阀三十一94进入组一1并通过辅床一12,随后经由阀十三71排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是辅床一12被回热气加热,组二2排放的余热得到了利用;
组二2状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十四102和阀十一62进入组二2并依次通过主床二21和辅床二22,随后经由阀二十九92排至回热管线9,其结果是主床二21和辅床二22被冷却,组二2排放的余热得到了回收;
组三3状态:保持时段9的状态不变。
(b1)补热步骤
时段11
管线状态:阀三十一94关闭而阀四41打开,加热器10启动,其余阀和风机一701、风机二901保持时段10的状态不变。
组一1状态:回热管线9的回热气经由补气管道109通入加热器10加热升温后送入补热管线4,然后经由阀四41进入组一1并依次通过主床一11和辅床一12,随后经由阀十三71排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床一11和辅床一12被回热气加热,组二2排放的余热得到了利用;
组二2状态:保持时段10的状态不变;
组三3状态:保持时段10的状态不变。
(c)加热步骤
时段12
管线状态:阀十一62、阀二十九92、阀四41、阀三十四102关闭而阀十61、阀二十六85、阀三十五103、阀三十六104打开,风机二901停止,其余阀、加热器10和风机一701保持时段11的状态不变。
组一1状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十五103通入加热器10加热升温后再经由阀三十六104返回吹扫管线6,然后经由阀十61进入组一1并依次通过主床一11和辅床一12,随后经由阀十三71排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床一11和辅床一12被加热;
组二2状态:集气管线8的部分产品气经由阀二十六85进入组二2,其结果是主床二21和辅床二22的压力上升至吸附压力;
组三3状态:保持时段11的状态不变。
时段13
管线状态:阀二十六85关闭而阀八52、阀二十三82打开,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段12的状态不变。
组一1状态:保持时段12状态不变;
组二2状态:原料管线5的原料气经由阀八52进入组二2并依次通过辅床二22和主床二21,随后经由阀二十三82排至集气管线8,其结果是原料气变为产品气;
组三3状态:保持时段12的状态不变。
时段14
管线状态:阀九53、阀二十四83关闭而阀十八76打开,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段13的状态不变。
组一1状态:保持时段13的状态不变;
组二2状态:保持时段13的状态不变;
组三3状态:主床三31和辅床三32内的气体经由阀十八76调压后排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床三31和辅床三32内的压力降低至再生压力;
时段15
管线状态:阀十八76关闭,其余阀、加热器10和风机一701、风机二901保持时段14的状态不变。
组一1状态:保持时段14状态不变;
组二2状态:保持时段14状态不变;
组三3状态:主床三31和辅床三32处于封闭的空闲等待状态;
(d)冷却步骤
时段16
管线状态:阀十三71、阀三十五103、阀三十六104关闭而阀十五73、阀二十八91、阀三十三96、阀三十四102打开,加热器10停止,风机二901运行,其余阀和风机一701保持时段15的状态不变。
组一1状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十四102和阀十61进入组一1并依次通过主床一11和辅床一12,随后经由阀二十八91排至回热管线9,其结果是主床一11和辅床一12被冷却,组一1排放的余热得到了回收;
组二2状态:保持时段15的状态不变;
组三3状态:回热管线9的回热气经由阀三十三96的进入组三3并通过辅床三32,随后经由阀十五73排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是辅床三32被回热气加热,组一1排放的余热得到了利用。
时段17
管线状态:阀三十三96关闭而阀六43打开,加热器10启动,其余阀和风机一701、风机二901保持时段16的状态不变。
组一1状态:保持时段16的状态不变;
组二2状态:保持时段16的状态不变;
组三3状态:回热管线9的回热气经由补气管道109通入加热器10加热升温后送入补热管线4,然后经由阀六43进入组三3并依次通过主床三31和辅床三32,随后经由阀十五73排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床三31和辅床三32被回热气加热,组一1排放的余热得到了利用。
(d1)增压步骤
时段18
管线状态:阀十61、阀二十八91、阀六43、阀三十四102关闭而阀十二63、阀二十五84、阀三十五103、阀三十六104打开,风机二901停止,其余阀、加热器10和风机一701保持时段17的状态不变。
组一1状态:集气管线8的部分产品气经由阀二十五84进入组一1,其结果是主床一11和辅床一12的压力上升至吸附压力;
组二2状态:保持时段17的状态不变;
组三3状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十五103通入加热器10加热升温后再经由阀三十六104返回吹扫管线6,然后经由阀十二63进入组三3并依次通过主床三31和辅床三32,随后经由阀十五73排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床三31和辅床三32被加热。
至此,循环恢复初始状态。
实施例8
本实施例提供了一种实现实施例6所述工艺的系统,请参阅图6所示,是本实施例的系统流程图。本实施例的系统与实施例7相比,其在罐体一14和罐体二15之间的连接管道上增设阀一13,在罐体三24和罐体四25之间的连接管道上增设阀二23,在罐体五34和罐体六35之间的连接管道上增设阀三33,用于隔绝各组内各罐体之间的气体流通,保证各组主床和辅床运行的独立性。在系统的工作循环中,阀一13的开关状态始终和阀三十一94的开关状态相反,阀二23的开关状态始终和阀三十二95的开关状态相反,阀三33的开关状态始终和阀三十三96的开关状态相反。
实施例9
本实施例提供了一种用于实现实施例6所述工艺的系统,请参阅图7所示,是本实施例的系统流程图。本实施例的系统与实施例7相比,其组一1的主床一11和辅床一12间隔布置在同一个罐体一14之内,组二2的主床二21和辅床二22间隔布置在同一个罐体三24之内,组三3的主床三31和辅床三32间隔布置在同一个罐体五34之内。上述布置方式有利于降低气体在主床和辅床之间的流动阻力,并减少了系统所需罐体的数量。
实施例10
本实施例提供了一种用于实现实施例6所述工艺的系统,请参阅图8所示,是本实施例的系统流程图。本实施例的系统与实施例7相比,其组一1的主床一11和辅床一12紧邻布置在同一个罐体一14之内,组二2的主床二21和辅床二22紧邻布置在同一个罐体三24之内,组三3的主床三31和辅床三32紧邻布置在同一个罐体五34之内。上述布置方式有利于降低气体在主床和辅床之间的流动阻力,并减少了系统所需罐体的数量。
实施例11
本发明提供的一种辅床回热变温吸附工艺,在多个组例如包括本实施例优选的三个组中进行。本实施例的工艺与实施例1相比,其(b)回热步骤中,作为本实施例优选,回热气按所述第一方向通过辅床。
实施例12
本实施例提供了一种用于实现实施例11所述工艺的系统,请参阅图9所示,是本实施例的系统流程图。系统主要包括组一1、组二2、组三3,原料管线5,吹扫管线6,排气管线7,集气管线8、回热管线9以及加热器10,其中组一1包括相互连通的主床一11、辅床一12,组二2包括相互连通的主床二21、辅床二22,组三3包括相互连通的主床三31、辅床三32。辅床一12、辅床二22、辅床三32分别通过阀七51、阀八52、阀九53连接于原料管线5的支路部分;辅床一12、辅床二22、辅床三32分别通过阀十三71、阀十四72、阀十五73连接于排气管线7的支路部分,辅床一12、辅床二22、辅床三32还分别通过阀十九77、阀二十78、阀二十一79连接于排气管线7的支路部分;辅床一12、辅床二22、辅床三32分别通过阀二十八91、阀二十九92、阀三十93连接于回热管线9的支路部分。主床一11、主床二21、主床三31分别通过阀二十二81、阀二十三82、阀二十四83连接于集气管线8的支路部分;主床一11、主床二21、主床三31还分别通过阀十61、阀十一62、阀十二63连接于吹扫管线6的支路部分,加热器10连接于吹扫管线6的非支路部分。
作为本实施例优选,主床一11、主床二21、主床三31和辅床一12、辅床二22、辅床三32依次分别布置于罐体一14、罐体三24、罐体五34和罐体二15、罐体四25、罐体六35中,且罐体一14和罐体二15之间、罐体三24和罐体四25之间,以及罐体五34和罐体六35之间均设有连接管道。
作为本实施例优选,排气管线7的非支路部分上设有风机一701,主要用于克服气体排放过程中的流动阻力。排气管线7的支路部分上还设有与阀十三71并联的阀十六74,与阀十四72并联的阀十七75,以及与阀十五73并联的阀十八76,阀十六74、阀十七75、阀十八76主要用于调节气体压力。
作为本实施例优选,集气管线8的支路部分上还设有与阀二十二81并联的阀二十五84,与阀二十三82并联的阀二十六85,以及与阀二十四83并联的阀二十七86,阀二十五84、阀二十六85、阀二十七86主要用于调节气体压力。
作为本实施例优选,吹扫管线6的非支路部分上设有阀三十四102,加热器10的排气口连接于阀三十四102的出口,加热器10的进气口通过阀三十五103连接于阀三十四102的入口。
为进一步描述本实施例系统实现实施例11所述工艺的具体过程,下面将结合图9并参照组一1的工作循环详细地描述各组执行的所述步骤和经历的所述时段:
假定循环初始状态为:组一1处于增压步骤结束时刻,组二2处于吸附步骤中,组三3处于加热步骤中,风机一701处于运转状态,加热器10处于加热状态,阀的状态为:阀八52、阀十二63、阀十五73、阀二十三82、阀二十五84、阀三十五103开,阀七51、阀九53、阀十61、阀十一62、阀十三71、阀十四72、阀十六74、阀十七75、阀十八76、阀十九77、阀二十78、阀二十一79、阀二十二81、阀二十四83、阀二十六85、阀二十七86、阀二十八91、阀二十九92、阀三十93、阀三十四102关。
(a)吸附步骤
时段1
管线状态:阀二十五84关闭而阀七51、阀二十二81打开,其余阀、加热器10和风机一701保持初始状态不变。
组一1状态:原料管线5的原料气经由阀七51进入组一1并依次通过辅床一12和主床一11,随后经由阀二十二81排至集气管线8,其结果是原料气变为产品气;
组二2状态:原料管线5的原料气经由阀八52进入组二2并依次通过辅床二22和主床二21,随后经由阀二十三82排至集气管线8,其结果是原料气变为产品气;
组三3状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十五103通入加热器10加热升温后返回吹扫管线6,然后经由阀十二63进入组三3并依次通过主床三31和辅床三32,随后经由阀十五73排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床三31和辅床三32被加热再生。
时段2
管线状态:阀八52、阀二十三82关闭而阀十七75打开,其余阀、加热器10和风机一701保持时段1的状态不变。
组一1状态:保持时段1的状态不变;
组二2状态:主床二21和辅床二22内的气体经由阀十七75调压后排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床二21和辅床二22内的压力降低至再生压力;
组三3状态:保持时段1的状态不变。
时段3
管线状态:阀十七75关闭,其余阀、加热器10和风机一701保持时段2的状态不变。
组一1状态:保持时段2的状态不变;
组二2状态:主床二21和辅床二22处于封闭的空闲等待状态;
组三3状态:保持时段2的状态不变。
时段4
管线状态:阀十五73、阀三十五103关闭而阀二十78、阀二十九92、阀三十93、阀三十四102打开,加热器10停止,其余阀和风机一701保持时段3的状态不变。
组一1状态:保持时段3的状态不变;
组二2状态:回热管线9的回热气经由阀二十九92进入组二2并通过辅床二22,随后经由阀二十78排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是辅床二22被回热气加热,组三3排放的余热得到了利用;
组三3状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十四102和阀十二63进入组三3并依次通过主床三31和辅床三32,随后经由阀三十93排至回热管线9,其结果是主床三31和辅床三32被冷却,组三3排放的余热得到了回收。
时段5
管线状态:阀十二63、阀二十78、阀三十93、阀二十九92、阀三十四102关闭而阀十一62、阀十四72、阀二十七86、阀三十五103打开,加热器10启动,其余阀和风机一701保持时段4的状态不变。
组一1状态:保持时段4的状态不变;
组二2状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十五103通入加热器10加热升温后返回吹扫管线6,然后经由阀十一62进入组二2并依次通过主床二21和辅床二22,随后经由阀十四72排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床二21和辅床二22被加热;
组三3状态:集气管线8的部分产品气经由阀二十七86进入组三3,其结果是主床三31和辅床三32的压力上升至吸附压力。
时段6
管线状态:阀二十七86关闭而阀九53、阀二十四83打开,其余阀、加热器10和风机一701保持时段5的状态不变。
组一1状态:保持时段5的状态不变;
组二2状态:保持时段5的状态不变;
组三3状态:原料管线5的原料气经由阀九53进入组三3并依次通过辅床三32和主床三31,随后经由阀二十四83排至集气管线8,其结果是原料气变为产品气。
(a1)减压步骤
时段7
管线状态:阀七51、阀二十二81关闭而阀十六74打开,其余阀、加热器10和风机一701保持时段6的状态不变。
组一1状态:主床一11和辅床一12内的气体经由阀十六74调压后排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床一11和辅床一12内的压力降低至再生压力;
组二2状态:保持时段6的状态不变;
组三3状态:保持时段6的状态不变。
(a2)等待步骤
时段8
管线状态:阀十六74关闭,其余阀、加热器10和风机一701保持时段7的状态不变。
组一1状态:主床一11和辅床一12处于封闭的空闲等待状态;
组二2状态:保持时段7的状态不变;
组三3状态:保持时段7的状态不变。
(b)回热步骤
时段9
管线状态:阀十四72、阀三十五103关闭而阀十九77、阀二十八91、阀二十九92、阀三十四102打开,加热器10停止,其余阀和风机一701保持时段8的状态不变。
组一1状态:回热管线9的回热气经由阀二十八91进入组一1并通过辅床一12,随后经由阀十九77排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是辅床一12被回热气加热,组二2排放的余热得到了利用;
组二2状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十四102和阀十一62进入组二2并依次通过主床二21和辅床二22,随后经由阀二十九92排至回热管线9,其结果是主床二21和辅床二22被冷却,组二2排放的余热得到了回收;
组三3状态:保持时段8的状态不变。
(c)加热步骤
时段10
管线状态:阀十一62、阀十九77、阀二十八91、阀二十九92、阀三十四102关闭而阀十61、阀十三71、阀二十六85、阀三十五103打开,加热器10启动,其余阀和风机一701保持时段9的状态不变。
组一1状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十五103通入加热器10加热升温后返回吹扫管线6,然后经由阀十61进入组一1并依次通过主床一11和辅床一12,随后经由阀十三71排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床一11和辅床一12被加热;
组二2状态:集气管线8的部分产品气经由阀二十六85进入组二2,其结果是主床二21和辅床二22的压力上升至吸附压力;
组三3状态:保持时段9的状态不变。
时段11
管线状态:阀二十六85关闭而阀八52、阀二十三82打开,其余阀、加热器10和风机一701保持时段10的状态不变。
组一1状态:保持时段10状态不变;
组二2状态:原料管线5的原料气经由阀八52进入组二2并依次通过辅床二22和主床二21,随后经由阀二十三82排至集气管线8,其结果是原料气变为产品气;
组三3状态:保持时段10的状态不变。
时段12
管线状态:阀九53、阀二十四83关闭而阀十八76打开,其余阀、加热器10和风机一701保持时段11的状态不变。
组一1状态:保持时段11的状态不变;
组二2状态:保持时段11的状态不变;
组三3状态:主床三31和辅床三32内的气体经由阀十八76调压后排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床三31和辅床三32内的压力降低至再生压力;
时段13
管线状态:阀十八76关闭,其余阀、加热器10和风机一701保持时段12的状态不变。
组一1状态:保持时段12状态不变;
组二2状态:保持时段12状态不变;
组三3状态:主床三31和辅床三32处于封闭的空闲等待状态;
(d)冷却步骤
时段14
管线状态:阀十三71、阀三十五103关闭而阀二十一79、阀二十八91、阀三十93、阀三十四102打开,加热器10停止,其余阀和风机一701保持时段13的状态不变。
组一1状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十四102和阀十61进入组一1并依次通过主床一11和辅床一12,随后经由阀二十八91排至回热管线9,其结果是主床一11和辅床一12被冷却,组一1排放的余热得到了回收;
组二2状态:保持时段13的状态不变;
组三3状态:回热管线9的回热气经由阀三十93的进入组三3并通过辅床三32,随后经由阀二十一79排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是辅床三32被回热气加热,组一1排放的余热得到了利用。
(d1)增压步骤
时段15
管线状态:阀十61、阀二十一79、阀二十八91、阀三十93、阀三十四102关闭而阀十二63、阀十五73、阀二十五84、阀三十五103打开,加热器10启动,其余阀和风机一701保持时段14的状态不变。
组一1状态:集气管线8的部分产品气经由阀二十五84进入组一1,其结果是主床一11和辅床一12的压力上升至吸附压力;
组二2状态:保持时段14的状态不变;
组三3状态:吹扫管线6的吹扫气经由阀三十五103通入加热器10加热升温后返回吹扫管线6,然后经由阀十二63进入组三3并依次通过主床三31和辅床三32,随后经由阀十五73排至排气管线7,最终经由风机一701排出系统,其结果是主床三31和辅床三32被加热。
至此,循环恢复初始状态。
实施例13
本实施例提供了一种实现实施例11所述工艺的系统,请参阅图10所示,是本实施例的系统流程图。本实施例的系统与实施例12相比,其在罐体一14和罐体二15之间的连接管道上增设阀一13,在罐体三24和罐体四25之间的连接管道上增设阀二23,在罐体五34和罐体六35之间的连接管道上增设阀三33,用于隔绝各组内各罐体之间的气体流通,保证各组主床和辅床运行的独立性。在系统的工作循环中,阀一13的开关状态始终和阀十九77的开关状态相反,阀二23的开关状态始终和阀二十78的开关状态相反,阀三33的开关状态始终和阀二十一79的开关状态相反。
实施例14
本实施例提供了一种用于实现实施例11所述工艺的系统,请参阅图11所示,是本实施例的系统流程图。本实施例的系统与实施例12相比,其组一1的主床一11和辅床一12间隔布置在同一个罐体一14之内,组二2的主床二21和辅床二22间隔布置在同一个罐体三24之内,组三3的主床三31和辅床三32间隔布置在同一个罐体五34之内。上述布置方式有利于降低气体在主床和辅床之间的流动阻力,并减少了系统所需罐体的数量。
实施例15
本实施例提供了一种用于实现实施例11所述工艺的系统,请参阅图12所示,是本实施例的系统流程图。本实施例的系统与实施例12相比,其组一1的主床一11和辅床一12紧邻布置在同一个罐体一14之内,组二2的主床二21和辅床二22紧邻布置在同一个罐体三24之内,组三3的主床三31和辅床三32紧邻布置在同一个罐体五34之内。上述布置方式有利于降低气体在主床和辅床之间的流动阻力,并减少了系统所需罐体的数量。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种辅床回热变温吸附系统,其特征在于:包括多个组及相应管线,每个组包括主床和辅床,管线包括原料管线、排气管线、回热管线、集气管线和吹扫管线,主床和辅床相互连接,主床和辅床置于罐体内,原料管线、排气管线和回热管线连接辅床,集气管线和吹扫管线连接主床,吹扫管线上设置加热器。
2.根据权利要求1所述的辅床回热变温吸附系统,其特征在于:所述罐体为卧式、立式轴向流或立式径向流中的一种。
3.根据权利要求1所述的辅床回热变温吸附系统,其特征在于:所述多个组为不少于三个组,每个组的主床和辅床分别布置在两个不同罐体内,两个不同罐体之间设有连通管道,连通管道上能够设置阀;或者,每个组的主床和辅床间隔布置或紧邻布置在同一个罐体内;主床上填有第一吸附剂,辅床上填有第二吸附剂。
4.根据权利要求1所述的辅床回热变温吸附系统,其特征在于:所述原料管线、排气管线和回热管线均具有支路部分和非支路部分,其中,支路部分用于将非支路部分连接于相应组的辅床,支路部分上设有阀,排气管线和回热管线的非支路部分至少设有一个风机。
5.根据权利要求1所述的辅床回热变温吸附系统,其特征在于:所述集气管线和吹扫管线均具有支路部分和非支路部分,其中,支路部分用于将非支路部分连接于相应组的主床,支路部分上设有阀,吹扫管线的非支路部分上设有阀,加热器的排气口通过排气管道连接吹扫管线非支路部分上的阀的出口,加热器的进气口通过进气管道连接吹扫管线非支路部分上的阀的入口,加热器的进气管道上设有阀。
6.根据权利要求1所述的辅床回热变温吸附系统,其特征在于:该系统还包括补热管线,补热管线包括支路部分和非支路部分,支路部分用于将非支路部分连接于相应组的主床,支路部分上设有阀,非支路部分还连接加热器。
7.根据权利要求1所述的辅床回热变温吸附系统,其特征在于:该系统还包括补气管道,回热管线通过补气管道连接加热器。
8.根据权利要求1所述的辅床回热变温吸附系统的应用工艺,其特征在于:对该系统多个组中的任一个组,均重复执行包括以下步骤的循环:
(a)吸附步骤:将原料气通过原料管线通入任一个组,并使其依次通过该组的辅床和主床后作为产品气通过集气管线排出该组;其中,原料气为空气、天然气或包含挥发性有机化合物的混合气中的一种;
(b)回热步骤:通过回热管线回收多个组中处于步骤(d)的另一个组排出的气体以获得回热气,并将回热气通入任一个组,使其通过该组的辅床后排出;
(c)加热步骤:将吹扫气加热后通入任一个组,并使其通过至少该组的主床后排出;
(d)冷却步骤:将吹扫气通过吹扫管线通入任一个组,并使吹扫气依次通过该组的主床和辅床后排出。
9.根据权利要求3所述的辅床回热变温吸附系统,其特征在于:所述第一吸附剂和第二吸附剂均包括分子筛、氧化铝、硅胶、活性炭和金属有机骨架材料中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的辅床回热变温吸附系统的应用工艺,其特征在于:所述循环还包括等待步骤、补热步骤、减压步骤和增压步骤,其中,等待步骤根据需要设置在任意步骤之间,等待步骤使任一个组处于空闲状态;补热步骤位于回热步骤之后,补热步骤将回热气加热后通入任一个组,使回热气依次通过该组的主床和辅床后排出;减压步骤位于吸附步骤之后,减压步骤降低任一个组主床和辅床内部的气压;增压步骤位于冷却步骤之后,增压步骤恢复任一个组主床和辅床内部的气压;等待步骤、补热步骤、减压步骤和增压步骤的具体设置根据实际情况确定。
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