CN110124446B - 无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统及分离方法 - Google Patents

无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统及分离方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统及分离方法，解决现有技术在运行过程中再生冲洗气解吸效果不理想的问题。本发明变压吸附气体分离系统包括原料气输送管、解吸气外输管、产品气外输管、再生冲洗气输送管、换热器、以及至少一台吸附塔，换热器分别与产品气外输管和再生冲洗气输送管连接，用于使再生冲洗气输送管内的再生冲洗气与产品气外输管内的产品气进行换热。本发明分离方法通过产品气与再生冲洗气换热可提高再生冲洗气温度，从而改善变压吸附气体分离系统解吸效果，最终提高变压吸附气体分离系统的吸附能力与效率。

Description

无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统及分离方法
技术领域
本发明涉及无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统及分离方法。
背景技术
我国目前在化工、石化、冶金、环保等领域有大量的变压吸附气体分离系统用于各种混合气体的分离与提纯。目前，在国内外公开的专利文献或报道资料中，提高变压吸附气体分离系统解吸效果的方法通常都是：抽真空降低解吸压力，或者增加冲洗再生气总量以降低解吸分压等，这些方法都需要耗能，或者增加有效气体的损失量，从而增加系统的运行成本。
因此，设计无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统及分离方法，直接利用变压吸附气体分离系统在顺放过程产生的冲洗再生气温度必然低于产品气温度的这一特性来改善变压吸附气体分离系统的解吸效果，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统及分离方法，解决现有技术在运行过程中再生冲洗气解吸效果不理想的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统，包括原料气输送管、解吸气外输管、产品气外输管、再生冲洗气输送管、换热器、以及至少一台吸附塔，所述原料气输送管通过管道分别与所有所述吸附塔的底部连通，所述原料气输送管用于为所述吸附塔内输送原料气，所述产品气外输管的一端通过管道分别与所有所述吸附塔的顶部连通，其另一端与换热器连通，所述产品气外输管用于将所述吸附塔内分离出的产品气外输，所述再生冲洗气输送管的一端通过管道分别与所有所述吸附塔的顶部连接，其另一端与换热器的连通，所述再生冲洗气输送管用于从顺放工段引出再生气并将所引出的再生气输送至吸附塔内，所述解吸气外输管通过管道分别与所有所述吸附塔的底部连通，所述解吸气外输管用于将所述吸附塔在再生过程中所产生的解吸气外输，所述换热器分别与所述产品气外输管和所述再生冲洗气输送管连接，用于使所述再生冲洗气输送管内的再生冲洗气与所述产品气外输管内的产品气进行换热。
进一步地，还包括终升管线，所述终升管线的一端与所述产品气外输管连接，所述终升管线的另一端通过管道分别与所有所述吸附塔的顶部连通。
进一步地，所述终升管线分别与每一台所述吸附塔连接的管道上均设有一个程控阀。
进一步地，所述原料气输送管分别与每一台所述吸附塔连接的管道上均设有一个程控阀，所述产品气外输管分别与每一台所述吸附塔连接的管道上均设有一个程控阀，所述解吸气外输管分别与每一台所述吸附塔连接的管道上均设有一个程控阀，所述再生冲洗气输送管分别与每一台所述吸附塔连接的管道上均设有一个程控阀。
进一步地，所述产品气外输管分别与每一台所述吸附塔连接的管道上均设有一个压力计。
进一步地，所述再生冲洗气输送管上设有再生冲洗气缓冲罐，并且在再生冲洗气输送管内再生冲洗气的气流方向上，所述再生冲洗气缓冲罐位于所述换热器的前方。
无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统的分离方法，原料气从原料气工段通过原料气输送管进入吸附塔进行吸附分离，分离出的产品气通过产品气外输管外输，从而实现气体分离；在吸附剂再生过程中，吸附塔通过顺放过程产生再生冲洗气，再生冲洗气通过再生冲洗气输送管进入吸附塔以对吸附塔进行冲洗再生，在吸附塔内经过再生后的解吸气由解吸气外输管外输，此过程中，再生冲洗气输送管内的再生冲洗气与产品气外输管内的产品气在换热器内产生热交换，使得再生冲洗气输送管内再生冲洗气的温度升高，从而可使再生冲洗气冲洗吸附塔内吸附剂的过程中为吸附剂的解吸提供额外的能量，进而可有效改善其解吸效果，最终可有效提高变压吸附气体分离系统的吸附能力与效率。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，可直接利用变压吸附气体分离系统在顺放过程产生的冲洗再生气温度必然低于产品气温度的这一特性，通过换热提高冲洗再生气温度来改善变压吸附气体分离系统的解吸效果。
本发明变压吸附气体分离系统主要包括原料气输送管、解吸气外输管、产品气外输管、再生冲洗气输送管、换热器和吸附塔，原料气通过原料气输送管进入吸附塔进行吸附分离，分离出的产品气通过产品气外输管外输，从而实现气体分离，吸附塔再生时，通过顺放产生再生冲洗气，再生冲洗气通过再生冲洗气输送管进入吸附塔以对吸附塔进行冲洗再生，设有再生冲洗气缓冲罐的，先经过再生冲洗气缓冲罐进行缓存，之后再通过换热器与产品气进行换热升温后，进入吸附塔以对吸附塔进行冲洗再生，在吸附塔内经过再生后的解吸气由解吸气外输管外输。
由于变压吸附气体分离系统在解吸时，被吸附剂吸附的气体分子都需要获得额外的动能才能从吸附剂表面离开，完成解吸过程。因此提高再生冲洗气的温度就可以为解吸过程提供额外的能量，使得解吸效果得到改善，从而使吸附剂在下一次吸附中可以吸附更多的气体分子，最终达到提高系统整体吸附能力与效率的目的。
由于变压吸附气体分离系统的产品气来自于吸附过程，其温度会由于吸附放热而导致温度升高，而再生冲洗气来自于顺放减压过程，其温度会因为减压而导致绝热膨胀降温。因此，再生冲洗气温度必然低于产品气温度，因再生冲洗气输送管和产品气外输管还分别与换热器连接，于是，再生冲洗气输送管内的再生冲洗气与产品气外输管内的产品气产生热交换。通过这种换热可提高再生冲洗气输送管内再生冲洗气的温度，从而可使再生冲洗气冲洗吸附剂的过程中为吸附剂的解吸过程提供额外的能量，使得解吸效果得到改善，最终达到提高变压吸附气体分离系统的吸附能力与效率的目的。
附图说明
图1为本发明一种系统原理图。
图2为本发明另一种系统原理图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-原料气输送管、2-解吸气外输管、3-产品气外输管、4-再生冲洗气输送管、5-换热器、6-吸附塔、7-进装置阀门、8-出吸附塔压力调节阀门、9-压力计、10-终升管线、11-再生冲洗气缓冲罐。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1和2所示，本发明提供的一种无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统，结构简单、设计科学合理，使用方便，可直接利用变压吸附气体分离系统在顺放过程产生的冲洗再生气温度必然低于产品气温度的这一特性来改善变压吸附气体分离系统的解吸效果。本发明包括原料气输送管1、解吸气外输管2、产品气外输管3、再生冲洗气输送管4、换热器5、终升管线10、以及至少一台吸附塔6，所述原料气输送管1通过管道分别与所有所述吸附塔6的底部连通，所述原料气输送管1用于为所述吸附塔6内输送原料气，所述产品气外输管3通过管道分别与所有所述吸附塔6的顶部连通，另一端与换热器5连通，所述产品气外输管3用于将所述吸附塔6内分离出的产品气外输，所述再生冲洗气输送管4的一端通过管道分别与所有所述吸附塔6的顶部连接，另一端与换热器5的连通，所述再生冲洗气输送管4用于从顺放工段引出再生气并将所引出的再生气输送至吸附塔内，所述解吸气外输管2通过管道分别与所有所述吸附塔6的底部连通，所述解吸气外输管2用于将所述吸附塔6在再生过程中所产生的解吸气外输，所述换热器5分别与所述产品气外输管3和所述再生冲洗气输送管4连接，用于使所述再生冲洗气输送管4内的再生冲洗气与所述产品气外输管3内的产品气进行换热。
本发明所述终升管线10的一端与所述产品气外输管3连接，所述终升管线10的另一端通过管道分别与所有所述吸附塔6的顶部连通，所述原料气输送管1上设有进装置阀门7，所述产品气外输管3上设有出吸附塔压力调节阀门8，并且在产品气的气流方向上，所述出吸附塔压力调节阀门8位于所述换热器5的前方，所述产品气外输管3分别与每一台所述吸附塔6连接的管道上均设有一个压力计9。
本发明所述原料气输送管1分别与每一台所述吸附塔6连接的管道上均设有一个程控阀，所述产品气外输管3分别与每一台所述吸附塔6连接的管道上均设有一个程控阀，所述解吸气外输管2分别与每一台所述吸附塔6连接的管道上均设有一个程控阀，所述再生冲洗气输送管4分别与每一台所述吸附塔6连接的管道上均设有一个程控阀，所述再生冲洗气输送管4分别与每一台吸附塔顺放工段连接的管道上均设有一个程控阀，所述终升管线10分别与每一台所述吸附塔6连接的管道上均设有一个程控阀。
如图2所示，本发明所述再生冲洗气输送管4上设有再生冲洗气缓冲罐11，并且在再生冲洗气输送管内再生冲洗气的气流方向上，所述再生冲洗气缓冲罐11位于所述换热器5的前方。
本发明变压吸附气体分离系统主要包括原料气输送管、解吸气外输管、产品气外输管、再生冲洗气输送管、换热器和吸附塔，原料气从原料气工段通过原料气输送管进入吸附塔进行吸附分离，分离出的产品气通过产品气外输管外输，从而实现气体分离，吸附塔再生时，通过顺放产生再生冲洗气，再生冲洗气通过再生冲洗气输送管进入吸附塔以对吸附塔进行冲洗再生，设有再生冲洗气缓冲罐的，先经过再生冲洗气缓冲罐进行缓存，之后再经过换热器升温后，进入吸附塔以对吸附塔进行冲洗再生，在吸附塔内经过再生后的解吸气由解吸气外输管外输。
由于变压吸附气体分离系统在解吸时，被吸附剂吸附的气体分子都需要获得额外的动能才能从吸附剂表面离开，完成解吸过程。因此提高再生冲洗气的温度就可以为解吸过程提供额外的能量，使得解吸效果得到改善，从而使吸附剂在下一次吸附中可以吸附更多的气体分子，最终达到提高系统整体吸附能力与效率的目的。
由于变压吸附气体分离系统的产品气来自于吸附过程，其温度会由于吸附放热而导致温度升高，而再生冲洗气来自于顺放减压过程，其温度会因为减压而导致绝热膨胀降温。因此，再生冲洗气温度必然低于产品气温度，因再生冲洗气输送管和产品气外输管还分别与换热器连接，于是，再生冲洗气输送管内的再生冲洗气与产品气外输管内的产品气产生热交换。通过这种换热可提高再生冲洗气输送管内再生冲洗气的温度，从而可使再生冲洗气冲洗吸附剂的过程中为吸附剂的解吸过程提供额外的能量，使得解吸效果得到改善，最终达到提高变压吸附气体分离系统的吸附能力与效率的目的。
无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统的分离方法，其特征在于，原料气从原料气工段通过原料气输送管进入吸附塔进行吸附分离，分离出的产品气通过产品气外输管外输，从而实现气体分离，在产品气外输的过程中，吸附塔通过顺放产生再生冲洗气，再生冲洗气通过再生冲洗气输送管进入吸附塔以对吸附塔进行冲洗再生，在吸附塔内经过再生后的解吸气由解吸气外输管外输，过程中，再生冲洗气输送管内的再生冲洗气与产品气外输管内的产品气在换热器内产生热交换，使得再生冲洗气输送管内再生冲洗气的温度升高，从而可使再生冲洗气冲洗吸附塔内吸附剂的过程中为吸附剂的解吸提供额外的能量，进而可有效改善其解吸效果，最终可有效提高变压吸附气体分离系统的吸附能力与效率。
本发明构思奇妙，直接利用变压吸附气体分离系统在顺放过程产生的冲洗再生气温度必然低于产品气温度的这一特性来改善变压吸附气体分离系统的解吸效果，从而提高变压吸附气体分离系统的吸附能力与效率，其无需额外增加耗能，可有效降低系统的运行成本，有着非常广泛的应用前景，适于在本技术领域大力推广应用。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统，其特征在于，包括原料气输送管(1)、解吸气外输管(2)、产品气外输管(3)、再生冲洗气输送管(4)、换热器(5)、以及至少一台吸附塔(6)，所述原料气输送管(1)通过管道分别与所有所述吸附塔(6)的底部连通，所述原料气输送管(1)用于为所述吸附塔(6)内输送原料气，所述产品气外输管(3)的一端通过管道分别与所有所述吸附塔(6)的顶部连通，其另一端与换热器(5)连通，所述产品气外输管(3)用于将所述吸附塔(6)内分离出的产品气外输，所述再生冲洗气输送管(4)的一端通过管道分别与所有所述吸附塔(6)的顶部连接，其另一端与换热器(5)的连通，所述再生冲洗气输送管(4)用于从顺放工段引出再生气并将所引出的再生气输送至吸附塔内，所述解吸气外输管(2)通过管道分别与所有所述吸附塔(6)的底部连通，所述解吸气外输管(2)用于将所述吸附塔(6)在再生过程中所产生的解吸气外输，所述换热器(5)分别与所述产品气外输管(3)和所述再生冲洗气输送管(4)连接，用于使所述再生冲洗气输送管(4)内的再生冲洗气与所述产品气外输管(3)内的产品气进行换热。
2.根据权利要求1所述的一种无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统，其特征在于，还包括终升管线(10)，所述终升管线(10)的一端与所述产品气外输管(3)连接，所述终升管线(10)的另一端通过管道分别与所有所述吸附塔(6)的顶部连通。
3.根据权利要求2所述的一种无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统，其特征在于，所述终升管线(10)分别与每一台所述吸附塔(6)连接的管道上均设有一个程控阀。
4.根据权利要求1所述的一种无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统，其特征在于，所述原料气输送管(1)分别与每一台所述吸附塔(6)连接的管道上均设有一个程控阀，所述产品气外输管(3)分别与每一台所述吸附塔(6)连接的管道上均设有一个程控阀，所述解吸气外输管(2)分别与每一台所述吸附塔(6)连接的管道上均设有一个程控阀，所述再生冲洗气输送管(4)分别与每一台所述吸附塔(6)连接的管道上均设有一个程控阀。
5.根据权利要求1所述的一种无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统，其特征在于，所述产品气外输管(3)分别与每一台所述吸附塔(6)连接的管道上均设有一个压力计(9)。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统，其特征在于，所述再生冲洗气输送管(4)上设有再生冲洗气缓冲罐(11)，并且在再生冲洗气输送管内再生冲洗气的气流方向上，所述再生冲洗气缓冲罐(11)位于所述换热器(5)的前方。
7.根据权利要求1-6任意一项所述无能耗改善解吸效果的变压吸附气体分离系统的分离方法，其特征在于，原料气从原料气工段通过原料气输送管进入吸附塔进行吸附分离，分离出的产品气通过产品气外输管外输，从而实现气体分离；在吸附剂再生过程中，吸附塔通过顺放过程产生再生冲洗气，再生冲洗气通过再生冲洗气输送管进入吸附塔以对吸附塔进行冲洗再生，在吸附塔内经过再生后的解吸气由解吸气外输管外输，此过程中，再生冲洗气输送管内的再生冲洗气与产品气外输管内的产品气在换热器内产生热交换，使得再生冲洗气输送管内再生冲洗气的温度升高，从而可使再生冲洗气冲洗吸附塔内吸附剂的过程中为吸附剂的解吸提供额外的能量，进而可有效改善其解吸效果，最终可有效提高变压吸附气体分离系统的吸附能力与效率。
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