CN110252082B - 变压吸附装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合气分离领域，具体提供了一种变压吸附装置，该装置包括：吸附塔、进气管路、废气排放管路、均压管路、产品气管路及与其对应的产品气缓冲罐；所述吸附塔的个数n≥6；所述进气管路上设有与吸附塔一一对应并与其入口连接的第一支线管路；所述废气排放管路上设有与吸附塔一一对应并与其入口连接的第二支线管路，用于排放各个吸附塔产生的废气；每条所述均压管路上分别设有与吸附塔一一对应并与其出口连接的第五支线管路；第一支线管路至第五支线管路上均设有气动阀。本发明的变压吸附装置每组吸附塔的操作时序独立运行，无需考虑与其它吸附塔的操作配合，各组吸附塔内实现均压操作，因此可以使整套变压吸附装置处于最优化运行状态。

Description

变压吸附装置
技术领域
本发明涉及混合气分离领域，具体涉及一种变压吸附装置。
背景技术
变压吸附(Pressure Swing Adsorption，简称PSA)是一种新型气体吸附分离技术，是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差别及吸附量随压力改变而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯。变压吸附有如下优点：(1)产品纯度高；(2)一般可在室温和不高的压力下工作，床层再生时不用加热，节能且经济；(3)设备简单，操作、维护简便；(3)连续循环操作，可完全达到自动化。因此，当这种技术问世后，就受到各国工业界的关注并竞相开发和研究，发展迅速，并日益成熟。
传统的变压吸附装置在连续生产的循环过程中包括一条原料气进料管路和一条产品气出气管路，同时只能进行一种时序操作，具体包括：原料进料的吸附步骤、均压步骤、提供再生气的顺放步骤、逆向泄压的逆放步骤、冲洗再生的冲洗步骤、与均压降步骤对应的均升压步骤和终充步骤，这些操作步骤的实现是通过吸附床顶部和底部不同阀门的打开和关闭来实现的。
变压吸附装置的生产规模从最初的几百标方每小时(Nm3/h)发展到目前的数十万标方每小时，随着变压吸附装置的大型化，其配套的吸附床容积、气动阀门及管道的通径越来越大，使吸附床内气流均布困难，加工及运输费用较高，占地面积大。同时，传统的变压吸附装置在建成后往往只能针对一种特定组份的气体进行分离和提纯，很难灵活使用。特别是4个以上吸附塔的多塔变压吸附装置，只能在一个操作周期内运行一种工艺步骤。当原料气组份发生较大波动或分离气体的种类发生改变时，传统的多塔变压吸附装置的效率和分离效果就会下降，这在一定程度上限制了变压吸附装置的应用范围。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的变压吸附装置存在的上述缺陷，从而提供一种新的投资节省、处理规模大、操作工艺灵活可变的变压吸附装置。
本发明提供了一种变压吸附装置，该装置包括：吸附塔、进气管路、废气排放管路、均压管路、产品气管路及与其对应的产品气缓冲罐；其中，
所述吸附塔的个数n≥6；
所述进气管路上设有与吸附塔一一对应并与其入口连接的第一支线管路，用于向各个吸附塔中输送待分离的混合气；
所述废气排放管路上设有与吸附塔一一对应并与其入口连接的第二支线管路，用于排放各个吸附塔产生的废气；
所述产品气管路的个数在两条以上，每条产品气管路上设有与吸附塔一一对应并与其出口连接的第三支线管路，且每条产品气管路上还设有第四支线管路；吸附塔产生的产品气可依次经第三支线管路、产品气输送管路和第四支线管路进入到对应的产品气缓冲罐中；
所述均压管路用于调节各个吸附塔之间的压力，当吸附塔的个数n为奇数时，所述均压管线的个数为(2+(n-7)/2)，当n为偶数时，所述均压管线的个数为(2+(n-6)/2)；
每条所述均压管路上分别设有与吸附塔一一对应并与其出口连接的第五支线管路；
所述第一支线管路、第二支线管路、第三支线管路、第四支线管路和第五支线管路上均设有气动阀。
优选地，所述进气管路的个数为两条以上。
优选地，所述进气管路上还设有带气动阀的进气支线管路，用于向所述进气管路提供待分离的混合气。
优选地，所述第四支线管路上设有流量计，用于测量均压气体的流量。
优选地，所述废气排放管路上连接有废气缓冲罐，用于收集吸附塔的废气并将其排出。
优选地，所述第一支线管路、第二支线管路通过同一入口管路与对应的吸附塔入口连接。
更优选地，所述入口管路上设有流量计、压力传感器，用于测量入口原料气以及出口废气的流量及压力。
优选地，所述第三支线管路、第五支线管路通过同一出口管路与对应的吸附塔出口连接。
更优选地，所述出口管路上设有流量计、压力传感器，用于测量出口产品气的流量及压力。
优选地，该装置包括10个所述吸附塔和3条所述产品气管路。
本发明的变压吸附装置存在以下优点：
1)当原料气体(即待分离的混合气)组分发生较大变化时可灵活改变操作工艺，当工艺条件发生改变后仍然可以使整套变压吸附工艺维持高水平的分离效果和回收率；
2)该变压吸附装置在流程结构上具有极大的可变性，由于各个吸附塔在流程中独立且并联，可根据不同的工艺需求，由不同数目的吸附塔形成多种组合形式，各组合间独立于其它组合，一组塔或者多组塔的运行情况不影响其它组合的运行，因此可以实现在一个装置同时可以生产多组不同压力、不同纯度的产品气，从而用于下游不同目的的工艺过程；
3)该变压吸附装置在操作时序上具有极大的可变性：传统的变压吸附过程中各吸附塔之间运行是紧密联系在一起的，操作时序与吸附塔数量紧密配合，根据前期设计仅可以执行一组时序过程，任何一个塔的操作状态都会波及整个流程；此外，很难通过时序操作来应对处理量方面的变化，当产品气需求量降低或者产品纯度要求发生变化时，传统的变压吸附过程应变性较差，无法维持较高的分离效率和回收率；而本发明的变压吸附装置根据不同的需求可以同时执行多套操作时序，每组吸附塔的操作时序独立运行，无需考虑与其它吸附塔的操作配合，各组吸附塔内实现均压操作，因此可以使整套变压吸附装置处于最优化运行状态。
附图说明
图1是本发明的一种包括10个吸附塔的变压吸附装置示意图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种变压吸附装置，该装置包括：吸附塔、进气管路、废气排放管路、均压管路、产品气管路及与其对应的产品气缓冲罐；其中，
所述吸附塔的个数n≥6；
所述进气管路上设有与吸附塔一一对应并与其入口连接的第一支线管路，用于向各个吸附塔中输送待分离的混合气；
所述废气排放管路上设有与吸附塔一一对应并与其入口连接的第二支线管路，用于排放各个吸附塔产生的废气；
所述产品气管路的个数在两条以上，每条产品气管路上设有与吸附塔一一对应并与其出口连接的第三支线管路，且每条产品气管路上还设有第四支线管路；吸附塔产生的产品气可依次经第三支线管路、产品气输送管路和第四支线管路进入到对应的产品气缓冲罐中；
所述均压管路用于调节各个吸附塔之间的压力，当吸附塔的个数n为奇数时，所述均压管线的个数为(2+(n-7)/2)，当n为偶数时，所述均压管线的个数为(2+(n-6)/2)；
每条所述均压管路上分别设有与吸附塔一一对应并与其出口连接的第五支线管路；
所述第一支线管路、第二支线管路、第三支线管路、第四支线管路和第五支线管路上均设有气动阀。
本发明的装置中，所述吸附塔的个数n≥6，在此基础上，能使吸附塔之间分成多组并各自执行操作时序。例如当该装置包括6个吸附塔时，可以使其中的4个组成一组，剩余的2个组成一组(简称为4+2组合)，两组各自进行不同的操作时序；而当所述吸附塔的个数为10时，则有5+5、6+4、8+2、4+4+2、4+3+3等多种组合，每个组合可各自进行不同的操作时序。另外，本发明的装置不仅可同时进行多套时序操作，也可以通过阀门的调控，使所有吸附塔只进行一种操作时序。另外，本领域技术人员应当理解的是，在所述操作时序中，每个吸附塔通常会进行吸附步骤、均压步骤、提供再生气的顺放步骤、逆向泄压的逆放步骤、冲洗再生的冲洗步骤、与均压降步骤对应的均升压步骤和终充步骤。本发明的装置运行的变压吸附工艺循环组数，以及各自的操作时序可由以下方法确定：1)根据产品气的产量、组成、压力、纯度等要求，确定总的吸附塔塔数、同时进行吸附的塔数和均压次数等；2)根据吸附剂的种类、吸附容量、传质速率、装填容量等参数设计吸附时间和再生时间；3)设计单塔状态顺序，一般为吸附、多次均降、顺放、逆放、冲洗、多次均升和终升等；4)将设计好的单塔状态按照塔序号推延整数个状态，多出来的状态补在前面空缺的部分。以上的具体计算和操作方法为本领域所熟知，本发明不再赘述。
本发明的装置中，所述进气管路上设有多个第一支线管路，用于向与其对应的吸附塔中输送待分离的混合气。优选情况下，所述进气管路的个数为两条以上，通过设置多条并列的进气管路，能更灵活地控制装置在进行多套操作时序时互不干扰。
优选地，所述进气管路上还设有带气动阀的进气支线管路，用于向所述进气管路提供待分离的混合气。
本发明中，所述吸附塔的内部设置可依据待分离的混合气进行选择，本发明对此没有特别限定，只要能通过变压吸附分离出所需产品前即可。
优选情况下，每个吸附塔上设有热电偶，用于监测吸附塔内吸附剂的温度变化。
本发明的装置中，所述废气排放管路上设有多条第二支线管路，与其对应的吸附塔产生的废气可被逆向放空。优选地，所述废气排放管路上还连接有废气缓冲罐，用于收集吸附塔的废气并将其排出。本领域技术人员应当理解的是，一吸附塔逆向放压中脱附的重组分吸附质，吹扫再生时由其它吸附塔为该塔提供的吹扫气体统称为这一吸附塔产生的废气。
按照一种优选的实施方式，所述第一支线管路、第二支线管路通过同一入口管路与对应的吸附塔入口连接。更优选地，在所述入口管路上设有流量计、压力传感器，分别用于测量入口混合气以及出口废气的流量及压力。
本发明的装置中，所述均压管路用于调节吸附塔之间的压力，从而实现吸附塔之间的升压/压降，以及吸附塔的顺向压降(即为其它吸附塔提供吹扫气)、逆向吹扫再生等步骤。所述均压管路的个数根据吸附塔的个数n确定，具体依据上述公式计算。例如，当吸附塔为6个或7个时，所述均压管路的个数均是两条，当所述吸附塔为10个或11个时，所述均压管路的个数均是四条。
优选地，所述第四支线管路上设有流量计，用于测量均压气体的流量。
本发明的装置中，每条均压管路均通过设置在其上的第五支线管路与对应的吸附塔连接。另外，为了使管线更简便，针对同一个吸附塔，不同均压管路上的第五支线管路中的至少部分还可回合为一股后与该吸附塔出口连接。
本发明的装置中，所述产品气管路的个数在两条以上，所述产品气缓冲罐的个数与其相同，分别用于回收各自的产品气管路中的产品气。具体地，针对其中的一个吸附塔，所述混合气经吸附分离后，所产生的轻组分作为产品气经过一条第三支线管路，接着进入设有该支线管路的产品气管路，最后经过设置在其上的第四支线管路而进入到相应的产品气缓冲罐中。另外，如上所述，本发明的吸附塔可以分组来实现同时运行多组操作时序，因此，多个产品气缓冲罐可分别用于收集一组操作时序的产品气，从而可同时获得不同纯度或组成的产品气。
按照一种优选的实施方式，所述第三支线管路、第五支线管路通过同一出口管路与所述吸附塔的出口连接。
更优选地，所述出口管路上设有流量计、压力传感器，分别用于测量产品气(未被吸附的轻组分)的流量和压力。
图1示例性的示出本发明一种包括10个吸附塔的变压吸附装置。其中，A～J均表示吸附塔，该装置还包括：两条进气管路、一条废气排放管路、四条均压管路、三条产品气管路及与之对应的三个产品气缓冲罐。
图1中，所有的缓冲罐都以HPT表示。
两条进气管路中，每条管路上均设有10条第一支线管路，分别用于向吸附塔A～J提供待分离混合气；另外，两条进气管路还分别设有带气动阀101、102的进气支线管路。
所述废气排放管路上设有10条第二支线管路，用于排放各个吸附塔产生的废气，所述废气排放管路上还通过设有气动阀501的管路连接有废气缓冲罐，所述废气缓冲罐的废气出口管路上还设有气动阀502。
三条产品气管路中，每条管路上设有10条第三支线管路和一条第四支线管路，总共三条的第四支线管路上分别设有气动阀201、301和401；吸附塔产生的产品气可依次经第三支线管路、产品气输送管路和第四支线管路进入到对应的产品气缓冲罐中，三个产品气缓冲罐的出口管路上还分布设有气动阀202、302、402。
四条均压管路中，每条管路上通过设有10条第五支线管路。针对同一吸附塔，共有四条第五支线管路与该吸附塔并联。
为了便于并更清楚地描述，本发明以吸附塔A为例来说明各管路上气动阀的设置情况。
吸附塔A(也简称为“A塔”)上，两条第一支线管路上分别设有气动阀A08、A09，第二支线管路上设有气动阀A10，这三条支线管路通过同一入口管线与A塔入口连接，该入口管线上设有压力传感器和流量计；
吸附塔A上，三条第三支线管路上分别设有气动阀A01、A02和A03，装置的三个产品气缓冲罐依次通过其各自的第四支路管路、产品气管路和第三支线管路与塔A出口并联。
吸附塔A上，四条第五支线管路上分别设有气动阀A04、A05、A06和A07，其中，设有A04、A05的两条第五支线管路汇成一路，以及设有A06、A07的两条第五支线管路汇成一路后与塔A出口连接。另外，所汇合形成的两条管路与三条第三支线管路通过同一出口管路与A塔连接，该出口管线上设有压力传感器和流量计。
如图1所示，吸附塔B～J上，气动阀B01～B10、C01～C10、D01～D10、E01～E10、F01～F10、G01～G10、H01～H10、I01～I10、J01～J10及其所在的支线管路，与气动阀A01～A10及其所在的支线管路在吸附塔A上的设置相同，在此不再赘述。
按照一种实施方式，本发明的变压吸附装置用于回收甲醇驰放气中的氢气等轻组分。在甲醇的工业生产过程中，不论采用何种原料路线，其生产过程中大量的循环气内，重组份含量(如Ar、N2、CH4、CO2、CO)不得超过一定比例，所以循环气必须有一定量放空，这部分放空循环气称为甲醇驰放气。甲醇驰放气中氢气比例含量较高，大约为65％，采用PSA、膜技术等方案实现甲醇驰放气中氢气回收再利用是一项成熟的工艺流程。然而，当工艺一旦选定，随着原料气组分发生改变或者不同下游的工艺需求发生变化，传统的工艺流程可变性差，无法随着原料气组分的改变、产品气纯度压力的改变进行相应的调整，而该本发明的变压吸附装置具有极大的柔性操作空间，可以根据实际情况同时实现不同类型的多塔变压吸附操作。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不仅限于下述实施例。
以下实施例中，均按照图1所述的装置处理甲醇驰放气。
表1-表3中的字母意思如下：
A-吸附；EQ1-第一次对外均压；EQ2-第二次对外均压；EQ3-第三次对外均压；EQ4-第四次对外均压；PP-顺向降压；BD-顺向放空；PG-逆向吹扫再生；EQ4’-四次压力均衡升；EQ3’-三次压力均衡升；EQ2’-二次压力均衡升；EQ1’-一次压力均衡升；DILE-等待；RE-最终升压。
实施例1
本实施例用于说明本发明的变压吸附装置在传统的10床变压吸附工艺循环中的应用情况。
本实施例的10床变压吸附工艺循环中，任意时刻2个床处于吸附状态，4个吸附床处于均压阶段，1个床处于提供吹扫气阶段，1个床处于放空状态，1个床处于逆向吹扫再生阶段，1个吸附床处于等待状态，具体的操作时序如表1所示：
现以A塔在一次循环内经历步骤的工况为例，对本段变压吸附工艺过程进行说明：
(1)吸附(A)
开启气动阀101、A08、A01、201，原料气通过A08进入A塔，原料气中的重组分在吸附压力下被吸附剂吸附，未被吸附的轻组份产品气(即，轻组分气体)通过气动阀A01、201进入含产品气总管(即，第四支线管路)至相应的缓冲罐内。当重组分物质的吸附前沿到达A塔某一位置时，关闭气动阀A08、A01，原料气停止输入该塔，塔内保持吸附时的压力。
(2)一次压力均衡降(第一次对外均压，EQ1)
将A塔吸附步骤停止后，随即开启气动阀A04及D04，使A塔出口端与刚结束三次均升压的D塔出口端相连通，A塔内死空间气体由A塔出口端经A04和D04流入D塔；该步骤结束时，A、D两塔压力基本上达到平衡。
(3)二次压力均衡降(第二次对外均压，EQ2)
A塔EQ1步骤停止后，关闭气动阀D04，随即开启气动阀E04，使A塔出口端与刚结束二次均升压步骤的E塔出口端相连通，A塔内死空间气体由A塔出口端经A04和E04流入E塔；该步骤结束时，A、E两塔压力基本上达到平衡。
(4)三次压力均衡降(第三次对外均压，EQ3)
A塔EQ2步骤停止后，关闭气动阀E04，随即开启气动阀F04，使A塔出口端与刚结束一次升压步骤的F塔出口端相连通，A塔内死空间气体由A塔出口端经A04和F04流入到F塔；该步骤结束时，A塔与F塔压力基本上达平衡。
(5)四次压力均衡降(第四次对外均压，EQ4)
A塔EQ3步骤停止后，关闭气动阀F04，开启气动阀A04和G04，使A塔出口端与刚结束吹扫再生的G塔出口端相连通，A塔内死间空气体由A塔出口端经A04和G04流入G塔；该步骤结束时，A塔与G塔压力基本达到平衡。
(6)提供吹扫气(顺向降压，PP)
A塔EQ4步骤停止后，关闭气动阀G04，开启气动阀A04和104、I10、501，使A塔出口端与I塔出口端相连通，A塔内死间空气体由A塔出口端经A04、I04流入I塔，并依次经I10和501排出；该步骤结束时，I塔再生完成。
(7)逆向放压(顺向放空，BD)
A塔PP步骤结束后，关闭气动阀A04、I04、110，打开气动阀A10，塔内被吸附的重组分逆向放空，逆放气通过气动阀501作为废气排放，在此过程中大部分被吸附的重组分吸附质脱附了出来，吸附剂得到一定程度的再生，逆放步骤结束时，A塔内压力应基本接近常压。
(8)吹扫再生(逆向吹扫再生，PG)
A塔BD步骤结束后，开启气动阀A04、C04，使A塔出口端与C塔出口端相连通，C塔内死空间气体由C塔出口端经C04、A04流入A塔，并经A10作为再生废气通过气动阀501排除系统外；该步骤结束时，A塔再生完成。
(9)等待(DILE)
为了协调多个吸附塔间互动，增加等待步骤，此时关闭与A相关的全部阀门，等待下一步的指令。
(10)四次压力均衡升(EQ4’)
A塔完成了PG过程后，准备开始升压，开启气动阀E04与A04，使A塔出口端与E塔相连通，利用E塔里未被吸附的轻组分气体对A塔升压，该步骤结束后，E塔和A塔压力基本相等；
(11)三次压力均衡升(EQ3’)
A塔完成了EQ4’过程后，准备进一步升压，关闭气动阀E04，并开启气动阀F04，使A塔出口端与F塔相连通，利用F塔里未被吸附的轻组分气体对塔A升压，该步骤结束后，F塔和A塔压力基本相等。
(12)二次压力均衡升(EQ2’)
A塔完成了EQ3’过程后，准备进一步升压，关闭气动阀F04，并开启气动阀G04，使A塔出口端与G塔相连通，利用G塔内未被吸附的轻组分气体对A塔进行均压，该步骤结束后，G塔和A塔压力基本相等。
(13)一次压力均衡升(EQ1’)
A塔完成了EQ2’过程后，准备进一步升压，关闭气动阀G04，并开启气动阀H04，使A塔出口端与H塔相连通，利用H塔内未被吸附的轻组分气体对A塔进行均压，该步骤结束后，H塔和A塔压力基本相等。
(14)最终升压(RE)
A塔完成了EQ1过程后，塔内压力还未达到吸附步骤的工作压力；此时关闭气动阀H04，开启气动阀I04，由I塔正在产生的未被吸附的轻组分气体对A塔进行最终升压，直到A塔压力基本上达到吸附压力为止。至此，A塔在一次循环中的各步骤全部结束，紧接着便开始进行下一次循环。
以变压吸附装置运行10床变压吸附工艺循环，按照上述操作时序实现多个吸附塔独立运行。
Figure BDA0001594485780000131
实施例2
本实施例用于说明本发明的变压吸附装置在两套变压吸附工艺循环中的应用情况。
该装置可以同时执行两套时序，实现两组不同的变压吸附操作。A塔、B塔、C塔和D塔一组，E塔、F塔、G塔、H塔、I塔和J塔，任意时刻两组变压吸附独立运行。具体的操作时序如表2所示：
由于A、B、C、D四个吸附塔作为一组循环，E、F、G、H、I和J塔作为一组循环，现以A塔和E塔在各自周期循环内经历步骤的工况为例，对本段变压吸附工艺过程进行说明：
1、对于A塔有：
(1)吸附(A)
开启气动阀101、A08、A01、201，原料气通过A08进入A塔，原料气中的重组分在吸附压力下被吸附剂吸附，未被吸附的轻组份产品气通过A01、201进入含产品气总管至相应的缓冲罐内。当重组分物质的吸附前沿到达A塔某一位置时，关闭气动阀A08、A01，原料气停止输入该塔，塔内保持吸附时的压力。
(2)一次压力均衡降(EQ1)
将A塔吸附步骤停止后，随即开启气动阀A04及C04，使A塔出口端与刚结束二次均升压步骤的C塔出口端相连通，A塔内死空间气体由A塔出口端经A04和C04流入C塔；该步骤结束时，A、C两塔压力基本上达到平衡。
(3)提供吹扫气(PP)
A塔EQ1步骤停止后，关闭气动阀C04，开启气动阀A04和D04、D10、501，使A塔出口端与吸附塔D出口端相连通，A塔内死空间气体由A塔出口端经A04、D04流入D塔，并依次经D10和501排出；该步骤结束时，D塔再生完成。
(4)二次压力均衡降(EQ2)
A塔PP步骤结束后，关闭气动阀D10，使A塔出口端与刚结束再生的D塔出口端相连通，A塔内死空间气体由A塔出口端经A04和D04流入D塔；该步骤结束时，A、D两塔压力基本上达到平衡。
(5)逆向放压(BD)
A塔EQ2步骤结束后，关闭气动阀A04、D04，打开气动阀A10，塔内被吸附的重组分逆向放空，逆放气通过气动阀501作为废气排放，在此过程中大部分被吸附的重组分吸附质脱附了出来，吸附剂得到一定程度的再生；逆放步骤结束时，吸附塔A内压力应基本接近常压。
(6)吹扫再生(PG)
A塔BD步骤结束后，开启气动阀A04、B04，使A塔出口端与B塔出口端相连通，B塔内死空间空气体经B04、A04流入A塔，并经A10作为再生废气通过气动阀501排除系统外；该步骤结束时，A塔再生完成。
(7)二次压力均衡升(EQ2’)
A塔完成了PG过程后，保持气动阀A04、B04开启，关闭气动阀A10，A塔出口端与B塔相连通，B塔内气体经B04和A04进入A塔，对A塔进行均压；该步骤结束后，B塔和A塔压力基本相等。
(8)一次压力均衡升(EQ1’)
A塔完成了EQ2’过程后，准备进一步升压，关闭气动阀B04，开启气动阀C04，使A塔出口端与C塔出口端相连通，C塔内气体经C04进入A塔，对A塔进行均压；该步骤结束后，C塔和A塔压力基本相等。
(9)最终升压(RE)
A塔经历EQ1’步骤后，塔内压力还未达到吸附步骤的工作压力；此时关闭气动阀B04，保持A04开启，开启D04，由D塔正在产生的未被吸附的轻组分气体对A塔进行最终升压，直到A塔压力基本上达到吸附压力为止。至此，A塔在一次循环中的各步骤全部结束，紧接着便开始进行下一次循环。
2、对于E塔有：
(1)吸附(A)
开启气动阀102、E09、E02、301，原料气通过E09进入E塔，原料气中的重组分在吸附压力下被吸附剂吸附，未被吸附的轻组分产品气通过气动阀E02、301进入含产品气总管至相应的缓冲罐内。当重组分物质的吸附前沿到达E塔某一位置时，关闭气动阀E09、E02，原料气停止输入E塔，塔内保持吸附时的压力。
(2)一次压力均衡降(EQ1)
将E塔吸附步骤停止后，随即开启气动阀E05及H05，使E塔出口端与刚结束两次均升压步骤的H塔出口端相连通，E塔内死空间气体由E塔出口端经E05和H05流入H塔；该步骤结束时，E、H两塔压力基本上达到平衡。
(3)二次压力均衡降(EQ2)
E塔EQ1步骤停止后，关闭气动阀H05，保持E05打开，此时开启气动阀I05，使E塔出口端与刚结束一次均升压步骤的I塔出口端相连通，E塔内死空间气体由E塔出口端经A05和I05流入I塔；该步骤结束时，E、I两塔压力基本上达到平衡。
(4)提供吹扫气(PP)
E塔EQ2步骤停止后，关闭气动阀I05，保持气动阀E05打开，此时开启程控J05、J10、501，使A塔出口端与J塔出口端相连通，E塔内死空间气体由E塔出口端经E05、J05流入J塔，并依次经J10和501排出；该步骤结束时，J塔再生完成。
(5)三次压力均衡降(EQ3)
E塔PP过程结束后，关闭气动阀J10，使E塔出口端与刚结束再生的J塔出口端相连通，E塔内死空间气体由E塔出口端经E05和J05流入J塔；该步骤结束时，E、J两塔压力基本上达到平衡。
(6)逆向放压(BD)
E塔EQ3步骤结束后，关闭气动阀E05、J05，打开气动阀E10，塔内被吸附的重组分气体气逆向放空，逆放气通过气动阀501作为废气排放，在此过程中大部分被吸附的重组分吸附质脱附了出来，吸附剂得到一定程度的再生；逆放步骤结束时，E塔内压力应基本接近常压。
(7)吹扫再生(PG)
E塔BD步骤结束后，开启气动阀E05、F05，使E塔出口端与F塔出口端相连通，F塔内死空间气体由F塔出口端经F05、E05流入E塔，并经E10作为再生废气通过气动阀501排除系统外；该步骤结束时，E塔再生完成。
(8)三次压力均衡升(EQ3’)
保持E05、F05开启，关闭气动阀E10，E塔出口端与F塔相连通，F塔内气体经E05和F05进入E塔，对E塔进行均压；该步骤结束后，E塔和F塔压力基本相等。
(9)二次压力均衡升(EQ2’)
E塔完成了EQ3’过程后，准备进一步升压，保持气动阀E05打开，关闭气动阀F05，开启气动阀G05，使E塔出口端与G塔出口端相连通，G塔内气体经G05进入E塔，对E塔进行均压；该步骤结束后，G塔和E塔压力基本相等。
(10)等待(DILE)
为了协调多个吸附塔间互动，增加等待步骤，此时关闭与E塔相关的全部阀门，等待下一步的指令。
(11)一次压力均衡升(EQ1’)
E塔完成了EQ2’过程后，准备进一步升压，开启气动阀E05、H05，使E塔出口端与H塔出口端相连通，H塔内气体经H05进入E塔，对E塔进行均压；该步骤结束后，H塔和E塔压力基本相等。
(12)最终升压(RE)
E塔经历了EQ1’步骤后，塔内压力还未达到吸附步骤的工作压力。这时关闭阀H05，保持E05开启，开启气动阀I05，由I塔正在产生的未被吸附的轻组份气体对E塔进行最终升压，直到E塔压力基本上达到吸附压力为止。至此，E塔在一次循环中的各步骤全部结束，紧接着便开始进行下一次循环。
Figure BDA0001594485780000191
实施例3
本实施例用于说明本发明的变压吸附装置在三套变压吸附工艺循环中的应用情况。
该装置可以同时执行三套时序，实现三组不同的变压吸附操作。A塔、B塔、C塔和D塔一组，E塔、F塔、G塔和H塔一组，I塔和J塔，任意时刻三组变压吸附独立运行，具体的操作时序如表3所示：
表3
Figure BDA0001594485780000201
由于A、B、C、D四个吸附塔作为一组循环，E、F、G、H塔作为一组循环，I、J两个吸附塔作为一组循环，三组变压吸附塔独立运行。现以A塔、E塔和I塔在各自周期循环内经历步骤的工况为例，对本段变压吸附工艺过程进行说明：
1、对于A塔有：
(1)吸附(A)
开启气动阀101、A08、A01、201，原料气通过A08进入A塔，原料气中的重组分吸附质在吸附压力下被吸附剂吸附，未被吸附的轻组分产品气通过阀A01、201进入含产品气总管至相应的缓冲罐内。当重组分物质的吸附前沿到达吸附塔某一位置时，关闭阀A08、A01，原料气停止输入该塔，塔内保持吸附时的压力。
(2)一次压力均衡降(EQ1)
将A塔吸附步骤停止后，随即开启气动阀A04及C04，使A塔出口端与刚结束二次均升压步骤的C塔出口端相连通，A塔内死空间气体由A塔出口端经A04和C04流入C塔；该步骤结束时，A、C两塔压力基本上达到平衡。
(3)提供吹扫气(PP)
A塔EQ1步骤停止后，关闭气动阀C04，开启气动阀A04和D04、D10、501，使A塔出口端与吸附塔D出口端相连通，A塔内死空间气体由A塔出口端经A04、D04流入D塔，并依次经D10和501排出；该步骤结束时，D塔再生完成。
(4)二次压力均衡降(EQ2)
A塔PP过程结束后，关闭气动阀D10，使A塔出口端与刚结束再生的D塔出口端相连通，A塔内死空间气体由A塔出口端经A04和D04流入D塔。该步骤结束时，A、D两塔压力基本上达到平衡。
(5)逆向放压(BD)
A塔EQ2步骤结束后，关闭气动阀A04、D04，打开气动阀A10，塔内被吸附的重组分气体气逆向放空，逆放气通过气控阀501作为废气排放，在此过程中大部分被吸附的重组分吸附质脱附了出来，吸附剂得到一定程度的再生；逆放步骤结束时，吸附塔A内压力应基本接近常压。
(6)吹扫再生(PG)
逆放步骤结束后，开启气动阀A04、B04，使A塔出口端与吸附塔B出口端相连通，B塔内死空间空气体由B塔出口端经B04、A04流入A塔，并经A10作为再生废气通过气动阀501排除系统外；该步骤结束时，A塔再生完成。
(7)二次压力均衡升(EQ2’)
A塔完成了PG过程后，保持气动阀A04、B04开启，关闭气动阀A10，A塔出口端与B塔相连通，B塔内气体经B04和A04进入A塔，对A塔进行均压；该步骤结束后，B塔和A塔压力基本相等。
(8)一次压力均衡升(EQ1’)
A塔完成了EQ2’过程后，准备进一步升压，关闭气动阀B04，开启气动阀C04，使A塔出口端与C塔出口端相连通，C塔内气体经C04进入A塔，对A塔进行均压；该步骤结束后，C塔和A塔压力基本相等。
(9)最终升压(RE)
A塔经历EQ1’步骤后，塔内压力还未达到吸附步骤的工作压力；此时关闭气动阀B04，保持A04开启，开启D04，由D塔正在产生的未被吸附的轻组分气体对A塔进行最终升压，直到A塔压力基本上达到吸附压力为止。至此，A塔在一次循环中的各步骤全部结束，紧接着便开始进行下一次循环。
2、对于E塔有：
(1)吸附(A)
开启气动阀101、E08、E02、301，原料气通过E08进入E塔，原料气中重组分在吸附压力下被吸附剂吸附，未被吸附的轻组份产品气通过气动阀E02、301进入含产品气总管至相应的缓冲罐内。当重组分物质的吸附前沿到达吸附塔某一位置时，关闭气动阀E08、E02，原料气停止输入吸附塔E，塔内保持吸附时的压力。
(2)一次压力均衡降(EQ1)
将E塔吸附步骤停止后，随即开启气动阀E05及G05，使E塔出口端与刚结束二次均升压步骤的G塔出口端相连通，E塔内死空间气体由E塔出口端经E05和G05流入G塔；该步骤结束时，E、G两塔压力基本上达到平衡。
(3)提供吹扫气(PP)
E塔EQ1步骤停止后，关闭气动阀G05，开启程控E05和H05、H10、501，使E塔出口端与H塔出口端相连通，E塔内死空间气体由E塔出口端经E05、H05从E塔出口端流入H塔，并依次经H10和501排出；该步骤结束时，H塔再生完成。
(4)二次压力均衡降(EQ2)
E塔PP结束后，关闭气动阀H10，使E塔出口端与刚结束再生的H塔出口端相连通，E塔内死空间气体由E塔出口端经E05和H05流入H塔；该步骤结束时，A、H两塔压力基本上达到平衡。
(5)逆向放压(BD)
E塔EQ2步骤结束后，关闭气动阀E05、H05，打开气动阀E10，塔内被吸附的重组分气体气逆向放空，逆放气通过气动阀501作为废气排放，在此过程中大部分被吸附的重组分吸附质脱附了出来，吸附剂得到一定程度的再生；逆放步骤结束时，E塔内压力应基本接近常压。
(6)吹扫再生(PG)
E塔BD步骤结束后，开启E05、F05，使E塔出口端与F塔出口端相连通，F塔内死空间气体由F塔出口端经F05、E05流入E塔，并经F10作为再生废气通过气动阀501排除系统外；该步骤结束时，E塔再生完成。
(7)二次压力均衡升(EQ2’)
保持E05、F05开启，关闭气动阀E10，E塔出口端与F塔相连通，F塔内气体经F05和E05进入E塔，对E塔进行均压；该步骤结束后，F塔和E塔压力基本相等。
(8)一次压力均衡升(EQ1’)
E塔完成了EQ2’过程后，准备进一步升压。关闭气动阀F05，开启阀G05，使E塔出口端与G塔出口端相连通，G塔内气体经G05进入E塔，对E塔进行均压；该步骤结束后，G塔和E塔压力基本相等。
(9)最终升压(RE)
E塔经历EQ1’步骤后，塔内压力还未达到吸附步骤的工作压力。这时关闭气动阀G05，保持E05开启，开启H05，由H塔正在产生的部分产品气对E塔进行最终升压，直到E塔压力基本上达到吸附压力为止。至此，E塔在一次循环中的各步骤全部结束，紧接着便开始进行下一次循环。
3、对于I塔有：
(1)吸附(A)
开启气动阀102、I09、I03、401，原料气通过I09进入吸附塔I，原料气中重组分吸附质在吸附压力下被吸附剂吸附，未被吸附的轻组份产品气通过气动阀I03、401进入含产品气总管至相应的缓冲罐内。当重组分物质的吸附前沿到达吸附塔某一位置时，关闭气动阀I09、I03，原料气停止输入吸附塔I，塔内保持吸附时的压力。
(2)压力均衡降(EQ)
将I塔吸附步骤停止后，随即开启气动阀I06及J06，使I塔出口端与刚再生完成J塔出口端相连通，I塔内死空间气体由I塔出口端经I06和J06流入J塔；该步骤结束时，I、J两塔压力基本上达到平衡。
(3)逆向放压(BD)
I塔EQ步骤结束后，关闭气动阀I06、J06，打开气动阀I10，塔内被吸附的重组分气体气逆向放空，逆放气通过气动阀501作为废气排放，在此过程中大部分被吸附的重组分吸附质脱附了出来，吸附剂得到一定程度的再生。逆放步骤结束时，I塔内压力应基本接近常压。
(4)吹扫再生(PG)
I塔BD步骤结束后，保持501和I10处于开启状态，此外开启气动阀401、I03，从设有401的含产品气总管对应的缓冲罐中分流部分产品气与I塔出口端相连通，为I塔提供再生气体，经由I10作为再生废气通过气动阀501排除系统之外；该步骤结束时，I塔再生完成。
(5)压力均衡升(EQ’)
I塔完成了PG过程后，保持气动阀I06、J06开启，关闭阀I10，I塔出口端与J塔相连通，J塔内气体经J06和I06进入I塔，对I塔进行均压；该步骤结束后，I塔和J塔压力基本相等。
采用本发明的变压吸附装置运行一组、两组或更多组的变压吸附工艺循环，按照所设计的操作时序实现多组吸附塔独立运行。采用本发明的10塔变压吸附装置进行两套、三套变压吸附工艺循环(如实施例2-3)，虽然每组独立的变压吸附过程由于均压次数减少，会造成产品气相对回收率稍有降低，但作为整体的一套变压吸附装置，可以同时处理一种或者两种不同类型的原料气，产出两种(对应两套变压吸附工艺循环)或三种(对应三套压吸附工艺循环)或者是不同压力、或不同组成、或不同纯度的产品气；因此该套多塔变压吸附过程在绝对回收率保持不变的情况下，极大的拓展了工艺过程的柔性操作空间。另外，传统变压吸附装置在实际运行中因减产需求往往会涉及到在运行过程中减少吸附塔数量的情况，如一套六塔变压吸附装置正常运行状态为6-2-3(即六个吸附塔，一个周期内两个塔在线吸附，三次均压)，同样也可以以5-1-3方案运行(即五个吸附塔工作，一个吸附周期内一个吸附塔在线吸附，三次均压)，但由于运行方案改变，该套装置的生产能力降低。相比于传统装置减少吸附塔操作的情况，采用本发明的10塔变压吸附装置运行两套或三套循环工艺的产品绝对回收率可以提高。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种变压吸附装置，其特征在于，该装置用于回收甲醇弛放气中的氢气，具体包括：吸附塔、进气管路、废气排放管路、均压管路、产品气管路及与其对应的产品气缓冲罐；其中，
所述吸附塔的个数n≥6；
所述进气管路的个数为两条以上，进气管路上设有与吸附塔一一对应并与其入口连接的第一支线管路，用于向各个吸附塔中输送待分离的混合气；
所述废气排放管路上设有与吸附塔一一对应并与其入口连接的第二支线管路，用于排放各个吸附塔产生的废气；
所述产品气管路的个数在两条以上，每条产品气管路上设有与吸附塔一一对应并与其出口连接的第三支线管路，且每条产品气管路上还设有第四支线管路；吸附塔产生的产品气可依次经第三支线管路、产品气输送管路和第四支线管路进入到对应的产品气缓冲罐中；
所述均压管路用于调节各个吸附塔之间的压力，当吸附塔的个数n为奇数时，所述均压管路 的个数为(2+(n-7)/2)，当n为偶数时，所述均压管路 的个数为(2+(n-6)/2)；
每条所述均压管路上分别设有与吸附塔一一对应并与其出口连接的第五支线管路；
所述第一支线管路、第二支线管路、第三支线管路、第四支线管路和第五支线管路上均设有气动阀。
2.根据权利要求1所述的变压吸附装置，其中，所述进气管路上还设有带气动阀的进气支线管路，用于向所述进气管路提供待分离的混合气。
3.根据权利要求1所述的变压吸附装置，其中，所述第四支线管路上设有流量计，用于测量均压气体的流量。
4.根据权利要求1所述的变压吸附装置，其中，所述废气排放管路上连接有废气缓冲罐，用于收集吸附塔的废气并将其排出。
5.根据权利要求1所述的变压吸附装置，其中，所述第一支线管路、第二支线管路通过同一入口管路与对应的吸附塔入口连接。
6.根据权利要求5所述的变压吸附装置，其中，所述入口管路上设有流量计、压力传感器，分别用于测量入口混合气以及出口废气的流量及压力。
7.根据权利要求1所述的变压吸附装置，其中，所述第三支线管路、第五支线管路通过同一出口管路与对应的吸附塔出口连接。
8.根据权利要求7所述的变压吸附装置，其中，所述出口管路上设有流量计、压力传感器，用于测量产品气的流量及压力。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的变压吸附装置，其中，该装置包括10个所述吸附塔和3条所述产品气管路。
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Address after: 100011 Beijing Dongcheng District, West Binhe Road, No. 22

Applicant after: CHINA ENERGY INVESTMENT Corp.,Ltd.

Applicant after: Beijing low carbon clean energy Research Institute

Address before: 100011 Beijing Dongcheng District, West Binhe Road, No. 22

Applicant before: CHINA ENERGY INVESTMENT Corp.,Ltd.

Applicant before: NATIONAL INSTITUTE OF CLEAN-AND-LOW-CARBON ENERGY

GR01 Patent grant
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