CN1113823A - 改进变压吸附法空气分离工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对变压吸附法空气分离工艺 及设备的改进方法，其技术要点是：在变压吸附装置 上安装一个与大气相通的管路，并利用吸附塔内正压 将降压阶段的解吸气直接排入大气，和利用吸附塔内 负压在升压阶段让大气中的空气直接进入塔内。其 技术效果是：降低能耗；提高产品气收率及气量；吸附 压力稳定；吸附剂比动吸附量增加。

Description

本发明属变压吸附法分离空气制备富氧及富氮的技术领域，是对现有工艺及设备的一种改进，以降低能耗，提高产品气量或产品气纯度。

对空气进行分离制备工农业生产和日常生活所需的富氧、富氮，变压吸附法具有自动化程度高，操作费用低、弹性大，工艺流程灵活等优点，而且已经实践证明，在一定规模内它比传统的深冷分离法更经济合理。但是，现有工艺及设备上也存在一些问题，即能耗较高；产品气收率较低；吸附压力易产生较大波动等。

本发明的任务是对现有变压吸附法从空气中制备富氧及富氮的工艺及设备提出一种改进，以降低能耗，提高产品气量，稳定吸附压力。

变压吸附分离或净化气体的方法是基于吸附剂的两种特性而产生的。这两种特性是：吸附剂对吸附质具有选择吸附性；吸附剂对吸附质的吸附量随吸附质分压的变化而变化。利用这两种特性，采用适当的工艺及设备（见图1），就可在变压条件下分离或净化气体，并且再生吸附剂。现有变压吸附法工艺可分为升压吸附分离（或净化）；吸附床层减压再生两大步骤，富氧制备工艺也不例外。而吸附床层再生这一工艺步骤又是分三个阶段进行的：

一、降压阶段。通过降低吸附塔内压力，使被吸附的杂质从吸附剂床层中解吸出来，具体是由顺向均压、逆向放压、抽空等过程来完成的。一般来说，压力降得越低，真空度越高，床层再生越干净；

二、冲洗阶段。即使用其它塔的降压气或产品气对吸附剂床层进行冲洗，以便将床层中的杂质进一步置换出来；

三、升压阶段。即将吸附塔内的压力升至接近吸附压力，以进行下一循环吸附。为使进入下一循环吸附时不致引起吸附压力产生较大波动，本阶段由一充、二充、终充等过程来完成。

目前，现有工艺的降压阶段、冲洗阶段中，由吸附塔放出的气体均由真空系统抽出并排入大气，而升压阶段中的充压气源则又是取之于其它塔的降压气、产品气或经压缩后的原料空气。很显然，这将增加能源消耗，降低产品气收率，使产品气成本增高。

本发明根据变压吸附法制备富氧及富氮系统的原料气与外界介质（空气）都是一致的这个特征，提出的完成本发明任务的技术方案是：①在吸附床层再生的降压阶段，利用吸附塔内的正压，直接将塔内的正压气体-解吸气排入大气；②在吸附床层再生的升压阶段，又利用吸附塔内的负压，直接让大气中的空气进入吸附塔，使其压力接近常压。要实施这个方案，还须对变压吸附的制富氧及富氮设备作出相应的改进，即在现在通过管道连接的包括空气过滤器、压缩机、冷却器、水分离器、吸附塔、产品气缓冲罐、真空缓冲罐、真空泵的基础上，在并列吸附塔的管路系统上安装一个与大气直接相通的管路，该管路上安装阀门。使用时，打开阀门即可将正压气体排入大气，或直接从大气进气充压。

附图说明：

图1是现有工艺流程及设备连接示意图；

图2是本发明改进工艺流程及设备连接的一种实施方案示意图；

图3是本发明改进工艺流程及设备连接的另一种实施方案示意图。

下面结合附图给出实施例并对本发明作进一步说明。

实施例一：

本实施例以三个吸附塔为例给出。如图2所示，其工艺流程包括空气过滤、压缩、冷却、水分离、吸附、吸附床层再生，而该工艺流程的设备包括空气过滤器1、压缩机2、冷却器3、水分离器4、吸附塔5、产品气缓冲罐6、真空缓冲罐7、真空泵8和与大气相通的管路9以及工艺控制要求的程控阀10、调节阀11等。其中空气过滤器1、压缩机2、冷却器3、水分离器4、吸附塔5通过管道18顺次相连。三个吸附塔5互相并列，产品气缓冲罐6通过管道18与各并列吸附塔5顶相通，管道18上安装有程控阀10和调节阀11。各吸附塔5底都有一根进出气总管12，在各总管12上分接出的抽空管15与真空总管16及真空缓冲罐7相通，真空缓冲罐7后安装真空泵8；在各总管12上分接原料气进口管13，并与原料气总管14相连，原料气来自原料气压缩机；在并列的各吸附塔5底的进、出气总管12上还接有一根分管道17，各分管道17汇总形成了本发明与大气相通的管路9。根据本实施例的特点，管路9上的程控阀门10有三个，分别安装在各分管道17上。为了使从该管路9中进入吸附塔5内的空气无机械杂质，在管路9与大气相通的进、出口端安装有空气过滤器1。

当吸附进行到一定时间后，吸附床层被杂质所饱和，此时就应对床层进行再生。在床层再生降压阶段的逆向放压时，打开本发明与大气相通的管道上的程控阀门10，在塔5内正压条件下，床层的解吸气即顺与大气相通的管路9排入大气，至塔5内压力接近于常压。由于正压解吸气不进入真空系统，从而降低了真空泵8的负担。这时再关掉分管道17上的程控阀10，打开抽空管15上的程控阀10，就可进行抽空。由于抽空时真空泵8负担轻，所以又有利于提高吸附塔5的真空度和床层再生的净化度。当吸附床层经冲洗后进入升压阶段时，吸附塔5内还处于负压，这时利用负压，打开分管道17上的程控阀10，就可让大气中的空气经进、出口端的空气过滤器1过滤后直接进入吸附塔5进行第一次充压（即一充），并使其塔5内压力接近常压，然后再按常规技术，用其它塔的降压气或产品气进行二充、终充等。由于在一充过程中，由与大气相通的管路9中直接进入了部份原料空气，从而降低了原料气压缩机2的负担，增加了产气量。

实施例二：

本实施例还是以三个吸附塔为例给出，如图3所示。由于本实施例的工艺流程及与之匹配的设备与实施例一基本相同，故略去不述。与实施例一不同的是与大气相通的管路9是由一根管道构成，并安装在与吸附塔5相通的降压真空总管16上，其上顺次安装有程控阀门10和空气过滤器1。该管路9的使用方法及效果也与实施例一相同，略去不述。不同的只是管路9进、排气时，降压抽空管15上的阀门10也须同时打开，且必须关掉安装在真空缓冲罐7前的阀门10。

使用本发明，富氧或富氮制备将会获得以下效果：

1.吸附压力稳定。由于在升压过程中已用大气中的空气将吸附塔压力充至接近常压，而后仅用少量其它塔的降压气或产品气就可在较短时间内将压力充至接近吸附压力，因此在终充及床层切换吸附时，不会引起吸附压力产生较大波动。

2.降低能耗。当产气量一定时，由于本发明使正压解吸气直接排入大气和利用负压直接从大气中吸入空气，降低了真空泵和压缩机的负担，因而使能耗大幅度下降。

3.增加产品气量。由于利用负压使大气中空气直接进入吸附塔内，即多进了原料气，而且终充压差减小，又少耗了终充产品气，故在一定能耗下，产品气大幅度增加。

4.提高吸附剂比动吸附量。由于吸附压力稳定，真空度上升，床层在吸附及解吸阶段的压差增加，从而提高了吸附剂的比动吸附量，进而又提高了产品气收率及产量。

5.产品气纯度提高。由于提高了吸附剂比动吸附量，当产品气量一定时，产品气纯度有所提高。

6.吸附剂床层在降压阶段及升压阶段压力变化趋于平缓，改善了吸附剂床层的工作条件，降低了吸附剂的摩擦损耗，有利于变压吸附装置长期稳定工作。

Claims (5)

1、一种变压吸附法空气分离工艺的改进，它是在现在变压吸附法制备富氧及制富氮的吸附分离、吸附床层再生两大工艺步骤的基础上进行的，其特征在于：

①在吸附床层再生的降压阶段，直接将吸附塔内的正压气体排入大气；

②在吸附床层再生的升压阶段，利用负压直接让大气中的空气进入吸附塔内，使其压力接近常压。

2、根据权利要求1所述的变压吸附法空气分离工艺方法的改进，其特征在于：

①将吸附塔内的正压气体直接排入大气是在降压阶段的逆向放压时进行；

②利用负压直接让大气中的空气进入吸附塔内是在升压阶段的一充时进行。

3、一种实施权利要求1所述的改进工艺的设备，包括空气过滤器1、压缩机2、冷却器3、水分离器4、吸附塔5、产品气缓冲罐6、真空缓冲罐7、真空泵8，它们之间通过管道18连接，其特征在于在并列的吸附塔5管路系统上安装有与大气直接相通的管路9，该管路9上安装有程控阀门10。

4、根据权利要求3所述的设备，其特征在于并列的各吸附塔5底的进、出气总管12上接有一根分管道17，各分管道17汇总形成与大气相通的管路9，管路9上的程控阀门10安装在各分管道17上，在管路9与大气相通的进、出口端安装有空气过滤器1。

5、根据权利要求3所述的设备，其特征在于与大气直接相通的管路9安装在降压真空总管16上，其上顺次安装有程控阀门10和空气过滤器1。

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