CN113041777B - 气体净化方法和气体净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体净化方法和气体净化系统，气体净化方法包括步骤：1)控制原料气流入吸附器，吸附器内的压力升至吸附压力后，控制吸附器内未被吸附的非产品气流出吸附器；2)吸附器内的吸附剂吸附饱和后，控制原料气停止流入吸附器，顺放吸附器内未被吸附的气体；3)顺放结束后，采用产品气顺冲吸附器；4)顺冲结束后，再生吸附剂并收集吸附剂吸附的产品气。上述气体净化方法，通过吸附器内的吸附剂来吸附产品气，原料气中杂质气体不会影响吸附器的吸附效率，提高了净化效率；在吸附器内的吸附剂吸附饱和后，顺放吸附器内剩余的气体，并采用产品气顺冲吸附器，减少了吸附器内杂质气体的残留量，提升了产品气的纯度，从而提高了净化效率。
Description
技术领域
本发明涉及气体分离净化技术领域，更具体地说，涉及一种气体净化方法和气体净化系统。
背景技术
在化工、发电等领域中，需要对各类混合气体进行分离净化，得到高纯度的氢气以用于后续工艺。
目前，氢气净化方式主要包括变压吸附、低温甲醇洗、聚乙二醇二甲醚法等。这类方法均是将混合气体中的杂质气体吸附或吸收，留下纯净的氢气。当杂质气体种类多、含量高时，净化单元的负担较重，净化效率会明显降低。此外，这类净化单元的工艺流程相对复杂，设备体积较大。
综上所述，如何对混合气体进行分离净化，以提高净化效率，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体净化方法，以提高净化效率。本发明的另一目的是提供一种气体净化系统。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种气体净化方法，包括步骤：
1)控制原料气流入吸附器，所述吸附器内的压力升至吸附压力后，控制所述吸附器内未被吸附的非产品气流出所述吸附器；
2)所述吸附器内的吸附剂吸附饱和后，控制原料气停止流入吸附器，顺放所述吸附器内未被吸附的气体；
3)顺放结束后，采用产品气顺冲所述吸附器；
4)顺冲结束后，再生所述吸附剂并收集所述吸附剂吸附的产品气。
优选地，所述步骤4)中，采用抽真空的方式再生所述吸附剂。
优选地，所述吸附器设置有顺冲入口和产品气出口；
所述步骤3)中，产品气自所述顺冲入口进入所述吸附器内；
所述步骤4)中，采用真空泵对所述吸附器进行抽真空，所述真空泵的进口能够与所述顺冲入口和所述产品气出口连通。
优选地，所述步骤4)中，采用产品气收集器收集所述吸附剂吸附的产品气；
所述步骤3)中，采用所述产品气收集器中的产品气顺冲所述吸附器。
优选地，所述步骤1)中，控制所述吸附器内未被吸附的非产品气自所述吸附器的吸附出口流出所述吸附器；
所述步骤2)中，所述吸附器内未被吸附的气体自所述吸附器的顺放出口顺放；所述步骤3)中，顺冲所述吸附器的产品气自所述顺放出口排出。
优选地，所述步骤2)中所述吸附器内未被吸附的气体的顺放速度通过流量控制器可调节，且所述顺放速度可调节为0.01-0.05m/s；
所述步骤1)中，控制所述原料气匀速流入所述吸附器内。
优选地，所述产品气为氢气，所述吸附剂为LaNi5型稀土合金；其中，La的部分能够由Ce、Pr、Nb、Sm、Y、Gd中的至少一者替代，和/或Ni的部分能够由Al、Co、Sn、Cu、Fe、Mn中的至少一者替代。
本发明提供的气体净化方法，通过吸附器内的吸附剂来吸附产品气，将非产品气排出吸附器，则原料气中的杂质气体不是吸附器的负担，当原料气中杂质气体种类较多、含量较高时，不会影响吸附器的吸附效率，从而提高了净化效率；而且，在吸附器内的吸附剂吸附饱和后，顺放吸附器内剩余的气体，并采用产品气顺冲吸附器，使得产品气冲走吸附器内残留的杂质气体，然后才再生吸附剂并收集吸附剂吸附的产品气，有效减少了吸附器内杂质气体的残留量，提升了产品气的纯度，从而提高了净化效率。
基于上述提供的气体净化方法，本发明还提供了一种气体净化系统，该气体净化系统包括：吸附器，产品气收集器，以及吸附剂再生装置；
其中，所述吸附器设置有：吸附腔、用于供原料气进入所述吸附腔的原料气入口、用于供产品气进入所述吸附腔的顺冲入口、用于供产品气排出所述吸附腔的产品气出口、用于供气体排出所述吸附腔的吸附出口、控制所述原料气入口开闭的第一阀门、控制所述吸附出口开闭的第二阀门、控制所述顺冲入口开闭的第三阀门；
所述吸附腔内设置有能够吸附产品气的吸附剂，所述顺冲入口和所述原料气入口均位于所述吸附器的同端；
所述吸附剂再生装置能够使所述吸附器内的吸附剂释放产品气以使所述吸附剂再生，所述产品气收集器能够与所述产品气出口连通。
优选地，所述吸附剂再生装置为真空泵，所述产品气收集器通过抽真空管道与所述产品气出口连通，所述抽真空管道设置有控制其通断的第四阀门，所述真空泵设置在所述抽真空管道上。
优选地，所述气体净化系统还包括连通所述顺冲入口和所述抽真空管道的辅助抽真空管道，所述辅助抽真空管道设置有控制其通断的第五阀门。
优选地，所述气体净化系统还包括连通所述顺冲入口和所述产品气收集器连通的顺冲管道，所述第三阀门设置在所述顺冲管道上，且所述顺冲管道上设置有抽气泵。
优选地，所述吸附器还设置有：与所述吸附腔连通的顺放出口，以及控制所述顺放出口开闭的第六阀门；其中，所述顺放出口和所述吸附出口均位于所述吸附器的同端。
优选地，所述气体净化系统还包括与所述顺放出口连通的顺放管道，所述顺放管道上设置有第一流量控制器，所述第六阀门设置在所述顺放管道上，所述第一流量控制器能够调节所述顺放管道内的气流流量。
优选地，所述气体净化系统还包括：与所述吸附出口连通的吸附出口管道，串接在所述吸附出口管道上的第一背压阀，与所述顺放出口连通的顺放管道，串接在所述顺放管道上的第二背压阀；其中，所述第一背压阀的开启压力大于所述第二背压阀的开启压力。
优选地，所述原料气入口和所述顺冲入口均位于所述吸附器的底部，所述顺放出口和所述吸附出口均位于所述吸附器的顶部，所述产品气出口位于所述吸附器的中部，且所述产品气出口至所述吸附器顶部的距离不小于所述吸附器的高度的四分之一且不大于所述吸附器的高度的二分之一。
优选地，所述气体净化系统还包括与所述原料气入口连通的原料气输入管道，所述原料气输入管道上设置有第二流量控制器，所述第一阀门设置在所述原料气输入管道上，所述第二流量控制器能够控制所述原料气匀速流入所述吸附器内；
所述产品气收集器设置有排气口以及控制所述排气口开闭的第七阀门，当所述产品气收集器内的压力达到设定值时，所述第七阀门处于打开状态。
优选地，所述产品气为氢气，所述吸附剂为LaNi5型稀土合金；其中，La的部分能够由Ce、Pr、Nb、Sm、Y、Gd中的至少一者替代，和/或Ni的部分能够由Al、Co、Sn、Cu、Fe、Mn中的至少一者替代。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的气体净化系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的气体净化系统在充压吸附过程中的气体流向示意图；
图3为本发明实施例提供的气体净化系统在顺放过程中的气体流向示意图；
图4为本发明实施例提供的气体净化系统在顺冲过程中的气体流向示意图；
图5为本发明实施例提供的气体净化系统在解吸过程中的气体流向示意图；
图6为本发明实施例提供的气体净化系统中吸附器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，本发明实施例提供的气体净化方法，具体包括步骤：
S01)充压吸附：
具体地，控制原料气流入吸附器4，吸附器4内的压力升至吸附压力后，控制吸附器4内未被吸附的非产品气流出吸附器4。
可以理解的是，充压吸附前，吸附器4内的吸附剂处于干净状态，即吸附器4内的吸附剂处于未吸附气体的状态。上述吸附器4内填充有吸附剂，具体地，吸附剂充满整个吸附器4。当然，也可根据实际情况调节吸附剂的分布，本实施例对此不做限定。在吸附器4内的压力升至吸附压力之前，吸附器4的任意一个出口均处于关闭状态，以保证吸附器4内的压力升高以升至吸附压力。对于上述吸附压力的具体数值，根据实际需要进行选择，例如吸附压力为0.8Mpa，0.8Mpa为绝对压力值。
上述吸附器4内具有吸附剂，该吸附剂吸附产品气，对于吸附剂的类型根据原料气和产品气进行选择，本实施例对此不做限定。
优选地，上述产品气为氢气，即上述气体净化方法为氢气净化方法；上述吸附剂为LaNi5型稀土合金；其中，La的部分能够由Ce、Pr、Nb、Sm、Y、Gd中的至少一者替代，和/或Ni的部分能够由Al、Co、Sn、Cu、Fe、Mn中的至少一者替代。
对于上述吸附器4的类型，亦根据实际需要进行选择，例如上述吸附器4为吸附器4，本实施例对此不做限定。
为了保证吸附效果，优选控制原料气匀速流入吸附器4。在实际应用过程中，也可适当调整原料气的流速，并不局限于上述限定。
S02)顺放：
具体地，吸附器4内的吸附剂吸附饱和后，控制原料气停止流入吸附器4，令吸附器4内未被吸附的气体顺放。此时，吸附器4内未被吸附的气体包括产品气和非产品气。
需要说明的是，顺放是指上述步骤S02中吸附器4内未被吸附的气体的流动方向和上述步骤S01中未被吸附的非产品气的流动方向相同。随着顺放的进行，吸附器4内的压力逐渐减小。
为了避免吸附剂所形成的吸附床被穿透，保证回收率，控制顺放速度。优选地，上述步骤S02中吸附器4内未被吸附的气体的顺放速度通过流量控制器可调节，优选顺放速度可调节为0.01-0.05m/s。在实际应用过程中，也可选择上述顺放速度为其他数值，本实施例对此不做限定。
S03)顺冲：
上述吸附器4内较易残留非产品气，为了提高产品气的纯度，优选顺放结束后，采用产品气顺冲吸附器4。
对于顺冲速度，根据实际需要进行选择，本实施例对此不做限定。
S04)解吸：
具体地，顺冲结束后，再生吸附剂并收集吸附剂吸附的产品气。对于再生吸附剂的方式，可选择抽真空再生吸附剂，也可选择加热再生吸附剂，根据实际需要进行选择，本实施例对此不做限定。
本发明实施例提供的气体净化方法，通过吸附器4内的吸附剂来吸附产品气，将非产品气排出吸附器4，则原料气中的杂质气体不是吸附器4的负担，当原料气中杂质气体种类较多、含量较高时，不会影响吸附器4的吸附效率，从而提高了净化效率；而且，在吸附器4内的吸附剂吸附饱和后，顺放吸附器4内剩余的气体，并采用产品气顺冲吸附器4，使得产品气冲走吸附器4内残留的杂质气体，然后才再生吸附剂并收集吸附剂吸附的产品气，有效减少了吸附器内杂质气体的残留量，提升了产品气的纯度，从而提高了净化效率。
上述气体净化方法中，对于原料气和产品气的类型，根据实际需要进行选择。为了保证有效净化，优选上述原料气为干基原料气。例如，上述原料气为甲醇重整后的合成气，该合成气经过冷凝和再热过程，去除水分后进入吸附器4，此时，产品气为氢气。在实际应用过程中，也可选择其他吸附剂，选择上述原料气和产品气为其他气体，并不局限于此。
上述气体净化方法中，吸附器4内的温度，根据实际需要进行选择，当上述原料气为甲醇重整后的合成气时，优选上述吸附器4内的温度为中温，例如吸附器4内的温度为80-220℃，此时，吸附器4具有保温结构。当然，也可选择上述吸附器4内的温度为低温或高温，可根据原料气和吸附剂以及产品气进行选择，本实施例对此不做限定。
上述气体净化方法中，为了加快吸附剂再生速率，优选采用抽真空的方式再生吸附剂。
为了便于顺冲，上述吸附器4设置有顺冲入口26和产品气出口27；上述步骤S03中，产品气自顺冲入口26进入吸附器4内；上述步骤S03中，采用真空泵14对吸附器4进行抽真空，真空泵14的进口能够与顺冲入口26和产品气出口27连通。这样，可提高抽真空效果以及收集率。
上述气体净化方法中，上述步骤S04中，采用产品气收集器15收集吸附剂吸附的产品气；为了减少零部件，优选上述步骤S03中，采用产品气收集器15中的产品气顺冲吸附器4。
此时，采用抽气泵18将产品气收集器15内的产品气抽出，并输送至吸附器4内。可以理解的是，抽气泵18的入口为负压，抽气泵18的出口气体压力可以达到常压以上。顺冲开始时吸附器4内的压力低于抽气泵18的最高出口压力。
在实际应过程中，也可选择顺冲中所采用的产品气来源于其他容器，并不局限于上述产品气收集器15。
对于上述产品气收集器15的类型，根据实际需要进行选择，例如上述产品气收集器15为缓冲罐，本实施例对此不做限定。
上述气体净化方法中，为了便于顺放和顺冲，优选上述步骤S01中，控制吸附器4内未被吸附的非产品气自吸附器4的吸附出口24流出吸附器4；上述步骤S02中，吸附器4内未被吸附的气体自吸附器4的顺放出口25顺放；上述步骤S03中，顺冲吸附器4的产品气自顺放出口25排出。
此时，上述吸附器4具有吸附出口24、顺放出口25、产品气出口27、原料气入口23、顺冲入口26，如图6所示。
基于上述实施例提供的气体净化方法，本实施例还提供了一种气体净化系统，如图1-6所示，该气体净化系统包括：吸附器4，产品气收集器15，以及吸附剂再生装置。
上述吸附器4设置有：吸附腔、用于供原料气进入吸附腔的原料气入口23、用于供产品气进入吸附腔的顺冲入口26、用于供产品气排出吸附腔的产品气出口27、用于供气体排出吸附腔的吸附出口24、控制原料气入口23开闭的第一阀门3、控制吸附出口开闭的第二阀门11、控制顺冲入口26开闭的第三阀门20。
上述吸附腔内设置有能够吸附产品气的吸附剂，具体地，吸附剂充满整个吸附器4。当然，也可根据实际情况调节吸附剂的分布，本实施例对此不做限定。上述顺冲入口26和原料气入口23均位于吸附器4的同端。
上述吸附剂再生装置能够使吸附器4内的吸附剂释放产品气以使吸附剂再生，产品气收集器15能够与产品气出口27连通。
上述实施例提供的气体净化系统，通过吸附器4内的吸附剂来吸附产品气，将非产品气排出吸附器4，则原料气中的杂质气体不是吸附器4的负担，当原料气中杂质气体种类较多、含量较高时，不会影响吸附器4的吸附效率，从而提高了净化效率；而且，在吸附器4内的吸附剂吸附饱和后，顺放吸附器4内剩余的气体，并采用产品气顺冲吸附器4，使得产品气冲走吸附器4内残留的杂质气体，然后才再生吸附剂并收集吸附剂吸附的产品气，有效减少了吸附器内杂质气体的残留量，提升了产品气的纯度，从而提高了净化效率。
为了便于再生吸附剂，上述吸附剂再生装置为真空泵14，产品气收集器15通过抽真空管道13与产品气出口27连通，抽真空管道13设置有控制其通断的第四阀门12，真空泵14设置在抽真空管道13上。
当需要抽真空时，打开上述第四阀门12，启动真空泵14；当再生结束后，停止抽真空，关闭第四阀门12，关闭真空泵14。
在实际应用过程中，上述吸附剂再生装置也可为加热装置，本实施例对此不做限定。
优选地，上述气体净化系统还包括连通顺冲入口26和抽真空管道13的辅助抽真空管道21，上述辅助抽真空管道21设置有控制其通断的第五阀门22。此时，当需要抽真空时，打开第五阀门22，真空泵14通过辅助抽真空管道21和抽真空管道13进行抽真空；待抽真空结束后，关闭第五阀门22。这样，自顺冲入口26和产品气出口27抽真空，提高了抽真空效果，从而提高了再生效果。
具体地，当上述顺冲入口26处设置有顺冲管道19，第三阀门20设置在顺冲管道19上时，上述辅助抽真空管道21通过顺冲管道19与顺冲入口26连通；且在顺冲管道19上，辅助抽真空管道21与顺冲管道19的连通位置位于第三阀门20和顺冲入口26之间。
为了简化系统，上述气体净化系统还包括连通顺冲入口26和产品气收集器15连通的顺冲管道19，第三阀门20设置在顺冲管道19上。为了便于顺冲，上述顺冲管道19上设置有抽气泵18。对于抽气泵18的类型，根据实际需要进行选择，本实施例对此不做限定。
可以理解的是，抽气泵18的入口为负压，抽气泵18的出口气体压力可以达到常压以上。顺冲开始时吸附器4内的压力低于抽气泵18的最高出口压力。
为了便于顺放，上述气体净化系统中，吸附器4还设置有：与吸附腔连通的顺放出口25，以及控制顺放出口25开闭的第六阀门5；其中，顺放出口25和吸附出口24均位于吸附器4的同端。
具体地，当原料气入口23打开，吸附出口24打开时，顺放出口25、顺冲入口26、产品气出口27均处于关闭状态；当原料气入口23关闭、吸附出口24、顺冲入口26、产品气出口27关闭时，顺放出口25处于打开状态；当顺冲入口26打开时，顺放出口25处于打开状态；当产品气出口27打开时，顺冲入口26打开，顺放出口25、原料气入口23、顺放出口25处于关闭状态。
为了便于控制顺放速度，上述气体净化系统还包括与顺放出口25连通的顺放管道6，顺放管道6上设置有第一流量控制器8，第六阀门5设置在顺放管道6上。上述第一流量控制器8能够调节顺放管道6内的气流流量。进一步地，第一流量控制器8能够将顺放管道6内的气流流量调节至0.01-0.05m/s。
对于上述第一流量控制器8的类型，根据实际需要进行选择，本实施例对此不做限定。
为了便于吸附和顺放，上述气体净化系统还包括：与吸附出口24连通的吸附出口管道10，串接在吸附出口管道10上的第一背压阀9，与顺放出口25连通的顺放管道6，串接在顺放管道6上的第二背压阀7；其中，第一背压阀9的开启压力大于第二背压阀7的开启压力。可以理解的是，第一背压阀9的开启压力即为吸附压力。
在实际应用过程中，第一背压阀9的开启压力也可高压原料气的来流压力。
对于第一背压阀9的开启压力、第二背压阀7的开启压力的具体数值根据实际需要选择，例如第一背压阀9的开启压力为0.8MPa、第二背压阀7的开启压力为0.15MPa，本实施例对此不做限定。可以理解的是，第一背压阀9的开启压力、第二背压阀7的开启压力均为绝对压力。
上述吸附器4中，原料气入口23和顺冲入口26均位于吸附器4的底部，顺放出口25和吸附出口24均位于吸附器4的顶部，这样，便于吸附产品气。
为了避免吸附器4内压阻过大，优选产品气出口27位于吸附器4的中部，此时，产品气出口27位于吸附器4的侧部。这样再生吸附剂更为彻底，提高了再生效果。
需要说明的是，上述吸附器4的中部是指吸附器4的顶部和底部之间的部分。进一步地，上述产品气出口27至吸附器4顶部的距离不小于吸附器4的高度的四分之一且不大于吸附器4的高度的二分之一。
当然，也可选择上述产品气出口27位于吸附器4的顶部或底部，并不局限于上述限定。
在实际应用过程中，也可适当调整原料气入口23、顺冲入口26、顺放出口25、吸附出口24和产品气出口27的相对位置，并不局限于上述实施例。
为了便于调整原料气的流速，上述气体净化系统还包括与原料气入口23连通的原料气输入管道1，原料气输入管道1上设置有第二流量控制器2，第一阀门3设置在原料气输入管道1上。进一步地，第二流量控制器2能够控制原料气匀速流入吸附器4内。
对于上述第二流量控制器2的类型，根据实际需要进行选择，本实施例对此不做限定。
为了便于产品气收集器15排出产品气，上述产品气收集器15设置有排气口以及控制排气口开闭的第七阀门16，当产品气收集器15内的压力达到设定值时，第七阀门16处于打开状态。为了提高可靠性，上述第七阀门16为单向阀。例如，单向阀的开启压力为3-10kPa。当然，也可选择上述单向阀的开启压力为其他，本实施例对此不做限定。
为了便于设置第七阀门16，上述排气口处设置有与其连通的排气管道17，第七阀门16设置在排气管道17上。
当上述气体净化系统还包括连通顺冲入口26和产品气收集器15连通的顺冲管道19时，上述产品气收集器15具有：与抽真空管道13连通的进口、与顺冲管道19连通的出口以及排气口。
上述气体净化系统中，为了便于控制，优选第一阀门3、第二阀门11、第三阀门20、第四阀门12、第五阀门22、第六阀门5、第七阀门16均为电磁阀。当然，页可选择上述各个阀门为其他类型，并不局限于上述限定。
本实施例提供的气体净化系统，所适用于的原料气和产品气，根据实际需要进行选择，例如，原料气为甲醇重整后的合成气，产品气氢气，本实施例对此不做限定。
优选地，上述产品气为氢气，吸附剂为LaNi5型稀土合金；其中，La的部分能够由Ce、Pr、Nb、Sm、Y、Gd中的至少一者替代，和/或Ni的部分能够由Al、Co、Sn、Cu、Fe、Mn中的至少一者替代。
在实际应用过程中，也可选择上述产品气和吸附剂为其他类型，并不局限于上述实施例。
结合上述实施例提供的气体净化方法和气体净化系统，以原料气为甲醇重整后的合成气为例，具体说明本实施例提供的气体净化方法。
以甲醇重整后的合成气为原料，在中温下对氢气进行分离，即吸附器4内为中温，例如吸附器内的温度为80-220℃。合成气先经过冷凝和再热过程除去水分形成干基原料气。干基原料气的压力为0.9MPa或略大于0.9MPa、或略小于0.9MPa。干基原料气的成分如表1所示：
表1 干基原料气成分
| 组分 | CO<sub>2</sub>(％) | CO(％) | H<sub>2</sub>(％) | CH<sub>4</sub>(％) |
| 浓度 | 29 | 0.3 | 69 | 2 |
采用如图2所示的气体净化系统，吸附剂选用LaNi4.5Al0.5，工艺操作温度为140℃。循环工艺流程如表2所示：
表2 循环工艺流程
| 步骤 | 充压吸附 | 慢速顺放 | 产品气顺冲 | 真空解吸 |
| 时长(s) | 120 | 120 | 30 | 90 |
气体净化方法具体包括步骤：
S11)充压吸附：
吸附器4刚经过真空解吸后，吸附剂处于干净状态。如图2所示，原料气入口23和吸附出口24开启，即打开第一阀门3和第二阀门11，合成气在第二流量控制器2的限制下，匀速流入吸附器4。第一背压阀8的开启压力为0.8MPa。吸附器4的压力由负压开始逐渐上升，达到0.8MPa后吸附出口24开始有气体流出，压力达到稳定状态。在本步骤中，合成气中的H2被LaNi4.5Al0.5吸附，其他杂质不被吸附。
S12)慢速顺放：
吸附器4完成充压吸附步骤后，如图3所示，原料气入口23和吸附出口24关闭，顺放出口25开启，顺冲入口26和产品气出口27关闭，即关闭第一阀门3和第二阀门11，打开第六阀门5，关于第三阀门20和第四阀门12。第二背压阀7的开启压力为0.15MPa。吸附器4内的压力高于0.15MPa，因此，气体在第一流量控制器8的限制下，慢速顺向流出吸附器4。吸附器4内的压力不断下降，直至达到0.15MPa附近。
S13)产品气顺冲：
慢速顺放步骤结束后，如图4所示，打开顺冲入口26和抽气泵18，即打开第三阀门20，此时，顺放出口25开启，原料气入口23、产品气出口27和吸附出口24关闭，即第六阀门5打开、第一阀门3、第四阀门12和第二阀门11关闭。产品气收集器15内储备有产品气，其主要成分是H2。抽气泵18将产品气顺向输入吸附器4，促使吸附器4内的气体顺向流动，气体从顺放出口25流出。产品气收集器15内的压力逐渐降低。
S14)真空解吸：
产品气顺冲步骤结束后，如图5所示，关闭顺冲入口26、顺放出口25和抽气泵18，打开产品气出口27和真空泵14，即关闭第三阀门20、第六阀门5，打开第四阀门12。吸附器4内的压力逐渐降至负压，吸附剂实现再生。真空泵14的出口气体首先通入产品气收集器15，使得产品气收集器15内的压力有所上升。当产品气收集器15内的压力足够高时，第七阀门16被打开，多余气体由排放管道17排出。
真空解吸步骤结束后开启下一循环，重新进行充压吸附。
最终，从排放管道17得到较纯净的产品H2，从吸附出口24和顺放出口25得到CO2、CH4与CO浓度较高的混合气体。
本实施例提供的气体净化方法、现有变压吸附方法和现有低温甲醇洗方法对比，如表3所示：
表3
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (16)
1.一种气体净化方法，其特征在于，包括步骤：
1)控制原料气流入吸附器(4)，所述吸附器(4)内的压力升至吸附压力后，控制所述吸附器(4)内未被吸附的非产品气流出所述吸附器(4)；
2)所述吸附器(4)内的吸附剂吸附饱和后，控制原料气停止流入吸附器(4)，顺放所述吸附器(4)内未被吸附的气体；
3)顺放结束后，采用产品气顺冲所述吸附器(4)；
4)顺冲结束后，再生所述吸附剂并收集所述吸附剂吸附的产品气；
所述产品气为氢气；
所述步骤2)中所述吸附器(4)内未被吸附的气体的顺放速度通过流量控制器可调节，且所述顺放速度可调节为0.01-0.05m/s；
所述吸附器(4)设置有产品气出口(27)，所述产品气出口(27)位于所述吸附器(4)的中部。
2.根据权利要求1所述的气体净化方法，其特征在于，所述步骤4)中，采用抽真空的方式再生所述吸附剂。
3.根据权利要求2所述的气体净化方法，其特征在于，所述吸附器(4)设置有顺冲入口(26)；
所述步骤3)中，产品气自所述顺冲入口(26)进入所述吸附器(4)内；
所述步骤4)中，采用真空泵(14)对所述吸附器(4)进行抽真空，所述真空泵(14)的进口能够与所述顺冲入口(26)和所述产品气出口(27)连通。
4.根据权利要求1所述的气体净化方法，其特征在于，
所述步骤4)中，采用产品气收集器(15)收集所述吸附剂吸附的产品气；
所述步骤3)中，采用所述产品气收集器(15)中的产品气顺冲所述吸附器(4)。
5.根据权利要求1所述的气体净化方法，其特征在于，
所述步骤1)中，控制所述吸附器(4)内未被吸附的非产品气自所述吸附器(4)的吸附出口(24)流出所述吸附器(4)；
所述步骤2)中，所述吸附器(4)内未被吸附的气体自所述吸附器(4)的顺放出口(25)顺放；所述步骤3)中，顺冲所述吸附器(4)的产品气自所述顺放出口(25)排出。
6.根据权利要求1所述的气体净化方法，其特征在于，
所述步骤1)中，控制所述原料气匀速流入所述吸附器(4)内。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的气体净化方法，其特征在于，所述吸附剂为LaNi5型稀土合金；其中，La的部分能够由Ce、Pr、Nb、Sm、Y、Gd中的至少一者替代，和/或Ni的部分能够由Al、Co、Sn、Cu、Fe、Mn中的至少一者替代。
8.一种气体净化系统，其特征在于，包括：吸附器(4)，产品气收集器(15)，以及吸附剂再生装置；
其中，所述吸附器(4)设置有：吸附腔、用于供原料气进入所述吸附腔的原料气入口(23)、用于供产品气进入所述吸附腔的顺冲入口(26)、用于供产品气排出所述吸附腔的产品气出口(27)、用于供气体排出所述吸附腔的吸附出口(24)、控制所述原料气入口(23)开闭的第一阀门(3)、控制所述吸附出口(24)开闭的第二阀门(11)、控制所述顺冲入口(26)开闭的第三阀门(20)；
所述吸附腔内设置有能够吸附产品气的吸附剂，所述顺冲入口(26)和所述原料气入口(23)均位于所述吸附器(4)的同端；
所述吸附剂再生装置能够使所述吸附器(4)内的吸附剂释放产品气以使所述吸附剂再生，所述产品气收集器(15)能够与所述产品气出口(27)连通；
所述产品气为氢气；
所述吸附器(4)还设置有：与所述吸附腔连通的顺放出口(25)，以及控制所述顺放出口(25)开闭的第六阀门(5)；
气体净化系统还包括与所述顺放出口(25)连通的顺放管道(6)，所述顺放管道(6)上设置有第一流量控制器(8)，所述第六阀门(5)设置在所述顺放管道(6)上，所述第一流量控制器(8)能够调节所述顺放管道(6)内的气流流量；且所述第一流量控制器(8)能够将所述顺放管道(6)内的气流流量调节至0.01-0.05m/s；
所述产品气出口(27)位于所述吸附器(4)的中部。
9.根据权利要求8所述的气体净化系统，其特征在于，所述吸附剂再生装置为真空泵(14)，所述产品气收集器(15)通过抽真空管道(13)与所述产品气出口(27)连通，所述抽真空管道(13)设置有控制其通断的第四阀门(12)，所述真空泵(14)设置在所述抽真空管道(13)上。
10.根据权利要求9所述的气体净化系统，其特征在于，还包括连通所述顺冲入口(26)和所述抽真空管道(13)的辅助抽真空管道(21)，所述辅助抽真空管道(21)设置有控制其通断的第五阀门(22)。
11.根据权利要求8所述的气体净化系统，其特征在于，还包括连通所述顺冲入口(26)和所述产品气收集器(15)连通的顺冲管道(19)，所述第三阀门(20)设置在所述顺冲管道(19)上，且所述顺冲管道(19)上设置有抽气泵(18)。
12.根据权利要求8所述的气体净化系统，其特征在于，所述顺放出口(25)和所述吸附出口(24)均位于所述吸附器(4)的同端。
13.根据权利要求12所述的气体净化系统，其特征在于，还包括：与所述吸附出口(24)连通的吸附出口管道(10)，串接在所述吸附出口管道(10)上的第一背压阀(9)，与所述顺放出口(25)连通的顺放管道(6)，串接在所述顺放管道(6)上的第二背压阀(7)；其中，所述第一背压阀(9)的开启压力大于所述第二背压阀(7)的开启压力。
14.根据权利要求12所述的气体净化系统，其特征在于，所述原料气入口(23)和所述顺冲入口(26)均位于所述吸附器(4)的底部，所述顺放出口(25)和所述吸附出口(24)均位于所述吸附器(4)的顶部，所述产品气出口(27)至所述吸附器(4)顶部的距离不小于所述吸附器(4)的高度的四分之一且不大于所述吸附器(4)的高度的二分之一。
15.根据权利要求8所述的气体净化系统，其特征在于，还包括与所述原料气入口(23)连通的原料气输入管道(1)，所述原料气输入管道(1)上设置有第二流量控制器(2)，所述第一阀门(3)设置在所述原料气输入管道(1)上，所述第二流量控制器(2)能够控制所述原料气匀速流入所述吸附器(4)内；
所述产品气收集器(15)设置有排气口以及控制所述排气口开闭的第七阀门(16)，当所述产品气收集器(15)内的压力达到设定值时，所述第七阀门(16)处于打开状态。
16.根据权利要求8-15中任一项所述的气体净化系统，其特征在于，所述吸附剂为LaNi5型稀土合金；
其中，La的部分能够由Ce、Pr、Nb、Sm、Y、Gd中的至少一者替代，和/或Ni的部分能够由Al、Co、Sn、Cu、Fe、Mn中的至少一者替代。
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