CN113477031A - 一种变压吸附装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变压吸附装置及其控制方法，装置包括：若干吸附塔；逆放气支路，其上串联安装第一调节阀和流量计；冲洗气支路，其上并联安装手动阀和第二调节阀；控制器；其中，若干吸附塔的出口端分别经管路连接至逆放气支路和冲洗气支路的前端；控制器与第一调节阀、流量计和第二调节阀连接。方法包括上述装置，每个吸附塔的运行周期均包括步骤：吸附、均压降、顺放、逆放、冲洗、均压升和终升；各吸附塔的运行周期重叠呈阶梯状排列，任意时刻有且只有1个吸附塔处于逆放步骤。该装置为全分周期连续逆放，解吸气释放连续，且流量、压力平稳，无需设置缓冲罐，利于回收利用，工艺设备及控制过程简单。
Description
技术领域
本发明涉及气体的分离提纯技术领域，具体涉及一种变压吸附装置及其控制方法。
背景技术
变压吸附装置的运行依托于控制系统中的运行时序，通过控制装置中的程序控制阀来实现吸附塔不同步骤的进行。现有变压吸附装置的运行时序通常只考虑逆放时间而不考虑逆放的连续性，存在解吸气的压力稳定性差，不利于解吸气直接用作燃料或经压缩机加压回收利用；需要设置至少两个逆放气缓冲罐来保证解吸气压力的稳定，工艺流程及工艺控制复杂，设备投入大、占地面积宽，不利于变压吸附装置的整体撬装和运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种变压吸附装置及其控制方法，解决现有技术中变压吸附过程逆放不连续，解吸气压力稳定性差，回收利用需要设置逆放气缓冲罐的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种变压吸附装置，包括：
若干吸附塔；
逆放气支路，其上串联安装有第一调节阀和流量计；
冲洗气支路，其上并联安装有手动阀和第二调节阀；
控制器；
其中，若干所述吸附塔的出口端分别经管路连接至所述逆放气支路的第一调节阀前端和所述冲洗气支路的手动阀与第二调节阀前端；所述控制器与所述第一调节阀、流量计和第二调节阀电性连接。
在本申请的一种实施例中，所述吸附塔包括3~10个。
在本申请的一种实施例中，所述变压吸附装置的操作压力范围为0.2~5.0 Mpag，产能范围为50 Nm3/h~5000 Nm3/h。
一种变压吸附装置的控制方法，包括以上所述的变压吸附装置，所述变压吸附装置中每个所述吸附塔的运行周期均包括步骤：吸附（A）、均压降（ED）、顺放（PP）、逆放（D）、冲洗（P）、均压升（ER）和终升（FR）；各所述吸附塔的运行周期重叠呈阶梯状排列，任意时刻有且只有1个所述吸附塔处于所述逆放（D）步骤。
在本申请的一种实施例中，所述运行周期分为若干分周期，所述分周期的数量与所述吸附罐的数量相等，每个所述分周期分为3个步序，每个所述步序的时长相等。
在本申请的一种实施例中，所述吸附塔包括3~10个，所述运行周期包括3个步序的吸附（A）步骤、1~7个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、1~2个步序的冲洗（P）步骤、1~7个步序的均压升（ER）步骤、及2个步序的终升（FR）步骤。
在本申请的一种实施例中，所述运行周期中均压降（ED）步骤和均压升（ER）步骤的步序数相等。
在本申请的一种实施例中，所述逆放（D）步骤的末次步序同时进行冲洗（P）步骤。
在本申请的一种实施例中，所述吸附塔包括5~10个，所述运行周期包括3个步序的吸附（A）步骤、2~7个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、2个步序的冲洗（P）步骤、2~7个步序的均压升（ER）步骤、1~6个步序的等待（IS）步骤、及2个步序的终升（FR）步骤。
在本申请的一种实施例中，所述等待（IS）步骤的步序间隔设置于所述均压升（ER）步骤的步序之间，其步序数比所述均压升（ER）步骤的步序数少1个。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的变压吸附装置及其控制方法，为全分周期连续逆放，即任一时刻均有一个吸附塔处于逆放（D）步骤，使得该变压吸附装置的解吸气释放为连续进行的，释放出的解吸气流量和压力平缓稳定，为后续解吸气作为燃料或进压缩机加压回收利用提供了更有利的条件；该全周期连续逆放的变压吸附装置无需设置解吸气缓冲罐来控制缓冲器的压力和流量，工艺设备及控制过程更加简单，可有效减少设备投入，减少占地面积、变压吸附装置更便于整体撬装，利于运输。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中6塔变压吸附装置的连接结构示意图。
图2为本发明中用于3塔变压吸附装置的时序分布表。
图3为本发明中用于4塔变压吸附装置的时序分布表。
图4为本发明中用于5塔变压吸附装置的时序分布表。
图5为本发明中用于6塔变压吸附装置的时序分布表。
图6为本发明中用于7塔变压吸附装置的时序分布表。
图7为本发明中用于8塔变压吸附装置的时序分布表。
图8为本发明中用于9塔变压吸附装置的时序分布表。
图9为本发明中用于10塔变压吸附装置的时序分布表。
附图标记：
1、吸附塔；2、逆放气支路；21、第一调节阀；22、流量计；3、冲洗气支路；31、手动阀；32、第二调节阀。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
下面结合附图对本发明实施例进行详细说明。
实施例1
本发明的该实施例提供了一种变压吸附装置，该变压吸附装置包括若干吸附塔1、逆放气支路2、冲洗气支路3和控制器等。
逆放气支路2上串联安装有第一调节阀21和流量计22。冲洗气支路3上并联安装有手动阀31和第二调节阀32。
其中，若干吸附塔1并联设置，每个吸附塔1的出口端分别经管路连接至逆放气支路2的第一调节阀21前端管路上，和冲洗气支路3的手动阀31与第二调节阀32的前端管路上。
第一调节阀21、流量计22和第二调节阀32均与控制器电性连接。若干吸附塔1排出的逆放气和冲洗气分别汇至逆放气支路2和冲洗支路3上，经控制器调节相应的阀门开度，控制气流的流量大小和压力大小，确保两个支路排出的解吸气平缓稳定。
逆放气支路2和冲洗气支路3均连接至解吸气回收利用处，如直接连接至气体燃烧供能处或连接至压缩机进行加压回收。
手动阀31为常开阀门，流通口径较小；第二调节阀32为程序控制阀，由控制器控制其开启或关闭。在吸附塔1的冲洗（P）步骤初期第二调节阀32关闭，与之并联的手动阀31开启；在冲洗（P）步骤后期时，同时开启手动阀31和第二调节阀32，使整个冲洗（P）步骤中冲洗气支路3的气流量可最大程度保持平稳。
第一调节阀21为流量控制阀，与流量计22相关联，控制器通过流量计22的检测数据来调节控制第一调节阀21的开度，即通过逆放气支路2的气流量大小来调节控制第一调节阀21的开度，达到控制解吸气流量恒定的目的，使解吸气气流量平稳，以利于解吸气压力和流量平稳的作为燃料利用或进入压缩机加压回收，无需再使用缓冲罐来维持解吸气流量的平稳。
该装置包括3~10个吸附塔1。如图1所示，为包含6个吸附塔的变压吸附装置，变压吸附装置中各吸附塔1并列设置，出口端分别经管路连接至逆放气支路2和冲洗气支路3，分别对逆放（D）过程和冲洗（P）过程中产生的解吸气进行调节，保证排出的解吸气气流和压力平缓稳定。
3~10个吸附塔1的变压吸附装置适用的系统操作压力范围为0.2~5.0 Mpag，产能范围为50 Nm3/h~5000 Nm3/h。
实施例2（3塔时序）
图2是一种3塔变压吸附装置的运行周期时序分布表，其循环运行周期依次包括3个步序的吸附（A）步骤、1个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、1个步序的冲洗（P）步骤、1个步序的均压升（ER）步骤和2个步序的终升（FR）步骤。
在该3塔变压吸附装置的运行过程中，任意时刻有且仅有1个吸附塔1处于逆放（D）步骤，使得逆放为全周期连续进行。均压降（ED）步骤、顺放（PP）步骤和逆放（D）步骤的首次步序同时进行；逆放（D）步骤的末次步序与冲洗（P）步骤同时进行，以保证冲洗（P）步骤有足够的时间，使吸附塔1内的吸附剂充分解吸。一个循环运行周期包括3个分周期；每个分周期包括3个步序，每个步序的时长均相等；即一个循环运行周期总步序数为9个，是吸附塔1数量的3倍。
实施例3（4塔时序）
图3是一种4塔变压吸附装置的运行周期时序分布表，其循环运行周期依次包括3个步序的吸附（A）步骤、1个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、2个步序的冲洗（P）步骤、1个步序的均压升（ER）步骤和2个步序的终升（FR）步骤。
在该4塔变压吸附装置的运行过程中，任意时刻有且仅有1个吸附塔1处于逆放（D）步骤，使得逆放为全周期连续进行。逆放（D）步骤的末次步序与冲洗（P）步骤的首次步序同时进行，以保证冲洗（P）步骤有足够的时间，使吸附塔1内的吸附剂充分解吸。一个循环运行周期包括4个分周期；每个分周期包括3个步序，每个步序的时长均相等；一个循环运行周期总步序数为12个，是吸附塔1数量的3倍。
实施例4（5塔时序）
图4是一种5塔变压吸附装置的运行周期时序分布表，其循环运行周期依次包括3个步序的吸附（A）步骤、2个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、2个步序的冲洗（P）步骤、2个步序的均压升（ER）步骤和2个步序的终升（FR）步骤；其中2个步序的均压升（ER）步骤之间还设有1个步序的等待（IS）步骤。处于等待（IS）步骤时，吸附塔1保持当前状态不变，各阀门无动作。
在该5塔变压吸附装置的运行过程中，任意时刻有且仅有1个吸附塔1处于逆放（D）步骤，使得逆放为全周期连续进行。逆放（D）步骤的末次步序与冲洗（P）步骤的首次步序同时进行，以保证冲洗（P）步骤有足够的时间，使吸附塔1内的吸附剂充分解吸。均压降（ED）步骤和均压升（ER）步骤的运行步序数相等。一个循环运行周期包括5个分周期；每个分周期包括3个步序，每个步序的时长均相等；一个循环运行周期总步序数为15个，是吸附塔1数量的3倍。
实施例5（6塔时序）
图5是一种6塔变压吸附装置的运行周期时序分布表，其循环运行周期依次包括3个步序的吸附（A）步骤、3个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、2个步序的冲洗（P）步骤、3个步序的均压升（ER）步骤和2个步序的终升（FR）步骤；其中3个步序的均压升（ER）步骤之间还间隔设有2个步序的等待（IS）步骤。处于等待（IS）步骤时，吸附塔1保持当前状态不变，各阀门无动作。
在该6塔变压吸附装置的运行过程中，任意时刻有且仅有1个吸附塔1处于逆放（D）步骤，即逆放为全周期连续进行。逆放（D）步骤的末次步序与冲洗（P）步骤的首次步序同时进行，以保证冲洗（P）步骤有足够的时间，使吸附塔1内的吸附剂充分解吸。均压降（ED）步骤和均压升（ER）步骤的运行步序数相等。一个循环运行周期包括6个分周期；每个分周期包括3个步序，且每个步序的时长均相等；一个循环运行周期总步序数为18个，是吸附塔1数量的3倍。
实施例6（7塔时序）
图6是一种7塔变压吸附装置的运行周期时序分布表，其循环运行周期依次包括3个步序的吸附（A）步骤、4个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、2个步序的冲洗（P）步骤、4个步序的均压升（ER）步骤和2个步序的终升（FR）步骤；其中4个步序的均压升（ER）步骤之间还间隔设有3个步序的等待（IS）步骤。处于等待（IS）步骤时，吸附塔1保持当前状态不变，各阀门无动作。
在该7塔变压吸附装置的运行过程中，任意时刻有且仅有1个吸附塔1处于逆放（D）步骤，即逆放为全周期连续进行。逆放（D）步骤的末次步序与冲洗（P）步骤的首次步序同时进行，以保证冲洗（P）步骤有足够的时间，使吸附塔1内的吸附剂充分解吸。均压降（ED）步骤和均压升（ER）步骤的运行步序数相等。一个循环运行周期包括7个分周期，每个分周期包括3个步序，且每个步序的时长均相等；一个循环运行周期总步序数为21个，是吸附塔1数量的3倍。
实施例7（8塔时序）
图7是一种8塔变压吸附装置的运行周期时序分布表，其循环运行周期依次包括3个步序的吸附（A）步骤、5个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、2个步序的冲洗（P）步骤、5个步序的均压升（ER）步骤和2个步序的终升（FR）步骤；其中5个步序的均压升（ER）步骤之间还间隔设有4个步序的等待（IS）步骤。处于等待（IS）步骤时，吸附塔1保持当前状态不变，各阀门无动作。
在该8塔变压吸附装置的运行过程中，任意时刻有且仅有1个吸附塔1处于逆放（D）步骤，即逆放为全周期连续进行。逆放（D）步骤的末次步序与冲洗（P）步骤的首次步序同时进行，以保证冲洗（P）步骤有足够的时间，使吸附塔1内的吸附剂充分解吸。均压降（ED）步骤和均压升（ER）步骤的运行步序数相等。一个循环运行周期包括8个分周期，每个分周期包括3个步序，且每个步序的时长均相等；一个循环运行周期总步序数为24个，是吸附塔1数量的3倍。
实施例8（9塔时序）
图8是一种9塔变压吸附装置的运行周期时序分布表，其循环运行周期依次包括3个步序的吸附（A）步骤、6个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、2个步序的冲洗（P）步骤、6个步序的均压升（ER）步骤和2个步序的终升（FR）步骤；其中6个步序的均压升（ER）步骤之间还间隔设有5个步序的等待（IS）步骤。处于等待（IS）步骤时，吸附塔1保持当前状态不变，各阀门无动作。
在该9塔变压吸附装置的运行过程中，任意时刻有且仅有1个吸附塔1处于逆放（D）步骤，即逆放为全周期连续进行。逆放（D）步骤的末次步序与冲洗（P）步骤的首次步序同时进行，以保证冲洗（P）步骤有足够的时间，使吸附塔1内的吸附剂充分解吸。均压降（ED）步骤和均压升（ER）步骤的运行步序数相等。一个循环运行周期包括9个分周期，每个分周期包括3个步序，且每个步序的时长均相等；一个循环运行周期总步序数为27个，是吸附塔1数量的3倍。
实施例9（10塔时序）
图9为一种10塔变压吸附装置的运行周期时序分布表，其循环运行周期依次包括3个步序的吸附（A）步骤、7个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、2个步序的冲洗（P）步骤、7个步序的均压升（ER）步骤和2个步序的终升（FR）步骤；其中7个步序的均压升（ER）步骤之间还间隔设有6个步序的等待（IS）步骤。处于等待（IS）步骤时，吸附塔1保持当前状态不变，各阀门无动作。
在该10塔变压吸附装置的运行过程中，任意时刻有且仅有1个吸附塔1处于逆放（D）步骤，即逆放为全周期连续进行。逆放（D）步骤的末次步序与冲洗（P）步骤的首次步序同时进行，以保证冲洗（P）步骤有足够的时间，使吸附塔1内的吸附剂充分解吸。均压降（ED）步骤和均压升（ER）步骤的运行步序数相等。一个循环运行周期包括10个分周期，每个分周期包括3个步序，且每个步序的时长均相等；一个循环运行周期总步序数为30个，是吸附塔1数量的3倍。
综上，本发明的变压吸附装置的控制方法，包括实施例1中的变压吸附装置，如图2至图9所示，该变压吸附装置中的每个吸附塔1的运行周期均包括步骤：吸附（A）、均压降（ED）、顺放（PP）、逆放（D）、冲洗（P）、均压升（ER）和终升（FR）等。且吸附塔1的运行周期中吸附（A）、均压降（ED）、顺放（PP）、逆放（D）、冲洗（P）、均压升（ER）和终升（FR）步骤依次进行，形成循环运行周期。
其中，每个吸附塔1的循环运行周期重叠呈阶梯状排列，任一时刻有且只有1个吸附塔1处于逆放（D）步骤。即变压吸附装置在运行时，任意时刻均有1个吸附塔1处于逆放（D）步骤中，使得变压吸附装置的逆放（D）为连续不间断的进行，即解吸气连续不断的进行释放，可保证解吸气的释放流量大小稳定、压力平缓，利于解吸气作燃料利用或进入压缩机加压回收利用。
其中，吸附塔1的运行周期分为与吸附塔数量相等的多个分周期，每个分周期包括3个步序，每个步序的时长相等，每个步骤可分为1个或多个步序进行。
变压吸附装置中吸附塔1的塔数不同，其运行周期中各步骤的步序数不同。变压吸附装置的吸附塔1包括3~10个时，运行周期包括3个步序的吸附（A）步骤、1~7个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、1~2个步序的冲洗（P）步骤、1~7个步序的均压升（ER）步骤、及2个步序的终升（FR）步骤。
该变压吸附装置的控制方法中，吸附塔1的运行周期中均压降（ED）步骤和均压升（ER）步骤的步序数相等，及均压降（ED）步骤和均压升（ER）步骤的运行时间相等。
逆放（D）步骤的末次步序进行时，同时进行冲洗（P）步骤，以保证冲洗（P）步骤有足够的时间，依次保证吸附塔1中吸附剂的解吸效果。
如图4至图9所示，当吸附塔1包括5~10个时，运行周期中包括3个步序的吸附（A）步骤、2~7个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、2个步序的冲洗（P）步骤、2~7个步序的均压升（ER）步骤、1~6个步序的等待（IS）步骤、及2个步序的终升（FR）步骤。
其中，等待（IS）步骤的步序间隔设置于均压升（ER）步骤的步序之间，在5~10个吸附塔的变压吸附运行周期中，等待（IS）步骤的步序数均比均压升（ER）步骤的步序数少1个。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (10)
1.一种变压吸附装置，其特征在于，包括：
若干吸附塔；
逆放气支路，其上串联安装有第一调节阀和流量计；
冲洗气支路，其上并联安装有手动阀和第二调节阀；
控制器；
其中，若干所述吸附塔的出口端分别经管路连接至所述逆放气支路的第一调节阀前端和所述冲洗气支路的手动阀与第二调节阀前端；所述控制器与所述第一调节阀、流量计和第二调节阀电性连接。
2.根据权利要求1所述的变压吸附装置，其特征在于，所述吸附塔包括3~10个。
3.根据权利要求2所述的变压吸附装置，其特征在于，所述变压吸附装置的操作压力范围为0.2~5.0 Mpag，产能范围为50 Nm3/h~5000 Nm3/h。
4.一种变压吸附装置的控制方法，其特征在于，包括如权利要求1所述的变压吸附装置，所述变压吸附装置中每个所述吸附塔的运行周期均包括步骤：吸附（A）、均压降（ED）、顺放（PP）、逆放（D）、冲洗（P）、均压升（ER）和终升（FR）；各所述吸附塔的运行周期重叠呈阶梯状排列，任意时刻有且只有1个所述吸附塔处于所述逆放（D）步骤。
5.根据权利要求4所述的变压吸附装置的控制方法，其特征在于，所述运行周期分为若干分周期，所述分周期的数量与所述吸附罐的数量相等，每个所述分周期分为3个步序，每个所述步序的时长相等。
6.根据权利要求5所述的变压吸附装置的控制方法，其特征在于，所述吸附塔包括3~10个，所述运行周期包括3个步序的吸附（A）步骤、1~7个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、1~2个步序的冲洗（P）步骤、1~7个步序的均压升（ER）步骤、及2个步序的终升（FR）步骤。
7.根据权利要求5或6所述的变压吸附装置的控制方法，其特征在于，所述运行周期中均压降（ED）步骤和均压升（ER）步骤的步序数相等。
8.根据权利要求6所述的变压吸附装置的控制方法，其特征在于，所述逆放（D）步骤的末次步序同时进行冲洗（P）步骤。
9.根据权利要求4所述的变压吸附装置的控制方法，其特征在于，所述吸附塔包括5~10个，所述运行周期包括3个步序的吸附（A）步骤、2~7个步序的均压降（ED）步骤、1个步序的顺放（PP）步骤、3个步序的逆放（D）步骤、2个步序的冲洗（P）步骤、2~7个步序的均压升（ER）步骤、1~6个步序的等待（IS）步骤、及2个步序的终升（FR）步骤。
10.根据权利要求9所述的变压吸附装置的控制方法，其特征在于，所述等待（IS）步骤的步序间隔设置于所述均压升（ER）步骤的步序之间，其步序数比所述均压升（ER）步骤的步序数少1个。
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