CN114534447B - 一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附（FTrSRMPSA）精制无水乙醇的方法，针对传统的现有轴向流固定床PSA吸附与解吸循环步骤的时序控制是通过许多连接于各个吸附塔之间管道上的控制阀门所造成的各种弊端，以及现有技术的原料波动性适应性差、时序控制步骤少、难以实现传质“稳态”、产品纯度与收率矛盾突出、流程长、稳定性差等诸多问题，开发形成一个FTrSRMPSA系统，通过旋转阀与圆环形旋转托盘的旋转速度以及旋转方向的调配而灵活地实现了多/少步骤的吸附与解吸循环操作，实现了工业级乙醇蒸汽PSA脱水精制成无水乙醇的轴向流固定床层基础上进行的模拟旋转PSA工艺的无水乙醇产品的高纯度（99.9~99.99%）与高收率（98~99%）的“双高”。

Description

一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙 醇的方法

技术领域

本发明属于含水工业乙醇脱水分离与提纯净化制备高纯度无水乙醇领域，更具体的说是涉及一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法。

背景技术

通过发酵与粗馏或合成与精馏得到的含水粗乙醇蒸气（以下简称“乙醇蒸气”），其浓度约为90~95%（w/w），水浓度为5~10%，其它少量的杂质包括脂类醇类等有机物以及微量的水溶性重金属杂质，需要进一步脱水与净化得到纯度较高的乙醇产品，比如纯度大于等于99.5%（w/w）。但由于乙醇与水能形成共沸物，比如在常压下的共沸组分组成为乙醇浓度95%、水为5%，共沸温度为78.2℃，乙醇常压下自身的沸点为78.5℃，水为100℃，乙醇-水溶液所形成的共沸物为最低沸点的二元共沸体系。因此，要得到较高纯度的乙醇，一般的精馏无法实现，必须采用特殊的分离方法，比如，加入恒沸剂（苯等）的恒（共）沸精馏、加入萃取剂（乙二醇等）的萃取精馏、加盐萃取精馏、间隙萃取精馏、变压精馏、膜蒸馏等。除了特殊精馏方法外，还包括渗透汽化膜、变温与变压吸附（TSA/PSA）、吸附与膜分离组合的膜吸附以及吸附与精馏组合的吸附精馏等。目前，工业上普遍采用的方法是，变温变压吸附、渗透气化膜、吸附与渗透汽化膜组合、吸附与精馏组合。

变温变压吸附（TPSA）方法是利用分子筛对乙醇-水二元共沸体系的水具有选择性筛分吸附特点，从乙醇蒸汽中脱除水而非吸附相气体为乙醇产品，吸附相的水被吸附剂吸附饱和后或通过加热或抽真空再生，两个固定床吸附塔交替操作，实现连续进料与出料。其中，具有代表性的已公开授权的专利包括，四川天采科技有限责任公司为专利所有人的系列：“一种高收率制备无水乙醇的装置”（201320002328.8）、“一种免冲洗循环制造无水乙醇的装置”（201320002470.2）、“一种制备无水乙醇的装置”（201320002053.8）、“一种高收率制备无水乙醇的工艺”（201310001664.5）、“一种免冲洗循环制造无水乙醇的方法”（201320001665.x）等，其主要特征在于，1）可以在吸附过程停止后，将残余在乙醇脱水塔内的乙醇蒸汽通过逆放缓冲罐回收，然后送入系统外的精馏塔精馏后再作为原料进行无水乙醇的制备，最大程度上实现了乙醇蒸汽充分利用，提高了无水乙醇收率，降低生产成本；2）不需要冲洗，仅采用抽真空方式对分子筛吸附剂进行再生，即可使分子筛的残余水量比传统工艺能够达到的水平低40%~70%，取得了更好的再生效果，相比于传统工艺，节省了用于冲洗分子筛的无水乙醇产品，大大提高了无水乙醇的收率；3）无需在分子筛再生时对分子筛进行加热，节省了能源；4）省略了传统分子筛再生时用于将分子筛降温到吸附温度的冷吹步骤，节省了再生时间，提高了生产效率。所得到的乙醇产品纯度可高达99.99%。不过，变压或变温吸附方法具有如下几个缺点，其一，比较大的缺点就是，从吸附相再生得到的再生废气中仍含有10~30%的乙醇，需要返回到吸附系统外的乙醇精馏塔进一步回收乙醇，才能使得乙醇的收率达到90%以上。对于仅靠外购乙醇水溶液（乙醇含量为90~95%）而无粗馏或精馏的用户而言，将乙醇水溶液气化后进行分子筛脱水获得高纯度乙醇，其再生废气就无法回收有效组分乙醇，其收率仅为70%左右；其二，对于水含量较多的工况，比如10%时，吸附剂吸附水的饱和吸附量有限，需要分级分浓度吸附，或加置其它分离设备或工艺才能处理，投资增加，吸附剂选择也比较困难；其三，对于采用抽真空解吸的方法，由于抽真空的程度技术与设备上有限制，加之水的极性较强导致深度吸附而不容易被解吸出来，吸附剂再生不完全，导致乙醇产品的纯度会下降或吸附剂使用寿命缩短，操作成本上升。

渗透气化膜分离技术在液体/气体混合物中组分蒸汽分压差的推动下，利用原料中不同组分在特定的材料膜中的溶解和扩散速度或渗透压的差异，达到组分分离的目的。对于乙醇-水二元共沸体系的分离，其中，在乙醇浓度较低水含量较高时的工况下，比如乙醇发酵液，采用透醇的渗透膜进行乙醇浓缩，在乙醇浓度较高而水含量较低时的工况，比如来自精馏塔顶的乙醇蒸汽或合成气合成的乙醇气，乙醇浓度大于90%、水浓度小于10%，采用透水的渗透汽化膜，包括工业上比较成熟的纤维素-聚丙烯酸酯共聚合透水膜、中空纤维透水膜、陶瓷透水膜及分子筛透水膜等，可以气相进料液相出料，也可以液相进料气相出料，其最大的技术特征在于，具有低能耗、不引入第三组分、污染少的优势，产品乙醇的收率及纯度可以分别达到95%及99.5%以上，成为近年来乙醇脱水技术的研究热点与发展方向。渗透气化膜乙醇脱水制备无水乙醇的典型专利包括，美国“Ethanol Distillation Systemand Apparatus”（US20110067995）、美国PCT“METHOD AND APPARATUS FOR ETHANOLPRODUCTION”（WO/2013/070305A1）、中国“一种利用膜分离技术原位分离乙醇的方法”（201210367674.6）等。然而，渗透气化膜分离技术存在着几个明显的缺点：1）由于渗透气化膜受其自身通量限制的影响，处理量较大时所需的渗透膜面积就非常大，进而投资就很大；2）乙醇溶液或蒸汽中的溶胀性有机物杂质组分很容易污染膜的渗透通道，使得膜通量及使用寿命进一步降低，这一点无法与分子筛吸附相比拟；3）所需的乙醇产品的纯度要求越高，其非渗透侧的物流循环次数就越多，能耗也就越高。

目前，以分子筛固定床变压吸附为主耦合渗透气化膜的膜吸附法，或与精馏耦合的吸附精馏方法，业已成为工业上进行乙醇蒸汽脱水制备无水乙醇主流。

膜吸附法是从吸附塔抽出的乙醇含量较高的解吸气经换热或冷凝及增压后进入渗透气化膜系统，从渗透侧流出水排出，从非渗透侧流出的浓缩气组分与乙醇蒸汽组分相当作为吸附进料气而返回到吸附塔进一步回收有效组分乙醇，使得乙醇产品收率达到95%以上，由此弥补了分子筛变压吸附收率低、渗透气化膜产品纯度不够的缺陷，实现了乙醇蒸汽制备无水乙醇的“高纯度与高收率”。但是，膜吸附法依旧需要多个吸附塔进行吸附与解吸的交替操作，并且，吸附与渗透气化膜分离的一些主要缺点也依然存在，导致设备投资高、操作成本高、吸附剂及膜的使用寿命较短，不适合水浓度较高的工况。也有先采用膜分离系统将乙醇蒸汽中的水脱除到一定程度后再采用分子筛变压吸附进行净化后得到乙醇产品，解吸气与乙醇蒸汽混合而返回膜分离系统中，进一步回收乙醇。该方法能够适应较高含水量原料工况，但更加明显地放大了渗透气化膜的一些主要缺陷，比如膜面积更大，更容易被乙醇蒸汽中的溶胀性杂质组分所污染等，投资更高。

吸附精馏法是从吸附塔抽出的乙醇含量较高的解吸气经换热或冷凝及增压后进入一个乙醇常规精馏塔，从精馏塔底部排出水，从精馏塔顶部逸出的塔顶气组分与乙醇蒸汽组分相当作为吸附进料气而返回到吸附塔进一步回收有效组分乙醇，使得乙醇产品收率达到95%以上，由此弥补了分子筛变压吸附收率低、常规精馏难于跳过乙醇-水二元共沸体系的共沸点的缺陷，实现了乙醇蒸汽制备无水乙醇的“高纯度与高收率”。同样，吸附精馏法依旧需要多个吸附塔进行吸附与解吸的交替操作，并且，吸附的一些主要缺点也依然存在，也不适合水浓度较高的工况。对于乙醇蒸汽中含水量较高的工况，采用先精馏后吸附的方法是可行的，然而，精馏的作用变得很小，这是由于乙醇蒸汽组分已经非常接近精馏的共沸组成，其精馏效率非常低，经济上不合理。

发明内容

本发明提供一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法，是一种以变压吸附为基础，充分利用不同工业级乙醇蒸汽自身携带的温度与压力、乙醇蒸汽中乙醇与水组分在80~130℃温度范围，以及0.02~0.03MPa压力范围内的吸附分离系数及物理化学性质的差异性，将置于一个9通道旋转阀在中央且安置于一可旋转的圆环形旋转托盘上4个轴向流固定床通过管道连接，通过相应的驱动机构调控旋转阀转速（ω1）与圆环形托盘旋转速（ω2），使得流经旋转阀与旋转吸附塔中旋转移动的吸附床层的乙醇蒸汽，在不断地通过进出每个吸附塔的位置及每个吸附床层在旋转同时完成各自的吸附与解吸步骤的传质，进而形成了“模拟旋转移动床”的变压吸附过程，实现了轴向流固定床模拟旋转移动床变压吸附过程，使得吸附与解吸多步骤的循环操作，在实现收率与纯度“双高”及避免深度吸附的同时，适用于乙醇蒸汽为原料气的工况及相应存在着不同吸附机理气体体系的处理，克服了现有技术包括传统固定床PSA/TPSA及与膜分离、精馏等工艺组合的缺陷，具体方案如下：

本发明提供一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法，所述的全温程模拟旋转移动床是由n（2≤n≤6的自然整数）个装载有一种或多种吸附剂的轴向流固定床层并安置在一个以旋转速度（ω2，秒（s）为单位）的圆环形旋转托盘上的吸附塔、有m（4≤m≤16的自然整数）个通道并安置在圆环形托盘中央的以旋转速度（ω1，秒（s）为单位）旋转的旋转阀、旋转阀与系统外物料气体进出的物料管道以及连接于经圆环形托盘内置管道至吸附塔上下与旋转阀之间的工艺管道，以及相应的驱动圆环形托盘及旋转阀旋转及其调控其旋转速度（ω1与ω2）的驱动机构、缓冲罐、增压系统、圆环形旋转托盘吸附塔塔底直接外接冷凝抽真空器的外置管道，以及冷凝抽真空器不凝气体出口端与原料气（F）缓冲罐连接的管道所构成而形成一个FTrSRMPSA系统，其特征在于，吸附塔进出口与旋转阀进出口连接的管道是通过预设在圆环形托盘的内置管道相连形成工艺管道且与旋转阀通道数m相同，进出FTrSRMPSA系统物料气体的位置是在多通道旋转阀中固定的，其物料气体包括工业级乙醇蒸汽的原料气（F）、无水乙醇的产品气（PG）、冲洗气（P）、抽真空气（V）或/与冲洗废气（PW）组成的解吸气（D）以及以原料气为终充气（FR），并相应的连接包括缓冲罐、增压/冷凝抽真空器、循环泵在内的设备，由旋转阀进出口与吸附塔进出口之间通过圆环形托盘上内置管道连接的工艺管道中工艺气体流动的位置是移动变化的，工艺气体是在FTrSRMPSA系统内流动，包括原料气（F）、均压降气（ED）/均压升气（ER）、顺放气（PP）、冲洗气（P）、或/与冲洗废气（PW）或/与抽真空气（V）组成的解吸气（D）、终充气（FR）及产品气（PG），其中，每一种物料或工艺气体对应m通道旋转阀的每个通道或一种物料或工艺气体与另一种物料或工艺气体共用同一个通道，原料气（F）缓冲罐与旋转阀的原料气（F）及其为终充气（FR）进口端连接的物料管道，从旋转阀出口端流出的产品气（PG）物料管道分别与原料气（F）及产品气（PG）缓冲罐连接，冷凝抽真空器与从吸附塔流出的抽真空气（V）端直接连接的外置管道相连并作为解吸气（D）连接，冷凝抽真空器不凝气出口与系统外的原料气（F）管道连接，来自FTrSRMPSA系统外的原料气（F）为来自乙醇发酵与粗馏或合成与精馏得到的含水粗乙醇蒸气，或粗乙醇水溶液蒸馏及气化形成的接近共沸组成的乙醇蒸汽（以下简称“乙醇蒸气”），其浓度约为90~95%（w/w），水浓度为5~10%，其它少量的杂质包括脂类醇类等有机物以及微量的水溶性重金属杂质，温度为80~130℃，压力为常压或微正压，乙醇蒸汽作为原料气（F）进入多通道旋转阀原料气（F）通道的进口端，并经旋转阀原料气（F）通道出口、圆环形旋转托盘内置管道及圆环形托盘上对应的处于吸附状态的一个或多个轴向流固定床吸附塔进口连接的工艺管道，从吸附塔底部或上部进入进行吸附，经驱动旋转阀旋转方向与速度（ω1）与圆环形旋转托盘旋转方向及速度（ω2）的驱动机构的调控，或逆时针或顺时针的同向异步或同向同步、或逆时针/顺时针的反向异步或反向同步的旋转，从吸附塔顶部或下部流出的非吸附相气体正好经工艺管道进入旋转阀产品气（PG）通道，并从旋转阀产品气（PG）通道流出形成纯度大于等于99.9%（w/w）的乙醇产品气（PG）进入产品气（PG）缓冲罐后输出，处于吸附状态的吸附塔完成吸附步骤后，随着旋转阀与圆环形旋转托盘的连续转动，结束吸附（A）步骤的吸附塔进入均压降（ED）或顺放（PP）的解吸步骤，吸附塔均压降（ED）步骤产生的均压降气（ED）流经连接于吸附塔出口端、圆环形旋转托盘内置管道及旋转阀中供均压降气（ED）使用的通道进出口所连接的工艺管道而对另一个处于均压升（ER）状态的吸附塔进行均压升（ER），均压降气（ED）与均压升气（ER）共用同一个通道，结束均压降（ED）步骤的吸附塔进入顺放（PP）步骤，随着旋转阀与圆环形旋转托盘的连续转动，吸附塔顺放（PP）步骤产生的顺放气（PP）作为冲洗气（P）流经连接于吸附塔出口端、圆环形旋转托盘内置管道及旋转阀中供顺放气（PP）使用的通道进出口所连接的工艺管道而对另一个处于真空冲洗（VP）步骤的吸附塔进行真空冲洗（VP），顺放气（PP）与真空/冲洗气（V/P）共用同一个通道，随着旋转阀与圆环形旋转托盘的持续不断地相对转动，结束顺放（PP）步骤的吸附塔进入抽真空解吸（V）步骤，从吸附塔流出的抽真空（V）步骤形成的解吸气（D）经冷凝抽真空器与从吸附塔流出的抽真空（V）解吸气（D）端直接连接的外置管道相连的工艺及物料管道流经冷凝抽真空器，形成的液体水排出，形成的不凝气体经其出口与系统外的原料气（F）管道相连的物料管道返回至原料气（F）中循环使用，然后吸附塔在处于真空状态下进行冲洗（VP）步骤，冲洗气（P）采用来自处于顺放（PP）步骤的另一个吸附塔流出的并流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀共用通道的顺放气（PP），在吸附塔的抽真空（V）与真空冲洗（VP）操作步骤结束后，随着旋转阀与圆环形旋转托盘的持续相对旋转，吸附塔及相应的物料通道与工艺通道随旋转阀与圆环形旋转托盘旋转至正好接受来自处于均压降（ED）步骤的另一个吸附塔所流出的均压降气（ED）进行均压升（ER）的时间与位置而进入均压升（ER）步骤，使得吸附塔内的压力与处于均压降（ED）步骤的另一个吸附塔内的压力相等，进而结束均压升（ER）步骤，随着旋转阀与圆环形旋转托盘的继续相对旋转，结束均压升（ER）步骤的吸附塔进入终充（FR）步骤，终充气（FR）为来自原料气（F）缓冲罐并流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀物料通道的原料气（F），进入吸附塔进行终充（FR），使得吸附塔内的压力达到吸附（A）步骤所需的压力，由此构成了该吸附塔完整的真空变压吸附（VPSA）闭环式循环操作，即，吸附（A）-均压降（ED）-顺放（PP）-抽真空（V）-真空冲洗（VP）-均压升（ER）-终充（FR），然后该吸附塔随着旋转阀与圆环形旋转托盘的连续不断地相对旋转而再次进入下一个吸附与解吸的闭环式循环操作过程，而相应的进出其它n-1个吸附塔的物料气体及工艺气体，也在该吸附塔吸附与解吸的闭环式循环操作过程中经由圆环形旋转托盘与旋转阀连续匹配转动切换各个吸附塔的物料及工艺气体进出位置进行相应的吸附与解吸的闭环式循环操作步骤，每一个吸附塔的闭环式循环操作步骤都对应着其它n-1个吸附塔各自的闭环式循环操作步骤，且，每一个吸附塔进行每一个吸附与解吸的循环操作步骤，均通过旋转阀转速（ω1）与圆环形托盘转速（ω2）之间的调控匹配，使得旋转中的旋转阀中m个通道与圆环形托盘旋转中的n个吸附塔操作中的时序表首尾连接成圆，并完整地形成真空变压吸附（VPSA）吸附与解吸过程的操作循环性，所有的物料气体及工艺气体被均匀分布在系统中的旋转阀中m个圆通道与圆环形托盘中内置管道及各个吸附塔内，并将一个循环周期的真空变压吸附（VPSA）状态通过旋转的旋转阀（ω1）与接通的相应旋转的圆环形托盘（ω2）上吸附塔分别同时进行吸附与解吸的循环操作过程中的各个步骤，进出吸附塔的工艺气体位置是通过旋转阀转速（ω1）与吸附塔的托盘转动（ω2）匹配而不断地变化，使得每个吸附塔均可重复吸附与解吸步骤，相当于每个轴向流固定床吸附塔在旋转的同时完成各自的吸附与解吸步骤，进而形成了“模拟旋转移动床（SRM）”的真空变压吸附（VPSA）过程，且，所控制参数ω1与ω2之间的匹配包括了如下条件：或ω1≠0且ω2=0，或ω1=0且ω2≠0，或ω1≠0且ω2≠0，或ω1≥ω2，或ω1≤ω2，旋转阀旋转（ω1）方向，或与圆环形旋转托盘转动（ω2）同向，或反向，在FTrSRMPSA系统持续不断地循环操作中，从浓度为98%的乙醇蒸汽为原料气中连续地生产出乙醇纯度大于等于99.9%的高纯度无水乙醇产品气（PG），产品气收率大于等于98%。

更进一步的，所述的一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法，其特征在于，所述的由旋转阀进出口与吸附塔进出口之间通过圆环形托盘上内置管道连接的工艺管道的内置管道上，设置多通道阀门，其中，连接于旋转阀通道进出口端为一通，连接于吸附塔进出口端为二通或三通或四通，由此，组成FTrSRMPSA系统的n个吸附塔的n最大取值数为40，对应于m通道旋转阀的m取值范围不变，所形成的“模拟旋转移动床”的真空变压吸附过程中的吸附与解吸的闭合循环操作的组合步骤多于权利要求1的组合步骤，使得FTrSRMPSA分离与净化的效果接近移动床“稳态”传质分离与净化效果，最终获得无水乙醇产品气（PG）的纯度大于等于99.99%，产品气（PG）收率大于等于99%。

更进一步的，所述的一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法，其特征在于，所述的每个吸附塔所进行的吸附与解吸的循环操作过程是由完整的真空变压吸附（VPSA）闭环式循环操作组成，即，吸附（A）-均压降（ED）-顺放（PP）-抽真空（V）-真空冲洗（VP）-均压升（ER）-终充（FR），其中，在每个吸附塔的循环操作步骤或由一个步骤或二个步骤组成，或增设或减少一个或二个步骤，或顺放（PP）步骤前置于均压降（ED）步骤，其中包括吸附（A）-均压降（ED）/顺放（PP）-抽真空（V）/真空冲洗（VP）-均压升（ER）/终充（FR）的四塔模式，包括吸附（A）-均压降（ED）/顺放（PP）/抽真空（V）-真空冲洗（VP）/均压升（ER）/终充（FR）的三塔模式，包括相邻两个吸附塔处于吸附（A）状态的二塔吸附模式，包括在均压升（ER）步骤后增设一个等待区步骤的9塔模式，吸附塔数量与步骤的合并取决于FTrSRMPSA系统中的多通道旋转阀的通道数（m）、旋转方向与旋转速度（ω1）与圆环形旋转托盘的旋转方向与旋转速度（ω2）之间的调配。

更进一步的，所述的一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法，其特征在于，所述的冲洗气（P），或来自FTrSRMPSA系统内的顺放气（PP）或均压降气（ED）/均压升气（ER），或来自FTrSRMPSA系统外的产品气（PG）或原料气（F），通过m通道旋转阀通道（圆环形凹槽）中开设一个或至多4个的通孔实现多批次冲洗（P）。

更进一步的，所述的一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法，其特征在于，所述的轴向流固定床吸附塔的高径比是受置于旋转阀旋转速度ω1与圆环形托盘旋转速度ω2的调配，通常为，在获得相同纯度的产品气（PG）工况下ω1或/及ω2旋转速度越快，高径比取值就小，取值为2~3，ω1或/及ω2旋转速度越慢，高径比取值就大而取值3~5。

更进一步的，所述的一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法，其特征在于，所述的装载于轴向流固定床层吸附塔里的一种或多种吸附剂，吸附剂外形包括圆形或圆柱形颗粒堆积式，或蜂窝状及捆绑式规整吸附剂，吸附剂材料为，或硅胶，或分子筛，或碳分子筛，或高分子有机物或碳纤维或以硅酸盐纤维为基材制成的复合吸附剂。优选的是或高分子有机物或碳纤维或以硅酸盐纤维（含氟化硅、陶瓷与玻璃纤维）为基材制成的复合吸附剂。

更进一步的，所述的一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法，其特征在于，所述的原料为液体，包括乙醇/异丙醇/乙二醇/丙酮/二甲醚的醇酯酮醚共沸有机物及混合液体的FTrSRMPSA或FTrSRMTPSA/TSA液相吸附分离与净化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）通过本发明，可以将传统的轴向流固定床层VPSA吸附塔的乙醇脱水精制无水乙醇的吸附与解吸循环操作模式模拟变成旋转轮移动床VPSA工艺，获得比包括传统的轴向流固定床层PSA吸附工艺、PSA与精馏或膜分离组合工艺等固定床PSA工艺效率更高的无水乙醇产品的纯度与收率，其纯度可达99.9~99.99%以上，收率达98~99%以上，突破了固定床PSA工艺所具有的“纯度与收率呈反比关系”的技术限制，同时又克服了典型的循环床、流化床、模拟移动床（SMB）以及转轮PSA等移动床所具有的不易变压操作、吸附剂使用寿命短、仅适用原料组分与吸附剂单一、吸附与解吸步骤过少等缺陷。

（2）本发明将传统的轴向流固定床PSA工艺通过旋转阀旋转速度ω1、旋转方向与圆环形旋转托盘旋转速度ω2、旋转方向之间的调配，使得固定床PSA工艺的吸附与解吸的循环操作步骤灵活地扩大或缩减，实现了包括吸附塔内完成一个或多个步骤、增设或减少一个或多个步骤、多塔吸附、多批次冲洗、顺放与均压降顺序相互错位、设置一个或多个等待区等且现有技术无法获得的吸附与解吸循环操作的多个或少许步骤，使得工业级乙醇蒸汽FTrSRMPSA分离与净化而精制无水乙醇的效果接近移动床（MB）“稳态”传质分离与净化效果，最终获得产品气的纯度大于等于99.9~99.99%，产品气收率大于等于98~99%。

（3）本发明通过旋转阀转速ω1、旋转方向与圆环形旋转托盘转速ω2、旋转方向之间的调配，可以满足在诸如ω1＝0而ω2≠0时的常规旋转移动床PSA操作过程，或ω1≠0而ω2＝0的旋转阀与固定床PSA组合操作过程，或ω1＝ω2且ω1/ω2≠0的快轮移动床PSA操作过程等，使得本发明能够灵活地加以调节适合于满足产品气纯度与收率要求的同时，对原料气出现较大波动工况的无水乙醇精制。

（4）本发明所装填的吸附剂其形式与材料多样灵活，包括固体颗粒的硅胶、分子筛、碳分子筛，或高分子有机物或碳纤维或以硅酸盐纤维为基材制成的规整型复合吸附剂，尤其采用耐磨性与选择性较好的高分子有机物或碳纤维或以硅酸盐纤维（含氟化硅、陶瓷与玻璃纤维）为基材制成的复合吸附剂，效果最好，所采用的吸附塔数量或旋转阀通道数可以最少，节省投资与能耗。

（5）本发明在传统的轴向流固定床PSA工艺基础上进行了模拟旋转PSA操作，既保持了吸附剂可形成复合床层且固定而不易损耗及吸附塔中所特有的轴向扩散传质优势，又克服了传统固定床PSA阀门组过多导致的操作成本过高、稳定性较差、产品气的收率与纯度之间的矛盾突出等缺点，以及包括常规或快轮的转轮移动床PSA工艺装置过于复杂、吸附剂单一、操作弹性小且不适合复杂原料气分离工况的缺陷，吸附与解吸的循环操作，包括原料气波动、流量、操作压力变化（变压）等均可以方便的通过驱动机构的调节旋转阀与圆环形托盘的转速及周期大小来控制吸附与解吸的循环操作过程，工艺稳定性大幅度提高。

（6）本发明也同样适用于一些传统模拟移动床（SMB）分离方法所适用的液相分离工况，即，通过选择合理的冲洗剂，形成了多塔分级的模拟移动床（MT-SMB）操作模式，包括液相乙醇/异丙醇脱水净化与精制无水乙醇/异丙醇等。

附图说明

图1为实施例1流程示意图。

图2为实施例2流程示意图。

图3为实施例3流程示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，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、完整的描述。

实施例1

如图1所示，一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法，所述的全温程模拟旋转移动床是由装载有一种硅酸盐纤维为基材制成的规整式复合吸附剂的4个轴向流且高径比为3的固定床层吸附塔安置在一个以旋转速度为ω2 = 100~200s的圆环形旋转托盘上的吸附塔（n=4）及相应的圆环形旋转托盘旋转及调控其旋转速度（ω2）驱动机构、有9个通道（m=9）并安置在圆环形旋转托盘中央的以旋转速度为ω1 = 200~400s的旋转阀及相应的9通道旋转阀旋转及调控其旋转速度（ω1）机构、旋转阀与系统外由原料气（F）、抽真空（V）解吸气（D）与以原料气为终充气（FR）构成的物料气体进出的物料管道以及连接于经圆环形旋转托盘内置管道至吸附塔上下与旋转阀之间的工艺管道、产品气（PG）/原料气（F）缓冲罐、冷凝抽真空器、圆环形旋转托盘吸附塔塔底直接外接冷凝抽真空器的外置管道，以及冷凝抽真空器不凝气体出口端与原料气（F）缓冲罐连接的管道所构成而形成一个FTrSRMPSA系统，其中，9通道旋转阀中8个通道（圆环形凹槽）设置有2个通孔，9个通道的作用分别为，2个通道供原料气（F）、1个通道供产品气（PG）、2个通道作为共用通道供均压降气（ED）与均压升气（ER）、2个通道为共用通道供顺放气（PP）作为冲洗气（P）与真空冲洗（VP）、1个通道且仅开设1个通孔供真空冲洗废气（VPW）作为解吸气（D），以及1个通道为共用通道供原料气（F）作为终充气（FR）使用，原料气（F）缓冲罐与旋转阀的原料气（F）及其为终充气（FR）进口端连接的物料管道，从旋转阀出口端流出的产品气（PG）物料管道分别与原料气（F）及产品气（PG）缓冲罐连接，冷凝抽真空器与从吸附塔流出的抽真空气（V）端直接连接的外置管道相连并作为解吸气（D）连接，冷凝抽真空器不凝气出口与系统外的原料气（F）管道连接，旋转阀旋转方向与圆环形托盘旋转方向相同为逆时针方向，圆环形旋转托盘上显示的4圆环形循环操作周期（PSA时序）表代表了4个轴向流固定床吸附塔的吸附与解吸的循环操作步骤，其中，内环上代表吸附塔1（n=1）的循环操作步骤，即，吸附（A）-均压降（ED）/顺放（PP）-抽真空（V）/真空冲洗（VP）-均压升（ER）/终充（FR），以此往外的圆环分别代表吸附塔2（n=2）、吸附塔3（n=3）与吸附塔4（n=4）分别所对应的吸附与解吸的循环操作步骤为，均压升（ER）/终充（FR）-吸附（A）-均压降（ED）/顺放（PP）-抽真空（V）/真空冲洗（VP），抽真空（V）/真空冲洗（VP）-均压升（ED）/终充（FR）-吸附（A）-均压降（ED）/顺放（PP），以及均压降（ED）/顺放（PP）、抽真空（V）/真空冲洗（VP）-均压升（ER）/终充（FR）-吸附（A），由此构成了FTrSRMPSA系统及系统中每个吸附塔的吸附（A）-均压降（ED）/顺放（PP）-抽真空（V）/真空冲洗（VP）-均压升（ER）/终充（FR）的吸附与解吸的循环操作步骤，乙醇浓度为98%（w/w）、水和其它少量杂质的含量为2%（w/w）的工业乙醇液体，经气化过热后温度为110~130℃、压力为0.2~0.3MPa的工业乙醇蒸汽作为原料气，从经连接于旋转阀通道进口通孔物料管道进入旋转阀原料气（F）的物料通道如m=1与2，其中，1通道与2通道是随旋转阀旋转速度ω1与圆环形旋转托盘旋转速度ω2之间的调配而定期间隔切换用作物料通道，保证处于吸附（A）状态的吸附塔1连续地进料与出料，并经该通道1/2的通孔的出口连接于圆环形旋转托盘内置管道及连接于吸附塔1的进口端所形成的工艺管道进入吸附塔1并进行选择性的吸附（A）步骤，即，如图1所示的吸附塔1（n=1）的位置及相对应的圆环形旋转托盘内环上标识的时序表中的A区域（块），其中，乙醇蒸汽中的乙醇作为非吸附相气体，从吸附塔1的出口端流出并经过连接于吸附塔1、圆环形旋转托盘内置管道及旋转阀物料通道（如m=9）通孔组成的工艺管道，从连接于旋转阀与产品缓冲罐的产品气（PG）物料管道流出乙醇纯度大于等于99.9%的高纯度无水乙醇产品气（PG），进入产品缓冲罐或直接外输，在吸附塔1的吸附（A）步骤结束后，随着旋转阀与圆环形旋转托盘逆时针方向同向旋转，吸附塔1及相应的物料通道与工艺通道随旋转阀与圆环形旋转托盘旋转至如图1中吸附塔2的位置以及所对应的圆环形旋转托盘内环上标识的时序表中的ED和PP区域（块）而进入均压降（ED）与顺放（PP）步骤：吸附塔1先进行均压降（ED），所产生的均压降（ED）工艺气体通过流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀共用通道（如m=3/4），与处于均压升（ER）步骤的吸附塔3进行均压，然后，吸附塔1再进行顺放（PP）步骤，产生的顺放气（PP）通过流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀共用通道（如m=5/6）并作为冲洗气（P）对处于真空冲洗（VP）步骤的吸附塔4进行冲洗（P），在吸附塔1的均压降（ED）/顺放（PP）操作步骤结束后，随着旋转阀与圆环形旋转托盘逆时针方向同向异步的旋转，吸附塔1及相应的物料通道与工艺通道随旋转阀与圆环形旋转托盘旋转至如图1中吸附塔3的位置以及所对应的圆环形旋转托盘内环上标识的时序表中的V和VP区域（块）而进入抽真空（V）解吸与真空冲洗（VP）步骤：吸附塔1先进行抽真空（V）解吸，从吸附塔流出的抽真空解吸气（D）经冷凝抽真空器与从吸附塔1流出的抽真空（V）解吸气（D）端直接连接的外置管道相连的工艺及物料管道流经冷凝抽真空器，形成的液体水排出，形成的不凝气体经其出口与系统外的原料气（F）管道相连的物料管道返回至原料气（F）中循环使用，然后吸附塔1在处于真空状态下进行冲洗（VP），冲洗气（P）采用来自处于顺放（PP）步骤的吸附塔2流出的并流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀共用通道（如m=5/6）的顺放气（PP），在吸附塔1的抽真空（V）/真空冲洗（VP）操作步骤结束后，随着旋转阀与圆环形旋转托盘逆时针方向同向旋转，吸附塔1及相应的物料通道与工艺通道随旋转阀与圆环形旋转托盘旋转至如图1中吸附塔4的位置以及所对应的圆环形旋转托盘内环上标识的时序表中的ER和FR区域（块）而进入均压升（ER）与终充（FR）步骤：吸附塔1先接受来自处于均压降（ED）步骤的吸附塔3的均压降气（ED）进行均压升（ER），使得吸附塔1的压力从常压升至0.01~0.015 MPa，相对应的进行均压降（ED）步骤的吸附塔3中的压力从0.02~0.03MPa降至相同的0.01~0.015MPa，然后，吸附塔1再进行终充（FR）步骤，终充气（FR）为来自原料气（F）缓冲罐并流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀物料通道（如m=7）的原料气（F），进入吸附塔1进行终充（FR），使得吸附塔1内的压力达到吸附（A）步骤所需的压力0.02~0.03 MPa，由此构成了吸附塔1完整的变压吸附（PSA）闭环式循环操作，即，吸附（A）-均压降（ED）/顺放（PP）-抽真空（V）/真空冲洗（VP）-均压升（ER）/终充（FR）步骤，然后该吸附塔1再进入下一个吸附与解吸的闭环式循环操作过程，而相应的进出吸附塔2、3与4的物料气体及工艺气体，也在吸附塔1吸附与解吸的闭环式循环操作过程中经由圆环形旋转托盘与旋转阀连续匹配转动切换各个吸附塔的物料及工艺气体进出位置进行相应的吸附与解吸的闭环式循环操作步骤，每一个吸附塔的闭环式循环操作步骤都对应着其它3个吸附塔各自的闭环式循环操作步骤，由此，从浓度为98%的乙醇蒸汽为原料气中连续地生产出乙醇纯度大于等于99.9%的高纯度无水乙醇产品气（PG），产品气收率大于等于98%，同时，真空冲洗废气（VPW）与抽真空（V）所形成的解吸气（D）经冷凝抽空器处理排出的不凝气体返回作为原料气（F）循环使用，大幅度减少了能耗与解吸气的排放，实现了在乙醇蒸汽VPSA脱水制取无水乙醇工艺过程的轴向流固定床层基础上进行的模拟旋转PSA工艺的高纯度与高收率的“双高”。

本实施例中的原料气属于乙醇-水相对分离系数小于2的工况，其吸附机理以乙醇和水的相对分子动力学直径大小为基础的筛分机理，采用传统的轴向流固定床工艺进行吸附深度脱水，其无水乙醇产品的“纯度与收率成反比”的矛盾非常突出，在达到相同的纯度条件下的乙醇收率仅为70%左右。采用现有的其它工艺，包括快速转轮PSA或TSA，以及PSA与精馏或膜分离耦合等工艺，虽然收率有所提高，但由于解吸步骤太少而再生不完全，无法与吸附进行循环匹配，吸附时间过短，其处理能力受到限制，且吸附剂使用效率低下，产品纯度受到很大影响；吸附时间过长容易产生深度吸附导致解吸再生更加困难，进而产品纯度会随工艺或装置的运转周期增加而下降，吸附剂使用寿命缩短，进而影响到了与吸附耦合的膜分离或精馏的效率。此外，本系统无众多的间歇式程序控制阀或调节阀，系统的操作运行稳定性高，投资与操作成本低。

实施例2

如图2所示，一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法，所述的全温程模拟旋转移动床是由装载有固体颗粒的硅胶与分子筛组成的复合吸附剂的4个轴向流且高径比为2的固定床层吸附塔安置在一个以旋转速度为ω2 = 0的圆环形旋转托盘（不转动）上的吸附塔（n=4）及相应的圆环形旋转托盘旋转及调控其旋转速度（ω2）驱动机构、有9个通道（m=9）并安置在圆环形旋转托盘中央的以旋转速度为ω1 = 800~1200s的旋转阀及相应的9通道旋转阀旋转及调控其旋转速度（ω1）机构、旋转阀与系统外由原料气（F）、抽真空（V）解吸气（D）、抽真空冲洗废气（VPW）解吸气（D）、带压的冲洗废气（PW）返回原料气（F）与以原料气为终充气（FR）构成的物料气体进出的物料管道以及连接于经圆环形旋转托盘内置管道至吸附塔上下与旋转阀之间的工艺管道、产品气（PG）/原料气（F）缓冲罐、冷凝抽真空器、圆环形旋转托盘吸附塔塔底直接外接冷凝抽真空器的外置管道、旋转阀带压冲洗废气（PW）出口端与原料气（F），以及冷凝抽真空器不凝气体出口端与原料气（F）连接的物料管道所构成而形成一个FTrSRMPSA系统，其中，9个通道的作用分别为，1个通道供原料气（F）、1个通道供产品气（PG）、1个通道作为共用通道供均压降气（ED）与均压升气（ER）、1个通道为共用通道供顺放气（PP）作为真空冲洗气（VP）、1个通道供真空冲洗废气（VPW）作为解吸气（D），1个通道供带压的产品气（PG）作为冲洗气（P）、1个通道供带压的冲洗废气（PW）作为原料气（F）、1个通道供原料气（F）作为终充气（FR），以及1个通道作为等待区隔离（空）使用，原料气（F）缓冲罐与旋转阀的原料气（F）及其为终充气（FR）进口端连接的物料管道，从旋转阀出口端流出的产品气（PG）物料管道分别与原料气（F）及产品气（PG）缓冲罐连接，冷凝抽真空器与从吸附塔流出的抽真空气（V）端直接连接的外置管道相连并作为解吸气（D）连接，冷凝抽真空器与从旋转阀出口端流出的抽真空冲洗废气（VPW）并作为解吸气（D）的物料管道相连，冷凝抽真空器不凝气出口及旋转阀带压冲洗废气（PW）通道出口与系统外的原料气（F）管道连接，旋转阀旋转方向为顺时针，圆环形旋转托盘不旋转，原料气与实施例1中的一样，从经连接于旋转阀通道进口通孔物料管道进入旋转阀原料气（F）的物料通道如m=6，并经该通道通孔的出口连接于圆环形旋转托盘内置管道及连接于吸附塔1的进口端所形成的工艺管道进入吸附塔1并进行选择性的吸附（A）步骤，即，如图1所示的吸附塔1（n=1）的位置，其中，乙醇蒸汽中的乙醇作为非吸附相气体，从吸附塔1的出口端流出并经过连接于吸附塔1、圆环形旋转托盘内置管道及旋转阀物料通道（如m=4）通孔组成的工艺管道，从连接于旋转阀与产品缓冲罐的产品气（PG）物料管道流出乙醇纯度大于等于99.9%的高纯度无水乙醇产品气（PG），进入产品缓冲罐或直接外输，在吸附塔1的吸附（A）步骤结束后，随着旋转阀顺时针方向以ω1 =800~1200s的旋转速度旋转，吸附塔1及相应的物料通道与工艺通道随旋转阀与圆环形旋转托盘旋转至如图2中吸附塔4的位置而进入均压降（ED）与顺放（PP）步骤：吸附塔1先进行均压降（ED），所产生的均压降（ED）工艺气体通过流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀共用通道（如m=2），与处于均压升（ER）步骤的吸附塔3进行均压，然后，吸附塔1再进行顺放（PP）步骤，产生的顺放气（PP）通过流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀共用通道（如m=3）并作为抽真空冲洗气（VP）对处于真空冲洗（VP）步骤的吸附塔3进行真空冲洗（VP），在吸附塔1的均压降（ED）/顺放（PP）操作步骤结束后，随着旋转阀持续地旋转，吸附塔1及相应的物料通道与工艺通道随旋转阀如图2中吸附塔3的位置而进入抽真空（V）解吸与真空冲洗（VP）/带压冲洗（P）步骤：吸附塔1先进行抽真空（V）解吸，从吸附塔流出的抽真空解吸气（D）经冷凝抽真空器与从吸附塔1流出的抽真空（V）解吸气（D）端直接连接的外置管道相连的工艺及物料管道流经冷凝抽真空器，形成的液体水排出，形成的不凝气体经其出口与系统外的原料气（F）管道相连的物料管道返回至原料气（F）中循环使用，然后吸附塔1在处于真空状态下进行冲洗（VP），冲洗气（P）采用来自处于顺放（PP）步骤的吸附塔4流出的并流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀共用通道（如m=3）的顺放气（PP），产生的抽真空冲洗废气（VPW）流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀通道（如m=2）出口作为解吸气（D）进入冷凝抽空器操作，然后随着旋转阀继续旋转，结束抽真空冲洗（VP）进入以产品气（PG）为带压冲洗气（P）进行带压冲洗（P），来自产品气（PG）缓冲罐的带压产品气（PG）流经旋转阀通道（如m=1）及圆环形旋转托盘内置管道与连接吸附塔1的工艺管道而进入吸附塔1进行带压冲洗（P）并填充吸附塔1内的压力至常压，产生的带压冲洗废气（PW）流经与吸附塔1、圆环形旋转托盘内置管道及旋转阀通道（如m=8）进出口且与原料气（F）相连的物料管道返回至原料气（F）循环使用，在吸附塔1的抽真空（V）/真空冲洗（VP）/带压冲洗（P）操作步骤结束后，随着旋转阀进一步的旋转，吸附塔1及相应的物料通道与工艺通道旋转至如图2中吸附塔2的位置而进入均压升（ER）与终充（FR）步骤：吸附塔1先接受来自处于均压降（ED）步骤的吸附塔4的均压降气（ED）进行均压升（ER），使得吸附塔1的压力从常压升至0.01~0.015 MPa，相对应的进行均压降（ED）步骤的吸附塔4中的压力从0.02~0.03MPa降至相同的0.01~0.015MPa，然后，随着旋转阀的旋转，吸附塔1处于等待区步骤，对应的连接旋转阀通道（如m=6）同时也作为隔离较纯的物料或工艺气与如原料气（F）与带压冲洗废气（PW）的不纯物料或工艺气体，降低旋转阀通道内的交叉污染，随后，吸附塔1再进行终充（FR）步骤，终充气（FR）为来自原料气（F）缓冲罐并流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀物料通道（如m=9）的原料气（F），进入吸附塔1进行终充（FR），使得吸附塔1内的压力达到吸附（A）步骤所需的压力0.02~0.03 MPa，由此构成了吸附塔1完整的真空变压吸附（VPSA）闭环式循环操作，即，吸附（A）-均压降（ED）/顺放（PP）-抽真空（V）/真空冲洗（VP）/带压冲洗（P）-均压升（ER）/等待区（-）/终充（FR）步骤，然后该吸附塔1再进入下一个吸附与解吸的闭环式循环操作过程，而相应的进出吸附塔2、3与4的物料气体及工艺气体，也在吸附塔1吸附与解吸的闭环式循环操作过程中经由旋转阀连续匹配转动切换各个通道及吸附塔的物料及工艺气体进出位置进行相应的吸附与解吸的闭环式循环操作步骤，每一个吸附塔的闭环式循环操作步骤都对应着其它3个吸附塔各自的闭环式循环操作步骤，由此，从浓度为98%的乙醇蒸汽为原料气中连续地生产出乙醇纯度大于等于99.9%的高纯度无水乙醇产品气（PG），产品气收率大于等于98%，同时，真空冲洗废气（VPW）与抽真空（V）所形成的解吸气（D）经冷凝抽空器处理排出的不凝气体返回作为原料气（F）循环使用，大幅度减少了能耗与解吸气的排放，实现了在乙醇蒸汽VPSA脱水制取无水乙醇工艺过程的轴向流固定床层基础上进行的模拟旋转PSA工艺的高纯度与高收率的“双高”。

本实施例与实施例1不同的是，同样的原料气与产品气工况和同样的4个吸附塔与9通道旋转阀组成的FTrSRMPSA系统，却可以灵活地通过将圆环形旋转托盘的旋转速度调整为ω2 = 0而9通道旋转阀旋转速度调整为ω1 = 800~1200s的状态下，通过增加带压冲洗（P）与等待区（-）步骤而同样获得纯度与收率的“双高”无水乙醇产品。这是FTrSRMPSA系统灵活操作的一种表现。

实施例3

如图3所示，一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附精制无水乙醇的方法，所述的全温程模拟旋转移动床是由装载有碳纤维或以硅酸盐纤维（含氟化硅、陶瓷与玻璃纤维）为基材制成的规整复合吸附剂的4个轴向流且高径比为2.2~2.4的固定床层吸附塔安置在一个以旋转速度为ω2 = 1200~1600s的圆环形旋转托盘上的吸附塔（n=4）及相应的圆环形旋转托盘旋转及调控其旋转速度（ω2）驱动机构、有7个通道（m=7）并安置在圆环形旋转托盘中央的以旋转速度为ω1 = 1200~1600s的旋转阀及相应的7通道旋转阀旋转及调控其旋转速度（ω1）机构、旋转阀与系统外由原料液（F）、产品液（PL）、抽真空（V）解吸气（D）（排放气）、再生气（R）/热再生载气（HR）/冷再生载气（CR）、热再生废气（HRW）/冷再生废气（CRW）构成的物料流体（气/液）进出的物料管道以及连接于经圆环形旋转托盘内置管道至吸附塔上下与旋转阀之间的工艺管道、加热/冷却（器）、冷凝器、真空泵、圆环形旋转托盘吸附塔塔底直接外接真空泵的排出解吸气（D）的外置管道、旋转阀进出口端与加热/冷却（器）以及冷凝器不凝气与加热（器）、冷凝液返回原料液连接的物料管道所构成而形成一个FTrSRMPSA系统，其中，7个通道的作用分别为，1个通道供原料液（F）、1个通道供产品液（PL）、1个通道供热再生载气（HR）、1个通道冷再生载气（CR）、1个通道供热再生废气（HRW），1个通道供冷再生废气（CRW）、1个通道供隔离使用，系统外的以惰性气体氮气（N2）的再生气（R）与加热（器）进口端直接相连，真空泵抽出的真空解吸气（D）与吸附塔底出口端的外置管道相连，冷凝器与从旋转阀出口端流出的冷再生废气（CRW）的物料管道相连，冷凝器不凝气出口端与加热（器）进口端的物料管道连接，冷凝器冷凝液出口端与原料液（F）物料管道相连，7通道旋转阀与圆环形旋转托盘为同向同步的旋转，即，两者旋转方向同为逆时针，两者旋转速度（ω1与ω2）同为1200~1600s，原料液（F）为乙醇浓度为98%（w/w）、水及其余微量有机物杂质的含量为2%的常温常压液体，随着旋转阀与圆环形旋转托盘同向同步的旋转而从经连接于旋转阀通道进口通孔物料管道进入旋转阀原料液（F）的物料通道如m=6，并经该通道通孔的出口连接于圆环形旋转托盘内置管道及连接于吸附塔1的进口端所形成的工艺管道进入吸附塔1并进行选择性的吸附（A）步骤，即，如图3所示的吸附塔1（n=1）的位置，其中，乙醇液中的乙醇作为非吸附相，从吸附塔1的出口端流出并经过连接于吸附塔1、圆环形旋转托盘内置管道及旋转阀物料通道（如m=1）通孔组成的物料与工艺管道流出乙醇纯度大于等于99.9%的高纯度无水乙醇产品液（PL）直接外输，在吸附塔1的吸附（A）步骤结束后，随着旋转阀与圆环形旋转托盘同向同步地连续旋转，吸附塔1及相应的物料通道与工艺通道随旋转阀与圆环形旋转托盘旋转至如图3中吸附塔2的位置而进入热再生（HR）步骤：来自系统外的惰性气体氮气（N2）为载气的再生气（R），经过加热（器）加热至140~160℃形成的热再生载气（HR）通过流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀通道（如m=2）对吸附塔1进行热再生（HR），产生的热再生废气（HRW）通过流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀通道（如m=3）出口端流出并进入到冷却（器）进行冷却至常温后作为冷再生载气（CR）使用，随着旋转阀与圆环形旋转托盘同向同步地继续旋转，结束热再生（HR）步骤的吸附塔1旋转至如图3中的吸附塔3的位置而进入冷再生（CR）步骤：来自热再生废气（HRW）经冷却（器）冷却至常温的冷再生载气（CR）通过经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀通道（如m=5）对吸附塔1进行冷再生（CR），产生的冷再生废气（CRW）通过流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀通道（如m=4）出口端流出并进入到冷凝器中进行冷凝，产生的不凝气进入到加热器中加热后作为热再生载气（HR）循环使用，产生的冷凝液返回到原料液（F）中进一步回收其中的有效组分（乙醇），此时，吸附塔1内的温度为常温，随着旋转阀与圆环形旋转托盘同向同步地进一步旋转，结束冷再生（CR）步骤的吸附塔1旋转至如图3中的吸附塔4的位置而进入抽真空解吸（D）步骤，从中抽出的真空解吸气（D）流经外置管道并经气液分离器后水蒸气直接排出，少量的高沸点液体排出去处理，同时对应于旋转阀通道（如m=7）作为隔离（无物料流经）而等待（-），准备下一轮的吸附与解吸的循环操作，由此构成了吸附塔1完整的变温变压吸附（TPSA）闭环式循环操作，即，吸附（A）-热再生（HR）-冷再生（CR）-真空解吸（D）/隔离等待区（-）步骤，然后该吸附塔1再进入下一个吸附与解吸的闭环式循环操作过程，而相应的进出吸附塔2、3与4的物料液体/气体，也在吸附塔1吸附与解吸的闭环式循环操作过程中经由旋转阀与圆环形旋转托盘连续匹配同向同步转动切换各个通道及吸附塔的物料液/气体进出位置进行相应的吸附与解吸的闭环式循环操作步骤，每一个吸附塔的闭环式循环操作步骤都对应着其它3个吸附塔各自的闭环式循环操作步骤，由此，从浓度为98%的乙醇溶液为原料气中连续地生产出乙醇纯度大于等于99.9%的高纯度无水乙醇产品液（PL），产品气收率大于等于98%，同时，热再生废气（HRW）经过冷却后作为冷再生载气（CR）循环使用，并经过冷再生（CR）步骤形成的冷再生废气（CRW）再进入冷凝器，使得冷凝器的能耗进一步降低，且形成的不凝气经加热后继续作为热再生载气（HR）循环使用，且能把冷热再生废气（C/HRW）中所含有的少量水分留在了吸附塔中的吸附剂表面上并通过抽真空解吸而排放，而冷热再生废气（C/HRW）中所含有的少量乙醇与水通过冷凝器冷凝所形成的冷凝液返回到原料液（F）中进一步回收有效组分乙醇，使得乙醇产品的收率大于等于98%，并对冷凝液循环周期中出现的一定量的水及高沸点杂质组分的工况下进行定期的排放，其乙醇的损失率来自该定期的排放中，进而大幅度减少了能耗与解吸气的排放，实现了在乙醇溶液TPSA液相脱水制取无水乙醇工艺过程的轴向流固定床层基础上进行的模拟旋转PSA工艺的高纯度与高收率的“双高”。

显而易见的，上面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，或在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种工业级乙醇全温程模拟旋转移动床变压吸附(FTrSRMPSA)精制无水乙醇的方法，所述的全温程模拟旋转移动床是由大于等于2与小于等于6的自然整数n个装载有一种或多种吸附剂的轴向流固定床层并安置在一个以旋转速度(ω2，秒(s)/周为单位)的圆环形旋转托盘上的吸附塔、有大于等于4小于等于16的自然整数m个通道并安置在圆环形托盘中央的以旋转速度(ω1，秒(s)/周为单位)旋转的旋转阀、旋转阀与系统外物料气体进出的物料管道以及连接于经圆环形托盘内置管道至吸附塔上下与旋转阀之间的工艺管道，以及相应的驱动圆环形托盘及旋转阀旋转及其调控其旋转速度的驱动机构、缓冲罐、增压系统、圆环形旋转托盘吸附塔塔底直接外接冷凝抽真空器的外置管道，以及冷凝抽真空器不凝气体出口端与原料气(F)缓冲罐连接的管道所构成而形成一个FTrSRMPSA系统，其特征在于，吸附塔进出口与旋转阀进出口连接的管道是通过预设在圆环形托盘的内置管道相连形成工艺管道且与旋转阀通道数m相同，进出FTrSRMPSA系统物料气体的位置是在多通道旋转阀中固定的，其物料气体包括工业级乙醇蒸气的原料气(F)、无水乙醇的产品气(PG)、冲洗气(P)、抽真空气(V)或/与冲洗废气(PW)组成的解吸气(D)以及以原料气为终充气(FR)，并相应的连接包括缓冲罐、增压/冷凝抽真空器、循环泵在内的设备，由旋转阀进出口与吸附塔进出口之间通过圆环形托盘上内置管道连接的工艺管道中工艺气体流动的位置是移动变化的，工艺气体是在FTrSRMPSA系统内流动，包括原料气(F)、均压降气(ED)/均压升气(ER)、顺放气(PP)、冲洗气(P)、或/与冲洗废气(PW)或/与抽真空气(V)组成的解吸气(D)、终充气(FR)及产品气(PG)，其中，每一种物料或工艺气体对应m通道旋转阀的每个通道或一种物料或工艺气体与另一种物料或工艺气体共用同一个通道，原料气(F)缓冲罐与旋转阀的原料气(F)及其为终充气(FR)进口端连接的物料管道，从旋转阀出口端流出的产品气(PG)物料管道分别与原料气(F)及产品气(PG)缓冲罐连接，冷凝抽真空器与从吸附塔流出的抽真空气(V)端直接连接的外置管道相连并作为解吸气(D)连接，冷凝抽真空器不凝气出口与系统外的原料气(F)管道连接，来自FTrSRMPSA系统外的原料气(F)为来自乙醇发酵与粗馏或合成与精馏得到的含水粗乙醇蒸气，或粗乙醇水溶液蒸馏及气化形成的接近共沸组成的乙醇蒸气，其浓度为90～95％(w/w)，水浓度为5～10％，其它少量的杂质包括脂类醇类有机物以及微量的水溶性重金属杂质，温度为80～130℃，压力为常压或微正压，乙醇蒸气作为原料气(F)进入多通道旋转阀原料气(F)通道的进口端，并经旋转阀原料气(F)通道出口、圆环形旋转托盘内置管道及圆环形托盘上对应的处于吸附状态的一个或多个轴向流固定床吸附塔进口连接的工艺管道，从吸附塔底部或上部进入进行吸附，经驱动旋转阀旋转方向及旋转速度(ω1)与圆环形旋转托盘旋转方向及旋转速度(ω2)的驱动机构的调控，或逆时针或顺时针的同向异步或同向同步、或逆时针/顺时针的反向异步或反向同步的旋转，从吸附塔顶部或下部流出的非吸附相气体正好经工艺管道进入旋转阀产品气(PG)通道，并从旋转阀产品气(PG)通道流出形成纯度大于等于99.9％(w/w)的乙醇产品气(PG)进入产品气(PG)缓冲罐后输出，处于吸附状态的吸附塔完成吸附步骤后，随着旋转阀与圆环形旋转托盘的连续转动，结束吸附(A)步骤的吸附塔进入均压降(ED)或顺放(PP)的解吸步骤，吸附塔均压降(ED)步骤产生的均压降气(ED)流经连接于吸附塔出口端、圆环形旋转托盘内置管道及旋转阀中供均压降气(ED)使用的通道进出口所连接的工艺管道而对另一个处于均压升(ER)状态的吸附塔进行均压升(ER)，均压降气(ED)与均压升气(ER)共用同一个通道，结束均压降(ED)步骤的吸附塔进入顺放(PP)步骤，随着旋转阀与圆环形旋转托盘的连续转动，吸附塔顺放(PP)步骤产生的顺放气(PP)作为冲洗气(P)流经连接于吸附塔出口端、圆环形旋转托盘内置管道及旋转阀中供顺放气(PP)使用的通道进出口所连接的工艺管道而对另一个处于真空冲洗(VP)步骤的吸附塔进行真空冲洗(VP)，顺放气(PP)与真空/冲洗气(V/P)共用同一个通道，随着旋转阀与圆环形旋转托盘的持续不断地相对转动，结束顺放(PP)步骤的吸附塔进入抽真空解吸(V)步骤，从吸附塔流出的抽真空(V)步骤形成的解吸气(D)经冷凝抽真空器与从吸附塔流出的抽真空(V)解吸气(D)端直接连接的外置管道相连的工艺及物料管道流经冷凝抽真空器，形成的液体水排出，形成的不凝气体经其出口与系统外的原料气(F)管道相连的物料管道返回至原料气(F)中循环使用，然后吸附塔在处于真空状态下进行冲洗(VP)步骤，冲洗气(P)采用来自处于顺放(PP)步骤的另一个吸附塔流出的并流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀共用通道的顺放气(PP)，在吸附塔的抽真空(V)与真空冲洗(VP)操作步骤结束后，随着旋转阀与圆环形旋转托盘的持续相对旋转，吸附塔及相应的物料通道与工艺通道随旋转阀与圆环形旋转托盘旋转至正好接受来自处于均压降(ED)步骤的另一个吸附塔所流出的均压降气(ED)进行均压升(ER)的时间与位置而进入均压升(ER)步骤，使得吸附塔内的压力与处于均压降(ED)步骤的另一个吸附塔内的压力相等，进而结束均压升(ER)步骤，随着旋转阀与圆环形旋转托盘的继续相对旋转，结束均压升(ER)步骤的吸附塔进入终充(FR)步骤，终充气(FR)为来自原料气(F)缓冲罐并流经连接圆环形旋转托盘内置管道与旋转阀工艺管道及旋转阀物料通道的原料气(F)，进入吸附塔进行终充(FR)，使得吸附塔内的压力达到吸附(A)步骤所需的压力，由此构成了该吸附塔完整的真空变压吸附(VPSA)闭环式循环操作，即，吸附(A)-均压降(ED)-顺放(PP)-抽真空(V)-真空冲洗(VP)-均压升(ER)-终充(FR)，然后该吸附塔随着旋转阀与圆环形旋转托盘的连续不断地相对旋转而再次进入下一个吸附与解吸的闭环式循环操作过程，而相应的进出其它n-1个吸附塔的物料气体及工艺气体，也在该吸附塔吸附与解吸的闭环式循环操作过程中经由圆环形旋转托盘与旋转阀连续匹配转动切换各个吸附塔的物料及工艺气体进出位置进行相应的吸附与解吸的闭环式循环操作步骤，每一个吸附塔的闭环式循环操作步骤都对应着其它n-1个吸附塔各自的闭环式循环操作步骤，且，每一个吸附塔进行每一个吸附与解吸的循环操作步骤，均通过旋转阀转速(ω1)与圆环形托盘转速(ω2)之间的调控匹配，使得旋转中的旋转阀中m个通道与圆环形托盘旋转中的n个吸附塔操作中的时序表首尾连接成圆，并完整地形成真空变压吸附(VPSA)吸附与解吸过程的操作循环性，所有的物料气体及工艺气体被均匀分布在系统中的旋转阀中m个圆通道与圆环形托盘中内置管道及各个吸附塔内，并将一个循环周期的真空变压吸附(VPSA)状态通过旋转的旋转阀与接通的相应旋转的圆环形托盘上吸附塔分别同时进行吸附与解吸的循环操作过程中的各个步骤，进出吸附塔的工艺气体位置是通过旋转阀转速与吸附塔的托盘转动匹配而不断地变化，使得每个吸附塔均可重复吸附与解吸步骤，相当于每个轴向流固定床吸附塔在旋转的同时完成各自的吸附与解吸步骤，进而形成了“模拟旋转移动床(SRM)”的真空变压吸附(VPSA)过程，且，所控制参数ω1与ω2之间的匹配包括了如下条件：或ω1≠0且ω2＝0，或ω1＝0且ω2≠0，或ω1≠0且ω2≠0，或ω1≥ω2，或ω1≤ω2，旋转阀顺时针或逆时针旋转方向，或与圆环形旋转托盘顺时针或逆时针转动同向，或反向，在FTrSRMPSA系统持续不断地循环操作中，从浓度为98％的乙醇蒸气为原料气中连续地生产出乙醇纯度大于等于99.9％的高纯度无水乙醇产品气(PG)，产品气收率大于等于98％。

2.如权利要求1所述的一种工业乙醇蒸气全温程模拟旋转移动床变压吸附(FTrSRMPSA)精制无水乙醇的方法，其特征在于，所述的由旋转阀进出口与吸附塔进出口之间通过圆环形托盘上内置管道连接的工艺管道的内置管道上，设置多通道阀门，其中，连接于旋转阀通道进出口端为一通，连接于吸附塔进出口端为二通或三通或四通，由此，组成FTrSRMPSA系统的n个吸附塔的n最大取值数为40，对应于m通道旋转阀的m取值范围不变，使得FTrSRMPSA分离与净化的效果接近移动床“稳态”传质分离与净化效果，最终获得无水乙醇产品气(PG)的纯度大于等于99.99％，产品气(PG)收率大于等于99％。

3.如权利要求1所述的一种工业乙醇蒸气全温程模拟旋转移动床变压吸附(FTrSRMPSA)精制无水乙醇的方法，其特征在于，所述的每个吸附塔所进行的吸附与解吸的循环操作过程是由完整的真空变压吸附(VPSA)闭环式循环操作组成，即，吸附(A)-均压降(ED)-顺放(PP)-抽真空(V)-真空冲洗(VP)-均压升(ER)-终充(FR)，其中，在每个吸附塔的循环操作步骤或由一个步骤或二个步骤组成，或增设或减少一个或二个步骤，或顺放(PP)步骤前置于均压降(ED)步骤，其中包括吸附(A)-均压降(ED)/顺放(PP)-抽真空(V)/真空冲洗(VP)-均压升(ER)/终充(FR)的四塔模式，包括吸附(A)-均压降(ED)/顺放(PP)/抽真空(V)-真空冲洗(VP)/均压升(ER)/终充(FR)的三塔模式，包括相邻两个吸附塔处于吸附(A)状态的二塔吸附模式，包括在均压升(ER)步骤后增设一个等待区步骤的9塔模式，吸附塔数量与步骤的合并取决于FTrSRMPSA系统中的多通道旋转阀的通道数(m)、旋转方向与旋转速度(ω1)与圆环形旋转托盘的旋转方向与旋转速度(ω2)之间的调配。

4.如权利要求1所述的一种工业乙醇蒸气全温程模拟旋转移动床变压吸附(FTrSRMPSA)精制无水乙醇的方法，其特征在于，所述的冲洗气(P)，或来自FTrSRMPSA系统内的顺放气(PP)或均压降气(ED)/均压升气(ER)，或来自FTrSRMPSA系统外的产品气(PG)或原料气(F)，通过m通道旋转阀通道中开设一个或至多4个的通孔实现多批次冲洗(P)。

5.如权利要求1所述的一种工业乙醇蒸气全温程模拟旋转移动床变压吸附(FTrSRMPSA)精制无水乙醇的方法，其特征在于，所述的轴向流固定床吸附塔的高径比是受置于旋转阀旋转速度ω1与圆环形托盘旋转速度ω2的调配，通常为，在获得相同纯度的产品气(PG)工况下，ω1旋转速度越快，取值为100～800s/周，或/及ω2旋转速度越快，取值为200～1000s/周，高径比取值就小，取值为2～3，ω1旋转速度越慢，取值为大于等于1600～2000s/周，或/及ω2旋转速度越慢，取值为大于等于1800～2000s/周，高径比取值就大，高径比取值就大而取值3～5。

6.如权利要求1所述的一种工业乙醇蒸气全温程模拟旋转移动床变压吸附(FTrSRMPSA)精制无水乙醇的方法，其特征在于，所述的装载于轴向流固定床层吸附塔里的一种或多种吸附剂，吸附剂及外形包括圆形或圆柱形颗粒堆积式，或蜂窝状及捆绑式规整吸附剂，吸附剂材料为，或硅胶，或分子筛，或高分子有机物或碳纤维或以硅酸盐纤维为基材制成的复合吸附剂。

7.如权利要求1所述的一种工业乙醇蒸气全温程模拟旋转移动床变压吸附(FTrSRMPSA)精制无水乙醇的方法，其特征在于，所述的原料为液体，包括乙醇/异丙醇/乙二醇/丙酮/二甲醚的醇酯酮醚共沸有机物及混合液体的全温程模拟旋转变压吸附(FTrSRMPSA)或全温程模拟旋转变温变压吸附(FTrSRMTPSA)/全温程模拟旋转变温吸附(FTrSRMTSA)液相吸附分离与净化。