CN116617811A - 一种三塔串联变压吸附装置和吸附工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三塔串联变压吸附装置和吸附工艺，采用一套变压吸附装置，三吸附塔同时吸附的方式，在保证产品气品质的前提下，明显提高收率，降低能耗和设备投资。使用本发明提供的三塔串联变压吸附工艺进行变压吸附提氢，在保证产品氢气纯度及杂质含量符合高纯氢要求的前提下，产品氢气收率明显高于现有的一级变压吸附提氢装置；使用本发明提供的三塔串联变压吸附工艺进行变压吸附制氧、制氮，在氧气纯度和氮气纯度符合基本参数要求的前提下，单位制氧电耗、单位制氮电耗明显低于相关标准中最低指标要求。

Description

一种三塔串联变压吸附装置和吸附工艺

技术领域

本发明涉及变压吸附气体分离技术，具体涉及一种三塔串联变压吸附装置和吸附工艺。

背景技术

变压吸附技术在气体分离、净化提纯领域已有七十年以上的应用历史，广泛应用到各个需要气体分离的行业，比如从空气中分离获得氮气的变压吸附制氮技术，从空气中分离获得氧气的变压吸附制氧技术，从炼厂气中分离提纯氢气的变压吸附制氢技术等。变压吸附技术采用变压吸附装置进行，目前有应用的多数变压吸附装置处于吸附状态时从原料气进入吸附塔到获得目标产品气，原料气只经过1个吸附塔。此外，还有采用多级变压吸附装置进行变压吸附操作的，但多级变压吸附装置实际是2套或2套以上变压吸附装置的串联，通过前级变压吸附装置获得中间产品气，再通过最后一级变压吸附装置获得目标产品气，由此可知，多级变压吸附装置在进行变压吸附时，实际上原料气也只经过1个吸附塔。

目前有应用的多数变压吸附装置处于吸附状态时从原料气进入吸附塔到获得目标产品气，原料气只经过1个吸附塔，包括多级变压吸附装置实际也是如此，多级变压吸附装置实际是2套或2套以上变压吸附装置串联，而不是单套装置内吸附塔之间的串联，通过前级变压吸附装置获得中间产品气，再通过最后一级变压吸附装置获得目标产品气。处于吸附状态时，有2个或2个以上的吸附塔串联连接的技术已有一些授权专利，专利内容如下：

申请号为ZL00113035.8的发明专利公开了一种“来回变压吸附工艺”通过多个吸附塔串联操作，使原料气流经的吸附剂量不变，而吸附剂总量减少，设备尺寸相应较少，操作能耗也随之降低，吸附步骤分作两个以上阶段，吸附流出气方向按照一定规律来回变化。并且，还可以使吸附塔降压流出气会流入吸附塔时，其中易吸附组分在吸附塔中的分布位置更合理。这个专利吸附塔串联连接时，采取原料气进入的第一个吸附塔的出口和第二个吸附塔的出口连接，第二个吸附塔的进口与第三个吸附塔的进口连接，第三个吸附塔的出口与第四个吸附塔的出口连接，以此类推的串联连接方式。此专利中吸附塔之间的串联采用进口与进口，出口与出口相连接的方式进行，同时处于吸附状态的吸附塔之间除有串联连接外，同时还可能存在并联连接，每个吸附塔有多次吸附状态，多次吸附状态是连续进行的，且处于不同阶段的吸附状态时气体在吸附塔内的流动方向需要换向，采用此专利中的方法，以难吸附组分为产品气时，产品气的纯度是变化的，且难以保证有高的纯度，且产品气气流是不连续的；此专利中吸附塔降压前吸附剂已经处于饱和或接近饱和状态，降压时先将吸附塔内的气排入多个空罐，然后再与其他吸附塔进行均压，在其将气排入空罐时，会有大量的易吸附组分从吸附剂上解吸下来排入空罐，当进行均压时，排入均压升压吸附塔内的大量组分为易吸附气体，由此导致难吸附组分产品气纯度无法满足高纯气品质要求。

公开号为CN103695063A公开了“一种提浓低浓度瓦斯气的方法”，该方法是将CH₄浓度≤30％.V、压力≤0.5MPa.G的低浓度瓦斯气，经由变压吸附工艺方法进行提浓。它采用N(N≥3)个吸附塔进行吸附，所述的每个吸附塔内均装有吸附剂，在一个吸附周期内共循环进行N个吸附阶段，每个吸附塔进行N-1次串联吸附，在每个吸附阶段内N个吸附塔串联均压后，将已进行了N-1次吸附的吸附塔进行冲洗、置换，然后抽真空解吸，另外N-1个吸附塔串联逆向升压到吸附压力然后进行吸附；如此循环完成一个吸附周期。此发明的有益效果是运用该方法提浓瓦斯气所得的CH4收率大幅提高，而且CH4浓度增值高，投资少，运行费用低。此专利中吸附塔之间的串联采用首尾相连接的方式进行，同时处于串联吸附状态的吸附塔数量为吸附塔总数量减1。此专利以易吸附组分为目标产品气，可以大幅度提高目标产品气中易吸附组分含量，在难吸附组分纯度不高的情况下，目标产品中易吸附组分可以获得较高的收率，若要保证难吸附组分有较高的纯度，目标产品气中易吸附组分的收率必然会降低；采用此专利中的工艺技术获得的易吸附组分和难吸附组分的气流是不连续的，由此可能会导致易吸附组分气流和难吸附组分气流的压力产生一定的波动；当吸附塔之间进行均压和逆向升压时，原料气并不进入任何一个吸附塔，由此会导致原料气压力被憋高；此专利只可进行一次均压，无法明显提高难吸附组分收率。

公开号为CN202237712U的实用新型专利提供了“一种多塔变压吸附法提浓煤矿乏风瓦斯的装置”。该装置通过变压吸附的方法，从解吸阶段获得产品气。为了在较低的压差下尽可能高的提高产品气中甲烷的体积分数，且保持较高的回收率，吸附过程中使用多塔并联加串联的工艺流程，原料气经吸附塔吸附后从吸附塔排气端流出的高压气体进入下一个吸附进行吸附，可以降吸附过程中传质区完全移除吸附塔，提高产品气的体积分数。可以再较低能耗下将煤矿乏风瓦斯加以富集，实现乏风瓦斯中甲烷气体的利用，同时减少温室气体的排放。此专利以易吸附组分为目标产品气，吸附塔之间的串联采用首尾相连接的方式进行，但处于吸附状态时，只有少部分时间2个吸附塔是处于串联吸附状态，大部分时间只有1个吸附塔处于吸附状态；该专利中的工艺方法没有对难吸附组分的纯度进行控制，也无法控制难吸附组分的纯度；采用该专利中方法，目标产品气中目标组分的含量与原料气中目标组分的含量相比，只提高了一倍，由0.2％提高到0.4％～0.42％，提浓效果并不明显。此专利中采取需解吸的吸附塔对需升压的吸附塔直接进行均压的方式，由于均压前需解吸的吸附塔内的吸附剂已处于吸附饱和状态，当进行均压时，大量的解吸下来的易吸附组分会流入需升压的吸附塔内，由此造成难吸附组分无法达到较高的纯度，且无法有效控制难吸附组分的纯度；且只有一次均压过程，无法明显提高难吸附组分收率。

公开号为CN102423602A的发明专利公开了“一种吸附塔排出的产品气始终保持高浓度的串联吸附气体分离工艺”。解决了现有技术中气体吸附通过一次吸附塔就排出产品气造成产品气纯度不高的缺陷，共有至少6个吸附塔共同组合实现循环吸附，同一时间内，每个吸附塔完成一个工序，原料气经阀门顺向进入第一吸附塔内，杂质被吸附剂吸附得到中间气，中间气经过阀门流出并流向第二吸附塔，在第二吸附塔内杂质被吸附剂吸附得到产品气，产品气经过阀门流出第二吸附塔并进入下一工段。原料气经过一次吸附得到中间气，中间气再次经过吸附才得到产品气，使得产品气的纯度可以达到较高。此专利以难吸附组分为目标产品气；按专利权利要求书和发明内容中的描述，吸附塔处于吸附状态时采用首尾相连接的方式进行，但按具体实施方式中的描述处于吸附状态时只有1个吸附塔处于吸附状态，没有2个吸附塔串联的工况；具体实施方式实施例中同时有如下描述：一种串联吸附气体分离工艺，共有至少6个吸附塔共同组合实现循环吸附，分别为第一吸附塔1、第二吸附塔2、第三吸附塔3、第四吸附塔4、第五吸附塔5、第六吸附塔6，同一时间内，每个吸附塔完成一个工序，六个工序依次分别为吸附、降压、放空、抽真空、升压和冲压。串联吸附以第一吸附塔吸附为例，此时，第二吸附塔在冲压，第三吸附塔在升压，第四吸附塔在抽真空，第五吸附塔在放空，第六吸附塔在降压；按此描述共有6个吸附塔，6个吸附塔分别处于不同的工序，并没有2个吸附塔同时处于吸附状态的工况。

公开号为CN113426245A的发明专利公开了“一种基于变压吸附的高纯气体制备方法”。该方法在保留吸附塔均压再生的基础上，在吸附路径上串联多个吸附塔，有效提高产品气纯度，再生时，将再生完成的吸附塔串联入吸附路径之后，将原吸附路径的第一级吸附塔断开，进行再生，以此种方式可以降低吸附塔更换时，对于产品气纯度的影响；同时吸附塔仍然保留原均压操作的优势，可以保持较大的吸附压力，减少压力降，降低气流波动，有效提高气体收率。此专利是以难吸附组分为目标产品气的；处于吸附状态时，吸附塔采用首尾相连接的方式进行串联；每个吸附塔的吸附状态是连续进行的；均压时采用完成吸附状态的吸附塔直接与需要均压的吸附塔进行均压的方式，由于均压降压过程中会有大量的易吸附组分从吸附剂上解吸下来，从而导致均压时有大量的易吸附组分会进入需均压升压的吸附塔，因此此种方式对难吸附组分收率会有一定的提高，但大量易吸附组分进入即将进入吸附状态的吸附塔，对以难吸附组分为产品的产品气纯度是不利的，若要保证产品气纯度，均压过程中就要尽量控制不要有过多的易吸附组分进入即将进入吸附状态的吸附塔，如此又会导致收率无法提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种三塔串联变压吸附装置和吸附工艺，在保证产品气品质达到高纯气体品质要求的同时，可以只采用一级变压吸附装置，使产品气收率达到或超过现有技术中常用的二级或二级以上变压吸附装置的产品气收率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种三塔串联变压吸附装置包括：至少8个吸附塔和对应的阀门管件，其中，各吸附塔之间通过串联+并联连接。

每个吸附塔通过14个阀门进行控制，完成各种状态间的切换。

其中，吸附塔下部接口和上部接口各连接7个阀门。

优选的，与吸附塔下部接口连接的7个阀门包括：

一次吸附进气阀，来自二次吸附吸附塔出口的气体自一次吸附进气阀进入一次吸附吸附塔内，每个吸附塔的一次吸附进气阀通过吸附管路2并联连接；

二次吸附进气阀，来自三次吸附吸附塔出口的气体自二次吸附进气阀进入二次吸附吸附塔内，每个吸附塔的二次吸附进气阀通过吸附管路1并联连接；

三次吸附进气阀，原料气通过三次吸附进气阀进入三次吸附吸附塔内，每个吸附塔的三次吸附进气阀通过原料气管路并联连接；

逆降排气阀，吸附塔处于逆向降压过程时，吸附塔内的气体通过逆降排气阀排出吸附塔，每个吸附塔的逆降排气阀通过逆降管路并联连接；

抽降排气阀，吸附塔处于抽真空降压状态时，吸附塔内的气体通过抽降排气阀排出吸附塔，每个吸附塔的抽降排气阀通过抽降管路并联连接；

一次均降进气阀，来自二次均压降压吸附塔出口的气体通过一次均降进气阀进入一次均压降压吸附塔内，每个吸附塔的一次均降进气阀通过均压管路2并联连接；

二次均降进气阀，来自三次均压降压吸附塔出口的气体通过二次均降进气阀进入二次均压降压吸附塔内，每个吸附塔的二次均降进气阀通过均压管路1并联连接。

优选的，与吸附塔上部接口连接的7个阀门包括：

三次吸附排气阀，三次吸附吸附塔内的气体通过三次吸附排气阀排入二次吸附吸附塔内，三次吸附吸附塔与二次吸附吸附塔、一次吸附吸附塔通过三次吸附排气阀、二次吸附进气阀、二次吸附排气阀、一次吸附进气阀实现串联连接；每个吸附塔的三次吸附排气阀通过吸附管路1并联连接；

二次吸附排气阀，二次吸附吸附塔内的气体通过二次吸附排气阀排入一次吸附吸附塔内；每个吸附塔的二次吸附排气阀通过吸附管路2并联连接；

一次吸附排气阀，一次吸附吸附塔内的气体通过一次吸附排气阀排出吸附塔，作为难吸附组分产品气排入难吸附组分产品气管路，每个吸附塔的一次吸附排气阀通过难吸附组分产品气管路并联连接；

三次均降排气阀，三次均压降压吸附塔内的气体通过三次均降排气阀排入二次均压降压吸附塔内；三次均压降压吸附塔与二次均压降压吸附塔、一次均压降压吸附塔通过三次均降排气阀、二次均降进气阀、二次均降排气阀、一次均降进气阀实现串联连接；每个吸附塔的三次均降排气阀通过均压管路1并联连接；

二次均降排气阀，二次均压降压吸附塔内的气体通过二次均降排气阀排入一次均压降压吸附塔内；每个吸附塔的二次均降排气阀通过均压管路2并联连接；

一次均降排气阀，一次均压降压吸附塔内的气体通过一次均降排气阀排入均压升压吸附塔内，每个吸附塔的一次均降排气阀通过均压升压管路并联连接；

逆升冲洗阀，逆向升压气体或冲洗气体通过逆升冲洗阀进入需逆向升压或需冲洗的吸附塔内，每个吸附塔的逆升冲洗阀通过逆升冲洗气管路并联连接。

本发明除了提供一种三塔串联变压吸附装置外，还进一步提供一种使用上述吸附装置的吸附工艺，包括以下步骤：

在三塔串联变压吸附装置中，在一个循环周期内，始终有3个吸附塔处于吸附状态；

3个吸附塔采取首尾相连接的方式进行串联；原料气从第一个吸附塔下部接口进入吸附塔，吸附塔内装有一种或多种对需吸附的组分(易吸附组分)有较好吸附效果的吸附剂，例如变压吸附制氮装置中装有碳分子筛，变压吸附制氧装置中装有制氧分子筛，变压吸附制氢装置中装有对二氧化碳有较好吸附效果的活性炭或硅胶、对一氧化碳有较好吸附效果的5A分子筛等；原料气与吸附剂床层接触后，易吸附组分被相应的吸附剂吸附，被从原料气中分离出来，大部分不需被吸附的组分(难吸附组分)和少部分易吸附组分流向吸附塔上部接口；由上部接口流出，继续从处于吸附状态的第二个吸附塔下部接口进入吸附塔，进入第二个吸附塔的气体中含有的大部分易吸附组分被吸附剂吸附，进入第二个吸附塔的气体中含有的大部分难吸附组分和少量易吸附由吸附塔上部接口流出；继续从处于吸附状态的第三个吸附塔下部接口进入吸附塔，进入第三个吸附塔的气体中含有的绝大部分易吸附组分被吸附剂吸附，进入第三个吸附塔的气体中含有的大部分难吸附组分和微量易吸附组分由吸附塔上部接口流出，得到符合高纯气体品质要求的难吸附组分产品气；

吸附塔处于吸附状态时，吸附塔内的吸附剂会呈现出三个状态区域，已经达到饱和吸附量的吸附剂床层为饱和区；已吸附一部分易吸附组分，但还没有达到饱和吸附量的吸附剂床层为传质区；还没有吸附易吸附组分的吸附剂床层为空白区；三个状态区域沿气流流动方向依次排布；随着吸附时间的加长，三个状态区域逐渐向吸附塔上部接口推移；

在一个循环周期内，每个吸附塔都要经历三次吸附状态；原料气直接进入的吸附塔处于三次吸附状态，从处于三次吸附状态的吸附塔流出的气体进入的吸附塔处于二次吸附状态，从处于二次吸附状态的吸附塔流出的气体进入的吸附塔处于一次吸附状态；

在一个循环周期内，始终有3个吸附塔处于串联吸附状态，所以获得的符合高纯气体品质要求的难吸附组分产品气气流是连续的；

当传质区已推移出处于三次吸附状态的吸附塔，转移到处于二次吸附状态的吸附塔内时，此3个吸附塔的此次吸附状态结束；此时原料气直接进入的第一个吸附塔内的吸附剂床层已全部成为饱和区，已经不具备吸附功能，在吸附塔空隙内存留的气体组分等同于原料气，还含有大量的难吸附组分，若将这些气体直接排出装置，会有大量的难吸附组分被排出，难吸附组分的收率会大大降低，为回收此部分难吸附组分，在此次吸附状态结束后设有均压过程；

均压时，压力高的吸附塔内气体将流入压力低的吸附塔内，压力高的吸附塔内的压力会降低，称作均压降压，压力低的吸附塔内的压力会升高，称作均压升压；均压降压时，吸附在吸附剂上的易吸附组分会随着压力的降低，逐渐从吸附剂上解吸下来，解吸下来的易吸附组分会推动并跟随吸附塔空隙内的气体向吸附塔上部接口移动；由于原处于三次吸附状态的吸附塔内的吸附剂已无吸附能力，解吸下来的易吸附组分会跟随吸附塔空隙内原有的气体流出此吸附塔；均压状态结束时，会有大量的解吸下来的易吸附组分流出此吸附塔，此时此吸附塔空隙内大部分气体为易吸附组分，同时含有少量的难吸附组分；若均压时选择用刚刚结束二次吸附状态的吸附塔直接给需均压升压的吸附塔进行均压，会有大量的易吸附组分流入需均压升压的吸附塔，进而对难吸附组分产品气纯度造成大的影响；

均压时，已结束吸附状态的3个吸附塔继续保持串联连接状态，但3个吸附塔分别与原料气管道和产品气管道断开连接，原处于一次吸附状态的吸附塔上部接口与处于均压升压状态的吸附塔上部接口通过均压升压管路连通；流出原处于三次吸附状态的吸附塔的易吸附组分和难吸附组分从原处于二次吸附状态的吸附塔的下部接口进入此吸附塔，推动并跟随此吸附塔空隙内的气体及此吸附塔吸附剂上解吸下来的气体向吸附塔上部接口移动，由于均压前此吸附塔靠近下部接口处的吸附剂处于传质区，传质区上部还有大部分吸附剂床层属于空白区，进入此吸附塔的易吸附组分及从传质区解吸下来的易吸附组分会被空白区的吸附剂吸附；当易吸附组分为吸附量较小的气体时，原处于三次吸附状态的吸附塔均压降压状态完成后，若吸附塔内的压力降得不够低，则从吸附剂上解吸下来的易吸附组分的量不足以将大部分降压前存在于吸附塔空隙内的气体推出此吸附塔，会造成均压降压状态完成后，在此吸附塔空隙内仍存有一定量的难吸附组分，这部分难吸附组分在后续的降压解吸过程中会被排出变压吸附装置，导致难吸附组分产品气无法达到较高的收率；若要获得较高的收率，需将均压降压状态完成后吸附塔内的压力降得更低，原处于二次吸附状态的吸附塔内的压力由此也变得更低，其空白区吸附剂能够吸附的易吸附组分的量也会相应减少，由此造成空白区吸附剂的量不能将进入和原存在于此吸附塔内的绝大部分易吸附组分吸附，从而导致一部分易吸附组分流出此吸附塔，若这部分易吸附组分进入了处于均压升压状态的吸附塔，会大大影响难吸附组分产品气纯度，所以本发明中采取了3个吸附塔串联的方式，使均压降压时从第二个吸附塔上部接口流出易吸附组分和难吸附组分由第三个吸附塔下部接口进入第三个吸附塔，绝大部分易吸附组分会被第三个吸附塔内吸附剂吸附，从第三个吸附塔上部接口流出的绝大部分气体为难吸附组分，同时含有微量易吸附组分，其品质等同于难吸附组分产品气，这部分气体流入处于均压升压状态的吸附塔内，不会对难吸附组分产品气品质造成影响；由此保证可以始终获得符合高纯气体品质要求的难吸附组分产品气。

均压降压状态结束时，原处于三次吸附状态的吸附塔内的绝大部分难吸附组分和一部分易吸附组分从吸附塔上部接口排出，易吸附组分会被原处于二次吸附和一次吸附状态的吸附塔内的吸附剂吸附，绝大部分的难吸附组分进入到原处于二次吸附、一次吸附状态的吸附塔内和处于均压升压状态的吸附塔内，没有排出变压吸附装置，从而使难吸附组分产品气收率达到或超过现在常采用的二级或两级以上变压吸附装置的产品气收率；同时又可以保证难吸附组分产品气品质达到高纯气体指标要求。

原处于一次吸附、二次吸附、和三次吸附状态的吸附塔经均压降压后，其吸附塔内的压力与经均压升压的吸附塔内的压力相同；原处于三次吸附状态的吸附塔经均压降压后，将继续进行其他降压步骤，以使吸附剂上吸附的易吸附组分得到最大限度的解吸，以便实现下一循环中的吸附功能；原处于一次吸附和二次吸附状态的吸附塔经均压降压后，还要分别进行本次循环中的二次吸附和三次吸附，但其吸附塔内的压力不满足投入吸附状态的要求，所以在均压降压后，设有逆向升压状态，用难吸附组分产品气给二个吸附塔进行充压，当其吸附塔内压力达吸附状态压力后，可以投入吸附状态；原处于一次吸附状态的吸附塔自其一次吸附状态结束至其二次吸附状态开始的时间总长、原处于二次吸附状态的吸附塔自其二次吸附状态结束至其三次吸附状态开始的时间总长均与吸附(指一次吸附或二次吸附或三次吸附)状态时长相同；

一个循环周期内每个吸附塔依次经历的状态有：一次吸附、一次均压降压、二次逆向升压、二次吸附、二次均压降压、三次逆向升压、三次吸附、三次均压降压、或/和逆向降压、或/和抽真空降压、或/和冲洗、均压升压、一次逆向升压，然后再次进入一次吸附状态；以上各状态往复循环运行；

每个吸附塔在不同的时段均处于不同的状态，以保证整套装置可以进行连续周期性循环运行；

同时处于吸附状态的3个吸附塔，按原料气体流向其中第一个处于三次吸附状态，第二个处于二次吸附状态，第三个处于一次吸附状态；当同时处于吸附状态的3个吸附塔同时分别结束一次吸附状态、二次吸附状态、三次吸附状态时，之前分别处于三次逆向升压状态、二次逆向升压状态、一次逆向升压状态的另3个吸附塔，同时进入串联吸附状态，其中之前处于三次逆向升压状态的吸附塔进入三次吸附状态、之前处于二次逆向升压状态的吸附塔进入二次吸附状态，之前处于一次逆向升压状态的吸附塔进入一次吸附状态，由此保证获得的难吸附组分产品气气流是连续的。

与现有技术相比，本发明具备以下优点：

现有技术中易吸附组分若为吸附量较小的介质，在保证难吸附组分纯度满足使用要求的前提下，为了使难吸附组分获得较高的收率，有些工况常常需要2级或3级变压吸附装置串联使用，需要的吸附塔数塔也相应增加，本发明采用1套变压吸附装置，通过设置多步均压过程，并采用两吸附塔同时吸附的方式，在保证产品气品质的前提下，明显提高收率，降低能耗和设备投资。

对于变压吸附提氢装置，在保证产品氢气纯度(≥99.999％)及杂质含量(N₂≤5ppm,CO≤1ppm,CO₂≤1ppm,CH₄≤1ppm,H₂O≤3ppm)符合GB/T3634.2-2011中高纯氢要求的前提下，产品氢气收率明显高于现有的一级变压吸附提氢装置；例如：对于氯碱气提纯氢气装置，现有的变压吸附装置产品氢气收率最高为92％左右，采用本发明中的方法，产品氢气收率可达98％以上；产品氢气收率值获得方法为：原料气和产品氢气纯度采用气相色谱仪进行分析，原料气流量和产品氢气产量采用GB/T19773-2005附录A中的容积法进行测量，再用产品氢气产量除以原料气中氢气量获得产品氢气收率值。对于变压吸附制氧、制氮设备，在氧气纯度(≥90％)、氮气纯度(≥99.5％)符合JB/T6427-2015中基本参数要求的前提下，单位制氧电耗、单位制氮电耗明显低于JB/T6427-2015中最低指标要求；例如：对于产品氧压力为0.2Mpa、产气量为200m³/h的PSA制氧装置，标准中的单位产氧电耗为≤1.0kW·h/m³，采用本发明中的方法，单位产氧电耗≤0.6kW·h/m³；对于产品氧压力为0.005Mpa、产气量为8000m³/h的轴向流VPSA制氧装置，标准中的单位产氧电耗最低为0.35kW·h/m³，采用本发明中的方法，单位产氧电耗≤0.25kW·h/m³；对于产气量为3000m³/h的PSA制氮装置，标准中的单位产氮电耗为≤0.43kW·h/m³，采用本发明中的方法，单位产氮电耗≤0.29kW·h/m³；以上单位产氧电耗值和单位产氮电耗值均按照JB/T6427中规定进行测量计算获得。

现有技术中一些吸附压力比较高的变压吸附装置，为了保证难吸附组分收率，往往需要的均压步数较多，需要的吸附塔数量也相应增加，采用本发明提供的一种三塔串联变压吸附装置和吸附工艺，在提高收率的前提下，可以减少吸附塔数量，从而降低设备投资。

附图说明

图1本发明中一种三塔串联变压吸附装置和吸附工艺流程图；

图2为本发明实施例中采用8塔3吸1均逆降抽降工艺各吸附塔的运行时序；

图3为本发明实施例中采用8塔3吸1均抽降工艺时各吸附塔的运行时序；

图4为本发明实施例中采用8塔3吸1均逆降冲洗工艺时各吸附塔的运行时序。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明技术方案中提供一种三塔串联变压吸附装置和吸附工艺，该工艺适用的三塔串联变压吸附装置如下：

包括至少8个吸附塔和对应的阀门管件，吸附塔之间采用串联+并联的形式连接。

其中，每个吸附塔通过14个阀门进行控制，完成各种状态间的切换。

14个阀门编号分别为1-14，在1-14编号前附上所属的吸附塔代号，即为阀门的完整位号，如A1、A2、…、A14，B1、B2、…、B14；编号相同的阀门作用是相同的，其连接方式及作用如下：

与吸附塔下部接口连接的有7个阀门，分别是：

一次吸附进气阀A5、B5、…、I5(J5、K5)，来自二次吸附吸附塔出口的气体经一次吸附进气阀进入一次吸附吸附塔内，每个吸附塔的一次吸附进气阀通过吸附管路2并联连接；

二次吸附进气阀A6、B6、…、I6(J6、K6)，来自三次吸附吸附塔出口的气体经二次吸附进气阀进入二次吸附吸附塔内，每个吸附塔的二次吸附进气阀通过吸附管路1并联连接；

三次吸附进气阀A1、B1、…、I1(J1、K1)，原料气通过三次吸附进气阀进入三次吸附吸附塔内，每个吸附塔的三次吸附进气阀通过原料气管路并联连接；

逆降排气阀A2、B2、…、I2(J2、K2)，吸附塔处于逆向降压过程时，吸附塔内的气体通过逆降排气阀排出吸附塔，每个吸附塔的逆降排气阀通过逆降管路并联连接；

抽降排气阀A14、B14、…、I14(J14、K14)，吸附塔处于抽真空降压状态时，吸附塔内的气体通过抽降排气阀排出吸附塔，每个吸附塔的抽降排气阀通过抽降管路并联连接；

一次均降进气阀A3、B3、…、I3(J3、K3)，来自二次均压降压吸附塔出口的气体通过一次均降进气阀进入一次均压降压吸附塔内，每个吸附塔的一次均降进气阀通过均压管路2并联连接；

二次均降进气阀A4、B4、…、I4(J4、K4)，来自三次均压降压吸附塔出口的气体通过二次均降进气阀进入二次均压降压吸附塔内，每个吸附塔的二次均降进气阀通过均压管路1并联连接。

与吸附塔上部接口连接的有7个阀门，分别是：

三次吸附排气阀A7、B7、…、I7(J7、K7)，三次吸附吸附塔内的气体通过三次吸附排气阀排入二次吸附吸附塔内，三次吸附吸附塔与二次吸附吸附塔、一次吸附吸附塔通过三次吸附排气阀、二次吸附进气阀、二次吸附排气阀、一次吸附进气阀实现串联连接；每个吸附塔的三次吸附排气阀通过吸附管路1并联连接；

二次吸附排气阀A8、B8、…、I8(J8、K8)，二次吸附吸附塔内的气体通过二次吸附排气阀排入一次吸附吸附塔内；每个吸附塔的二次吸附排气阀通过吸附管路2并联连接；

一次吸附排气阀A13、B13、…、I13(J13、K13)，一次吸附吸附塔内的气体通过一次吸附排气阀排出吸附塔，作为难吸附组分产品气排入难吸附组分产品气，每个吸附塔的一次吸附排气阀通过难吸附组分产品气管路并联连接；

三次均降排气阀A9、B9、…、I9(J9、K9)，三次均压降压吸附塔内的气体通过三次均降排气阀排入二次均压降压吸附塔内；三次均压降压吸附塔与二次均压降压吸附塔、一次均压降压吸附塔通过三次均降排气阀、二次均降进气阀、二次均降排气阀、一次均降进气阀实现串联连接；每个吸附塔的三次均降排气阀通过均压管路1并联连接；

二次均降排气阀A10、B10、…、I10(J10、K10)，二次均压降压吸附塔内的气体通过二次均降排气阀排入一次均降吸附塔内；每个吸附塔的二次均降排气阀通过均压管路2并联连接；

一次均降排气阀A11、B11、…、I11(J11、K11)，一次均压降压吸附塔内的气体通过一次均降排气阀排入均压升压吸附塔内；每个吸附塔的一次均降排气阀通过均压升压管路并联连接；

逆升冲洗阀A12、B12、…、I12(J12、K12)，逆向升压气体或冲洗气体通过逆升冲洗阀进入需逆向升压或需冲洗的吸附塔内，每个吸附塔的逆升冲洗阀通过逆升冲洗气管路并联连接。

如图1至图4所示，在本发明的一个实施例中，三塔串联变压吸附装置包括8个吸附塔，基于该装置，本发明技术方案中提供一种三塔串联变压吸附工艺，具体如下：

一个循环周期可以分为16个步骤，描述如下：

步骤1：结束三次逆向升压状态的吸附塔A、结束二次逆向升压状态的吸附塔C、结束一次逆升状态的吸附塔E同时进入吸附状态，阀门A1、A7、C6、C8、E5、E13打开，原料气经A1阀由吸附塔下部接口进入吸附塔A，吸附塔A进入三次吸附状态，易吸附组分被吸附剂吸附，难吸附组分和一部分易吸附组分由吸附塔上部接口流出吸附塔A，经A7阀、吸附管路1、C6阀由吸附塔C下部接口进入吸附塔C，吸附塔C进入二次吸附状态，气体中易吸附组分被吸附剂吸附，含少易吸附组分的难吸附组分由吸附塔C上部接口流出吸附塔，经C8、吸附管路2、E5阀由吸附塔E下部接口进入吸附塔E，绝大部分易吸附组分被吸附剂吸附，难吸附组分和微量易吸附组分由吸附塔上部接口流出吸附塔E，经E13阀进入难吸附组分产品气管路，经后续设备，如产品气缓冲罐等)送出变压吸附装置。当吸附塔A、吸附塔C、吸附塔E进入吸附状态时，吸附塔H、吸附塔B、吸附塔D保持串联状态与吸附塔F连通，进行均压；同时吸附塔H或进入抽真空降压状态，如图2、图3所示，或进入冲洗状态，如图4所示。

步骤2：吸附塔H、吸附塔B、吸附塔D、吸附塔F之间均压状态完成后，吸附塔B、吸附塔D、与吸附塔F一同进入逆向升压状态，吸附塔H或进入逆向降压状态，如图2、图4所述)，或进入抽真空降压状态之前的空白等待状态；同时吸附塔A、吸附塔C、吸附塔E继续保持串联吸附状态；同时，吸附塔G或继续进行抽真空降压，或进入均压升压前的空白等待状态。

步骤3：当吸附传质区推移出吸附塔A，进入吸附塔C后，吸附塔A结束三次吸附状态，吸附塔C结束二次吸附状态，吸附塔E结束一次吸附状态，阀门A1、A7、C6、C8、E5、E13关闭；同时，吸附塔B、吸附塔D、吸附塔F进入串联吸附状态。同时，阀门A9、C4、C10、E3、E11、G11打开，吸附塔A、吸附塔C、吸附塔E保持串联状态，与吸附塔G连通，吸附塔A进入三次均压降压状态，吸附塔C进入二次均压降压状态，吸附塔E进入一次均压降压状态，吸附塔G进入均压升压状态；吸附塔A空隙内的气体及解吸下来的易吸附组分通过吸附塔上部接口经A9阀、均压管路1、C4阀由吸附塔C下部接口进入吸附塔C，大部分易吸附组分被吸附剂吸附，难吸附组分和少量易吸附组分由吸附塔C上部接口经C10阀流出，经均压管路2、E3阀由下部接口进入吸附塔E，绝大部分易吸附组分被吸附剂吸附，难吸附组分和微量易吸附组分有吸附塔上部接口经E11、G11阀由吸附塔G上部接口流入吸附塔G。同时，吸附塔H或进入抽真空降压状态，如图2、图3所示，或进入冲洗状态，如图4所示。

步骤4：当吸附塔A、吸附塔C、吸附塔E、吸附塔G内的压力均衡后，吸附塔A结束三次均压降压状态，或进入逆向降压状态，如图2和图4所示，或进入抽真空降压前的空白等待状态，如图3所示；吸附塔C结束二次均压降压状态，进入三次逆向升压状态；吸附塔E结束一次均压降压状态，进入二次逆向升压状态，吸附塔G同时进入一次逆向升压状态；均压状态完成后，阀门A9、C4、C10、E3、E11、G11关闭。吸附塔A进行逆向降压时，A2阀打开，吸附塔内的气体通过逆降管路排出；吸附塔A进行抽真空降压时，A14阀打开，吸附塔A或通过真空罐与真空泵连通，或直接与真空泵连通，吸附塔内的气体被真空泵经抽降管路抽出。吸附塔C、吸附塔E、吸附塔G同时进行逆向升压，阀门C12、E12、G12打开，吸附塔C、吸附塔E、吸附塔G通过上部接口与逆升冲洗管路连通，难吸附组分产品气通过逆升冲洗管路分别经阀C12、E12、G12由上部接口进入吸附塔C、吸附塔E、吸附塔G，当吸附塔内压力升至吸附压力时，吸附塔C三次逆向升压状态完成、吸附塔E二次逆向升压状态完成、吸附塔G一次逆向升压状态完成，阀C12、E12、G12关闭。同时，吸附塔B、吸附塔D、吸附塔F继续保持串联吸附状态。同时，吸附塔H或继续进行抽真空降压，如图2、图3所示；或进入均压升压前的空白等待状态，如图4所示。

步骤5：吸附塔B、吸附塔D、吸附塔F的吸附状态完成；同时，吸附塔B、吸附塔D、吸附塔F保持串联状态，与吸附塔H连通进行均压，吸附塔B进入三次均压降压状态，吸附塔D进入二次均压降压状态，吸附塔F进入一次均压降压状态，吸附塔H进入均压升压状态。同时，阀门C1、C7、E6、E8、G5、G13打开，吸附塔C、吸附塔E、吸附塔G进入串联吸附状态，吸附塔C进入三次吸附状态，吸附塔E进入二次吸附状态，吸附塔G进入一次吸附状态。同时，吸附塔A或A2阀关闭结束逆向降压状态，A14阀打开进入抽真空降压状态，如图2所示；或A14阀打开进入抽真空降压状态，如图3所示；或进入冲洗状态，如图4所示，A2保持开的状态，A12阀打开，难吸附组分产品气由逆升冲洗管路经A12阀，由上部接口进入吸附塔A，吸附塔A空隙内的气体被难吸附组分产品气由下部接口经A2阀吹入逆降管路排出。

步骤6：吸附塔B、吸附塔D、吸附塔F、吸附塔H均压过程完成；同时，吸附塔B或进入逆向降压状态，如图2、图4所示，或进入抽真空降压前的空白等待状态，如图3所示；同时，吸附塔D进入三次逆向升压状态，吸附塔F进入二次逆向升压状态，吸附塔H进入一次逆向升压状态，当吸附塔内压力升至吸附压力时，逆向升压状态完成。同时，吸附塔C、吸附塔E、吸附塔G继续保持串联吸附状态。同时，吸附塔A或继续进行抽真空降压，如图2、图3所示；或A12阀和A2阀关闭结束冲洗状态，如图4所示，进入均压升压前的空白等待状态。

步骤7：当吸附传质区由吸附塔C推移至吸附塔E后，吸附塔C结束三次吸附状态，吸附塔E结束二次吸附状态，吸附塔G结束一次吸附状态，阀门C1、C7、E6、E8、G5、G13关闭。同时，吸附塔A或A14阀关闭结束抽真空降压状态，或结束空白等待状态；同时，阀门C9、E4、E10、G3、G11、A11打开，吸附塔C、吸附塔E、吸附塔G保持串联状态，与吸附塔A连通，吸附塔C进入三次均压降压状态，吸附塔E进入二次均压降压状态，吸附塔G进入一次均压降压状态，吸附塔A进入均压升压状态。同时，吸附塔D、吸附塔F、吸附塔H进入串联吸附状态。同时，吸附塔B或结束逆向降压状态，进入抽真空降压状态，如图2所示；或直接进入抽真空降压状态，如图3所示；或进入冲洗状态，如图4所示。

步骤8：吸附塔C、吸附塔E、吸附塔G、吸附塔A的压力达到均衡后，阀门C9、E4、E10、G3、G11、A11关闭，吸附塔C三次均压降压状态完成，吸附塔E二次均压降压状态完成，吸附塔G一次均压状态完成，吸附塔A均压升压状态完成；同时，A12阀打开吸附塔A进入一次逆向升压状态，E12阀打开吸附塔E进入三次逆向升压状态，G12阀打开吸附塔G进入二次逆向升压状态，难吸附组分产品气通过逆升冲洗管道分别经A12阀、E12阀、G12阀由吸附塔上部接口分别进入吸附塔A、吸附塔E、吸附塔G，吸附塔A、吸附塔E、吸附塔G内的压力升至吸附压力后，吸附塔A一次逆向升压状态完成，吸附塔E三次逆向升压状态完成，吸附塔G二次逆向升压状态完成，A12阀、E12阀、G12阀关闭。同时，吸附塔C或进入逆向降压状态，如图2、图4所示，C2阀打开，吸附塔内的气体经C2阀由逆降管路排出；或进入抽真空降压前的空白等待状态，如图3所示。同时，吸附塔B或继续进行抽真空降压状态，如图2、图3所示；或结束冲洗状态，如图4所示，进入均压升压前的空白等待状态。同时，吸附塔D吸附塔F、吸附塔H继续保持串联吸附状态。

步骤9：当吸附传质区由吸附塔D内推移至吸附塔F内后，吸附塔D三次吸附状态结束，吸附塔F二次吸附状态结束，吸附塔H一次吸附状态结束；同时，吸附塔E、吸附塔G、吸附塔A进入串联吸附状态，阀门E1、E7、G6、G8、A5、A13打开，吸附塔E进入三次吸附状态，吸附塔G进入二次吸附状态，吸附塔A进入一次吸附状态。同时吸附塔B或结束抽真空降压状态，如图2、图3所示，或结束空白等待状态，如图4所示；同时，吸附塔D、吸附塔F、吸附塔H保持串联状态，与吸附塔B连通，吸附塔D进入三次均压降压状态、吸附塔F进入二次均压降压状态、吸附塔H进入一次均压降压状态、吸附塔B进入均压升压状态。同时，吸附塔C或C2阀关闭结束逆向降压状态，C14阀打开进入抽真空降压状态，如图2所示；或C14阀打开直接进入抽真空降压状态，如图3所示，吸附塔C或通过真空罐与真空泵连通，或直接与真空泵连通，吸附塔内的气体被真空泵经抽降管路抽出；或进入冲洗状态，如图4所示，C2阀继续保持开启状态，C12阀打开，难吸附组分产品通过逆升冲洗管路经C12阀由吸附塔上部接口进入吸附塔C，吸附塔C空隙内的气体被难吸附组分产品气由下部接口经C2阀吹入逆降管路排出。

步骤10：吸附塔D、吸附塔F、吸附塔H、吸附塔B的压力达到均衡后，吸附塔D三次均压降压状态完成，吸附塔F二次均压降压状态完成，吸附塔H一次均压降压状态完成，吸附塔B均压升压状态完成。同时，吸附塔B进入一次逆向升压状态，吸附塔F进入三次逆向升压状态，吸附塔H进入二次逆向升压状态；吸附塔B、吸附塔F、吸附塔H内压力升至吸附压力后，吸附塔B一次逆向升压状态完成，吸附塔F三次逆向升压状态完成，吸附塔H二次逆向升压状态完成。同时，吸附塔D或进入逆向降压状态，如图2、图4所示，或进入抽真空降压前的空白等待状态，如图3所示。同时，吸附塔C或继续进行抽真空降压状态，如图2、图3所示；或结束冲洗状态，如图4所示，C2阀、C12阀关闭，进入均压升压前的空白等待状态。同时，吸附塔E、吸附塔G、吸附塔A继续保持串联吸附状态。

步骤11：当吸附传质区由吸附塔E内推移至吸附塔G内后，吸附塔E三次吸附状态结束，吸附塔G二次吸附状态结束，吸附塔A一次吸附状态结束，阀门E1、E7、G6、G8、A5、A13关闭；同时，吸附塔F、吸附塔H、吸附塔B进入串联吸附状态，吸附塔F进入三次吸附状态，吸附塔H进入二次吸附状态，吸附塔B进入一次吸附状态。同时吸附塔C或C14阀关闭结束抽真空降压状态，如图2、图3所示，或结束空白等待状态，如图4所示；同时，吸附塔E、吸附塔G、吸附塔A保持串联状态，与吸附塔C连通，阀门E9、G4、G10、A3、A11、C11打开，吸附塔E进入三次均压降压状态，吸附塔G进入二次均压降压状态，吸附塔A进入一次均压降压状态，吸附塔C进入均压升压状态。同时，吸附塔D或结束逆向降压状态，进入抽真空降压状态，如图2所示；或直接进入抽真空降压状态，如图3所示；或进入冲洗状态，如图4所示。

步骤12：吸附塔E、吸附塔G、吸附塔A、吸附塔C的压力达到均衡后，阀门E9、G4、G10、A3、A11、C11关闭，吸附塔E三次均压降压状态完成，吸附塔G二次均压降压状态完成，吸附塔A一次均压降压状态完成，吸附塔C均压升压状态完成；同时，C12阀打开吸附塔C进入一次逆向升压状态，G12阀打开吸附塔G进入三次逆向升压状态，A12阀打开吸附塔A进入二次逆向升压状态，吸附塔C、吸附塔G、吸附塔A内的压力升至吸附压力后，吸附塔C一次逆向升压状态完成，吸附塔G三次逆向升压状态完成，吸附塔A二次逆向升压状态完成，C12阀、G12阀、A12阀关闭。同时，吸附塔E或E12阀打开进入逆向降压状态，如图2和图4所示；或进入抽真空降压前的空白等待状态，如图3所示。同时，吸附塔D或继续进行抽真空降压状态，如图2、图3所示；或结束冲洗状态，如图4所示，进入均压升压前的空白等待状态。同时，吸附塔F、吸附塔H、吸附塔B继续保持串联吸附状态。

步骤13：当吸附传质区由吸附塔F内推移至吸附塔H内后，吸附塔F三次吸附状态结束，吸附塔H二次吸附状态结束，吸附塔B一次吸附状态结束；同时，吸附塔G、吸附塔A、吸附塔C进入串联吸附状态，阀门G1、G7、A6、A8、C5、C13打开，吸附塔G进入三次吸附状态，吸附塔A进入二次吸附状态，吸附塔C进入一次吸附状态。同时吸附塔D或D14阀关闭结束抽真空降压状态，如图2、图3所示，或结束空白等待状态，如图4所示；同时，吸附塔F、吸附塔H、吸附塔B保持串联状态，与吸附塔D连通，吸附塔F进入三次均压降压状态，吸附塔H进入二次均压降压状态，吸附塔B进入一次均压降压状态，吸附塔D进入均压升压状态。同时，吸附塔E或E2阀关闭结束逆向降压状态，E14阀打开进入抽真空降压状态，如图2所示；或E14阀打开直接进入抽真空降压状态，如图3所示；或进入冲洗状态，如图4所示，E2阀继续保持开启状态，E12阀打开，难吸附组分产品通过逆升冲洗管路经E12阀由吸附塔上部接口进入吸附塔E，吸附塔E空隙内的气体被难吸附组分产品气由下部接口经E2阀吹入逆降管路排出。

步骤14：吸附塔F、吸附塔H、吸附塔B、吸附塔D的压力达到均衡后，吸附塔F三次均压降压状态完成，吸附塔H二次均压降压状态完成，吸附塔B一次均压降压状态完成，吸附塔D均压升压状态完成；同时，吸附塔D进入一次逆向升压状态，吸附塔H进入三次逆向升压状态，吸附塔B进入二次逆向升压状态，吸附塔D、吸附塔H、吸附塔B内的压力升至吸附压力后，吸附塔D一次逆向升压状态完成，吸附塔H三次逆向升压状态完成，吸附塔B二次逆向升压状态完成。同时，吸附塔F或进入逆向降压状态，如图2和图4所示；或进入抽真空降压前的空白等待状态，如图3所示。同时，吸附塔E或继续进行抽真空降压状态，如图2、图3所示；或结束冲洗状态，如图4所示，E2阀、E12阀关闭，进入均压升压前的空白等待状态。同时，吸附塔G、吸附塔A、吸附塔C继续保持串联吸附状态。

步骤15：当吸附传质区由吸附塔G内推移至吸附塔A内后，阀门G1、G7、A6、A8、C5、C13关闭，吸附塔G三次吸附状态结束，吸附塔A二次吸附状态结束，吸附塔C一次吸附状态结束；同时，吸附塔H、吸附塔B、吸附塔D进入串联吸附状态，吸附塔H进入三次吸附状态，吸附塔B进入二次吸附状态，吸附塔D进入一次吸附状态。同时吸附塔E或E14阀关闭结束抽真空降压状态，如图2、图3所示，或结束空白等待状态，如图4所示；同时，吸附塔G、吸附塔A、吸附塔C保持串联状态，与吸附塔E连通，阀门G9、A4、A10、C3、C11、E11打开，吸附塔G进入三次均压降压状态，吸附塔A进入二次均压降压状态，吸附塔C进入一次均压降压状态，吸附塔E进入均压升压状态。同时，吸附塔F或结束逆向降压状态，进入抽真空降压状态，如图2所示；或直接进入抽真空降压状态，如图3所示；或进入冲洗状态，如图4所示。

步骤16：吸附塔G、吸附塔A、吸附塔C、吸附塔E的压力达到均衡后，阀门G9、A4、A10、C3、C11、E11关闭，吸附塔G三次均压降压状态完成，吸附塔A二次均压降压状态完成，吸附塔C一次均压降压状态完成，吸附塔E均压升压状态完成；同时，E12阀打开吸附塔E进入一次逆向升压状态，A12阀打开吸附塔A进入三次逆向升压状态，C12阀打开吸附塔C进入二次逆向升压状态，吸附塔E、吸附塔A、吸附塔C内的压力升至吸附压力后，吸附塔E一次逆向升压状态完成，吸附塔A三次逆向升压状态完成，吸附塔C二次逆向升压状态完成。同时，吸附塔G或进入逆向降压状态，如图2和图4所示；或进入抽真空降压前的空白等待状态，如图3所示。同时，吸附塔F或继续进行抽真空降压状态，如图2、图3所示；或结束冲洗状态，如图4所示，进入均压升压前的空白等待状态。同时，吸附塔H、吸附塔B、吸附塔D继续保持串联吸附状态。

至此，一个循环周期完成。上本实施例中重点对吸附塔A、吸附塔C、吸附塔E处于不同状态时的相应阀门开关状态进行了描述，其余吸附塔处于与吸附塔A、吸附塔C、吸附塔E相同状态时对应阀门的开关情况与吸附塔A、吸附塔C、吸附塔E相同位置号的开关状态相同。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种三塔串联变压吸附装置，其特征在于：所述装置至少8个吸附塔和对应的阀门管件，其中，各吸附塔之间通过串联+并联连接；

每个吸附塔通过14个阀门进行控制，完成各种状态间的切换；

其中，吸附塔下部接口和上部接口各连接7个阀门。

2.如权利要求1所述的一种三塔串联变压吸附装置，其特征在于：与吸附塔下部接口连接的7个阀门包括：

一次吸附进气阀，来自二次吸附吸附塔出口的气体自一次吸附进气阀进入一次吸附吸附塔内，每个吸附塔的一次吸附进气阀通过吸附管路2并联连接；

二次吸附进气阀，来自三次吸附吸附塔出口的气体经二次吸附进气阀进入二次吸附吸附塔内；每个吸附塔的二次吸附进气阀通过吸附管路1并联连接；

三次吸附进气阀，原料气通过三次吸附进气阀进入三次吸附吸附塔内，每个吸附塔的三次吸附进气阀通过原料气管路并联连接；

逆降排气阀，吸附塔处于逆向降压过程时，吸附塔内的气体通过逆降排气阀排出吸附塔，每个吸附塔的逆降排气阀通过逆降管路并联连接；

抽降排气阀，吸附塔处于抽真空降压状态时，吸附塔内的气体通过抽降排气阀排出吸附塔，每个吸附塔的抽降排气阀通过抽降管路并联连接；

一次均降进气阀，来自二次均压降压吸附塔出口的气体通过一次均降进气阀进入一次均压降压吸附塔内，每个吸附塔的一次均降进气阀通过均压管路2并联连接；

二次均降进气阀，来自三次均压降压吸附塔出口的气体通过二次均降进气阀进入二次均压降压吸附塔内，每个吸附塔的二次均降进气阀通过均压管路1并联连接。

3.如权利要求1所述的一种三塔串联变压吸附装置，其特征在于：与吸附塔上部接口连接的7个阀门包括：

三次吸附排气阀，三次吸附吸附塔与二次吸附吸附塔、一次吸附吸附塔通过三次吸附排气阀、二次吸附进气阀、二次吸附排气阀、一次吸附进气阀实现串联连接；每个吸附塔的三次吸附排气阀通过吸附管路1并联连接；

二次吸附排气阀，二次吸附吸附塔内的气体通过二次吸附排气阀排入一次吸附吸附塔内，每个吸附塔的二次吸附排气阀通过吸附管路2并联连接；

一次吸附排气阀，一次吸附吸附塔内的气体通过一次吸附排气阀排出吸附塔，作为难吸附组分产品气排入难吸附组分产品气管路，每个吸附塔的一次吸附排气阀通过难吸附组分产品气管路并联连接；

三次均降排气阀，三次均压降压吸附塔与二次均压降压吸附塔、一次均压降压吸附塔通过三次均降排气阀、二次均降进气阀、二次均降排气阀、一次均降进气阀实现串联连接；每个吸附塔的三次均降排气阀通过均压管路1并联连接；

二次均降排气阀，二次均压降压吸附塔内的气体通过二次均降排气阀排入一次均降吸附塔内；每个吸附塔的二次均降排气阀通过均压管路2并联连接；

一次均降排气阀，一次均压降压吸附塔内的气体通过一次均降排气阀排入均压升压吸附塔内，每个吸附塔的一次均降排气阀通过均压升压管路并联连接；

逆升冲洗阀，逆向升压气体或冲洗气体通过逆升冲洗阀进入需逆向升压或需冲洗的吸附塔内，每个吸附塔的逆升冲洗阀通过逆升冲洗气管路并联连接。

4.一种三塔串联变压吸附装置和吸附工艺，其特征在于：使用权利要求1-3任一项所述的吸附装置，按照以下步骤进行：

在三塔串联变压吸附装置中，在一个循环周期内，始终有3个吸附塔处于吸附状态；

3个吸附塔采取首尾相连接的方式进行串联；原料气从第一个吸附塔下部接口进入吸附塔，吸附塔内装有一种或多种对需吸附的组分有较好吸附效果的吸附剂，原料气与吸附剂床层接触后，易吸附组分被相应的吸附剂吸附，被从原料气中分离出来，大部分不需被吸附的组分和少部分易吸附组分流向吸附塔上部接口；由上部接口流出，继续从处于吸附状态的第二个吸附塔下部接口进入吸附塔，进入第二个吸附塔的气体中含有的大部分易吸附组分被吸附剂吸附，进入第二个吸附塔的气体中含有的大部分难吸附组分和少量易吸附由吸附塔上部接口流出；继续从处于吸附状态的第三个吸附塔下部接口进入吸附塔，进入第三个吸附塔的气体中含有的绝大部分易吸附组分被吸附剂吸附，进入第三个吸附塔的气体中含有的大部分难吸附组分和微量易吸附组分由吸附塔上部接口流出，得到符合高纯气体品质要求的难吸附组分产品气；

吸附塔处于吸附状态时，吸附塔内的吸附剂会呈现出三个状态区域，已经达到饱和吸附量的吸附剂床层为饱和区；已吸附一部分易吸附组分，但还没有达到饱和吸附量的吸附剂床层为传质区；还没有吸附易吸附组分的吸附剂床层为空白区；三个状态区域沿气流流动方向依次排布；随着吸附时间的加长，三个状态区域逐渐向吸附塔上部接口推移；

在一个循环周期内，每个吸附塔都要经历三次吸附状态；原料气直接进入的吸附塔处于三次吸附状态，从处于三次吸附状态的吸附塔流出的气体进入的吸附塔处于二次吸附状态，从处于二次吸附状态的吸附塔流出的气体进入的吸附塔处于一次吸附状态；

在一个循环周期内，始终有3个吸附塔处于串联吸附状态，所以获得的符合高纯气体品质要求的难吸附组分产品气气流是连续的；

当传质区已推移出处于三次吸附状态的吸附塔，转移到处于二次吸附状态的吸附塔内时，此3个吸附塔的此次吸附状态结束。