CN1175917C - 单系统一步法串联变压吸附工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单系统一步法串联变压吸附工艺。该工艺是在由至少三个吸附塔组成的系统中,原料气先进入X塔吸附,出口输出的不合格产品气1又进入Y塔再次吸附并输出合格产品气1;当Y塔输出的产品气1中易吸附组份即将超标时,将输出切断,此时X塔吸附结束,随后进行其它变压吸附的必须步骤;与此同时原料气切换到Y塔进行吸附,其出口输出的不合格产品气1又进入Z塔再次吸附并输出合格产品气1;如此循环,周而复始。本发明较之现有的两套系统的两步法串联变压吸附工艺,既能大大降低系统装置的建设成本和运行费用,又能节省能耗,提高系统的无故障率,还能进一步提高吸附剂的利用率。

Description

单系统一步法串联变压吸附工艺
一、技术领域本发明属于变压吸附气体分离技术领域,具体涉及一种单系统一步法串联变压吸附工艺,即在设置的单级吸附再生循环系统中实现串联型变压吸附过程的工艺。
二、背景技术
在化工生产过程中产生的具有不同分离系数的混合气体,均可以通过变压吸附方法将其分离成易吸附组份和难吸附组份,并加以回收利用。
对于能通过分离同时获取易吸附组份和难吸附组份的方法,已有技术有一步法并联系统,如CN1195572A。由于在一步法并联吸附的条件下易吸附组份不允许大量穿透吸附床,否则将使吸附塔口被易吸附组份污染,影响难吸附组份的纯度,故吸附剂的利用率低,吸附塔容积较大,导致系统建立成本较高。为了克服一步法存在的缺陷,CN1140418A、CN1235862A、CN1334135A、CN1334136A、CN1342509A、CN1347747A及CN1248482A等公开了多种串联型变压吸附法。这些变压吸附方法均是将在第一套系统吸附后的气体全部作为第二套系统吸附的原料气再次进行吸附,并从第二套系统输出难吸附组份产品气,也就是采用两套系统分两步来完成变压吸附产出产品的过程。很显然,这些方法可在一定程度上提高吸附剂的利用率和难吸附组份的纯度,但由于第二级吸附的饱和深度不够,吸附剂仍然没有充分利用,加之有两套系统,故还存在占地面积大,系统复杂,程控阀门多,维修工作量大,无故障运行时间短,建设投资大等缺点。另外,若是大型变压吸附系统需多塔同时进气时,因无法保证第一套系统出口的气体能按易吸附组份的浓度由低到高的送入第二套系统的入口,导致系统吸附效率降低。
三、发明内容
本发明的目的是克服已有技术存在的缺陷,提供一种能减少投资,节约能耗,降低系统复杂程度,进一步提高吸附剂利用率的单系统一步法串联变压吸附工艺。
本发明的目的是这样达到的:在由三个以上装填有吸附剂的吸附塔组成的吸附再生循环系统中,当处于吸附步骤时,每两个吸附塔串联,混合气作为原料气首先进入该系统的X塔吸附,经X塔吸附后的不合格产品气1由X塔出口通过程控阀进入Y塔再次吸附后,难吸附组份作为产品气1由Y塔顶部排出;当难吸附组份中的易吸附组份含量为0.01~5%时,将产品气1输出切断,此时X塔吸附步骤结束,随后依次进行均压降、放空、抽空、均压升、终冲等工艺步骤,抽空气可作为产品气2输出;与此同时原料气切换到Y塔进口并进行吸附,经Y塔吸附后的不合格产品气1由Y塔出口通过程控阀进入Z塔再次吸附,难吸附组份作为产品气1又由Z塔塔顶排出,如此循环,周而复始。
为了进一步提高产品气的收率,并降低系统工程造价,本发明系统中还设置有0~10台均压塔,使均压既可在吸附塔之间进行,也可在吸附塔与均压塔之间进行。而且最终均压降可为逆向或顺向,具体根据工艺要求确定。如在合成氨生产中的变换气脱碳、合成氨尾气提氢或甲醇尾气提氢时,易吸附组份因不作为产品气2输出,其最终均压降则采用逆向,这样就可以利用塔内余压冲洗吸附床,带走一部分易吸附组份,减轻抽空负荷,降低抽空能耗。而尿素生产中的变换气脱二氧化碳等,因易吸附组份要作为产品气2输出,其最终均压降则采用顺向。另外,若某些原料混合气易吸附组份的浓度较低时,则在最终均压降后还设置有加压置换步骤。
而对于系统的吸附压强和产品输出压强控制可为0.05~5MPa,具体需由原料气状态和产品气工艺指标决定。
本发明吸附塔装填的吸附剂可为活性氧化铝、活性炭、分子筛、硅胶中的至少一种,使用时其填充方式、填充种类、填充组合、填充比例根据原料气成份及产品气要求的工艺指标来确定,这些都是本技术领域专业人员公知的知识。
综上所述,本发明与已有技术相比具有以下优点:1、进一步提高了吸附剂的利用率。由于本发明系统中的任一个吸附塔都要经历浅层次的一次吸附和深层次的二次吸附过程,易吸附组份的分压在此过程中是由低到高进入吸附塔,且在深层次吸附后才进入解吸阶段,吸附剂的饱和程度较高,相应吸附剂的用量就较小,利用率就高。
2、降低了装置建设成本与运行费用。由于本发明利用一级系统一步实现了串联吸附,因而与两系统两步法相比占地面积小,所用程控阀门较少,建设投资可比两步法节药30%左右。另外由于系统较简单,维修量将减少,无故障运行时间将增加,从而降低了运行费用,提高了生产效率。
3、降低了系统能耗。由于经深层次吸附后吸附剂的饱和程度较高,若其中的易吸附组份不作为产品气2输出,最终均压降采用逆向降压方式,就可以利用塔内余压冲洗吸附床,带走一部分易吸附组份,减轻抽空负荷,降低抽空能耗。另外当原料混合气中易吸附组份达到一定浓度时,由于抽空气体可直接作为产品气2输出,不需要加压置换,从而降低了能耗。若原料混合气中易吸附组份浓度较低,即使在最终均压降后进行加压置换,也由于吸附剂的深度饱和,置换量也比现行方法小,相应能耗也较现行方法小。
4、适用范围广。本发明提供的方法可适用于具有不同分离系数混合气的吸附分离,如化工、石油、冶金生产过程中各种需要提纯的变换气、弛放气、焦炉烟道气、空气等。
四、具体实施方式
下面给出实施例并对本发明作进一步说明。有必要在此指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制,如果该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍应属本发明保护范围。
实施例1:本实施例是合成氨尾气提氢的单系统一步法串联变压吸附工艺。原料气压强为表压1.8MPa。本实施例采用62124流程,即系统为六塔流程,两塔串联进气,单塔连续抽空,两次直接均压,四次间接均压。表一给出的是本实施例各塔的二分之一工艺时序步骤,其余部分可参照该表顺序类推。
表一 62124流程
下面以A塔为例予以说明:合成氨尾气经管道输送至系统界区内,通过流量控制输入到本系统。第一步,原料气通过进料阀进入已完成第一次浅层次吸附的F塔入口进行第二次深层次吸附,F塔输出的不合格氢气通过输送阀顺着进气方向进入刚完成终冲过程的A塔底部的输入阀进行第一次吸附,在此过程中杂质被吸附,合格的氢气从A塔的顶部通过产品气输出阀门送到产品气缓冲罐;第二步,当氢气中杂质的含量达到工艺指标限(例如氢气中N2+CH4含量为0.1%)时,关闭A塔输入与输出阀门,关闭F塔进料与输送阀门F塔停止进气。开启A塔原料进料阀与输送阀门,A塔开始第二次吸附,A塔顶部不合格气体顺着进气方向进入C塔底部,C塔开始第一次吸附并输出产品氢气,与此同时F塔开始依次进行均压降、逆放、抽空、均压升、终冲等吸附床再生过程;第三步,当C塔顶部输出的氢气中杂质含量达到工艺指标限(例如氢气中N2+CH4含量为0.1%)时,关闭A塔进料阀门与输送阀门通过均压阀门分6次顺着进气方向逐步降低A塔压强;第四步,关闭A塔均压阀门,开启逆放阀门逆着进气方向将A塔残余压强放空至大气压;第五步,关闭逆放阀开启抽空阀逆着进气方向将剩余杂质气体抽空解吸;第六步,关闭抽空阀开启均压阀逆着进气方向分六次逐步升高A塔压强;第七步,关闭均压阀开启终冲阀逆着进气方向用产品氢气将A塔充至产品氢压强1.75MPa。如此循环,周而复始。
本实施例的产品氢气纯度为99.9%,收率为95%。
实施例2:本实施例是尿素生产中变换气脱二氧化碳的单系统一步法串联变压吸附工艺。原料气压强为表压0.7MPa。本实施例采用A4242流程,即系统为十塔流程,两组双塔串联进气,两塔同时抽空,四次直接均压,两次间接均压。表二给出的是本实施例各塔的五分之二工艺时序步骤,其余部分可参照该表顺序类推。
表二 A4242流程
下面以A塔为例予以说明:尿素变换气经管道输送至系统界区内,通过流量控制输入到本系统。第一步,原料气通过进料阀进入已完成第一次浅层次吸附的E塔入口进行第二次深层次吸附,E塔输出的不合格氢氮气通过输送阀顺着进气方向进入刚完成终冲过程的A塔底部的输入阀进行第一次吸附,在此过程中杂质被吸附,合格的氢氮气作为产品气1从A塔的顶部通过产品气输出阀门送到产品气1缓冲罐;第二步,当氢氮气中杂质的含量达到工艺指标限(例如氢氮气中CO2含量为0.2%)时,关闭A塔输入与输出阀门,关闭E塔进料与输送阀门E塔停止进气。开启A塔原料进料阀与输送阀门,A塔开始第二次吸附,A塔顶部不合格气体顺着进气方向进入B塔底部,B塔开始第一次吸附并输出产品气1,与此同时E塔开始依次进行均压降、顺放、抽空、均压升、终冲等吸附床再生过程;第三步,当B塔顶部输出的氢氮气中杂质含量达到工艺指标限(例如氢氮气中CO2含量为0.2%)时,关闭A塔进料阀门与输送阀门通过均压阀门分6次顺着进气方向逐步降低A塔压强;第四步,关闭A塔均压阀门,开启顺放阀门顺着进气方向将A塔残余压强放空至大气压;第五步,关闭顺放阀开启抽空阀逆着进气方向将塔内98.5%的二氧化碳气抽空解吸作为产品气2输出;第六步,关闭抽空阀开启均压阀逆着进气方向分六次逐步升高A塔压强;第七步,关闭均压阀开启终冲阀逆着进气方向用产品氢氮气将A塔充至产品气压强0.65MPa。如此循环,周而复始。
本实施例的产品氢氮气中二氧化碳含量为0.2%,产品氢气收率为99%,氮气收率为96%,产品二氧化碳纯度为98.5%,收率为95%。

Claims (8)

1.一种单系统一步法串联变压吸附工艺,其特征在于在由三个以上装填吸附剂的吸附塔组成的吸附再生循环系统中,混合气作为原料气首先进入该系统的X塔吸附,经X塔吸附后的不合格产品气1由X塔出口通过程控阀进入Y塔再次吸附后,难吸附组份作为产品气1由Y塔顶部排出;当难吸附组份中的易吸附组份含量为0.01~5%时,将产品气1输出切断,此时X塔吸附步骤结束,随后依次进行均压降、放空、抽空、均压升、终冲等工艺步骤,抽空气可作为产品气2输出;与此同时原料气切换到Y塔进口并进行吸附,经Y塔吸附后的不合格产品气1由Y塔出口通过程控阀进入Z塔再次吸附,难吸附组份作为产品气1又由Z塔塔顶排出,如此循环,周而复始。
2.根据权利要求1所述的单系统一步法串联变压吸附工艺,其特征在于该系统还设置有0~10台均压塔。
3.根据权利要求1或2所述的单系统一步法串联变压吸附工艺,其特征在于在各塔最终均压降后还设置有加压置换步骤。
4.根据权利要求1或2所述的单系统一步法串联变压吸附工艺,其特征在于各塔的最终均压降为逆向或顺向。
5.根据权利要求3所述的单系统一步法串联变压吸附工艺,其特征在于各塔的最终均压降为逆向或顺向。
6.根据权利要求1或2所述的单系统一步法串联变压吸附工艺,其特征在于吸附压强和产品气的输出压强为0.05~5Mpa。
7.根据权利要求4所述的单系统一步法串联变压吸附工艺,其特征在于吸附压强和产品气的输出压强为0.05~5Mpa。
8.根据权利要求5所述的单系统一步法串联变压吸附工艺,其特征在于吸附压强和产品气的输出压强为0.05~5Mpa。
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