CN1248482A

CN1248482A - 从变换气中分离氢、氮气和纯二氧化碳的变压吸附方法

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Publication number: CN1248482A
Application number: CN 99115109
Authority: CN
Inventors: 伍仁兴
Original assignee: Chengdu Research Institute Of New Chemical Industry
Current assignee: Chengdu Research Institute Of New Chemical Industry
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2000-03-29
Anticipated expiration: 2019-08-30
Also published as: CN1117603C

Abstract

本发明为一种从变换气中分离氢、氮气和纯CO₂的变压吸附方法,变换气为煤造气的变换气。用第一、二组吸附塔串联操作。第一组制取CO₂,其出口为含CO₂的氢、氮混合气,第一组出口气进入第二组吸附塔制取氢、氮气。第一、二组吸附塔在一次循环周期中依次包括吸附步骤A,均压降压ED,抽真空VC,均压升压ED,最终升压FR步骤。第一组吸附塔在均压ED后抽空VC前有纯CO₂转换步骤P。

Description

从变换气中分离氢、氮气和纯二氧化碳的变压吸附方法

本发明与从以煤为原料，制气过程中导入空气或富氧的煤造气的变换气中分离氢氮气和纯CO₂，代替尿素生产中湿法脱碳的变压吸附方法有关。

尿素合成工艺中脱除变换气中CO₂通常采用物理吸收法和化学吸收法。这些方法使用大量溶剂，通常又称为湿法。这些溶剂有的损耗量大，有的毒性大，有的再生能耗高，有的不稳定，有的有腐蚀、泄漏污染环境，脱碳操作麻烦等缺点。

众所周知，PSA已成功应用于各种气体分离工艺，也有专利涉及净化氨合成气和制纯CO₂，如美国专利USP5,133,785,如中国专利ZL91107278.0；中国专利申请号97107517.4；中国专利申请号88105938.2等。但是，在美国专利USP5,133,785中，被分离的变换气中几乎无N₂气，分离结果为纯CO₂和纯H₂气，由于该工艺中，H₂气净化部分采用的一般PSA制H₂工艺，用纯H₂冲洗床层，氢收率低。若将该工艺用于从在制气过程中加入空气的煤造气变换气中分离氢、氮气不但氢、氮收率低，而且氢、氮比比例失调，严重影响合成氨的效率。在中国专利ZL91107278.0及中国专利申请号97107517.4中，介绍了一种从变换气中直接脱除CO₂的方法，但这些方法不能取代尿素合成工艺中的湿法脱碳，在中国专利申请号88105938.2中提出了一种从含CO₂气体中提纯CO₂的变压吸附方法，该方法也不能取代尿素合成中的湿法脱碳。在以煤为原料，造气过程中导入空气的变换气合成尿素工艺中，脱碳工艺有其特殊性，首先要求氢、氮收率高。特别是氮的收率，由于N₂有一定吸附性，PSA法相对湿法较易损失氮，另一方面煤造气变换气中的CO₂用于尿素合成过量，因此，要求提取的纯CO₂的量满足尿素合成即可，如果提纯的CO₂量太大，将造成设备投资和能耗的增加。用现有技术不能克服这些问题。

本发明的目的就是提供一种从以煤为原料的变换气中分离氢氮气和纯CO₂气体用于尿素合成的变压吸附方法，该方法投资省而操作费用又特别低。

本发明是这样实现的：

一种从变换气中分离氢、氮气和纯二氧化碳气的变压吸附法，变换气为以煤为原料，制气过程中导入空气或富氧的煤造气，使用第一、第二组吸附塔串联操作，第一组为高浓度CO₂吸附区，变换气进入第一组吸附塔处于吸附步骤的吸附床进行吸附，床层中吸附剂选择性地吸附变换气中的CO₂、H₂O等组分，吸附床解吸气为纯CO₂产品气，不易吸附的组份氢、氮气和部份CO₂等(粗氢、氮气)从出口端排出送入第二组吸附塔中处于吸附步骤的吸附塔吸附床进行吸附，吸附剂选择吸附CO₂，不易吸附的组份氢、氮气从产品端排出得产品气氢、氮气，第一、二组的吸附塔在一次循环周期中依次包括吸附A，均压降压ED，抽真空VC，均压升压ER，最终升压FR步骤，第一组吸附塔在均压降压ED后、抽空前有用纯二氧化碳产品气置换P步骤，纯二氧化碳产品在置换压力下从进口端方向置换出床层中其它组份，出口气放空或它用。粗氢、氮气中CO₂浓度为1-8％(V)，最佳为3-5％(V)。

第一组吸附塔在均压降压ED与置换P之间有顺向放压PP步骤。

第二组吸附塔在均压降压ED步骤后为均压后降压PP步骤，第二组均压降压气可作为第一组吸附塔的均压升ER的均压升压气。

第二组吸塔的均压降压ED与抽真空VC步骤之间有顺向放压或逆向放压PP步骤。

第一、二组吸附塔在均压升压ER或均压降压ED步骤间有隔离步骤I。

每组吸附塔的个数为2-24个，两组吸附塔个数可以不相等，同时处于吸附状态的塔数可以为两个或两个以上，抽真空管线为一根或一根以上，多根真空管线可增加抽真空时间，增强角度吸效果。

吸附塔的吸附剂为活性氧化铝、活性炭、硅胶，沸石分子筛中的一种或由其中几种构成分层组合床。

置换步骤P的压力为0-0.3MPa。

吸附A步骤的压力为0.1-3.0MPa，两组的吸附压力可以不相等。

第一组吸附塔出口端的粗氢、氮气可加压后进入第二组吸附塔。

本发明根据CO₂吸附前沿在吸附过程中不断向上推进，吸附结束后，CO₂前沿与出口间有一段未饱和吸附区和未吸附区的原理，将吸附塔分成上、下两组串联操作，下面一组为第一组，上面一组为第二组。第一组为高浓度CO₂吸附区，第二组为低浓度CO₂吸附区和未吸附区。第一组吸附塔有纯CO₂置换步骤和真空解吸步骤，其作用是从变换气中提纯CO₂，第一组吸附塔出口为含一定浓度CO₂的粗氢氮气。第二组吸附塔有真空再生步骤，其作用是脱除粗氢氮气中的CO₂，使氢氮气中CO₂小于0.2％。控制粗氢氮气中的CO₂为1-8％(V)，最佳为3-5％(V)，此时第一组吸附塔生产的纯CO₂的量即能满足尿素合成需要而不至大量过量。相对以前单纯提纯CO₂的PSA工艺，由于分组后，第一组吸附塔出口气中CO₂浓度较高，吸附剂床层吸附CO₂的饱和度也较高，因此在置换步骤中置换CO₂的用量大大减少，从而提高了床层效率，降低了能耗。由于分组后，能实现控制纯CO₂的收率为我们所需要的水平，因此第一组吸附塔的设备投资较少，能耗也大大降低；由于分组后，第一组吸附塔的置换气出口气不进入第二组床层，确保了第二组床层的清洁度，对脱净粗氢、氮气中CO₂非常有利；由于分组后在第二组吸附塔中，粗氢氮气中CO₂相对于变换气浓度低，因此更易被脱除净，装置投资相对于从变换气中直接脱碳也少得多，同时氢氮收率也更高。本发明的方法不但能完全取代尿素合成中湿法脱碳，而且投资和操作费用均低。

如下是本发明的附图：

图1为第一组吸附塔工艺流程图。

图2为第二组吸附塔工艺流程图。

图3为第一组吸附塔工艺步骤运行程序表。

图4为第二组吸附塔工艺步骤运行程序表。

图5为两组六塔(A组和B组)串联工艺流程图。

图6为两组六塔(A组和B组)工艺步骤运行程序表。

如下是本发明实施例：

以煤为原料，制气过程中引入空气或富氧制成的变换气，其典型组成如下表所示：

组成	H₂	N₂	CO	CH₄	O₂+Ar	CO₂	H₂S	H₂O
组成	H₂	N₂	CO	CH₄	O₂+Ar	CO₂	H₂S	H₂O	浓度(％)(V)	40-60	10-24	0.3-3	0.5-4	＜1	18-31	～200mg/m³	饱和

本发明将吸附塔分成两组吸附塔串联操作，第一组提取纯CO₂，提取CO₂后出口粗氢氮气中CO₂浓度为1-8％(V)，最佳为3-5％(V)，第二组脱除粗氢、氮气中CO₂，使其小于0.2％。各组吸附塔中每个吸附塔在一次循环中依次经历以下步骤。

第一组：

1、吸附A：将原料气(变换气)送入处于吸附步骤的吸附床进料口进行吸附，床层中吸附剂选择性地吸附易吸附组份CO₂、H₂O等，并在床层内建立了易吸附组份吸附区，相对不易吸附的组份(如氢、氮、一氧化碳、甲烷等)和一部份CO₂通过整个吸附床并从出口端排出，易吸附组份吸附区在吸附过程中不断向床的出口端移动，当出口气中二氧化碳浓度达到一定值时，中止原料气，停止吸附。

2、均压降ED：吸附结束后，吸附床内死空间气体氢、氮浓度很高，这部分气体需回收利用，这部分气体从床层出口排出时，CO₂的浓度将逐渐增加。这部分气体可用于本组的其它已完成抽空步骤的床层升压，根据吸附压力、床层数目，同时处于吸附状态的床层数均压降压可分为多次进行。每次均压降压气体对其它不同床层进行均压升压。

3、顺向放压PP：当吸附压力高，均压次数较少，均压结束后，塔内压力高于置换压力，此时可顺着吸附方向进一步降压，压力降至置换压力。

4、置换P：利用一部分产品纯CO₂，顺着吸附方向，在置换压力下对刚完成上述步骤的吸附塔进行置换，置换气从进口端向出口端方向通过吸附床置换其它组份，置换出口气在出口放空或作它用。

5、抽真空VC：从塔底部或中部将塔中CO₂抽出，即得到CO₂产品气。

6、均压升ER：利用均压降ED步骤的吸附床排出的气体，从出口端进入已完成抽真空步骤的吸附床，使它逐步升高压力，均压升可进行多次。每次接受的气体来自不同的床层的均压降气体。

7、最终升压FR：利用吸附步骤出口气从出气端对床层进行升压，升到吸附压力。

第二组：

1、吸附A：将第一组吸附塔出口的粗氢、氮气体送入第二组吸附塔中处于吸附步骤的吸附塔进料端进行吸附，吸附剂选择性地吸附易吸附组份CO₂，这部分CO₂为杂质CO₂，并在床层内建立了易吸附组份的吸附区，不易吸附的氢、氮气等组份通过吸附床层从产品端排出，杂质CO₂吸附区在吸附过程中不断向床的产品端移动，当吸附前沿移动到床层的一定位置时，停止吸附。

2、均压降ED：吸附结束后，床层死空间气体需要进一步回收，从吸附床产品端将床层内分多次将气体排出，这部分气体可用于第二组的其它已完成抽真空步骤的床层升压，也可用于第一组吸附塔的其它床层升压。均压降可分多次进行，每次均压降气体对其它不同床层进行均压气升压。

3、均压后降压PP：均压结束后，如吸附压力高，均压次数较少时，均压结束后床层内压力高于大气压，此时需进一步床层降压，降压可顺着吸附方向进行，也可逆着吸附方向运行。这部分气体中氢、氮浓度很高，可回收利用。通常将其返回原料系统。

4、抽真空VC：为了使床层内再生，采用抽真空的办法把吸附的CO₂从塔的进料端抽出来，使床层得到再生。

5、均压升ER：抽空结束后，利用其它床层的均压降气体从产品端进入该吸附塔，对它进行升压。同样，均压升可多次进行，每次用于均压升的气体来自不同床层不同阶段的均压降气体。

6、最终升压FR：均升结束后，床层压力还达不到吸附压力的要求，此时用一部分正处于吸附步骤的吸附床所排出的一部分产品气对该吸附床升压直至吸附压力。

每台吸附塔均按其所在组的程序步骤顺序运行，只是时间上是相互错开的。本专业的技术人员都知道，根据本发明的方法，每组吸附塔可由若干个塔组成，同时处于吸附状态的塔数可以为两个或两个以上，而且两组吸附塔处于吸附状态的塔数可以相同也可以不相同。塔数的增减，均压次数变化，隔离步骤的多少均没有超出本发明的范围。

实施例1：

以煤为原料，制气过程中导入空气的煤造气的变换气为原料气，分离纯CO₂和氢、氮产品气。

图1、图2为本实施例的工艺流程，图3、图4为本实施例的运行程序表。

以煤为原料制气的变换气典型组成：

组份 CO₂ CO H₂ N₂ CH₄ H₂S H₂O浓度V％ 25-30 0.3-3 45-55 18-22 1-2 ＜150PPm 饱和

温度 25-40℃

压力0.6～0.8MPa

图1与图2分别为两组吸附塔工艺流程图，图1为第一组，图2为第二组，两组串联操作，第一组作用是将变换气中CO₂提纯至98％以上，达到合成尿素要求，第二组作用是将提纯了部份CO₂后的粗氢、氮气体即第一组吸附塔上端出口气进一步净化，使第二组吸附塔上端出口的氢、氮气中CO₂浓度于0.2％(V)，以满足合成氨下一步工序的需要。

在图1中有吸附塔A-L 12台，P1-P2为真空泵，P3为鼓风机，V1为CO₂产品缓冲罐。吸附塔中装填活性氧化铝、活性碳、硅胶三种吸附剂，依次从下至上形成组合床。每时每刻有4塔处于吸附状态，进行四次均压两条真空管线G8a，G8b分别对吸附塔抽真空，以增加抽真空时间。现以A塔为例，说明本发明第一组吸附塔提纯CO₂的方法。

1、吸附步骤A

此时，A塔已完成第一组吸附塔出口气的最终升压FR步骤。开启程控阀1A、2A，变换气经管道G1进入吸附塔A，在吸附塔A中，CO₂被选择吸附，未被吸附的氢、氮气及含部分CO、CH₄和CO₂的粗氢、氮气从2A流出。当出口气中CO₂平均浓度达到4％(V)时，关闭1A、2A停止吸附。

吸附塔出口气经管道G2直接去第二组吸附塔的入口气管G21。

2、第一次均压降压步骤，简称一均降E₁D

开启程控阀3A、3F，A塔中的一均气体经管道G3进入F塔对F塔进行一均升，待两塔压力平衡后关闭3A、3F。

3、二均降E₂D：

开启程控阀4A、4G，A塔中气体经阀4A、管道G4、阀4G进入G塔对G塔进行二均气升压，待两塔压力平衡后关闭阀4G。

4、三均降E₃D：

开启程控阀4H，A塔气体经阀4A、管G4、阀4H进入H塔对H塔进行三均气升压，待两塔压力平衡后关闭4A、4H。

5、四均降E₄D：

开启程控阀5A、5I，A塔气体经阀5A、管道G5、阀5I进入I塔对I塔进行四均气升压，待两塔压力平衡后关闭4H。

6、顺放降压PP

均压降为四次时，均降结束后，塔内有一定压力此时开启程控阀KV-2，塔内气体经阀5A、管道G5、程控阀KV-2顺着吸附方向放出塔外，当塔内压力接近置换压力0～0.03MPa时关闭阀5A、KV-2。

7、产品CO₂置换P

开启程控阀7A、6A，此时产品CO₂经鼓风机P3，管道G7，阀7A进入吸附塔A，对A塔进行置换，被置换气体经阀6A、管道G6放空。当放空气中CO₂达到规定要求时，关闭阀7A、6A。

8、抽真空

开启程控阀8A，CO₂产品气经阀8A、管道G8，真空泵P1抽至CO₂产品缓冲罐V1内，塔内抽空压力-0.06～-0.09MPa。抽空结束关闭8A。

9、第一次隔离步骤I₁

A塔所有程控阀处于关闭状态，等待执行下一步骤。

10、第四次均压气升压E₄R(简称四均升)

开启程控阀5E、5A，E塔内气体经阀5E、管道G5、阀5A进入A塔，当两塔压力平衡后关阀5A。

11、第二次隔离I₂

A塔所有程控阀处于关闭状态，等待执行下一步骤。

12、三均升E₃R

开启程控阀4F、4A，F塔内的气体经阀4F、管道G4、阀4A进入A塔对A塔进行升压，当两塔压力达到平衡时关闭程控阀4A、4F。

13、第三次隔离I₃

A塔所有程控阀处于关闭状态，等待执行下一步骤。

14、二均升E₂R

开启程控阀4A、4G，G塔内气体经阀4G、管道G4、阀4A进入A塔，对A塔进行二均气升压，当两塔压力平衡时，关闭程控阀4A、4G。

15、第四次隔离I₄

A塔程控阀全部处于关闭状态，等待执行下一步骤。

16、一均升E₁R

开启程控阀3A、3H，H塔内气体经阀3H、管道G3、阀3A进入A塔对A塔进行一均气升压，当两塔压力平衡时，关闭程控阀3A、3H。

17、最终升压

开启程控阀KV-1、3A、管道G2中吸附塔出口气经阀KV-1、管道G3、阀3A进入A塔对A塔进行最终升压，当压力升至吸附压力，关闭阀KV-1、3A。

至此，A塔完成了一个循环，又可进入下一个循环。第一组内其它塔与A塔的循环步骤一样，只是时间上是相互错开的，见图3。

第二组：

第二组吸附塔的原料气来自第一组吸附塔的出口气。经管道G2进入与之相连的第二组吸附塔的原料气管道G21。

第二组吸附塔有吸附塔M-V 10台，吸附塔中填充硅胶吸附剂。每时每刻有3个吸附塔处于吸附状态，可进行5次均压。见图2、图4。

现以M塔为例说明第二组吸附塔净化粗氢、氮气的方法。

1、吸附步骤A

开启程控阀1M、2M，粗氢、氮气经管G21、阀1M进入吸附塔M。在吸附塔M内，混合气中CO₂在底部被吸附剂选择吸附，未被吸附的产品氢、氮经阀2M、管道G22去合成氨下一工序。随着吸附的进行，CO₂传质区继续向前推进，当吸附前沿达到一定位置时，停止吸附。此时关闭程控阀1M、2M。

2、一均降压E₁D

开启程控阀3M、3Q，M塔内气体经阀3M、管道G23、阀3Q进入Q塔，当两塔压力平衡后，关阀3M、3Q。

3、二均降E₂D

开启程控阀4M、4R，M塔内气体经阀4M、管道G24、阀4R进入R塔，当两塔压力平衡后，关阀4R。

4、三均降E₃D

开启程控阀4S，M塔内气体经阀4M、管道G24、阀4S进入S塔，当两塔压力平衡后，关阀4M、45。

5、四均降E₄D

开启程控阀5M、5T，M塔内气体经阀5M、管道G25、阀5T流入T塔，当两塔压力平衡后关阀5T。

6、五均降E₅D

开启程控阀5U，M塔内气体经阀5M、管道G25、阀5U进入U塔，当两塔压力平衡后关阀5M、5U。

7、顺向降压PP

开启程控阀3M、KV4，M塔内气体经3M、管道G23、阀KV4放出塔外，直至塔内压力接近大气压，然后关闭3M、KV4。

顺放气可加压后还回原料气系统回收。

顺向降压也可用逆向降压代替；开启程控阀6M，M塔内气体经6M、管道G26放出塔外。

8、抽真空VC

开启程控阀7M，塔内被吸附的CO₂及死空间气体经阀7M、管道G27、真空泵P4抽出，抽空步骤结束，塔内压力为-0.07～-0.09MPa。关闭7M。

9、五均升E₅R

开启程控阀5M、50，0塔内第五次均压降气经阀50、管道G25、阀5M进入M塔，两塔压力平衡后，关闭阀50。

10、上均升E₄R

开启程控阀.5P，P塔内第四次均压降气经阀5P、管道G25、阀5M进入M塔。两塔压力平衡后，关阀5M、5P。

11、三均升E₃R

开启程控阀4M、4Q，Q塔第三次均压降压气经阀4Q、管道G24、阀4M进入M塔，当两塔压力平衡，关闭阀4Q。

12、二均升E₂R

开启程控阀4R，R塔第二次均压降压气经阀4R、管道G24、阀4M进入M塔，当两塔压力平衡，关闭阀4M、4R。

13、一均升E₁R

开启程控阀3M、3S，S塔第一次均压降压气经阀3S、管道G23、阀3M进入M塔，当两塔压力平衡后，关闭阀3S。

14、最终升压

开启程控阀KV3，让部分氢、氮气产品经管道G22、阀KV3、管道G23、阀3M进入M塔，使M塔压力达到吸附压力，关闭阀KV3、3M。

至此，M塔完成了一个循环，又可进入下一个吸附循环，第二组的其它塔的循环步骤与M塔一样，只是时间上相互错开的。

本实施例结果为产品CO₂纯度99.5％，CO₂收率大于70％，不管是产量或纯度均达到和超过尿素合成的需要；产品氢、氮气中CO₂浓度小于0.2％(V)，氢总收率98.5％，氮总收率96％。

实施例2：

图5为本实施例的工艺流程图，图6为本实施例的工艺步骤运行程序表。本实施中有A组和B组两组吸附塔，A组有A1～A6六个吸附塔，B组有B1～B6六个吸附塔。A组B组串联操作，A组用于提纯CO₂，B组用于脱除粗氢、氮气中CO₂。与实施例1不同之处是本实施例中A组中每一个塔与B组中所对应的一个塔串联操作。

用于本实施例的变换气压力、组成、温度与实施例1相同。

A组吸附塔中装填的吸附剂为活性氧化铝、活性碳、硅胶三种吸附剂，依次从下至上形成组合床，B组吸附塔中装填硅胶吸附剂。

现以A1塔B1塔为例，说明本实施例。

1、吸附步骤A

开启程程阀1A1、2A1、2B1，变换气经管道G31、阀1A1进入塔A1，在A1中CO₂被选择吸附，氢、氮气及少量CO₂的混合气，经阀2A1进入吸附塔B1中，在B1中氢、氮气中CO₂被吸附，产品氢、氮气经阀2B1、管道G42去合成氨工艺的下一工序。

当塔B1中CO₂吸附前沿到达床层中一定位置时，停止吸附，关阀1A1、2A1、2B1。

2、一均降压E₁D

开启程控阀3A1、3A3，A1塔内气体经阀3A1、管道G33、阀3A3进入塔A3，当塔A1和塔A3两塔压力平衡后关阀3A1、3A3。

在开启阀3A1、3A3的同时，开启程控阀3B1、3B3，B1塔内气体经阀3B1、管道GA3、阀3B3进入塔B3，当两塔压力平衡后关闭阀3B1、31B3。

3、二均降压E₂D

开启程控阀4A1、4A4，A1塔内气体对A4塔充压，当两塔压力平衡后，关阀4A4。

同时开程控阀4B1、4B4，B1塔内气体对B4塔充压，当两塔压力平衡后关闭4B4。

4、三均降压E₃D

开启程控阀4A5，A1塔内的气体对A5充压，两塔压力平衡后，关阀4A1、4A5。

同时开启程控阀4B5，B1塔内的气体对塔B5充压，两塔压力平衡后，关阀4B1、4B5。

5、顺放降压PP

开启程控阀4A1、KV31，A1塔内气休经阀4A1、管道G34、阀KV31放出塔外，当A1塔压力达到置换压力时，关阀4A1、KV31。本实施例置换压力0.0-0.03MPa。

同时开启程控阀4B1、KV42，B1塔内经阀4B1、管道G44、阀KV42放出塔外，当塔内压力达到大气压时，关阀4B1、KV42。

B1塔顺向降压也可由逆向降压代替，逆向放压：开启程控阀5B1，气体经管道G45放出塔外。

6、产品CO₂置换P

开启程控阀6A1、5A1，部分产品CO₂经鼓风机P32、管道G36、阀6A1进入A1塔对床层进行置换，置换气体经阀5A1、管道G35放空，当置换出口气中CO₂达到一定浓度时，关阀6A1、5A1。

B1塔没有置换步骤，此时B1塔的所有程控阀关闭处于隔离步骤I₁，等待执行下一步骤。

7、抽空步骤CV

开启程控阀7A1，A1塔内的纯CO₂经阀7A1、管道G37、真空泵P31抽出至产品CO₂缓冲罐V2，A1塔内压力抽至-0.07～-0.09MPa，抽空结束关阀7A1。

同时开启程控阀6B1，B1塔内的气体经阀6B1、管道G46、真空泵P41抽出塔外，当塔内压力抽至-0.06～-0.09MPa时，关阀6B1。

8、三均升E₃R

开启程控阀4A1、4A3，塔A3内第三次均压降气体经阀4A3、管道G34、阀4A1对A1塔进行均压气升压，当两塔压力平衡后，关阀4A1、4A3。

同时开高程控阀4B1、4B3。塔B3内第三次均压降气体经阀4B3、管道G44、阀4B1对B1塔进行均压气升压，当两塔压力平衡后，关阀4B1、4B3。

9、第二次隔离I₂

A1塔和B1塔所有的程控阀处于关闭状态，等待执行下一步骤。

10、二均升E₂R

开启程控阀4A1、4A4，塔A4内第二次均压降气体经阀4A4、管道G34、阀441对A1塔进行均压气升压，当两塔压力平衡后，关闭4A1、4A4。

同时开启程控阀4B1、4B4，塔B4内第二次均压降气体经阀4B4、管道G44、阀4B1对B1塔进行均压气升压，当两塔压力平衡后，关闭4B1、4B4。

12、第三次隔离I₃

A1、B1塔所有程控阀处于关闭状态，等待执行下一步骤。

13、一均升E₁R

开启程控阀3A1、3A5，塔A5内第一次均压降压气经阀3A5、管道G33、阀3A1对A1塔进行均压气升压，当两塔压力平衡后，关闭阀3A1、3A5。

同时开启程控阀3B1、3B5，塔B5内第一次均压降压气经阀3B5、管道G43、阀3A1对A1进行均压气升压，当两塔压力平衡后，关闭阀3B1、3B5。

14、最终升压FR

开启程控阀3A1、3A6，处于吸附步骤的A6塔部分出口气经阀3A6、管道G33阀3A1对A1塔最终升压，当A1塔压力达到吸附力后关阀3A1、3A6。

同时开启程控阀KV41、3B1，氢、氮产品气经管道G42、管道G42、阀KV41、阀3B1对对B1塔最终升压，当B1塔压力升至吸附压力，关阀KV41、3B1。

至此，A1塔和B1塔完成了一个循环，又可进入下一个吸附循环。A2和B2至B6的吸附塔的循环步骤与A1和B1一样，只是时间上是相互错开的。

本实施例结果为产品CO₂纯度99.5％，CO₂收率大于70％。产品氢、氮气中CO₂浓度小于0.2％(V)，氢收率98％(V)，氮收率大于94％(V)。

实施例3

其它条件与实施例1相同，不同之处是将粗氢、氮气加压至1.8MPa进入第二组吸附塔，由于第二组压力增高，第二组吸附塔容积减小至第一组的三分之二。运行结果为CO₂纯度99.5(V)，收率大于70％，氢、氮气中CO₂小于0.2％(V)，氢收率98.5％，氮收率94％。

Claims

1、从变换气中分离氢、氮气和纯二氧化碳的变压吸附法，变换气为以煤为原料，制气过程中导入空气或富氧的煤造气的变换气，使用第一、第二组吸附塔串联操作，第一组吸附塔用于提纯CO₂产品，第二组吸附塔用于提纯氢、氮气产品，变换气首先进入第一组吸附塔中处于吸附步骤的吸附塔进行吸附，在床层中吸附剂选择吸附易吸附组份CO₂等组份，不易吸附组份氢、氮气与一部份CO₂等气体从出口端排出送入第二组吸附塔中处于吸附步骤的吸附塔进行吸附，床层中吸附剂选择吸附CO₂，不易吸附组份氢、氮气从出口端排出得到产品氢、氮气，第一组吸附塔的解吸气为产品CO₂，第一组吸附塔在一次循环周期中依次包括吸附A，均压降压ED，CO₂气置换P，抽真空VC，均压气升压ED，最终升压FR变压吸附工艺步骤，第二组吸附塔在一次循环周期中依次包括吸附A，均压降压ED，抽真空VC，均压升压ER，最终升压FR变压吸附工艺步骤。

2、根据权利要求1的变压吸附法，第一组吸附塔的出口气(粗氢、氮气)中CO₂平均浓度为1～8％(V)，最佳为3～5％(V)。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于第一组吸附塔在均压降压ED与置换P之间有顺向放压步骤。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于第二组吸塔的均压降压ED与抽真空VC步骤之间有顺向放压或逆向放压PP步骤。

5、根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于第一、二组吸附塔在均压升压ER和/或均压降压ED步骤间有隔离步骤I。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于每组吸附塔的个数为2-24个，两组吸附塔个数可以不相等，同时处于吸附状态的塔数可以为两个或两个以上，抽真空管线为一根或一根以上。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于吸附塔的吸附剂为活性氧化铝、活性炭、硅胶，沸石分子筛中的一种或由其中几种构成分层组合床。

8、根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于置换P步骤的压力为0-0.3MPa。

9、根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于吸附A步骤的压力为0.1-3.0MPa，两组的吸附压力可以不相等。

10根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于第一组吸附塔出口端的粗氢、氮气加压后进入第二组吸附塔。