CN1315563C

CN1315563C - 从混合气体中脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法

Info

Publication number: CN1315563C
Application number: CNB031351271A
Authority: CN
Inventors: 冯孝庭; 刘丽; 刘照利; 郜豫川; 张剑锋
Original assignee: Sichuan Tianyi Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Sichuan Tianyi Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: CN1552505A

Abstract

本发明的从混合气体中脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法，涉及混合气中的杂质气的分离方法。旨在解决已有变压吸附分离方法不能同时脱除乙烯和二氧化碳、能耗较大，运行成本较高的问题。本方法在至少两个装填有吸附剂的吸附床的循环运行的变压吸附系统中，吸附床的每次循环依次经历吸附、或有至少一次均压降、逆向放压、抽空或冲洗、或有至少一次均压升、升压步骤，在吸附步骤吸附剂吸附分离杂质气并滞留在吸附床中，获得净化气排出吸附床，在逆向放压、抽空或冲洗步骤吸附剂解吸再生并将杂质气排出吸附床，上述吸附剂是活性炭、氧化铝、硅胶、分子筛中的至少一种。适用于从混合气体中分离脱除乙烯或乙烯和二氧化碳。特别适用于净化气调保鲜库废气。

Description

从混合气体中脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法

技术领域

本发明涉及分离气体的方法。特别是采用变压吸附从混合气体中脱除乙烯、二氧化碳的方法。

背景技术

从混合气体，特别是气调保鲜库混合气体中脱除乙烯的方法目前主要是采用催化氧化法，催化氧化法是利用贵金属氧化催化剂在高温下将氮气中的乙烯催化氧化(燃烧)成二氧化碳和水，降低气调保鲜库气体中乙烯的浓度以保证气调保鲜库的正常运转。该方法是将气调保鲜库的废气在～200℃或更高的温度下通过氧化催化剂将氮气中的乙烯催化氧化(燃烧)成二氧化碳和水，净化后气体中乙烯含量可达小于10ppm水平。由于该方法需将气调保鲜库的废气全部加热到～200℃或更高，脱除乙烯后再冷却至室温，因此能耗较大，运行成本较高，而且要求废气中的硫化物含量必须低于1ppm。该方法在脱除乙烯的同时不能脱除二氧化碳，对于气调保鲜库气体还必须采用其他的方法来脱除二氧化碳。此外，还有在包装袋内，或气调保鲜库内放置活性碳、二氧化硅、高锰酸钾等吸附气氛中的乙烯和二氧化碳的方法。这种方法由于吸附剂一次性使用无法再生，因此成本高，通常仅限于在小型包装内使用。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的在于提供一种能从混合气体中同时脱除乙烯、二氧化碳、净化率高、成本低的从混合气体中脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法。

本发明的从混合气体中脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法(参见附图)，在至少两个装填有吸附剂的吸附床的循环运行的变压吸附系统中，将混合气体送入吸附床，吸附床的每次循环有依次经历的吸附、或有至少一次均压降、逆向放压、抽空或冲洗、或有至少一次均压升、升压步骤，在吸附步骤吸附剂吸附分离杂质气并滞留在吸附床中，获得净化气排出吸附床，在逆向放压、抽空或冲洗步骤吸附剂解吸再生并将杂质气排出吸附床，上述吸附剂是活性炭、氧化铝、硅胶、分子筛中的至少一种。

上述的吸附步骤的绝对压力可以为0.10～2.0MPa，抽空步骤的绝对压力为0.007～0.05MPa，冲洗步骤的绝对压力为0.12～0.6MPa。

上述的混合气体可以是气调保鲜库排出废气，上述的吸附剂为氧化铝和活性炭时，吸附步骤的绝对压力为0.10～0.6MPa。

上述的冲洗步骤的冲洗气体可以是空气、氮气、吸附床排出的净化气中的至少一种。

上述的吸附床的每次循环依次经历吸附，一次均压降，顺向放压，二次均压降、逆向放压，冲洗，一次均压升，二次均压升，升压步骤。

本发明的方法采用吸附剂对含乙烯或乙烯和二氧化碳的混合气体中的乙烯和二氧化碳进行吸附分离而除去，获得的净化气。当混合气是气调保鲜库的废气时，获得的净化气可直接返回气调保鲜库循环使用。

本发明选用的吸附剂活性炭、氧化铝、硅胶、分子筛均具有丰富的微孔结构和较大的吸附表面积，因此对混合气中的乙烯和二氧化碳具有吸附选择性，能从混合气中吸附乙烯或和二氧化碳和乙烯，且仅吸附较少的氮气。

本发明方法的吸附分离基于在较高的绝对压力下吸附剂对乙烯和二氧化碳具有较大的吸附容量，乙烯和二氧化碳被吸附在吸附剂上，从吸附床出口得到低乙烯和二氧化碳含量的净化气这通常被称为吸附步骤。在吸附剂再生中，通过抽空或冲洗步骤降低吸附床中乙烯和二氧化碳的分压，此时吸附剂对乙烯和二氧化碳吸附容量降低，乙烯和二氧化碳从吸附剂上解吸出来并通过抽空气和冲洗气带出吸附床，吸附剂对乙烯和二氧化碳的吸附性能得到恢复，准备进入下一吸附步骤。

本发明的变压吸附工艺至少需要有两个或两个以上吸附床，组成一个连续运转系统，处理量越大，乙烯、二氧化碳含量越高，则需要的吸附床越多。每个吸附床在一次循环中依次经历以下步骤：

(1)吸附

将混合气自下而上的送入吸附绝对压力在0.10～2.0MPa范围内，最好在0.10～0.5MPa范围的吸附床上进行吸附，在吸附床内的吸附剂对乙烯和二氧化碳进行吸附，而净化后的气体自吸附床顶部排出。当吸附区的前沿向上移动到吸附床的一定位置时，乙烯、二氧化碳在出口气体中达到规定浓度后，中止进入原料气、停止吸附，此时原料气进入已再生后的另一吸附床进行吸附。

均压降

包括一次或多次均压降，当吸附绝对压力低于0.2MPa时可以不采用均压降步骤。在吸附步骤完成后开启控制阀，利用均压管道使吸附床与抽空或冲洗步骤后的吸附床连接，绝对压力较高吸附床的气体流入绝对压力较低的吸附床，使吸附床绝对压力平衡。均压降的主要作用是降低吸附床的绝对压力，并将吸附床内含乙烯和二氧化碳较少的气体回收至均压升的吸附床同时提高均压升吸附床的绝对压力。

(3)逆向放压

在吸附绝对压力高于0.1MPa时使吸附床在吸附绝对压力下逆向放压，使气体自吸附床下部放出达到常压状态。逆向放压的主要作用是降低吸附床的绝对压力使部分吸附在吸附剂上的乙烯、二氧化碳解吸。

(4)抽空或冲洗

用真空泵对吸附床进行抽空降低吸附床绝对压力至0.007～0.05MPa，使乙烯、二氧化碳从吸附剂中解吸出来，吸附剂得到再生以便循环使用。

冲洗工艺利用另一吸附吸附床排出的一部分净化气、空气、氮气、净化气中的至少一种气体作为冲洗气，将0.12～0.6MPa绝对压力的冲洗气由上而下通过吸附床，使吸附剂上被吸附的乙烯、二氧化碳解吸，吸附剂被再生。

均压升

包括一次或多次均压升，当吸附绝对压力低于0.2MPa时可以不采用均压升步骤。在抽空或冲洗步骤完成后开启控制阀，利用管道使吸附床与吸附步骤完成后的吸附床连接，绝对压力较高吸附床的气体流入绝对压力低的吸附床，使吸附床绝对压力平衡。

(6)升压

用净化后的气体对吸附床进行升压至吸附绝对压力。

每一个吸附床的每一次循环运行可以依次经历吸附、逆向放压、抽空、升压步骤；也可以依次经历吸附、逆向放压、冲洗、升压步骤；可以依次经历吸附、至少一次均压降、逆向放压、抽空、至少一次均压升、升压步骤；还可以依次经历吸附、至少一次均压降、逆向放压、冲洗、至少一次均压升、升压步骤。每个吸附床都将经历相同的步骤，只是时序上相互叉开，以保证分离过程连续进行。即对于吸附床而言，每一次循环运行有吸附和再生两种运行状态，在吸附步骤时处于吸附状态，在其余步骤时处于再生状态。当一部份吸附床处于吸附终了，则另一部份吸附床处于吸附起始，从而使系统连续运行。

本发明与现有技术相比较，能在常温下进行，无须加热，吸附剂能再生循环使用，因此具有能耗低，运行成本低的优点。本发明对混合气中氧含量和硫化物含量无特殊限制。本发明方法采用对乙烯、二氧化吸碳吸附选择性优异的吸附剂，当在吸附、抽空或冲洗步骤采用适当的绝对压力时，对乙烯、二氧化吸碳的脱除率高。特别是当用于净化气调保鲜库废气时，净化气的乙烯含量能从500～20000ppm脱除到10ppm，二氧化碳能从1～10％脱除到50ppm。

本发明适用于从含乙烯、二氧化碳的混合气体中分离脱除乙烯和二氧化碳；也可从含乙烯的混合气体中分离脱除乙烯。特别适用于从气调保鲜库废气中分离脱除乙烯和二氧化碳，获得的净化气可再返回气调保鲜库循环使用。

下面，再用实施例及其附图对本发明作进一步地说明。

附图说明

图1是本发明的一种从混合气体中脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法的有抽空步骤的流程示意图。

图2是本发明的另一种从混合气体中脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法的有冲步骤的流程示意图。

具体实施方式

本发明的从混合气体中脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法，采用通常的由至少两个塔式结构的吸附床、配置管道、控制阀等构成的变压吸附系统来实现本吸附分离方法。本发明方法在吸附床中装填吸附剂。本发明方法中有抽空步骤和有冲洗步骤两种。表1是一种两床系统的有抽空步骤的本发明的时序表，图1是表1的工艺流程图。表2是一种两床系统的有冲洗步骤的本发明的时序表，图2是表2的工艺流程图。

表1：有抽空步骤的本发明的时序表

吸附床A	吸附			逆向放压	抽空	升压
吸附床A	吸附			逆向放压	抽空	升压	吸附床B	逆向放压	抽空	升压	吸附

表2：有冲洗步骤的本发明的时序表

吸附床A	吸附			逆向放压	冲洗	升压
吸附床A	吸附			逆向放压	冲洗	升压	吸附床B	逆向放压	冲洗	升压	吸附

下面以表1和图1为例对本发明方法进行说明。

具有一定绝对压力的含乙烯和二氧化碳或乙烯的气体(例如气调保鲜库废气)通过管道10，经阀1A进入正处于吸附状态即运行吸附步骤的吸附床A，气体中的杂质气乙烯、二氧化碳被吸附床中装填的吸附剂吸附，得到净化气经阀2A再经管道20送入气调保鲜库循环使用。此时与吸附床A相联的阀门只有1A、2A开启，3A、4A则处于关闭状态。在吸附床A处于吸附状态运行吸附步骤时，吸附床B则处于再生状态运行其余步骤。此时，吸附床B内的吸附剂已吸附了乙烯或二氧化碳和乙烯，吸附床再生时，首先运行逆向放压步骤，开启3B，与吸附床B相连的阀门1B、2B、4B均处于关闭状态。将吸附床B内一定绝对压力的气体通过管道40排出塔外，然后为抽空步骤，开启真空泵，对吸附床进行抽空，该步骤也可以是冲洗步骤，在此步骤运行中吸附的乙烯、二氧化碳亦不断被抽空或冲洗解吸。最后为升压步骤，开启阀4B，净化后的气体经管道30逐步向吸附床B升压，达到吸附绝对压力为止，随即关闭阀4B。

各实施例的变压吸附系统吸附床数量、含乙烯、二氧化碳的混合气的组成及其含量、脱除乙烯、二氧化碳后净化气的组成及其含量、净化气的处理量、变压吸附系统的吸附床数量、吸附剂、吸附剂的再生方式、工艺流程及步骤等如下所列。

实施例1

1、混合气组成及其含量：H₂ 98.95％，C₂H₄ 0.05％，CO₂ 1％。

2、净化气组成及其含量：H₂ 99.994％，C₂H₄ 0.001％，CO₂ 0.005％。

3、净化气处理量：300Nm³/h。

4、吸附床数量：2个。

5、吸附剂：活性氧化铝10％+活性炭20％+细孔硅胶70％。

6、工艺流程步骤：吸附，逆向放压，冲洗，升压。

7、吸附剂再生方式：回流净化气冲洗。冲洗绝对压力：0.12MPa。

8、吸附绝对压力：0.15MPa。

实施例2

1、混合气组成及其含量：H₂ 94.99％，C₂H₄ 0.01％，CO₂ 5％。

2、净化气组成及其含量：H₂ 99.984％，C₂H₄ 0.001％，CO₂ 0.015％。

3、净化气处理量：500Nm³/h。

4、吸附床数量：2个。

5、吸附剂：活性氧化铝10％+活性炭90％。

6、工艺流程步骤：吸附，逆向放压，抽空，升压。

7、吸附剂再生方式：真空泵抽空。抽空绝对压力：0.007MPa。

8、吸附绝对压力：0.3MPa。

实施例3

1、混合气组成及其含量：N₂ 89％，C₂H₄ 1％，CO₂ 10％。

2、净化气组成及其含量：N₂ 99.695％，C₂H₄ 0.005％，CO₂ 0.3％。

3、净化气处理量：300Nm³/h。

4、吸附床数量：2个。

5、吸附剂：活性氧化铝10％+活性炭90％。

6、工艺流程步骤：吸附，逆向放压，抽空，升压。

7、吸附剂再生方式：真空泵抽空。抽空绝对压力：0.01MPa。

8、吸附绝对压力：0.4MPa。

实施例4

1、混合气组成及其含量：N₂ 90％，C₂H₄ 2％，CO₂ 8％。

2、净化气组成及其含量：N₂ 99.89％，C₂H₄ 0.01％，CO₂ 0.1％。

3、净化气处理量：1000Nm³/h。

4、吸附床数量：4个。

5、吸附剂：活性氧化铝10％+活性炭90％。

6、工艺流程步骤：吸附，一次均压降，二次均压降，逆向放压，抽空，一次均压升，二次均压升，升压。

7、再生方式：真空泵抽空。抽空绝对压力：0.015MPa。

8、吸附绝对压力：0.6MPa。

实施例5

1、混合气组成及其含量：N₂ 96.5％，C₂H₄ 0.5％，CO₂ 3％。

2、净化气组成及其含量：N₂ 99.948％，C₂H₄ 0.002％，CO₂ 0.05％。

3、净化气处理量：2000Nm³/h。

4、吸附床数量：4个。

5、吸附剂：活性氧化铝10％+活性炭90％。

7、吸附剂再生方式：真空泵抽空。抽空绝对压力：0.025MPa。

8、吸附绝对压力：0.8MPa。

实施例6

1、混合化气组成含量：N₂ 87.5％，C₂H₄ 0.5％，CO₂ 12％。

2、净化气组成及其含量：N₂ 99.895％，C₂H₄ 0.005％，CO₂ 0.1％。

3、净化气处理量：3500Nm³/h。

4、吸附床数量：4个。

5、吸附剂：活性氧化铝10％+活性炭90％。

6、工艺流程步骤：吸附，一次均压降，二次均压降，冲洗，一次均压升，二次均压升，升压。

7、吸附剂再生方式：冲洗。冲洗绝对压力：0.2MPa。

8、吸附绝对压力：0.6MPa。

实施例7

1、混合化气组成含量：H₂ 98.95％，C₂H₄ 0.05％，CO₂ 1％。

3、净化气处理量：300Nm³/h。

4、吸附床数量：2个。

5、吸附剂：活性氧化铝10％+活性炭60％+13X分子筛30％。

6、工艺流程步骤：吸附，逆向放压，冲洗，升压。

7、吸附剂再生方式：回流净化气冲洗。冲洗绝对压力：0.4MPa

8、吸附绝对压力：0.8MPa。

实施例8

1、混合化气组成含量：N2 96.5％，C2H4 0.5％，CO2 3％。

2、净化气组成及其含量：N2 99.948％，C2H4 0.002％，CO2 0.05％。

3、净化气处理量：3000Nm3/h。

4、吸附床数量：8个。

5、吸附剂：活性氧化铝10％+活性炭90％。

6、工艺流程步骤：吸附，一次均压降，二次均压降，三次均压降，四次均压降，逆向放压，抽空，四次均压升，三次均压升，二次均压升，一次均压升，升压。

7、吸附剂再生方式：抽空。抽空绝对压力：0.05MPa。

8、吸附绝对压力：1.5MPa。

实施例9

1、混合化气组成含量：N2 89％，C2H4 1％，CO2 10％。

2、净化气组成及其含量：N2 99.695％，C2H4 0.005％，CO2 0.3％。

3、净化气处理量：4000Nm3/h。

4、吸附床数量：8个。

5、吸附剂：活性炭。

6、工艺流程步骤：吸附，一次均压降，二次均压降，三次均压降，逆向放压，冲洗，三次均压升，二次均压升，一次均压升，升压。

7、吸附剂再生方式：冲洗。冲洗绝对压力：0.6MPa

8、吸附绝对压力：2.0MPa。

Claims

1、一种从混合气体中同时脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法，其特征在于在至少两个装填有吸附剂的吸附床的循环运行的变压吸附系统中，将混合气体送入吸附床，吸附床的每次循环有依次经历的吸附、至少一次均压降步骤或没有均压降步骤、逆向放压、抽空或冲洗、至少一次均压升步骤或没有均压升步骤、升压步骤，在吸附步骤吸附剂吸附分离杂质气并滞留在吸附床中，获得净化气排出吸附床，在逆向放压、抽空或冲洗步骤吸附剂解吸再生并将杂质气排出吸附床，所说的吸附步骤的绝对压力为0.10～2.0MPa，抽空步骤的绝对压力为0.007～0.05MPa，冲洗步骤的绝对压力为0.12～0.6MPa，混合气体是气调保鲜库排出废气，所说的吸附剂为氧化铝和活性炭，所说的吸附步骤的绝对压力为0.10～0.6MPa。

2、根据利要求1所述的从混合气体中同时脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法，其特征在于所说的冲洗步骤的冲洗气体是空气、氮气、吸附床排出的净化气中的至少一种。

3、根据权利要求1或2所述的从混合气体中同时脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法，其特征在于所说吸附床的每次循环依次经历吸附，逆向放压，冲洗，升压步骤。

4、根据权利要求1或2所述的从混合气体中同时脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法，其特征在于所说吸附床的每次循环依次经历吸附，逆向放压，抽空，升压步骤。

5、根据权利要求1或2所述的从混合气体中同时脱除乙烯、二氧化碳的吸附分离法，其特征在于所说吸附床的每次循环依次经历吸附，一次均压降，二次均压降，逆向放压，抽空，一次均压升，二次均压升，升压步骤。