CN205084584U

CN205084584U - 一种串级冲洗的变压吸附装置

Info

Publication number: CN205084584U
Application number: CN201520833208.1U
Authority: CN
Inventors: 张剑锋; 李旭; 陶宇鹏
Original assignee: Sichuan Tianyi Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Southwest Research and Desigin Institute of Chemical Industry
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2025-10-26

Abstract

本实用新型属于化工领域，涉及化工领域中的变压吸附气体分离技术，具体为一种串级冲洗的变压吸附装置。该装置包括冲洗装置和变压吸附装置，其特征在于：冲洗气通过冲洗装置进入第一个处于冲洗步骤的吸附塔，第一个吸附塔的冲洗废气进入第二个处于冲洗步骤的吸附塔，第二个吸附塔的冲洗废气从变压吸附装置排出或对第三个或对后面更多个吸附塔进行冲洗。采用该装置实现串级冲洗，无需增加顺放气缓冲罐等设备，可提高冲洗气的使用效率，减少冲洗气用量，提高产品收率，且可缩短顺放时间和总循环时间，显著降低吸附剂用量和设备投资。

Description

一种串级冲洗的变压吸附装置

技术领域

本实用新型属于化工领域，涉及化工领域中的变压吸附气体分离技术，具体为一种串级冲洗的变压吸附装置。

背景技术

变压吸附气体分离技术，是以压力为热力学参量，在压力下气体组分吸附，减压下被吸附组分解吸，释放出该气体组分，吸附剂得到再生。常见的减压再生方法有两种，其一是抽真空降低气相总压；其二是冲洗降低被吸附组分的分压。由于冲洗再生方式无需使用真空泵，节省了投资，降低了能耗，故在最近几年，重新成为了研究的热点。

随着变压吸附装置处理的原料气量越来越大，变压吸附装置的吸附塔、管径、阀门等设备也变得越来越大。但受吸附剂颗粒的压碎强度限制，以及考虑到吸附塔的制造、运输的难度，吸附塔尺寸不能无限变大。在保证产品质量的前提下，用户往往要求用更小的设备，更少的投资和占地面积，获得更高的收率。为满足以上要求，有以下两种方法：一是提高冲洗气的利用效率，以减少冲洗气量，达到提高产品收率的目的；二是缩短总循环时间，提高吸附剂的利用效率，以达到减少吸附剂用量，降低投资和减少占地面积的目的。

现有的变压吸附工艺，均是采用并联的冲洗技术，即冲洗气被分割为一份或几份，分别用于冲洗不同的吸附塔，每个吸附塔的冲洗废气，均从变压吸附循环中排出，不会进行重复利用，这使得冲洗气未能得到充分利用。特别是在冲洗后期时冲洗废气的杂质含量较低，而此部分冲洗废气也会从变压吸附循环中排出，造此部分冲洗废气未能得到充分利用,且会影响产品的收率。

ZL01112382.6公开了一种大规模变压吸附方法，该方法通过多个吸附塔同时为多个吸附塔提供净化气，打破了净化步骤时间应等于或小于吸附步骤时间的惯例，使得吸附时间和总循环时间均显著减少，可降低吸附剂用量和设备投资，也可在产品纯度收率不变的前提下，增加装置的原料气处理量。

ZL200510020305.X公开了带两个顺放罐的变压吸附工艺，该工艺将变压吸附装置的吸附塔分成两个系列，每个系列配置一个顺放罐用于储存供吸附塔再生用的顺放气，每个系列的顺放以及冲洗回路上配置程控阀及调节阀，其时序如表1所示。

表1带两个顺放罐的10-3-4工艺时序

该工艺可在保证同样再生时间的前提下，大大缩短吸附时间和顺放时间，减小吸附塔的体积及吸附剂的总量，从而大大节省投资，还可实现两个系列的吸附塔分别冲洗或交错冲洗，具有更好的再生效果，从而提高了装置的产品回收率。

ZL200810044290.4公开了多次顺放交错冲洗变压吸附工艺，该工艺在吸附塔顶部出口管线上增设顺放出口阀、冲洗进口阀及至少四台交错分布的调节阀，实现了三次或三次以上的顺放及冲洗过程，增加了再生时间，降低了吸附分周期时间，降低了冲洗气用量，可有效提高产品气收率，并降低装置的投资和缩小占地面积。且各个吸附塔的顺放冲洗过程完全一致，避免了因调节阀的性能差异而降低整个装置的再生效果。

以上工艺和方法均属于并联冲洗，每个塔的冲洗废气均从吸附再生循环中排出，冲洗废气未能得到充分利用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种串级冲洗的变压吸附装置，可将冲洗气串级循环利用，提高冲洗气的利用效率，减少冲洗废气量，提高产品收率，同时还可增加冲洗时间，缩短总循环时间，显著降低吸附剂用量和设备投资。

本实用新型的技术方案为：

一种串级冲洗的变压吸附装置，该装置包括冲洗装置和变压吸附装置，冲洗气通过冲洗装置进入第一个处于冲洗步骤的吸附塔，第一个吸附塔的冲洗废气进入第二个处于冲洗步骤的吸附塔，第二个吸附塔的冲洗废气从变压吸附装置排出或对第三个或对后面更多个吸附塔进行冲洗。所述的吸附塔上方有至少两排管线，一排为提供冲洗气的管线，另一排为冲洗进气管线，每个吸附塔与这两排管线之间通过程控阀连接，提供冲洗气的管线与冲洗进气管线之间通过调节阀连接。

该装置还包括均压升装置和逆放装置，逆放装置中进行逆放步骤后的吸附塔经过n次冲洗后经均压升装置进行均压升步骤，串级冲洗的第一个吸附塔是即将经均压升装置进入均压升步骤的吸附塔，串级冲洗装置中的最后一个吸附塔是经逆放装置中刚完成逆放步骤的吸附塔。

所述的变压吸附装置配置有一排将所有吸附塔串联起来的程控阀和管道，所有吸附塔按顺序排列后，每台吸附塔的下部与下一个吸附塔的上部通过程控阀和管道串联起来。

利用串级冲洗的变压吸附装置实现串级冲洗的变压吸附工艺，该工艺至少包括以下步骤，吸附，均压降，顺放，逆放，冲洗1，冲洗2，均压升，终充步骤，顺放步骤和/或均压降步骤提供冲洗气，该冲洗气进入第一个处于冲洗步骤的吸附塔进行冲洗后，第一个吸附塔的冲洗废气进入第二个处于冲洗步骤的吸附塔，对第二个吸附塔进行冲洗，第二个吸附塔的冲洗废气从变压吸附装置排出或对第三个或对后面更多个的吸附塔进行冲洗，实现冲洗气对两个或两个以上的吸附塔串级冲洗。

所述逆放步骤后的吸附塔经过n次冲洗后进入均压升步骤，串级冲洗的第一个吸附塔是即将经均压升装置进入均压升步骤的吸附塔，该冲洗步骤称为第n次冲洗，即冲洗n，冲洗n的冲洗废气去冲洗n-1，以此类推，串级冲洗的最后一个吸附塔是经逆放装置刚完成逆放步骤的吸附塔，称为第一次冲洗，即冲洗1。

所述吸附塔上方有至少两排管线，一排为提供冲洗气的管线，另一排为冲洗进气管线，每个吸附塔与这两排管线之间通过程控阀连接，提供冲洗气的管线与冲洗进气管线之间通过调节阀连接。

所述串级冲洗的串级数为2-5级，即n为2-5，串级数优选为2-3级，即n优选为2-3。

所述冲洗步骤中的冲洗压力为0.01-0.1MPa(G)。

使用冲洗的方法进行再生，一般用于从非吸附相得到产品的情况。冲洗再生的效果，主要取决于冲洗气的量和冲洗时间，冲洗再生效果越好，吸附剂的动态吸附量越大，处理相同量的原料气所需吸附剂量就更少。冲洗再生方法的产品收率，与冲洗废气中损失的有效组分损失，冲洗废气中损失的有效组分越少，产品收率就越高。

在顺放步骤和/或均压降步骤提供的冲洗气量相同的条件下，每串一级，可增加一倍的总冲洗气量，总冲洗时间也显著增加，冲洗效果可以得到明显提升。故实际操作中，可以减少顺放步骤和/或均压降步骤提供的冲洗气量，即可获得与其它冲洗方法相同的冲洗效果。冲洗气量减少后，冲洗废气量也会随之减少，且由于采取串级冲洗，冲洗废气中的杂质浓度升高，产品浓度降低，故从冲洗废气中损失的产品减少，从非吸附相得到的产品收率升高。在不增加顺放罐的情况下，本发明的冲洗步骤时间远大于顺放步骤时间，且至少与吸附步骤时间相当，故实际操作中，可减少分周期时间，则可减少吸附时间和总循环时间，从而达到减少吸附剂用量和降低设备投资的目的。

本实用新型的积极效果体现在：

(一)、本申请中使用的串级冲洗的变压吸附装置，可提高冲洗气的使用效率，减少冲洗气用量，提高产品收率；

(二)、由于采用本装置，使冲洗步骤时间远大于顺放步骤时间，且至少与吸附步骤时间相当，吸附时间和总循环时间较短，可显著降低吸附剂用量和设备投资；

(三)、本装置实现串级冲洗无需使用顺放气缓冲罐，节约生产成本。

附图说明

图1为实施例1和实施例2中采用的工艺装置示意图；

图2为实施例3中采用的工艺装置示意图；

图3为实施例4中采用的工艺装置示意图；

具体实施方式

以下通过具体实施方式的实施例对本发明作进一步详细的说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均包括在本发明的范围内。

实施例1：

本实施例采用10塔两级串联冲洗工艺，处理的原料气压力为2.5MPa，原料气中氢气的含量为70％，产品氢气含量为99.9％。该实施例的装置如图1所示，工艺时序如表2所示：

表210塔两级串联冲洗工艺时序表

以吸附塔A为例，原料气进入吸附塔A后，从塔顶得到氢气含量为99.9％的产品，吸附步骤(A)后，吸附塔A分别与塔D、塔E、塔F进行一均(1D)、二均(2D)和三均(3D)，三次均压后，进入顺放步骤(PP)。

从吸附塔A顺向放压出来的气体作为冲洗气，通过调节阀PV01对吸附塔H进行第二次冲洗，在此步骤之前，吸附塔H已经历过一次冲洗。从吸附塔H出来的冲洗废气，所含杂质含量相对较少，经过程控阀KV109进入吸附塔I,继续对吸附塔I进行冲洗，从吸附塔I出来的冲洗废气，排放至解吸气缓冲罐。

顺放步骤后，吸附塔A与塔H进行第四次均压(4D)，塔内剩余气体，再通过逆放步骤(D)，从吸附装置排出，吸附塔的压力降至约0.02MPa。

逆放步骤后，吸附塔A进行第一次冲洗(P1)。来自吸附塔C的顺放气，经调节阀PV01，先对塔J进行第二次冲洗，从塔J出来的冲洗废气，经KV101对塔A进行第一次冲洗，此时，吸附塔A内的大部分杂质，被冲洗出来。

第一次冲洗后，吸附塔A进行第二次冲洗(P2)。来自吸附塔D的顺放气，经调节阀PV01，对吸附塔A进行第二次冲洗，吸附塔A得到完全再生。从吸附塔A出来的冲洗废气，所含杂质含量相对较少，对此部分冲洗废气继续循环利用，经KV102进入吸附塔B，对吸附塔B进行第一次冲洗。

再生干净的吸附塔A，分别与塔D、塔F、塔G、塔H进行四均(4R)、三均(3R)、二均(2R)和一均(1R)，再通过终充(FR)，升压到吸附压力。完成一次吸附再生循环。

通过该10塔两级串联冲洗工艺，每塔需提供的顺放气量可比典型的并联冲洗工艺减少约20％，每塔得到的总冲洗气量可比典型的并联冲洗工艺增加约60％，总冲洗时间增加约11％，总循环时间减少约17％，氢气收率可达91％。在PSA方法中，总循环时间和设备的费用具有直接的关系，总循环时间越短，费用越低。总冲洗气量越多，冲洗时间越长，吸附剂再生效果越好。顺放时间越短，越有利于缩短总循环时间。

实施例2：

本实施例采用10塔三级串联冲洗工艺，处理的原料气压力为2.5MPa，原料气中氢气的含量为70％，产品氢气含量为99.9％。该实施例的装置如图1所示，工艺时序如表3所示：

表310塔三级串联冲洗工艺时序表

以吸附塔A为例，原料气进入吸附塔A后，从塔顶得到氢气含量为99.9％的产品，吸附步骤后，吸附塔A分别与塔D、塔E进行一均和二均，两次均压后，进入顺放步骤。

从吸附塔A顺向放压出来的气体作为冲洗气，通过调节阀PV01对吸附塔G进行第三次冲洗，在此步骤之前，吸附塔G已经历过两次冲洗。从吸附塔G出来的冲洗废气，所含杂质含量相对较少，经过程控阀KV108进入吸附塔H,继续对吸附塔H进行冲洗，在此步骤之前，吸附塔H已经历过一次冲洗。从吸附塔H出来的冲洗废气，所含杂质含量比从吸附塔G出来的冲洗废气多，但仍有循环利用的价值，经过程控阀KV109进入吸附塔I,继续对吸附塔I进行冲洗，从吸附塔I出来的冲洗废气，排放至解吸气缓冲罐。

顺放步骤后，吸附塔A与塔G进行第三次均压，塔内剩余气体，再通过逆放步骤，从吸附装置排出，吸附塔的压力降至约0.02MPa。

逆放步骤后，吸附塔A进行第一次冲洗。来自吸附塔C的顺放气，经调节阀PV01，先对塔I进行第三次冲洗，从塔I出来的冲洗废气，经KV110对塔J进行第二次冲洗，从塔J出来的冲洗废气，经KV101对塔A进行第一次冲洗，此时，吸附塔A内的部分杂质，被冲洗出来。

第一次冲洗后，吸附塔A进行第二次冲洗。来自吸附塔D的顺放气，经调节阀PV01，对吸附塔J进行第三次冲洗，从塔J出来的冲洗废气，经KV101对塔A进行第二次冲洗，吸附塔A继续被再生。从吸附塔A出来的冲洗废气，经KV102进入吸附塔B，对吸附塔B进行第一次冲洗。

第二次冲洗后，吸附塔A进行第三次冲洗。来自吸附塔E的顺放气，经调节阀PV01，对吸附塔A进行第三次冲洗，吸附塔A得到完全再生。从塔A出来的冲洗废气，经KV102进入吸附塔B，对塔B进行第二次冲洗。从吸附塔B出来的冲洗废气，经KV103进入吸附塔C，对塔C进行第一次冲洗。

再生干净的吸附塔A，分别与塔E、塔G、塔H进行三均、二均和一均，再通过终充，升压到吸附压力。完成一次吸附再生循环。

通过该10塔三级串联冲洗工艺，每塔需提供的顺放气量可比典型的并联冲洗工艺减少约20％，每塔得到的总冲洗气量可比典型的并联冲洗工艺增加约140％，总冲洗时间增加约33％，总循环时间减少约33％，氢气收率可达91％。

与实施例1相比，本实施例的总循环时间更短，吸附剂用量更少，设备费用更低。

实施例3：

本实施例采用12塔三级串联冲洗工艺，处理的原料气压力为2.5MPa，原料气中氢气的含量为70％，产品氢气含量为99.9％。该实施例的装置如图2所示，工艺时序如表4所示：

表412塔三级串联冲洗工艺时序表

以吸附塔A为例，原料气进入吸附塔A后，从塔顶得到氢气含量为99.9％的产品，吸附步骤后，吸附塔A分别与塔E、塔F、塔G进行一均、二均和三均，三次均压后，进入顺放步骤。

从吸附塔A顺向放压出来的气体作为冲洗气，通过调节阀PV01对吸附塔I进行第三次冲洗，在此步骤之前，吸附塔I已经历过两次冲洗。从吸附塔I出来的冲洗废气，所含杂质含量相对较少，经过程控阀KV110进入吸附塔J,继续对吸附塔J进行冲洗，在此步骤之前，吸附塔J已经历过一次冲洗。从吸附塔J出来的冲洗废气，所含杂质含量比从吸附塔I出来的冲洗废气多，但仍有循环利用的价值，经过程控阀KV111进入吸附塔K,继续对吸附塔K进行冲洗，从吸附塔K出来的冲洗废气，排放至解吸气缓冲罐。

顺放步骤后，吸附塔A与塔I进行第四次均压，塔内剩余气体，再通过逆放步骤，从吸附装置排出，吸附塔的压力降至约0.02MPa。

逆放步骤后，吸附塔A进行第一次冲洗。来自吸附塔C的顺放气，经调节阀PV01，先对塔K进行第三次冲洗，从塔K出来的冲洗废气，经KV112对塔L进行第二次冲洗，从塔L出来的冲洗废气，经KV101对塔A进行第一次冲洗，此时，吸附塔A内的部分杂质，被冲洗出来。

第一次冲洗后，吸附塔A进行第二次冲洗。来自吸附塔D的顺放气，经调节阀PV01，对吸附塔L进行第三次冲洗，从塔L出来的冲洗废气，经KV101对塔A进行第二次冲洗，吸附塔A继续被再生。从吸附塔A出来的冲洗废气，经KV102进入吸附塔B，对吸附塔B进行第一次冲洗。

再生干净的吸附塔A，分别与塔E、塔G、塔H、塔I进行四均、三均、二均和一均，再通过终充，升压到吸附压力。完成一次吸附再生循环。

通过该12塔三级串联冲洗工艺，每塔需提供的顺放气量可比典型的并联冲洗工艺减少约20％，每塔得到的总冲洗气量可比典型的并联冲洗工艺增加约140％，总冲洗时间增加约33％，总循环时间减少约33％，氢气收率可达93％。

实施例4：

本实施例采用8塔两级串联冲洗工艺，处理的原料气压力为2.5MPa，原料气中氢气的含量为70％，产品氢气含量为99.9％。该实施例的装置如图3所示，工艺时序如表5所示：

表58塔两级串联冲洗工艺时序表

以吸附塔A为例，原料气进入吸附塔A后，从塔顶得到氢气含量为99.9％的产品，吸附步骤后，吸附塔A分别与塔C、塔D进行一均和二均，两次均压后，进入顺放步骤。

从吸附塔A顺向放压出来的气体作为冲洗气，通过调节阀PV01对吸附塔F进行第二次冲洗，在此步骤之前，吸附塔F已经历过一次冲洗。从吸附塔F出来的冲洗废气，所含杂质含量相对较少，经过程控阀KV107进入吸附塔G,继续对吸附塔G进行冲洗，从吸附塔G出来的冲洗废气，排放至解吸气缓冲罐。

顺放步骤后，吸附塔A与塔F进行第三次均压，塔内剩余气体，再通过逆放步骤，从吸附装置排出，吸附塔的压力降至约0.02MPa。

逆放步骤后，吸附塔A进行第一次冲洗。来自吸附塔C的顺放气，经调节阀PV01，先对塔H进行第二次冲洗，从塔H出来的冲洗废气，经KV101对塔A进行第一次冲洗，此时，吸附塔A内的大部分杂质，被冲洗出来。

第一次冲洗后，吸附塔A进行第二次冲洗。来自吸附塔D的顺放气，经调节阀PV01，对吸附塔A进行第二次冲洗，吸附塔A得到完全再生。从吸附塔A出来的冲洗废气，所含杂质含量相对较少，对此部分冲洗废气继续循环利用，经KV102进入吸附塔B，对吸附塔B进行第一次冲洗。

再生干净的吸附塔A，分别与塔D、塔F、塔G进行三均、二均和一均，再通过终充，升压到吸附压力。完成一次吸附再生循环。

通过该8塔两级串联冲洗工艺，每塔需提供的顺放气量可比典型的并联冲洗工艺减少约20％，每塔得到的总冲洗气量可比典型的并联冲洗工艺增加约60％，总冲洗时间增加约11％，总循环时间减少约17％，氢气收率可达88％。

Claims

1.一种串级冲洗的变压吸附装置，该装置包括冲洗装置和变压吸附装置，其特征在于：冲洗气通过冲洗装置进入第一个处于冲洗步骤的吸附塔，第一个吸附塔的冲洗废气进入第二个处于冲洗步骤的吸附塔，第二个吸附塔的冲洗废气从变压吸附装置排出或对第三个或对后面更多个吸附塔进行冲洗。

2.根据权利要求1所述串级冲洗的变压吸附装置，其特征在于：该装置还包括均压升装置和逆放装置，逆放装置中进行逆放步骤后的吸附塔经过n次冲洗后经均压升装置进行均压升步骤，串级冲洗的第一个吸附塔是即将经均压升装置进入均压升步骤的吸附塔，串级冲洗装置中的最后一个吸附塔是经逆放装置刚完成逆放步骤的吸附塔。

3.根据权利要求1所述串级冲洗的变压吸附装置，其特征在于：所述的变压吸附装置配置有一排将所有吸附塔串联起来的程控阀和管道，所有吸附塔按顺序排列后，每台吸附塔的下部与下一个吸附塔的上部通过程控阀和管道串联起来。

4.根据权利要求1所述串级冲洗的变压吸附装置，其特征在于：所述的吸附塔上方有至少两排管线，一排为提供冲洗气的管线，另一排为冲洗进气管线，每个吸附塔与这两排管线之间通过程控阀连接，提供冲洗气的管线与冲洗进气管线之间通过调节阀连接。