提高變壓吸附氣體分離收率與純度的裝置的製作方法
2023-07-18 07:10:06 2
專利名稱：提高變壓吸附氣體分離收率與純度的裝置的製作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型屬於變壓吸附氣體分離技術領域，具體涉及一種可提高變壓吸附氣體分離收率與純度的裝置。
二背景技術：
目前，在較為成熟的變壓吸附氣體分離技術領域，追求更高的產品氣收率與純度一直是科研和工程技術人員，包括生產廠家為之奮鬥的目標。現有的變壓吸附氣體分離技術通常是採用真空解吸、取消用產品氣衝洗及多次均壓等綜合手段手段來提高變壓吸附氣體分離的收率與純度，如中國專利ZL 97 1 0764.5、88105938.2。但是，由於受均壓次數所限，在吸附壓強較高時，即使經過多次均壓降，吸附塔內仍然存在難吸附組份氣體形成的殘餘壓強，表壓約為0.05～0.5MPa。為了使吸附劑再生循環使用，必須要將它卸壓至大氣壓強，而卸壓出來的難吸附組份氣體或排放至大氣，或收集起來作為燃料氣。如果排放至大氣不僅會形成浪費，還可能汙染環境；如果收集起來作為燃料氣，也會大大降低其使用價值，同時這部份氣體的損失也是導致難吸附組份的收率與易吸附組份純度低的主要原因。
三
發明內容
本實用新型的目的是針對已有技術存在的缺陷，提供一種能回收吸附塔內殘餘氣體，以提高難吸附組份的收率與易吸附組份純度的裝置。
本實用新型提供的能夠提高難吸附組份的收率與易吸附組份純度的裝置，該裝置包括由兩個或兩個以上吸附塔組成的變壓吸附系統12，其特徵在於還設置有一個回收系統，當該回收系統的回收罐8的體積大到能使吸附塔內殘餘壓強卸壓至表壓0.02MPa以下，如採用氣櫃作為回收罐8時，該系統只包括通過管道和閥門依次連接的回收罐8、壓縮機構10和儲氣罐11。回收罐8的進氣口通過回收閥V1與變壓吸附系統12各吸附塔塔頂的均壓管道相連，儲氣罐11的出氣口通過順向終充總閥V2與各吸附塔塔底順向終充管道相連。當回收系統的回收罐8的體積不能使吸附塔內殘餘壓強卸壓至表壓0.02MPa以下，則回收罐8與壓縮機構10之間還設置有抽真空機構9，見圖1。
生產過程中，當變壓吸附系統中某吸附塔進行到均壓降步序結束後，塔內殘餘的壓強約為表壓0.05～0.5MPa，這時將該吸附塔的均壓管道與壓強為表壓-0.09～-0.05MPa的回收罐或壓強為表壓0.02MPa以下的氣櫃連通，難吸附組份被洩放到回收罐或氣櫃中，隨後該吸附塔的壓強與回收罐或氣櫃平衡在表壓0.02MPa以下。由於該吸附塔的壓強已接近或低於大氣壓強，原系統設置的放空步序被取消而直接進入抽空步序。由於該吸附塔的難吸附組份被最大限度地排出塔外，因而使抽空輸出的易吸附組份的純度也就提高了。被洩放到回收罐或氣櫃中儲存的難吸附組份則通過抽空機構與壓縮機構被壓縮到儲氣罐中，直至儲氣罐的壓強升高到比原料氣的壓強最多小20％。當變壓吸附系統中另一吸附塔進行到均壓升步序結束後，又將儲氣罐與該塔連通，使其儲存的、其壓強比原料氣壓強最多小20％的難吸附組份作為順向終充氣進入該吸附塔，直至它們的壓強基本平衡。隨著下一個吸附過程的重新開始，作為順向終充氣的難吸附組份即被作為產品氣由塔頂輸出，如此周而復始，即完成了回收過程。
綜上所述，本實用新型與已有技術相比具有以下優點1、採用本實用新型提供的裝置可在均壓降結束後，將吸附塔內殘餘壓強所包含的約佔原料氣中難吸附組份3％～10％的氣體，全部回收為產品氣，使難吸附組份的收率提高了3％～10％。
2、採用本實用新型提供的裝置可將吸附塔的抽空初期壓強至少降到表壓0.02Mpa，有必要的話還可通過設置的抽真空機構將其降到表壓為負壓，使吸附塔中的難吸附組份最大限度的排出吸附塔外，很顯然，抽空輸出的易吸附組份中所含的難吸附組份減少，其純度也就被提高了。本實用新型可將易吸附組份的純度提高5％～10％。
3、本實用新型提供的裝置適用範圍廣，可適用於分離各種氣體的變壓吸附領域。
四
圖1為本實用新型裝置的結構及連接關係示意圖；圖2為本實用新型實施例1的裝置結構及連接關係示意圖；圖3為本實用新型實施例2的裝置結構及連接關係示意圖。
五具體實施方式
以下結合附圖給出實施例並對本發明作出進一步說明。有必要在此指出的是以下實施例不能理解為對本發明保護範圍的限制，如果該領域的技術熟練人員根據上述本發明作出一些非本質的改進和調整仍屬本發明保護範圍。
實施例1本實施例為用變壓吸附分離半水煤氣的舉例。
如圖2所示，本實施例裝置的變壓吸附系統12是由四個並行連接的吸附塔A1～A4和兩個均壓塔J1、J2構成，回收系統是由依次連接的回收罐8、抽真空機構9、壓縮機構10和儲氣罐11構成。回收系統中，回收罐8的進氣口通過回收閥門V1與各吸附塔塔頂的均壓管道相連，儲氣罐11的出氣口通過順向終充總閥V2與各吸附塔塔底順向終充管道相連。
本實施例的原料半水煤氣壓強為表壓1.6MPa，採用的變壓吸附流程為41122流程，即四塔流程單塔進氣，單塔抽空，兩次直接均壓，兩次間接均壓過程。《表一》給出的是該流程四分之一工藝時序圖，其餘部分可參照該圖順序類推。
《表一》帶回收系統的41122流程
下面以A1塔為例說明如下1、原料半水煤氣通過流量控制系統後，由進料閥1進入A1塔吸附，氫氣作為難吸附組份通過產品閥2由塔頂輸出。
2、當A1塔的時序進行到四均降結束後，塔內還有表壓0.325MPa的壓強，這時開啟A1塔的均壓閥門4與回收罐8的回收閥門V1，關閉A1塔的其它閥門，使A1塔與壓強為表壓-0.08MPa的回收罐連通，這部份帶壓氣體被洩放到回收罐8中，數秒後A1塔與回收罐8的壓強平衡在表壓-0.02MPa。該過程被稱為回收步序。
3、由於A1塔的壓強已低於大氣壓強，原系統設置的放空步序被取消，系統直接進入抽空工序。首先開啟順向抽空總閥7與A1塔的的均壓閥4，關閉A1塔的其它閥門，並將順向抽空輸出的氣體作為燃料氣輸出；隨後開啟A1塔的的抽空閥3，關閉順向抽空總閥7與A1塔的其它閥門，對A1塔進行逆向抽空，同時將逆向抽空輸出的易吸附組份二氧化碳氣體作為產品2輸出。
4、將回收罐8中的氣體通過抽真空機構9與壓縮機構10壓縮到儲氣罐11內。隨著時間的推移回收罐8的壓強逐漸降低到表壓-0.08MPa以下，儲氣罐11的壓強逐漸升高到表壓1.4MPa以上。
5、待A1塔步序進行到一均升結束後，開啟順向終充總閥V2與順向終充閥6，關閉A1塔的其他閥門，使A1塔與儲氣罐11連通，儲氣罐11中的氣體即順著進氣方向返回到A1塔塔內，數秒後它們的壓強平衡在表壓1.1MPa左右，該過程被稱為順向終充步序。接著再開啟逆向終充閥5，關閉A1塔的其它閥門，以進行變壓吸附所必須的逆向終充過程，如此周而復始。
在該裝置中沒有回收系統時，其產品氫氣純度為99.99％，收率為85％。產品二氧化碳的純度為83％，收率為90％。
在該裝置中增加回收系統後，即本實施例的產品氫氣純度為99.99％，收率為95％。產品二氧化碳的純度為98.5％，收率為90％。
實施例2本實施例為用變壓吸附分離甲醇生產中變換氣的舉例。
如圖3所示，本實施例裝置的變壓吸附系統12是由6個並行連接的吸附塔A1～A6和兩個均壓塔J1、J2構成，回收系統是由依次連接的氣櫃8、壓縮機構10和儲氣罐11構成。回收系統中，氣櫃8的進氣口通過回收閥門V1與各吸附塔塔頂的均壓管道相連，儲氣罐11的出氣口通過順向終充總閥V2與各吸附塔塔底順向終充管道相連。
本實施例的原料變換氣壓強為表壓0.8MPa，採用的變壓吸附流程為62222流程，即六塔流程雙塔進氣，雙塔抽空，兩次直接均壓，兩次間接均壓過程。《表二》給出的是該流程六分之一工藝時序圖，其餘部分可參照該圖順序類推。
《表二》帶回收系統的62222流程
下面以A1塔為例說明如下1、原料變換氣通過流量控制系統後，由進料閥1進入A1塔吸附，難吸附組份氫氣、氮氣與一氧化碳氣通過產品閥2由塔頂輸出。
2、當A1塔的步序進行到四均降結束後，塔內還有表壓0.125MPa的壓強，這時開啟A1塔的均壓閥4與氣櫃8的回收閥V1，關閉A1塔的其他閥門，使A1塔與表壓為0MPa的氣櫃連通，這部份帶壓氣體被洩放到氣櫃8中，數秒後A1塔與氣櫃8的壓強平衡在表壓0.0125MPa。該過程被稱為回收步序。
3、由於A1塔的壓強已接近大氣壓強，原系統設置的放空步序被取消，系統直接進入抽空步序。首先開啟順向抽空總閥7與A1塔的的均壓閥4，關閉A1塔的其它閥門，並將順向抽空輸出的氣體作為燃料氣輸出，若對易吸附組份的純度要求不高時(例如易吸附組份的純度為95％)，可取消上述順向抽空步序；隨後開啟A1塔的的抽空閥3關閉順向抽空總閥7與A1塔的其它閥門，對A1塔進行逆向抽空，同時將逆向抽空輸出的易吸附組份二氧化碳氣體作為產品2輸出。
4、將氣櫃8中的氣體通過壓縮機構10壓縮到儲氣罐11內。隨著時間的推延，氣櫃8的壓強逐漸降低到表壓0MPa，儲氣罐11的壓強逐漸升高到表壓0.7MPa以上。
5、待A1塔步序進行到一均升結束後，開啟順向終充總閥V2與順向終衝閥6，關閉A1塔的其他閥門，使A1塔與儲氣罐11連通，儲氣罐11中的氣體即順著進氣方向返回到A1塔塔內，數秒後它們的壓強平衡在表壓0.6MPa左右，該過程被稱為順向終充步序。接著再開啟逆向終充閥5，關閉A1塔的其它閥門，以進行變壓吸附所必須的逆向終充過程，如此周而復始。
在該裝置中沒有回收系統時，其難吸附組份的產品氫氣收率為98％，氮氣收率為85％，一氧化碳收率為80％，其中二氧化碳含量為0.2％；而易吸附組份的產品二氧化碳的純度為85％，收率為90％。
在該裝置中增加回收系統後，即本實施例難吸附組份的產品氫氣收率為99％，氮氣收率為97％，一氧化碳收率為95％，其中二氧化碳含量為0.2％；而易吸附組份的產品二氧化碳的純度為98.5％，收率為95％。
權利要求1.一種可提高變壓吸附氣體分離收率與純度的裝置，該裝置包括由兩個或兩個以上吸附塔組成的變壓吸附系統(12)，其特徵在於還設置有一個回收系統，該回收系統包括通過管道和閥門依次連接的回收罐(8)、壓縮機構(10)和儲氣罐(11)。回收罐(8)的進氣口通過回收閥門V1與變壓吸附系統各吸附塔塔頂的均壓管道相連，儲氣罐(11)的出氣口通過順向終充總閥V2與各吸附塔塔底順向終充管道相連。
2.根據權利要求1所述的可提高變壓吸附氣體分離收率與純度的裝置，其特徵在於該回收系統的回收罐(8)與壓縮機構(10)之間還設置有抽真空機構(9)。
專利摘要本實用新型涉及一種提高變壓吸附氣體分離收率與純度的裝置。通過使用本實用新型，即可在變壓吸附系統中某吸附塔最終均壓降步序結束後，將該吸附塔內殘餘的難吸附組份洩放到回收罐或氣櫃中，並通過壓縮機構或抽真空機構與壓縮機構將回收罐或氣櫃中的氣體壓縮到儲氣罐內；當變壓吸附系統中另一吸附塔均壓升步序結束後，又將儲氣罐中的氣體作為順向終充氣返回到吸附塔中，從而完成了回收過程。隨著下一個吸附過程的重新開始，作為順向終充氣的難吸附組份即被作為產品氣由塔頂輸出，如此周而復始。本實用新型能將難吸附組份的收率提高3％～10％，同時還能將易吸附組份的純度提高5％～10％。本實用新型可適用於分離各種氣體的變壓吸附領域。
文檔編號B01D53/047GK2614773SQ0323421
公開日2004年5月12日 申請日期2003年4月30日 優先權日2003年4月30日
發明者王玉 申請人:王玉