從混合氣中回收氯乙烯和乙炔的變壓吸附方法
2023-05-08 06:36:01
專利名稱：從混合氣中回收氯乙烯和乙炔的變壓吸附方法
技術領域：
本發明涉及混合氣的淨化、回收方法，特別是採用變壓吸附法(PSA)從氯乙烯(VC)生產分餾尾氣或其它含有氯乙烯、乙炔的混合氣體中淨化、回收氯乙烯、乙炔的方法。
背景技術：
國內聚氯乙烯(PVC)行業生產過程中伴隨有富含C2H3Cl(約9％)、C2H2(約3％)的分餾尾氣產生，氣體大致組成見表1，如不對尾氣淨化處理而直接排放，不但會造成環境汙染，而且造成C2H3Cl、C2H2資源浪費，目前在聚氯乙烯行業中尾氣淨化處理方式一般採用有機溶劑吸收法或活性炭變溫吸附法、膜分離法，有機溶劑吸收法使用的溶劑一般有三氯乙烯、四氯化碳等，溶劑吸收法的溶劑易揮發損失和造成二次汙染，而且流程複雜，應用受到限制；變溫吸附法因溫度和壓力雙重變化，在運行過程中活性炭吸附劑損耗嚴重，吸附劑使用壽命較短，吸附床再生需外界提供熱源和冷源，造成能量消耗，裝置運行成本較高，淨化氣中C2H3Cl和C2H2含量經常因吸附床再生不完全而超過環保指標，造成環境汙染，回收的氯乙烯含水量高等缺陷；膜分離法氯乙烯、乙炔回收率不高，通常排放氣中氯乙烯含量高達每立方米數百毫克，環境汙染嚴重。
發明內容
本發明的目的是提供一種能高效率回收混合氣體中氯乙烯、乙炔，自動化程度高、回收率高(回收率大於99.9％)、運行成本低、淨化精度高(排放氣氯乙烯含量低於36mg/m3，乙炔含量低於120mg/m3)無環境汙染的從混合中回收氯乙烯和乙炔的變壓吸附方法。
本發明採用5A分子篩、13X分子篩、活性炭、矽膠、活性氧化鋁中至少一種吸附劑和抽空(或抽空+衝洗)解吸方式的變壓吸附法代替活性炭變溫吸附法、膜分離法淨化、回收氯乙烯、乙炔來實現其目的。
本發明的氯乙烯、乙炔淨化、回收方法，其特徵是在至少二個裝填有吸附劑的吸附床的循環運行的變壓吸附系統中，系統的每一次運行，各吸附床依次經歷吸附(A)、均壓降(ED)或均壓降(ED)+順向放壓(PP)、逆放(D)、抽空(V)或抽空+衝洗(VP)、均壓升(ER)和最終升壓(FR)等步驟。
吸附步驟(A)採用的吸附劑吸附聚氯乙烯分餾尾氣中的氯乙烯、乙炔等組分並滯留在吸附床中，獲得氯乙烯含量低於36mg/m3、乙炔含量低於120mg/m3淨化氣體排出系統放空；均壓降(ED)利用程控閥和管道使完成吸附步驟後壓力較高吸附床的氣體流入壓力較低的吸附床降低吸附床壓力(或壓力均衡降+順向放壓利用程控閥和管道使吸附床中的氣體從出口端排出，進一步降低吸附床壓力，放出的氣體可用於衝洗吸附床)；逆放(D)利用程控閥和管道從吸附床進口端將吸附床中的氣體排出，壓力至大氣壓力，被吸附的氣體得到部分解吸；抽空(V)利用真空泵對吸附床進行抽空操作，壓力至0.01MPa～0.06MPa，(或抽空+衝洗(VP))；均壓升(ER)通過程控閥和管道，利用均壓降的氣體對經抽空後的吸附床進行升壓；最終升壓(FR)通過程控閥和管道利用淨化氣對吸附床進行充壓使吸附床壓力達到吸附壓力。
通過逆放和抽空(或抽空+衝洗)獲得富含氯乙烯、乙炔的產品氣返回聚氯乙烯生產系統回收利用。
在本發明的上述變壓吸附方法中，吸附壓力大於0.1MPa，抽空壓力0.01MPa～0.06MPa，衝洗氣來自另一吸附床順放氣或回流部分淨化氣或適量的惰性氣體。
在本發明的上述變壓吸附方法中，均壓升、均壓降次數為1～5次。
本發明的上述變壓吸附方法在吸附壓力大於0.3MPa時可採用至少一次均壓降+順向放壓步驟。
在本發明的上述變壓吸附方法中，吸附床通常裝填有20％～100％細孔矽膠，0～50％的活性炭，0～50％的活性氧化鋁(重量％)。
本發明與現有的活性炭變溫吸附法相比較，具有如下技術特點和效果一、本發明採用變壓吸附工藝，具有工藝流程簡單，自動化程度高的優點本發明裝置在5℃～60℃的溫度下操作，設備簡單，吸附床再生不需要外加熱源和冷源，整個淨化、回收循環過程採用PLC或DCS等自動化控制系統控制，全部實現自動化操作，裝置開停車十分方便。
二、本發明具有氯乙烯、乙炔淨化精度高、回收率高的優點本發明的淨化氣中氯乙烯含量低於36mg/m3，乙炔含量低於120mg/m3，達到國家環保排放標準，可直接放至大氣，逆放、抽空(或抽空+衝洗)氣中氯乙烯含量為20％～80％(體積％)作為產品氣，可直接返回至氯乙烯生產系統中回收、利用，對氯乙烯和乙炔回收率大於99.9％。
三、本發明具有吸附劑使用壽命長的優點本發明吸附劑使用期限為半永久性，正常使用條件下吸附劑無損耗，一般可使用約十年。
四、本發明具有投資省、運行成本低的優點本發明無溶劑和輔助材料消耗，電耗低，裝置運行維護費用低。
本發明適用於氯乙烯生產分餾尾氣或其它含有氯乙烯、乙炔的混合氣體的淨化、回收。
圖1為本發明的工藝流程示意圖之一。
圖2為本發明的工藝流程示意圖之二。
圖3為本發明的工藝流程示意圖之三。
圖4為本發明的工藝流程示意圖之四。
具體實施例方式實施例1本實施例聚氯乙烯生產分餾尾氣組成見表1。
表1 氯乙烯分餾尾氣組成(V％)
本發明的變壓吸附系統，由四個吸附床和一個逆放罐、一個真空罐、一臺真空泵以及相應的程控閥、管道連接而成，如圖1所示。
本系統運行時，由計算機按程序(依據表2時序)控制各程控閥，壓力為0.3MPa、溫度為5℃的氯乙烯分餾尾氣經控閥進入裝填有80％(重量％)細孔矽膠和20％(重量％)活性氧化鋁的複合吸附床，尾氣中的氯乙烯和乙炔被吸附劑吸附，N2等其它氣體從吸附床經程控閥排出界外放空。當吸附床在吸附步驟對氯乙烯吸附接近飽和時停止吸附，經程控閥和管道進行均壓降，順放，逆向放壓和抽空，抽空壓力為O.06MPa，抽空完成後開啟衝洗閥利用另一塔的順放氣對吸附床進行抽空+衝洗步驟，然後進入均壓升和最終升壓，至此完成一個吸附、再生周期，進入下一循環周期。
經此實施例淨化後淨化氣中C2H3Cl和C2H2含量分別小於36mg/m3和120mg/m3，達到環保排放標準，可直接排放至大氣；產品氣含C2H3Cl 30％～45％(體積％)、C2H28％～15％(體積％)，具有很高的回收效益，氯乙烯回收率為99.9％，可返回氯乙烯生產中間過程回收利用。
表2 實施例1變壓吸附工藝時序表
實施例2本實施例氣體組成見表3。溫度60℃、壓力0.6MPa的氣體進入由三個裝填有100％細孔矽膠的吸附床和一個逆放罐、一個真空罐、一臺真空泵以及相應的程控閥、管道連接而成的變壓吸附裝置系統(如圖2示)，對其中的氯乙烯、乙炔進行淨化回收。系統按照表4列出的時序運行，出口端得到C2H3Cl和C2H2含量分別小於36mg/m3和120mg/m3的淨化氣放空排放，含40％～50％(體積％)氯乙烯和10％～15％(體積％)乙炔的產品氣體返回氯乙烯廠利用。抽空壓力為0.03MPa。
表3 實施例2含氯乙烯尾氣組成(V％)
表4 實施例2 PSA工藝時序表
實施例3本實施例氣體組成見表5。
表5 實施例3含氯乙烯尾氣組成(V％)
本例中的變壓吸附裝置是由六個吸附床和一個逆放罐、一臺真空泵以及相應的程控閥、管道連接而成，如圖3所示。裝置按照表6的變壓吸附工藝時序運行。吸附床裝填100％的矽膠吸附劑。尾氣溫度30℃、壓力0.7MPa。本例採用了兩床同時吸附，二次均壓工藝，提高了逆放、抽空氣中C2H3Cl的純度和裝置處理能力。抽空壓力0.02MPa，產品氣中C2H3Cl含量可達70％(體積％)以上，有利於C2H3Cl的回收利用，裝置處理能力可達到2000Nm3/h以上。
表6 實施例3變壓吸附工藝時序表
實施例4本實施例含氯乙烯的混合氣體組成見表7。
表7 實施例4含氯乙烯尾氣組成(V％)
溫度25℃、壓力0.8MPa的含氯乙烯混合氣體進入本發明的，該系統由八個吸附床和一個逆放罐、一臺真空泵以及相應的程控閥、管道連接而成，如圖4示。吸附床裝填有50％矽膠和50％活性氧化鋁(重量％)，採用了三塔同時吸附，三次均壓工藝，提高了逆放、抽空氣中C2H3Cl的純度和裝置處理能力。抽空壓力0.015MPa，產品氣C2H3Cl含量可達75％(體積％)以上，有利於C2H3Cl的回收利用，裝置處理能力可達到3000Nm3/h以上。
權利要求
1.從混合氣中回收氯乙烯和乙炔的變壓吸附方法，其特徵是在至少二個吸附床按程序循環運行，在每一次運行中，各吸附床依次進行吸附步驟和解吸過程，吸附步驟吸附床裝填有5A分子篩、13X分子篩、活性炭、矽膠、活性氧化鋁中的至少一種吸附劑，吸附過程中混合氣體中所含氯乙烯、乙炔等強吸附組分被吸附並滯留於吸附床中，淨化氣排出系統並放空；解吸過程依次經歷至少一次均壓降或至少一次均壓降+順向放壓、逆放、抽空或抽空+衝洗獲富含氯乙烯和乙炔的氣體、至少一次均壓升、最終升壓步驟；吸附壓力大於0.1MPa，逆放終壓力0.1MPa～0.15MPa，抽空壓力為0.01MPa～0.06MPa，最終升壓完成時壓力與吸附壓力相同，順向放壓壓力為吸附壓力～0.2MPa，處理氣體的溫度在5℃～60℃以內。
2.根據權利要求1所述的變壓吸附方法，其特徵在於吸附床裝填20％～100％細孔矽膠，0～50％的活性炭，0～50％的活性氧化鋁。
3.根據權利要求1所述的變壓吸附方法，其特徵在於均壓升、均壓降步驟為1～5次。
4.根據權利要求1所述的變壓吸附方法，其特徵在於吸附床上運行的抽空+衝洗步驟中的衝洗氣來自另一吸附床的順放氣或回流部分淨化氣或其他惰性氣體。
全文摘要
從混合氣中回收氯乙烯和乙炔的變壓吸附方法，涉及混合氣中雜質氣的分離方法。旨在解決已有活性炭吸附法和膜分離法脫除氯乙烯和乙炔脫除率不高，在排放氣中氯乙烯含量超過國家環境保護排放標準汙染嚴重、能耗較大，運行成本較高，氯乙烯和乙炔回收率偏低的問題。本方法在至少二個裝填有吸附劑的吸附床的循環運行的變壓吸附系統中，吸附床的每次循環依次經歷吸附、至少一次均壓降或至少一次均壓降+順向放壓、逆向放壓、抽空或抽空+衝洗、至少一次均壓升、最終升壓步驟，在吸附步驟吸附劑吸附分離雜質氣並滯留在吸附床中，獲得淨化氣排出吸附床，在逆向放壓、抽空或抽空+衝洗步驟吸附劑解吸再生並將富含氯乙烯、乙炔的氣排出吸附床回收利用，上述吸附劑是活性炭、氧化鋁、矽膠、分子篩中的至少一種。本發明適用於從混合氣體中分離脫除並從解吸氣回收氯乙烯和乙炔，特別適用於氯乙烯生產廠氯乙烯尾氣淨化回收氯乙烯和乙炔。脫除氯乙烯和乙炔後，淨化氣中氯乙烯含量小於36mg/m
文檔編號C07C17/389GK1597053SQ20041004054
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月27日 優先權日2004年8月27日
發明者張劍鋒, 郜豫川, 張 傑 申請人:四川天一科技股份有限公司