移動床變壓吸附氣體分離裝置的製作方法

2023-04-23 01:40:26

專利名稱：移動床變壓吸附氣體分離裝置的製作方法
技術領域：
本發明是一種移動床變壓吸附氣體分離裝置，用於富氧燃燒或其他富氧和純氧應用行業，也可用於其它氣體分離提純工業，屬氣體分離提純、富氧和純氧應用技術領域。
背景技術：
目前製取富氧空氣主要有三種方法深冷法、膜分離法和變壓吸附法。深冷法原理為低溫精餾，把空氣壓縮、冷卻、液化，利用不同氣體沸點的差異進行精餾使氮氧氣體分離。該方法是林德教授1902年發明的，是大規模製氧的傳統工藝也是目前大規模工業制氧的主要方法，我國制氧量的80%是由該方法完成的。特點是氣體純度高制氣規模大，但壓縮冷卻耗能大投資大，開機複雜。膜分離制氧技術是依靠不同氣體在膜中溶解和擴散係數的差異來實現氣體分離。 當空氣在一定的驅動力(膜兩側的壓力差)作用下，滲透速率快的氧氣透過膜後，在膜的滲透側被富集，滲透率相對低的氮氣分子被滯留在膜的滯留側從而達到空氣中氧氣和氮氣分離的目的。膜材料通常為高分子聚合纖維濾層，目前主要問題是膜透氣阻力大因而系統能耗高，同時制氧濃度有限。變壓吸附氣體分離技術是上世紀六十年代發展起來的，由美國聯合碳化物公司(UCC)首次實現變壓吸附四床工藝技術的工業化。該技術是依靠分子篩對特定氣體選擇性吸附並隨著壓力變化實現吸附和再生的，因而再生速度快、能耗低，隨著吸附劑技術的發展近年來發展非常迅速。單個固定吸附塔操作，由於吸附劑需要解吸再生，吸附都是間歇式的。因此變壓吸附裝置至少由兩個甚至多達數十個吸附塔並聯組成，使吸附床的吸附和解吸再生交替進行，典型的四塔變壓吸附氣體分離裝置結構組成見附圖I。由於需要多個吸附塔之間頻繁切換輪流工作使得變壓吸附裝置產能有限，耗能增加，佔地面積大，系統複雜。目前窯爐多使用的是氧濃度為21%的空氣，其中含78%不參與燃燒的氮氣帶走大量燃燒熱能，降低燃燒溫度，更重要的是由於助燃空氣量大和煙氣量大使窯爐系統設備放大而增加投資，另一方面由於大量氮氣進入燃燒區而增加了氧化氮的排放量，也因氧氣濃度不足增加了二氧化硫的排放。實現工業窯爐富氧燃燒，需要制氧規模大，運行能耗低、運行簡單的富氧制氣技術。

發明內容
本發明提出的是一種移動床變壓吸附氣體分離裝置，所屬移動床是針對現有變壓吸附氣體分離裝置的吸附塔內的吸附劑是不移動(稱固定床)而言，旨在克服後者所存在的上述缺陷，具有能耗低，吸附劑用量小，單機產氣量大等優點，很適合如水泥窯、工業鍋爐等大規模工業富氧燃燒。本發明的技術解決方案其特徵是包括吸附塔和解析塔，解析塔串聯於吸附塔之上，吸附塔和解析塔進出料口均有鎖風器，以維持吸附塔和解析塔所需要的不同工作壓力；吸附塔出料鎖風器與解析塔進料鎖風器間通過提升裝置相接，工作時，吸附塔和解析塔內吸附劑以整體流方式自上而下移動，通過提升裝置形成吸附劑在吸附塔和解吸塔連續移動並循環；在吸附塔內由於新鮮吸附劑的連續移入和已飽和吸附劑連續移出，使原料氣被連續分離提純，同樣已飽和吸附劑在解吸塔被連續減壓或/和衝洗再生，實現連續穩定產生
產品氣。本發明的優點在吸附塔內，吸附劑以整體流方式自上而下連續移動，原料氣以逆流方式穿過吸附塔內的吸附劑層，同時吸附劑在解吸塔內以同樣方式被連續減壓或/和衝洗再生後循環進入吸附塔，因此在吸附塔內由於新鮮吸附劑的連續補充和已飽和吸附劑的連續移出，使原料氣提純分離過程連續進行，實現連續穩定產生產品氣。避免了現有變壓吸附氣體分離裝置頻繁切換吸附塔弊病，進而降低運行能耗，增加產氣量，同時具有吸附劑用量小，投資低等優點。很適合如水泥窯、工業鍋爐等富氧燃燒和富氧、純氧應用領域，也可用於其它氣體分離提純工業。



附圖I是典型的四塔變壓吸附氣體分離裝置結構組成示意圖。附圖2移動床變壓吸附氣體分離裝置結構示意圖。圖中I是吸附塔，2是吸附劑，3是吸附塔椎體透氣層，4是原料氣進口，5吸附塔出料鎖風器，6是產品氣出口，7是吸附塔壓力調節閥，8是鼓風機，9是旁路閥門，10是提升裝置，11是解析塔進料鎖風器，12是解析塔，13是解吸塔椎體透氣層，14是衝洗氣進口，15是吸附塔進料鎖風器，16是廢氣排放口，17是排風機，18是解析塔壓力調節閥。
具體實施例方式對照附圖2，其結構包括吸附塔I和解析塔12，解析塔12串聯於吸附塔I之上，並設有解析塔進料鎖風器11、吸附塔進料鎖風器15和吸附塔出料鎖風器5，以維持吸附塔和解析塔所需要的不同工作壓力。吸附塔出料鎖風器5與解析塔進料鎖風器11間通過提升裝置10相接，所述的提升裝置10可以是機械提升機或氣力輸送泵，用於將來自吸附塔卸出的已飽和吸附劑送入解析塔。工作時，吸附塔和解析塔內劑以整體流方式自上而下移動，通過提升裝置10形成吸附劑在吸附塔和解吸塔連續移動並循環。在吸附塔內由於新鮮吸附劑的連續補充和已飽和吸附劑的連續移出，使原料氣被連續分離提純；同樣，吸附劑在解吸塔被連續減壓或/和衝洗再生，實現連續穩定產生產品氣。所述的吸附塔I內，吸附劑自上而下連續移動，新鮮吸附劑的連續補充和已飽和吸附劑連續移出，使原料氣被連續分離提純；區別於現有變壓吸附氣體分離裝置的吸附塔中的吸附劑是不移動的(稱固定床)，因而吸附和解吸過程是間斷交替進行的。所述的提升裝置10可以採用機械輸送機或氣力輸送裝置，此氣力輸送裝置可設計成同時具有對吸附劑解析功能，因而可取消解吸塔12。所述的吸附塔I的底部設吸附塔椎體透氣層3和原料氣進口 4，吸附塔椎體透氣層3和原料氣進口 4相接，吸附塔I通過產品氣出口 6和吸附塔壓力調節閥7相連，來自鼓風機8的高壓原料氣經進口 4，通過吸附塔椎體透氣層3均勻逆流穿過吸附劑層，並維持吸附劑對原料氣特定成分吸附所需的高壓力，調節調節閥7可以控制吸附塔壓力。
來自鼓風機8的原料氣也可以通過旁路閥門9直接混入產品氣以調節產品氣濃度。所述的解析塔12的底部設有解析塔椎體透氣層13和衝洗氣進口 14，解析塔椎體透氣層13和衝洗氣進口 14相接，解析塔12通過廢氣排放口 16和排風機17相連，衝洗氣通過解析塔椎體透氣層13均勻逆流穿過吸附劑層。通過調節解析塔壓力調節閥18開度可維持解吸塔負壓或常壓，以保證對吸附劑有效的減壓或/和衝洗解吸再生，當強調負壓解吸效果時可減少或不用衝洗氣。通過優化吸附塔和解析塔錐體角度和透氣層結構設計使吸附劑在塔內形成整體流以達到吸附劑吸附和解吸均勻的目的。原料氣和/或衝洗氣以逆流方式分別穿過吸附塔和解析塔的吸附劑層，使原料氣在吸附塔內被連續分離提純和已飽和吸附劑在解吸塔內被連續減壓和/或衝洗解吸再生， 從而連續穩定地產生產品氣。
權利要求
1.移動床變壓吸附氣體分離裝置，其特徵是包括吸附塔和解析塔，解析塔串聯於吸附塔之上，吸附塔和解析塔進出料口均有鎖風器，以維持吸附塔和解析塔所需要的不同工作壓力；吸附塔出料鎖風器與解析塔進料鎖風器間通過提升裝置相接；工作時，吸附塔和解析塔內吸附劑自上而下移動，通過提升裝置形成吸附劑在吸附塔和解吸塔連續移動並循環；在吸附塔內由於新鮮吸附劑的連續移入和已飽和吸附劑的連續移出，使原料氣被連續分離提純，同樣已飽和吸附劑在解吸塔被連續減壓或/和衝洗再生，實現連續穩定產生產品氣。
2.根據權利要求I所述的移動床變壓吸附氣體分離裝置，其特徵是所述的吸附塔內吸附劑自上而下連續移動，形成新鮮吸附劑的連續補充和已飽和吸附劑的連續移出，實現原料氣被連續分離提純；區別於現有變壓吸附氣體分離裝置的吸附塔內的吸附劑是不移動，因而就單一吸附塔而言吸附和解吸過程是間斷交替進行的。
3.根據權利要求I所述的移動床變壓吸附氣體分離裝置，其特徵是提升裝置採用氣力輸送裝置，此氣力輸送裝置可同時設計成具有對吸附劑解析功能，因而可取消解吸塔。
全文摘要
本發明是移動床變壓吸附氣體分離裝置，其特徵是包括吸附塔和解析塔，解析塔串聯於吸附塔之上，吸附塔和解析塔進出料口均有鎖風器，以維持吸附塔和解析塔所需要的不同工作壓力；吸附塔出料鎖風器與解析塔進料鎖風器間通過提升裝置相接，工作時吸附塔和解析塔內吸附劑以整體流方式自上而下移動，通過提升裝置形成吸附劑在吸附塔和解吸塔連續移動並循環。優點在吸附塔內由於新鮮吸附劑的連續移入和已飽和吸附劑的連續移出，使原料氣被連續分離提純，同樣已飽和吸附劑在解吸塔被連續減壓或/和衝洗再生，實現連續穩定產生產品氣。避免了現有變壓吸附氣體分離裝置頻繁切換吸附塔弊病，降低運行能耗，增加產氣量，同時具有吸附劑用量小，投資低等優點。
文檔編號B01D53/08GK102755811SQ20121027291
公開日2012年10月31日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者孔學標, 羅義佳 申請人:南京聖火水泥新技術工程有限公司