變壓吸附空分制氮方法

2023-04-27 06:00:11 2

專利名稱：變壓吸附空分制氮方法
技術領域：
本發明涉及化工領域變壓吸附空氣分離技術，具體的說，是涉及在變壓吸附空分制氮中通過採用順放和抽空流程的變壓吸附空分制氮的新方法。
背景技術：
由同一申請人申請的、專利號為ZL00113066.8、發明名稱為變壓吸附氣體分離方法和裝置的發明專利公開了一種多塔變壓吸附氣體分離裝置和方法，每個吸附塔在一次循環依次經歷吸附、多次壓力均衡降、順放或逆向放壓、抽真空、多次壓力均衡升、終充等步驟；各個吸附塔的抽空步驟又分為幾個階段；抽空步驟連續並有部份重疊，按同一時刻處於抽空狀態的塔的數量將吸附塔分為該數量的組，每組內抽空不連續。
上述專利沒有公開任何一種製備具體氣體的方法。
而屬於變壓吸附空氣分離技術的現有的變壓吸附空氣分離製取氮氣裝置均採用吸附，均壓降，逆向放壓(或有抽空)、均壓升，充壓步驟；其中大量的解吸氣通過逆向放壓和抽空步驟排出吸附床；由於吸附和逆向放壓2個氣流量最大步驟的氣流方向是相向的，容易造成吸附劑在吸附床中移動，因此必須採用專門的壓緊裝置將吸附劑壓緊；法蘭式或其它方式的吸附劑壓緊裝置對吸附塔直徑2000mm以上的吸附塔製造成本高，工程上不易實施。所以目前變壓吸附空氣分離製取氮氣的裝置規模基本都在單套1000Nm3/h以內；通常變壓吸附空分制氮裝置的吸附周期均在60～90秒，氣流方向的改變非常頻繁，同時氣體在某些步驟的流速較大；如果吸附劑在吸附床內移動將造成吸附劑互相摩擦粉化，進而造成產品純度下降、收得率下降；嚴重時造成閥門、管道堵塞形成安全隱患。
技術內容本發明的發明目的是旨在克服上述現有技術缺陷，提供一種採用了順放和抽空流程的變壓吸附空氣分離製取氮氣的方法，在大型化變壓吸附空分制氮裝置上不需採用特殊吸附劑壓緊裝置就能避免吸附劑浮動、粉化的方法；採用該方法的設備成本低且易於大型化。
本發明通過以下技術解決方案得以實現其發明目的本發明所述變壓吸附空氣分離製取氮氣的方法應用在至少二個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附床的變壓吸附系統中，吸附床的每次運行包括吸附、均壓降、順向放壓、吸附床氮氣出口端抽空、均壓升、充壓步驟；採用了順向放壓步驟和吸附床氮氣出口端的抽空，使在整個吸附過程中通過吸附床的氣流方向一致；以上步驟循環運行。
壓縮空氣在0.1～2.0Mpa由上自下進入裝填有碳分子篩的吸附床，氧被碳分子篩選擇性吸附，從吸附床下端獲得產品氮氣；完成吸附步驟，吸附完成後開啟吸附床下端與另一吸附床連接管道上的程控閥，使氣體由吸附床下端進入另一吸附床進行均壓降步驟；吸附床完成均壓降步驟後，進行順向放壓步驟，開啟連接吸附床下端的程控閥通過管道和消聲器後將氣體放入大氣，採用真空泵對順向放壓後的吸附床進行抽空，真空壓力控制在0～-0.09Mpa範圍內；抽空完成後由另一吸附床均壓降的氣體進入吸附床進行均壓升；利用壓縮空氣從吸附床上端或同時利用產品氮氣從吸附床下端對吸附床進行充壓至吸附壓力。
上述均壓降步驟開啟吸附床下端與另一吸附床上端連接管道上的程控閥，使氣體由吸附床下端進入另一吸附床的上端進行均壓降；或開啟吸附床下端與另一吸附床下端連接管道上的程控閥，使氣體從吸附床下端進入另一吸附床的下端進行均壓降。
本發明與現有變壓吸附空分制氮法相比較，具有如下明顯特點。
本發明採用了順向放壓步驟代替通常變壓吸附空分制氮的逆放步驟，首先使在整個變壓吸附工藝過程包括吸附和解吸中通過吸附床的氣流方向一致並均為由上至下，使吸附床中吸附劑的運動趨勢更加緊密，從而實現防止吸附劑鬆動粉化的目的；其次是本發明的方法在較大規模的變壓吸附空分制氮裝置上，可代替法蘭盤式或其他吸附劑壓緊裝置從而大大節約裝置的成本；並使大型化變壓吸附空分制氮更容易實施；第三是安全性可靠性提高。


圖1是本發明的工藝流程圖；圖2是本發明的工藝流程圖；圖3是本發明的工藝流程圖；圖4是本發明的工藝流程圖；下面結合本發明的具體實施方式
對本發明作進一步說明具體實施方式
實施例1利用本發明順放流程的1個變壓吸附空分制氮裝置，其工藝流程如圖1所示本發明的變壓吸附空分制氮裝置由2個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附塔和1個壓縮空氣緩衝罐和1個產品氮氣緩衝罐1個真空罐以及相應的管道和程控閥和真空泵構成。經冷幹機脫水後1.5Mpa的壓縮空氣進入本裝置，壓縮空氣經空氣緩衝罐後通過程控閥KVA-1從上至下進入吸附床，空氣中的氧被吸附床中裝填的碳分子篩吸附，產品氮氣從吸附床下端經程控閥KVA-2和管道進入產品氮氣緩衝罐後輸出裝置。吸附到一定時間後關閉KVA-1、KVA-2程控閥完成吸附步驟，開啟KVA-4程控閥進行均壓步驟均壓終的壓力為0.73Mpa，均壓步驟完成後關閉程控閥KVA-4，開啟程控閥KVA-3進行順放步驟順放終的壓力為0.05Mpa～0.0Mpa，順放步驟的氣體經消音器後放入大氣，順放步驟完成後關閉程控閥KVA-3，開啟程控閥KVA-5對吸附床進行抽空抽空步驟完成後關閉程控閥KVA-5，開啟KVB-4程控閥對吸附床進行均壓升均壓升完成後關閉程控閥KVB-4，然後開啟程控閥KVA-1和程控閥KVA-2程控閥利用壓縮空氣和產品氣緩衝罐中的氮氣對吸附床進行充壓步驟。由此完成一次循環，兩個吸附床交替進行上述的循環過程。即可連續得到產品氮氣。產品氮氣的純度在80％～99.9％範圍內。
實施例2利用本發明順放流程的1個變壓吸附空分制氮裝置，其工藝流程如圖2所示本發明的變壓吸附空分制氮裝置由2個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附塔和1個壓縮空氣緩衝罐和1個產品氮氣緩衝罐1個真空罐以及相應的管道和程控閥和真空泵構成。經冷幹機脫水後1.0Mpa的壓縮空氣進入本裝置，壓縮空氣經空氣緩衝罐後通過程控閥KVA-1從上至下進入吸附床，空氣中的氧被吸附床中裝填的碳分子篩吸附，產品氮氣從吸附床下端經程控閥KVA-2和管道進入產品氮氣緩衝罐後輸出裝置。吸附到一定時間後關閉KVA-1、KVA-2程控閥完成吸附步驟，開啟KVA-4程控閥進行均壓步驟均壓終的壓力為0.5Mpa，均壓步驟完成後關閉程控閥KVA-4，開啟程控閥KVA-3進行順放步驟順放終的壓力為0.05Mpa～0.0Mpa，順放步驟的氣體經消音器後放入大氣，順放步驟完成後關閉程控閥KVA-3，開啟程控閥KVA-5對吸附床進行抽空抽空步驟完成後關閉程控閥KVA-5，開啟KVB-4程控閥對吸附床進行均壓升均壓升完成後關閉程控閥KVB-4，然後開啟程控閥KVA-1利用壓縮空氣對吸附床進行充壓步驟。由此完成一次循環，兩個吸附床交替進行上述的循環過程。即可連續得到產品氮氣。產品氮氣的純度在80％～99.9％範圍內。
實施例3利用本發明順放流程的1個變壓吸附空分制氮裝置，其工藝流程如圖3所示本發明的變壓吸附空分制氮裝置由2個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附塔和1個壓縮空氣緩衝罐和1個產品氮氣緩衝罐1個真空罐以及相應的管道和程控閥和真空泵構成。經冷幹機脫水後0.6Mpa的壓縮空氣進入本裝置，壓縮空氣經空氣緩衝罐後通過程控閥KVA-1從上至下進入吸附床，空氣中的氧被吸附床中裝填的碳分子篩吸附，產品氮氣從吸附床下端經程控閥KVA-2和管道進入產品氮氣緩衝罐後輸出裝置。吸附到一定時間後關閉KVA-1、KVA-2程控閥完成吸附步驟，開啟KV-4程控閥進行均壓步驟均壓終的壓力為0.28Mpa，均壓步驟完成後關閉程控閥KV-4，開啟程控閥KVA-3進行順放步驟順放終的壓力為0.05Mpa～0.0Mpa，順放步驟的氣體經消音器後放入大氣，順放步驟完成後關閉程控閥KVA-3，開啟程控閥KVA-5對吸附床進行抽空抽空步驟完成後關閉程控閥KVA-5，開啟KV-4程控閥對吸附床進行均壓升均壓升完成後關閉程控閥KV-4，然後開啟程控閥KVA-1和程控閥KVA-2程控閥利用壓縮空氣和產品氣緩衝罐中的氮氣對吸附床進行充壓步驟。由此完成一次循環，兩個吸附床交替進行上述的循環過程。即可連續得到產品氮氣。產品氮氣的純度在80％～99.9％範圍內。
實施例4利用本發明順放流程的1個變壓吸附空分制氮裝置，其工藝流程如圖4所示本發明的變壓吸附空分制氮裝置由2個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附塔和1個壓縮空氣緩衝罐和1個產品氮氣緩衝罐1個真空罐以及相應的管道和程控閥和真空泵構成。經冷幹機脫水後0.2Mpa的壓縮空氣進入本裝置，壓縮空氣經空氣緩衝罐後通過程控閥KVA-1從上至下進入吸附床，空氣中的氧被吸附床中裝填的碳分子篩吸附，產品氮氣從吸附床下端經程控閥KVA-2和管道進入產品氮氣緩衝罐後輸出裝置。吸附到一定時間後關閉KVA-1、KVA-2程控閥完成吸附步驟，開啟KV-4程控閥進行均壓步驟均壓終的壓力為0.075Mpa，均壓步驟完成後關閉程控閥KV-4，開啟程控閥KVA-3進行順放步驟順放終的壓力為0.05Mpa～0.0Mpa，順放步驟的氣體經消音器後放入大氣，順放步驟完成後關閉程控閥KVA-3，開啟程控閥KVA-5對吸附床進行抽空抽空步驟完成後關閉程控閥KVA-5，開啟KV-4程控閥對吸附床進行均壓升均壓升完成後關閉程控閥KV-4，然後開啟程控閥KVA-1利用壓縮空氣對吸附床進行充壓步驟。由此完成一次循環，兩個吸附床交替進行上述的循環過程。即可連續得到產品氮氣。產品氮氣的純度在80％～99.9％範圍內。
權利要求
1.一種變壓吸附空分制氮的方法，其特徵在於該方法應用在至少二個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附床的變壓吸附系統中，吸附床的每次運行包括吸附、均壓降、順向放壓、抽空、均壓升、充壓步驟；通過順向放壓步驟和在吸附床氮氣出口端抽空使在吸附、解吸過程中通過吸附床的氣流方向一致，以上步驟循環運行。
2.根據權利要求1所述變壓吸附空分制氮的方法，其特徵在於壓縮空氣在0.1～2.0Mpa由上自下進入裝填有碳分子篩的吸附床，從吸附床下端獲得產品氮氣，完成吸附步驟。
3.根據權利要求1所述變壓吸附空分制氮的方法，其特徵在於吸附完成後開啟吸附床下端與另一吸附床連接管道上的程控閥，使氣體由吸附床下端進入另一吸附床進行均壓降步驟。
4.根據權利要求1所述變壓吸附空分制氮的方法，其特徵在於所述順向放壓步驟，開啟吸附床下端的程控閥通過管道和消聲器後將氣體放入大氣，使在整個吸附過程中通過吸附床的氣流方向一致，順向放壓壓力為0.05～0Mpa。
5.根據權利要求1所述變壓吸附空分制氮的方法，其特徵在於採用真空泵對順向放壓後的吸附床進行抽空，真空壓力控制在0～-0.09Mpa範圍內。
6.根據權利要求1所述變壓吸附空分制氮的方法，其特徵在於抽空完成後由另一吸附床均壓降的氣體進入吸附床進行均壓升。
7.根據權利要求1所述變壓吸附空分制氮的方法，其特徵在於利用壓縮空氣從吸附床上端或同時利用產品氮氣從吸附床下端對吸附床進行充壓至吸附壓力。
8.根據權利要求1所述變壓吸附空分制氮的方法，其特徵在於壓縮空氣進口在吸附床上端，產品氮氣出口在吸附床下端，吸附步驟和均壓降和順向放壓步驟氣流方向均由上至下。
9.根據權利要求1或3所述變壓吸附空分制氮的方法，其特徵在於上述均壓降步驟開啟吸附床下端與另一吸附床上端連接管道上的程控閥，使氣體由吸附床下端進入另一吸附床的上端進行均壓降；
10.根據權利要求1或3所述變壓吸附空分制氮的方法，其特徵在於或開啟吸附床下端與另一吸附床下端連接管道上的程控閥，使氣體從吸附床下端進入另一吸附床的下端進行均壓降。
全文摘要
本發明的從空氣中通過變壓吸附製取氮氣的方法，涉及變壓吸附空氣分離製取氮氣的工藝流程。主要解決了現有變壓吸附空氣分離製取氨氣技術在裝置大型化後吸附劑容易鬆動、粉化的問題；本方法在至少二個裝填有碳分子篩吸附劑的吸附床的變壓吸附系統中，系統按照程序循環運行，吸附床的每次循環運行經歷吸附、均壓降、順向放壓、抽空、均壓升和充壓步驟。由於採用了順向放壓步驟和在吸附床出口端的抽空工藝，在整個吸附工藝過程中通過吸附床的氣流方向均為由上至下使吸附劑趨向更緊密，避免反向氣流激蕩使吸附劑鬆動和沸騰造成吸附劑磨損粉化，克服了大型變壓吸附制氮裝置吸附劑壓緊裝置的實施困難。
文檔編號B01D53/047GK1631489SQ20041008128
公開日2005年6月29日 申請日期2004年11月22日 優先權日2004年11月22日
發明者張劍鋒, 郜豫川, 曾斌, 楊雲 申請人:四川天一科技股份有限公司