一种高效变压吸附装置解吸气缓冲系统的制作方法

本发明涉及变压吸附气体分离技术领域，具体涉及一种高效变压吸附装置解吸气缓冲系统。

背景技术：

变压吸附(pressureswingadsorption，psa)技术是利用不同气体组分在吸附剂上的平衡吸附容量、吸附速率等吸附特性的差异以及吸附容量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变化实现吸附和解吸过程的交替进行，从而实现气体的分离或提纯，属于物理过程，在常温下即可实现。在变压吸附循环过程中，混合原料气从吸附塔底部进入吸附床，吸附能力相对较弱的组分在吸附过程从吸附塔顶部输出，而吸附能力较强的组分在低压解吸过程中从吸附塔底部输出；如果弱吸附组分是所需的产品，则吸附过程从吸附塔顶部高压输出的气体为产品气；如果强吸附组分是所需的产品，则低压解吸过程从吸附塔底部输出的气体为产品气。

变压吸附装置吸附剂的解吸方式有两种，一种是低压冲洗解吸，即吸附床在完成均压降、逆放等步骤后，使用一部分产品气或者均压降之后吸附塔内剩余的纯度较高的产品气对吸附床进行低压冲洗，使得吸附剂内的强吸附组分在低分压下解吸；另一种是抽真空解吸，即吸附床在完成均压降、逆放等步骤后，采用抽真空设备从吸附塔底部对吸附塔抽真空，使得吸附剂内的强吸附组分在低压下解吸。

对于冲洗解吸的变压吸附装置，解吸气系统一般配置逆放气缓冲罐和解吸气混合罐，即吸附塔顺向降压结束后，吸附塔逆向卸压即逆放，逆放气经逆放气混缓冲罐缓冲后经调节阀进入解吸气混合罐；逆放结束后从吸附塔底部输出的冲洗气直接进入解吸气混合罐，全部解吸气经解吸气混合缓冲后送出变压吸附装置；对于抽空再生的变压吸附装置，抽空气直接进入解吸气混合罐与逆放气混合或先经抽空气缓冲罐缓冲后再进入解吸气混合罐与逆放气混合。

尽管变压吸附装置的解吸气设置了逆放气缓冲罐(部分抽空装置设置抽空气缓冲罐)和解吸气混合罐，由于变压吸附装置的逆放气和冲洗气(或者抽空气)的压力和组成周期性变化的特点，使得出变压吸附装置的解吸气组分波动很大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种高效变压吸附装置解吸气缓冲系统，解决现有技术变压吸附装置因解吸过程的周期性变化带来的尾气组分波动大的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高效变压吸附装置解吸气缓冲系统，包括用于输送逆放气的逆放气输送管，用于输送冲洗气或抽空气的冲洗气/抽空气输送管，分别与逆放气输送管和冲洗气/抽空气输送管相连接用于汇集逆放气输送管内的逆放气和冲洗气/抽空气输送管内的冲洗气或抽空气的混合气输送管，解吸气混合罐，以及与变压吸附装置连接用于为变压吸附装置输送解吸气的解吸气外输管；

解吸气混合罐上设有出气管和进气机构，出气管的一端与解吸气外输管的自由端连接，出气管的另一端位于解吸气混合罐的内顶部，进气机构与混合气输送管的自由端连接，混合气输送管通过进气机构将混合气输送管内的气体分成至少两股分气流输送至解吸气混合罐内。

进一步地，还包括管道混合器，逆放气输送管和冲洗气/抽空气输送管分别与管道混合器连接，用于分别将逆放气输送管内的逆放气和冲洗气/抽空气输送管内的冲洗气或抽空气输送入管道混合器内进行均匀混合；混合气输送管与管道混合器连接，用于将管道混合器内混合均匀的混合气通过进气机构分成至少两股分气流输送至解吸气混合罐内。

进一步地，进气机构包括至少一根分别与混合气输送管自由端相连接并且呈竖直分布的进气总管，每一根进气总管上均连通有两根以上进气分管，所有进气分管的出气口均位于解吸气混合罐内。

进一步地，进气总管竖直分布于解吸气混合罐外侧，并且所有进气分管分别穿过解吸气混合罐的罐壁伸入至解吸气混合罐内；或者，进气总管竖直分布于解吸气混合罐的内壁处，所有进气分管均位于解吸气混合罐内。

进一步地，解吸气混合罐的轴心线和进气总管的轴心线共同所在的面分别与连接在该进气总管上所有进气分管的轴心线之间的夹角为0～90°，做为优选，解吸气混合罐的轴心线和进气总管的轴心线共同所在的面分别与所有进气分管的轴心线之间的夹角最好为45～90°。

进一步地，所有进气分管的长度相等，并且其长度l满足：0≤l＜1/2解吸气混合罐半径，当l＝0时，进气总管竖直分布于解吸气混合罐的内壁处，并且进气总管上分布有两个以上出气孔。

进一步地，还包括顺着气流方向依次设于逆放气输送管上的逆放气缓冲罐和流速调节阀，逆放气缓冲罐上设有分别与逆放气输送管连接的逆放气缓冲罐进气机构和逆放气缓冲罐出气管，逆放气缓冲罐出气管的一端与逆放气输送管连接，其另一端位于逆放气缓冲罐的内顶部，用于将逆放气缓冲罐内的逆放气输送至逆放气输送管的后段管内，逆放气缓冲罐进气机构与进气机构的结构相同，用于将逆放气输送管的前段管内逆放气分股输送至逆放气缓冲罐内。

进一步地，还包括设于解吸气外输管上的第一解吸气缓冲罐，第一解吸气缓冲罐上设有分别与解吸气外输管连接的第一解吸气缓冲罐进气机构和第一解吸气缓冲罐出气管，第一解吸气缓冲罐出气管的一端与解吸气外输管连接，其另一端位于第一解吸气缓冲罐的内顶部，用于将第一解吸气缓冲罐内的解吸气输送至解吸气外输管的后段管内，第一解吸气缓冲罐进气机构与进气机构的结构相同，用于将解吸气外输管的前段管内解吸气分股输送至第一解吸气缓冲罐内。

进一步地，还包括设于解吸气外输管上、并按气流方向位于第一解吸气缓冲罐后的第二解吸气缓冲罐，并且第二解吸气缓冲罐的结构与第一解吸气缓冲罐的结构相同。

具体地说，还包括设于解吸气外输管上的解吸气缓冲罐，解吸气缓冲罐上设有分别与解吸气外输管连接的解吸气缓冲罐进气机构和解吸气缓冲罐出气管，解吸气缓冲罐出气管的一端与解吸气外输管连接，其另一端位于解吸气缓冲罐的内顶部，用于将解吸气缓冲罐内的解吸气输送至解吸气外输管的后段管内，解吸气缓冲罐进气机构与进气机构的结构相同，用于将解吸气外输管的前段管内解吸气分股输送至解吸气缓冲罐内。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，解吸气通过时空转换的方式在解吸气罐内实现不同时段的气体主动自混合，从根本上改变了解吸气缓冲罐内仅靠气体本身的流动和扩散实现气体的被动混合模式，大幅提高了解吸气罐的效率。同时，通过设置不同的解吸气缓冲工艺以达到不同的混合效果，满足不同的工程需要。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明单级解吸气混合罐示意图。

图3为本发明两级缓冲调节示意图。

图4为本发明三级缓冲调节示意图。

图5为本发明四级缓冲调节示意图。

图6为本发明另一两级缓冲调节示意图。

图7为本发明解吸气罐内时空转换原理图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-逆放气输送管、2-冲洗气/抽空气输送管、3-管道混合器、4-解吸气混合罐、5-解吸气外输管、7-混合气输送管、8-出气管、9-进气总管、10-进气分管、11-逆放气缓冲罐、12-流速调节阀、13-逆放气缓冲罐出气管、14-逆放气缓冲罐进气机构、15-第一解吸气缓冲罐、16-第一解吸气缓冲罐进气机构、17-第一解吸气缓冲罐出气管、18-第二解吸气缓冲罐、19-解吸气缓冲罐、20-解吸气缓冲罐进气机构、21-解吸气缓冲罐出气管。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1所示，本发明第一种实施方式，提供一种高效变压吸附装置解吸气缓冲系统，包括用于输送逆放气的逆放气输送管1，用于输送冲洗气或抽空气的冲洗气/抽空气输送管2，分别与所述逆放气输送管1和所述冲洗气/抽空气输送管2相连接用于汇集所述逆放气输送管1内的逆放气和所述冲洗气/抽空气输送管2内的冲洗气或抽空气的混合气输送管7，解吸气混合罐4，以及与变压吸附装置连接用于为所述变压吸附装置输送解吸气的解吸气外输管5；所述解吸气混合罐4上设有进气机构和出气管8，所述出气管8的一端与所述解吸气外输管5的自由端连接，所述出气管8的另一端位于所述解吸气混合罐4的内顶部，所述进气机构与所述混合气输送管7的自由端连接，所述混合气输送管7通过所述进气机构将所述混合气输送管7内的气体分成至少两股分气流输送至所述所述解吸气混合罐4内。

本发明所述进气机构包括至少一根分别与所述混合气输送管7自由端相连接并且呈竖直分布的进气总管9，每一根所述进气总管9上均连通有两根以上进气分管10，所有所述进气分管10的出气口均位于所述解吸气混合罐4内。所述进气总管9竖直分布于所述解吸气混合罐4外侧，并且所有所述进气分管10分别穿过所述解吸气混合罐4的罐壁伸入至所述解吸气混合罐4内；或者，所述进气总管9竖直分布于所述解吸气混合罐4的内壁处，所有所述进气分管10均位于所述解吸气混合罐4内。

本发明所述解吸气混合罐4的轴心线和所述进气总管9的轴心线共同所在的面分别与连接在该进气总管上所有所述进气分管10的轴心线之间的夹角为0～90°，做为优选，所述解吸气混合罐4的轴心线和所述进气总管9的轴心线共同所在的面分别与所有所述进气分管10的轴心线之间的夹角为45～90°。所有所述进气分管10的长度相等，并且其长度l满足：0≤l＜1/2解吸气混合罐半径，当l＝0时，所述进气总管9竖直分布于所述解吸气混合罐4的内壁处，并且所述进气总管9上分布有两个以上出气孔。

本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，解吸气通过时空转换的方式在解吸气罐内实现不同时段的气体主动自混合，从根本上改变了解吸气缓冲罐内仅靠气体本身的流动和扩散实现气体的被动混合模式，大幅提高了解吸气罐的效率。同时，通过设置不同的解吸气缓冲工艺以达到不同的混合效果，满足不同的工程需要。

如图2所示，本发明第二种实施方式，在第一种实施方式的基础上，还包括管道混合器3，所述逆放气输送管1和所述冲洗气/抽空气输送管2分别与所述管道混合器3连接，用于分别将所述逆放气输送管1内的逆放气和所述冲洗气/抽空气输送管2内的冲洗气或抽空气输送入所述管道混合器3内进行均匀混合；所述混合气输送管7与所述管道混合器3连接，用于将所述管道混合器3内混合均匀的混合气通过所述进气机构分成至少两股分气流输送至所述所述解吸气混合罐4内。

如图3所示，本发明第三种实施方式，在第二种实施方式的基础上，还包括顺着气流方向依次设于所述逆放气输送管1上的逆放气缓冲罐11和流速调节阀12，所述逆放气缓冲罐11上设有分别与所述逆放气输送管1连接的逆放气缓冲罐进气机构14和逆放气缓冲罐出气管13，所述逆放气缓冲罐出气管13的一端与所述逆放气输送管1连接，其另一端位于所述逆放气缓冲罐11的内顶部，用于将所述逆放气缓冲罐11内的逆放气输送至所述逆放气输送管1的后段管内，所述逆放气缓冲罐进气机构14与所述进气机构的结构相同，用于将所述逆放气输送管1的前段管内逆放气分股输送至所述逆放气缓冲罐11内。

该实施方式中逆放气和冲洗气(或抽空气)在进入解吸气混合罐之前在管道混合器内混合，混合气分多股在解吸气混合罐的不同高度进入解吸气混合罐内；出气管的入口在解吸气混合罐的内顶部附近，经解吸气混合罐混合后的解吸气输出变压吸附装置。由于气体在管道内的流速远大于在罐体内上升的速度，因此，解吸气分几股进入解吸气混合罐后，相当于不同时刻的解吸气在解吸气混合罐的不同高度内混合，达到了时空转换的效果，从而解决了变压吸附装置解吸过程周期性变化带来的尾气组分波动大的问题；另外，逆放气也是分多股在不同的高度进入逆放气缓冲罐，逆放气缓冲罐出气管的入口在逆放气缓冲罐的内顶部附近，通过时空转换，使逆放过程不同时段的气体到达良好的混合后输出逆放气缓冲合罐。通过该两级缓冲系统，解吸气热值波动小于5％。

如图4所示，本发明第四种实施方式，在第三种实施方式的基础上，还包括设于所述解吸气外输管5上的第一解吸气缓冲罐15，所述第一解吸气缓冲罐15上设有分别与所述解吸气外输管5连接的第一解吸气缓冲罐进气机构16和第一解吸气缓冲罐出气管17，所述第一解吸气缓冲罐出气管17的一端与所述解吸气外输管5连接，其另一端位于所述第一解吸气缓冲罐15的内顶部，用于将所述第一解吸气缓冲罐15内的解吸气输送至所述解吸气外输管5的后段管内，所述第一解吸气缓冲罐进气机构16与所述进气机构的结构相同，用于将所述解吸气外输管5的前段管内解吸气分股输送至所述第一解吸气缓冲罐15内。

本实施方式中逆放气和冲洗气(或抽空气)在进入解吸气混合罐之前在管道混合器内混合，混合解吸气分多股在解吸气混合罐的不同高度进入混合罐内，经解吸气混合罐混合后的解吸气分多股进入第一解吸气缓冲罐缓冲后输出变压吸附装置，出气管和第一解吸气缓冲罐出气管的管道入口分别在解吸气混合罐和第一解吸气缓冲罐的内顶部附近。由于气体在管道内的流速远大于在罐体内上升的速度，因此，解吸气分几股在不同的高度进入解吸气混合罐和第一解吸气缓冲罐后，相当于不同时刻的解吸气在解吸气混合罐和第一解吸气缓冲罐的不同高度内混合，达到了时空转换的效果，从而解决了变压吸附装置的解吸过程周期性变化带来的尾气组分波动大的问题；另外，逆放气也是分多股在不同的高度进入逆放气缓冲罐，逆放气缓冲罐出气管的入口在逆放气缓冲罐的内顶部附近，通过时空转换，使逆放过程不同时刻的气体到达良好的混合后输出逆放气缓冲合罐。由于在解吸气混合罐后设置了第一解吸气缓冲罐，因此，适用于对解吸气组分波动要求非常严格的场合，解吸气热值波动小于3.5％。

如图5所示，本发明第五种实施方式，在第四种实施方式的基础上，还包括设于所述解吸气外输管5上、并按气流方向位于所述第一解吸气缓冲罐15后的第二解吸气缓冲罐18，并且所述第二解吸气缓冲罐18的结构与所述第一解吸气缓冲罐15的结构相同。

本实施方式中逆放气和冲洗气(或抽空气)在进入解吸气混合罐之前在管道混合器内混合，混合后的解吸气分多股在解吸气混合罐的不同高度进入解吸气混合罐内，经解吸气混合罐混合后的解吸气分多股进入第一解吸气缓冲罐，经第一解吸气缓冲罐缓冲后又分多股在不同的高度进入第二解吸气缓冲罐，然后输出变压吸附装置，出解吸气混合罐和第一、二解吸气缓冲罐的解吸气出气管道入口分别在解吸气混合罐和第一、二解吸气缓冲罐的内顶部附近。由于气体在管道内的流速远大于在罐体内上升的速度，因此，解吸气分几股进入解吸气混合罐和第一、二解吸气缓冲罐后，相当于不同时刻的解吸气在解吸气混合罐和第一、二解吸气缓冲罐的不同高度内混合，达到了时空转换的效果，从而解决了变压吸附装置的解吸过程周期性变化带来的尾气组分波动大的问题；另外，逆放气也是分多股在不同的高度进入逆放气缓冲罐，逆放气缓冲罐出气管的入口在逆放气缓冲罐的内顶部附近，通过时空转换，使逆放过程不同时刻的气体到达良好的混合后输出逆放气缓冲合罐。由于设置了两台解吸气缓冲罐，因此，解吸气的组分波动更小，适用于对解吸气组分波动要求特别严格的场合，解吸气热值波动小于2％。

如图6所示，本发明第六种实施方式，在第二种实施方式的基础上，还包括设于所述解吸气外输管5上的解吸气缓冲罐19，所述解吸气缓冲罐19上设有分别与所述解吸气外输管5连接的解吸气缓冲罐进气机构20和解吸气缓冲罐出气管21，所述解吸气缓冲罐出气管21的一端与所述解吸气外输管5连接，其另一端位于所述解吸气缓冲罐19的内顶部，用于将所述解吸气缓冲罐19内的解吸气输送至所述解吸气外输管5的后段管内，所述解吸气缓冲罐进气机构20与所述进气机构的结构相同，用于将所述解吸气外输管5的前段管内解吸气分股输送至所述解吸气缓冲罐19内。

本实施方式中逆放气和冲洗气(或抽空气)在进入解吸气混合罐之前在管道混合器内混合，混合后的解吸气分多股在解吸气混合罐的不同高度进入解吸气混合罐内，经解吸气混合罐混合后的解吸气分多股在不同的高度进入解吸气缓冲罐后输出变压吸附装置，出气管和解吸气缓冲罐出气管的管道入口分别在解吸气混合罐和解吸气缓冲罐的内顶部附近。由于气体在管道内的流速远大于在罐体内上升的速度，因此，解吸气分几股进入解吸气混合罐和解吸气缓冲罐后，相当于不同时刻的解吸气在解吸气混合罐和解吸气缓冲罐的不同高度内混合，达到了时空转换的效果，从而解决了变压吸附装置的解吸过程周期性变化带来的尾气组分波动大的问题。由于没有设置逆放气缓冲罐，因此，适用于逆放气不经缓冲罐进入解吸气混合罐的变压吸附装置，解吸气热值波动小于3.8％。

本发明利用解吸气罐内气体的时空转换原理与解吸系统的优化配置达到发明目的。

如图7所示，以一个解吸气罐内气体的混合过程描述解吸气在解吸罐内的时空转换原理：

解吸气管道进入解吸气罐内后弯向上方，在不同的高度有a、b、c三个支管，三个支管的流量相同，设计算参数为：支管a、b、c的间距均为8m，解吸气罐体直径d与解吸气管道直径d的比值为6，即罐体与管道的截面积之比为36；解吸气在支管a以下的管道内的流速为12m/s，则管道内从支管a到支管b处的气体流速为8m/s,从支管b到支管c处的气体流速为4m/s,而在解吸气罐体内气体从支管a所在平面到支管b所在平面的平均流速为4/36＝0.11m/s，气体从支管b所在平面到支管c所在平面的平均流速为8/36＝0.22m/s。

因此，从支管a进入解吸气罐内的气体与从支管b进入解吸气罐内的气体相遇的时间差为：

△t＝8/0.11-8/8＝71.7s

从支管a进入解吸气罐内的气体与从支管c进入解吸气罐内的气体相遇的时间差为：

△t＝16/0.11-8/8-8/4＝142.5s

从支管b进入解吸气罐内的气体与从支管c进入解吸气罐内的气体相遇的时间差为：

△t＝8/0.11-8/4＝70.7s

通过设置多个支管，可以实现不同高度支管进入解吸气缓冲罐内的气体相遇的时间差从几秒到几分钟，变压吸附装置解吸气的组分的变化周期一般在30～90s，即解吸气罐内不同高度支管处相遇的气体是不同的解吸时段，而不同解吸时段的解吸气组成是变化的，从而实现不同解吸时段的解吸气在解吸气缓冲罐内的主动式自混合模式，从根本上改变了解吸气缓冲罐内仅靠气体本身的流通和扩散实现气体的被动混合模式。

本发明公开了一种高效变压吸附装置解吸气缓冲系统，该系统采用逆放气和冲洗气(或抽空气)混合后分多股在不同高度进入解吸气混合罐及解吸气缓冲罐的方法，利用气体在管道内的流速远大于其在罐体内的上升速度，实现解吸气在时间和空间的转换，从而实现了不同时段的解吸气在罐体的不同高度上混合，解决了变压吸附装置因解吸过程的周期性变化带来的尾气组分波动大的问题。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。