一种快周期变温吸附装置及变温吸附方法与流程

1.本发明涉及工业气体净化领域，具体而言，涉及一种快周期变温吸附装置及变温吸附方法。


背景技术：

2.变温吸附是利用吸附剂的平衡吸附量随温度升高而降低的特性，采用常温吸附、升温脱附的操作方法，除吸附和脱附外，整个变温吸附操作中还包括对脱附后的吸附剂进行冷却等辅助环节。
3.目前的变温吸附工艺普遍采用长周期操作方式，装填量较大，热能利用不够充分，操作周期一般受限因素为冷吹降温不足。
4.鉴于此，提出本技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种快周期变温吸附装置及变温吸附方法，旨在工艺缩短周期，降低装置投资成本，提高热量利用率。
6.本发明的实施例可以这样实现：
7.第一方面，本发明提供一种快周期变温吸附装置，包括多个吸附塔，每个吸附塔在一个工作周期内依次经历吸附状态、加热再生状态、初冷吹状态和终冷吹状态；
8.每个吸附塔上均设置有原料气进料管路和与原料气进料管路相对应的产品气输出管线，以在吸附塔处于吸附状态时对原料气进行纯化；
9.每个吸附塔上均设置有加热气输入管路和与加热气输入管路相对应的加热气输出管路，以通过加热气对吸附塔内的吸附剂进行加热再生；
10.每个吸附塔上均设置有冷吹气进料管线，以利用冷吹气对吸附塔进行终冷吹；每个吸附塔上还设置有与其他的吸附塔连通的冷吹气连通管路，以将处于终冷吹状态的吸附塔输出的冷吹气输送至处于初冷吹状态的吸附塔中。
11.在可选的实施方式中，还包括再生气冷却器和再生气分离器，再生气冷却器的进料口与每一个吸附塔上的加热气输出管路连通，再生气冷却器的出料口与再生气分离器的进料口连通。
12.在可选的实施方式中，还包括原料气输送总管，每个吸附塔上的原料气进料管路的进口均与原料气输送总管连通，再生气分离器的顶部气体出口与原料气输送总管连通。
13.在可选的实施方式中，每个吸附塔上的冷吹气进料管线的进口均与原料气输送总管连通。
14.在可选的实施方式中，还包括加热器，每个吸附塔上还设置有与冷吹气连通管路相对应的冷吹气输出管路，冷吹气输出管路的出口与加热器的进口连通，加热器的出口与每个吸附塔上的加热气输入管路连通。
15.在可选的实施方式中，每个吸附塔上的原料气进料管路、产品气输出管线、加热气
输入管路、加热气输出管路、冷吹气进料管线、冷吹气连通管路和冷吹气输出管路上均设置有调节开关的控制阀。
16.在可选的实施方式中，吸附塔为4个。
17.在可选的实施方式中，还包括产品冷却器，每个吸附塔上的产品气输出管线均与冷却器的进口连通。
18.第二方面，本发明提供一种变温吸附方法，利用前述实施方式中任一项的快周期变温吸附装置，包括如下步骤：将每个吸附塔在一个周期中依次经历吸附状态、加热再生状态、初冷吹状态和终冷吹状态；
19.当吸附塔处于吸附状态时，通过原料气进料管路将原料气通入吸附塔中进行吸附，通过产品气输出管线将产品气输出；
20.当吸附塔处于加热再生状态时，通过加热气输入管路向吸附塔中输入加热气，以对吸附塔中的吸附剂进行再生；
21.当吸附塔处于初冷吹状态时，通过冷吹气连通管路将处于终冷吹状态的吸附塔中输出的气体通入，当吸附塔处于终冷吹状态时，通过冷吹气进料管线输入冷吹气，以对吸附塔中的吸附剂进行降温。
22.在可选的实施方式中，处于加热再生状态的吸附塔出口的终了温度为90
‑
120℃；优选地，处于初冷吹状态的吸附塔出口的终了温度为80
‑
100℃；优选地，处于终冷吹状态的吸附塔出口的终了温度比原料气温度高10
‑
20℃；优选地，再生气加热器的操作温度为250
‑
300℃。
23.本发明实施例的有益效果：通过对变温吸附的装置和方法进行改进，使吸附塔在一个周期中依次经历吸附状态、加热再生状态、初冷吹状态和终冷吹状态，初冷吹状态是利用终冷吹状态的吸附塔输出的冷却气进行冷却，初冷吹塔出口部分吸附剂仍处于被加热状态，充分利用吸附塔积蓄的热量，同一吸附塔在一个周期中经历两次冷吹状态，延长了冷吹时间，达到缩短周期、降低能耗的目的。此外，缩短周期也意味着降低吸附剂装填量，降低装置投资。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1为本发明实施例提供的快周期变温吸附装置结构图。
26.图标：100
‑
快周期变温吸附装置；110
‑
吸附塔；001
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原料气进料管路；002
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产品气输出管线；003
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加热气输入管路；004
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加热气输出管路；005
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冷吹气进料管线；006
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冷吹气连通管路；007
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原料气输送总管；008
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冷吹气输出管路；120
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再生气冷却器；130
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再生气分离器；140
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加热器；150
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产品冷却器。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
32.请参考图1，本发明实施例提供了一种快周期变温吸附装置100，包括多个吸附塔110，每个吸附塔110在一个工作周期内依次经历吸附状态、加热再生状态、初冷吹状态和终冷吹状态，共4个阶段。
33.在一些实施例中，吸附塔110可以为4个，在某一时间点4个不同的吸附塔刚好覆盖4种工作状态。在其他实施例中，也可以包括更多吸附塔。
34.进一步地，每个吸附塔110上均设置有原料气进料管路001和与原料气进料管路001相对应的产品气输出管线002，以在吸附塔110处于吸附状态时对原料气进行纯化；每个吸附塔110上均设置有加热气输入管路003和与加热气输入管路003相对应的加热气输出管路004，以通过加热气对吸附塔110内的吸附剂进行加热再生；每个吸附塔110上均设置有冷吹气进料管线005，以利用冷吹气对吸附塔110进行终冷吹；每个吸附塔110上还设置有与其他的吸附塔110连通的冷吹气连通管路006，以将处于终冷吹状态的吸附塔110输出的冷吹气输送至处于初冷吹状态的吸附塔110中。
35.需要说明的是，本发明实施例通过将终冷吹状态输出的冷却气输入处于初冷吹状态的吸附塔110中，同一吸附塔在一个周期中经历两次冷吹状态，延长了冷吹时间，达到缩短周期、降低能耗的目的，还可以降低吸附剂的装填量。
36.具体地，每个吸附塔110中均装填有吸附剂，可以对原料气进行脱烃、脱水等，在具备脱水功能时也可以称为干燥塔，在塔内的直筒段装填有干燥剂。
37.进一步地，每个吸附塔110上的原料气进料管路001、产品气输出管线002、加热气输入管路003、加热气输出管路004、冷吹气进料管线005、冷吹气连通管路006和冷吹气输出管路008上均设置有调节开关的控制阀，以切换吸附塔110处于不同的工作状态，具体如下：
38.吸附状态：当吸附塔110处于吸附状态时，打开原料气进料管路001和产品气输出管线002上的控制阀，其他管线上的控制阀处于关闭状态，将原料气通入吸附塔110中进行吸附，以去除水等组分。
39.加热再生状态：当吸附塔110处于加热再生状态时，打开加热气输入管路003和加热气输出管路004上的控制阀，关闭其他管线上的控制阀，对吸附塔110内的吸附剂进行加
热再生，恢复吸附活性。
40.初冷吹状态：当吸附塔110处于初冷吹状态时，将冷吹气连通管路006和冷吹气输出管路008上的控制阀打开，关闭其他管线上的控制阀，将处于终冷吹状态的其他吸附塔110输出的冷却气输送至该塔中，进行初步降温。
41.终冷吹状态：当吸附塔110处于终冷吹状态时，将冷吹气进料管线005和冷吹气连通管路006上的控制阀打开，关闭其他管线上的控制阀，以利用温度更低的气体对吸附塔110进行降温。
42.在一些实施例中，冷吹气连通管路006为双向管路，以利用冷吹气连通管路006在吸附塔110处于终冷吹状态时输出冷吹气，并在吸附塔110处于初冷吹状态时将冷吹气输入，可以进一步简化管路。
43.在一些实施例中，还包括产品冷却器150，每个吸附塔110上的产品气输出管线002均与冷却器的进口连通。产品冷却器150可以根据需要安装，对于应用地区温度高可能存在冷吹不足的情况，产品气温度也会偏高，通过产品冷却器150可以对产品进行冷却；对于所处地方气温较低的情况，则可以不安装产品冷却器150。
44.进一步地，还包括再生气冷却器120和再生气分离器130，再生气冷却器120的进料口与每一个吸附塔110上的加热气输出管路004连通，再生气冷却器120的出料口与再生气分离器130的进料口连通。加热气输出管路004输出的再生气通过再生气冷却器120之后，再经过再生气分离器130进行气液分离，在再生气分离器130底部得到污水，在再生气分离器130顶部得到再生气。
45.在一些实施例中，还包括原料气输送总管007，每个吸附塔110上的原料气进料管路001的进口均与原料气输送总管007连通，再生气分离器130的顶部气体出口与原料气输送总管007连通。通过将再生气分离器130输出的再生气循环利用，以提高原料利用率。
46.进一步地，每个吸附塔110上的冷吹气进料管线005的进口均与原料气输送总管007连通。在吸附塔110处于终冷吹状态时，通过冷吹气进料管线005将部分原料气输入作为冷却气使用，以避免在产品中引入杂质。
47.进一步地，还包括加热器140，每个吸附塔110上还设置有与冷吹气连通管路006相对应的冷吹气输出管路008，冷吹气输出管路008的出口与加热器140的进口连通，加热器140的出口与每个吸附塔110上的加热气输入管路003连通。冷吹气连通管路006输出的再生气经过加热器140加热之后，通过加热气输入管路003输送至处于加热再生阶段的吸附塔110中。
48.在一些实施例中，在各管路上还设置有用于检测压力、温度等参数的检测器，用于检测操作温度和压力。
49.需要说明的是，处于初冷吹状态的吸附塔进口部分设备和吸附剂处于被再生气冷却状态，但出口部分的设备和吸附剂在会被进口部分设备和吸附剂积蓄热量继续加热，初冷吹后的吸附塔未充分冷却，仍积蓄有部分热量，通过终冷吹充分冷却带出热量。因此，本发明实施例的热量流向为：再生气在终冷吹吸附塔带出至初冷吹吸附塔，再进入再生气加热器，再生气加热器补充热量后，通过再生气进入加热吸附塔。而加热吸附塔始终保持较低的出口温度减少冷却量，全过程充分利用吸附剂和设备的蓄热能力使热量尽可能得到充分利用。达到降低能耗的目的。
50.本发明实施例还提供一种变温吸附方法，利用上述快周期变温吸附装置100，包括如下步骤：将每个吸附塔110在一个周期中依次经历吸附状态、加热再生状态、初冷吹状态和终冷吹状态，具体如下：
51.当吸附塔110处于吸附状态时，通过原料气进料管路001将原料气通入吸附塔110中进行吸附，通过产品气输出管线002将产品气输出；
52.当吸附塔110处于加热再生状态时，通过加热气输入管路003向吸附塔110中输入加热气，以对吸附塔110中的吸附剂进行再生；
53.当吸附塔110处于初冷吹状态时，通过冷吹气连通管路006将处于终冷吹状态的吸附塔110中输出的气体通入，当吸附塔110处于终冷吹状态时，通过冷吹气进料管线005输入冷吹气，以对吸附塔110中的吸附剂进行降温。
54.为更精确地控制变温吸附的吸附效果并缩短周期，发明人对各个状态的操作参数做了优化：处于加热再生状态的吸附塔110出口的终了温度为90
‑
120℃(如90℃、100℃、110℃、120℃等)；处于初冷吹状态的吸附塔110出口的终了温度为80
‑
100℃(如80℃、90℃、100℃等)；处于终冷吹状态的吸附塔110出口的终了温度比原料气温度高10
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20℃(如10℃、15℃、20℃等)；再生气加热器140的操作温度为250
‑
300℃(如250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃等)。
55.实施例1
56.本实施例提供一种变温吸附方法，其利用图1的装置进行，共4个吸附塔110，一个每个吸附塔110在一个周期中依次经历吸附状态、加热再生状态、初冷吹状态和终冷吹状态。
57.每个吸附塔所经历的过程如下：通过原料气进料管路001将原料气通入吸附塔110中进行吸附，通过产品气输出管线002将产品气输出；然后通过加热气输入管路003向吸附塔110中输入加热气，以对吸附塔110中的吸附剂进行再生；再通过冷吹气连通管路006将处于终冷吹状态的吸附塔110中输出的气体通入，然后吸附塔110进入终冷吹状态，通过冷吹气进料管线005输入冷吹气，以对吸附塔110中的吸附剂进行降温。
58.具体操作参数如下：原料气温度为25℃，处于加热再生状态的吸附塔出口的终了温度约为100℃；处于初冷吹状态的吸附塔出口的终了温度约为90℃；处于终冷吹状态的吸附塔出口的终了温度比原料气温度高10
‑
20℃；再生气加热器140的操作温度为250
‑
300℃，再生气冷却器120的冷却温度为40℃。
59.经测试，本实施例所提供的变温吸附方法的一个周期时间为6小时(每个状态1.5小时)，每个吸附剂装填量为6m3，总装填量24m3，热量消耗约400kw。
60.对比例1
61.本实施例提供一种变温吸附方法，其采用现有的工艺，具体可以参照现有技术。在同等处理规模条件下，现有常规技术3个吸附塔装置，一个周期时间12小时(每个状态4小时)，每个吸附塔装填量14m3，总装填量42m3。热量消耗约500kw。
62.综上，本发明实施例提供了一种快周期变温吸附装置及变温吸附方法，通过对变温吸附的装置和方法进行改进，使吸附塔在一个周期中依次经历吸附状态、加热再生状态、初冷吹状态和终冷吹状态，初冷吹状态是利用终冷吹状态的吸附塔输出的冷却气进行冷却，同一吸附塔在一个周期中经历两次冷吹状态，延长了冷吹时间，达到缩短周期、降低能
耗的目的。此外，缩短周期也意味着降低吸附剂装填量，降低装置投资。
63.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。