专利名称：同时提纯易吸附相和难吸附相的变压吸附分离方法
技术领域：
本发明涉及利用变压吸附将气体混合物进行分离的方法，尤其涉及同时获得高纯度难吸附相和易吸附相产品气的方法。
从混合气中同时提纯吸附相和难易附相，在这两种产品中，易吸附相与难吸附相互为杂质。易吸附相和难吸附相是相对的。在从变换气中同时获得高纯度CO2和氢氮气工艺中，CO2是易吸附相，氢氮气是难吸附相；在从空气中同时制取N2和O2的工艺中，N2是易吸附组分，O2是难吸附组分；而在从水煤气中同时制取CO和氢氮气工艺中，CO是易吸附相，氢氮气是难吸附相，等等。
变压吸附分离气体，比较普通的方法是用一段吸附装置将混合气中易吸附相作为杂质除去，得难吸附相产品；或者将易吸附相提纯得产品，难吸附相作为杂质除去。以前同时提纯易吸附相和难吸附相的变压吸附方法，一种是两基本相同的二段吸附塔装置简单相串，以进一步净化难吸附组分产品气中杂质(USP4790858)；另一种是用一段吸附塔装置，设置预吸附FA、再吸附LA过程，以期达到同时提纯易吸附相和难吸附相的目的(CN1195572)。但上述两种方法中，第一种方法因第一段装置的吸附塔未饱和区太长，使易吸附相置换量加大，能耗较高，收率低，投资大；第二种方法则因过程中存在吸附塔出口被易吸附相污染的问题，难吸附相产品纯度提不高，能耗也高，不能满足生产和经济规模要求。
本发明的目的是提供一种可同时提高易吸附组分和难吸附组分产品的纯度和收率，投资和能耗相对较少，吸附塔出口不易被污染的带串联过程的变压吸附分离方法。
本发明是这样实现的一种同时提纯易吸附相和难吸附相的变压吸附分离方法，此方法用二段变压吸附PSA装置，前一段装置带有串联过程，每个吸附塔依次包括预吸附FA、吸附A、再吸附LA、均压降压ED、顺放PP、易吸附相产品气置换P、抽真空VC、均压升压ER、难吸附相产品气升压FR步骤；后一段装置的每个吸附塔依次包括吸附A、均压降压ED、逆放BD、抽真空VC、均压升压ER、难吸附相产品气最终压FR步骤。难吸附相产品气升压FR的气体既可用前一段的出口，又可用后一段的出口，还可另外引入高纯度的难吸附相产品气；均压降压ED或均压升压ER步骤之间有等待步骤Ⅰ；均压次数为2-6次；吸附塔数目为6-32台。
本发明提供的同时提纯易吸附相和难吸附相的变压吸附分离方法，混合气体在第一段装置中吸附易吸附相组份，控制吸附塔出口难吸附相气体中易吸附相组份达到一定浓度后即切换进另一吸附塔，缩短了吸附塔中的未饱和区长度，达到少用易吸附相置换气量、增大处理气量、节约能耗的目的；同时，第一段装置在吸附结束，顺向进行完均压降压回收气体后，只采用顺向放空将塔内气体放至常压，可以使塔底部解吸的高浓度易吸附气体预先置换顶部未饱和区，也达到少用置换气量，节约能耗的目的。
第一段装置出口一个易达到的、比较经济的纯度的难吸附相气体进入第二段装置进一步吸附，以除去难吸附相气体中的易吸附相杂质，获得高纯度的难吸附相产品，在吸附过程结束，进行完顺向均压降压回收有效气体以后，采用逆向放压将吸附塔放至常压，这样避免了塔底高浓度易吸附相杂质对吸附塔出口吸附各口产污染，从而使吸附塔出口难吸附相产品容易获得高纯度，并节约能耗。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的一种流程图。
图2为本发明的一种时序图。
图中A-F、a-f为吸附塔，G1-G9、g1-g5为管道，1A-8A、1B-8B、1C-8C、1D-8D、1E-8E、1F-8F、1a-5a、1b-5b、1c-1c、1d-5d、1f-5f阀门，KV22、KV21、KV42、KV41为阀门。
本发明工作时采用两段变压吸附装置。前一段装置带有串联过程，且放压只存在顺向，以用于满足经济地获得高纯度易吸附相，装置中的每一吸附塔依次经历以下步骤(1)预吸附FA从前一个塔流出的易吸附相组分高于第一段出口要求、但低于原料气中含量的气体进入刚完成升压过程的吸附塔内进行预吸附；(2)吸附A在吸附压力下把原料气通入吸附塔，从原料气中选择吸附易吸附组分；(3)再吸附LA当吸附塔的出口处难吸附相产品气中易吸附相组分杂质快要超过要求时，原料气继续通入该塔进行再吸附，该塔出口气体切换到另一吸附塔进口，另一塔进行预吸附。
(4)均压降压ED将吸附塔内的气体经过几次均压降压分别进入另几个吸附塔中回收，每次至两塔压力均衡后关闭通路；(5)顺放PP吸附塔内气体顺着吸附方向放出，前一部分气体回收至原料气中，后一部分气体放空至常压；(6)置换P用高纯的易吸附相产品气顺向置换吸附塔，置换出气放空；(7)抽真空VC开真空泵，将吸附塔内高纯度的易吸附相抽出作为产品送出；(8)均压升压ER从另几个吸附塔回收放出的气体分几次分别进入该吸附塔均压升压，每次至两塔压力均衡后关闭通路；(9)最终升压FR用难吸附相产品气逆着吸附方向给吸附塔充压至吸附压力。
后一段装置放压只存在逆向，用于经济地获得高纯度的难吸附相产品，装置中的每一吸附塔依次经历以下步骤(1)吸附A前一段装置来的产品气进入吸附塔进一步吸附易吸附相，获得高纯度的难吸附相产品送出；(2)均压降压ED；(3)逆向放压BD逆着吸附方向放出塔内余压，第一次放压回收至原料气中，第二次放压放空；(4)抽真空VC开真空泵，逆向抽出塔内吸附的气体放空或回收；(5)均压升压ER；(6)最终升压FR用高纯度难吸附相产品气将吸附塔升至吸附压力。
在均压降压ED或均压升压ER之间有等待步骤Ⅰ。
均压次数为2-6次。
吸附塔数目为6-32台。
本发明中所用的吸附剂，为活性氧化铝、活性炭、硅胶、沸石分子筛等中的一种或几种。
实施例图1显示了本发明的一种实施例，以变换气为原料，生产氢氮气和纯CO2气。
变换气组成如下H248-52％(V)N218-22％(V)CO≤1％CH41-2％(V)CO225-28％(V)温度 ≤40℃压力 0.6-0.8MPa吸附塔中装填活性氧化铝、活性炭、硅胶三种吸附剂，依次从下往上形成组合吸附床。
装置的前一段以A塔为例，说明本发明的方法。
(1)预吸附FAA塔完成难吸附相产品H2、N2气升压步骤FR，开启程控阀3F、8A、2A。F塔出口气体经阀3F、管道G3、G9、G8、阀8A进入A塔，A塔进行预吸附，难吸附产品气H2、N2气从阀2A流出进入总管。结束时关闭8A。
(2)吸附A开启1A，变换气经管道G1、阀1A进入A塔，吸附易吸附相CO2，合格的H2、N2产品气从阀2A流出。当出口CO2达到一定浓度时，停止吸附，关闭2A。
(3)再吸附LA变换气继续进入A塔，A塔进行再吸附，开启3A、8B、2B,A塔出口气进入B塔吸附，合格的H2、N2净化气从2B流出，再吸附结束时关闭1A。
(4)一均降压E1D开启3C，让A塔内气体经阀3A、管道G3、阀3C进入C塔回收，达到压力均衡时，关闭3A。
(5)二均降压E2D开阀4A、4D，将A塔气体回到D塔，使两塔压力均衡后关闭4D。
(6)三均降压E3D开4E，将A塔气体进一步回收到E塔，两塔压力均衡后关闭4E。
(7)一顺放PP1开KV21,A塔气体经阀4A、管道G4、阀KV21回收到原料气中，压力达到指标后关闭KV21。
(8)二顺放PP2开KV22，将A塔气体放空至常压后，关闭4A、KV22。
(9)置换P开6A、5A，用纯CO2气体置换A塔，结束后关闭6A、5A。
(10)抽真空VC开7A，用真空泵抽出A塔高纯度易吸附相CO2气体作为产品送出，结束后关闭7A。
(11)三均升压E3R开4A、4C，接收C塔升压，压力均衡后关闭4A。
(12)第一次等待IA塔所有阀门关闭，处于静止状态，等待别塔均压结束。
(13)二均升压E2R开4A、4D，接收D塔气体进一步升压，压力均衡后关闭4A。
(14)等二次等待I同12。
(15)一均升压E1R开3A、3E，接收E塔气体再次升压，均衡后关3E。
(16)最终升压FR开KV1，用难吸附相产品H2、N2气将A塔升至吸附压力，结束后关闭3A。
至此，A塔完成了一个循环，又进入下一个循环；其它塔的循环步骤与A塔一样，只是时间是相互错开的。
在装置的前一段进行上述循环的同时，装置的后一段同时进行以下循环步骤(以A塔为例)1、吸附A
开1A、2A，前一段来的气体在A塔内吸附，得到高纯度H2、N2产品气送至后工段，吸附到一定程度后关闭1A、2A。
2、一均降压E1D开3A、3C,A、C两塔均压，结束时关闭3C。
3、二均降压E2D开3D,A、D两塔均压，结束时关闭3A。
4、一逆放BD1开4A、KV41，将A塔气体逆向放回原料气中，结束时关闭KV41。
5、二逆放BD2开KV42,A塔气体放空到常压，结束后关闭4A。
6、抽真空VC开5A，用真空泵抽真空使A塔吸附剂再生，结束时关闭5A。
7、二均升压E2R开3A、3C,A、C两塔均压，结束时关3A。
8、等待A塔所有阀门关闭，静止。
9、一均升压E1R开3A、3D,A、D两塔均压，结束后关闭3D。
10、最终升压FR开KV3，用H2、N2产品气体将A塔升至吸附压力，结束后关闭3A。
这样A塔进行完一个循环，又进入下一个循环，其它塔进行与A塔一样的循环，只是时间上相互错开。
本实施例结果为，产品CO2纯度98.8％，收率85％；H2、N2气中CO20.15％,H2收率99％,N2收率95％；抽真空能耗为33.92KWh/KNm3原料气。
权利要求
1.一种同时提纯易吸附相和难吸附相的变压吸附分离方法，其特征在于此方法用二段变压吸附PSA装置，前一段装置带有串联过程，每个吸附塔依次包括预吸附FA、吸附A、再吸附LA、均压降压ED、顺放PP、易吸附相产品气置换P、抽真空VC、均压升压ER、难吸附相产品气升压FR步骤；后一段装置的每个吸附塔依次包括吸附A、均压降压ED、逆放BD、抽真空VC、均压升压ER、难吸附相产品气最终压FR步骤。
2.根据权利要求1所述的同时提纯易吸附相和难吸附相的变压吸附分离方法，其特征在于难吸附相产品气升压FR的气体既可用前一段的出口，又可用后一段的出口，还可另外引入高纯度的难吸附相产品气。
3.根据权利要求1或2所述的同时提纯易吸附相和难吸附相的变压吸附分离方法，其特征在于均压降压ED或均压升压ER步骤之间有等待步骤Ⅰ。
4.根据权利要求1所述的同时提纯易吸附相和难吸附相的变压吸附分离方法，其特征在于均压次数为2-6次。
5.根据权利要求1所述的同时提纯易吸附相和难吸附相的变压吸附分离方法，其特征在于吸附塔数目为6-32台。
全文摘要
发明公开了一种从混合气中同时提纯易吸附相和难吸附相的带串联过程的变压吸附分离方法。通常将整套装置分为二段,混合气体先进前一段,出来经过后一段进一步处理后再进后工段。前一段带有串联过程,且放压只存在顺向,用来使易吸附相合格;后一段放压只存在逆向,用来使难吸附相合格。这样使同时提纯易吸附相和难吸附相能够实现并使能耗达到最低。
文档编号B01D53/047GK1235862SQ99116508
公开日1999年11月24日 申请日期1999年6月5日 优先权日1999年6月5日
发明者张永政, 蒋远华, 杨晓勤, 何涛, 谭培义, 尤大海, 王兆雄, 冯加新, 刘波 申请人:湖北宜化集团有限责任公司