一种回收置换废气和顺放气的变压吸附气体分离方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种回收置换废气和顺放气的变压吸附气体分离方法，特别是涉及产 品的主要组成为吸附相组分的变压吸附气体分离方法，属于气体分离净化领域。
【背景技术】
[0002] 变压吸附是一种利用固体吸附剂对不同气体组分的吸附容量有差异的特性来实 现气体分离的方法。吸附在固体吸附剂表面上的物质即为吸附相。变压吸附气体分离装置 在一定压力下进行吸附，通过降压、抽真空、冲洗等降低吸附相组分气体分压的方法，达到 吸附相解吸、吸附剂再生的目的。在吸附操作步骤，原料气在一定压力下进入装填有固体吸 附剂的吸附塔，以易吸附组分为主的部分气体吸附在吸附剂表面上，大部分未吸附的气体 流出吸附塔，实现易吸附组分和不易吸附组分的分离。
[0003] 变压吸附气体分离装置的产品，可以以主要组成为不易吸附组分、吸附操作步骤 从吸附塔流出的气体作为产品，也可以以主要组成为易吸附的吸附相组分、解吸过程中从 吸附塔排出的抽真空气和逆放气作为产品，或两者都作为产品。
[0004] 产品的主要组成为吸附相组分的变压吸附气体分离装置应用广泛。具有代表性的 应用有：从脱除二氧化碳后的煤气化气中分离提浓一氧化碳；从电石尾气、钢厂转炉气、黄 磷尾气等富含一氧化碳气体中分离提浓一氧化碳；从变换气中分离提浓二氧化碳；从石灰 窑气中分离提浓二氧化碳；从焦炉煤气、煤层气等富含甲烷气体中分离提浓甲烷；从炼油 厂催化裂化干气中分离提浓(: 2及(:2以上烃类组分为主的混合气；从炼油厂各种混合气体中 分离提浓烃类组分。
[0005] 产品的主要组成为吸附相组分的变压吸附气体分离装置，通常设置有置换操作步 骤。置换操作就是将部分产品气从吸附塔吸附操作步骤的原料气入口端送入吸附塔，置换 吸附剂床层中的气体，提高吸附剂床层中吸附相产品组分的气体分压、降低吸附剂床层中 不易吸附组分的气体分压。通过置换操作，使不易吸附组分进一步解吸并排出吸附塔，达到 提高吸附剂床层中吸附相产品组分浓度的目的。置换操作步骤从吸附塔流出的气体称为置 换废气。由于置换废气中吸附相产品组分浓度较高，因此如何回收置换废气中的有用气体， 提高新鲜原料气中吸附相产品组分的回收率，降低新鲜原料气消耗，直接影响产品的主要 组成为吸附相组分的变压吸附气体分离装置的经济效益。
[0006] 产品的主要组成为吸附相组分的变压吸附气体分离装置通常还设置有顺放操作 步骤。顺放操作就是顺着吸附塔吸附操作步骤的气体流向，从吸附塔吸附操作步骤的出口 端的顺放气出口向外排出吸附塔中的气体，将吸附塔压力降到下一操作步骤如置换操作步 骤、逆放操作步骤的操作压力。通过顺放操作，降低了吸附剂床层压力，不易吸附组分解吸， 吸附剂床层中吸附相产品组分浓度提高。顺放操作步骤从吸附塔排出的气体称为顺放气。 顺放气中吸附相产品组分浓度也较高，回收顺放气可以有效提高新鲜原料气中吸附相产品 组分的回收率。
[0007] 专利 ZL20051011824L 7、专利 ZL200510129369. 3、专利 ZL201210394237. 3 和专利 ZL201410271598. 8公开了涉及置换废气的回收利用方法，但未涉及顺放气的回收方法，而 且这些置换废气的回收利用方法都是通过2套或2套以上包括变压吸附气体分离装置在内 的吸附装置的组合来实现的，不但投资高、流程复杂，实施范围也受多种限制。
【发明内容】
[0008] 针对上述现有技术存在问题，本发明的目的在于，不使用其他用以分离置换废气 和顺放气的变压吸附装置或其他类型的分离装置，在一套变压吸附气体分离装置上，实现 置换废气的回收，且当设置有顺放操作步骤时同时实现置换废气和顺放气的回收。
[0009] 本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种回收置换废气和顺放气的变压吸 附气体分离方法，包括将变压吸附气体分离装置置换操作步骤从吸附塔流出的置换废气的 全部或部分，经压缩升压后返回与新鲜原料气混合作为变压吸附气体分离装置的原料气的 步骤；以及可选的将顺放操作步骤从吸附塔排出的顺放气的全部或部分，经压缩升压后返 回与新鲜原料气混合作为变压吸附气体分离装置的原料气的步骤。
[0010] 在本发明中，每台吸附塔在一个循环操作周期内的操作步骤，必须包括吸附、置 换、抽真空，还可以包括但不限于均压降、顺放、逆放、均压升、最终升压。例如，在吸附操作 步骤后设置一次或多次均压降操作步骤；在吸附操作步骤后、抽真空操作步骤前设置顺放 操作步骤；在抽真空操作步骤前设置逆放操作步骤；在抽真空操作步骤后、吸附操作步骤 前设置一次或多次均压升操作步骤；在吸附操作步骤前设置最终升压操作步骤。因此，每台 吸附塔在一个循环操作周期内的操作步骤可包括吸附、均压降、顺放、置换、逆放、抽真空、 均压升、最终升压。各操作步骤的先后顺序可根据需要设定。
[0011] 本发明中，当未设置顺放操作时，仅回收置换废气，置换操作步骤从吸附塔流出的 置换废气的全部或部分，经压缩升压后返回与新鲜原料气混合作为本套变压吸附气体分离 装置的原料气。当设置有顺放操作时，可同时回收顺放气，顺放操作步骤从吸附塔排出的顺 放气的全部或部分，也可以经压缩升压后返回与新鲜原料气混合作为本套变压吸附气体分 离装置的原料气。
[0012] 变压吸附气体分离装置设置4台或4台以上装填有固体吸附剂的吸附塔，多台吸 附塔根据设定的操作步骤和时间顺序，交替切换、循环操作。
[0013] 上述变压吸附气体分离装置采用的各操作步骤说明如下： 吸附：含产品组分的原料气从吸附塔原料气入口进入吸附塔，以易吸附组分为主的部 分气体吸附在吸附剂表面上，大部分未吸附的气体从吸附塔流出，实现易吸附组分和不易 吸附组分的分离。对于产品的主要组成为吸附相组分的变压吸附气体分离装置而言，吸附 操作步骤从吸附塔流出的气体称为吸附废气。吸附操作步骤标记为A。
[0014] 均压降：均压就是压力均衡。均压降是通过均压降低压力，均压升是通过均压升高 压力。均压降操作步骤是吸附操作步骤完成后的吸附塔，向需要实施均压升操作步骤的吸 附塔充压，实施均压降操作步骤的吸附塔压力降低，实施均压升操作步骤的吸附塔压力升 高，直至两台吸附塔的压力接近或相等。均压可以通过两台吸附塔直接连接完成，也可以通 过均压缓冲罐完成。均压的目的是回收实施均压降操作步骤从吸附塔排出的有用组分，并 使实施均压升操作步骤的吸附塔得到升压。均压降操作步骤可设置一次或多次。均压降操 作步骤标记为EnD，第一次均压降标记为E1D、第二次均压降标记为E2D，依此类推。
[0015] 顺放：顺放操作就是顺着吸附塔吸附操作步骤的气体流向，从吸附塔吸附操作步 骤的出口端的顺放气出口向外排出吸附塔中的气体，将吸附塔压力降到下一操作步骤如置 换操作步骤、逆放操作步骤的操作压力。通过顺放操作，降低了吸附剂床层压力，不易吸附 组分解吸，吸附剂床层中吸附相产品组分浓度提高。顺放操作步骤从吸附塔排出的气体称 为顺放气。本发明的顺放气的全部或部分，可返回与新鲜原料气混合作为本套变压吸附气 体分离装置的原料气。顺放操作步骤标记为PP。
[0016] 置换：抽真空和逆放操作步骤获得的主要组成为吸附相组分的产品气，从吸附塔 原料气入口端的置换气入口进入吸附塔，从吸附塔吸附操作步骤的出口端的置换废气出口 流出。置换操作的目的是：利用吸附相产品组分含量较高的产品气置换吸附剂床层中的 气体，提高吸附剂床层中吸附相产品组分的气体分压、降低吸附剂床层中不易吸附组分的 分压，使不易吸附组分解吸，吸附相产品组分吸附，提高吸附剂床层中吸附相产品组分的浓 度。置换操作步骤从吸附塔流出的气体称为置换废气。本发明的置换废气的全部或部分， 经压缩升压后返回与新鲜原料气混合作为本套变压吸附气体分离装置的原料气。置换操作 步骤标记为RP。
[0017] 逆放：完成均压降、顺放、置换操作步骤的吸附塔，沿吸附塔吸附操作步骤气流方 向相反的方向，从吸附塔原料气入口端的逆放气出口排出吸附剂床层中的气体，降低吸附 塔的压力，使