一种新型的变温变压吸附工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及气体净化领域，具体涉及一种利用最小的再生气源，实现了气体的高 效净化、提高了能源利用率，从真正意义上实现了环保低碳和经济效益的双赢的净化工艺， 具体为一种新型的变温变压吸附工艺。
【背景技术】
[0002] 气体净化是从气体混合物中除去杂质，其目的是得到符合生产及使用要求的气 体，目前通用的气体净化操作一般可分为五大类。
[0003] -、吸收吸收是气体净化中最重要的操作过程、是气相的组分向液相传质过程，而 解吸是溶解于液相的组分向气相的传质过程。
[0004] 二、吸附是气体中一个或几个组分在多孔固体表面的选择性浓缩，被吸附的组分 称为吸附介质，多孔固体称为吸附剂。吸附又可分为变温吸附和变压吸附。
[0005] 变温吸附（TemperatureSwingAdsorption，简称TSA)方法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，且多用于常压气体 及空气的减湿、空气中溶剂蒸汽的回收等，但存在周期长、投资较大能耗高，吸附剂使用寿 命不长等缺点；变压吸附（PressureSwingAdsorption，简称PSA)是利用吸附剂或不同气 体的吸附特性使气体净化的方法。变压吸附的操作循环是在二个不同压力条件下进行，在 高压下吸附混合气体中的杂质，抵押下解析，这中间没有温度的变化，因此过程中不需要热 量，与其他需要供热的方法相比设备装置比较简单，但变压吸附的缺点是放空与吹净时有 效气体的损失大。
[0006] 三、膜渗透在气体净化领域方面是相对较新的技术，在此过程中聚合物膜分离气 体是基于一个或多个气体组分从膜的一边选择性渗透到另一边。虽然膜渗透技术在气体净 化操作上应用的还不多，但其发展是很迅速的。
[0007] 四、化学转化是很多化工过程中最基本的操作单元，也用于气体净化的操作中。化 学转化包括催化与非催化气相反应，以及气相与固相的反应。这种过程需要一个反应器，在 反应器内装填催化剂。
[0008] 五、凝缩主要用于从废气中除去有机挥发物（VOC)，这种过程主要是将气体冷却至 一定温度，在此温度下该有机化合物的蒸汽压很低，有机化合物的蒸汽就冷凝
[0009] 目前在针对从各种化工混合气体中提纯某一种或几种气体多用变压吸附方法。变 压吸附是利用专用的吸附剂，加压吸附，减压解吸，其优点是工艺流程简单，操作弹性大，产 品纯度易控制调节，通过特定的控制系统。实现全自动操作，吸附剂使用寿命长，其缺点是 吸附是时间短，吸附量小，且由于吸附周期较短且频繁，造成了对吸附设备的冲击频繁，对 吸附设备的材质提出了较高要求。
[0010] 目前针对变压吸附及变温吸附工艺的特点，出现了一种新的变温变压吸附技术， 这种新技术是在变压吸附技术的基础上，在变压脱附之后，又进行升温脱附，是脱附进行得 更彻底，从而使吸附剂的吸附时间延长，可在6小时以上，其缺点是仍需冷却用水，脱附时 需用蒸汽，需要消耗大量资源。
【发明内容】
[0011] 本发明正是基于以上技术问题，提供吸附剂再生性能好、有用气体回收率高、吸附 时序安排合理、节能环保、热利用率高的一种新型的变温变压吸附工艺。
[0012] 本发明的技术方案为：
[0013] -种新型的变温变压吸附工艺，该工艺中每个吸附塔均完成吸附、逆向降压、升 温、冷却和升压步骤，其中在逆向降压步骤和升温步骤完成了脱附过程。
[0014] 该工艺由多2台吸附塔、1个或多个再生气加热器、流体切换阀门和管线组成。
[0015] 吸附步骤是为了将待净化的原料气自上而下进入吸附塔，在常温及吸附压力下吸 附脱除原料气中的杂质组分。逆向降压步骤为吸附塔中被吸附的杂质组分在吸附塔压力降 低的情况下，通过阀门放空或进入管网中。升温步骤为：将再生气通过加热器，使升温后的 再生气再次进入吸附塔，使吸附塔内的温度升高至吸附剂再生温度，使吸附塔内已经被吸 附的杂质组分进行脱附，再将阀门放空或者进入管网。冷却步骤为：将常温下的再生气体进 入吸附塔，使吸附塔内温度降低，同时将再生废气通过阀门放空或进入管网，使吸附塔降到 常温。升压步骤为：另一吸附塔内的部分预处理气体通过阀门对吸附塔进行升压，使吸附塔 达到吸附压力，为下一次吸附做准备。
[0016] -种新型的变温变压吸附工艺，如图1所示，包括2个吸附塔，具体为吸附塔A和 吸附塔B、1个再生气加热器和多个流体切换阀门和管线组成，具体包括以下步骤：
[0017] (1)吸附打开阀门la、5a，将待净化的原料气通过阀门Ia自上而下进入吸附塔A， 在常温及0. 5MPa(A)-3.OMPa(A)的吸附压力下吸附脱除原料气中的杂质组分，未被吸附的 组分，即脱除杂质后的产品气通过阀5a流出，吸附完毕，关闭阀la，停止进原料气；
[0018] (2)逆向降压由于吸附塔A中的压力比常压或管网中的压力要高很多，此时打开 阀2a，吸附塔A中的被吸附的杂质组分在吸附塔压力降低的情况下，自上而下的通过阀门 2a放空或进入管网中；
[0019] (3)升温继续开启阀2a，同时打开阀3a，阀7a，由于为了不把杂质带入吸附塔，为 吸附塔内的吸附剂再生的多部分为纯度较高的惰性气体，比如氮气之类的，或者经过本变 温吸附装置净化的产品气，此处产生的再生气需要经过加温，所以将再生气通过再生气加 热器，加热到使加热器温度升高至略高于吸附剂再生需要的温度，使升温后的再生气通过 阀7a再次进入吸附塔A，使吸附塔A内的温度升高至吸附剂再生的温度，使吸附塔A内已经 被吸附的杂质组分进行脱附，再经过阀2a放空或进入管网中，待吸附剂再生完毕，关闭阀 7a；
[0020] (4)冷却继续开启阀2a，打开阀8,常温下的再生气体经过阀7a进入吸附塔A，使 吸附塔A内温度降低，同时将再生废气通过阀2a放空或进入管网，使吸附塔A降到常温时 关闭阀2a和阀8 ;
[0021] (5)升压打开阀6,吸附塔B内的部分预处理气体通过阀6对吸附塔A进行升压， 使吸附塔A达到吸附压力，为下一次吸附做准备，升压完毕，关闭阀6。
[0022] 该新型的变温变压吸附工艺中，在工作时至少有1台吸附塔处于吸附状态，其余1 台处于再生的不同阶段，吸附塔之间的吸附与再生工艺切换都通过程控阀控制。
[0023] 吸附塔B的操作步骤与吸附塔A相同，不过在时间上是相互错开的。
[0024] 下面的表1为典型的变温吸附的操作程序表，如表1所示，该变温吸附分为两个步 序，每个步序分成4个时间片，两个吸附塔在操作步序上相互错开，构成一个闭路循环，以 保证原料连续输入和产品不断输出。
[0025] 表1中的tl与t2为每一个时序的时间，
[0026]常规-TSA
[0027]
[0028] 如图2所示，该变温变压吸附工艺采用3台吸附塔，其中任意时刻总有1台处于吸 附步骤，保证连续的脱除杂质，另2台处于再生步骤，实现吸附塔的再生。每个吸附塔的一 次循环中均需经历吸附（A)、逆向降压（D)、升温（H)、冷却（L)、升压（R)等五个步骤。三个 吸附塔在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不 断输出。
[0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0030] (一）利用一股再生气对不同的吸附塔实现冷吹步骤和加热步骤同时进行，实现 了利用有效的再生气达到最佳的再生效果。
[0031] (二）吸附塔关键再生步骤即加热步骤和冷吹步骤的时间可以达到吸附时间的 95%以上，达到最佳的吸附和解吸最佳配合。
[0032](三）完全解决加热步骤和冷吹步骤的矛盾关系，实现能将吸附塔加热到较高的 温度实现很好的解吸，同时也能将吸附塔冷却至常温为下次吸附做好有效的保证。
[0033](四）节能的工艺，再生气初期进入冷吹步骤的吸附塔（塔内温度为加热步骤结束 的温度），可换热实