专利名称：提高变压吸附气体分离收率与纯度的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于变压吸附气体分离技术领域，具体涉及一种提高变压吸附气体分离收率与纯度的方法及其装置。
背景技术：
目前，在较为成熟的变压吸附气体分离技术领域，追求更高的产品气收率与纯度一直是科研和工程技术人员，包括生产厂家为之奋斗的目标。现有的变压吸附气体分离技术通常是采用真空解吸、取消用产品气冲洗及多次均压等综合手段手段来提高变压吸附气体分离的收率与纯度，如中国专利ZL9710764.5、88105938.2。但是，由于受均压次数所限，在吸附压强较高时，即使经过多次均压降，吸附塔内仍然存在难吸附组份气体形成的残余压强，表压约为0.05～0.5MPa。为了使吸附剂再生循环使用，必须要将它卸压至大气压强，而卸压出来的难吸附组份气体或排放至大气，或收集起来作为燃料气。如果排放至大气不仅会形成浪费，还可能污染环境；如果收集起来作为燃料气，也会大大降低其使用价值，同时这部份气体的损失也是导致难吸附组份的收率与易吸附组份纯度低的主要原因。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术存在的缺陷，提供一种能回收吸附塔内残余气体，以提高难吸附组份的收率与易吸附组份纯度的方法。本发明的另一目的是提供一种用于实现这一方法的装置。
本发明提供的可提高变压吸附气体分离收率与纯度的方法，该方法是在由两个或两个以上吸附塔组成的变压吸附系统中，再设置一个回收系统，该回收系统与变压吸附系统相连。当变压吸附系统中某吸附塔进行至均压降步序结束后，将该吸附塔与回收系统连通，使该吸附塔的抽空初期压强至少降至表压0.02Mpa，这时一方面塔内残余的难吸附组份被泄放到回收系统中进行储存，另一方面又使该塔随后抽空输出的易吸附组份纯度提高。当变压吸附系统中另一吸附塔均压升步序结束后，又将回收系统与该吸附塔连通，使其储存的、其压强比原料气压强最多小20％的难吸附组份作为顺向终充气进入该吸附塔。随着下一个吸附过程的重新开始，作为顺向终充气的难吸附组份即被作为产品气由塔顶输出，如此周而复始。
本发明提供的能够用于实现上述方法的装置，该装置包括由两个或两个以上吸附塔组成的变压吸附系统12，其特征在于还设置有一个回收系统，当该回收系统的回收罐8的体积大到能使吸附塔内残余压强卸压至表压0.02MPa以下，如采用气柜作为回收罐8时，该系统只包括通过管道和阀门依次连接的回收罐8、压缩机构10和储气罐11。回收罐8的进气口通过回收阀V1与变压吸附系统12各吸附塔塔顶的均压管道相连，储气罐11的出气口通过顺向终充总阀V2与各吸附塔塔底顺向终充管道相连。当回收系统的回收罐8的体积不能使吸附塔内残余压强卸压至表压0.02MPa以下，则回收罐8与压缩机构10之间还设置有抽真空机构9，见图1。
生产过程中，当变压吸附系统中某吸附塔进行到均压降步序结束后，塔内残余的压强约为表压0.05～0.5MPa，这时将该吸附塔的均压管道与压强为表压-0.09～-0.05MPa的回收罐或压强为表压0.02MPa以下的气柜连通，难吸附组份被泄放到回收罐或气柜中，随后该吸附塔的压强与回收罐或气柜平衡在表压0.02MPa以下。由于该吸附塔的压强已接近或低于大气压强，原系统设置的放空步序被取消而直接进入抽空步序。由于该吸附塔的难吸附组份被最大限度地排出塔外，因而使抽空输出的易吸附组份的纯度也就提高了。被泄放到回收罐或气柜中储存的难吸附组份则通过抽空机构与压缩机构被压缩到储气罐中，直至储气罐的压强升高到比原料气的压强最多小20％。当变压吸附系统中另一吸附塔进行到均压升步序结束后，又将储气罐与该塔连通，使其储存的、其压强比原料气压强最多小20％的难吸附组份作为顺向终充气进入该吸附塔，直至它们的压强基本平衡。随着下一个吸附过程的重新开始，作为顺向终充气的难吸附组份即被作为产品气由塔顶输出，如此周而复始，即完成了回收过程。
综上所述，本发明与已有技术相比具有以下优点1、采用本发明提供的方法和装置可在均压降结束后，将吸附塔内残余压强所包含的约占原料气中难吸附组份3％～10％的气体，全部回收为产品气，使难吸附组份的收率提高了3％～10％。
2、采用本发明提供的方法和装置可将吸附塔的抽空初期压强至少降到表压0.02Mpa，有必要的话还可通过设置的抽真空机构将其降到表压为负压，使吸附塔中的难吸附组份最大限度的排出吸附塔外，很显然，抽空输出的易吸附组份中所含的难吸附组份减少，其纯度也就被提高了。本发明可将易吸附组份的纯度提高5％～10％。
3、本发明提供的方法和装置适用范围广，可适用于分离各种气体的变压吸附领域。
四
图1为本发明装置的结构及连接关系示意图；图2为本发明实施例1的装置结构及连接关系示意图；图3为本发明实施例2的装置结构及连接关系示意图。
五具体实施例方式
下面结合附图给出实施例并对本发明作出进一步说明。有必要在此指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，如果该领域的技术熟练人员根据上述本发明作出一些非本质的改进和调整仍属本发明保护范围。
实施例1本实施例为用变压吸附分离半水煤气的举例。
如图2所示，本实施例装置的变压吸附系统12是由四个并行连接的吸附塔A1～A4和两个均压塔J1、J2构成，回收系统是由依次连接的回收罐8、抽真空机构9、压缩机构10和储气罐11构成。回收系统中，回收罐8的进气口通过回收阀门V1与各吸附塔塔顶的均压管道相连，储气罐11的出气口通过顺向终充总阀V2与各吸附塔塔底顺向终充管道相连。
本实施例的原料半水煤气压强为表压1.6MPa，采用的变压吸附流程为41122流程，即四塔流程单塔进气，单塔抽空，两次直接均压，两次间接均压过程。《表一》给出的是该流程四分之一工艺时序图，其余部分可参照该图顺序类推。
《表一》带回收系统的41122流程
下面以A1塔为例说明如下1、原料半水煤气通过流量控制系统后，由进料阀1进入A1塔吸附，氢气作为难吸附组份通过产品阀2由塔顶输出。
2、当A1塔的时序进行到四均降结束后，塔内还有表压0.325MPa的压强，这时开启A1塔的均压阀门4与回收罐8的回收阀门V1，关闭A1塔的其它阀门，使A1塔与压强为表压-0.08MPa的回收罐连通，这部份带压气体被泄放到回收罐8中，数秒后A1塔与回收罐8的压强平衡在表压-0.02MPa。该过程被称为回收步序。
3、由于A1塔的压强已低于大气压强，原系统设置的放空步序被取消，系统直接进入抽空步序。首先开启顺向抽空总阀7与A1塔的的均压阀4，关闭A1塔的其它阀门，并将顺向抽空输出的气体作为燃料气输出；随后开启A1塔的的抽空阀3，关闭顺向抽空总阀7与A1塔的其它阀门，对A1塔进行逆向抽空，同时将逆向抽空输出的易吸附组份二氧化碳气体作为产品2输出。
4、将回收罐8中的气体通过抽真空机构9与压缩机构10压缩到储气罐11内。随着时间的推移回收罐的压强逐渐降低到表压-0.08MPa以下，储气罐的压强逐渐升高到表压1.4MPa以上。
5、待A1塔步序进行到一均升结束后，开启顺向终充总阀V2与顺向终冲阀6，关闭A1塔的其他阀门，使A1塔与储气罐11连通，储气罐11中的气体即顺着进气方向返回到A1塔塔内，数秒后它们的压强平衡在表压1.1MPa左右，该过程被称为顺向终充步序。接着再开启逆向终充阀5，关闭A1塔的其它阀门，以进行变压吸附所必须的逆向终充过程，如此周而复始。
在该装置中没有回收系统时，其产品氢气纯度为99.99％，收率为85％。产品二氧化碳的纯度为83％，收率为90％。
在该装置中增加回收系统后，即本实施例的产品氢气纯度为99.99％，收率为95％。产品二氧化碳的纯度为98.5％，收率为90％。
实施例2本实施例为用变压吸附分离甲醇生产中变换气的举例。
如图3所示，本实施例装置的变压吸附系统12是由6个并行连接的吸附塔A1～A6和两个均压塔J1、J2构成，回收系统是由依次连接的气柜8、压缩机构10和储气罐11构成。回收系统中，气柜8的进气口通过回收阀门V1与各吸附塔塔顶的均压管道相连，储气罐11的出气口通过顺向终充总阀V2与各吸附塔塔底顺向终充管道相连。
本实施例的原料变换气压强为表压0.8MPa，采用的变压吸附流程为62222流程，即六塔流程双塔进气，双塔抽空，两次直接均压，两次间接均压过程。《表二》给出的是该流程六分之一工艺时序图，其余部分可参照该图顺序类推。
《表二》带回收系统的62222流程
下面以A1塔为例说明如下1、原料变换气通过流量控制系统后，由进料阀1进入A1塔吸附，难吸附组份氢气、氮气与一氧化碳气通过产品阀2由塔顶输出。
2、当A1塔的步序进行到四均降结束后，塔内还有表压0.125MPa的压强，这时开启A1塔的均压阀4与气柜8的回收阀V1，关闭A1塔的其他阀门，使A1塔与表压为0MPa的气柜连通，这部份带压气体被泄放到气柜8中，数秒后A1塔与气柜8的压强平衡在表压0.0125MPa。该过程被称为回收步序。
3、由于A1塔的压强已接近大气压强，原系统设置的放空步序被取消，系统直接进入抽空步序。首先开启顺向抽空总阀7与A1塔的的均压阀4，关闭A1塔的其它阀门，并将顺向抽空输出的气体作为燃料气输出，若对易吸附组份的纯度要求不高时(例如易吸附组份的纯度为95％)，可取消上述顺向抽空步序；随后开启A1塔的抽空阀3，关闭顺向抽空总阀7与A1塔的其它阀门，对A1塔进行逆向抽空，同时将逆向抽空输出的易吸附组份二氧化碳气体作为产品2输出。
4、将气柜8中的气体通过压缩机构10压缩到储气罐11内。随着时间的推延，气柜8的压强逐渐降低到表压0MPa，储气罐11的压强逐渐升高到表压0.7MPa以上。
5、待A1塔步序进行到一均升结束后，开启顺向终充总阀V2与顺向终充阀6，关闭A1塔的其他阀门，使A1塔与储气罐11连通，储气罐11中的气体即顺着进气方向返回到A1塔塔内，数秒后它们的压强平衡在表压0.6MPa左右，该过程被称为顺向终充步序。接着再开启逆向终充阀5，关闭A1塔的其它阀门，以进行变压吸附所必须的逆向终充过程，如此周而复始。
在该装置中没有回收系统时，其难吸附组份的产品氢气收率为98％，氮气收率为85％，一氧化碳收率为80％，其中二氧化碳含量为0.2％；而易吸附组份的产品二氧化碳的纯度为85％，收率为90％。
在该装置中增加回收系统后，即本实施例难吸附组份的产品氢气收率为99％，氮气收率为97％，一氧化碳收率为95％，其中二氧化碳含量为0.2％；而易吸附组份的产品二氧化碳的纯度为98.5％，收率为95％。
权利要求
1.一种提高变压吸附气体分离收率与纯度的方法，其特征在于在由两个或两个以上吸附塔组成的变压吸附系统中，还设置有一个回收系统，该回收系统与变压吸附系统相连，当变压吸附系统中某吸附塔进行至均压降步序结束后，将该吸附塔与回收系统连通，使该吸附塔的抽空初期压强降至表压0.02Mpa以下，这时一方面塔内残余的难吸附组份被泄放到回收系统中进行储存，另一方面又使该塔随后抽空输出的易吸附组份纯度提高；当变压吸附系统中另一吸附塔均压升步序结束后，再将回收系统与该吸附塔连通，使其储存的、其压强比原料气压强最多小20％的难吸附组份作为顺向终充气进入该吸附塔。随着下一个吸附过程的重新开始，作为顺向终充气的难吸附组份即被作为产品气由塔顶输出，如此周而复始。
2.一种用于实现权利要求1所述方法的装置，该装置包括由两个或两个以上吸附塔组成的变压吸附系统(12)，其特征在于还设置有一个回收系统，该回收系统包括通过管道和阀门依次连接的回收罐(8)、压缩机构(10)和储气罐(11)，回收罐(8)的进气口通过回收阀门V1与变压吸附系统(12)各吸附塔塔顶的均压管道相连，储气罐(11)的出气口通过顺向终充总阀V2与各吸附塔塔底顺向终充管道相连。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于该回收系统的回收罐(8)与压缩机构(10)之间还设置有抽真空机构(9)。
全文摘要
本发明涉及一种提高变压吸附气体分离收率与纯度的方法和实现该方法的装置。通过使用本发明的方法和装置，即可在变压吸附系统中某吸附塔最终均压降工序结束后，将该吸附塔内残余的难吸附组份泄放到回收罐中，并通过压缩机构或抽真空机构与压缩机构将回收罐中的气体压缩到储气罐内；当变压吸附系统中另一吸附塔均压升工序结束后，又将储气罐中的气体作为顺向终充气返回到吸附塔中，从而完成了回收过程。随着下一个吸附过程的重新开始，作为顺向终充气的难吸附组份即被作为产品气由塔顶输出，如此周而复始。本发明能将难吸附组份的收率提高3％～10％，同时还能将易吸附组份的纯度提高5％～10％。本发明的方法和装置可适用于分离各种气体的变压吸附领域。
文档编号B01D53/047GK1449860SQ0311778
公开日2003年10月22日 申请日期2003年4月30日 优先权日2003年4月30日
发明者王玉 申请人:王玉