专利名称：多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法
技术领域：
本发明涉及从气体混合物中，分离和纯化气体的方法，特别是有多塔同时吸附的变压吸附方法气体分离变压吸附方法，根据吸附剂对不同的气体组份具有吸附选择性的特征，和在高压下对气体组份的吸附容量大，而在低压下吸附容量小的特点，由吸附和解吸组成的交替切换的循环工艺方法。
已有的分离和纯化气体的变压吸附工艺，通常采用有多个充填吸附剂的吸附塔的变压吸附系统。气体混合物送入升压后的吸附塔，在吸附压力下，塔内吸附剂选择性地吸附气体，未被吸附的气体被送出系统，随后吸附塔减压，使被吸附气体解吸而实现分离或纯化，同时吸附剂获得再生，然后吸附塔升压，进料进入下一循环。在变压吸附系统中各吸附塔所经历的过程，按需要在吸附、均压(均压升、均压降)、放压、冲洗、置换、抽空(即抽真空)、升压、终冲(即最终升压)等中选择组合，构成吸附塔的循环工艺步骤。
已有的变压吸附气体分离工艺，采用3～10个吸附塔为一组。实际操作中，3个吸附塔中只有一个处于吸附过程，或4个吸附塔中只有一个处于吸附过程，或5个吸附塔中只有一个处于吸附过程，甚至6个吸附塔中也只有一个处于吸附过程，如中国专利91107278.0的说明书中所述。也有声称5个吸附塔中总有2个处于吸附过程的，如中国专利93111987.1的说明书中所述，但由于工业装置操作时各个步骤时间设置不能完全按照气体分离要求进行调整，因而实际操作困难。上述工艺方法强调吸附塔与吸附塔之间的相互均压与直接协调，为此，必须采用较大的吸附设备，装填较多的吸附剂，造成吸附剂的巨大浪费，和吸附设备的基本投资额庞大。同时，也由于上述工艺方法强调吸附塔与吸附塔之间的相互均压与直接协调，造成均压次数不能足够多，进而吸附相组份或非吸附相组份不能在低压下用吸附塔本身来回收，大大增加了操作费用。
鉴于此，本发明的目的在于提供一种能降低系统设备投资、提高分离效果、降低吸附相组份或非吸附相组份损失及操作费用的多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法。
本发明在已有的变压吸附气体分离方法的基础上，对本发明人发明的六塔真空变压吸附气体分离工艺，即中国专利申请96117496.X进行改进，采用3N或2n个充填吸附剂的吸附塔，其中有N或n个吸附塔同时处于吸附过程；并进一步设置P个空心塔，与吸附塔进行P次间接均压；再进一步将M个吸附塔设置为一组，对各吸附塔连续地进行直接抽空降压解吸，或将m个吸附塔设置为一组，对各吸附塔连续地进行冲洗解吸或置换，来实现其目的。
本发明的多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，在有充填吸附剂的吸附塔的变压吸附系统中，经过升压、均压、降压过程，吸附剂进行选择性地吸附气体、和解吸再生，实现混合气的气体分离，其特征在于吸附塔有3N或2n个，其中有N或n个吸附塔同时处于吸附过程，上述N=2～12,n=2～15。
在上述系统中设置有P个空心塔，与吸附塔进行P次间接均压，上进P=1～18。
在上述变压吸附工艺过程中，被吸附组份浓度较高的均压流出气体从吸附塔进口端均压升进入。
上述解吸可以是以M个吸附塔为一组，对各吸附塔连续地进行直接抽空降压解吸，上述M=2～6。
上述解吸也可以是以m个吸附塔为一组，对各吸附塔连续地进行冲洗解吸或置换，上述m=2～6。
本发明的多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，具有如下的明显优点和显著效果。
一、本发明在变压吸附的工艺流程中，采用多个吸附塔同时处于吸附过程的方法，使同时参与吸附过程的吸附剂量增多，使被吸附气体组份在相同时间内的被吸附气体量增加。而已有技术由于过多兼顾吸附塔与吸附塔之间的相互均压与直接协调，不可能也没有想到采用多个吸附塔同时吸附来提高相同时间内的吸附气体量。本发明采用上述多个吸附塔处于同时吸附过程的办法来提高系统相同时间内的吸附气体量，并通过其它的方法，如采用空心吸附塔或将死空间气体另行吸收等方法，来协调吸附塔与吸附塔之间的配合。因此，本发明可使每二个吸附塔中总有一个处于吸附过程，或每三个吸附塔中总有一个处于吸附过程，选用哪一种方法，主要依据气体的主要组份在吸附剂上的吸附性能和解吸性能来决定。需要说明的是，本发明的“三个吸附塔中有一个处于吸附过程”与原有“三个吸附塔中有一个处于吸附过程”的技术有明显差别。差别在于原有技术的均压次数受限，最多为一次，而且，对于真空变压吸附工艺，吸附塔真空解吸过程不连续；而本发明则可以采用1～18次均压，均压次数依据吸附相组份或非吸附相组份的回收要求，由操作人员自行调整，真空解吸过程，申洗解吸或置换过程都可以连续进行。
二、本发明在变压吸附的工艺流程中，在采用多个吸附塔同时处于吸附过程的基础上，采用P个空心塔与吸附塔进行P次间接均压的方法，增加了流程中的均压次数，有利于提高气体组份分离度、吸附相组份或非吸附相组份回收率。在以往公布的技术中，为了提高均压次数，不得不组合很多的吸附塔一起工作，以便更多的均压次数得以实现。如中国专利局公布的93111987.1中，就较详细描述了取得较多均压次数的方法，但均压次数同样受到一起工作塔数的限制。
三、本发明在变压吸附的工艺流程中，采用将均压流出的含较多被吸附组份的气体从吸附塔进口端均压升的方法，有利于克服多次均压造成的吸附前沿突破所带来的后阶段均压气体含有较高被吸附组份的弊端，从而使均压次数多而不致于分离效果差。而含被吸附组份较少或微量的均压流出气仍然从吸附塔出口端均压入，这有利于吸附前沿在均压升过程中的同推。
四、本发明在变压吸附的工艺流程中，依据被吸附组份的解吸特性，采用将吸附塔组成连续地进行解吸或置换的吸附塔组，其中解吸过程可以是抽空过程或冲洗过程。对于不同的气体分离工况，各步骤的时间可以调整，使吸附塔与吸附塔之间工作时不会相互干扰。
五、采用本发明的多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，能降低系统设备投资、提高分离效果、降低有效气体损失及操作费用。
使用本发明方法改进原有四塔二均0.8MPa变换气脱碳工艺，在不增加吸附设备、不增加吸附剂的情况下，由于本工艺改原单塔吸附为双塔吸附，吸附剂同时处于吸附过程的数量增加100％，被吸附组份在吸附剂停留时间增加一倍，吸附效果更好。同等气量下，吸附时间增长100％，单位时间放空量减少，氢氮气损失总量减少50％以上。
使用本发明方法改进原有0.8MPa四塔二均变换气脱碳工艺，在不增加吸附设备、不增加吸附剂、增加相应真空系统(抽空解吸所用真空系统能力与处理气体量成正比)的情况下，由于本工艺改原单塔吸附为双塔吸附，吸附剂同时处于吸附过程的数量增加100％，处理气量可增加100％；又因均压次数由二均均压改为七均均压，气体放空压力由2.2MPa降至1.2MPa，减少了放空阶段的氢氮气损失量33％以上。
新建装置，使用本发明方法的四塔七均工艺，较原四塔二均工艺，吸附剂用量减少50％，由于吸附塔重量的减少和空心塔重量的增加相当、真空罐的取消，钢设备吨位略有减少。
大型气体分离装置，使用本发明方法，无论是提纯氢或分离二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氧气、氮气等，由于吸附剂利用率提高100％，大大减少吸附剂用量，更由于设备的减少，占地面积也相应缩小，其效益非常明显，将极大的改善原有技术的缺点，意义尤其深远。
本发明与已有技术比较例的投资、消耗，如表1所示。
下面，再用实施例对本发明作进一步地说明。但不应理解为本发明仅限为下述实施例的范围。
表2至表12中，各符号的含义A吸附L放空V抽空 PP冲洗或置换FR终冲1L-PL一均降依次至P均降(P=1～18)1R-PRP均升依次至1均升(P=1～18)实施例1本发明的一种多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，其流程如表2所示。由于A塔和D塔、A塔和C塔、C塔和B塔、B塔和D塔各自分别处于吸附过程A，其n=2，即总有两个吸附塔同时处于吸附过程A。其吸附过程也是吸附塔的进料过程，即是二进。本例的吸附塔数为2n=2×2=4。由于各吸附塔各自分别进行抽空解吸V，其M=1。均压的均降PL、均升PR的次数可按需确定，其次数P=1～18。
实施例2本发明的一种多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，其流程如表3所示。n=2。m=1。
实施例3本发明的一种多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，其流程如表4所示。此例为本发明入的中国专利申请，CN96117496.X。N=2。M=2,A、B、C塔为一个连续抽空系统，D、E、F塔为一个连续抽空系统。
实施例4本发明的一种多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，其流程如表5所示。n=3。M=2，与实施例3相同。
实施例5本发明的一种多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，其流程如表6所示。n=3。M=1。
实施例6本发明的一种多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，其流程如表7所示。n=4。M=2,A、C、E、G塔为一组，B、D、F、H塔为一组。
实施例7本发明的一种多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，其流程如表8所示。n=4。m=2,A、C、E、G塔为一组，B、D、F、H塔为一组。
实施例8本发明的一种多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，其流程如表9所示。N=3。M=3,A、D、G为一组，B、E、H为一组，C、F、I为一组。
实施例9本发明的一种多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，其流程如表10所示。N=3。m=3。A、D、(G为一组，B、E、H为一组，C、F、I为一组。
实施例10本发明的一种多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，其流程如表11所示。n=6。M=3,A、D、G、J为一组，B、E、H、K为一组，C、F、I、L为一组。
实施例11本发明的一种多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，其流程如表12所示。n=6。m=3,A、D、G、J为一组，B、E、H、K为一组，C、F、I、L为一组。
表1处理气量7000NM3/H压力0.8MPa变换气脱碳装置投资、消耗对照
表2四塔二进P次均压连续抽空流程(n=2、m=1)
表3四塔二进P次均压连续冲洗流程(n=2、m=1)
说明冲洗气源采用非吸附相流出气或均压流出气。表4 六塔三进P次均压连续双系统抽空连续终冲流程(专利申请号96117496.X)(N=2、M=2)
表5六塔三进P次均压连续双系统抽空流程(n=3、M=2)
表6六塔三进P次均压连续单系统抽空、连续终冲流程(n=3、M=1)
表7八塔四进P次均压双系统连续抽空、连续终冲流程(n=4、M=2)
表8八塔四进P次均压双系统连续冲洗、连续终冲流程(n=4、m=2)
表9九塔三进P次均压三系统连续抽空、连续终冲流程(N=3、M=3)
表10九塔三进P次均压三系统连续冲洗、连续终冲流程(N=3、m=3)
表11十二塔六进P次均压三系统连续抽空、连续终冲流程(n=6、M=3)
表12十二塔六进P次均压三系统连续冲洗、连续终冲流程(n=6、m=3)
权利要求
1.多塔同时吸附的变压吸附气体分离方法，在有充填吸附剂的吸附塔的变压吸附系统中，经过升压、均压、降压过程，吸附剂进行选择性地吸附气体、和解吸再生，实现混合气的气体分离，其特征在于吸附塔有3N或2n个，其中有N或n个吸附塔同时处于吸附过程，上述N=2～12,n=2～15。
2.如权利要求1所述的变压吸附气体分离方法，其特征在于有P个空心塔，与吸附塔进行P次间接均压，上述P=1～18。
3.如权利要求1所述的变压吸附气体分离方法，其特征在于被吸附组份浓度较高的均压流出气体从吸附塔进口端均压升进入。
5.如权利要求1所述的变压吸附气体分离方法，其特征在于所说的解吸是以M个吸附塔为一组，对各吸附塔连续地进行直接抽空降压解吸，上述M=2～6。
6.如权利要求1所述的变压吸附气体分离方法，其特征在于所说的解吸是以m个吸附塔为一组，对各吸附塔连续地进行冲洗解吸或置换，上述m=2～6。
全文摘要
本发明涉及从气体混合物中,分离和纯化气体的方法,特别是有多塔同时吸附的变压吸附方法。旨在解决已有技术存在的变压吸附系统设备投资高、分离收率较低、成本高的问题。在有充填吸附剂的吸附塔的变压吸附系统中,经过升压、均压、降压过程,吸附剂进行选择性地吸附气体、和解吸再生,实现混合气的气体分离,其特征在于吸附塔有3N或2n个,其中有N或n个吸附塔同时处于吸附过程,上述N=2～12,n=2～15。用于从气体混合物中,分离和纯化气体。
文档编号B01D53/047GK1232716SQ9710773
公开日1999年10月27日 申请日期1997年10月24日 优先权日1997年10月24日
发明者杨皓 申请人:杨皓