高效柔性变压吸附工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种具有柔性（ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）的高效变压吸附工艺。其特征是吸附塔并联，各塔独立运行，因此各塔能够独立制定最合理的操作时间表，并可根据处理量变化和局部检修需要随时增减流程中的吸附塔数目。采用高表面吸附剂，以减少原料气体的压缩次数。设置预吸附塔并使其参与操作循环中的周期性变压清洗，稳定吸附剂的吸附容量。采用逆向均压以适应高纯度要求并提高吸附床层的利用率。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有柔性(flexible)流程结构和柔性操作条件的高效变压吸附工艺。它属于气体分离及净化技术。变压吸附(Pressure Swing Adsorption，简称PSA)是使气体在较高压力下吸附，而在较低压力下从吸附剂上脱附，因各组份气体在吸附剂上的平衡吸附量不同，或因吸附动力学差异实现气体分离的循环操作过程。PSA流程包含一个以上的吸附塔(吸附器)。在两个以上的吸附塔流程中，为回收机械能和提高产品收率，将操作中需要升压的塔和需要降压的塔连通，称为“均压”(Wagner,1969年，U.S.Patent:3,430,418)。多塔流程中，往往按照各塔压力等级，多次均压(L.B.Batta,1971年U.S.Patent:3,564,816)。按物流在塔内的流动方向，区分为顺向均压和逆向均压。顺向均压目的是增大产品回收率，逆向均压用意在提高分离的清晰度，保证产品纯度。一个典型的PSA循环包括以下步骤高压下的吸附、顺向泄压、逆向泄压、吸附剂再生、增压和最终增压(参见杨祖葆“吸附法气体分离”，化学工业出版社，1991)。存在的问题是1．均压操作将流程中所有的吸附塔(吸附器)的运行紧密联系起来，任何一塔的操作状态都会波及整个流程。由于采取塔间直接均压，使得多塔流程中的操作步骤排序复杂化。为照顾塔间配合，往往不能完全按照最佳条件分配各操作步骤的时间。由于操作时间排序与塔数密切相关，不宜通过吸附塔数目的简单增加来扩大生产能力，在某一塔出现故障情况下，很难做到不停车修理。2．顺向均压步骤导致较强吸附组份的前沿向吸附床的产品气出口端移动，致使吸附床利用率降低，相当于降低床层的吸附容量。3．现在的PSA技术所采用的吸附剂，包括各种沸石分子筛、活性炭、碳纤维、硅胶、活性氧化铝等，从比表面积考察，大都在数百至1000m2/g左右，吸附容量较低，生产单位量产品所需对原料气的压缩次数较多，致使单位产品能耗较高。4．原料气净化单元与变压吸附单元分离，净化单元通常采用变温再生，而没有与整个分离过程同步。本专利技术的目的在于提出一种柔性的(flexible)变压吸附流程，其中各吸附塔独立地在最佳条件下运行，提高吸附床层利用率和吸附容量，并使净化器的再生与吸附塔的再生协调起来。本专利技术的目的是通过附图所示的变压吸附流程实现的。图中C1、C2…Cn是吸附塔。S1、S2…Sm是中间储罐，各罐压力在脱附与吸附压力范围内依次变化。各吸附塔完全是并列地与相关气体物流管线连接。即各塔的产品出口端与产品管线连接，另一端通过阀门分别与不同压力等级的中间储罐连通管线、预吸附塔出口端的净化后原料气管线或常压脱附气管线连接。F1和F2是预吸附塔(净化器)；Tp是产品气储罐。在主吸附塔中填充以高表面吸附剂(例如比表面积2000m2/g以上的超级活性炭)为主的单一或与其它吸附剂组成的复合吸附剂，在预吸附塔中填充比表面积较低、孔隙度较大的单一或复合吸附剂，吸留原料气中的强吸附组份。原料气首先在吸附压力下通过一组预吸附塔，除掉其中对于主塔吸附剂难脱附的不利组份。然后进入主吸附塔的入口端，进入吸附操作，不易吸附的产品组份则进入产品气管线。吸附步骤停止后，依照压力等级，依次与中间储罐均压(本流程保证了吸附塔的逆向泄压)，最后经另一组预吸附塔向吹扫气管线泄压。下一步用产品气通过主吸附塔和预吸附塔逆向吹扫，气体进入吹扫气管线，使吸附床再生。两组吸附塔定期切换。切换时可利用预吸附塔的旁路管线和常压脱附气管线调整预吸附塔压力。吹扫步骤之后，将中间储罐按照压力等级依次与主吸附塔均压(本流程保证了吸附塔的顺向增压)。最后，采用产品气对主吸附塔进行逆向增压，达到吸附压力，完成终充(压)步骤。本专利技术的操作特点，在于各吸附塔总是与中间储罐进行逆向泄压和顺向增压。本专利技术的优点在于1．具有流程结构上的柔性。由于各个吸附塔在流程中并联，一个塔的切入或切断不打乱整个变压吸附流程的运行，可实现不停车检修，也可以根据处理量的变化随时增减吸附塔数目。2．具有操作条件的柔性。每个塔的操作条件(各步骤的时间分配)无需考虑与其它塔操作的配合，因此可以调整在最佳状态。3．显著增大了床层的吸附容量。由于采用逆向泄压，提高了床层利用率，并且采用高表面吸附剂，因此显著提高了吸附容量，从而减少生产一定量产品所需的“增压-泄压”循环的次数，故而节省了对原料气体的压缩能。4．有利于产品收率的提高。本流程使吸附塔泄压时带出的产品气进入各级中间的储罐储存起来，而在顺向增压时重新进入吸附塔，有利于提高产品气的收率。5．净化塔(预吸附塔)参与变压循环，通过“变压”再生，而不是通常的“变温”再生，提高了流程操作稳定性，并降低能耗。6．具有机械能利用效率的柔性。中间储罐不但回收泄压出去的产品气，同时也回收泄出气体包含的机械能。根据机械能效率的要求可以增减中间储罐的级数。典型用例炼厂干气提氢。干气中氢气含量约50％，其它组份主要是C1-C3,N2、O2等。在流程中有4个主吸附塔，2个预吸附塔。主吸附塔中填充由超级活性炭和5A分子筛组成的复合吸附剂，在预吸附塔中填充由脱水吸附剂和普通活性炭组成的复合吸附剂。吸附压力0.8MPa，吸附床经纯氢常压吹扫再生。两级中间储罐，工作压力分别是0.3和0.6MPa左右。与现有4塔PSA工艺相比，氢气纯度、收率指标显著提高，而能耗明显降低。权利要求1．一种高效柔性变压吸附工艺，主要由1个至多个吸附塔，1级以上的中间储罐，2组预吸附塔所构成，其特征在于各吸附塔并列地与气体物流管线相连，实现各塔独立操作；吸附塔与中间储罐进行逆向泄压和顺向增压；原料气进入吸附塔之前首先通过预吸附塔，预吸附塔一组顺向吸附，一组在变压循环中逆向吹扫再生，定期切换；吸附塔内主要填充比表面积为2000m2/g以上的高表面吸附剂，或与其它吸附剂的混合吸附剂，预吸附塔内填充比表面积较低，孔隙度较大的吸附剂。2．按权利要求1所说的高效柔性变压吸附工艺，其特征在于所述的吸附塔内填充的高表面吸附剂为超级活性炭、活性炭纤维，或它们的表面改性制品。全文摘要本专利技术公开了一种具有柔性(flexibility)的高效变压吸附工艺。其特征是吸附塔并联,各塔独立运行,因此各塔能够独立制定最合理的操作时间表,并可根据处理量变化和局部检修需要随时增减流程中的吸附塔数目。采用高表面吸附剂,以减少原料气体的压缩次数。设置预吸附塔并使其参与操作循环中的周期性变压清洗,稳定吸附剂的吸附容量。采用逆向均压以适应高纯度要求并提高吸附床层的利用率。文档编号B01D53/047GK1235863SQ99106859公开日1999年11月24日 申请日期1999年5月18日 优先权日1999年5月18日专利技术者周理 申请人:天津大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效柔性变压吸附工艺，主要由１个至多个吸附塔，１级以上的中间储罐，２组预吸附塔所构成，其特征在于：各吸附塔并列地与气体物流管线相连，实现各塔独立操作；吸附塔与中间储罐进行逆向泄压和顺向增压；原料气进入吸附塔之前首先通过预吸附塔，预吸附塔一组顺向吸附，一组在变压循环中逆向吹扫再生，定期切换；吸附塔内主要填充比表面积为２０００ｍ↑［２］／ｇ以上的高表面吸附剂，或与其它吸附剂的混合吸附剂，预吸附塔内填充比表面积较低，孔隙度较大的吸附剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周理，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]