多阶抽真空变压吸附工艺制造技术

一种适用于处理大规模原料气的真空变压吸附装置的多阶抽真空工艺，包含两个或两个以上各自独立的抽真空系统，各自承担不同负压等级范围的抽真空任务，分步骤地对吸附床接力抽真空，并在抽真空设备与压缩机之间设置具有较大缓冲容积的气柜。多阶抽真空工艺适宜的抽真空负压范围为3～20kPa(A)，适用范围是原料气流量大于5000Nm3/h的真空变压吸附装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变压吸附工艺，特别是一种包含抽真空步骤的处理大规模气体进料量的变压吸附工艺。
技术介绍
变压吸附(Pressure swing adsorption简称PSA)是利用吸附剂对不同气体组分的吸附力存在差异和气体组分在吸附剂上的吸附容量随其气相分压升降而升降的特点实现气体分离的一种分离方法。在变压吸附工艺流程中，通常至少有两个以上并行功能的内部装填着吸附剂的吸附床，包含至少一种易吸附气体组分和至少一种不易吸附组分的原料混合气体在一定压力下经过吸附床时，其中的易吸附组分被吸附剂吸附下来，不易吸附组分则穿过吸附床从出口排出，实现易吸附组分与不易吸附组分的分离，此过程中获得不易吸附组分产品气体。当吸附剂接近达到饱和吸附时，切换操作，对结束吸附步骤的吸附床进行降压再生。在降压过程中，随着吸附压力的下降，吸附剂的吸附容量逐渐降低，吸附在吸附剂上的易吸附组分随之被脱附下来，此过程中得到易吸附组分产品。对于有些混合气体原料，为了获得更高纯度的易吸附组分产品或不易吸附组分产品，或为了同时获得更高纯度易吸附组分产品和不易吸附组分产品，再生过程中吸附床压力降至常压后，还需要对吸附床进行抽真空，将吸附床压力再进一步降压至一定负压，这种变压吸附工艺有时人们称之为真空变压吸附(Vacuum pressure swing adsorption简称VPSA)工艺。例如，炼厂裂解气变压吸附分离回收O；等轻烃、炼厂裂解气变压吸附回收C2=等、油田天然气变压吸附分离回收C2+或C3+等轻烃、变换气、合成气等分离回收CO2、氯乙烯尾气变压吸附回收氯乙烯、聚烯烃尾气回收聚烯烃等等，这些变压吸附过程大都采用VPSA工艺。从吸附剂的吸附特点来看，气体组分在吸附剂上的吸附容量随该组分气相分压的变化并不是线性的，而是随着分压的下降，吸附容量呈接近指数型式下降。换句话说，随着吸附压力的降低，组分在吸附剂上的吸附容量显著降低。对于VPSA工艺来说，这就意味着吸附条件相同时，随着抽真空压力的降低，吸附剂的动态吸附容量显著增大，处理相同量原料气所需的吸附剂量显著减少；不但如此，抽真空压力越低，吸附床再生得越彻底，吸附步骤得到的不易吸附组分产品气体纯度越高，易吸附组分收率也越高；同时抽真空压力越低， 得到的易吸附组分产品气体纯度越高，不易吸附组分收率也越高。因此，通常在VPSA工艺中，人们都希望尽可能获得更低的抽真空压力。在VPSA技术中，吸附床结束吸附步骤后，通常有一个浓缩易吸附组分的过程，就是先后通过顺向降压步骤、与其它吸附床之间的均压降压步骤、或用易吸附组分产品气体对吸附床进行置换等步骤组合的浓缩过程，排出吸附床死空间内和吸附剂上吸附的不易吸附组分，目的是使之后进一步降压过程中得到的易吸附组分产品气体达到足够高的纯度。 浓缩过程结束后通常是逆放步骤，将浓缩步骤后的吸附床进一步降压至常压，降压过程排出的气体排入压缩机入口缓冲罐。逆放步骤之后是抽真空步骤，就是用抽真空设备对吸附床抽真空，使吸附床压力进一步降低至负压，抽真空降压过程中脱附出来的气体通常也排入压缩机入口缓冲罐，与逆放步骤的气体混合后作为易吸附组分产品气体经压缩机升压后排出。现有VPSA技术中抽真空步骤基本都是采用单一的抽真空系统对进入抽真空步骤的吸附床进行抽真空，为了与本专利技术的技术相区别，本专利技术人称这种抽真空工艺为单阶抽真空工艺。在小规模的变压吸附装置中采用单阶抽真空的VPSA工艺通常是合理有效的，但在处理大规模原料气的变压吸附装置上采用这种抽真空工艺时，其弱点就会显现出来。首先，处理大规模原料气的变压吸附装置往往抽真空过程的气体量很大，而负压状态下气体的操作体积流量会更大，这就需要抽真空系统配置较大的管径和程控阀门，带来设备制造、 安装和维护的难度，有时甚至变压吸附装置的规模受到上述因素的限制，或者不得不放弃更低的抽真空压力；其次，在单阶抽真空工艺中，吸附床从常压至最终的真空压力都是由一个或一组抽真空设备完成的，而从抽真空设备角度讲，有些类型的抽真空设备更适合抽低真空，有些类型的抽真空设备更适合抽高真空，这就限制了抽真空设备的选择；再者，多数抽真空设备都是容积式的，抽真空设备的排出气体量基本与其入口压力成正比，因此，抽真空步骤初期，抽真空设备排出的气体量比较大，而抽真空步骤末期，抽真空设备排出的气体量比较小，使得变压吸附过程得到的易吸附组分产品气体量呈周期性地波动。抽真空压力越低，波动幅度越大。而现有技术平抑这种波动的方法，一是对抽真空步骤初期的气体量进行限量，二是增大压缩机入口缓冲罐容积。现有技术中压缩机入口缓冲罐大都采用固定体积容器，即使采用体积较大的容器，对压力为微正压的真空泵出口气体缓冲能力也很有限， 因此平抑气体流量波动的主要手段就是对波峰气体进行限量和调节压缩机气体回流负荷， 这就降低了抽真空设备和压缩机的效率。由于存在上述弱点，现有实际商业运行的采用单阶抽真空工艺的大规模变压吸附装置的抽真空压力大多只能达到20 60kPa(A)，这就必然显著影响了变压吸附装置的分离效果和所获得产品气体的纯度。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提出一种能够在处理大规模原料气的VPSA工艺的抽真空步骤中获得较低负压的真空变压吸附工艺；本专利技术的另一个目的是提出一种即使在抽真空步骤有大量气体负荷，抽真空系统仍可以采用相对较小的管道和程控阀门的真空变压吸附工艺；本专利技术的另一个目的是提出一种高效率的VPSA装置抽真空系统的真空变压吸附工艺；本专利技术还有一个目的是提出一种能够有效平抑易吸附组分产品气体峰谷流量波动的真空变压吸附工艺。本专利技术的主要目的是通过在处理大规模原料气的VPSA装置中采用多阶抽真空工艺，和在抽真空设备与压缩机之间设置具有较大缓冲容积的缓冲容器来实现的。本专利技术的真空变压吸附装置包括至少4座内部装填着吸附剂的功能并列的吸附床，每座吸附床有一个进气口和一个出气口，按照程序设定好的时序步骤，各个吸附床顺序地、周期性地依次完成各个步骤的操作。除抽真空步骤外，本专利技术的其它工艺步骤与现有技术没有本质区别。在每个吸附周期内，吸附床首先进行吸附步骤，吸附步骤可能在一个或一个以上的吸附床内进行。吸附床结束吸附步骤后，通常是包含多个步骤的浓缩易吸附组分过程，比如可能包含顺向降压步骤，就是从吸附床出口顺着吸附气流的方向降压，将吸附床内未被吸附的不易吸附组分排出吸附床；可能还包含均压降步骤，就是将吸附床与需要升压的吸附床连通，将吸附床内含有较多不易吸附组分的气体排入其它吸附床；也可能包含置换步骤，就是用易吸附组分产品气体或其它含有较高易吸附组分浓度的气体置换出吸附床内吸附和滞留的不易吸附组分；等等。浓缩过程可能还包含其它方式的具体步骤，或这些步骤的不同组合，浓缩过程的本质目的是排出吸附床死空间内滞留的和吸附剂上吸附的不易吸附组分，使之后进一步降压过程中得到的易吸附组分产品气体达到足够的纯度。浓缩过程结束后，如果吸附床压力仍高于大气压，这时紧接着进行逆放步骤，就是逆着吸附气流的方向，从吸附床入口侧排出气体，使吸附床降压至大气压，逆放步骤排出的气体作为易吸附组分产品气体排入缓冲容器。逆放步骤之后是抽真空步骤，将吸附床抽真空至一定负压， 进一步将吸附在吸附剂上的易吸附组分逐渐脱附下来，经抽真空设备升本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张国瑞，
申请(专利权)人：北京信诺海博石化科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：