本發明專利技術涉及變壓吸附脫碳技術領域，公開了一種變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝及其裝置。該工藝利用并列設置的吸附塔，將原料氣中的CO2氣體經過吸附塔內的吸附劑吸附脫除，得到凈化氣，工藝的每個循環包括吸附、均壓降、回收、抽真空、均壓升、隔離和最終升壓，吸附包括前吸附、吸附和后吸附；前吸附的具體過程為輸入其他吸附塔在后吸附階段的輸出氣，輸出凈化氣；吸附的具體過程為輸入原料氣，輸出凈化氣；后吸附的具體過程為輸出超過凈化氣指標的氣體，用以作為前吸附的輸入氣或最終升壓的終充氣體；最終升壓為采用其他吸附塔后吸附輸出的超過凈化氣指標的氣體對本吸附塔進行升壓。本發明專利技術具有CO2吸收率高、氣體有效組分損失小等優點。
【技術實現步驟摘要】
一種變壓吸附脫碳的飽和吸附工藝及其裝置
本專利技術涉及變壓吸附脫碳
，更具體地說，特別涉及一種變壓吸附脫碳的飽和吸附工藝及其裝置。
技術介紹
變壓吸附(PSA)的工作原理：利用吸附劑對不同吸附質的選擇性吸附及吸附劑對吸附質的容量隨壓力變化而有差異的特性，在吸附劑選擇性吸附的條件下，高壓吸附原料氣中的特定組分，低壓下解吸所吸附的這些特定組分而使吸附劑獲得再生，同時，設計采用多套吸附裝置，分組變動各組的工作壓力，可以達到連續分離原料氣中特定組分的目的，從而實現連續生產。變壓吸附脫碳即利用PSA原理和專用吸附劑，用來脫除變換氣中的CO2，達到凈化合成氨生產原料氣的目的。目前，變壓吸附脫碳已廣泛應用于化工生產，但因為吸附劑在吸附CO2的同時，對凈化氣中的H2、N2、CO等有效氣體也有一定吸附作用，因為對CO2吸附能力最強，所以當原料氣中CO2濃度越高時，吸附劑對其他氣體的吸附量就越小，因此，當吸附劑中CO2達到飽和時，有效氣體損失將最小。實際生產中，凈化氣中CO2氣體含量要求較低(一般小于1％)，所以，吸附劑中CO2未達到飽和狀態即要中止吸附，故而，仍有相當數量的有效氣體存留在吸附劑中，雖然通過多次均壓降及回收，有效氣體損失已有所減少，但因為吸附劑解吸時，內部的有效氣體還是隨CO2一起被真空泵抽出，造成氣體有效組分損失。因此，降低氣體損失的根本措施，在于提高吸附劑中CO2的飽和濃度，但出口凈化氣的工藝要求不允許CO2超限，而傳統工藝流程中，吸附只有一種形式，即要求全階段始終輸入原料氣，輸出凈化后的凈化氣，由于凈化氣限制CO2濃度太低，所以造成大量有效組分被同時吸附，也最終被同時解吸，這是造成氣體損失的根源?，F有技術中的吸附工藝包括一段法和二段法。傳統的一段法因為凈化氣指標要求CO2含量很低，所以無法在解吸氣中得到高濃度的CO2氣體，這也意味著解吸氣中H2、N2含量高，氣體損失大。二段法即兩段變壓吸附脫碳方法(專利號：CN01108694)，該方法中兩段變壓吸附裝置串聯操作，第一段裝置進口接變換工段來的原料氣，出口接第二段裝置入口，主要用來提高吸附劑內的CO2濃度，從解吸氣中提取高濃度的CO2(濃度>95％)用于尿素生產，第二段裝置進口接第一段裝置出口，出口接產品凈化氣(至壓縮或后續工段),主要用來分離氣體中的有效組分(如H2、N2等)，確保凈化氣指標，用于合成氨生產。參閱圖1和圖2所示，為傳統的一段法的工藝流程及步序表，從變換來的原料氣經吸附塔中吸附劑選擇性的吸收水及二氧化碳等組分，不易吸附的氫氣、氮氣、甲烷、一氧化碳等組分從出口端進入壓縮三段或后續工段，每個吸附塔在一個循環周期內依次經歷吸附A、順放FD、一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D、五均降E5D、回收RG、抽空V、五均升E5R、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R、一均升E1R、最終升壓FR等工藝步驟。現以a塔為例，對照圖2，說明該變壓吸附裝置各吸附塔在一個循環過程中的工藝步驟：1、吸附A：此時，a塔已完成最終升壓FR步驟(上個循環31、32步)，打開程控閥1a、2a，原料氣進入吸附塔a，吸附塔a內的吸附劑選擇性的吸收水及二氧化碳等組分，不易吸附的氫氣、氮氣、甲烷、一氧化碳等組分從程控閥2a出口端進入壓縮三段或后續工段，隨著時間的推移，吸附劑中的水及二氧化碳不斷增加，當上述組分達到一定程度時，停止進氣，吸附結束，此時關閉程控閥1a，出口氣CO2濃度控制在凈化氣指標(一般為0.2％～1％)。2、順放FD：吸附結束后，因為吸附塔頂部吸附劑內CO2濃度較低，有效組分(H2、N2等)濃度較高，此時打開程控閥3a、k2，隨著吸附塔內壓力的一定釋放，吸附劑內的有效組分率先解吸，氣體同樣作為凈化氣輸出至后工段，壓力穩定后關閉程控閥k2。3、第一次均壓降，簡稱一均降E1D，順放結束后，打開程控閥3a、3e，a塔內的氣體進入e塔對e塔進行一均升，當a、e兩塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3a、3e。4、第二次均壓降，簡稱二均降E2D，一均降結束后，打開程控閥4a、k3，a塔內的氣體進入j塔對j塔進行二均升，當a、j兩塔壓力基本平衡后，關閉程控閥k3。5、第三次均壓降，簡稱三均降E3D，二均降結束后，打開程控閥4a、4f，a塔內的氣體進入f塔對f塔進行三均升，當a、f兩塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4a、4f。6、第四次均壓降，簡稱四均降E4D，三均降結束后，打開程控閥5a、k4，a塔內的氣體進入i塔對i塔進行四均升，當a、i兩塔壓力基本平衡后，關閉程控閥k4。7、第五次均壓降，簡稱五均降E5D，四均降結束后，打開程控閥5a、5g，a塔內的氣體進入g塔對g塔進行五均升，當a、g兩塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5a、5g。8、回收RG，五均降結束后，a塔內壓力已經很低，打開程控閥6a，a塔內氣體逆放進入回收管道，回收氣體一般經過再次加壓并入原料氣入口，此外，還有其他回收方式，在此不一一并舉。9、抽真空V，回收結束后，打開程控閥7a，真空泵從a塔底部將氣體抽出，抽真空結束后，關閉7a。10、第五次均壓升，簡稱五均升E5R，抽真空結束后，打開程控閥5a、5c，c塔內的氣體進入a塔對a塔進行五均升，當a、g兩塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5c。11、第四次均壓升，簡稱四均升E4R，五均升結束后，打開程控閥5a、k4，i塔內的氣體進入a塔對a塔進行四均升，當a、i兩塔壓力基本平衡后，關閉程控閥5a、k4。12、第三次均壓升，簡稱三均升E3R，四均升結束后，打開程控閥4a、4d，d塔內的氣體進入a塔對a塔進行三均升，當a、d兩塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4d。13、第二次均壓升，簡稱二均升E2R，三均升結束后，打開程控閥4a、k3，j塔內的氣體進入a塔對a塔進行二均升，當a、j兩塔壓力基本平衡后，關閉程控閥4a、k3。14、第一次均壓升，簡稱一均升E1R，二均升結束后，打開程控閥3a、3e，e塔內的氣體進入a塔對a塔進行一均升，當a、e兩塔壓力基本平衡后，關閉程控閥3e。15、最終升壓FR，一均升結束后，打開程控閥3a、k1，利用處于吸附狀態的吸附塔的出口氣從頂部對a塔充壓，當a塔壓力升至吸附壓力時，關閉程控閥3a、k1；至此，a塔完成了一個循環，又可進入下個循環。b～h吸附塔與a塔循環步驟一樣，只是時間上相互錯開，i塔和j塔為均壓塔(沒有填充吸附劑)，僅供氣體暫存使用，便于增加均壓次數，其中，i塔用于四均氣體暫存，j塔用于二均氣體暫存。參閱圖3所示，為二段變壓吸附脫碳流程圖，由圖可以看出，二段法由兩套一段變壓吸附脫碳裝置串聯而成，其第一段由吸附塔a～f組成，第二段由吸附塔A～F組成，兩套裝置均遵循傳統一段法的工藝流程，仍然為吸附、順放、均壓降、回收、抽真空、均壓升、最終升壓等階段，在此不重復描述。與一段法所不同的是，其出口凈化氣指標(0.2％～1％)由第二段控制，第一段出口氣接第二段入口，第一段出口氣指標可提升至10％，所以，其一段的解吸氣CO2濃度可穩定在95％以上，作為尿素生產的原料氣，實驗證明，二段法中其第一段的氣體有效組分(H2、N2、CO等)損失極小。二段法中之所以能從解析氣中得到高濃度CO2，原因在于第一段的出口指標(氣體中CO本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝，利用并列設置的吸附塔，將原料氣中的CO2氣體經過吸附塔內的吸附劑吸附脫除，以得到凈化氣，所述吸附工藝的每個循環包括吸附、均壓降、回收RG、抽真空V、均壓升、隔離Q和最終升壓FR，其特征在于：所述吸附包括前吸附A1、吸附A和后吸附A2；所述前吸附A1的具體過程為輸入其他吸附塔在后吸附A2階段的輸出氣，輸出凈化氣；所述吸附A的具體過程為輸入原料氣，輸出凈化氣；所述后吸附A2的具體過程為輸出超過凈化氣指標的氣體，用以作為前吸附A1的輸入氣或最終升壓FR的終充氣體；所述最終升壓FR為采用其他吸附塔后吸附A2輸出的超過凈化氣指標的氣體對本吸附塔進行升壓。
【技術特征摘要】
1.一種實現變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝的裝置，新型飽和吸附工藝利用并列設置的吸附塔，將原料氣中的CO2氣體經過吸附塔內的吸附劑吸附脫除，以得到凈化氣，所述吸附工藝的每個循環包括吸附、均壓降、回收RG、抽真空V、均壓升、隔離Q和最終升壓FR，所述吸附包括前吸附A1、吸附A和后吸附A2；所述前吸附A1的具體過程為輸入其他吸附塔在后吸附A2階段的輸出氣，輸出凈化氣；所述吸附A的具體過程為輸入原料氣，輸出凈化氣；所述后吸附A2的具體過程為輸出超過凈化氣指標的氣體，用以作為前吸附A1的輸入氣或最終升壓FR的終充氣體；所述最終升壓FR為采用其他吸附塔后吸附A2輸出的超過凈化氣指標的氣體對本吸附塔進行升壓，從底部對吸附前的塔進行順序充壓；所述裝置包括多組并列設置的吸附塔(a，b，c……)，與吸附塔(a，b，c……)的底部連接用于通入原料氣的原料進氣閥(1a，1b，1c……)，與吸附塔(a，b，c……)頂部連接用于輸出凈化氣的凈化氣出氣閥(2a，2b，2c……)，與吸附塔(a，b，c……)頂部連接的用于均壓降和均壓升的第一均壓閥(3a，3b，3c……)、第二均壓閥(4a，4b，4c……)和第三均壓閥(5a，5b，5c……)，分別通過第一控制閥K3和第二控制閥K4與第二均壓閥(4a，4b，4c……)和第三均壓閥(5a，5b，5c……)連通的第一均壓塔i和第二均壓塔j，與吸附塔(a，b，c……)的底部連接的回收閥(6a，6b，6c……)和真空泵進口閥(7a，7b，7c……)，其特征在于：還包括連接在第一均壓閥(3a，3b，3c……)與吸附塔(a，b，c……)的底部之間的第三控制閥K1和吸附閥(8a，8b，8c……)，以及與第三控制閥K1連接的手動閥V1。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于：所述均壓降包括一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D和五均降E5D；所述均壓升包括五均升E5R、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R...
【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣明剛，
申請(專利權)人：湖南三箭自控科技有限公司，
類型：發明
國別省市：湖南;43
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