PSA制造技術

PSA

【技術實現步驟摘要】
PSA變壓吸附分離工藝中的有效能回收方法


[0001]本專利技術屬于化工領域，特別涉及氣體
PSA
變壓吸附分離工藝中吸附劑再生過程中，工藝氣流的有效能的回收技術方法
。

技術介紹

[0002]在以煤
、
油
、
天然氣等為原料生產合成氣
、
或氫氣生產中，通常都設有
CO2脫除分離工序
。
由于
PSA
變壓吸附分離工藝過程中被分離介質沒有氣
、
液相變化，沒有溶液的高低壓
、
高低溫循環，工藝溫度變化最大的床層進口也基本在5～
50℃
的常溫范圍，床層出口溫度基本不變化；分離工藝無需或耗用很少能量，沒有工藝廢液，還有自動化程度高等優點
。
該工藝自上世紀
1960
年代研發成功后，就開始工業應用
。
目前已在全球的合成氨
、
甲醇
、
煉油等行業的氣體分離工藝中廣泛應用
。
[0003]PSA
變壓吸附分離工藝還可以應用于空氣分離制氧
、
制氮
、
煤制氫及氫氣甲烷分離等多種氣體的混合物分離
。
[0004]PSA
變壓吸附分離工藝，通常將易于被吸附劑吸附的物質如
CO2，利用其吸附量與其分壓力成正比的關系，先在壓力相對高的條件下用吸附劑將易吸附組分從混合氣體中吸附下來，未被吸附
、
或不易被吸附的氣體如
H2，則在氣流壓力差的推動下，從吸附劑顆粒之間的空隙中被氣流推出吸附劑床層
、
推出吸附塔，實現將不易被吸附的組分如
H2從其混合氣中分離；然后在壓力相對低的條件下，再利用其吸附量與壓力成正比的關系，將吸附劑吸附的組分如 CO2解吸釋放到空間，并利用氣流壓力差的推動，將解吸的組分如
CO2送入另一空間，實現吸附劑的再生，使吸附劑在再次回到高壓條件下又具有吸附
CO2的性能
。
[0005]根據
PSA
變壓吸附分離工藝裝置進
、
出口氣體的有效能的分析與計算可知，尤其是高碳原料制
H2的變換氣
CO2含量達
30
％以上，甚至有其
CO2含量更高達
40
～
80
％的高壓氣體，當混合氣壓力在
1MPa
，甚至
4MPa
以上時，
PSA
變壓吸附分離工藝裝置進
、
出口氣體的有效能的損失是不可忽略的
。
如某正在設計的大型
CTL
煤制油生產線，其生產
H2的
3MPa
壓力
PSA
變壓吸附制氫工藝，裝置進口氣總量達
660000Nm3/h
，其中的
CO2含量就達到
45
％，出口
H2氣含量
≥ 99.9
％，氣量
340000Nm3/h
，其
PSA
分離過程的有效能損失達
33000kwh/
以上
。
使每生產一噸燃油僅在
PSA
工藝中就直接損失有效能
264kwh
，增加
CO2排放
211kg。
[0006]CN205832901U
一種變壓吸附系統余壓余能回收利用裝置，通過解析氣管和逆放氣管連接在主氣管上，主氣管經預熱管后連接透平機，透平機連接發電機回收余壓
。
由于逆放解吸氣壓力比起
PSA
裝置進口壓力已降低
90
％，甚至
99
％以上，其原有的壓力有效能的絕大部分已在均壓順放過程中耗散于氣流分子熱運動，并傳導給所接觸的物質
(
吸附劑
、
構件
、
器壁
)
而喪失殆盡，一點也沒有回收到
。
即使設置其所述的加熱管將氣體加熱，增加其氣體的有效能量，由于其逆放解吸氣壓力已經很低，加之氣量小，有效能回收量也將十分有限，所以此類余壓能量回收及利用的思路
、
方式
、
裝置，在行業中一直沒有引起注意
。
[0007]CN101285638B
利用變壓吸附余壓的半開式煤層氣氮膨脹的液化工藝
、CN101285639B
利用變壓吸附余壓預冷的煤層氣氮膨脹的液化工藝，也僅回收利用了出塔即
需排入大氣環境的非吸附相氮氣的高壓勢能，通過膨脹機進行絕熱膨脹制冷，而沒有回收利用變壓吸附均壓
、
順放
、
終沖工藝過程中損失的氣流有效能，進行工藝優化和能量回收
。
[0008]某氣體被吸附，其本質是吸附劑微觀電磁結構與被吸附氣體微觀電磁結構之間存在的吸引力而實現的，而且在給定溫度下，被吸附量與其分壓成正比
。
變壓吸附分離工藝正是利用這一特性，再由道爾頓發現的分壓與體積分數成正比的關系，即道爾頓分壓定律；采用專門的工藝過程，通過改變若干彼此可聯通的
、
可隔斷的
、
裝有特定吸附劑的容器內的壓力，即可有序改變其分壓，即可改變混合氣體的體積分數，即實現混合氣體的連續分離
。
[0009]混合氣體在等溫條件下在吸附床中實現其分離，吸附相的放熱則幾乎全部由吸附劑吸收，還由于在一個吸附分離周期中，吸附劑質量遠遠大于混合氣體，
②
吸附相主要集中在吸附床層的下半部分，所以一般介質吸附過程的溫升，尤其在吸附塔出口在通常的工業化的工藝設計中均可忽略不計的
。
[0010]在工業生產中，無論是
PSA
等溫分離
、
低溫冷凝分離
、
或是溶劑物理
/
化學吸收分離
、
膜分離工藝中，氣體分離需要的最小分離功，通常是由分離裝置進口的混合氣體提供的
。
而正是煤制氫
、
煤制氨等高
CO2含量煤氣，采用的
PSA
分離工藝中，工藝氣體沒有體積巨幅縮小的相變液化，為大幅回收減壓分離過程的能量損失提供了關鍵物理條件
。

技術實現思路

[0011]本專利技術的目的，就是向社會提供一種能夠將傳統
PSA
變壓吸附分離工藝中損失的有效能，大比例的直接轉化為機械能及電能，并獲得低溫
、
甚至低于
?
100℃
以下的深冷變壓吸附工藝過程的技術方法
。
[0012]1.PSA
變壓吸附分離工藝中的有效能回收方法，其特征在于：在
PSA
變壓吸附本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.PSA
變壓吸附分離工藝中的有效能回收方法，其特征在于：在
PSA
變壓吸附分離工藝的吸附塔內有效氣回收和附劑再生過程中，壓力相對高的吸附塔及容器向壓力相對低的吸附塔及容器泄放氣體的通道中設置氣流能量轉化裝置
(TP)
，將來自壓力相對高的吸附塔及容器的氣流的能量轉化為機械能，其機械能再通過連接的發電機
(FD)
轉化為電能；氣流能量轉化裝置
(TP)
的進氣管路中設有加熱器
(JRQ)
，以便加熱氣流，增加其有效能的獲得量；不向加熱器
(JRQ)
供熱
、
或不設加熱器
(JRQ)
，用經氣流能量轉化裝置
(TP)
膨脹作功后的低溫氣體，降低另一吸附塔床層溫度，提高吸附容量，降低吸附劑體積
、
降低分離產品溫度；將低溫的高壓產品氣
(GYCPQ)
經冷交換器
(LJHQ)
將冷量回饋給脫水原料氣
(TSYLQ)
，將使吸附塔床層溫度和低溫的低壓產品氣
(DYCPQ)
溫度降到更低溫度；同理，將低溫的低壓產品氣經冷交換器
(LJHQ)
將冷量回饋給脫水原料氣
(TSYLQ)
，將使吸附塔床層溫度和高壓產品氣
(GYCPQ)
溫度降到更低溫度；將低溫的高壓產品氣
(GYCPQ)
和低溫的低壓產品氣
(DYCPQ)
均經冷交換器
(LJHQ)
將冷量回饋給脫水原料氣
(TSYLQ)
，將使吸附塔床層溫度降低的同時，降低變壓吸附工藝壓力
、
原料氣加壓能耗及能源生產的
CO2排放；設置了多臺氣流能量轉化裝置
(TP)
的變壓吸附工藝中，各氣流能量轉化裝置
(TP)
出口氣的冷量，采用循環導冷液串聯換冷循環方式，將冷量集中輸出到用冷設備；設置了氣流能量轉化裝置
(TP)
的變壓吸附工藝獲得的冷量，通過間壁換熱
、
或液體循環方式交換給另一套變壓吸附工藝裝置
、
或氨冷裝置
、
或需要低溫的其它如空氣深冷分離裝置，能使其工藝溫度降低
。2.
根據權利要求1所述的
PSA
變壓吸附分離工藝中的有效能回收方法，其特征在于，同一循環內的吸附塔
(A)
至吸附塔
(H)
的一均降氣流，全部依秩序經一均降總管
(1JJZG)
后，再流進一均降氣流能量轉化裝置
(TP1)
，再依秩序經一均升總管
(1JSZG)
后，流入相應的吸附塔
。
同一循環內的吸附塔
(A)
至吸附塔
(H)
的二均降氣流，全部依秩序經二均降總管
(2JJZG)
后，再流進二均降氣流能量轉化裝置
(TP2)
，再依秩序經二均升總管
(2JSZG)
后，流入相應的吸附塔；同一循環內的吸附塔
(A)
至吸附塔
(H)
的三均降氣流，全部依秩序經三均降總管
(3JJZG)
后，再流進三均降氣流能量轉化裝置
(TP3)
，再依秩序經三均升總管
(3JSZG)
后，流入相應的吸附塔；當系統壓力高，均壓次數將超過3次，即同一循環內的吸附塔的第
N
次均壓降的氣流全部依秩序經第
N
均降總管后，再流進第
N
均降氣流能量轉化裝置，再依秩序經第
N
均升總管后，流入相應的吸附塔，同一循環內吸附塔的數量
≤50。3.
根據權利要求1所述的

【專利技術屬性】
技術研發人員：李開建，李寧，
申請(專利權)人：成都聚實節能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：