多次順放交錯沖洗變壓吸附工藝制造技術

本發明專利技術公開了一種多次順放交錯沖洗的變壓吸附工藝，在每個吸附塔頂部出口管線上設置至少四臺交錯分布的調節閥、每個吸附塔頂部出口管線上設置兩臺或多臺程控閥作順放出口閥和沖洗進口閥，對順放及沖洗過程進行調節，實現了三次或三次以上的順序順放過程，及相對應次數的反序交錯沖洗過程。本發明專利技術增加了再生時間，提高了雜質組分的解吸效率，降低了沖洗氣用量，提高了產品氣收率；降低了吸附分周期時間，可降低裝置的投資和縮小占地面積。同時避免了不同吸附塔的順放沖洗過程采用不同調節閥出現的性能差異，使裝置各個吸附塔的順放沖洗過程完全一致，避免了因調節閥的性能差異而降低整個裝置的再生效果，從而避免了降低裝置的整體操作性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種變壓吸附方法，具體地說涉及一種多次放交錯沖洗的變 壓吸附工藝。技術背景變壓吸附(Pressure Swing Adsorption,簡稱PSA)方法是指利用多孔 固體吸附劑在一定壓力下，對混合氣體中不同組分具有選擇性吸附的特性， 實現混合氣體分離的方法。由于該方法具有工藝簡單、規模靈活、操作方便， 自動化程度高，投資少、能耗低等特點，因此，自變壓吸附技術成功開發以 來得到了快速的發展，不斷趨向于成熟和完善。隨著變壓吸附裝置的大型化 發展，從早期的數百標方/時產品到數萬標方/時的產品量，特別是近年來產 品氣量達到數十萬標方/時的特大型PSA裝置的發展，在保證產品質量的前提 條件下，用戶對產品收率、投資及占地要求越來越苛刻，加上吸附塔體積加 大后對氣流在床層內的分布及流動要求更高，傳統的變壓吸附工藝已經無法 適應變壓吸附裝置大型化發展的要求。為了滿足變壓吸附裝置大型化發展的 要求，目前主要圍繞以下兩個方向展開變壓吸附工藝的研究 一是提高順放 氣的使用效率，進而提高產品氣的收率；二是提高吸附劑的利用率，從而縮 短吸附分周期時間，達到降低一次性投資和縮小占地面積的需求。90年代初國內推出了 10-3-4/P工藝，即IO臺吸附塔，3塔同時進料，4 次均壓工藝，每個步位設定時間為45秒。該工藝沖洗部分主要由兩排順放沖 洗程控閥和兩臺調節閥組成，不同的塔進行順放沖洗控制時的調節閥相同。 該工藝主要應用于2. 5MPa(文中所述壓力除特別注明外，全部為表壓)壓力下 的中變氣提純氫氣工藝，時序表見表1。從時序表可知，每臺吸附塔在一個 循環周期內依次經歷吸附(A)、第一次壓力均衡降(E1D)、第二次壓力均衡降 (E2D)、第三次壓力均衡降(E3D)、第四次壓力均衡降(E4D)、第一步順放(PP1)、 第二步順放(PP2)、逆放(D)、第二步沖洗(P2)、第一步沖洗(P1)、第四次壓 力均衡升(E4R)、第三次壓力均衡升(E3R)、第二次壓力均衡升(E2R)、第一次壓力均衡升(E1R)、最終升壓(FR)。其余吸附塔也經歷同樣的過程，只是時間 上相互錯開。表1: 10-3-4/P工藝時序表<table>table see original document page 5</column></row><table>該工藝采用壓力均分的方法對順放氣進行二次分割，得到不同雜質含量 的兩段順放氣，對再生吸附塔進行反序沖洗，實現了二次順放交錯沖洗過程，即雜質含量高的第二步順放氣(PP2)用于剛完成逆放(D)步驟、雜質含量相對 較多的吸附塔的沖洗(P2)，雜質含量低的第一步順放(PP1)用于已經完成第二 步沖洗(P2)雜質含量相對少的吸附塔沖洗(PI)。該工藝采用兩步順放交錯沖 洗使得吸附劑再生效果比較好，有利于提高產品氫氣收率，利用該工藝處理 40°C、 2.5MPa壓力下的中變氣，產品氫氣的收率達89%。但是，該工藝兩次 順放沖洗再生的時間需要90秒以上，為保證順放沖洗的時間，吸附(A)總時 間最少需要270秒。這就意味著吸附塔體積及吸附劑的用量增加，投資及占 地面積增加。同時由于該流程的配置決定了這種流程難以實現更多次的順放 沖洗步驟。由于這種采用壓力均分分割順放氣的方法，很難控制順放氣的雜質含量， 所得各級順放氣的雜質濃度梯度并不呈等差(根據處理氣體的不同，有時一、 二、三級順放氣的組分非常接近，三、四級順放氣的組分差異較大；有時一 級與二級順放氣的組分相差較大，而二、三和四級順放氣的組分非常接近)， 所以若采用壓力均分的方法對順放氣進行三次或三次以上的分割后對再生吸 附塔進行反序沖洗，吸附劑的再生效果并不理想，難以達到比二次分割更好 的效果。并且三次或三次以上的分割并交錯沖洗，需要更大的吸附塔體積及 吸附劑用量，投資及占地面積也相應增加。申請號為200510020305. x的中國專利公開了一種10-3-4/P帶兩個順放罐的二次順放交錯沖洗工藝，即IO臺吸附塔，3塔同時進料，4次均壓工藝，順放過程通過兩臺順放罐進行緩沖，將每個步位時間降到了 30秒。該工藝沖洗部分主要由兩排順放沖洗程控閥和四臺調節閥及兩臺順放緩沖罐組成，不同的塔進行順放沖洗控制時使用不同的調節閥，該工藝時序表見表2。表2:帶兩個順放罐的10-3-4/P工藝時序表<table>table see original document page 6</column></row><table>該工藝采用壓力均分的方法對順放氣進行兩次分割，得到不同雜質含量 的兩段順放氣，將所得順放氣儲存于順放罐，再利用順放罐儲存的順放氣對 再生吸附塔進行反序沖洗，實現了二次順放交錯沖洗過程，即雜質含量高的第二步順放氣(PP2)用于剛完成逆放(D)歩驟、雜質含量相對較多的吸附塔的 沖洗(P2)，雜質含量低的第一步順放(PP1)用于已經完成第二步沖洗(P2)雜質 含量相對少的吸附塔沖洗(P1)。該工藝利用順放罐實現順放氣的交錯沖洗， 使得吸附劑再生比較好，有利于提高產品氫氣收率，處理4(TC， 2.5MPa壓力 下的中變氣，產品氫氣的收率達90%。由于該工藝采用順放罐儲存順放氣， 可以在保證同樣再生時間的前提下可縮短順放時間，從而可縮短吸附時間、 減小吸附塔的體積及吸附劑的總量。但另一方面又增加了程控閥和順放罐的 設備投資和相應的占地面積，不同的塔進行順放沖洗控制時使用不同的調節 閥，使得裝置各個塔的再生效果略有差異。并且該工藝仍采用壓力均分的方 法分割順放氣，要保證90秒以上的沖洗再生時間，順放時間降到了30秒， 同時又必須分成二次完成，各步位時間無法再減少，因而難以實現三次或以 上次的順放交錯沖洗過程，就無法達到更好的再生效果。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術中存在的不足，提供一種產品氣收率 高、設備投資少、占地面積小的多次順放交錯沖洗變壓吸附工藝。為了解決上述技術問題，本專利技術的變壓吸附系統為多塔連續運轉系統，每個吸附塔在一次循環周期中依次經歷吸附(A)、均壓降(ED)、順放(PP)、 逆向放壓(D)、沖洗(P)、均壓升(ER)、最終升壓(FR)過程，其特征在于， 所述順放步驟中的順放氣排放過程分割為三次或三次以上完成，各次順放氣 的雜質組分濃度呈等差遞增分配；所述沖洗步驟的沖洗過程分割為與順放過 程相對應的次數完成，依次利用順放步驟排放的各級順放氣對再生吸附塔進 行常壓反序交錯沖洗，即雜質含量最高的順放氣用于剛完成逆放步驟、雜質 含量最高的吸附塔的沖洗，雜質含量較低的順放氣用于已經完成前面沖洗過 程、雜質含量相對較低的吸附塔的沖洗，雜質含量最低的順放氣用于已經完 成前面沖洗過程、雜質含量最少的吸附塔的沖洗。所述順放步驟中的順放氣排放過程最好分割為3 5次完成，各次順放 氣的雜質組分濃度呈等差遞增分配；所述沖洗步驟的沖洗過程分割為與順放 過程相對應的次數完成，依次利用順放步驟排放的各級順放氣對再生吸附塔 進行常壓反序交錯沖洗。所述順放氣排放過程的分割方法可以為根據吸附壓力與順放氣組成的 對應關系，確定各級順放氣雜質組分濃度呈等差遞增分配時順放塔內本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多次順放交錯沖洗的變壓吸附工藝，其變壓吸附系統為多塔連續運轉系統，每個吸附塔在一次循環周期中依次經歷吸附（Ａ）、均壓降（ＥＤ）、順放（ＰＰ）、逆向放壓（Ｄ）、沖洗（Ｐ）、均壓升（ＥＲ）、最終升壓（ＦＲ）過程，其特征在于：所述順放步驟中的順放氣排放過程分割為三次或三次以上完成，各次順放氣的雜質組分濃度呈等差遞增分配；所述沖洗步驟的沖洗過程分割為與順放過程相對應的次數完成，依次利用順放步驟排放的各級順放氣對再生吸附塔進行常壓反序交錯沖洗，即雜質含量最高的順放氣用于剛完成逆放步驟、雜質含量最高的吸附塔進行沖洗，雜質含量較低的順放氣用于已經完成前面沖洗過程、雜質含量相對較低的吸附塔進行沖洗，雜質含量最低的順放氣用于已經完成前面沖洗過程、雜質含量最少的吸附塔進行沖洗。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：殷文華，李克兵，曾凡華，馬學軍，張宏宇，郜豫川，
申請(專利權)人：四川天一科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：90[]