專利名稱：吸附分離法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將非吸附成分或難吸附成分分離為高純度產(chǎn)品氣的吸附分離法，特別是涉及用壓力交替吸附法進行分離精制的吸附分離法。
壓力交替吸附法(以下簡稱PSA法)是廣泛應用的氣體分離及精制的方法。它被應用于，從空氣或氮氣中除去水分及二氧化碳，從丁烷、石腦油或甲醇的水蒸汽改性氣體生產(chǎn)氫氣，從COG等的煤發(fā)生氣制造氫氣，從石油精制尾氣回收氫氣，從天然氣回收氦等眾多的領(lǐng)域。
在使用PSA法的吸附分離裝置中，產(chǎn)品的純度及回收率要高，產(chǎn)品的流量及壓力的變動要小，這是必要的條件。
一般說來，在將非吸附成分分離為高純度產(chǎn)品的PSA法中，為了使吸附劑再生，要用非吸附成分氣，即產(chǎn)品氣對易吸附成分氣進行吹掃。最原始的方法是將存于貯槽中的產(chǎn)品氣用作該再生用非吸附成分氣，但這樣就會使產(chǎn)品氣的回收率顯著變低，從而造成成本提高。另外，還有這樣的缺點，即當對已吹掃的吸附塔加壓時，需要利用一部分產(chǎn)品氣，這樣就會使送往目的地的產(chǎn)品流量及壓力發(fā)生變動。
解決該缺點的方法，已知的有例如在日本特公昭45-20082號公報及特公昭55-12295號公報中記載的選擇吸附法。這些方法基本上是具有4個吸附塔，在完成吸附工序的第1塔中剩余的高壓非吸附成分氣依靠壓力平衡被用來使已在最低壓力下(如大氣壓)吹掃凈化的第2塔升壓，而且第1塔中剩余的中壓非吸附成分膨脹后，用于處于最低壓力下的第3塔的吹掃，這樣就防止了貴重的產(chǎn)品氣的損失，使回收率提高。同時，為了使凈化的第4塔從中壓升至高壓，而恒定地引入產(chǎn)品氣，所以解決了前述的產(chǎn)品氣流量及壓力發(fā)生變動的缺點。
圖3表示出了前述特公昭45-20082公報中記載的流程圖，圖4表示了該過程的時間程序圖。
但是，為了便于和本發(fā)明比較，對表示方法進行了一些變更，但對于同種裝置，為了易于和上述公報比較，標號是相同的。時間程序圖也進行了同樣變更，這是根據(jù)吸附塔的大小，吸附劑的種類，各氣體的流量而適當設定的，實際上和上述公報中表示的順序是相同的。
在原料氣供給主管10和非吸附成分氣產(chǎn)品送出主管11之間并列設有A、B、C、D四個吸附塔。自動閥1A、1B、1C、1D分別將原料氣由原料氣供給主管10供給吸附塔A、B、C、D。自動閥2A、2B、2C、2D將由非吸附成分組成的產(chǎn)品氣由各吸附塔經(jīng)產(chǎn)品氣送出主管11送出。
在各吸附塔內(nèi)吸附的易吸附成分氣由設置在各吸附塔原料氣進入側(cè)的自動閥3A、3B、3C、3D經(jīng)廢氣送出主管12排出，它是通過逆流減壓及吹掃工序除去的。
連結(jié)塔A、B的產(chǎn)品氣流出端的導管15，自動閥4AB及節(jié)流閥17，使塔A、B之間的壓力維持平衡;同樣連結(jié)塔C、D的產(chǎn)品氣流流出端的導管16，自動閥4CD及節(jié)流閥18使塔C、D之間的壓力保持平衡。自動閥5A、5B、5C及5D是設計用來連結(jié)各吸附塔的產(chǎn)品氣輸出端的，其中的兩個同時打開，使從一個吸附塔出來，并用于另一個塔的吹掃的順流減壓氣從中通過。
該順流減壓不在塔A、B間及塔C、D間進行，一定通過吹掃用導管21和22。在21和22上設有節(jié)流閥19，20，以防止過大的流量;還裝有壓力調(diào)節(jié)閥23，24，以便使進行順流減壓的吸附塔能保持最小壓力。當吸附塔達到該設定壓力時，壓力調(diào)節(jié)閥23，24關(guān)閉，順流減壓及吹掃工序結(jié)束。
另外，在廢氣送出主管12上，并列設有主廢氣用的自動閥26和節(jié)流閥25，以便限制逆流減壓時的廢氣量。主廢氣用的自動閥26在進行不使吸附塔內(nèi)變?yōu)樽畹蛪毫Φ哪媪鳒p壓工序時關(guān)閉，只有節(jié)流閥25上通過廢氣，以便對流量，即塔內(nèi)的減壓速度進行調(diào)節(jié)。但是當進行塔內(nèi)處于最低壓力的吹掃工序時，自動閥26打開，廢氣的流動阻力變得最小。
裝有通過流量調(diào)節(jié)器FC來調(diào)節(jié)其開閉度的流量調(diào)節(jié)閥28的再加壓導管27通過屬于各吸附塔的自動閥6A，6B，6C，6D使產(chǎn)品氣送出主管11與各吸附塔的產(chǎn)品流出端崞鵠矗蚩粲詿τ誆菲構(gòu)ば虻奈剿納鮮鱟遠?，可将覛g髁康牟菲統(tǒng)鮒鞴 1內(nèi)的產(chǎn)品氣導入吸附塔。
下面就圖4表示的時間程序圖對各工序進行說明。
當吸附塔A處于吸附工序時，自動閥1A和2A打開，原料氣由原料氣供給主管10導入吸附塔A，在通過吸附塔的過程中易吸附成分氣被塔內(nèi)的吸附劑吸附，而非吸附成分氣的濃度逐漸增加，從而在產(chǎn)品氣流出端得到高純度的產(chǎn)品氣。該產(chǎn)品氣由自動閥2A送往產(chǎn)品氣送出主管11。該吸附工序持續(xù)5分鐘。
當吸附塔A處于吸附工序時，吸附塔B在最初0.5分鐘是逆流減壓工序，此時自動閥3B打開，通過預先調(diào)節(jié)開度的節(jié)流閥25將塔內(nèi)以5大氣壓(絕)存在的氣體排出，使塔內(nèi)壓力降至1.1大氣壓(絕)。在該工序中，吸附的易吸附成分氣的一部分解吸排出。0.5分鐘后，自動閥5B，5C打開，在吸附塔C內(nèi)存在的9大氣壓(絕)的平衡減壓工序后的氣體通過流量調(diào)節(jié)閥24及節(jié)流閥20膨脹至1.1大氣壓(絕)后流入吸附塔B，使塔內(nèi)吸附的易吸附成分氣進一步解吸，并通過自動閥3B和重新打開的自動閥26排到系統(tǒng)外。在此期間，塔B為吹掃工序，而塔C為順流減壓。該狀態(tài)持續(xù)4.5分鐘。
吸附塔C在最初0.5分鐘是平衡減壓工序，吸附工序完成時的16大氣壓(絕)的塔內(nèi)壓力與壓力為1.1大氣壓的吸附塔D平衡，雙方都變成9大氣壓(絕)。該平衡是通過開通自動閥4CD，并通過節(jié)流閥18調(diào)節(jié)適當?shù)牧髁慷M行的。此后的4.5分鐘間是前述的順流減壓工序，自動閥4CD關(guān)閉，自動閥5C打開。
對于吸附塔D，如前所述最初的0.5分鐘是與吸附塔C進行平衡化的平衡加壓工序，同時在此期間，自動閥6D打開，產(chǎn)品氣通過導管27及流量調(diào)節(jié)閥28由產(chǎn)品氣送出主管11導入吸附塔D。0.5分鐘過后，平衡化完成，前述的自動閥4CD關(guān)閉，而自動閥6D仍打開著，然后吸附塔D中的壓力用產(chǎn)品氣由9大氣壓(絕)升至16大氣壓(絕)，該狀態(tài)持續(xù)4.5分鐘，吸收塔D的升壓完成。
以上是對5分鐘一個循環(huán)內(nèi)的各部分的氣體流向及壓力的變化進行了說明。5分鐘過后，已升壓完畢的吸附塔D進入吸附工序，同時如圖4的時間程序所示，各吸收塔的工序都發(fā)生了交換，4個循環(huán)經(jīng)20分鐘后，各吸附塔的全部工序都已完成，然后再從頭開始。
在上述特公昭45-20082中，使用了這種壓力交替裝置，并根據(jù)上述時間程序進行各工序，因而可使產(chǎn)品氣回收率變高，產(chǎn)品氣的流量及壓力變化小。
特公昭45-20082指出了如下理由。
如果以塔A處于吸附工序為例，首先處于高壓下的塔C的非吸附成分氣由于和處于最低壓力下的塔D進行壓力平衡而移向塔D直到變?yōu)橹虚g壓力，而塔C中剩余的非吸附成分氣流向塔B，用于塔B的吹掃。由于不使用貴重的產(chǎn)品氣作為再生用吹掃氣，因而產(chǎn)品的回收率高。
塔D由于和塔C進行壓力平衡而變成中間壓力，但為了再升至高壓要通過導管27，流量調(diào)節(jié)閥28將產(chǎn)品氣導入塔D。由于經(jīng)常有一定量的產(chǎn)品氣流過該流量調(diào)節(jié)閥28，所以不會使送往目的地的產(chǎn)品氣的流量及壓力發(fā)生變動。
但是，上述的方法還存在以下缺點。
第1，為了使塔D由中間壓升至高壓需要大量的產(chǎn)品氣，所以回收率的提高有一定限度。在上述特公昭45-20082中，由于采取了二段壓力平衡工序，使平衡時的中間壓力提高，從而防止產(chǎn)品氣的損失，但是二段壓力平衡使循環(huán)時間變長，從而使吸附劑的需要量增加影響到吸附塔和整個裝置的大小。
第2，通過上述的流量調(diào)節(jié)28導入產(chǎn)品氣，要直到使塔D加壓至約產(chǎn)品氣壓力為止。但是，由于流量調(diào)節(jié)閥28是將流量調(diào)節(jié)到規(guī)定的量，所以調(diào)節(jié)閥28的開度隨著塔D的壓力從中間壓力逐漸上升，即兩者的壓力差變小而開度變大，因而再加壓完了時，調(diào)節(jié)閥處于幾乎全開狀態(tài)。通過流量調(diào)節(jié)閥28的流量，即在1個循環(huán)的時間內(nèi)(一個吸附塔處于吸附工序的時間)內(nèi)完成吸附塔的升壓，又要被調(diào)節(jié)為一定，但實際上這是幾乎不可能的。這是因為在PSA法中，當產(chǎn)品氣的需要量增減時，原料氣的供給量也要隨之變化，也就是要對運轉(zhuǎn)負荷在大范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)基本上是通過增減循環(huán)時間進行的，負荷增加時原料氣的供應量增加而循環(huán)時間縮短;負荷減小時，原料供應氣減少而循環(huán)時間延長，這崾溝ノ皇奔淶鈉辶糠⑸浠 上述吸附塔的再加壓必須在循環(huán)時間內(nèi)完成，所以在循環(huán)時間長的情況下，流量調(diào)節(jié)閥28的設定流量要變小;而在循環(huán)時間短的情況下，設定流量必須變大。
現(xiàn)在假定PSA法中的最大負荷量為100%，如以20%的負荷量運轉(zhuǎn)時，則循環(huán)時間要延長5倍，從而流量調(diào)節(jié)閥的設定流量要減至1/5。但如前所述，調(diào)節(jié)閥28的開度隨著需要升壓的塔D的壓力升高而逐漸增大，這如果和由于負荷調(diào)整而變化的設定流量組合起來，就會使調(diào)節(jié)閥在不可能的廣泛圍內(nèi)動作。
如果這樣，會造成在循環(huán)時間內(nèi)升壓不能完成，或者過早地完成。前者情況下，在吸附塔變換對還沒有完成升壓的吸附塔內(nèi)由于原料氣的急激流入造成壓力下降，從而產(chǎn)品壓力下降，產(chǎn)品氣送出量減小。在后者的情況下，由于升壓過早完成，到下面的變換之前會產(chǎn)生產(chǎn)品氣不流過調(diào)節(jié)閥28的時間帶，在此期間，產(chǎn)品氣的壓力和送出量增加。
因而，本發(fā)明的目的是提供一種在使非吸附成分氣分離為產(chǎn)品氣的PSA法中能提高產(chǎn)品回收率，并且能進一步減低產(chǎn)品氣的流量及壓力變化的吸附分離法。
本發(fā)明的第一特征是在通過壓力交替吸附法將非吸附成分氣或難吸附成分氣分離為產(chǎn)品的吸附分離法中，設置4個以上的有原料氣流入端和產(chǎn)品氣流出端，且其中裝有吸附劑的吸附塔，同時還順次進行以下工序a)吸附工序，即使原料氣在最高壓力下由流入端流入第1吸附塔，在使易吸附成分吸附于吸附劑的同時，使非吸附成分作為產(chǎn)品氣從產(chǎn)品氣流出端取出，當吸附前沿處于第1吸附塔中間時，中斷原料氣的流入。
b)平衡減壓工序，即使上述處于最高壓力下的第1塔內(nèi)氣體的一部分從第1塔的產(chǎn)品氣流出端以與原料氣流順流的方向放出，將這樣放出的氣體凈化使其不含有易吸附成分，并且通過最低壓下或預定低壓下的壓力平衡使其從處于最低壓力下的第2塔的產(chǎn)品氣流出端流入，從而使第1和第2塔平衡于中間壓力，c)順流減壓工序，即從第1吸附塔的產(chǎn)品氣流出端，在與原料氣順流的方向上，再放出基本上由非吸附成分組成的第1塔內(nèi)氣體，將改放出氣體進一步節(jié)流減壓至最低壓力，使該順流減壓氣從保有易吸附成分的第3吸附塔的產(chǎn)品氣流出端流入，使該放出繼續(xù)到使第1塔變?yōu)楸戎虚g還要低的中低壓、并且吹掃前述第3塔內(nèi)易吸附成分，或至少部分除去為止，d)逆流減壓工序，即使在第1塔中在中低壓下存在的氣體，或與已被吹掃，而處于最低壓下的第3吸附塔進行壓力平衡而形成低壓下存在的氣體，從原料氣流入端在與原料氣流逆向的方向上排出，從而使吸附在第1塔的吸附劑上的易吸附氣體逆向解吸，該排出繼續(xù)到第1塔的壓力變?yōu)樽畹蛪毫橹梗?br> e)吹掃工序，即將從第4塔流出的順流減壓氣節(jié)流至最低壓力，使該氣體從第一塔的產(chǎn)品氣流出端流入，使其在第1塔中沿原料氣流的逆流方向流動，從而使在第一塔中吸附劑上吸附的易吸附氣體至少一部分進一步解吸，使解吸氣體與從上述第4塔來的順流減壓氣一起從原料氣流入端排出，f)平衡加壓工序，即在已被吹掃而變?yōu)樽畹蛪旱牡?塔的產(chǎn)品氣流出端，立即，或者一旦順流減壓終止并通過與處于中低壓下的第4吸附塔進行的壓力平衡而升壓為低壓后，導入完成吸附工序的第2吸附塔內(nèi)的最高壓下的氣體，使第1塔升壓至第1塔和第2塔平衡的中間壓力，g)產(chǎn)品加壓工序，即在上述平衡加壓工序的中間或完了后，將從第3塔或其它塔流出的最高壓下的產(chǎn)品氣的一部分從第1塔的產(chǎn)品氣流出端導入，使第1塔升壓至比上述中間壓力高但比最高壓力低的中高壓，h)原料加壓工序，即在第3塔或其他吸附塔進行吸附工序時，將原料氣從已升壓至中高壓的第1塔的原料氣流入端導入，使第1塔升至最高壓力。
使原料氣從原料流入端流過第1塔，使其返回上述吸附工序，非吸附成分作為產(chǎn)品氣從產(chǎn)品氣流出端取出，其后連續(xù)地反復進行上述的各工序。對于第2，第3，第4塔，以及在吸附塔為更多的情況下，另外的吸附塔，也依次按上述順序進行各工序。
本發(fā)明的第2特征是在第一特征的平衡減壓工序b)中壓力平衡的時間為1分鐘以內(nèi)。
本發(fā)明的第3特征是在第1特征的產(chǎn)品加壓工序g)中用產(chǎn)品氣進行加壓完成時的中高壓P1(大氣壓(絕))與上述原料加壓工序h)中用原料氣進行的加壓完成時的最高壓P2(大氣壓(絕))的關(guān)系為0.1＜P2＝P1＜2.0本發(fā)明的第4特征是在第1特征中，在上述吸附塔的產(chǎn)品氣流出端與產(chǎn)品氣送出管之間裝有逆流阻止閥，以防止產(chǎn)品氣返回吸附塔。
即，采用與上述圖3有基本相同的構(gòu)成的壓力交替吸附裝置，按

圖1所示的時間程序進行各工序，這樣就沒有必要由于貴重的產(chǎn)品氣放出，而設置大緩沖槽，從而使回收率提高，提高了經(jīng)濟性。
如上所述，在本發(fā)明的吸附分離法中，吸附塔吸附前的升壓是通過產(chǎn)品氣加工序和原料氣加壓工序進行的，因此即使在用產(chǎn)品氣的加壓的后期，也可以將流量調(diào)節(jié)到定值，另外，在原料加壓的后期，由于有兩個吸附塔處于并列使用狀態(tài)，從而能夠降低吸附塔變換時產(chǎn)生的流量變化，這樣一來，就可以抑制產(chǎn)品氣壓力和流量的變化。
在先有技術(shù)中，為了減少流量的變動，既使在平衡均壓工序中，也不得不同時進行產(chǎn)品氣加壓。這樣會使平衡減壓塔具有不必要高的殘壓，從而在此以下的順流減壓、逆流減壓工序中向外部排出的產(chǎn)品氣的量變得很大。但在本發(fā)明中，由于原料加壓工序有抑制產(chǎn)品氣送出主管壓力上升的作用，所以在平衡均壓工序中可以停止產(chǎn)品氣加壓，從而使產(chǎn)品氣的收率提高。
圖1是本發(fā)明的吸附分離法的時間程序圖。圖2表示為了有效地實施本發(fā)明的改進部分的流程圖。圖3是一般的壓力交替吸附裝置的流程圖。圖4表示以往方法的時間程序圖。
下面，基于圖1所示的時間程序來說明本發(fā)明的各工序的操作例。圖3所示的壓力交替吸附裝置示出以16個絕對大氣壓為最高壓力，各工序的吸附壓力的變化。
吸附塔A處在吸附工序時，自動閥1A和2A打開，通過原料氣供給主管10向吸附塔A導入16個絕對大氣壓(最高壓)的原料氣。原料氣通過吸附塔A，易吸附成分氣體被吸附使產(chǎn)品氣濃度逐漸增加，在產(chǎn)品氣流出端得到高純度的產(chǎn)品氣。這種高純度產(chǎn)品氣從自動閥2A，經(jīng)產(chǎn)品氣送出主管11送到目的地。這種狀態(tài)持續(xù)5分鐘。
此時，吸附塔B在最初的0.5分鐘處于逆流減壓工序，自動閥3B打開，通過預先調(diào)節(jié)開度的節(jié)流閥25排出塔內(nèi)存在的4.5個絕對大氣壓(中低壓)的氣體，使吸附塔B內(nèi)的壓力降至1.1個絕對大氣壓(最低壓)。經(jīng)此逆流減壓工序，吸附于吸附塔B內(nèi)的易吸附成分氣體的一部分被解吸而排出。0.5分鐘后，自動閥5B，5C打開，平衡減壓后吸附塔C內(nèi)存在的8個絕對大氣壓(中間壓力)的氣體經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥24和節(jié)流閥20膨脹成1.1個絕對大氣壓(最低壓)并導入吸附塔B，吸附于吸附塔B內(nèi)的吸附劑上的易吸附成分氣體進一步解吸，并通過自動閥3B和重新打開的廢氣用自動閥26排出體系外。在此期間，吸附塔B處于吹掃工序，吸附塔C是順流減壓工序。此狀態(tài)至吸附塔A的吸附工序完成持續(xù)4.5分鐘。
此時，吸附塔C處于最初0.5分鐘的平衡減壓工序，其吸附工序完成時16個絕對大氣壓(最高壓)的塔內(nèi)壓力，與處于1.1個絕對大氣壓的已吹掃的吸附塔D平衡，兩個塔都變成8個絕對大氣壓(中間壓力)。此平衡過程是通過打開自動閥4CD使經(jīng)節(jié)流閥18調(diào)節(jié)適當流量的非吸附成分氣體從吸附塔C流入吸附塔D而進行的。其后的4.5分鐘是上述的順流減壓工序，自動閥4CD關(guān)閉而自動閥5C打開，非吸附成分氣體從吸附塔C流入吸附塔B。
此時吸附塔D處在上述的最初0.5分鐘的與吸附塔C平衡化的平衡加壓工序，產(chǎn)品氣不流入。經(jīng)0.5分鐘后平衡完成，自動閥4CD關(guān)閉，同時自動閥6D打開轉(zhuǎn)為產(chǎn)品加壓工序，產(chǎn)品氣從產(chǎn)品氣送出主管11經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥28以予定流量流入吸附塔D，使吸附塔D的壓力從8個絕對大氣壓(中間壓力)進一步升至最高壓力。流量調(diào)節(jié)閥28設計為在4分鐘內(nèi)使吸附塔D的壓力從8個絕對大氣壓(中間壓力)升至15個絕對大氣壓(中高壓)。經(jīng)過該時間后，自動閥6D關(guān)閉，同時自動閥1D打開，變成原料加壓工序，原料氣從原料氣供給主管10導入，吸附塔D內(nèi)的壓力從15個絕對大氣壓(中高壓)升至16個絕對大氣壓(最高壓)，接著，自動閥2D打開較短時間，變成與吸附塔A并列的吸附工序狀態(tài)。這一連串的操作于0.5分鐘內(nèi)完成。
以上是5分鐘的基本循環(huán)過程如附圖1的時間程序所示那樣，吸附塔A完成吸附工序后，吸附塔D進入吸附工序，各吸附塔的工序依次交替，以4個循環(huán)20分鐘完成各吸附塔的全工序，并再重復上述各工序。
這樣，各吸附塔是，5.0分鐘吸附工序，0.5分鐘平衡減壓工序，4.5分鐘順流減壓工序，0.5分鐘逆流減壓工序，4.5分鐘吹掃工序，0.5分鐘平衡加壓工序，4.0分鐘產(chǎn)品加壓工序和0.5分鐘原料加壓工序，以此為一個循環(huán)，再重新進行吸附工序。
吸附塔的壓力變化是，吸附工序為16個絕對大氣壓，平衡減壓工序時從16個絕對大氣壓變成8個絕對大氣壓，順流減壓工序時從8個絕對大氣壓變成4.5個絕對大氣壓，逆流減壓工序時從4.5個絕對大氣壓變成1.1個絕對大氣壓，吹掃工序為1.1個絕對大氣壓，平衡加壓工序時從1.1個絕對大氣壓變?yōu)?個絕對大氣壓，產(chǎn)品加壓工序時從8個絕對大氣壓變?yōu)?5個絕對大氣壓，而原料加壓工序時從15個絕對大氣壓變?yōu)?6個絕對大氣壓。
這樣，在本發(fā)明中把升到吸附塔進入吸附工序前的最高壓的升壓分成產(chǎn)品加壓和原料加壓。就是說，產(chǎn)品加壓升再規(guī)定的壓力停止，最終的加壓通過原料氣進行。因此，即使產(chǎn)品氣加壓的末期，由于產(chǎn)品氣送出主管與吸附塔之間存在的壓力差，也可將加壓流量為一定數(shù)量另外進入由原料氣加壓后，由于原料氣分成2個方向使原料氣壓力有所下降，這正好和因產(chǎn)品氣加壓終止而產(chǎn)生的產(chǎn)品氣送出主管壓力上升相抵銷，阻止了產(chǎn)品氣的壓力變動。而且在原料氣加壓末期，由于2個吸附塔處于并列使用狀態(tài)，因而可以抑制吸附塔轉(zhuǎn)換時產(chǎn)品氣的流量變動。
在先有技術(shù)的方法中，為了避免產(chǎn)品氣流量變動，即使在平衡均壓工序中也不得不同時進行產(chǎn)品氣加壓。這是因為必須保持一定的產(chǎn)品氣流量和壓力。但是，對于平衡減壓塔而言，不必要的高殘壓，即大量氣體保留于塔內(nèi)的狀態(tài)，會使大量產(chǎn)品氣成分在以下的順流減壓工序和逆流減壓工序中排出到外部。在本發(fā)明中，如上所述由于原料加壓工序有抑制產(chǎn)品氣送出主管壓力上升的作用，所以在平衡均壓工序中可以停止產(chǎn)品氣加壓，使產(chǎn)品氣產(chǎn)率提高。
在上述的時間程序圖的說明中，吸附塔D的平衡加壓工序和產(chǎn)品加壓工序完全分開，即平衡加壓完了時自動閥4CD關(guān)閉的同時自動閥6D打開，但如果在自動閥4CD關(guān)閉之前稍微一點時間自動閥6D打開，則產(chǎn)品氣的流量和壓力的變動會更小。在該壓力平衡時間如上述為0.5分鐘即30秒鐘的情況下，可以使自動閥6D在例如20秒鐘后開始打開，再過10秒鐘后自動閥4CD關(guān)閉，造成極短時間自動閥4CD和自動閥6D同時打開的狀態(tài)，這是考慮了自動閥的開關(guān)需要多少時間的實際做法。在進行此平衡加壓(壓力平衡)期間，為了防止產(chǎn)品氣從產(chǎn)品氣送出主管流向吸附塔，長時間地繼續(xù)這種狀態(tài)不好，應控制于1分鐘之內(nèi)。
在原料升壓工序中，制品加壓終了時的中高壓P與由原料氣加壓終了時的最高壓P間的關(guān)系應滿足0.1＜P-P＜2.0(絕對大氣壓)。此壓力差大時，從產(chǎn)品加壓工序轉(zhuǎn)到原料加壓工序時，由于原料氣急速流入進行原料加壓的吸附塔，會降低原料氣送出主管內(nèi)的壓力，并伴隨著處于吸附工序中的吸附塔壓力，即從該吸附塔導出的產(chǎn)品氣的壓力降低。
雖然已說明，在此原料加壓工序中，是首先打開自動閥1D將原料氣導入吸附塔D，塔內(nèi)壓力達16個絕對大氣壓之后打開自動閥2D進入吸附工序，但是如圖2(a)或(b)所示，在自動閥2A、2B、2C、2D的各個入口或出口旁安裝逆止閥30A、30B、30C、30D可以防止產(chǎn)品氣從產(chǎn)品氣送出主管11逆流入吸附塔，這樣，吸附塔D進入原料加壓工序之際自動閥1D和2D可同時打開，從而在吸附塔D內(nèi)的壓力達16個絕對大氣壓之后就不必操作自動閥2D，這就省去了一個步驟。
下面描述了本發(fā)明和上述先有技術(shù)例子的比較。
實驗例1用流程圖3所示的壓力交替吸附裝置，按附圖1的時間程序，在下述條件下進行氫的精制。
原料氣組成(摩爾%)氫氣(H2) 77.1甲烷(CH4) 0.01一氧化碳(CO)0.35二氧化碳(CO2) 22.5產(chǎn)品氣組成(摩爾%)氫氣(H2) 99.9999干燥(露點-70℃以下)吸附劑活性碳和鈣沸石吸附壓力16個絕對大氣壓實驗例2在上述實驗例1中配置上述圖2(a)或(b)中所示的逆止閥，亦采用上述平衡加壓工序中操作的改良，在上述同樣條件下精制氫氣。
比較例按照示于圖4的表示先有技術(shù)例的時間程序，用和上述實驗例1同樣的條件進行氫的精制。
其結(jié)果示于下表中。
實驗例1實驗例2比較例原料氣流量(Nm3/h) 24.0 24.3 25.9各工序最終壓力(kg/cm3abs)原料加壓1616不加壓產(chǎn)品加壓151516平衡加壓，平衡減壓88.19順流減壓4.54.65逆流減壓，吹掃1.11.11.1產(chǎn)品氫氣流量(Nm3/h) 15 15 15流量變動率5%3%8%純度99.9999%99.9999%99.9999%回收率81%80.4%75%
從以上結(jié)果可以看出，按照本發(fā)明的工序，可以減低產(chǎn)品氫氣的流量變動并同時提高回收率。
權(quán)利要求
1.用壓力交替吸附法將非吸附成分或難吸附成分作為產(chǎn)品分離的吸附分離法，其特征在于，設置4個以上有原料氣流入端和產(chǎn)品氣流出端、內(nèi)部填充吸附劑的吸附塔，并包括以下工序a)吸附工序使原料氣從流入端流過處于最高壓力下的第1吸附塔，使易吸附成分吸附于吸附劑上而非吸附成分作為產(chǎn)品氣從產(chǎn)品氣流出端取出，當吸附前沿在第1吸附塔中存在時使原料氣的流通終止，b)平衡減壓工序?qū)⑻幱谏鲜鲎罡邏毫ο碌牡?吸附塔內(nèi)的部分氣體，從第1吸附塔的產(chǎn)品氣流出端沿原料氣流的順流方向放出，使該放出氣體流入易吸附成分被徹度清除、且由于最低壓力下或予低壓下的壓力平衡而處于低壓下的第2吸附塔的產(chǎn)品氣鞒齠?，以蕼?吸附塔和第2吸附塔壓力平衡于中間壓力；c)順流減壓工序從第1吸附塔的產(chǎn)品氣流出端，沿與原料氣流順流的方法，將實質(zhì)上由非吸附成分構(gòu)成的第1吸附塔內(nèi)氣體進一步放出，將該放出氣體節(jié)流，使其壓力減壓至最低壓力，使該順流減壓氣流入保持易吸附成分的第3吸附塔的產(chǎn)品氣流出端，進行該放出，直至使第1吸附塔中壓力變?yōu)楸戎虚g壓力還低的中低壓力，并使上述第3吸附塔內(nèi)的易吸附成分被吹掃，或者至少部分被除去，d)逆流減壓工序?qū)⒌?吸附塔中存在于中低壓下的氣體，或與已吹掃而處于最低壓下的第3吸附塔進行壓力平衡而形成的低壓氣，從原料氣的流入端，沿與原料氣流的逆向排出，使吸附于第1吸附塔的吸附劑上的易吸附成分逆流解吸，該排出一直繼續(xù)至第1吸附塔變?yōu)樽畹蛪毫橹?。e)吹掃工序?qū)碜缘?吸附塔的順流減壓氣再節(jié)流減壓至最低壓力，把該氣體由第1吸附塔的產(chǎn)品氣流出端導入，使其沿原料氣流的逆向在第1吸附塔內(nèi)流動，使吸附于第1吸附塔的吸附劑上的易吸附成份至少部分進一步解吸，然后使解吸氣體與上述來自第4吸附塔的順流減壓氣一起由原料氣流入端排出，f)平衡加壓工序在經(jīng)吹掃而變成最低壓的第1吸附塔的產(chǎn)品氣流出端，立即，或者一旦由于與順流減壓后處于中低壓下的第4吸附塔進行壓力平衡而升壓至低壓，導入結(jié)束吸附工序的和第2吸附塔內(nèi)的最高壓力下的氣體，使第1吸附塔升壓至第1吸附塔第2吸附塔平衡的中間壓力，g)產(chǎn)品加壓工序上述平衡加壓工序途中或結(jié)束后，從第1吸附塔的產(chǎn)品氣流出端導入從第3吸附塔或其它吸附塔流出的最高壓力下的產(chǎn)品氣的一部分，使第1吸附塔升壓至比中間壓力高，但比最高壓低的中高壓，h)原料加壓工序在第3吸附塔或其他吸附塔處于吸附工序期間，從升至中高壓的第1吸附塔的原料氣流入端導入原料氣，使第1吸附塔升壓至最高壓，使原料氣從流入端流過已再加壓的第1吸附塔以使其回到上述的吸附工序，非吸附成分作為產(chǎn)品氣由產(chǎn)品的流出端取出，連續(xù)反復進行上述的各工序，第2吸附塔、第3吸附塔和第4吸附塔或在吸附塔數(shù)更多場合下其它吸附塔也依次進行上述工序。
2.權(quán)利要求1的吸附分離法，其特征在于上述平衡減壓工序b)的壓力平衡時間在1分鐘以內(nèi)。
3.權(quán)利要求1的吸附分離法，其特征在于上述產(chǎn)品加壓工序g)中產(chǎn)品氣加壓終止時的中高壓P1與上述原料加壓工序h)中原料氣加壓終止時的最高壓P2的關(guān)系是在0.1＜P2-P1＜2.0大氣壓(絕)。
4.權(quán)利要求1的吸附分離法，其特征在于上述吸附塔的產(chǎn)品氣的流出端和產(chǎn)品氣的送出管之間設置逆止閥，防止產(chǎn)品氣逆流回吸附塔。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過四個以上吸附塔的壓力交替吸附法分離氣體的吸附分離法，可穩(wěn)定地獲得產(chǎn)品。各吸附塔依次接吸附、平衡減壓、順流減壓、逆流減壓、吹掃、平衡加壓、產(chǎn)品加壓和原料加壓的順序進行操作轉(zhuǎn)換在將吸附塔的壓力加壓至吸附壓力的最后工序中，以原料氣實施加壓從而抑止了壓力和流量變動，使產(chǎn)品量增加。
文檔編號C01B3/56GK1032115SQ88106720
公開日1989年4月5日 申請日期1988年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月16日
發(fā)明者岡田英武, 川井雅人, 榎本俊二, 鈴木大介 申請人:日本酸素株式會社