一種變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝及其裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及變壓吸附脫碳【技術(shù)領(lǐng)域】，公開(kāi)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?yán)貌⒘性O(shè)置的吸附塔，將原料氣中的CO2氣體經(jīng)過(guò)吸附塔內(nèi)的吸附劑吸附脫除，得到凈化氣，工藝的每個(gè)循環(huán)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(guò)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(guò)程為輸入原料氣，輸出凈化氣；后吸附的具體過(guò)程為輸出超過(guò)凈化氣指標(biāo)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(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體對(duì)本吸附塔進(jìn)行升壓。本發(fā)明具有CO2吸收率高、氣體有效組分損失小等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝及其裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變壓吸附脫碳【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，特別涉及一種變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝及其裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]變壓吸附(PSA)的工作原理:利用吸附劑對(duì)不同吸附質(zhì)的選擇性吸附及吸附劑對(duì)吸附質(zhì)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(shí)，設(shè)計(jì)采用多套吸附裝置，分組變動(dòng)各組的工作壓力，可以達(dá)到連續(xù)分離原料氣中特定組分的目的，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
[0003]變壓吸附脫碳即利用PSA原理和專(zhuān)用吸附劑，用來(lái)脫除變換氣中的CO2，達(dá)到凈化合成氨生產(chǎn)原料氣的目的。
[0004]目前，變壓吸附脫碳已廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)，但因?yàn)槲絼┰谖紺O2的同時(shí)，對(duì)凈化氣中的H2、N2、CO等有效氣體也有一定吸附作用，因?yàn)閷?duì)CO2吸附能力最強(qiáng)，所以當(dāng)原料氣中CO2濃度越高時(shí)，吸附劑對(duì)其他氣體的吸附量就越小，因此，當(dāng)吸附劑中CO2達(dá)到飽和時(shí)，有效氣體損失將最小。實(shí)際生產(chǎn)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(dá)到飽和狀態(tài)即要中止吸附，故而，仍有相當(dāng)數(shù)量的有效氣體存留在吸附劑中，雖然通過(guò)多次均壓降及回收，有效氣體損失已有所減少，但因?yàn)槲絼┙馕鼤r(shí)，內(nèi)部的有效氣體還是隨CO2 —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(tǒng)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(shí)吸附，也最終被同時(shí)解吸，這是造成氣體損失的根源。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中的吸附工藝包括一段法和二段法。傳統(tǒng)的一段法因?yàn)閮艋瘹庵笜?biāo)要求CO2含量很低，所以無(wú)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(zhuān)利號(hào):CN01108694)，該方法中兩段變壓吸附裝置串聯(lián)操作，第一段裝置進(jìn)口接變換工段來(lái)的原料氣，出口接第二段裝置入口，主要用來(lái)提高吸附劑內(nèi)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(chǎn)，第二段裝置進(jìn)口接第一段裝置出口，出口接產(chǎn)品凈化氣(至壓縮或后續(xù)工段)，主要用來(lái)分離氣體中的有效組分(如H2、N2等)，確保凈化氣指標(biāo)，用于合成氨生產(chǎn)。
[0006]參閱圖1和圖2所示，為傳統(tǒng)的一段法的工藝流程及步序表，從變換來(lái)的原料氣經(jīng)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?dú)狻⒓淄?、一氧化碳等組分從出口端進(jìn)入壓縮三段或后續(xù)工段，每個(gè)吸附塔在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)依次經(jīng)歷吸附A、順?lè)臚D、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(xiàn)以a塔為例，對(duì)照?qǐng)D2，說(shuō)明該變壓吸附裝置各吸附塔在一個(gè)循環(huán)過(guò)程中的工藝步驟:
[0007]1、吸附A:此時(shí)，a塔已完成最終升壓FR步驟(上個(gè)循環(huán)31、32步)，打開(kāi)程控閥la、2a，原料氣進(jìn)入吸附塔a，吸附塔a內(nèi)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?dú)?、甲烷、一氧化碳等組分從程控閥2a出口端進(jìn)入壓縮三段或后續(xù)工段，隨著時(shí)間的推移，吸附劑中的水及二氧化碳不斷增加，當(dāng)上述組分達(dá)到一定程度時(shí)，停止進(jìn)氣，吸附結(jié)束，此時(shí)關(guān)閉程控閥la，出口氣CO2濃度控制在凈化氣指標(biāo)(一般為0.2%?1% )。
[0008]2、順?lè)臚D:吸附結(jié)束后，因?yàn)槲剿敳课絼﹥?nèi)CO2濃度較低，有效組分(H2、N2等)濃度較高，此時(shí)打開(kāi)程控閥3a、k2，隨著吸附塔內(nèi)壓力的一定釋放，吸附劑內(nèi)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(wěn)定后關(guān)閉程控閥k2。
[0009]3、第一次均壓降，簡(jiǎn)稱(chēng)一均降E1D，順?lè)沤Y(jié)束后，打開(kāi)程控閥3a、3e，a塔內(nèi)的氣體進(jìn)入e塔對(duì)e塔進(jìn)行一均升，當(dāng)a、e兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥3a、3e。
[0010]4、第二次均壓降，簡(jiǎn)稱(chēng)二均降E2D，一均降結(jié)束后，打開(kāi)程控閥4a、k3，a塔內(nèi)的氣體進(jìn)入j塔對(duì)j塔進(jìn)行二均升，當(dāng)a、j兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥k3。
[0011]5、第三次均壓降，簡(jiǎn)稱(chēng)三均降E3D，二均降結(jié)束后，打開(kāi)程控閥4a、4f，a塔內(nèi)的氣體進(jìn)入f塔對(duì)f塔進(jìn)行三均升，當(dāng)a、f兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥4a、4f。
[0012]6、第四次均壓降，簡(jiǎn)稱(chēng)四均降E4D，三均降結(jié)束后，打開(kāi)程控閥5a、k4，a塔內(nèi)的氣體進(jìn)入i塔對(duì)i塔進(jìn)行四均升，當(dāng)a、i兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥k4。
[0013]7、第五次均壓降，簡(jiǎn)稱(chēng)五均降E5D，四均降結(jié)束后，打開(kāi)程控閥5a、5g，a塔內(nèi)的氣體進(jìn)入g塔對(duì)g塔進(jìn)行五均升，當(dāng)a、g兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥5a、5g。
[0014]8、回收RG，五均降結(jié)束后，a塔內(nèi)壓力已經(jīng)很低，打開(kāi)程控閥6a，a塔內(nèi)氣體逆放進(jìn)入回收管道，回收氣體一般經(jīng)過(guò)再次加壓并入原料氣入口，此外，還有其他回收方式，在此不并舉。
[0015]9、抽真空V，回收結(jié)束后，打開(kāi)程控閥7a，真空泵從a塔底部將氣體抽出，抽真空結(jié)束后，關(guān)閉7a。
[0016]10、第五次均壓升，簡(jiǎn)稱(chēng)五均升E5R，抽真空結(jié)束后，打開(kāi)程控閥5a、5c，c塔內(nèi)的氣體進(jìn)入a塔對(duì)a塔進(jìn)行五均升，當(dāng)a、g兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥5c。
[0017]11、第四次均壓升，簡(jiǎn)稱(chēng)四均升E4R，五均升結(jié)束后，打開(kāi)程控閥5a、k4，i塔內(nèi)的氣體進(jìn)入a塔對(duì)a塔進(jìn)行四均升，當(dāng)a、i兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥5a、k4。
[0018]12、第三次均壓升，簡(jiǎn)稱(chēng)三均升E3R，四均升結(jié)束后，打開(kāi)程控閥4a、4d，d塔內(nèi)的氣體進(jìn)入a塔對(duì)a塔進(jìn)行三均升，當(dāng)a、d兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥4d。
[0019]13、第二次均壓升,簡(jiǎn)稱(chēng)二均升E2R,三均升結(jié)束后,打開(kāi)程控閥4a、k3, j塔內(nèi)的氣體進(jìn)入a塔對(duì)a塔進(jìn)行二均升，當(dāng)a、j兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥4a、k3。
[0020]14、第一次均壓升，簡(jiǎn)稱(chēng)一均升ElR, 二均升結(jié)束后,打開(kāi)程控閥3a、3e,e塔內(nèi)的氣體進(jìn)入a塔對(duì)a塔進(jìn)行一均升，當(dāng)a、e兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥3e。
[0021]15、最終升壓FR，一均升結(jié)束后，打開(kāi)程控閥3a、kl，利用處于吸附狀態(tài)的吸附塔的出口氣從頂部對(duì)a塔充壓，當(dāng)a塔壓力升至吸附壓力時(shí)，關(guān)閉程控閥3a、kl ;至此，a塔完成了一個(gè)循環(huán)，又可進(jìn)入下個(gè)循環(huán)。b?h吸附塔與a塔循環(huán)步驟一樣，只是時(shí)間上相互錯(cuò)開(kāi)，i塔和j塔為均壓塔(沒(méi)有填充吸附劑)，僅供氣體暫存使用，便于增加均壓次數(shù)，其中，i塔用于四均氣體暫存，j塔用于二均氣體暫存。
[0022]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(lián)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(tǒng)一段法的工藝流程，仍然為吸附、順?lè)拧⒕鶋航?、回收、抽真空、均壓升、最終升壓等階段，在此不重復(fù)描述。與一段法所不同的是，其出口凈化氣指標(biāo)(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(biāo)可提升至10%，所以，其一段的解吸氣CO2濃度可穩(wěn)定在95%以上，作為尿素生產(chǎn)的原料氣，實(shí)驗(yàn)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。
[0023]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(biāo)(氣體中CO2含量)較凈化氣指標(biāo)高出很多(二段法中第一段出口指標(biāo):〈10%，凈化氣指標(biāo):至壓縮三段〈0.2%，至碳化固定付塔〈0.8% )，因?yàn)槠鋬艋瘹獾闹笜?biāo)由第二段吸附裝置控制，第一段可以通過(guò)提高出口氣中CO2含量使其實(shí)現(xiàn)飽和吸附，從而保證解吸氣中CO2濃度高，有效氣體組分(H2、N2)損失小。但第二段因?yàn)榕c傳統(tǒng)一段法工藝流程一致，出口按凈化氣指標(biāo)控制，所以其解吸氣中H2、N2含量較高，氣體損失仍然較大。
[0024]綜合上述，傳統(tǒng)一段法工藝投資較省，但氣體損失較大。而二段法工藝投資較大(為一段法的兩倍)，但第一段CO2濃度高，氣體損失小，第二段出口指標(biāo)控制平穩(wěn)，但氣體損失仍然較大。因此，有必要設(shè)計(jì)一種變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝來(lái)解決以上技術(shù)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在CO2吸收率低、氣體有效組分損失大等缺點(diǎn)而提供一種的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝。
[0026]為了解決以上提出的問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝，利用并列設(shè)置的吸附塔，將原料氣中的CO2氣體經(jīng)過(guò)吸附塔內(nèi)的吸附劑吸附脫除，以得到凈化氣，所述吸附工藝的每個(gè)循環(huán)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Al、吸附A和后吸附A2 ；
[0027]所述前吸附Al的具體過(guò)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；
[0028]所述吸附A的具體過(guò)程為輸入原料氣，輸出凈化氣；
[0029]所述后吸附A2的具體過(guò)程為輸出超過(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體，用以作為前吸附Al的輸入氣或最終升壓FR的終充氣體；
[0030]所述最終升壓FR為采用其他吸附塔后吸附A2輸出的超過(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體對(duì)本吸附塔進(jìn)行升壓。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例: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和一均升E1R。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例:原料進(jìn)氣通過(guò)原料進(jìn)氣閥(la，lb, Ic……)從吸附塔底部進(jìn)入吸附塔；co2氣體經(jīng)吸附劑吸附脫除后的凈化氣從吸附塔頂部通過(guò)凈化氣出氣閥(2a，2b，2c……)排出；所述均壓降和均壓升均為采用第一均壓閥(3a，3b，3c……)、第二均壓閥(4a, 4b, 4c......)、第一控制閥K3、第一均壓塔1、第三均壓閥(5a, 5b, 5c......)、第二控制閥K4和第二均壓塔j來(lái)保持經(jīng)過(guò)后吸附A2的吸附塔內(nèi)壓力平衡，以及保持經(jīng)過(guò)抽真空V后的吸附塔內(nèi)的壓力平衡；所述回收RG為采用回收閥(6a，6b，6c......)對(duì)經(jīng)過(guò)均壓降后的吸附塔內(nèi)的氣體逆放進(jìn)入回收管道；所述抽真空V為采用真空泵進(jìn)口閥(7a，7b，7c......)從吸附塔底部將氣體抽出。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例:所述前吸附Al為控制凈化氣出氣閥(2a，2b，2c……)，通過(guò)一第三控制閥Kl與第一均壓閥(3a，3b，3c……)連通的吸附閥(8a，8b，8c……)實(shí)現(xiàn)輸入其他吸附塔在后吸附A2階段的輸出氣，并輸出凈化氣。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例:所述吸附A為控制原料進(jìn)氣閥(la，lb，lc……)，以及凈化氣出氣閥(2a，2b，2c……)實(shí)現(xiàn)輸入原料氣，輸出凈化氣。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例:所述后吸附A2為控制第一均壓閥(3a，3b，3c……)、第三控制閥Kl和吸附閥(8a，8b，8c……)實(shí)現(xiàn)輸出超過(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體，用以作為前吸附Al的輸入氣或最終升壓FR的終充氣體。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例:所述最終升壓FR為控制第一均壓閥(3a，3b，3c……)、第三控制閥Kl和吸附閥(8a，8b，8c……)實(shí)現(xiàn)其他吸附塔后吸附A2輸出的超過(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體，以對(duì)本吸附塔進(jìn)行升壓。
[0037]本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)上述的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝的裝置，包括多組并列設(shè)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(jìn)氣閥(la，lb，lc……)，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(guò)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(jìn)口閥(7a，7b，7c……)，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Kl和吸附閥(8a,Sb,Sc……)。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例:所述吸附塔(a，b，c……)為8至20個(gè)。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0040]1、本發(fā)明通過(guò)將吸附過(guò)程分解為前吸附、吸附和后吸附三個(gè)階段；前吸附是幫助其他進(jìn)入后吸附階段的吸附塔實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2氣體的深度飽和吸附，回收后吸附階段吸附塔內(nèi)被置換出來(lái)的有效氣體組分，具體為輸入后吸附階段吸附塔的輸出氣，輸出凈化氣；而吸附是輸入原料氣，輸出凈化氣；后吸附是指輸出氣已經(jīng)超過(guò)凈化氣指標(biāo)，不能作為凈化氣使用，但可以作為其他塔體的終充氣體或?yàn)槠淝拔诫A段使用，在此過(guò)程中，本塔內(nèi)吸附劑CO2的濃度趨至深度飽和，最大限度的減少了對(duì)其他有效組分的吸附，從而有效降低了氣體損失；因此，整個(gè)吸附階段不再是一個(gè)單一的流程，而是分為三個(gè)不同的階段，每個(gè)階段通過(guò)不同的閥門(mén)動(dòng)作，在確保凈化氣合格的同時(shí)，吸附劑能對(duì)CO2進(jìn)行最大限度的吸附，以達(dá)到深度飽和，從而使氣體有效組分吸附最少，甚至接近零吸附。
[0041]2、本發(fā)明采用一段法的投資，實(shí)現(xiàn)了二段法中第一段的回收率和第二段的工藝穩(wěn)定性，既節(jié)省了投資，又提高了 CO2吸收率，減少了氣體中有效組分損失。
[0042]3、最終升壓是通過(guò)其他塔的后吸附階段的出氣實(shí)現(xiàn)最終充壓，如此既完成了本塔充壓過(guò)程，也使原本出氣口 CO2含量超凈化氣指標(biāo)的吸附塔得以繼續(xù)吸附，使吸附劑內(nèi)的CO2含量繼續(xù)增高，進(jìn)一步減少吸附劑內(nèi)氣體有效組分的含量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0043]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0044]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一段法的工藝流程圖。
[0045]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一段法的步序表。
[0046]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中二段法的工藝流程圖。
[0047]圖4為本發(fā)明的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝的流程圖。
[0048]圖5為本發(fā)明的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝的步序表。

【具體實(shí)施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0050]實(shí)施例一
[0051]參閱圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的一種變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝，利用并列設(shè)置的吸附塔，將原料氣中的CO2氣體經(jīng)過(guò)吸附塔內(nèi)的吸附劑吸附脫除，以得到凈化氣，所述的吸附工藝的每個(gè)循環(huán)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，所述的吸附包括前吸附Al、吸附A和后吸附A2，其中:前吸附Al的具體過(guò)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；吸附A的具體過(guò)程為輸入原料氣，輸出凈化氣；后吸附A2的具體過(guò)程為輸出超過(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體，用以作為前吸附Al的輸入氣或最終升壓FR的終充氣體；最終升壓FR為采用其他吸附塔后吸附A2輸出的超過(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體對(duì)本吸附塔進(jìn)行升壓。
[0052]作為優(yōu)選，本發(fā)明中所述的均壓降包括一均降E1D、二均降E2D、三均降E3D、四均降E4D和五均降E5D ;所述的均壓升包括五均升E5R、四均升E4R、三均升E3R、二均升E2R和一均升E1R。
[0053]具體的，原料進(jìn)氣通過(guò)原料進(jìn)氣閥(la，lb, Ic……)從吸附塔底部進(jìn)入吸附塔；C02氣體經(jīng)吸附劑吸附脫除后的凈化氣從吸附塔頂部通過(guò)凈化氣出氣閥(2a，2b，2c……)排出；均壓降和均壓升均為采用第一均壓閥(3a, 3b, 3c……)、第二均壓閥(4a, 4b, 4c……)、第一控制閥K3、第一均壓塔1、第三均壓閥(5a，5b, 5c……)、第二控制閥K4和第二均壓塔j來(lái)保持經(jīng)過(guò)后吸附A2的吸附塔內(nèi)壓力平衡，以及保持經(jīng)過(guò)抽真空V后的吸附塔內(nèi)的壓力平衡；回收RG為采用回收閥(6a，6b，6c……)對(duì)經(jīng)過(guò)均壓降后的吸附塔內(nèi)的氣體逆放進(jìn)入回收管道；抽真空V為采用真空泵進(jìn)口閥(7a，7b，7c……)從吸附塔底部將氣體抽出。前吸附Al為控制凈化氣出氣閥(2a, 2b, 2c……)，通過(guò)一第三控制閥Kl與第一均壓閥(3a, 3b, 3c……)連通的吸附閥(8a，8b，8c……)實(shí)現(xiàn)輸入其他吸附塔在后吸附A2階段的輸出氣，并輸出凈化氣。吸附A為控制原料進(jìn)氣閥(la，lb，lc……)，以及凈化氣出氣閥(2a，2b，2c……)實(shí)現(xiàn)輸入原料氣，輸出凈化氣。后吸附A2為控制第一均壓閥(3a，3b，3c……)、第三控制閥Kl和吸附閥(8a，8b，8c……)實(shí)現(xiàn)輸出超過(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體，用以作為前吸附Al的輸入氣或最終升壓FR的終充氣體。最終升壓FR為控制第一均壓閥(3a，3b，3c……)、第三控制閥Kl和吸附閥(8a，8b，8c……)實(shí)現(xiàn)其他吸附塔后吸附A2輸出的超過(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體，以對(duì)本吸附塔進(jìn)行升壓。
[0054]下面以a塔為例，并請(qǐng)對(duì)照?qǐng)D2，說(shuō)明本實(shí)施例的各吸附塔在一個(gè)循環(huán)過(guò)程中的工藝步驟，為更好的了解的理解本發(fā)明，重點(diǎn)介紹前吸附Al、吸附A、后吸附A2和最終升壓FR。
[0055]1、前吸附Al:此時(shí)，a塔已完成最終升壓FR步驟(上個(gè)循環(huán)32步)，打開(kāi)程控閥2a、3f、kl、lf、8a，變換來(lái)的原料氣經(jīng)If進(jìn)f塔吸附，f塔吸附劑此時(shí)已接近飽和，其出口氣CO2含量遠(yuǎn)超1%，出口氣經(jīng)3f、kl、vl、8a進(jìn)入吸附塔a，a塔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?dú)?、甲烷、一氧化碳等組分從程控閥2a出口端進(jìn)入壓縮三段或后續(xù)工段，隨著時(shí)間的推移，f塔吸附劑中的水及二氧化碳不斷增加，當(dāng)上述組分達(dá)到一定程度(f塔出口氣CO2含量約10% )時(shí)，停止進(jìn)氣，前吸附結(jié)束，此時(shí)關(guān)閉程控閥3f、kl、If、8a，a塔出口氣CO2濃度控制在凈化氣指標(biāo)(一般為0.2%?1% )。
[0056]2、吸附A:前吸附結(jié)束后，打開(kāi)程控閥la、2a，原料氣經(jīng)Ia進(jìn)入吸附塔a，a塔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?dú)?、甲烷、一氧化碳等組分從程控閥2a出口端進(jìn)入壓縮三段或后續(xù)工段，隨著時(shí)間的推移，a塔吸附劑中的水及二氧化碳不斷增加，當(dāng)上述組分達(dá)到一定程度時(shí)，停止進(jìn)氣，吸附結(jié)束，此時(shí)關(guān)閉程控閥2a，a塔出口氣CO2濃度控制在凈化氣指標(biāo)(一般為0.2%?1% )。
[0057]3、后吸附A2:吸附結(jié)束后，a塔出口氣CO2含量接近或達(dá)到凈化氣控制指標(biāo)值，因此其出口氣不能作為凈化氣輸出至后工段，為進(jìn)一步飽和吸附，使a塔內(nèi)吸附劑中CO2含量提升至10%左右(只有達(dá)到這個(gè)指標(biāo)，其解吸氣C02濃度才能穩(wěn)定維持在95%以上，H2、N2等有效組分氣體損失才能降至最小)，此時(shí)打開(kāi)程控閥la、3a、kl、8d，使a塔得以繼續(xù)吸附，其出口氣經(jīng)3a、kl、vl、8d進(jìn)入d塔，幫助d塔完成最終升壓，壓力平衡后，再打開(kāi)2d，d塔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?dú)?、甲烷、一氧化碳等組分從程控閥2d出口端進(jìn)入壓縮三段或后續(xù)工段，隨著時(shí)間的推移，a塔吸附劑中的水及二氧化碳不斷增加，當(dāng)上述組分達(dá)到一定程度(a塔出口氣CO2含量約10% )時(shí)，停止進(jìn)氣，a塔后吸附結(jié)束，此時(shí)關(guān)閉程控閥3a、kl、lf、8d，d塔出口氣CO2濃度控制在凈化氣指標(biāo)(一般為 0.2%?1% )。
[0058]4、第一次均壓降，簡(jiǎn)稱(chēng)一均降ElD:后吸附結(jié)束后，打開(kāi)程控閥3a、3e，a塔內(nèi)的氣體進(jìn)入e塔對(duì)e塔進(jìn)行一均升，當(dāng)a、e兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥3a、3e。
[0059]5、第二次均壓降，簡(jiǎn)稱(chēng)二均降E2D:—均降結(jié)束后，打開(kāi)程控閥4a、k3，a塔內(nèi)的氣體進(jìn)入j塔對(duì)j塔進(jìn)行二均升，當(dāng)a、j兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥k3。
[0060]6、第三次均壓降，簡(jiǎn)稱(chēng)三均降E3D:二均降結(jié)束后，打開(kāi)程控閥4a、4f，a塔內(nèi)的氣體進(jìn)入f塔對(duì)f塔進(jìn)行三均升，當(dāng)a、f兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥4a、4f。
[0061]7、第四次均壓降，簡(jiǎn)稱(chēng)四均降E4D:三均降結(jié)束后，打開(kāi)程控閥5a、k4，a塔內(nèi)的氣體進(jìn)入i塔對(duì)i塔進(jìn)行四均升，當(dāng)a、i兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥k4。
[0062]8、第五次均壓降，簡(jiǎn)稱(chēng)五均降E5D:四均降結(jié)束后，打開(kāi)程控閥5a、5g，a塔內(nèi)的氣體進(jìn)入g塔對(duì)g塔進(jìn)行五均升，當(dāng)a、g兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥5a、5g。
[0063]9、回收RG:五均降結(jié)束后，a塔內(nèi)壓力已經(jīng)很低，打開(kāi)程控閥6a，a塔內(nèi)氣體逆放進(jìn)入回收管道，回收氣體一般經(jīng)過(guò)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。
[0064]10、抽真空V:回收結(jié)束后，打開(kāi)程控閥7a，真空泵從a塔底部將氣體抽出，抽真空結(jié)束后，關(guān)閉7a。
[0065]11、第五次均壓升，簡(jiǎn)稱(chēng)五均升E5R:抽真空結(jié)束后，打開(kāi)程控閥5a、5c，c塔內(nèi)的氣體進(jìn)入a塔對(duì)a塔進(jìn)行五均升，當(dāng)a、g兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥5c。
[0066]12、第四次均壓升，簡(jiǎn)稱(chēng)四均升E4R:五均升結(jié)束后，打開(kāi)程控閥5a、k4，i塔內(nèi)的氣體進(jìn)入a塔對(duì)a塔進(jìn)行四均升，當(dāng)a、i兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥5a、k4。
[0067]13、第三次均壓升，簡(jiǎn)稱(chēng)三均升E3R:四均升結(jié)束后，打開(kāi)程控閥4a、4d，d塔內(nèi)的氣體進(jìn)入a塔對(duì)a塔進(jìn)行三均升，當(dāng)a、d兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥4d。
[0068]14、第二次均壓升,簡(jiǎn)稱(chēng)二均升E2R:三均升結(jié)束后,打開(kāi)程控閥4a、k3, j塔內(nèi)的氣體進(jìn)入a塔對(duì)a塔進(jìn)行二均升，當(dāng)a、j兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥4a、k3。
[0069]15、第一次均壓升，簡(jiǎn)稱(chēng)一均升ElR:二均升結(jié)束后，打開(kāi)程控閥3a、3e, e塔內(nèi)的氣體進(jìn)入a塔對(duì)a塔進(jìn)行一均升，當(dāng)a、e兩塔壓力基本平衡后，關(guān)閉程控閥3e。
[0070]16、最終升壓FR:—均升結(jié)束后，打開(kāi)程控閥8a、kl，利用處于后吸附狀態(tài)的吸附塔f的出口氣經(jīng)3f、kl、vl、8a從底部對(duì)a塔充壓，當(dāng)a塔壓力升至吸附壓力時(shí)，關(guān)閉程控閥8a、klο
[0071]至此，a塔完成了一個(gè)循環(huán)，又可進(jìn)入下個(gè)循環(huán)。b?h吸附塔與a塔循環(huán)步驟一樣，只是時(shí)間上相互錯(cuò)開(kāi)，i塔和j塔為均壓塔(沒(méi)有填充吸附劑)，僅供氣體暫存使用，便于增加均壓次數(shù)，其中，i塔用于四均氣體暫存，j塔用于二均氣體暫存。
[0072]本發(fā)明通過(guò)將吸附過(guò)程分解為前吸附Al、吸附A和后吸附A2三個(gè)階段；前吸附Al是幫助其他進(jìn)入后吸附A2階段的吸附塔實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2氣體的深度飽和吸附，回收后吸附A2階段吸附塔內(nèi)被置換出來(lái)的有效氣體組分，具體為輸入后吸附A2階段吸附塔的輸出氣，輸出凈化氣；而吸附是輸入原料氣，輸出凈化氣；后吸附A2是指輸出氣已經(jīng)超過(guò)凈化氣指標(biāo)，不能作為凈化氣使用，但可以作為其他塔體的終充氣體或?yàn)槠淝拔诫A段使用，在此過(guò)程中，本塔內(nèi)吸附劑CO2的濃度趨至深度飽和，最大限度的減少了對(duì)其他有效組分的吸附，從而有效降低了氣體損失；因此，整個(gè)吸附階段不再是一個(gè)單一的流程，而是分為三個(gè)不同的階段，每個(gè)階段通過(guò)不同的閥門(mén)動(dòng)作，在確保凈化氣合格的同時(shí)，吸附劑能對(duì)CO2進(jìn)行最大限度的吸附，以達(dá)到深度飽和，從而使氣體有效組分吸附最少，甚至接近零吸附。同時(shí)，本發(fā)明采用一段法的投資，實(shí)現(xiàn)了二段法中第一段的回收率和第二段的工藝穩(wěn)定性，既節(jié)省了投資，又提高了 CO2吸收率，減少了氣體中有效組分損失。而最終升壓FR是通過(guò)其他塔的后吸附A2階段的出氣實(shí)現(xiàn)最終充壓，如此既完成了本塔充壓過(guò)程，也使原本出氣口 CO2含量超凈化氣指標(biāo)的吸附塔得以繼續(xù)吸附，使吸附劑內(nèi)的CO2含量繼續(xù)增高，進(jìn)一步減少吸附劑內(nèi)氣體有效組分的含量。
[0073]實(shí)施例二
[0074]參閱圖1所示，本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)上述的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝的裝置，包括多組并列設(shè)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(jìn)氣閥(la，lb，lc……)，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(guò)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(jìn)口閥(7a，7b，7c……)，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Kl和吸附閥(8a，8b, 8c......)。
[0075]作為優(yōu)選，本實(shí)施例中所述的吸附塔(a，b，c……)為8至20個(gè)。
[0076]本實(shí)施例的裝置的工作原理如實(shí)施例1中描述，此處不再贅述。
[0077]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝，利用并列設(shè)置的吸附塔，將原料氣中的CO2氣體經(jīng)過(guò)吸附塔內(nèi)的吸附劑吸附脫除，以得到凈化氣，所述吸附工藝的每個(gè)循環(huán)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Al、吸附A和后吸附A2 ； 所述前吸附Al的具體過(guò)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(guò)程為輸入原料氣，輸出凈化氣； 所述后吸附A2的具體過(guò)程為輸出超過(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體，用以作為前吸附Al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(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體對(duì)本吸附塔進(jìn)行升壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝，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和一均升E1R。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝，其特征在于:原料進(jìn)氣通過(guò)原料進(jìn)氣閥(la，lb，lc……)從吸附塔底部進(jìn)入吸附塔；CO2氣體經(jīng)吸附劑吸附脫除后的凈化氣從吸附塔頂部通過(guò)凈化氣出氣閥(2a，2b，2c……)排出；所述均壓降和均壓升均為米用第一均壓閥(3a, 3b, 3c......)、第二均壓閥(4a, 4b,4c......)、第一控制閥K3、第一均壓塔1、第三均壓閥(5a，5b，5c……)、第二控制閥K4和第二均壓塔j來(lái)保持經(jīng)過(guò)后吸附A2的吸附塔內(nèi)壓力平衡，以及保持經(jīng)過(guò)抽真空V后的吸附塔內(nèi)的壓力平衡；所述回收RG為采用回收閥(6a，6b，6c……)對(duì)經(jīng)過(guò)均壓降后的吸附塔內(nèi)的氣體逆放進(jìn)入回收管道；所述抽真空V為采用真空泵進(jìn)口閥(7a，7b，7c……)從吸附塔底部將氣體抽出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝，其特征在于:所述前吸附Al為控制凈化氣出氣閥(2a，2b，2c……)，通過(guò)第三控制閥Kl與第一均壓閥(3a，3b，3c……)連通的吸附閥(8a，8b，8c……)實(shí)現(xiàn)輸入其他吸附塔在后吸附A2階段的輸出氣，并輸出凈化氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝，其特征在于:所述吸附A為控制原料進(jìn)氣閥(la，lb，lc……)，以及凈化氣出氣閥(2a，2b，2c……)實(shí)現(xiàn)輸入原料氣，輸出凈化氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝，其特征在于:所述后吸附A2為控制第一均壓閥(3a, 3b, 3c……)、第三控制閥Kl和吸附閥(8a, 8b, 8c……)實(shí)現(xiàn)輸出超過(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體，用以作為前吸附Al的輸入氣或最終升壓FR的終充氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝，其特征在于:所述最終升壓FR為控制第一均壓閥(3a，3b，3c……)、第三控制閥Kl和吸附閥(8a，8b，8c……)實(shí)現(xiàn)其他吸附塔后吸附A2輸出的超過(guò)凈化氣指標(biāo)的氣體，以對(duì)本吸附塔進(jìn)行升壓。
8.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)所述的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附工藝的裝置，包括多組并列設(shè)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(jìn)氣閥(la，lb，lc……)，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(guò)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(jìn)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Kl和吸附閥(8a，8b，8c……)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變壓吸附脫碳的新型飽和吸附裝置，其特征在于:所述吸附塔(a，b，c……)為8至20個(gè)。
【文檔編號(hào)】B01D53/047GK104128073SQ201410389231
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月9日
【發(fā)明者】蔣明剛 申請(qǐng)人:湖南三箭自控科技有限公司