一種回收置換廢氣和順放氣的變壓吸附氣體分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種回收置換廢氣和順放氣的變壓吸附氣體分離方法，特別是涉及產(chǎn) 品的主要組成為吸附相組分的變壓吸附氣體分離方法，屬于氣體分離凈化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 變壓吸附是一種利用固體吸附劑對不同氣體組分的吸附容量有差異的特性來實 現(xiàn)氣體分離的方法。吸附在固體吸附劑表面上的物質(zhì)即為吸附相。變壓吸附氣體分離裝置 在一定壓力下進行吸附，通過降壓、抽真空、沖洗等降低吸附相組分氣體分壓的方法，達到 吸附相解吸、吸附劑再生的目的。在吸附操作步驟，原料氣在一定壓力下進入裝填有固體吸 附劑的吸附塔，以易吸附組分為主的部分氣體吸附在吸附劑表面上，大部分未吸附的氣體 流出吸附塔，實現(xiàn)易吸附組分和不易吸附組分的分離。
[0003] 變壓吸附氣體分離裝置的產(chǎn)品，可以以主要組成為不易吸附組分、吸附操作步驟 從吸附塔流出的氣體作為產(chǎn)品，也可以以主要組成為易吸附的吸附相組分、解吸過程中從 吸附塔排出的抽真空氣和逆放氣作為產(chǎn)品，或兩者都作為產(chǎn)品。
[0004] 產(chǎn)品的主要組成為吸附相組分的變壓吸附氣體分離裝置應(yīng)用廣泛。具有代表性的 應(yīng)用有：從脫除二氧化碳后的煤氣化氣中分離提濃一氧化碳；從電石尾氣、鋼廠轉(zhuǎn)爐氣、黃 磷尾氣等富含一氧化碳氣體中分離提濃一氧化碳；從變換氣中分離提濃二氧化碳；從石灰 窯氣中分離提濃二氧化碳；從焦爐煤氣、煤層氣等富含甲烷氣體中分離提濃甲烷；從煉油 廠催化裂化干氣中分離提濃(: 2及(:2以上烴類組分為主的混合氣；從煉油廠各種混合氣體中 分離提濃烴類組分。
[0005] 產(chǎn)品的主要組成為吸附相組分的變壓吸附氣體分離裝置，通常設(shè)置有置換操作步 驟。置換操作就是將部分產(chǎn)品氣從吸附塔吸附操作步驟的原料氣入口端送入吸附塔，置換 吸附劑床層中的氣體，提高吸附劑床層中吸附相產(chǎn)品組分的氣體分壓、降低吸附劑床層中 不易吸附組分的氣體分壓。通過置換操作，使不易吸附組分進一步解吸并排出吸附塔，達到 提高吸附劑床層中吸附相產(chǎn)品組分濃度的目的。置換操作步驟從吸附塔流出的氣體稱為置 換廢氣。由于置換廢氣中吸附相產(chǎn)品組分濃度較高，因此如何回收置換廢氣中的有用氣體， 提高新鮮原料氣中吸附相產(chǎn)品組分的回收率，降低新鮮原料氣消耗，直接影響產(chǎn)品的主要 組成為吸附相組分的變壓吸附氣體分離裝置的經(jīng)濟效益。
[0006] 產(chǎn)品的主要組成為吸附相組分的變壓吸附氣體分離裝置通常還設(shè)置有順放操作 步驟。順放操作就是順著吸附塔吸附操作步驟的氣體流向，從吸附塔吸附操作步驟的出口 端的順放氣出口向外排出吸附塔中的氣體，將吸附塔壓力降到下一操作步驟如置換操作步 驟、逆放操作步驟的操作壓力。通過順放操作，降低了吸附劑床層壓力，不易吸附組分解吸， 吸附劑床層中吸附相產(chǎn)品組分濃度提高。順放操作步驟從吸附塔排出的氣體稱為順放氣。 順放氣中吸附相產(chǎn)品組分濃度也較高，回收順放氣可以有效提高新鮮原料氣中吸附相產(chǎn)品 組分的回收率。
[0007] 專利 ZL20051011824L 7、專利 ZL200510129369. 3、專利 ZL201210394237. 3 和專利 ZL201410271598. 8公開了涉及置換廢氣的回收利用方法，但未涉及順放氣的回收方法，而 且這些置換廢氣的回收利用方法都是通過2套或2套以上包括變壓吸附氣體分離裝置在內(nèi) 的吸附裝置的組合來實現(xiàn)的，不但投資高、流程復雜，實施范圍也受多種限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在問題，本發(fā)明的目的在于，不使用其他用以分離置換廢氣 和順放氣的變壓吸附裝置或其他類型的分離裝置，在一套變壓吸附氣體分離裝置上，實現(xiàn) 置換廢氣的回收，且當設(shè)置有順放操作步驟時同時實現(xiàn)置換廢氣和順放氣的回收。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種回收置換廢氣和順放氣的變壓吸 附氣體分離方法，包括將變壓吸附氣體分離裝置置換操作步驟從吸附塔流出的置換廢氣的 全部或部分，經(jīng)壓縮升壓后返回與新鮮原料氣混合作為變壓吸附氣體分離裝置的原料氣的 步驟；以及可選的將順放操作步驟從吸附塔排出的順放氣的全部或部分，經(jīng)壓縮升壓后返 回與新鮮原料氣混合作為變壓吸附氣體分離裝置的原料氣的步驟。
[0010] 在本發(fā)明中，每臺吸附塔在一個循環(huán)操作周期內(nèi)的操作步驟，必須包括吸附、置 換、抽真空，還可以包括但不限于均壓降、順放、逆放、均壓升、最終升壓。例如，在吸附操作 步驟后設(shè)置一次或多次均壓降操作步驟；在吸附操作步驟后、抽真空操作步驟前設(shè)置順放 操作步驟；在抽真空操作步驟前設(shè)置逆放操作步驟；在抽真空操作步驟后、吸附操作步驟 前設(shè)置一次或多次均壓升操作步驟；在吸附操作步驟前設(shè)置最終升壓操作步驟。因此，每臺 吸附塔在一個循環(huán)操作周期內(nèi)的操作步驟可包括吸附、均壓降、順放、置換、逆放、抽真空、 均壓升、最終升壓。各操作步驟的先后順序可根據(jù)需要設(shè)定。
[0011] 本發(fā)明中，當未設(shè)置順放操作時，僅回收置換廢氣，置換操作步驟從吸附塔流出的 置換廢氣的全部或部分，經(jīng)壓縮升壓后返回與新鮮原料氣混合作為本套變壓吸附氣體分離 裝置的原料氣。當設(shè)置有順放操作時，可同時回收順放氣，順放操作步驟從吸附塔排出的順 放氣的全部或部分，也可以經(jīng)壓縮升壓后返回與新鮮原料氣混合作為本套變壓吸附氣體分 離裝置的原料氣。
[0012] 變壓吸附氣體分離裝置設(shè)置4臺或4臺以上裝填有固體吸附劑的吸附塔，多臺吸 附塔根據(jù)設(shè)定的操作步驟和時間順序，交替切換、循環(huán)操作。
[0013] 上述變壓吸附氣體分離裝置采用的各操作步驟說明如下： 吸附：含產(chǎn)品組分的原料氣從吸附塔原料氣入口進入吸附塔，以易吸附組分為主的部 分氣體吸附在吸附劑表面上，大部分未吸附的氣體從吸附塔流出，實現(xiàn)易吸附組分和不易 吸附組分的分離。對于產(chǎn)品的主要組成為吸附相組分的變壓吸附氣體分離裝置而言，吸附 操作步驟從吸附塔流出的氣體稱為吸附廢氣。吸附操作步驟標記為A。
[0014] 均壓降：均壓就是壓力均衡。均壓降是通過均壓降低壓力，均壓升是通過均壓升高 壓力。均壓降操作步驟是吸附操作步驟完成后的吸附塔，向需要實施均壓升操作步驟的吸 附塔充壓，實施均壓降操作步驟的吸附塔壓力降低，實施均壓升操作步驟的吸附塔壓力升 高，直至兩臺吸附塔的壓力接近或相等。均壓可以通過兩臺吸附塔直接連接完成，也可以通 過均壓緩沖罐完成。均壓的目的是回收實施均壓降操作步驟從吸附塔排出的有用組分，并 使實施均壓升操作步驟的吸附塔得到升壓。均壓降操作步驟可設(shè)置一次或多次。均壓降操 作步驟標記為EnD，第一次均壓降標記為E1D、第二次均壓降標記為E2D，依此類推。
[0015] 順放：順放操作就是順著吸附塔吸附操作步驟的氣體流向，從吸附塔吸附操作步 驟的出口端的順放氣出口向外排出吸附塔中的氣體，將吸附塔壓力降到下一操作步驟如置 換操作步驟、逆放操作步驟的操作壓力。通過順放操作，降低了吸附劑床層壓力，不易吸附 組分解吸，吸附劑床層中吸附相產(chǎn)品組分濃度提高。順放操作步驟從吸附塔排出的氣體稱 為順放氣。本發(fā)明的順放氣的全部或部分，可返回與新鮮原料氣混合作為本套變壓吸附氣 體分離裝置的原料氣。順放操作步驟標記為PP。
[0016] 置換：抽真空和逆放操作步驟獲得的主要組成為吸附相組分的產(chǎn)品氣，從吸附塔 原料氣入口端的置換氣入口進入吸附塔，從吸附塔吸附操作步驟的出口端的置換廢氣出口 流出。置換操作的目的是：利用吸附相產(chǎn)品組分含量較高的產(chǎn)品氣置換吸附劑床層中的 氣體，提高吸附劑床層中吸附相產(chǎn)品組分的氣體分壓、降低吸附劑床層中不易吸附組分的 分壓，使不易吸附組分解吸，吸附相產(chǎn)品組分吸附，提高吸附劑床層中吸附相產(chǎn)品組分的濃 度。置換操作步驟從吸附塔流出的氣體稱為置換廢氣。本發(fā)明的置換廢氣的全部或部分， 經(jīng)壓縮升壓后返回與新鮮原料氣混合作為本套變壓吸附氣體分離裝置的原料氣。置換操作 步驟標記為RP。
[0017] 逆放：完成均壓降、順放、置換操作步驟的吸附塔，沿吸附塔吸附操作步驟氣流方 向相反的方向，從吸附塔原料氣入口端的逆放氣出口排出吸附劑床層中的氣體，降低吸附 塔的壓力，使