CN1142814C - 变压吸附气体分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用固定吸附剂变压吸附分离混合气体的设备。它由至少两只填料塔、进气管路、出气管路、排气管路、上、下均压管路构成，其特点在于：在两只或两列填料塔之间还设有两路阶梯均压管路，每路阶梯均压管路一端连通取气口，另一端连通另一只或另一列填料塔的混合气进气口。它可直接制取高纯度，并可达ppm级的产品气，且能耗低，吸附剂利用率高，可广泛应用于生化、食品、化工行业中制取分离高纯度气体，特别适应空气中分离制取氮气或氧气。

Description

变压吸附气体分离装置

一、技术领域

本发明涉及一种用固定吸附剂床层进行变压吸附分离混合气体的设备，涉及一种采用变压吸附原理分离混合气体的技术。

二、背景技术

用固定吸附剂床层进行变压吸附分离混合气体的设备，其最常用的结构型式是：采用两组并联方式排列的填料塔，填料塔内装填吸附剂，填料塔间通过进气管路、排气管路、出气管路和上下均压管路而联结。其工作原理是：在一只填料塔处于吸附产气时，另一只填料塔处于解吸再生，如此交替循环，连续分离生成产品气体。

上述结构型式的气体分离装置由于上、下均压过程中，下均压气体的吸附质浓度高，加大了吸附剂的瞬间吸附量，这个瞬间吸附量直接影响到吸附剂在吸附产气过程中的有效吸附量。这类气体分离装置的缺点是：

1)、吸附剂利用率低，单位质量吸附剂的产气率低；

2)、回收率低、能耗高；

3)、只适用于纯度低于99.9％的应用领域，对于高纯度设备由于造价高，运行成本高没有实用价值。

三、本发明的内容

本发明的内容：提供一种在上述结构型式的气体分离装置的基础上，简单增加两路或多路阶梯均压管路，便可直接制取高纯度并可达ppm级的产品气，且能耗低、单位质量吸附剂的产气率高、产品气回收率高及吸附剂利用率高的变压吸附气体分离装置。

四、本发明的构成及特征(附图说明)

本发明的构成如图1、图2、图3、图4所示：

图1为本发明的一种两塔结构实施例结构示意图。

图2为本发明的一种四塔结构实施例结构示意图。

图3为本发明的两塔结构实施例的一只填料塔中吸附剂的吸附层分布示意图。

图4为本发明的四塔结构实施例的一列填料塔中吸附剂的吸附层分布示意图。

本发明的组成由两只或两列填料塔(7)、进气管路(1)、出气管路(9)、排气管路(2)、上均压管路(8)、下均压管路(3)、阶梯均压管路(4)构成，填料塔内装填有能吸附混合气体中某一组分气体的吸附剂(6)，两只填料塔通过上述管路的连接呈并联形式排列，两列填料塔则是并联的两列，每列填料塔由相同数量的两只以上填料塔通过串联管路(5)串联组成。各管路的连接方式如下：

1)、进气管路(1)的一端分别连通两只或两列填料塔的混合气进气口(12)并分别设置控制阀门(10)，另一端连通外围设备；

2)、排气管路(2)的一端分别连通两只或两列填料塔的混合气进气口(12)并分别设置控制阀门(10)，另一端连通外围设备；

3)、出气管路(9)的一端分别连通两只或两列填料塔产品气出气口(13)并分别设置控制阀门(10)，另一端连通外围设备；

4)、上均压管路(8)连通两只或两列填料塔的产品气出气口(13)，下均压管路(3)连通两只或两列填料塔混合气体进气口(12)，并分别在上、下均压管路上设有控制阀门(10)；

5)、阶梯均压管路(4)的一端分别连通两只或两列填料塔取气口(11)，另一端分别连通两只或两列填料塔的混合气体进气口(12)，并分别设置控制阀门(10)。

本发明的特征在于：

1)、在两只或两列填料塔之间设有两路或多路阶梯均压管路(4)，每路阶梯均压管路的一端连通一只或一列填料塔取气口(11)，另一端连通另一只或另一列填料塔的混合气体进气口(12)，取气口(11)的位置处于吸附剂床层的中部吸附层段(14)。所谓中部吸附层段是指一只或一列填料塔的吸附剂在除去上部吸附层段(16)与下部吸附层段(18)后所剩余的中间层段，如以一只或一列填料塔所装填的吸附剂床层的总长度为一个计量单位，上部吸附层段即到顶层吸附层面(15)的距离为所述长度的0％～25％的吸附层段，下部吸附层段即到底层吸附层面(19)的距离为所述总长度的0％～25％的吸附层段。

2)、本发明可以是并列的两塔结构，取气口(11)准置处于中心层吸附层面(17)，中心层吸附层面即中部吸附层段(14)的长度中点所处的吸附层面。

3)、本发明还可以是并列的两列填料塔结构，每列填料塔由相同数量的两只以上填料塔串联组成，取气口(11)位置处于串联管路(5)通道上的任意位置处。

五、本发明的实施例

本发明的实施例如图1、图2所示：导通一只或一列填料塔(7)的进气管路(1)与出气管路(9)，原料混合气体流经填料塔中的吸附剂(6)，在相对较高的压力下混合气体中的某一组分被吸附剂(6)吸附，即该只或该列填料塔进行吸附过程。同时另一只或一列填料塔的排气管路(2)导通，压力降低到解吸压力，进行解吸再生过程。在吸附与解吸过程结束时，导通原先进行吸附过程的一只或一列填料塔的阶梯均压管路(4)进行阶梯均压。阶梯均压完成后，关闭相应阀门并导通上均压管路(8)和下均压管路(3)上的控制阀门进行上、下均压，之后在原先进行吸附过程的一只或一列填料塔进行解吸再生过程，原先进行解吸过程的另一只或一列填料塔进行吸附过程，如此循环往复，连续不断生成产品气。

任何用固定吸附剂床层进行变压吸附分离混合气体的设备(弱吸附质为产品气的设备)，原料混合气体流经正处于吸附过程的填料塔时，由于吸附剂的吸附作用，塔内气体沿气流流向都会形成一个纯度梯度，在产品气出口区域内气体纯度最高，即顶层吸附层面(15)的气体纯度最高，而混合气进口区域内气体纯度最低，即底层吸附层面(19)的气体纯度最低。传统装置为提高产品气回收率而采用的均压过程是通过上、下均压管路导通而实现，这样会导致混合气进口区域的低纯度气体直接进入另一塔吸附剂的下部吸附层段，使下部吸附层段吸附剂的瞬间吸附量很大，这个瞬间吸附量直接影响到吸附剂在吸附产气过程中的有效吸附量，从而造成吸附剂利用率低，单位质量吸附剂的产气率低，回收率低、能耗高等缺点。而本发明增加了阶梯均压管路，在填料塔进行吸附和解吸工作结束时，导通一路阶梯均压管路，将吸附过程刚结束的一只或一列填料塔的中部吸附层段纯度较高的气体导入另一只或一列填料塔下部吸附层段，再经上、下均压，使解吸过程刚结束的一只或一列填料塔内气体纯度呈阶梯状上升。由于阶梯均压使得吸附剂的瞬间吸附量大大降低，提高了吸附剂在吸附产气过程中的有效吸附量，从而提高了吸附剂利用率、单位质量吸附剂的产气率及产品气回收率，可制取纯度高达ppm级的产品气，在高纯度应用领域具有较高的实用价值。

上述的产品气回收率的提高意味着所需的原料混合气体的减少，也就意味着能耗的降低。本发明转变了利用变压吸附气体分离装置不能制取纯度高达ppm级的产品气的观念，由于生产成本和运行成本大大降低，在用气纯度ppm级的应用领域具有较高的实用价值。

Claims (3)

1.一种变压吸附气体分离装置，由两只或两列填料塔(7)、进气管路(1)、出气管路(9)、排气管路(2)、上均压管路(8)、下均压管路(3)、阶梯均压管路(4)构成，填料塔内装填有能吸附混合气体中某一组分气体的吸附剂(6)，两只填料塔通过上述管路的连接呈并联形式排列，两列填料塔则是并联的两列，每列填料塔由相同数量的两只或两只以上填料塔通过串联管路(5)串联组成，各管路的连接方式如下：

1)、进气管路(1)的一端分别连通两只或两列填料塔的混合气进气口(12)，并分别设置控制阀门(10)，另一端连通外围设备，

2)、排气管路(2)的一端分别连通两只或两列填料的混合气进气口(12)，并分别设置控制阀门(10)，另一端连通外围设备，

3)、出气管路(9)的一端分别连通两只或两列填料塔的产品气出气口(13)，并分别设置控制阀门(10)，另一端流通外围设备，

4)、上均压管路(8)连通两只或两列填料塔的产品气出气口(13)，下均压管路(3)连通两只或两列填料塔混合气进气口(12)，并分别在上、下均压管路上设有控制阀门(10)，

5)、阶梯均压管路(4)的一端分别连通两只或两列填料塔取气口(11)，另一端分别连通两只或两列填料塔的混合气体进气口(12)，并分别设置控制阀门(10)，

其特征在于：在两只或两列填料塔之间设有两路或多路阶梯均压管路(4)，每路阶梯均压管路的一端连通一只或一列填料塔取气口(11)，另一端连通另一只或另一列填料塔的混合气体进气口(12)，取气口(11)的位置处于吸附剂床层的中部吸附层段(14)，所谓中部吸附层段是指一只或一列填料塔的吸附剂在除去上部吸附层段(16)与下部吸附层段(18)后所剩余的中间层段，如以一只或一列填料塔装填的吸附剂床层的总长度为一个计量单位，上部吸附层段即到顶层吸附层面(1 5)的距离为所述长度的0％～25％的吸附层段，下部吸附层段即到底层吸附层面(19)的距离为所述总长度的0％～25％的吸附层段。

2.如权利要求1所述的变压吸附气体分离装置其特征在于：具有并列的两塔结构，取气口(11)位置处于中心层吸附层面(17)，中心层吸附层面即中部吸附层段(14)的长度中点所处的吸附层面。

3.如权利要求1所述的变压吸附气体分离装置其特征在于：具有两列填料塔并联结构，每列由相同数量的两只或两只以上填料塔串联组成，取气口(11)位置处于串联管路(5)通道上的任意位置处。

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