CN221846616U - 一种从混合气中分离回收气体的变压吸附系统 - Google Patents
一种从混合气中分离回收气体的变压吸附系统 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种从混合气中分离回收气体的变压吸附系统。所述系统包括原料气进料端、第一产品气出料端、第二产品气出料端、真空泵、第一产品气缓冲罐、置换废气缓冲罐、压缩机、终升调节阀与若干个变压吸附单元,每个变压吸附单元包括至少一个吸附塔,以及至少一个用于控制管道连通的第一程控阀、第二程控阀、第三程控阀、第四程控阀、第五程控阀、第六程控阀与第七程控阀。采用本系统可通过带置换的一段变压吸附法分离出纯度较高的气体,通过回收置换废气提高产品回收率;在产品纯度及回收率相同的情况下,比带置换的二段变压吸附法所需系统减少了一套一段变压吸附设备,装置投资、占地与运行能耗等都明显下降。
Description
技术领域
本申请涉及化工设备技术领域,特别是涉及一种从混合气中分离回收气体的变压吸附系统。
背景技术
变压吸附方法是利用多孔固体吸附剂在一定压力下,对混合气体中不同组分具有选择性吸附的特性,实现混合气体的分离。现有的分离回收二氧化碳,分离回收一氧化碳,以及分离回收混合气体中的烃类组分,如从炼油厂催化/裂化干气中分离回收乙烯、乙烷和C2以上组分等的变压吸附技术中,为了提高产品中有效组分的含量,采用了返回部分产品气置换吸附床的工艺。该置换过程中不可避免地会从置换废气中排放出一些产品气体,尤其是要求产品气纯度较高时,由置换废气排放的产品气组分更多,造成了产品气组分回收率降低,影响了变压吸附装置的经济效益。另外,现有的二段变压吸附回收工艺,为了提高产品的回收率,将吸附过程设置成两段,其中第二段吸附的原料气为第一段吸附的置换废气与吸附废气,该方法虽然提高了回收率,但其装置投资多、占地大、运行能耗高;现有装置的置换步骤多采用高压置换,高压置换过程需对置换气进行加压,且因置换过程压力高,需要的置换气量大,能耗高。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本申请的目的在于提供一种从混合气中分离回收气体的变压吸附系统,实现了置换废气的回收利用,避免了传统带置换的一段法变压吸附法中置换废气的浪费,有效提高了回收率;在产品回纯度和回收率相同的情况下,相比于二段变压吸附法减少了装置投资、占地以及运行能耗。
为实现上述目的及其他相关目的,本申请提供一种从混合气中分离回收气体的变压吸附系统,包括原料气进料端、第一产品气出料端、第二产品气出料端、真空泵、第一产品气缓冲罐、置换废气缓冲罐、压缩机、终升调节阀与若干个变压吸附单元,每个变压吸附单元包括吸附塔,以及用于控制管道连通的第一程控阀、第二程控阀、第三程控阀、第四程控阀、第五程控阀、第六程控阀与第七程控阀;每个变压吸附单元的吸附塔塔顶和/或塔底之间通过管道两两相连;
所述吸附塔塔顶、所述置换废气缓冲罐、所述压缩机、所述原料气进料端、所述吸附塔塔底、所述真空泵、所述第一产品气缓冲罐与所述第一产品气出料端通过管道依次相连,所述真空泵用于对所述吸附塔进行抽真空以将第一产品气从所述吸附塔塔底抽出送入所述第一产品气缓冲罐中,所述第一产品气缓冲罐用于缓存第一产品气;所述置换废气缓冲罐用于缓存置换废气,所述压缩机用于将所述置换废气缓冲罐中的气体加压后作为原料气通过所述原料气进料端从塔底送入所述吸附塔内;
所述吸附塔塔顶还通过管道与所述第二产品气出料端相连;
所述第一程控阀设置在连接所述原料气进料端与所述吸附塔塔底的管道上,用于控制原料气进料;
所述第二程控阀设置在连接所述吸附塔塔顶与所述第二产品气出料端的管道上,用于控制第二产品气出料;
所述第三程控阀设置在将每个变压吸附单元的吸附塔塔顶两两相连的管道上,用于控制均压降压气体进出料;
所述第四程控阀设置在将每个变压吸附单元的吸附塔塔顶两两相连的管道上,用于控制均压降压气体进出料;
所述第五程控阀设置在连接所述吸附塔塔底与所述第一产品气缓冲罐的管道上,用于控制第一产品气从所述第一产品气缓冲罐进入所述吸附塔内,作为第一置换气源使用;
所述第六程控阀设置在连接所述吸附塔塔顶与所述置换废气缓冲罐的管道上,用于控制置换废气从所述吸附塔进入所述置换废气缓冲罐内;
所述第七程控阀设置在连接所述吸附塔塔底与所述真空泵的管道上,用于控制解吸气从所述吸附塔通过真空泵进入所述第一产品气缓冲罐内;
所述终升调节阀设置在连接所述吸附塔塔顶和所述第二产品气出料端的管道上,且位于所述第三程控阀和所述第二产品气出料端之间,用于控制其他吸附塔塔顶送出的气体进料。
进一步,所述第四程控阀还与所述置换废气缓冲罐相连,用于将顺放气从所述吸附塔放入所述置换废气缓冲罐中。
进一步,每个变压吸附单元的吸附塔塔顶与塔底之间通过管道两两相连,所述变压吸附单元还包括第八程控阀和第九程控阀;
所述第八程控阀和第九程控阀均设置在将每个变压吸附单元的吸附塔塔顶与塔底两两相连的管道上,用于控制置换废气作为第二置换气源从所述吸附塔塔顶从塔底进入原吸附塔或其他吸附塔内,作为第二置换气源使用;所述第八程控阀靠近吸附塔塔顶,所述第九程控阀靠近吸附塔塔底。
进一步,所述系统包括至少三个变压吸附单元,每个变压吸附单元包括至少一个吸附塔,以及至少一个用于控制管道连通的第一程控阀、第二程控阀、第三程控阀、第四程控阀、第五程控阀、第六程控阀与第七程控阀。
进一步,所述系统包括至少三个变压吸附单元,每个变压吸附单元包括至少一个吸附塔,以及至少一个用于控制管道连通的第一程控阀、第二程控阀、第三程控阀、第四程控阀、第五程控阀、第六程控阀、第七程控阀、第八程控阀和第九程控阀。
进一步,所述吸附塔中装填有吸附剂,所述吸附剂选自氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛中的至少一种。
如上所述,本申请的从混合气中分离回收气体的变压吸附系统,具有以下有益效果:
本申请提供的系统是针对有置换步骤的一段变压吸附法配套设计的,采用本系统将置换废气和顺放气(如果有)回收加压后返回至吸附塔原料进口与原料气混合后再进入吸附塔,实现了置换废气和顺放气(如果有)的回收利用,减少了产品气组分的损耗,避免了传统带置换的一段法变压吸附法中置换废气的浪费,有效提高了产品气的回收率。
在产品回纯度和回收率相同的情况下,本申请提供的方法相比于带置换的二段变压吸附法所需系统减少了一套一段变压吸附设备,还减少了装置投入成本、占地以及运行能耗。
附图说明
图1显示为本申请一实施方式中的基于一段变压吸附法从混合气中分离回收气体的方法的工艺流程示意图。
图2显示为本申请另一实施方式中的基于一段变压吸附法从混合气中分离回收气体的方法的工艺流程示意图。
图3显示为本申请一实施方式的从混合气中分离回收气体的变压吸附系统的布置示意图,以及实施例1中提取合成净化气中一氧化碳的工艺流程示意图。
图4显示为本申请一实施方式的从混合气中分离回收气体的变压吸附系统的布置示意图,以及实施例2中提取催化干气中C2组分的工艺流程示意图。
附图标记说明:
真空泵101、第一产品气缓冲罐102、置换废气缓冲罐103、压缩机104、吸附塔105、第一程控阀XV1、第二程控阀XV2、第三程控阀XV3、第四程控阀XV4、第五程控阀XV5、第六程控阀XV6、第七程控阀XV7、第八程控阀XV8、第九程控阀XV9、终升调节阀KV10。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。
结合图1所示,本申请一实施方式提供了一种基于一段变压吸附法从混合气中分离回收气体的方法,包括:至少三个吸附塔以混合气作为原料气,采用一段变压吸附法交替进行吸附解吸操作,分离回收气体;
所述一段变压吸附法包括若干个循环周期,每一个循环周期包括依次进行的吸附(A)、至少一次均压降压(ED)、至少一次置换(RP)、抽真空(V)、至少一次均压升压(ER)、终升(FR)过程;
所述吸附过程包括:在预设吸附压力下,吸附塔T1内的吸附剂选择性吸附原料气组分(即易被吸附剂吸附的气体),而原料气中未被吸附的组分(即不易被吸附剂吸附的气体)作为第二产品气从吸附塔T1送出;
所述至少一次均压降压过程包括若干次依次进行的均压降压步骤,所述均压降压步骤是顺着吸附方向将完成吸附的吸附塔T1中的较高压力气体作为均压降压气体Q1送入其他处于均匀升压且压力较低的吸附塔T2中进行均压,以降低所述吸附塔T1压力,升高所述吸附塔T2压力,并回收部分均压降压气体Q1中的目标气体;
所述至少一次置换过程包括若干次依次进行的置换步骤,所述置换步骤是在预设置换压力下,将置换气通入完成均压降压的吸附塔T1中,进行置换,提高被吸附剂吸附的组分中目标气体的含量,并提高解吸气中目标气体的含量,被置换出的气体作为置换废气从吸附塔T1送出并回收;所述置换气来自于第一置换气源和/或第二置换气源,所述第一置换气源来源于解吸气,所述第二置换气源来源于所述置换废气;
所述抽真空过程包括:对完成置换的吸附塔T1进行抽真空,进一步降低吸附塔T1塔内压力,使被吸附剂吸附的组分解吸出来,获得解吸气,所述解吸气一部分作为第一产品气送出,另一部分作为所述第一置换气源使用;
所述至少一次均压升压过程包括若干次依次进行的均压升压步骤,所述均压升压步骤是采用来自其他处于均压降压的吸附塔T3中的较高压力气体作为均压降压气体Q2升高处于均压升压的吸附塔T1压力,并回收部分均压降压气体Q2中的目标气体;
所述终升过程包括:利用其他吸附塔塔顶送出的气体对吸附塔T1进行升压,使之达到预设吸附压力;待吸附塔T1的压力升至预设吸附压力后,即可进入下一循环周期。
其中,均压降压可以回收吸附塔中的有用组分和压力,提高吸附塔中产品气组分的含量。均压降压的次数可以根据原料气压力和预设吸附压力等因素设置,至少设置成一次。
置换过程可提高吸附塔内产品气组分的分压,使产品气的纯度提高。置换过程可以采用单塔置换(即同一时间只有一台吸附塔处于置换过程)或双塔置换(即同一时间有两台吸附塔处于置换过程)。一般情况下,双塔置换时置换步骤分为三次,分别是一次置换、二次置换、三次置换,一次置换采用其他吸附塔三次置换后的置换废气作为置换气气源(即第二置换气源)进行置换,二、三次置换采用从真空泵抽出的气体作为置换气气源(即第一置换气源)进行置换。
均压升压过程与均压降压过程是一一对应的。均压降压的次数可以根据吸附压力设置,至少设置成一次;一般情况下,均压升压的次数与均压降压的次数相同。
结合图2所示,在本申请的另一实施方式中,所述一个循环周期还包括在至少一次均压降压过程与至少一次置换过程之间进行的顺放(PP)过程,所述顺放过程是顺着吸附方向将完成均压降压的吸附塔T1内的气体作为顺放气放出,使吸附塔T1压力降至预设置换压力。顺放过程可根据均压情况决定其进行与否。
在一些实施例中,上述实施方式中,所述顺放气与所述置换废气混合后,再作为原料气送入吸附塔T1。
本申请上述实施方式/实施例提供的方法采用一段变压吸附法,相比于两段变压吸附法,流程更短、设备更少、投资更少、运行能耗更低,占地更小,操作更简单;将置换废气和顺放气(如果有)都返回至原料进口,减少了产品气组分的损耗,提高了产品气的回收率。
在一些实施例中,上述实施方式/实施例中,所述置换过程在低压下进行,置换过程吸附塔内压力保持恒定,具体的,所述预设置换压力为0~0.05MpaG,且不大于所述预设吸附压力。示例性的,预设置换压力为0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045、0.05MpaG等。在产品气纯度相同的情况下,置换步骤在低压下进行,相较于高压置换需要的置换气量更少,且置换气不需要加压,进一步减少了设备数量,降低了系统运行能耗。
在一些实施例中,上述实施方式/实施例中,所述预设吸附压力大于0.02MpaG,且不小于所述预设置换压力。示例性的,预设吸附压力为0.02、0.05、0.1、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1、2.4、2.7、3.0、3.2、3.5MpaG等。
在一些实施例中,上述实施方式/实施例中,吸附塔塔内温度为5~60℃,例如5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60℃等。
在一些实施例中,上述实施方式/实施例中,所述原料气选自炼油厂催化干气、裂化干气、焦化干气、气分干气、脱硫饱和干气、中变气、变压吸附(PSA)制氢解吸气、烟气、合成净化气中的任意一种,但不局限于此。
在一些实施例中,上述实施方式/实施例中,所述目标气体选自二氧化碳、一氧化碳和碳原子数≥2的烃类气体中的至少一种,但不局限于此。示例性的,烃类气体包括但不局限于乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等和碳原子数大于等于3的烃类气体等。
在一些实施例中,上述实施方式/实施例中,所述吸附剂选自氧化铝、硅胶、活性炭和分子筛中的至少一种,但不局限于此。
在一些实施例中,上述实施方式/实施例中,所述原料气中未被吸附的组分选自氢气、氮气和甲烷中的至少一种,但不局限于此。
在一些实施例中,上述实施方式/实施例中,当所述原料气为干气时,每一个循环周期包括依次进行的吸附、至少一次均压降压、顺放、至少一次置换、抽真空、至少一次均压升压、终升步骤,所述吸附剂包括氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛,所述目标气体包括乙烷和乙烯,所述第一产品气包括乙烷和乙烯,所述第二产品气为富氢气。在一具体实施方式中,当所述原料气为催化干气时,每一个循环周期包括依次进行的吸附、一次均压降压、二次均压降压、顺放、一次置换、二次置换、三次置换、抽真空、二次均压升压、一次均压升压、终升步骤,所述吸附剂包括氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛,所述目标气体包括乙烷和乙烯,所述第一产品气包括乙烷和乙烯,所述第二产品气为富氢气。
在一些实施例中,上述实施方式/实施例中,当所述原料气为合成净化气时,每一个循环周期包括依次进行的吸附、至少一次均压降压、至少一次置换、抽真空、至少一次均压升压、终升步骤,所述吸附剂包括氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛,所述目标气体包括一氧化碳,所述第一产品气包括一氧化碳,所述第二产品气为富氢气。在一具体实施方式中,当所述原料气为合成净化气时,每一个循环周期包括依次进行的吸附、一次均压降压、二次均压降压、三次均压降压、置换、抽真空、三次均压升压、二次均压升压、一次均压升压、终升步骤,所述吸附剂包括氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛,所述目标气体包括一氧化碳,所述第一产品气包括一氧化碳,所述第二产品气为富氢气。
在一些实施例中,上述实施方式/实施例中,当所述原料气为中变气时,每一个循环周期包括依次进行的吸附、至少一次均压降压、至少一次置换、抽真空、至少一次均压升压、终升步骤,所述吸附剂包括氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛,所述目标气体包括二氧化碳,所述第一产品气包括二氧化碳,所述第二产品气为富氢气。
结合图3和图4所示,本申请另一实施方式提供了一种从混合气中分离回收气体的变压吸附系统,包括原料气进料端、第一产品气出料端、第二产品气出料端、真空泵101、第一产品气缓冲罐102、置换废气缓冲罐103、压缩机104、终升调节阀KV10与至少三个变压吸附单元,每个变压吸附单元包括至少一个吸附塔105,以及至少一个用于控制管道连通的第一程控阀XV1、第二程控阀XV2、第三程控阀XV3、第四程控阀XV4、第五程控阀XV5、第六程控阀XV6与第七程控阀XV7;每个变压吸附单元的吸附塔105塔顶和塔底之间通过管道两两相连。
吸附塔105塔顶、置换废气缓冲罐103、压缩机104、原料气进料端、吸附塔105塔底、真空泵101、第一产品气缓冲罐102与第一产品气出料端通过管道依次相连,真空泵101用于对吸附塔105进行抽真空以将第一产品气从吸附塔105塔底抽出送入第一产品气缓冲罐102中,第一产品气缓冲罐102用于缓存第一产品气;置换废气缓冲罐103用于缓存置换废气,压缩机104用于将置换废气缓冲罐103中的气体加压后作为原料气通过原料气进料端从塔底送入吸附塔105内。
吸附塔105塔顶还通过管道与第二产品气出料端相连。
第一程控阀XV1设置在连接原料气进料端与吸附塔105塔底的管道上,用于控制原料气进料。第二程控阀XV2设置在连接吸附塔105塔顶与第二产品气出料端的管道上,用于控制第二产品气出料。
在吸附过程中,打开第一程控阀XV1,原料气可以通过第一程控阀XV1从吸附塔105塔底进入吸附塔105内,原料气中易被吸附剂吸附的组分被吸附塔105中装填的吸附剂吸附;打开第二程控阀XV2,原料气中不易被吸附剂吸附的组分通过第二程控阀XV2从吸附塔105顶送出界区。
第三程控阀XV3设置在将每个变压吸附单元的吸附塔105塔顶两两相连的管道上,用于控制均压降压气体Q1和均压降压气体Q2进出料(从原吸附塔105进入其他吸附塔105);第四程控阀XV4设置在将每个变压吸附单元的吸附塔105塔顶两两相连的管道上,用于控制均压降压气体Q1和均压降压气体Q2进出料。
在均压降压过程中,打开第三程控阀XV3和第四程控阀XV4,将吸附过程完成的吸附塔105通过管道与进入均压升压过程的吸附塔105连通,这样可以回收均压降压过程完成的吸附塔105中的有用组分和压力,提高吸附塔105中产品气组分的含量。均压降压的次数可以根据吸附压力设置,至少设置成一次。示例性的,在进行一次均压降压时,打开第三程控阀XV3,将压力较高的处于一次均压降压步骤的吸附塔105中的气体放入处于一次均压升压的吸附塔105中;在进行二次均压降压、三次均压降压时,打开第四程控阀XV4,将压力较高的处于二次均压降压、三次均压降压步骤的吸附塔105中的气体分别放入处于二次均压升压、三次均压升压的吸附塔105中。
均压升压过程与均压降压过程是一一对应的,在均压升压过程中,打开第三程控阀XV3和第四程控阀XV4,将抽真空过程完成后的吸附塔105通过管道与处于均压降压过程的吸附塔105连接,使压力较高的处于均压降压过程的吸附塔105中的气体进入处于均压升压的吸附塔105,以升高均压升压吸附塔105的压力,并回收部分均压降压气体中的产品气组分。均压降压的次数可以根据吸附压力可设置,至少设置成一次,均压升压的次数与均压降压的次数相同。示例性的,在抽真空过程完成后的吸附塔105中,在进行三次均压升压、二次均压升压时,打开第四程控阀XV4,将压力较高的处于三次均压降压、二次均压降压步骤的吸附塔105中的气体放入处于三次均压升压、二次均压升压的吸附塔105中;在进行一次均压升压时,打开第三程控阀XV3,将压力较高的处于一次均压降压步骤的吸附塔105中的气体放入处于一次均压升压的吸附塔105中。
第五程控阀XV5设置在连接吸附塔105塔底与第一产品气缓冲罐102的管道上,用于控制第一产品气从第一产品气缓冲罐102进入吸附塔105内,作为第一置换气源使用;第六程控阀XV6设置在连接吸附塔105塔顶与置换废气缓冲罐103的管道上,用于控制置换废气从吸附塔105进入置换废气缓冲罐103内。
在置换过程中,打开第五程控阀XV5和第六程控阀XV6,将第一产品气缓冲罐102中的一部分气体作为第一置换气源对吸附塔105进行置换,置换气从吸附塔105底部通入,对吸附塔105进行低压恒压置换;置换废气从吸附塔105顶部送出至置换废气缓冲罐103,缓冲后再送至压缩机104加压至吸附压力,再与原料气混合后送至吸附塔105。
第七程控阀XV7设置在连接吸附塔105塔底与真空泵101的管道上,用于控制解吸气从吸附塔105通过真空泵101进入第一产品气缓冲罐102内。
在抽真空过程中,打开第七程控阀XV7,利用真空泵101对置换后的吸附塔105进行抽真空,进一步降低吸附塔105的压力,使吸附在吸附剂中的组分解吸出来,获得解吸气,并缓存在第一产品气缓冲罐102,第一产品气缓冲罐102中的气体一部分作为第一产品气送出界区,另一部分作为第一置换气源。
终升调节阀KV10设置在连接吸附塔105塔顶和第二产品气出料端的管道上,且位于第三程控阀XV3和第二产品气出料端之间,用于控制其他吸附塔105塔顶送出的气体进料。
在终升过程中,打开终升调节阀KV10和第三程控阀XV3,利用吸附塔105塔顶送出的气体对吸附塔105进行升压,使之达到预设吸附压力,在吸附塔105的压力升至预设吸附压力后,吸附塔105就可以进入下一次循环周期的吸附过程。
结合图4所示,在本申请的另一实施方式中,第四程控阀XV4还与置换废气缓冲罐103相连,用于将顺放气从吸附塔105放入置换废气缓冲罐103中。
在顺放过程中,打开第四程控阀XV4,吸附塔105内的气体通过吸附塔105塔顶的第四程控阀XV4顺着吸附方向放入置换废气缓冲罐103,使吸附塔105压力降至置换压力。
结合图4所示,在本申请的另一实施方式中,每个变压吸附单元的吸附塔105塔顶与塔底之间通过管道两两相连,变压吸附单元还包括至少一个第八程控阀XV8和第九程控阀XV9;第八程控阀XV8和第九程控阀XV9均设置在将每个变压吸附单元的吸附塔105塔顶与塔底两两相连的管道上,用于控制置换废气作为第二置换气源从吸附塔105塔顶从塔底进入原吸附塔105或其他吸附塔105内,作为第二置换气源使用;第八程控阀XV8靠近吸附塔105塔顶,第九程控阀XV9靠近吸附塔105塔底。
在置换过程中,打开第八程控阀XV8和第九程控阀XV9,即可将刚完成置换的吸附塔105内的置换废气从塔顶经第八程控阀XV8送出,再作为第二置换气源通过塔底经第九程控阀XV9送入其他正在进行置换的吸附塔105内,进行置换。
在一些实施例中,上述实施方式/实施例中,吸附塔105中装填有吸附剂,吸附剂选自氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛中的至少一种。
下面具体的例举实施例以详细说明本申请。同样应理解,以下实施例只用于对本申请进行具体的说明,不能理解为对本申请保护范围的限制,本领域的技术人员根据本申请的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本申请的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例,即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择,而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
如图3所示,本实施例利用带置换的一段法变压吸附技术,从30000Nm3/h的合成净化气中回收CO气组分,吸附压力3.2MPaG,吸附温度35℃。合成净化气组成见表1。
表1
组成 | 氢气 | 一氧化碳 | 二氧化碳 | 甲烷 | 氮气 | AR | 合计 |
mol% | 69.29 | 29.92 | 0.01 | 0.09 | 0.53 | 0.15 | 100.00 |
合成净化气从吸附塔105底部进入吸附塔105,吸附塔105依次经过吸附、一次均压降压、二次均压降压、三次均压降压、置换、抽真空、三次均压升压、二次均压升压、一次均压升压、终升步骤,最终由抽真空步骤得到CO产品气,置换步骤产生的置换废气加压后返回原料气进料端。
吸附A
合成净化气通过第一程控阀XV1从吸附塔105底部进入吸附塔105,吸附塔105内装填有吸附剂氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛,易被吸附的CO气体被吸附在吸附塔105内,不易被吸附的氢气、氮气、甲烷等气体从吸附塔105顶的第二程控阀XV2送出界区。
均压降压E1D、E2D、E3D
根据原料气压力等因素,本实施例采用三次均压降压过程,依次是一次均压降压E1D、二次均压降压E2D和三次均压降压E3D,E1D是通过吸附塔105塔顶的第三程控阀XV3完成的,将压力较高的处于E1D步骤的吸附塔105中的气体放入处于E1R的吸附塔105中;E2D和E3D是通过吸附塔105塔顶的第四程控阀XV4完成的,将压力较高的处于E2D、E3D步骤的吸附塔105中的气体放入处于E2R、E3R的吸附塔105中。
置换RP
本实施例采用单塔置换,置换压力0.02MPaG。置换步骤是利用从解吸气中的一部分作为第一置换气源通过第五程控阀XV5从吸附塔105塔底通入,对吸附塔105进行置换,置换废气通过第六程控阀XV6送入置换废气缓冲罐103。
抽真空V
置换过程结束后,利用真空泵101通过吸附塔105塔底的第七程控阀XV7将吸附塔105内的CO气抽出,送至第一产品气缓冲罐102,其中一部分作为CO产品气送出界区,一部分作为第一置换气源。
均压升压E1R、E2R、E3R
均压升压过程与均压降压过程是一一对应的,本实施例的均压升压也为三次,依次是三次均压升压E3R、二次均压升压E2R和一次均压升压E1R,在抽真空过程完成后的吸附塔105,E3R、E2R是通过吸附塔105塔顶的第四程控阀XV4完成的,将压力较高的处于E2D、E2D步骤的吸附塔105中的气体放入处于E3R、E2R的吸附塔105中;E1R是通过吸附塔105塔顶的第三程控阀XV3完成的,将压力较高的处于E1D步骤的吸附塔105中的气体放入处于E1R的吸附塔105中。
终升FR
在三次均压升压结束后,利用吸附塔105塔顶产出的气体通过终升调节阀KV10和第三程控阀XV3将吸附塔105的压力升至吸附压力3.2MPaG。
至此,吸附塔105在一个周期内的所有步骤执行完毕,并开始进入下一次循环。
分离回收的CO产品气组成如表2所示:
表2
组成 | 氢气 | 一氧化碳 | 二氧化碳 | 甲烷 | 氮气 | AR | 合计 |
mol% | 6.54 | 91.69 | 0.03 | 0.25 | 1.25 | 0.23 | 100.00 |
本实施例中,在原料气含量相同的情况下,采用带置换的一段变压吸附法回收的CO产品气纯度为91.69%,回收率大于95%;传统带置换的一段法变压吸附法(简称“传统法”)回收的CO产品纯度为91.69%,回收率约为80%。对比可见,本实施例有效提高了CO产品气的回收率。
实施例2
如图4所示,本实施例利用带置换的一段法变压吸附技术从20000Nm3/h的催化干气中回收C2气组分,吸附压力0.6MPaG,吸附温度40℃。催化干气组成见表3。
表3
催化干气从吸附塔105底部进入吸附塔105,吸附塔105依次经过吸附、一次均压降压、二次均压降压、顺放、一次置换、二次置换、三次置换、抽真空、二次均压升压、一次均压升压、终升步骤,最终由抽真空步骤得到C2产品气,置换步骤产生的置换废气与顺放气混合加压后返回原料气进料端。
吸附A
催化干气通过第一程控阀XV1从吸附塔105底部进入吸附塔105,吸附塔105内装填有吸附剂氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛,易被吸附的C2+气体被吸附在吸附塔105内,不易被吸附的氢气、氮气、甲烷等气体(即图1所示的富氢气)从吸附塔105顶的第二程控阀XV2送出界区。
均压降压E1D、E2D
根据原料气压力等因素,本实施例采用二次均压降压过程,依次是一次均压降压E1D和二次均压降压E2D,E1D是通过吸附塔105塔顶的第三程控阀XV3完成的,将压力较高的处于E1D步骤的吸附塔105中的气体放入处于E1R的吸附塔105中;E2D是通过吸附塔105塔顶的第四程控阀XV4完成的,将压力较高的处于E2D步骤的吸附塔105中的气体放入处于E2R的吸附塔105中。
顺放PP
顺放过程是通过吸附塔105塔顶的第四程控阀XV4将吸附塔105内的气体顺着吸附方向放入置换废气缓冲罐103,使吸附塔105压力降至置换压力。
置换RP1、RP2、RP3
本实施例采用双塔置换,置换压力0.02MPaG。一次置换是利用从刚做了三次置换的吸附塔105顶出来的置换废气作为第二置换气源通过吸附塔105塔底的第九程控阀XV9进入吸附塔105,对吸附塔105进行置换,置换废气通过第六程控阀XV6送入置换废气缓冲罐103;二次置换是利用解吸气中的一部分作为第一置换气源通过第五程控阀XV5从吸附塔105塔底通入,对吸附塔105进行置换,置换废气通过第六程控阀XV6送入置换废气缓冲罐103;三次置换是利用解吸气中的一部分作为第一置换气源通过第五程控阀XV5从吸附塔105塔底通入,对吸附塔105进行置换,置换废气从第八程控阀XV8送入其他正在进行一次置换的吸附塔105作为其第二置换气源。
抽真空V
置换过程结束后,利用真空泵101通过吸附塔105塔底的第七程控阀XV7将吸附塔105内的C2气抽出,送至第一产品气缓冲罐102,其中一部分作为C2产品气送出界区,一部分作为第一置换气源。
均压升压E1R、E2R
均压升压过程与均压降压过程是一一对应的,本实施例的均压升压也为两次,依次是二次均压升压E2R和一次均压升压E1R,在抽真空过程完成后的吸附塔105,E2R是通过吸附塔105塔顶的第四程控阀XV4完成的,将压力较高的处于E2D步骤的吸附塔105中的气体放入处于E2R的吸附塔105中;E1R是通过吸附塔105塔顶的第三程控阀XV3完成的,将压力较高的处于E1D步骤的吸附塔105中的气体放入处于E1R的吸附塔105中。
终升FR
在两次均压升压结束后,利用吸附塔105塔顶产出的气体通过终升调节阀KV10和第三程控阀XV3将吸附塔105的压力升至吸附压力0.6MPaG。
至此,吸附塔105在一个周期内的所有步骤执行完毕,并开始进入下一次循环。
分离回收的C2产品气组成如表4所示:
表4
本实施例中,在原料气含量相同的情况下,采用带置换的一段变压吸附法回收的C2产品气纯度为90.4%,回收率为95%;传统带置换的一段法变压吸附法(简称“传统法”)回收的C2产品纯度为90.4%,回收率为63%。对比可见,本实施例有效提高了C2产品气的回收率。
综上,使用本申请方法与使用传统法,从同种原料气中回收得到的第一产品气组成相同,但是回收率不同,本申请方法得到的第一产品气回收率明显更高,这表明本申请提供的方法有效提高了第一产品气的回收率,其主要原因在于:传统法中未对置换废气进行回收利用。传统法中从第一产品气中引出一股气作为置换气,对吸附塔进行置换后,置换废气直接放空至火炬系统,这种方法造成了第一产品气的浪费及回收率的下降;本申请的方法将置换气在对吸附塔进行置换后产生的置换废气返回吸附塔入口与原料气混合后再次进入吸附塔进行吸附提纯,通过置换气的循环使用有效地提升了回收率,减少了第一产品气的浪费。
此外,本申请方法还具有以下优势:与同等条件下高压置换相比,本申请采用的是低压置换,在低压的条件下再生时,吸附剂解吸更充分,需要被置换的气体纯度更高,在第一产品气纯度相同的条件下,所需的置换气量就更少,且置换气不需要二次加压,能耗更低。例如,实施例2中的置换压力为0.02MPaG,所需置换气量约为3500Nm3/h;若采用高压置换,当置换压力为0.6MPaG时,C2产品气要达到相同纯度时,则所需置换气量约为6000Nm3/h。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效,而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本申请的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种从混合气中分离回收气体的变压吸附系统,其特征在于,包括原料气进料端、第一产品气出料端、第二产品气出料端、真空泵、第一产品气缓冲罐、置换废气缓冲罐、压缩机、终升调节阀与若干个变压吸附单元,每个变压吸附单元包括吸附塔,以及用于控制管道连通的第一程控阀、第二程控阀、第三程控阀、第四程控阀、第五程控阀、第六程控阀与第七程控阀;每个变压吸附单元的吸附塔塔顶和/或塔底之间通过管道两两相连;
所述吸附塔塔顶、所述置换废气缓冲罐、所述压缩机、所述原料气进料端、所述吸附塔塔底、所述真空泵、所述第一产品气缓冲罐与所述第一产品气出料端通过管道依次相连,所述真空泵用于对所述吸附塔进行抽真空以将第一产品气从所述吸附塔塔底抽出送入所述第一产品气缓冲罐中,所述第一产品气缓冲罐用于缓存第一产品气;所述置换废气缓冲罐用于缓存置换废气,所述压缩机用于将所述置换废气缓冲罐中的气体加压后作为原料气通过所述原料气进料端从塔底送入所述吸附塔内;
所述吸附塔塔顶还通过管道与所述第二产品气出料端相连;
所述第一程控阀设置在连接所述原料气进料端与所述吸附塔塔底的管道上,用于控制原料气进料;
所述第二程控阀设置在连接所述吸附塔塔顶与所述第二产品气出料端的管道上,用于控制第二产品气出料;
所述第三程控阀设置在将每个变压吸附单元的吸附塔塔顶两两相连的管道上,用于控制均压降压气体进出料;
所述第四程控阀设置在将每个变压吸附单元的吸附塔塔顶两两相连的管道上,用于控制均压降压气体进出料;
所述第五程控阀设置在连接所述吸附塔塔底与所述第一产品气缓冲罐的管道上,用于控制第一产品气从所述第一产品气缓冲罐进入所述吸附塔内,作为第一置换气源使用;
所述第六程控阀设置在连接所述吸附塔塔顶与所述置换废气缓冲罐的管道上,用于控制置换废气从所述吸附塔进入所述置换废气缓冲罐内;
所述第七程控阀设置在连接所述吸附塔塔底与所述真空泵的管道上,用于控制解吸气从所述吸附塔通过真空泵进入所述第一产品气缓冲罐内;
所述终升调节阀设置在连接所述吸附塔塔顶和所述第二产品气出料端的管道上,且位于所述第三程控阀和所述第二产品气出料端之间,用于控制其他吸附塔塔顶送出的气体进料。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述第四程控阀还与所述置换废气缓冲罐相连,用于将顺放气从所述吸附塔放入所述置换废气缓冲罐中。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:每个变压吸附单元的吸附塔塔顶与塔底之间通过管道两两相连,所述变压吸附单元还包括第八程控阀和第九程控阀;
所述第八程控阀和第九程控阀均设置在将每个变压吸附单元的吸附塔塔顶与塔底两两相连的管道上,用于控制置换废气作为第二置换气源从所述吸附塔塔顶从塔底进入原吸附塔或其他吸附塔内,作为第二置换气源使用;所述第八程控阀靠近吸附塔塔顶,所述第九程控阀靠近吸附塔塔底。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述系统包括至少三个变压吸附单元,每个变压吸附单元包括至少一个吸附塔,以及至少一个用于控制管道连通的第一程控阀、第二程控阀、第三程控阀、第四程控阀、第五程控阀、第六程控阀与第七程控阀。
5.根据权利要求3所述的系统,其特征在于:所述系统包括至少三个变压吸附单元,每个变压吸附单元包括至少一个吸附塔,以及至少一个用于控制管道连通的第一程控阀、第二程控阀、第三程控阀、第四程控阀、第五程控阀、第六程控阀、第七程控阀、第八程控阀和第九程控阀。
6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述吸附塔中装填有吸附剂,所述吸附剂选自氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛中的至少一种。
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CN202420120056.XU CN221846616U (zh) | 2024-01-17 | 2024-01-17 | 一种从混合气中分离回收气体的变压吸附系统 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117899609A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-04-19 | 成都华西化工科技股份有限公司 | 基于一段变压吸附法从混合气中分离回收气体的方法与系统 |
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