CN107349746A - 一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法，涉及变压吸附气体分离技术的技术领域，该变压吸附方法通过对变压吸附***的吸附与解吸循环操作过程进行模拟，由模拟中吸附塔进出口的边界条件确定出机械指定模式、自主判定模式以及机械自主组合模式，该变压吸附***由至少两个吸附塔组成的一组或多组吸附塔段组成；将确定的控制模式与程序控制阀‑调节阀组合的联动控制，根据两个或以上的目标吸附塔内的即时压力作为参考依据，通过调整阀门组合开与关及开度，即时联动控制气体流速及目标吸附塔内及进出口的压力变化趋势，以增加变压吸附装置对原料气的组成及压力以及变压吸附的吸附与解吸循环操作过程中每个步骤的压力变化的容错性。

Description

一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法

技术领域

本发明涉及变压吸附气体分离技术的技术领域，具体涉及一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法。

背景技术

变压吸附(Pressure Swing Adsorption，简称PSA)是指，在一定的温度下，通过加压吸附与减压(抽真空)或常压解吸或冲洗置换再生的循环过程，将混合物气体实现分离提纯与净化。可见，PSA是通过改变压力或压力变化来达到吸附和解吸的目的。吸附常常是在压力环境下进行的，变压吸附提出了加压和减压相结合的方法，在一定温度下，它通常是由加压吸附、减压再生所组成的吸附-解吸(再生)循环操作***。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，同时在减压(降至常压或抽真空)过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生，从而实现多组分混合气体分离或净化，外界不需要供给热量便可进行吸附剂的再生。由此，在PSA吸附-解吸的循环操作中，吸附步骤的压力保持稳定，而由均压降、顺放、逆放、抽真空/冲洗、均压升、终充等步骤构成的解吸过程，吸附塔的操作压力是不断的变化，并且这种压力的变化，直接影响到解吸与吸附的分离效率和实际操作结果，其中，解吸过程中的均压(均压降与均压升)、顺放是PSA循环操作中压力变化较大的步骤。

在PSA工艺设计中，采用过程模拟方法，对PSA装置规模不断扩大起到至关重要的作用，并且能够突破实验装置的限制，同时可以节约实验的成本。采用过程模拟优化PSA流程，可以对流程的各种工艺参数进行最优化设计，如吸附和解吸压力及其变化、各步骤运行时间、冲洗和置换量、进出口流量、阀门开度、吸附塔高径比等；过程模拟及其优化可以提升PSA装置及技术的性能表现，如提高产物的纯度和收率、提升吸附剂的单位产量、降低过程的单位消耗。PSA的吸附-解吸循环操作流程的过程模拟，包括吸附塔、阀门、缓冲罐、真空泵、压缩机，其中，吸附塔模型是整个流程模型的核心，其包括，质量衡算、动量衡算、能量衡算、吸附平衡(特性)方程、质量传递模型、进出口边界条件、气体状态方程，这些偏微分方程和代数方程组共同构成了吸附塔的数学模型。而吸附塔的进出口边界条件，是构成封闭PSA流程数学模型的必要条件，尤其是PSA循环操作中的每一步边界条件，包括吸附、置换、均压降、顺放、逆放、冲洗/抽真空、均压升、终充等，并且对吸附塔“三传-质量、动量、能量传递”平衡、吸附塔的运行是否处于最优的分离状态及满足设计要求等起到关键作用。一般而言，吸附塔过程模拟的进出口边界条件确定模式有两种，一种是机械指定，一种是根据进出口速度方向自主判定(也称为“自洽”)。在大多数PSA循环操作中，一般事先通过规定吸附塔流体流速、进出口的流速、压力、温度等参数的设定后进行设计塔高与塔径、吸附剂装填量、吸附时间、解吸步骤及相应时间等，来实现吸附-解吸的循环操作，进而达到分离的目的，即，传统PSA循环操作中的吸附塔进出口边界条件是在设计时已规定好的，在实际运行中无需再另外确定。此外，传统的PSA循环操作中的压力变化控制方法，大多是通过吸附塔之间的管道上安装程序控制阀门来控制，其中，程序控制阀是通过预设的时序及组态，通过事先确定吸附塔内及连接吸附塔的管道中的流速、压差及均压时间，并通过程序控制阀的开与关控制，是对吸附塔的进出口边界条件事先确定的值的具体实施的一种控制，即，程序控制阀门仅仅按已设定的程序进行自动控制阀门的开关而实现吸附塔之间的吸附-解吸循环操作过程中的每个步骤进行，与吸附塔过程模拟所使用的。如此，吸附塔进出口边界条件固化而事先确定在PSA设计中进出口边界条件确定模式没有关联，并且仅通过程序控制阀门的开与关来实现PSA吸附-解吸过程的循环操作，存在着如下诸多的问题：

第一，原料气压力及相应影响到压力变化的其他因素出现较大波动时，诸如组分、处理量、温度等，已事先确定的吸附塔进出口边界条件并固化在已完成的PSA吸附与解吸循环工艺的设计，无法在实际操作中进行合理的调整。比如，当原料气压力从1.0MPa下降至0.6MPa时，吸附塔的进出口流速随之发生较大变化。在吸附塔的高度及塔内吸附剂装填量一定的情况下，只能通过吸附时间的调整，比如延长吸附时间进行适应，同时，连接各个吸附塔进出口的管道上的程序控制阀门，也只能按照所调整的时间进行开与关的控制。但吸附时间延长并不能准确地补偿吸附压力下降所带来的吸附效率下降，相反，吸附时间的延长有可能使得吸附前沿穿透而导致非吸附组分(作为产品气)的纯度下降，或相应地导致处理量变相地变小而无法满足产量要求，或进一步加深吸附过度所导致解吸困难，或导致解吸时间在各个步骤中分配不当而吸附剂使用寿命变短、产品气收率下降等问题；

第二，在PSA吸附-解吸循环过程中，当原料气进料条件一定时，循环过程中的压力变化可以通过两个或多个吸附塔之间的均压(一个或多个吸附塔(压力输出塔)向另一个或多个吸附塔(压力接受塔)顺向放压，使得两塔或多塔的压力相等)得到部分补偿，降低了压力降损失。吸附步骤结束后，吸附塔的上部空间(预留空间)内存在较多的较高纯度的产品气体，同时，该上部空间即吸附前沿的吸附剂远未达饱和状态，未充分利用。为了充分利用预留空间较纯产品气体，以及通过降低吸附塔的压力传递给另一正处于吸附准备阶段而需要升压的吸附塔，从而实现回收部分其能量与产品气体组分，提高了产品气体收率的同时，避免再生压力下降过大而造成的对吸附剂冲刷严重、气流速度太快等使得再生不完全或吸附剂使用寿命下降等问题的出现，通常采用各吸附塔之间多次均压的操作方式，尤其是高压吸附工况。从理论上讲，均压次数增加，产品气体的收率就增加，解吸过程中的压力随时间而变的压力曲线相对平缓，对传质相对也有利。均压次数增加到相对无穷大时，压力曲线就变成一条光滑的曲线，产品气体收率达到某一极值，对吸附剂冲刷影响相对最低。但是，均压次数增加会带来许多负面的问题：1)设备增加，投资增加、操作稳定性反而下降、占地面积增加。为了满足吸附与解吸循环操作的需要，过多的均压次数，需要更多的吸附塔、程序控制阀及相应的设置空间，尤其是程序控制阀，故障较多，极大影响装置操作的稳定性；2)产品气体收率增加的边际效益是下降。比如，对于含氢气体回收氢气，均压次数在达到3～4次以上时，每增加一次均压，其对氢气收率的增加速度呈递减效应；3)均压时间过短，均压时气体流速过快，导致再生不完全、吸附剂容易粉化。由于吸附与解吸的时间需要相互匹配，才可以循环操作。在吸附塔的数目与吸附-解吸时间一定的情况下，均压次数越多，其单位均压的变化所需的时间就越短，或其单位时间内的压力波动的频率就也频繁，就会影响解吸中的传质效率，同时，单位时间内相对压降较大，且每次均压时间不等，使得吸附剂受到的冲刷次数及冲刷力变动相当频繁，容易造成吸附剂粉化，使得吸附解吸循环操作存在较大的安全隐患；4)对复合床层的浓度分布造成一定的负面影响，不同吸附剂之间存在交叉污染。在吸附与解吸循环中，单位时间内所对应的传质规律各不相同，低压段内的单位时间内压力曲线与高压段内的单位时间内压力曲线不尽相同，不同吸附剂上的单位时间内的压力曲线也不尽相同。因此，均压次数越多，每次均压的传质规律、频率、流速等等均不尽相同，导致传质的复杂性，极大地影响吸附塔的设计中所假设的模型的一些基本条件，包括吸附塔的进出口边界条件的确定；5)对预留空间内存在较多的逆向浓度梯度的问题，极大地影响产品气体的纯度。均压次数越多，各个吸附塔塔顶预留空间内的杂质浓度分布与浓度波移动的方向来回变动，导致杂质组分的浓度沿着产品气体流出方向出现一定的逆向浓度变化，即，杂质组分在塔顶预留空间内累积，影响产品气体的纯度，尤其是在需要高纯度产品气体的工况下，塔顶预留空间的逆向浓度梯度现象会严重影响产品气体的纯度质量指标；6)对程序控制阀的质量要求高。由于均压次数增加，程控阀的数量也随之增加，且，单位时间内压降变化较大，流速过快，导致对程控阀的阀芯与阀座冲刷就越严重，进而导致阀体泄漏，影响整个装置的稳定性与安全性；

第三，对原料气中有效组分含量较高的PSA提取工况，比如，含氢浓度为88～95％(v/v，以下类同)的重整氢、甲烷氢等为原料气进行PSA提氢，或，从吸附相中获得产品气的工况，比如，通过PSA法从炼厂干气中回收碳二及以上(C2+)组分、从轻烃转化气中回收二氧化碳(CO2)等工况，传统的PSA操作过程中所面临的“纯度与收率的反比”关系——在一定工况下，下调收率可以保证较高的产品气纯度，或，为保证一定的产品气收率而下调产品气纯度，变成了“纯度与收率的双降”关系，这是由于解吸过程中过多的均压次数及顺放，使得滞留在吸附塔内的死空间里的杂质组分与有效组分容易形成吸附平衡，导致多次均压的产品气收率不但不会增加，反而随着产品气纯度下降而下降。同时，吸附塔出口边界条件，诸如流速与压力微小的变化，就会影响到吸附塔里的吸附与解吸传质过程，并且吸附时间越长，解吸越困难，或，吸附时间越短，解吸更难与吸附匹配而形成可循环的操作；

第四，传统的PSA多次均压的主要目的是降低吸附塔的压力以回收上部空间的有效气体组分。工程上，有的设计是无动力消耗的PSA工艺，其实质就是取消抽真空，改为无数多次均压来达到目的。然而无数多次均压理论上可以实现产品气体的高回收率；但是为了实现无数多次均压，需要增加大量的吸附塔和程控阀，这无疑大大增大了装置的占地面积，程控阀的增多也降低了装置的可靠性；为了满足多次均压次数，整个吸附与解吸周期变长，导致单个吸附塔的吸附时间变长，极大的增加了单个吸附塔的吸附剂装填量以及增加深度吸附而导致解吸更加困难的问题。同时，若实际操作过程中原料气压力、组成等出现较大波动时，这种因波动而产生的偏离设计时所确定的各个参数，会传导到每个吸附塔中造成偏离度的累积，最终会导致整个PSA装置不达标或不稳定。虽然可以从多塔切换运行模式降低均压次数来应对原料气波动工况，比如原来是PSA10-2-6模式，即10个塔，其中，2个塔吸附，5次均压，改为PSA10-3-3运行模式，即10个塔，3塔吸附，3次均压。由于原设计中的每个吸附塔的进出口边界条件已固定，而PSA运行模式改变，仅通过时序的调整及相应的程序控制阀门来实现，因此，极容易出现程序控制阀门的控制与吸附塔进出口边界条件严重不一致的问题，尤其是循环过程中的流速及压力变化，使得PSA运行极不稳定，最终会出现吸附剂使用寿命缩短，或纯度及收率下降，或程序控制阀门损坏及泄漏等故障，装置运行不达标难以解决。

发明内容

本发明提供一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法，以解决传统的PSA过程设计与实际运行之间出现偏差而存在着的吸附塔进出口边界条件设置与连接吸附塔之间的进出口管道上并仅起到开与关的程序控制阀门没有联动等所导致的原料气波动适应性差、为提高收率所采用均压次数过多而引起的投资成本高与稳定性差、一些工况出现“收率与纯度”双降、吸附剂使用寿命缩短及程序控制阀门故障率高的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法，该变压吸附方法通过对变压吸附***的吸附与解吸循环操作过程进行模拟，由模拟中吸附塔进出口的边界条件确定出机械指定模式、自主判定模式以及机械自主组合模式，该变压吸附***由至少两个吸附塔组成的一组或多组吸附塔段组成；将确定的控制模式与程序控制阀-调节阀组合的联动控制，根据两个或以上的目标吸附塔内的即时压力作为参考依据，通过调整阀门组合的开与关及开度，即时联动控制气体流速及目标吸附塔内及进出口的压力变化趋势，以增加变压吸附装置对原料气的组成及压力以及变压吸附的吸附与解吸循环操作过程中每个步骤的压力变化的容错性。

作为优选地，该变压吸附方法包括如下工序：

(1)吸附：带有一定压力的原料气经进气管、进气支管送入变压吸附***的任意1个或多个吸附塔底部，吸附塔内装填吸附剂，在原料气压力的吸附操作压力下将原料气中的吸附质组分吸附，非吸附组分则从相应的吸附塔顶部的出气管输出，其压力等同于吸附操作压力；其中，处于吸附步骤的吸附塔的进出口边界条件的确定，采用机械指定模式，设定吸附塔进出口压力相等或克服床层阻力降的进出口压力，此时，处于吸附步骤的吸附塔与解吸过程的吸附塔之间相连的程序控制阀-调节阀组合处于关闭状态，部分非吸附组分气体用于另一个吸附塔的终充；

(2)均压降：原料气体在吸附塔内经过吸附完成后，上述步骤参与吸附的吸附塔的进出口边界条件确定模式采用上述吸附步骤机械指定的吸附塔进出口边界条件，此时，处于压力输出状态的吸附塔或处于均压降状态的吸附塔的出气管是经均压管与其他任意1个或多个已完成冲洗步骤而处于最低压力的接受均压的压力接受吸附塔的顶端或底端通过程序控制阀-调节阀组合相连进行减压排出气体，直至其两个或多个相应的压力接受塔的压力相等，即形成中间压力，其中，程序控制阀-调节阀组合进行减压而排出气体过程与压力输出塔的出口和压力接受塔的进口边界条件的机械指定模式相联动，以便自动调整与确定压力输出塔的均压降时间及均压降步骤均匀地进行，防止均压降幅度在瞬间过大引起流速变化幅度过大所导致的冲刷，并最终与压力接受塔的压力相等，由此，压力输出塔的压力变化在压力接受塔中得到了回收，并相应地回收了完成吸附步骤后聚集在压力输出塔内死空间中的有效组分而提高了收率；

(3)顺放：完成均压而处于较高中间压力的压力输出塔继续按照机械指定的边界条件确定方式，进一步沿着气体流动方向顺向放压，并均匀地放压到较低中间压力，防止放压过程过大而造成流速变化过大所导致的冲刷程序控制阀-调节阀组合，此时，继续压力输出塔的出气管是经程序控制阀-调节阀组合与其他对应的1个或多个处于冲洗步骤的吸附塔的顶端相连，减压排出气体，直至压力达到顺放塔出口边界条件的机械指定值，其中，程序控制阀-调节阀组合进行减压而排出气体过程与顺放塔的出口及冲洗塔的进口边界条件的机械指定模式相联动，以便自动调整与确定压力输出塔的顺放时间及最终的出口压力指定值；由此，顺放塔的压力变化在冲洗塔中部分得到了回收，并进一步回收了完成均压步骤中聚集在顺放塔内死空间中的有效组分而提高了收率，同时节省了冲洗塔进行步骤所需的采用产品气进行冲洗的用量；

(4)逆放：完成顺放步骤后的吸附塔内部带有压力，接着经一段逆放管、由程序控制阀-调节阀组合沿原料气流动相反的方向进行逆向减压而排出解吸气，进一步降低吸附塔压力，此时，逆放塔的进口边界条件确定模式由顺放步骤的出口机械指定模式切换成逆放塔进口边界条件确定的自主判定模式，并与程序控制阀-调节阀组合逆放阀进行联动控制，其中，自主判定模式依据逆放管内流体流速及逆放塔内流体流速分布进行自主调整，进而维持逆放塔内逆放过程的稳态操作，直至逆放塔出口边界条件所指定的包含压力、流速值；逆放塔的出口边界条件确定模式仍然采用该塔进行顺放步骤时所采用的进口边界条件机械指定模式；

(5)冲洗：完成逆放步骤后的吸附塔的出气管是经冲洗阀顺向或逆向引入来自正在进行顺放步骤的吸附塔顺放气，或来自产品气，对循环操作中压力处于最低的该吸附塔进行冲洗，使得吸附塔中所装填的吸附剂再生完全。此时，冲洗塔的进出口边界条件确定模式采用机械指定模式，并与程序控制阀-调节阀组合进行联动控制，直至冲洗塔出口边界条件所指定的压力或流速值，从冲洗塔出口流出的已冲洗过的气体，作为解吸气排出，或返回到原料气进一步回收有效组分；

(6)抽空：完成逆放和冲洗步骤后的吸附塔，通过真空泵对吸附塔进行抽空，逆向抽出仍然滞留在吸附塔内吸附剂上及死空间里的杂质气体，从而完成整个吸附剂的再生过程，以便该塔进行下一次变压吸附吸附-解吸的循环操作；此时，真空塔的进口边界条件确定的模式采用自主判定，而出口边界条件确定模式为机械指定；抽空产生的气体作为解吸气排出，排出管上无程序控制阀-调节阀组合，也没有与真空塔进出口边界条件确定模式联动控制；

(7)均压升：完成抽空步骤后的吸附塔的压力处于变压吸附循环操作中压力最小阶段，此时，该吸附塔进气管经均压管与其他任意1个或多个正在进行均压降步骤的吸附塔的顶端或底端通过程序控制阀-调节阀组合相连进行升压而输入气体，直至其两个或多个相应的压力输出塔的压力相等，即形成中间压力或吸附压力，其中，程序控制阀-调节阀组合进行升压而输入气体过程与压力接受塔的进口和压力输出塔的出口边界条件的机械指定模式相联动，以便自动调整与确定压力接受塔的均压升时间及均压升步骤均匀地进行，防止均压升幅度在瞬间过大引起流速变化幅度过大所导致的冲刷，并最终与压力输出塔的压力相等；由此，压力接受塔的压力变化在压力输出塔降压所导致的压能损失的回收，并相应地起到了预吸附作用，为后续进一步进入正式的吸附步骤准备，由此也提高了吸附效率；

(8)终充：完成均压升步骤后的吸附塔的压力处于中间压力，需要进一步升压至吸附压力，从该吸附塔的出气管，经终充管逆向引入部分非吸附相气体或原料气体以升高终充塔压力到吸附压力，准备吸附步骤。此时，终充塔的进出口边界条件的确定模式均采用机械指定模式，并与终充管上的程序控制阀-调节阀组合进行联动控制；在完成终充步骤后，变压吸附的一个吸附-解吸的循环过程由此结束，进入新一个循环操作周期。

作为优选地，每个吸附塔进出口所连接的管道上程序控制阀-调节阀组合，包括两个吸附塔之间一个程序控制阀串联一个调节阀，或多塔多组吸附塔之间每两排程序控制阀之间串联一个调节阀，或带有调节功能的程序控制阀替代程序控制阀，或均压阀与顺放阀采用程序控制阀-调节阀组合，其中，阀门采用单向或双向调节，其类型为蝶阀、截止阀、旋塞阀、球阀、闸阀、针型阀、隔膜阀中的一种或多种或其他能够起到缓均、稳压、调节流量及压力、导流、防止逆流、分流或溢流泄压作用的控制阀门或装置。

作为优选地，所述变压吸附吸附与解吸循环操作***中，产品气是来自逆放或冲洗或抽真空步骤所构成的解吸气，在吸附步骤结束后均压降步骤开始前或顺放步骤结束后逆放步骤开始前增设置换步骤，即采用产品气作为置换气体，置换出共吸附的吸附杂质组分及吸附塔内死空间里的杂质组分；置换气体从吸附塔进口顺向进入吸附塔，从吸附塔出口流出置换废气，或返回到原料气，或直接作为废气排出界区。

作为优选地，所述原料气为压力小于1.0MPa的低压原料气，其压力或原料气组分浓度与其他因素导致压力波动范围大于±10％，或者为压力大于1.0MPa的中高压原料气，其压力或原料气组分浓度与其他因素导致压力波动范围大于±5％，由至少2个吸附塔所组成的变压吸附***的吸附与解吸循环操作***中，每个步骤的操作压力变化是由每个吸附塔进出口的自主判定的边界条件确定模式与对应每个吸附塔进出口所连接的管道上程序控制阀-调节阀组合模式进行联动控制来实现。

作为优选地，所述的变压吸附***中的吸附塔，包括一个或多个装填有一种或多种吸附材料的吸附塔，所述吸附材料为活性氧化铝、活性炭、硅胶、分子筛及其他负载、改性的吸附材料的一种或多种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过PSA过程模拟中的吸附塔进出口的边界条件(质量控制软件)与程序控制阀-调节阀组合的联动控制，根据两个或多个目标吸附塔内的即时压力作为参考依据，通过调整阀门组合的开与关及开度，即时联动控制气体流速及目标吸附塔内及进出口的压力变化趋势，由此增加了PSA装置对原料气的组成及压力变化的容错性，使得装置更稳定高效的运行，尤其适合适应原料气条件波动较大及PSA吸附-解吸循环操作过程中压力变化较大的工况；

(2)本发明使得吸附剂不再被高气流冲刷，不易被磨损，使用寿命大大延长，尤其适合高压PSA工况及PSA循环操作中压力波动较大的工况；

(3)本发明通过联动控制的方式，程序控制阀-调节阀组合的阀门使用工况更温和，阀芯和阀座不再被气流冲刷，不易损坏，大幅度地延长了使用寿命，并保证了PSA循环操作的稳定性；

(4)本发明产品气的回收率高，可以用1～3次均压，可以实现均压缓均过程，并接近于6次以上均压工艺所达到的效果，同时，比现有技术中的同等均压次数的工艺收率要高出至少2～3％以上；

(5)本发明采用联动控制解吸过程中压力变化较大的均压、置换、顺向放压步骤的缓和进行，保证装置安全性高，改变以往这些步骤中流速高达上百米/秒的操作模式，避免了装置的安全性极差的问题；

(6)本发明所产出的产品纯度比现有技术同等装置要高得多，尤其对复合装填的方式，吸附剂各床层不被交叉污染，从而有效保证产品纯度，进而解决了现有技术吸附工艺床层易交叉污染，分离不彻底，产品纯度不高的问题，尤其是从吸附相提取产品气的工况；

(7)本发明在同等处理规模及产品指标要求下，可以使得吸附剂装填量、设备体积、程序控制阀或与调节阀组合的阀门数量等大大减少，装置总投资也大大减小，装置运行更稳定可靠；改变以往多次均压工艺所带来的吸附塔的数量多，体积大，装置占地大，投资高，装置可靠性低等问题；

(8)本发明也特别适合现有PSA装置的优化改造，使得原装置的产品收率提高近2～3％以上。

附图说明

图1为实施例1流程示意图；

图2为实施例2流程示意图；

图3为实施例3流程示意图；

图4为实施例4流程示意图；

图5为实施例5流程示意图；

图6为实施例6流程示意图；

图7为实施例7流程示意图；

图中标记分别为：1、进气管；2、吸附塔；3、进气支管；4、出气管；5、终充管；6、一级均压管；7、二级均压管；8、顺放管；9、冲洗管；10、逆放管；11、终充阀；12、一级均压阀；13、二级均压阀；14、顺放冲洗阀；15、冲洗阀；16、逆放阀；17、出气阀；18、进气阀；19、终充调节阀；20、均压调节阀；21、顺放调节阀；22、逆放调节阀；23、真空管；24、真空阀；25、真空调节阀；26、真空泵；27、置换管；28、置换阀；29、置换废气管；30、置换废气阀；31、压缩机；32、置换气调节阀；33、三级均压管；34、三级均压阀；35、产品气管；

说明：一级均压二级均压过程共用一级和二级均压管；顺放冲洗过程共用顺放管和冲洗管；图中标记分别为：---单虚线是吸附塔进出口边界条件确定模式为机械指定；＝＝双虚线是吸附塔进出口边界条件确定模式为自主判定(自洽)。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1

如图1所示，一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法，所述由5个吸附塔所组成的一组(段)变压吸附(PSA)吸附与解吸循环操作***吸附塔所组成的变压吸附(PSA)吸附与解吸循环操作过程模拟中的吸附塔进出口的边界条件确定模式(机械指定，或自主判定，或两种模式组合)与程序控制阀-调节阀组合的联动控制，根据两个目标吸附塔内的即时压力作为参考据，通过调整阀门组合的开与关及开度，即时联动控制气体流速及目标吸附塔内及进出口的压力变化趋势，由此增加了变压吸附(PSA)装置对原料气的组成及压力，以及变压吸附(PSA)吸附与解吸循环操作过程中每个步骤的压力变化的容错性，使得装置更稳定安全高效的运行，其变压吸附(PSA)每个吸附塔循环操作中的每个步骤中压力变化的联动控制如下：

a、吸附：压力为2.4MPa，温度为常温的含氢原料气(氢气浓度大于50～60％，体积比，以下类同)经进气管1及进气阀18送入由5塔组成的变压吸附(PSA)***的任意1个吸附塔2内，吸附塔2内装填氢气浓缩的复合吸附剂，利用对不同组分的不同吸附容量，将原料气中的杂质组分吸附，有效气成分氢气(产品气)作为产品气则从吸附塔2顶部的出气管4和出气阀17连续输出，而相联与其余4塔的调节阀门或其他阀门均关闭。连接吸附塔进出口的进气阀、出气阀均为气动的截止阀门，作为程序控制阀的一种。本步骤中，吸附塔的进出口边界条件确定模式为机械指定(单虚线表示)，其中，进口压力为2.4MPa，出口压力为接近2.4MPa，吸附塔2床层阻力降不计。

b1、一级均压降：原料气在吸附塔2内经过240秒吸附步骤完成后，吸附塔2的进出口边界条件确定模式仍然采用吸附步骤的机械指定(单虚线表示)。此时，吸附塔2(也称为压力输出塔或一级均压降塔)出气管4是经一级均压管6与其他任意1个已完成一次均压升步骤而处于较低压力的接受均压的吸附塔2(也称为压力接受塔或一级均压接受塔)的进料端通过由一级均压管6经一级均压阀12经均压调节阀20经二级均压管7和二级均压阀13所构成的程序控制阀-调节阀组合(均压阀组合)相连进行减压排出气体，直至其两个对应的压力接受塔的压力相等，即形成中间压力为1.6MPa。其中，根据两个进行一级均压的目标吸附塔2内的即时压力(机械指定值)作为参考依据，通过调整阀门组合的开与关及开度，即时联动控制气体流速及目标吸附塔2内及进出口的压力变化趋势，使得两个进行一级均压的目标吸附塔2在规定时间内一级均压降步骤均匀地进行(缓均)，防止均压降幅度在瞬间过大引起流速变化幅度过大所导致的冲刷，并形成规定的中间压力1.6MPa。本步骤的程序控制阀-调节阀组合为，5个吸附塔中任意两个处于一级均压的吸附塔2进出口气管上都配置相应的进出口一级均压阀12(程序控制阀)，一个具有单向调节功能的均压调节阀20，二级均压阀13并联进行一级均压步骤的实施。由此，压力输出塔的压力变化(降低)在压力接受塔中得到了回收，并相应地回收了完成吸附步骤后聚集在压力输出塔内死空间中的有效组分氢气而提高了收率；

b2、二级均压降：完成一级均压降步骤的吸附塔2的进出口边界条件确定模式仍然采用机械指定模式(单虚线表示)。此时，吸附塔2(也称为压力输出塔或二级均压降塔)出气管是经均压管与其他任意1个已完成冲洗步骤而处于最低低压力的接受均压的吸附塔2(也称为压力接受塔或二级均压接受塔)的进料端通过由一级均压管6、一级均压阀12、均压调节阀20、二级均压管7、二级均压阀13所构成的程序控制阀-调节阀组合(均压阀组合)相连并按照一级均压步骤继续进行减压排出气体，二级均压降步骤均匀地进行(缓均)减压排出气体，防止二级压降幅度在瞬间过大引起流速变化幅度过大所导致的冲刷，并直至其两个对应的压力接受塔的压力相等，即形成中间压力为0.8MPa。由此，压力输出塔的压力进一步的降低在压力接受塔中得到了回收，并相应地进一步回收了完成吸附步骤后聚集在压力输出塔内死空间中的有效组分氢气而进一步提高了收率。

c、顺放：完成二次均压而处于较低的中间压力(0.8MPa)的压力输出塔继续按照机械指定的边界条件确定模式(单虚线表示)，进一步沿着气体流动方向顺向放压而放压到更低的中间压力(0.2MPa)，此时，继续放压是从压力输出塔的出气管4是经由顺放管8、顺放冲洗阀14、顺放调节阀21、冲洗管9、冲洗阀15所组成的程序控制阀-调节阀组合(顺放阀组合)与其他对应的1个处于冲洗步骤的吸附塔2的顶端相连，减压排出气体，直至压力达到顺放塔出口边界条件的机械指定值0.2MPa，其中，程序控制阀-调节阀组合进行减压而排出气体过程与顺放塔的出口及冲洗塔的进口边界条件的机械指定模式(单虚线表示)相联动，以便按照预定的时间内确定压力输出塔的顺放时间及顺放步骤均匀地进行至最终的出口压力指定值(0.2MPa)，防止顺向放压幅度在瞬间过大引起流速变化幅度过大所导致的冲刷。由此，顺放塔的压力变化(降低)在冲洗塔中部分得到了回收，并进一步回收了完成二级均压步骤中聚集在顺放塔内死空间中的有效组分氢气而提高了收率，同时节省了冲洗塔进行步骤所需的采用产品气进行冲洗的用量；

d、逆放：完成顺放步骤后的吸附塔2内部带有压力(顺放后达到的指定值0.2MPa)，接着经由一段逆放管10、逆放阀16及逆放调节阀(22)组成的程序控制阀-调节阀组合(逆放阀)沿原料气流动相反的方向进行逆向减压而排出气体(解吸气)，进一步降低吸附塔2压力。此时，逆放塔的进口边界条件确定模式由顺放步骤的出口机械指定模式(单虚线表示)切换成逆放塔进口边界条件确定的自主判定(自洽)模式(双虚线表示)，并与程序控制阀-调节阀组合(逆放阀)进行联动控制，其中，自主判定模式(双虚线表示)依据逆放管10内流体流速及逆放塔内流体流速分布进行自主调整，进而维持逆放塔内逆放过程的稳态操作，直至逆放塔出口边界条件所指定的压力与流速值。逆放塔的出口边界条件确定模式仍然采用该塔(2)进行顺放步骤时所采用的进口边界条件机械指定模式(单虚线表示)。逆放步骤排出的逆放气作为解吸气，达到合格排放尾气标准直接排空，或作为燃料气被送入燃料管网或火炬***；

e、冲洗：完成逆放步骤后的吸附塔2的出气管4是经由顺放管8、顺放冲洗阀14、顺放调节阀21、冲洗管9、冲洗阀15所组成的程序控制阀-调节阀组合顺向引入来自正在进行顺放步骤的吸附塔2顺放气，对循环操作中压力处于最低的该吸附塔(冲洗塔)(2)进行冲洗，使得吸附塔中所装填的吸附剂再生完全。此时，冲洗塔的进出口边界条件确定模式采用机械指定模式(单虚线表示)，并与程序控制阀-调节阀组合(冲洗阀)进行联动控制，直至冲洗塔出口边界条件所指定的压力(常压)或流速值。从冲洗塔出口流出的已冲洗过的气体，作为解吸气排出；

f2、二级均压升：完成冲洗步骤后的吸附塔的压力处于变压吸附循环操作中压力最小阶段，此时，该吸附塔(压力接受塔或二级均压升塔)进气管1或进气支管3经二级均压管7与其他任意1个正在进行二级均压降步骤的吸附塔(压力输出塔或二级均压降塔)的顶端通过由二级均压阀13均压调节阀20、一级均压阀12所组成的程序控制阀-调节阀组合(均压阀组合)相连进行均匀地升压而逆向输入气体，防止在瞬间升压幅度过大引起气体流速变化过大而导致对阀门、管道及吸附塔2内的吸附剂床层造成严重的冲刷。二级均压升直至其两个相应的吸附塔2的压力相等，即形成中间压力0.8MPa，其中，程序控制阀-调节阀组合进行升压而输入气体过程与压力接受塔的进口和压力输出塔的出口边界条件的机械指定模式(单虚线表示)相联动，以便自动调整与确定压力接受塔的均压升时间及最终与压力输出塔的压力相等。由此，压力接受塔的压力变化(升高)在压力输出塔降压所导致的压能损失的回收，并相应地起到了预吸附作用；

f1、一级均压升：完成二级均压升步骤的的吸附塔2的进出口边界条件确定模式仍然采用机械指定模式(单虚线表示)。此时，吸附塔2(也称为压力接受塔或一级均压升塔)出气管4是经一级均压管6与其他任意1个正在进行一级均压降步骤而处于较高压力的压力输出的吸附塔2的出口端通过由二级均压阀13、一级均压阀12、均压调节阀20所构成的程序控制阀-调节阀组合(均压阀组合)相连并按照一级均压升步骤继续均匀地进行升压而逆向输入气体，直至其两个对应的压力接受塔的压力相等，即形成较高的中间压力为1.6MPa。由此，压力接受塔的压力变化(升高)在压力输出塔降压所导致的压能损失的回收，并相应地进一步起到了预吸附作用，为后续进一步进入正式的吸附步骤准备；

g、终充：完成一级均压升步骤后的吸附塔2的压力处于中间压力，即1.6MPa，需要进一步升压至吸附压力2.4MPa，从该吸附塔(终充塔)的出气管4，经由终充管5、终充阀11及终充调节阀19所组成的程序控制阀-调节阀组合逆向引入部分非吸附相气体(产品气)以升高终充塔压力到吸附压力2.4MPa，准备吸附步骤。此时，终充塔的进出口边界条件的确定模式均采用机械指定模式，并与在终充管6上的程序控制阀-调节阀组合进行联动控制。在完成终充步骤后，变压吸附的一个吸附-解吸的循环过程由此结束，进入新一个循环操作周期。

需要说明的是，本实施例中的终充阀11、一级均压阀12、二级均压阀13、顺放阀14、冲洗阀15、逆放阀16、出气阀17、进气阀18等均采用普通的程序控制阀门；而终充调节阀19、均压调节阀20、顺放调节阀21、逆放调节阀均采用单向调节阀22。

本实施例用较少的均压次数(2次)、较少的吸附塔数(5个)、较少的阀门数量(44个)，在顺放及二次均压等压力变化较大的步骤中能够避免因压力变化较大引起气体流速变化较大而导致的对阀门、管道、吸附剂等造成严重的冲刷，实现了装置稳定安全高效地运行，并且达到传统PSA需至少6塔以上、均压次数(3次以上)、阀门数量(48个)才能达到的产品纯度及收率。

实施例2

如图2所示，在实施例1所述的一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法的基础上进一步优化，所述的压力为2.4MPa、温度为常温的含氢(50～60％H2)原料气产生波动，即，温度及其他条件不变下，原料气压力产生大于5％的波动而上升至2.6MPa，由5个吸附塔2所组成的变压吸附(PSA)吸附与解吸循环操作***中，其每个步骤的操作压力变化是由每个吸附塔进出口的自主判定的边界条件确定模式(双虚线表示)与对应每个吸附塔进出口所连接的管道上程序控制阀-调节阀组合模式进行联动控制来实现，其中，在一级均压、二级均压的中间压力值仍然维持在1.6MPa、0.2MPa水平。本实施例使得原料气波动工况下，仍然能保证装置稳定安全高效地运行，并能达到实施例1的水平。

实施例3

如图3所示，在实施例1所述的一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法的基础上进一步优化，所述的由5个吸附塔2所组成的变压吸附(PSA)吸附与解吸循环操作***中，每个吸附塔2进出口所连接的管道上程序控制阀-调节阀组合，其为一个程序控制阀后面串联一个调节阀，形成一一对应组合模式。本实施例的目的，可以较大幅度地增加***(装置)的稳定性，更加适应原料气及循环操作过程中压力较大幅度的波动，使得装置运行至少甚至超过达到实施例1的水平。

实施例4

如图4所示，在实施例1所述的一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法的基础上进一步优化，所述的完成逆放(c)后的吸附塔2，通过增设抽真空步骤(e)来代替冲洗步骤(e)。抽真空步骤(e)中通过真空管23、真空阀24、真空调节阀25以及真空泵26配合以及调节对吸附塔2进行抽空，逆向抽出仍然滞留在吸附塔2内吸附剂上及死空间里的杂质气体，从而进一步完成整个吸附剂的再生过程，以便该塔(真空塔)(2)进行下一次变压吸附吸附-解吸的循环操作中的二级均压升(f2)、一级均压升(f1)及终充(g)步骤。此时，真空塔的进口边界条件确定的模式采用自主判定(双虚线表示)，而出口边界条件确定模式为机械指定(单虚线表示)。抽空产生的气体作为解吸气排出。排出的解吸气或达标直接排空，或送去燃料管网，或火炬***。本实施例的实施，至少能达到实施例1的水平。

实施例5

如图5所示，在实施例1、4所述的一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法的基础上进一步优化，所述的压力为2.4MPa、温度为常温的含氢(50～60％H2)原料气，改为压力2.4MPa、温度为常温的含碳二及以上(C2+)组分30％、H2为50％、甲烷(CH4)15％，其他组分为5％的炼厂干气。所述的由5个吸附塔2所组成的变压吸附(PSA)吸附与解吸循环操作***中，产品气是来自逆放步骤所形成的解吸气，作为回收C2+的产品气。而从吸附塔2顶部流出的非吸附相气体，经过出气管4、出气阀17作为吸附废气排出。在吸附步骤(a)结束后一级均压降步骤(b1)开始前，增设置换步骤(a’)，即，来自常压的解吸气，经过压缩机31加压至吸附压力2.4MPa，一部分作为C2+产品气输出，一部分作为置换步骤(a’)的置换气体。置换气体从处于置换步骤的吸附塔(置换塔)进口端，经过该塔的置换管27以及由置换阀28与置换废气阀30所组成的程序控制阀-调节阀组合顺向进入吸附塔2；从吸附塔2顶部的出口，经过出气管4以及由出气阀17与均压调节阀20所组成的程序控制阀-调节阀组合流出置换废气，该置换废气，一部分经过置换废气管29，以及由出气阀17和置换废气阀30所组成的程序控制阀-调节阀组合返回到原料气，一部分作为排放气直接排放。置换气体在置换塔进行置换步骤时，置换出共吸附的吸附杂质组分(H2、CH4等组分)及吸附塔内死空间里的杂质组分。置换塔的进出口边界条件确定模式采用自主判定(双虚线表示)，并与其相连的进出口上的程序控制阀-调节阀组合联动控制，以确保置换气体需要量、置换时间及置换压力的稳定。

实施例6

如图6所示，在实施例1所述的一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法的基础上进一步优化，所述的压力为3.5MPa，温度为常温的含氢原料气(氢气浓度大于50～60％)，进入所述的由6个吸附塔2所组成的一组变压吸附(PSA)吸附与解吸循环操作***，其中，1个吸附塔2始终处于吸附步骤，其余5个塔分别处于一级均压降、二级均压降、三级均压降、逆放、冲洗、一级均压升、二级均压升、三级均压升、终充等解吸步骤。解吸过程中的均压次数为3次，一级均压的中间压力为1.8MPa，二级均压的中间压力为0.9MPa，三级均压的中间压力为0.2MPa。三次的均压过程中的吸附塔2进出口的边界条件确定模式均采用机械指定模式，并与吸附塔2进出口相连的程序控制阀-调节阀组合进行联动控制，即，根据两个均压的目标吸附塔内的即时压力作为参考据，通过调整阀门组合的开与关及开度，即时联动控制气体流速及目标吸附塔内及进出口的压力变化趋势，由此增加了均压步骤的压力变化的容错性，防止三次均压及其他步骤压力变化较大引起气体流速变化较大所导致的对阀门、管道、吸附剂等造成严重冲刷的问题，能够使得装置更稳定安全高效的运行。

本实施例说明：终充阀11、一级均压阀12、二级均压阀13、三级均压阀34、出气阀17、进气阀18均采用普通的程序控制阀门；逆放阀16、终充调节阀19、均压调节阀20采用单向调节阀。

本实施例是采用6个吸附塔、3次均压的冲洗再生的PSA工艺，达到传统PSA需至少8塔以上、3次以上均压工艺，才能达到的相当的产品纯度、产量及收率，减少了吸附塔、阀门、管道等设备投资数量及占地面积，提高了PSA装置运行的稳定安全性。

实施例7

如图7所示，在实施例1所述的一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法的基础上进一步优化，所述的压力为1.6MPa，温度为常温的含氢原料气(71％H2、25％CO2、4％CO)，进入所述的由一组或一段(1#)6个吸附塔2与另一组或一段(2#)4个吸附塔2所组成的二组(段)变压吸附(PSA)吸附与解吸循环操作***，其中，所述一段(1#)PSA吸附与解吸连续循环过程包括1#吸附、1#一级均压降、1#二级均压降、1#逆放、1#抽空、1#二级均压升、1#一级均升压、1#终充步骤；所述二段(2#)PSA吸附与解吸连续循环过程包括2#吸附、2#一级均压降、2#二级均压降、2#逆放、2#二级均压升、2#一级均升压、2#终充步骤。每一段(组)PSA***通过各个吸附塔2进出口边界条件确定模式与相应的进出口管道上的程序控制阀-调节阀组合的联动，以及一段(1#)PSA***与二段(2#)PSA***之间交叉联动，实现整体PSA装置的稳定安全高效的运行控制。具体分段描述如下：

1，1#PSA***

a、1#吸附：将成分为氢气含量为71％、CO2含量为25％、CO含量为4％、压力为1.6MPa的原料气，经一段(1#)进气管1、一段(1#)进气支管3、进气阀K0101送入一段(1#)由6个吸附塔2组成的PSA***的任意2个一段(1#)吸附塔2内，一段(1#)吸附塔2内装填氢气浓缩吸附剂，利用对不同组分的不同吸附容量，将原料气中的CO2吸附，有效气成分氢气及少量其它杂质气体(CO和CO2)作为中间气体则从2个相应的一段(1#)吸附塔2顶部的一段(1#)出气管4输出，此时氢气的含量为90％以上；而相联与其余4塔的调节阀门或其他阀门均关闭。连接吸附塔进出口的进气阀、出气阀均为气动的截止阀门，作为程序控制阀的一种。本步骤中，吸附塔的进出口边界条件确定模式为机械指定(单虚线表示)，其中，进口压力为1.6MPa，出口压力为接近1.6MPa，一段(1#)吸附塔2床层阻力降不计；

b1、1#一级均压降：原料气在一段(1#)吸附塔2内经过220秒吸附步骤完成后，一段(1#)吸附塔2的进出口边界条件确定模式仍然采用吸附步骤的机械指定(单虚线表示)。此时，一段(1#)吸附塔2的出气管4经由一段(1#)一级均压管6、均压阀K0106所组成的程序控制阀-调节阀组合与其他任意1个或两个一段(1#)吸附塔2的进料端相连，并与相连的一段(1#)各个吸附塔2进出口的边界条件确定模式联动控制进行均匀地减压排出气体，直至其两个或多个相应的一段(1#)吸附塔2压力相等。其中，根据两个或以上进行一段(1#)一级均压的一段(1#)目标吸附塔2内的即时压力(机械指定值，单虚线表示)作为参考依据，通过调整阀门组合的开与关及开度，即时联动控制气体流速及本段的目标吸附塔2内及进出口的压力变化趋势，使得两个或以上进行一段(1#)一级均压的一段(1#)目标吸附塔2在规定时间内形成相等的中间压力；

b2、1#二级均压降：完成一段(1#)一级均压降步骤的一段(1#)吸附塔2的进出口边界条件确定模式仍然采用机械指定模式(单虚线表示)。此时，一段(1#)吸附塔2的出气管4是经一段(1#)二级均压管7与其他任意2个已完成抽真空步骤而处于最低低压力的接受均压的一段(1#)吸附塔2的进料端通过由一段(1#)二级均压管7经一段(1#)二级均压阀K0107所构成的程序控制阀-调节阀组合(均压阀组合)相连并按照一段(1#)一级均压步骤继续进行减压排出气体，一段(1#)二级均压降步骤均匀地进行(缓均)减压排出气体，防止一段(1#)二级均压降幅度在瞬间过大引起流速变化幅度过大所导致的冲刷，并直至其压力降为设定的值；

c、1#逆放：完成一段(1#)二级均压步骤后的一段(1#)吸附塔2内部带有压力(二级均压后达到的指定值0.05～0.1MPa)，接着经由一段(1#)逆放管10、逆放阀K0104、逆放调节阀K0110组成的程序控制阀-调节阀组合(逆放阀)沿原料气流动相反的方向均匀地进行逆向减压而排出气体(解吸气)，进一步降低一段(1#)吸附塔2压力。此时，一段(1#)逆放塔的进口边界条件确定模式由均压步骤的出口机械指定模式(单虚线表示)切换成一段(1#)逆放塔进口边界条件确定的自主判定(自洽)模式(双虚线表示)，并与程序控制阀-调节阀组合(逆放阀)进行联动控制，其中，自主判定模式(双虚线表示)依据一段(1#)逆放管10内流体流速及一段(1#)逆放塔内气体流速分布进行自主调整，进而维持一段(1#)逆放塔内逆放过程的稳态操作，直至一段(1#)逆放塔出口边界条件所指定的压力与流速值，完成吸附剂的再生。一段(1#)逆放塔的出口边界条件确定模式仍然采用该塔进行均压步骤时所采用的进口边界条件机械指定模式(单虚线表示)。逆放步骤排出的逆放气，其中H2含量约为5％，作为解吸气，达到合格排放尾气标准直接排空，或作为燃料气被送入燃料管网或火炬***；

d、抽空：完成逆放步骤后的一段(1#)吸附塔2，通过真空泵26、抽空阀K0103对该塔进行抽空，逆向抽出仍然滞留在吸附塔内吸附剂上及死空间里的杂质气体，并接着经一段(1#)逆放管10逆向减压排出气体，从而完成整个吸附剂的再生过程，以便一段(1#)吸附塔(真空塔)进行下一次变压吸附吸附-解吸的循环操作。此时，一段(1#)真空塔的进口边界条件确定的模式采用自主判定，而出口边界条件确定模式为机械指定。抽空产生的气体中H2含量约5％，作为解吸气排出，或达到排放指标直接排空，或送入燃料管网，或火炬***；

e、1#二级均压升：完成一段(1#)逆放与抽真空步骤后的一段(1#)吸附塔2的一段(1#)出气管4经由一段(1#)一级均压管6、均压阀K0106、二级均压管7、均压阀K0107、均压调节阀K0109所组成的程序控制阀-调节阀组合(均压阀)与一段(1#)该塔进出口的边界条件确定模式进行联动控制，并逆向均匀地引入相应的一段(1#)二级均压降塔排出的气体所输出的压力，直至两塔或两两塔的压力相等。其中，逆向均匀地进行一段(1#)二级均压升步骤，程序控制阀-调节阀组合进行升压而输入气体过程与该塔的进口和压力输出塔的出口边界条件的机械指定模式(单虚线表示)相联动，以便自动调整与确定一段(1#)二级均压升压塔的均压升时间及最终与压力输出塔，即二级均压降塔的压力相等，并在均压升过程中，能够防止在瞬间升压幅度过大引起气体流速变化过大而导致对阀门、管道及吸附塔2内的吸附剂床层造成严重的冲刷。由此，压力接受塔，即二级均压升塔的压力变化(升高)在压力输出塔，即二级均压降塔降压所导致的压能损失的回收，并相应地起到了预吸附作用；

g、1#一级均压升：完成一级均压升步骤的的一段(1#)吸附塔2的进出口边界条件确定模式仍然采用机械指定模式(单虚线表示)。此时，一段(1#)吸附塔2出气管4是经一段(1#)一级均压管6与其他任意1个或两个正在进行一级均压降步骤而压力输出的一段(1#)一级均压降塔的出口端通过由一段(1#)一级均压管6、均压阀K0106、二级均压管7、均压阀K0107、均压调节阀K0109所构成的程序控制阀-调节阀组合(均压阀组合)相连并按照一级均压升步骤继续均匀地进行升压而逆向输入气体，直至其两个或两两个对应的一级均压塔的压力相等。由此，一段(1#)一级均压升塔的压力变化(升高)在一段(1#)均压降塔降压所导致的压能损失的回收，并相应地进一步起到了预吸附作用，为后续进一步进入正式的吸附步骤准备；

h、1#终充：完成一段(1#)一级均压升步骤后的一段(1#)吸附塔2的压力处于中间压力，需要进一步升压至吸附压力1.6MPa，从一段(1#)吸附塔(终充塔)的一段(1#)出气管4，经由一段(1#)终充管6、终充阀K0105、终充调节阀K0108所组成的程序控制阀-调节阀组合逆向引入部分非吸附相气体(产品气)以升高一段(1#)终充塔压力到吸附压力1.6MPa，准备吸附步骤。此时，一段(1#)终充塔的进出口边界条件的确定模式均采用机械指定模式，并与在一段(1#)终充管6上的程序控制阀-调节阀组合(终充阀)进行联动控制。在完成一段(1#)终充步骤后，一段(1#)变压吸附的一个吸附-解吸的循环过程由此结束，进入新一个循环操作周期。

2，2#PSA***

a、2#吸附：从一段(1#)吸附塔2顶部输出的中间气体按一定的时间间隔，分不同的时段，逐次按顺序经二段(2#)进气管1、二段(2#)进气支管3、二段(2#)进气阀K0201进入由4个吸附塔2组成的二段(2#)PSA***中的任意1个吸附塔2内，二段(2#)吸附塔2内装填氢气提纯吸附剂，利用对不同组分的不同吸附容量，将中间气体中剩余甲烷等杂质吸附，产品氢气则经二段(2#)吸附塔2顶部的二段(2#)出气管4输出，经产品气管35将产品氢气送出装置，此时氢气的含量为99.9％以上。而相联于二段(2#)PSA***中的其余3塔的调节阀门或其他阀门均关闭。本步骤中，二段(2#)吸附塔2的进出口边界条件确定模式为机械指定(单虚线表示)，其中，进口压力为1.6MPa，出口压力为接近1.6MPa，二段(2#)吸附塔2床层阻力降不计；

b1、2#一级均压降：中间气体在二段(2#)吸附塔2内经过280秒吸附完成后，二段(1#)吸附塔2的进出口边界条件确定模式仍然采用吸附步骤的机械指定(单虚线表示)。此时，二段(2#)吸附塔2的出气管4经由二段(2#)一级均压管6、均压阀K0206、均压调节阀K0208、二级均压管7、二级均压阀K0207所组成的程序控制阀-调节阀组合与其他任意1个二段(2#)吸附塔2的进料端相连，并与相连的二段(2#)各个吸附塔2进出口的边界条件确定模式联动控制进行均匀地减压排出气体，直至其两个相应的二段(2#)吸附塔2压力相等。其中，根据两个进行二段(2#)一级均压的二段(2#)目标吸附塔2内的即时压力(机械指定值，单虚线表示)作为参考依据，通过调整阀门组合的开与关及开度，即时联动控制气体流速及本段的目标吸附塔2内及进出口的压力变化趋势，使得两个进行二段(2#)一级均压的二段(2#)目标吸附塔2在规定时间内形成相等的中间压力；

b2、2#二级均压降：完成二段(2#)一级均压降步骤的二段(2#)吸附塔2的进出口边界条件确定模式仍然采用机械指定模式(单虚线表示)。此时，二段(2#)吸附塔2的出气管4是经二段(2#)二级均压管7与其他任意1个已完成逆放步骤而处于最低低压力的接受均压的二段(2#)吸附塔2的进料端通过由二段(2#)一级均压管6、均压阀K0206、均压调节阀K0208、二级均压管7、二级均压阀K0207所构成的程序控制阀-调节阀组合(均压阀组合)相连并按照一段(1#)一级均压步骤继续进行减压排出气体，二段(2#)二级均压降步骤均匀地进行(缓均)减压排出气体，防止二段(2#)二级均压降幅度在瞬间过大引起流速变化幅度过大所导致的冲刷，并直至其压力降为设定的值；

c、2#逆放：完成二段(2#)二级均压步骤后的二段(2#)吸附塔2内部带有压力，接着经由二段(2#)逆放管10、逆放阀K0203、逆放调节阀K0209组成的程序控制阀-调节阀组合(逆放阀)沿原料气流动相反的方向均匀地进行逆向减压而排出气体(解吸气)，进一步降低二段(2#)吸附塔2压力。此时，二段(2#)逆放塔的进口边界条件确定模式由均压步骤的出口机械指定模式(单虚线表示)切换成二段(2#)逆放塔进口边界条件确定的自主判定(自洽)模式(双虚线表示)，并与程序控制阀-调节阀组合(逆放阀)进行联动控制，其中，自主判定模式(双虚线表示)依据二段(2#)逆放管10内气体流速及二段(2#)逆放塔内气体流速分布进行自主调整，进而维持二段(2#)逆放塔内逆放过程的稳态操作，直至二段(1#)逆放塔出口边界条件所指定的压力100～500kPa，完成吸附剂的再生。二段(2#)逆放塔的出口边界条件确定模式仍然采用该塔进行均压步骤时所采用的进口边界条件机械指定模式(单虚线表示)。逆放步骤排出的逆放气作为解吸气，达到合格排放尾气标准，并经二段(2#)逆放管10排空；

d1、2#二级均压升：完成二段(2#)逆放步骤后的二段(1#)吸附塔2的二段(2#)出气管4经由二段(2#)二级均压管7、均压阀K0207、均压调节阀K0208、一级均压管6、一级均压阀K0206所组成的程序控制阀-调节阀组合(均压阀)与二段(2#)该塔进出口的边界条件确定模式进行联动控制，并逆向均匀地引入相应的二段(2#)二级均压降塔排出的气体所输出的压力，直至两塔的压力相等。其中，逆向均匀地进行二段(2#)二级均压升步骤，程序控制阀-调节阀组合进行升压而输入气体过程与该塔的进口和压力输出塔的出口边界条件的机械指定模式(单虚线表示)相联动，以便自动调整与确定二段(2#)二级均压升压塔的均压升时间及最终与压力输出塔，即二级均压降塔的压力相等，并在均压升过程中，能够防止在瞬间升压幅度过大引起气体流速变化过大而导致对阀门、管道及吸附塔2内的吸附剂床层造成严重的冲刷。由此，压力接受塔，即二级均压升塔的压力变化(升高)在压力输出塔，即二级均压降塔降压所导致的压能损失的回收，并相应地起到了预吸附作用。

d2、2#一级均压升：完成二级均压升步骤的的二段(2#)吸附塔2的进出口边界条件确定模式仍然采用机械指定模式(单虚线表示)。此时，二段(2#)吸附塔2出气管4是经二段(2#)一级均压管6与其他任意1个正在进行一级均压降步骤而压力输出的二段(2#)一级均压降塔的出口端通过由二段(2#)一级均压管6、一级均压阀K0206、均压调节阀K0208、二级均压管7、二级均压阀K0207所构成的程序控制阀-调节阀组合(均压阀组合)相连并按照一级均压升步骤继续均匀地进行升压而逆向输入气体，直至其两个对应的一级均压塔的压力相等。由此，二段(2#)一级均压升塔的压力变化(升高)在二段(2#)均压降塔降压所导致的压能损失的回收，并相应地进一步起到了预吸附作用，为后续进一步进入正式的吸附步骤准备；

e、2#终充：完成二段(2#)一级均压升步骤后的二段(2#)吸附塔2的压力处于中间压力，需要进一步升压至吸附压力1.6MPa，从二段(2#)吸附塔(终充塔)(12)的二段(2#)出气管4，经由二段(2#)终充调节阀K0204、终充管5、终充阀K0205所组成的程序控制阀-调节阀组合逆向引入部分非吸附相气体(产品气)以升高二段(2#)终充塔压力到吸附压力1.6MPa，准备吸附步骤。此时，二段(2#)终充塔的进出口边界条件的确定模式均采用机械指定模式，并与在二段(2#)终充管5上的程序控制阀-调节阀组合(终充阀)进行联动控制。在完成二段(2#)终充步骤后，二段(2#)变压吸附的一个吸附-解吸的循环过程由此结束，进入新一个循环操作周期。

实施例8

在实施例1～7任意一个实例所述的一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法的基础上进一步优化，所述的变压吸附吸附与解吸循环操作过程中的顺放、均压降、逆放、冲洗/抽真空、均压升步骤，逆放阀、均压(降/升)阀、顺放/冲洗/抽真空阀均采用带调节功能的程序控制阀来实现。

如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法，其特征在于，该变压吸附方法通过对变压吸附***的吸附与解吸循环操作过程进行模拟，由模拟中吸附塔进出口的边界条件确定出机械指定模式、自主判定模式以及机械自主组合模式，该变压吸附***由至少两个吸附塔组成的一组或多组吸附塔段组成；将确定的控制模式与程序控制阀-调节阀组合的联动控制，根据两个或以上的目标吸附塔内的即时压力作为参考依据，通过调整阀门组合的开与关及开度，即时联动控制气体流速及目标吸附塔内及进出口的压力变化趋势。

2.如权利要求1所述的一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法，其特征在于，该变压吸附方法包括如下工序：

(1)吸附：带有一定压力的原料气经进气管、进气支管送入变压吸附***的任意1个或多个吸附塔底部，吸附塔内装填吸附剂，在原料气压力的吸附操作压力下将原料气中的吸附质组分吸附，非吸附组分则从相应的吸附塔顶部的出气管输出，其压力等同于吸附操作压力；其中，处于吸附步骤的吸附塔的进出口边界条件的确定，采用机械指定模式，设定吸附塔进出口压力相等或克服床层阻力降的进出口压力，此时，处于吸附步骤的吸附塔与解吸过程的吸附塔之间相连的程序控制阀-调节阀组合处于关闭状态，部分非吸附组分气体用于另一个吸附塔的终充；

(2)均压降：原料气体在吸附塔内经过吸附完成后，上述步骤参与吸附的吸附塔的进出口边界条件确定模式采用上述吸附步骤机械指定的吸附塔进出口边界条件，此时，处于压力输出状态的吸附塔或处于均压降状态的吸附塔的出气管是经均压管与其他任意1个或多个已完成冲洗步骤而处于最低压力的接受均压的压力接受吸附塔的顶端或底端通过程序控制阀-调节阀组合相连进行减压排出气体，直至其两个或多个相应的压力接受塔的压力相等，即形成中间压力，其中，程序控制阀-调节阀组合进行减压而排出气体过程与压力输出塔的出口和压力接受塔的进口边界条件的机械指定模式相联动，以便自动调整与确定压力输出塔的均压降时间及均压降步骤均匀地进行，防止均压降幅度在瞬间过大引起流速变化幅度过大所导致的冲刷，并最终与压力接受塔的压力相等；

(3)顺放：完成均压而处于较高中间压力的压力输出塔继续按照机械指定的边界条件确定方式，进一步沿着气体流动方向顺向放压，并均匀地放压到较低中间压力，防止放压过程过大而造成流速变化过大所导致的冲刷程序控制阀-调节阀组合，此时，继续压力输出塔的出气管是经程序控制阀-调节阀组合与其他对应的1个或多个处于冲洗步骤的吸附塔的顶端相连，减压排出气体，直至压力达到顺放塔出口边界条件的机械指定值，其中，程序控制阀-调节阀组合进行减压而排出气体过程与顺放塔的出口及冲洗塔的进口边界条件的机械指定模式相联动，以便自动调整与确定压力输出塔的顺放时间及最终的出口压力指定值；

(4)逆放：完成顺放步骤后的吸附塔内部带有压力，接着经一段逆放管、由程序控制阀-调节阀组合沿原料气流动相反的方向进行逆向减压而排出解吸气，进一步降低吸附塔压力，此时，逆放塔的进口边界条件确定模式由顺放步骤的出口机械指定模式切换成逆放塔进口边界条件确定的自主判定模式，并与程序控制阀-调节阀组合逆放阀进行联动控制，其中，自主判定模式依据逆放管内流体流速及逆放塔内流体流速分布进行自主调整，进而维持逆放塔内逆放过程的稳态操作，直至逆放塔出口边界条件所指定的包含压力、流速值；逆放塔的出口边界条件确定模式仍然采用该塔进行顺放步骤时所采用的进口边界条件机械指定模式；

(5)冲洗：完成逆放步骤后的吸附塔的出气管是经冲洗阀顺向或逆向引入来自正在进行顺放步骤的吸附塔顺放气，或来自产品气，对循环操作中压力处于最低的该吸附塔进行冲洗，使得吸附塔中所装填的吸附剂再生完全。此时，冲洗塔的进出口边界条件确定模式采用机械指定模式，并与程序控制阀-调节阀组合进行联动控制，直至冲洗塔出口边界条件所指定的压力或流速值，从冲洗塔出口流出的已冲洗过的气体，作为解吸气排出，或返回到原料气进一步回收有效组分；

(6)抽空：完成逆放和冲洗步骤后的吸附塔，通过真空泵对吸附塔进行抽空，逆向抽出仍然滞留在吸附塔内吸附剂上及死空间里的杂质气体，从而完成整个吸附剂的再生过程，以便该塔进行下一次变压吸附吸附-解吸的循环操作；此时，真空塔的进口边界条件确定的模式采用自主判定，而出口边界条件确定模式为机械指定；抽空产生的气体作为解吸气排出，排出管上无程序控制阀-调节阀组合，也没有与真空塔进出口边界条件确定模式联动控制；

(7)均压升：完成抽空步骤后的吸附塔的压力处于变压吸附循环操作中压力最小阶段，此时，该吸附塔进气管经均压管与其他任意1个或多个正在进行均压降步骤的吸附塔的顶端或底端通过程序控制阀-调节阀组合相连进行升压而输入气体，直至其两个或多个相应的压力输出塔的压力相等，即形成中间压力或吸附压力，其中，程序控制阀-调节阀组合进行升压而输入气体过程与压力接受塔的进口和压力输出塔的出口边界条件的机械指定模式相联动，以便自动调整与确定压力接受塔的均压升时间及均压升步骤均匀地进行，防止均压升幅度在瞬间过大引起流速变化幅度过大所导致的冲刷，并最终与压力输出塔的压力相等；

(8)终充：完成均压升步骤后的吸附塔的压力处于中间压力，需要进一步升压至吸附压力，从该吸附塔的出气管，经终充管逆向引入部分非吸附相气体或原料气体以升高终充塔压力到吸附压力，准备吸附步骤。此时，终充塔的进出口边界条件的确定模式均采用机械指定模式，并与终充管上的程序控制阀-调节阀组合进行联动控制；在完成终充步骤后，变压吸附的一个吸附-解吸的循环过程由此结束，进入新一个循环操作周期。

3.如权利要求2所述的一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法，其特征在于：每个吸附塔进出口所连接的管道上程序控制阀-调节阀组合，包括两个吸附塔之间一个程序控制阀串联一个调节阀，或多塔多组吸附塔之间每两排程序控制阀之间串联一个调节阀，或带有调节功能的程序控制阀替代程序控制阀，或均压阀与顺放阀采用程序控制阀-调节阀组合，其中，阀门采用单向或双向调节，其类型为蝶阀、截止阀、旋塞阀、球阀、闸阀、针型阀、隔膜阀中的一种或多种或其他能够起到缓均、稳压、调节流量及压力、导流、防止逆流、分流或溢流泄压作用的控制阀门或装置。

4.根据权利要求1所述一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法，其特征在于，所述变压吸附吸附与解吸循环操作***中，产品气是来自逆放或冲洗或抽真空步骤所构成的解吸气，在吸附步骤结束后均压降步骤开始前或顺放步骤结束后逆放步骤开始前增设置换步骤，即采用产品气作为置换气体，置换出共吸附的吸附杂质组分及吸附塔内死空间里的杂质组分；置换气体从吸附塔进口顺向进入吸附塔，从吸附塔出口流出置换废气，或返回到原料气，或直接作为废气排出界区。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法，其特征在于，所述原料气为压力小于1.0MPa的低压原料气，其压力或原料气组分浓度与其他因素导致压力波动范围大于±10％，或者为压力大于1.0MPa的中高压原料气，其压力或原料气组分浓度与其他因素导致压力波动范围大于±5％，由至少2个吸附塔所组成的变压吸附***的吸附与解吸循环操作***中，每个步骤的操作压力变化是由每个吸附塔进出口的自主判定的边界条件确定模式与对应每个吸附塔进出口所连接的管道上程序控制阀-调节阀组合模式进行联动控制来实现。

6.根据权利要求5所述一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法，其特征在于，所述的变压吸附***中的吸附塔，包括一个或多个装填有一种或多种吸附材料的吸附塔，所述吸附材料为活性氧化铝、活性炭、硅胶、分子筛及其他负载、改性的吸附材料的一种或多种。