CN109173583A - 一种中温真空变压吸附***及方法 - Google Patents

一种中温真空变压吸附***及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109173583A
CN109173583A CN201811160591.3A CN201811160591A CN109173583A CN 109173583 A CN109173583 A CN 109173583A CN 201811160591 A CN201811160591 A CN 201811160591A CN 109173583 A CN109173583 A CN 109173583A
Authority
CN
China
Prior art keywords
adsorption tower
pressure
gas
tank
tower
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811160591.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109173583B (zh
Inventor
史翊翔
李爽
蔡宁生
郝培璇
朱炫灿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201811160591.3A priority Critical patent/CN109173583B/zh
Publication of CN109173583A publication Critical patent/CN109173583A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109173583B publication Critical patent/CN109173583B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/0476—Vacuum pressure swing adsorption

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

本发明公开了一种中温真空变压吸附***及方法。***包括吸附塔、产品气罐、顺冲气罐、冲洗气罐、逆放气罐等。***设置多个吸附塔或均压罐。方法包括吸附、恒压顺冲、逆放以及冲洗和/或真空解吸等工序。多塔或塔罐运行中，恒压顺冲工序后的吸附塔进入均压降压工序，同时与该吸附塔连接的另一吸附塔或均压罐进入均压升压工序。降压后的吸附塔进入冲洗和/或真空解吸使吸附剂再生后进入均压升压，同时连接的另一吸附塔或均压罐进入均压降压。恒压顺冲包括高压顺冲和低压顺冲。本发明通过加入高压顺冲、低压顺冲等恒压顺冲步骤，使得吸附结束后吸附塔内的有效气体仍能进入产品气罐，明显改善变压吸附气体回收率，同时产品气纯度仍然可以达到要求。

Description

一种中温真空变压吸附***及方法
技术领域
本发明涉及一种中温真空变压吸附***及方法，属于气体提纯技术领域。
背景技术
在化工、发电等领域中，需要对各类混合气体进行分离净化，例如合成氨工艺中需要对合成气中的CO2、H2S等进行脱除，制得纯净的氢气以用于和氮气反应合成。传统混合气体净化方式为低温甲醇洗，该方法首先需要对气体进行降温，冷却后的气体进入吸收塔，其中CO2、H2S被低温液态甲醇吸收，其余气体经冷量回收、再次加热后继续进行后续工序。气体的冷却与再热过程会带来能量的浪费，且需要复杂的换热与制冷装置。
变压吸附净化的方法是一种能对各种气体进行分离回收，得到高纯度特定组分气体的有效方法。传统的变压吸附工艺主要用于空气分离以及气体净化回收，工作温度为常温，产品气纯度和收率很难同时达到较高水平，需要通过工艺改进以及提升吸附剂性能来提高技术指标。CN102351147A公开了一种用于CO2、H2S与H2混合气体分离的中温变压吸附方法，用以在中温下直接脱除CO2、H2S等酸性气体，避免中温气体净化过程中由于降温带来的能量损失，提高能量利用效率。但该方法中H2回收率较低，CO2的脱除精度有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中温真空变压吸附***及方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种中温真空变压吸附***，包括吸附塔、产品气罐、顺冲气罐、冲洗气罐、逆放气罐；所述吸附塔下方均设有原料气入口、逆放气出口和顺冲气入口，且每个吸附塔上方均设有产品气口、均压口与冲洗气入口；所述吸附塔内装填有吸附剂；所述产品气罐通过连接管道与所述吸附塔的产品气口相连，所述顺冲气罐、逆放气罐分别与所述吸附塔的顺冲气入口、逆放气出口相连；所述冲洗气罐通过连接管道与所述吸附塔的冲洗气入口相连。
上述技术方案中，所述顺冲气罐包括高压顺冲气罐和低压顺冲气罐；所述产品气罐包括高压产品气罐和低压产品气罐。
上述技术方案中，所述***设置至少包括吸附塔A和吸附塔B的多个吸附塔，所述多个吸附塔之间通过均压口相连。
或者，所述***还包括均压罐，所述均压罐与所述吸附塔的均压口相连。
一种中温真空变压吸附方法，包括吸附、恒压顺冲、逆放以及冲洗和/或真空解吸等工序，包括：
将吸附塔的产品气口开启，使吸附塔与产品气罐连通，逆向升压至吸附设定压力，使吸附塔进入吸附工序；
吸附：使吸附塔的产品气口与产品气罐连通，并使吸附塔的原料气入口处于开启状态；使原料气由吸附塔的原料气入口进入吸附塔，在吸附塔内通过吸附剂的选择性吸附分离易吸附气体，使难吸附气体从吸附塔的产品气口进入产品气罐；
恒压顺冲：使吸附塔的原料气入口处于关闭状态，使吸附塔的产品气口处于开启状态，并打开吸附塔的顺冲气入口，使吸附塔与产品气罐、顺冲气罐分别处于连通状态；使顺冲气体进入吸附塔；在顺冲气体的推进下，吸附塔顶部的难吸附气体从产品气口进入产品气罐；顺冲过程中使吸附塔内压力恒定；
逆放：打开吸附塔的逆放气出口，使其与大气或逆放气罐连通，沿吸附反方向释放吸附塔中气体，使吸附塔逆向降压至与环境压力相同，使易吸附气体通过逆放气出口进入逆放气罐；
使吸附塔逆放降压结束后进入冲洗和/或真空解吸使吸附塔中的吸附剂得到再生，并使得易吸附气体组分释放出吸附塔；以及
冲洗：冲洗工序中，使吸附塔的逆放气出口和冲洗气入口开启，使冲洗气从吸附塔顶部进入，由逆放气出口流出，使得吸附剂得到再生，并使得易吸附气体组分随冲洗气流出吸附塔；和/或
真空解吸：使吸附塔的逆放气出口开启，并与真空泵入口相连通，通过抽真空使吸附塔中气体沿吸附反方向释放，从而使得吸附塔进一步逆向降压，并在真空泵出口处得到易吸附气体，使吸附剂得到再生；
吸附塔冲洗和/或真空解吸后，使吸附塔的产品气口开启，使吸附塔与产品气罐连通，逆向升压至吸附设定压力，使吸附塔进入吸附工序。
所述方法还包括：
所述***设置至少包括吸附塔A和吸附塔B的多个吸附塔；或所述***包括多个吸附塔和多个均压罐；
使其中一个吸附塔逆向升压至吸附设定压力，依次进入吸附和恒压顺冲工序；恒压状态下，顺冲气体的推进使得吸附塔顶部的难吸附气体从产品气口进入产品气罐；
开启两个吸附塔或者吸附塔和均压罐的均压口并使其相互连通，使完成恒压顺冲的吸附塔处于均压降压工序进行顺向降压，同时使另一个吸附塔或一个均压罐处于均压升压工序进行逆向升压；
使经过均压降压的吸附塔进入冲洗工序和/或真空解吸工序完成吸附剂再生后，进入均压升压工序；使两个吸附塔或者吸附塔和均压罐的均压口开启并连通，使完成吸附剂再生的吸附塔进行逆向均压升压，同时使另一个吸附塔或一个均压罐进行顺向均压降压；
吸附塔均压升压达到预定压力后，将吸附塔的产品气口开启，使吸附塔与产品气罐连通，使吸附塔重新进入吸附工序。
上述技术方案中，所述恒压顺冲包括高压顺冲和低压顺冲，所述方法还包括：
高压顺冲：吸附工序结束后进入高压顺冲工序，使吸附塔的产品气口处于开启状态，并打开吸附塔的顺冲气入口，使吸附塔与高压产品罐、高压顺冲气罐分别保持连通状态；使高压顺冲气体进入吸附塔，此时在高压产品气罐得到纯度符合要求的难吸附气体；
均压降压：高压顺冲过程结束后进入均压降压工序；开启两个吸附塔或者一个吸附塔与一个均压罐的均压口并使其连通，使其中一个吸附塔处于均压降压工序进行顺向降压，且另一个吸附塔或一个均压罐处于均压升压工序进行逆向升压；
低压顺冲：使经过均压降压后的吸附塔进入低压顺冲工序，使吸附塔的产品气口和顺冲气入口开启，并分别与低压产品罐和低压顺冲气罐保持连通状态；低压顺冲气进入吸附塔，此时在装置的低压产品气罐得到纯度符合要求的难吸附气体；
逆放：使经过低压顺冲的吸附塔进入逆放工序，打开吸附塔的逆放气出口，使其与大气或逆放气罐连通，沿吸附反方向释放吸附塔中气体，使吸附塔逆向降压至与环境压力相同，使易吸附气体通过逆放气出口进入逆放气罐。
上述技术方案中，方法所使用的中温真空变压吸附***设置有包括吸附塔A和吸附塔B的多个吸附塔，并且处于均压降压和均压升压中的所述多个吸附塔为一一对应。
上述技术方案中，所述易吸附气体包括硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、水蒸气、氧气中的一种或多种混合物。
上述技术方案中，所述难吸附气体包括氢气、氮气、稀有气体中的一种或多种混合物。
上述技术方案中，所述顺冲气体选用易于与产品气分离的且不易被吸附剂吸附的气体，包括氮气、水蒸气或氩气。
本发明具有以下优点及有益效果：通过加入高压顺冲、低压顺冲等步骤，使得吸附结束后吸附塔内的有效气体仍能进入产品气罐，明显改善变压吸附气体回收率，同时产品气纯度仍然可以达到要求。
附图说明
图1是本发明所涉及的一种中温真空变压吸附***示意图。
图2是本发明所涉及的实施例合成氨变换气净化的变压吸附***示意图。
图3是本发明所涉及的实施例甲醇蒸汽重整H2提纯的4塔变压吸附***示意图。
图中：1―冲洗气罐；2―产品气罐；3―原料气罐；4―逆放气罐；5―顺冲气罐；6―真空泵；7―吸附塔A；8―吸附塔B；9―电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
如图1所示，一种中温真空变压吸附***，包括吸附塔、产品气罐2、顺冲气罐5、冲洗气罐1、逆放气罐4。吸附塔下方均设有原料气入口、逆放气出口和顺冲气入口，且吸附塔上方均设有产品气口、均压口与冲洗气入口，通过电磁阀9控制其开启。
吸附塔内装填有吸附剂。
产品气罐通过连接管道与吸附塔的产品气口相连。顺冲气罐5、逆放气罐4分别与吸附塔的顺冲气入口、逆放气出口相连。冲洗气罐通过连接管道与吸附塔的冲洗气入口相连。
顺冲气罐5包括高压顺冲气罐和低压顺冲气罐，相应的产品气罐包括高压产品气罐和低压产品气罐。
当***只设置吸附塔时，吸附塔至少设置两个，包括吸附塔A7和吸附塔B8。多个吸附塔之间通过均压口相连。
或者，***还包括均压罐，均压罐与吸附塔的均压口相连。均压罐优选与吸附塔同样的结构，内部不装填吸附剂，其容积与吸附塔装填吸附剂后的有效容积相同。
一种中温真空变压吸附方法，包括吸附、恒压顺冲、逆放以及冲洗和/或真空解吸等工序，包括：
将吸附塔的产品气口开启，使吸附塔与产品气罐连通，逆向升压至吸附设定压力，使吸附塔进入吸附工序。这个过程也称为终充。
吸附：使吸附塔的产品气口与产品气罐连通，并使吸附塔的原料气入口处于开启状态；使原料气由吸附塔的原料气入口进入吸附塔，在吸附塔内通过吸附剂的选择性吸附分离易吸附气体，使难吸附气体从吸附塔的产品气口进入产品气罐；吸附过程持续时间可以自由调控。
恒压顺冲：使吸附塔的原料气入口处于关闭状态，使吸附塔的产品气口处于开启状态，并打开吸附塔的顺冲气入口，使吸附塔与产品气罐、顺冲气罐分别处于连通状态；使顺冲气体进入吸附塔；在顺冲气体的推进下，吸附塔顶部的难吸附气体从产品气口进入产品气罐；顺冲过程中使吸附塔内压力恒定。
逆放：打开吸附塔的逆放气出口，使其与大气或逆放气罐连通，沿吸附反方向释放吸附塔中气体，使吸附塔逆向降压至与环境压力相同，使易吸附气体通过逆放气出口进入逆放气罐。
使吸附塔逆放降压结束后进入冲洗和/或真空解吸使吸附塔中的吸附剂得到再生，并使得易吸附气体组分释放出吸附塔。后续接着冲洗和/或真空解吸
冲洗：冲洗工序中，使吸附塔的逆放气出口和冲洗气入口开启，使冲洗气从吸附塔顶部进入，由逆放气出口流出，使得吸附剂得到再生，并使得易吸附气体组分随冲洗气流出吸附塔。
真。空解吸：使吸附塔的逆放气出口开启，并与真空泵6入口相连通，通过抽真空使吸附塔中气体沿吸附反方向释放，从而使得吸附塔进一步逆向降压，并在真空泵出口处得到易吸附气体，使吸附剂得到再生。
吸附塔冲洗和/或真空解吸后，使吸附塔的产品气口开启，使吸附塔与产品气罐连通，逆向升压至吸附设定压力，使吸附塔重新进入吸附工序。
当***设置至少包括吸附塔A和吸附塔B的多个吸附塔，或包括多个吸附塔和多个均压罐时，所述方法还包括：
使其中一个吸附塔逆向升压至吸附设定压力，依次进入吸附和恒压顺冲工序；恒压状态下，顺冲气体的推进使得吸附塔顶部的难吸附气体从产品气口进入产品气罐；
开启两个吸附塔或者吸附塔和均压罐的均压口并使其相互连通，使完成恒压顺冲的吸附塔处于均压降压工序进行顺向降压，同时使另一个吸附塔或均压罐处于均压升压工序进行逆向升压；
使经过均压降压的吸附塔进入冲洗工序和/或真空解吸工序完成吸附剂再生后，进入均压升压工序；使两个吸附塔或者吸附塔和均压罐的均压口开启并连通，使完成吸附剂再生的吸附塔进行逆向均压升压，同时使另一个吸附塔或均压罐进行顺向均压降压；
吸附塔均压升压达到预定压力后，将吸附塔的产品气口开启，使吸附塔与产品气罐连通，使吸附塔重新进入吸附工序。
恒压顺冲包括高压顺冲和低压顺冲，所述方法还包括：
高压顺冲：吸附工序结束后进入高压顺冲工序，使吸附塔的产品气口处于开启状态，并打开吸附塔的顺冲气入口，使吸附塔与高压产品罐、高压顺冲气罐分别保持连通状态；使高压顺冲气体进入吸附塔，此时在高压产品气罐得到纯度符合要求的难吸附气体；
均压降压：高压顺冲过程结束后进入均压降压工序；开启吸附塔A7和吸附塔B8的均压口并使其连通，使其中一个吸附塔处于均压降压工序进行顺向降压，且另一个吸附塔或均压罐处于均压升压工序进行逆向升压；
低压顺冲：均压降压过程结束后进入低压顺冲工序，使吸附塔的产品气口和顺冲气入口开启，与低压产品罐和低压顺冲气罐分别保持连通状态；低压顺冲气进入吸附塔，此时在低压产品气罐得到纯度符合要求的难吸附气体；
逆放：在低压顺冲结束后进入逆放工序，打开吸附塔的逆放气出口，使其与大气或逆放气罐连通，沿吸附反方向释放吸附塔中气体，使吸附塔逆向降压至与环境压力相同，使易吸附气体通过逆放气出口进入逆放气罐。
逆放降压后的吸附塔继续进入后续工序。
当吸附塔设置两个以上时，处于均压降压和均压升压的吸附塔为一一对应，即有一个吸附塔处于均压降压，就有一个吸附塔同时处于均压升压。
易吸附气体包括硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、水蒸气、氧气中的一种或多种混合物。
难吸附气体包括氢气、氮气、稀有气体中的一种或多种混合物。
顺冲气体选用易于与产品气分离的且不易被吸附剂吸附的气体，包括氮气、水蒸气或氩气。
实施例1：合成氨变换气中温硫碳共脱。
以合成氨变换气为原料进行变压吸附分离，变换气中水气比为1.2～1.4，压力为3.4MPa，干基原料气压力约1.5MPa，其成分如表1所示：
表1.变换气成分
组分 CO<sub>2</sub>(％) CO(％) H<sub>2</sub>(％) CH<sub>4</sub>(％) N<sub>2</sub>(％) 总硫(ppm)
浓度 28-36 0.3-0.5 51-65 4.0-7.8 2.0-4.0 1000
变换气净化的变压吸附***如图2所示，包含4个吸附塔A1-A4、4个均压罐T1-T4以及产品气储存罐、逆放气储存罐、高压顺冲气缓冲罐、低压顺冲气缓冲罐和真空泵V。均压罐与吸附塔之间均为并联关系。变压吸附塔的设计布置使用上述方法，内部填充有分子筛和活性炭。均压罐不进行填充，且仅在顶部设置均压口，其体积与吸附塔填充分子筛后体积相近。顺冲气选择水蒸气。
吸附***中，吸附塔、均压罐与氢气缓冲罐温度为160℃，水蒸气缓冲罐温度为180℃，压力为1.55MPa；吸附压力为1.5MPa，CO2储存罐的压力为0.15MPa。
变换气由混合气入口进入吸附塔后，气体中的水分、二氧化碳、一氧化碳、含硫组分、甲烷以及氮气被吸附剂除去，不易被吸附的氢气从产品气出口进入氢气缓冲罐。每一个吸附塔依次经历吸附、高压顺冲、塔罐均压降1、塔塔均压降1、塔罐均压降2、塔罐均压降3、塔塔均压降2、塔罐均压降4、真空解吸、塔罐均压升4、塔塔均压升2、塔罐均压升3、塔罐均压升2、塔塔均压升1、塔罐均压升1。充压步骤；每个均压罐仅进行均压升和均压降步骤。每个吸附塔与均压罐的工艺流程如表2所示。表2中1-24时间长度均相同。
表2.变换气净化8塔工艺流程
备注：AD：吸附；HR：高压顺冲；EdA：塔罐均压降1；Ed1：塔塔均压降1；EdB：塔罐均压降2；EdC：塔罐均压降3；Ed2：塔塔均压降2；EdD：塔罐均压降4；BD：逆放；VD：真空解吸；EpD：塔罐均压升4；Ep2：塔塔均压升2；EpC：塔罐均压升3；EpB：塔罐均压升2；Ep1：塔塔均压升1；EpA：塔罐均压升1；PP：充压。
以吸附塔A1为例，详细说明各吸附塔在一个循环内的操作过程。
(1)吸附
此时吸附塔A1已经完成充压步骤，塔内压力达到吸附压力。打开程控阀1A，4A，变化气从吸附塔下端进入，在向上流动过程中，水分、二氧化碳、一氧化碳、含硫组分、甲烷以及氮气被吸附剂除去，极少量氢气被吸附，剩余较为纯净的氢气从吸附塔上端进入产品气储存罐。随着吸附过程的进行，吸附塔下部的吸附剂达到饱和，产品气出口中的杂质气体逐渐增多。当产品气中氢气纯度下降至某一阈值时，吸附过程结束。
(2)高压顺冲
吸附塔A1完成吸附步骤后，程控阀4A关闭，5A打开。高压水蒸气从下端进入吸附塔。塔内原有的残余气体被水蒸气驱赶替代，并从吸附塔上端流出，进入产品气储存罐。当出口氢气纯度下降至某一阈值时，高压顺冲过程结束。
(3)塔罐均压降1
高压顺冲步骤结束后，程控阀1A,5A关闭，2A，2E打开。此时均压罐T1压力低于吸附塔A1。A1内的气体顺向流入T1，T1逆向充压，A1顺向放压，直至A1与T1内的压力相同。
(4)塔塔均压降1
塔罐均压降1过程结束后，程控阀2E关闭，2C开启。此时吸附塔A3的压力低于A1。A1内的气体顺向流入A3，A3逆向充压，A1顺向放压，直至A1内压力与A3相同。
(5)塔罐均压降2
塔塔均压降1结束后，程控阀2C关闭，2F开启。均压罐T2压力低于吸附塔A1。A1顺向放压，T2逆向充压，直至A1与T2压力相同。
(6)塔罐均压降3
塔罐均压降2结束后，程控阀2F，2A关闭，3A，3G开启。均压罐T3压力低于吸附塔A1。A1顺向放压，T3逆向充压，直至A1与T3压力相同。
(7)塔塔均压降2
塔罐均压降3结束后，程控阀3A，3G关闭，2A，2D开启。吸附塔A4压力低于吸附塔A1。A1顺向放压，A4逆向充压，直至A1与A4压力相同。
(8)塔罐均压降4
塔塔均压降2结束后，程控阀2A，2D关闭，3A，3H开启。均压罐T4压力低于吸附塔A1。A1顺向放压，T4逆向充压，直至A1与T4压力相同。
(9)逆放
塔罐均压降4过程结束后，程控阀3A，3H关闭，7A打开。逆放气储存罐的压力低于吸附塔A1，A1内的气体从下端流出进入逆放气储存罐，直至A1与储存罐压力相同。
(10)真空解吸
逆放过程结束后，程控阀7A关闭，8A打开，真空泵将吸附塔A1内的气体抽入逆放气储存罐。
(11)塔罐均压升4
真空解吸结束后，程控阀8A关闭，3A，3H打开。均压罐T4压力高于吸附塔A1，A1逆向充压，T4顺向放压，直至A1与T4压力相同。
(12)塔塔均压升2
塔罐均压升4结束后，程控阀3A，3H关闭，2A，2B打开。吸附塔A2压力高于吸附塔A1，A1逆向充压，A2顺向放压，直至A1与A2压力相同。
(13)塔罐均压升3
塔塔均压升2结束后，程控阀2A，2B关闭，3A，3G打开。均压罐T3压力高于吸附塔A1，A1逆向充压，T3顺向放压，直至A1与T3压力相同。
(14)塔罐均压升2
塔罐均压升3结束后，程控阀3A，3G关闭，2A，2F打开。均压罐T2压力高于吸附塔A1，A1逆向充压，T2顺向放压，直至A1与T2压力相同。
(15)塔塔均压升1
塔罐均压升2结束后，程控阀2F关闭，2C打开。吸附塔A3压力高于吸附塔A1，A1逆向充压，A3顺向放压，直至A1与A3压力相同。
(16)塔罐均压升1
塔塔均压升1结束后，程控阀2C关闭，2E打开。均压罐T1压力高于吸附塔A1，A1逆向充压，T1顺向放压，直至A1与T1压力相同。
(17)充压
塔罐均压升1结束后，程控阀2A，2E关闭，1A打开，由产品气储存罐对吸附塔A1逆向充压，直至A1内压力达到吸附压力，充压过程结束。
此时A1恢复吸附步骤之前的状态，一个循环结束开始下一次循环。其他吸附塔A2-A4，均压罐T1-T4的循环过程与A1类似，按照表2所示时序开关相应的程控阀，彼此之间时间上相互错开。
由于分离在中温条件下进行，可以在变压吸附工艺中加入水蒸气顺冲步骤，从而降低逆放气中氢气的含量，提升氢气收率。本工艺与其他净化工艺的技术指标对比如表3所示。
表3.本发明工艺与其他工艺变换气净化对比
实施例2：甲醇蒸汽重整制氢的H2/CO2分离
甲烷与水蒸气在一定温度和压力下，发生催化裂解和水汽变换反应，成为含二氧化碳、氢气和少量一氧化碳的混合气体。通常反应温度为250-300℃，压力为1-5MPa。
用于甲醇蒸汽重整H2提纯的4塔变压吸附***如图3所示，包括4个吸附塔A1-A4，氢气储存罐，逆放气储存罐，低压顺冲气缓冲罐和真空泵V，所填充的吸附剂为活性炭，易吸附CO2和CO，不易吸附H2；顺冲气为水蒸气。吸附塔的工艺流程如表4所示，程控阀的开启和关闭与实施例1类似。
表4.甲醇重整H2/CO2分离四塔工艺流程
备注：AD：吸附；Ed1：塔塔均压降1；Ed2：塔塔均压降2；LR：低压顺冲；BD：逆放；VD：真空解吸；Ep2：塔塔均压升2；Ep1：塔塔均压升1；PP：充压；ID：空闲。
以吸附塔A1为例：
(1)吸附：此时吸附塔已完成充压过程，塔内达到吸附压力。程控阀1A，3A开启开始吸附过程；
(2)塔塔均压降1：吸附过程结束后，程控阀1A，3A关闭，2A，2C开启开始塔塔均压降1；
(3)空闲：塔塔均压降1结束后程控阀2A，2C关闭，A1处于空闲状态；
(4)塔塔均压降2：空闲状态结束，打开程控阀2A，2D开始塔塔均压降2；
(5)低压顺冲：塔塔均压降2结束后，关闭2A，2D，打开1A，4A；
(6)逆放：低压顺冲结束后，关闭程控阀1A，4A，打开5A开始逆放过程；
(7)真空解吸：逆放结束后，关闭5A，打开程控阀6A，真空泵开始对吸附塔A1抽真空；
(8)塔塔均压升2：真空解吸结束后，关闭程控阀6A，打开2A，2B，吸附塔A1与A2均压；
(9)空闲：塔塔均压升2结束后，关闭2A，2B，开始空闲状态；
(10)塔塔均压升1：空闲状态结束，打开程控阀2A，2C，吸附塔A1与A3进行均压；
(11)充压：塔塔均压升1结束后，关闭程控阀2A，2C，打开1A，产品气对吸附塔A1逆向充压。
使用上述变压吸附流程，可以在中温下直接对H2与CO2进行分离，所得H2纯度高于99.99％，且CO浓度低于0.4ppm，几乎满足所有应用领域对H2的要求，可以直接给质子交换膜燃料电池供气，具有广阔的发展前景。
实施例3：IGFC***中温脱硫
整体煤气化燃料电池发电***(IGFC)中，合成气需要经过深度脱硫才能为固体氧化物燃料电池(SOFC)供气。待净化合成气典型成分如表1所示，温度为200-300℃，压力一般为3-6MPa。SOFC工作温度一般在800℃，燃料电池的高温尾气通过汽轮机进行能量的利用。***的发电效率主要与合成气的回收率以及气体加热能耗相关。使用本发明所提出的工艺流程，可以直接对合成气进行脱硫净化，捕集一部分二氧化碳，没有显热损失，同时保证合成气收率，相比于低温净化方法可以明显提高***发电效率。
具体实施方法如下：净化***由4吸附塔4均压罐组成；吸附剂选择为具有硫碳共脱功能的活性炭，其对H2S、CO2具有较高吸附量，H2吸附量很小；顺冲与冲洗气体为高压氮气，来源于IGFC的空分***。PSA装置按照如表5所示的工艺流程运行。产品气主要组分为H2、CH4、N2、H2O、CO2、CO；H2S浓度可以达到1ppm以下，满足SOFC要求。
表5.IGFC***合成气净化8塔工艺流程
备注：AD：吸附；HR：高压顺冲；EdA：塔罐均压降1；Ed1：塔塔均压降1；EdB：塔罐均压降2；EdC：塔罐均压降3；Ed2：塔塔均压降2；EdD：塔罐均压降4；BD：逆放；P：氮气冲洗；EpD：塔罐均压升4；Ep2：塔塔均压升2；EpC：塔罐均压升3；EpB：塔罐均压升2；Ep1：塔塔均压升1；EpA：塔罐均压升1；PP：充压。
实施例4：PEMFC燃料CO深度净化
质子交换膜燃料电池(PEMFC)对燃料氢气纯度要求较高，其中CO浓度应该低于0.4ppm。使用本发明提出的工艺流程，可以在100-200℃下对液体燃料重整合成气或脱毒后的气化合成气进行CO深度净化，净化后的气体无需加热，可以直接给小型PEMFC供气。
净化***由2个吸附塔组成；吸附剂为CO分子筛；顺冲气体为氮气或水蒸气，采用真空解吸的方法。工艺流程如表6所示。
表6.CO深度净化工艺流程
备注：AD:吸附；HR：高压顺冲；VD：真空解吸。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中温真空变压吸附***，其特征在于，所述***包括吸附塔、产品气罐(2)、顺冲气罐(5)、冲洗气罐(1)、逆放气罐(4)；所述吸附塔下方设有原料气入口、逆放气出口和顺冲气入口，且所述吸附塔上方设有产品气口、均压口与冲洗气入口；所述吸附塔内装填有吸附剂；所述产品气罐(2)通过连接管道与所述吸附塔的产品气口相连，所述顺冲气罐(5)、逆放气罐(4)分别与所述吸附塔的顺冲气入口、逆放气出口相连；所述冲洗气罐(1)通过连接管道与所述吸附塔的冲洗气入口相连。
2.根据权利要求1所述的一种中温真空变压吸附***，其特征在于，所述顺冲气罐(5)包括高压顺冲气罐和低压顺冲气罐；所述产品气罐包括高压产品气罐和低压产品气罐。
3.根据权利要求1所述的一种中温真空变压吸附***，其特征在于，所述***设置有包括吸附塔A(7)和吸附塔B(8)的多个吸附塔，所述多个吸附塔之间通过所述均压口相连。
4.根据权利要求1所述的一种中温真空变压吸附***，其特征在于，所述***还包括均压罐，所述均压罐与所述吸附塔的均压口相连。
5.一种中温真空变压吸附方法，其使用如权利要求1所述的一种中温真空变压吸附***，其特征在于，所述方法包括吸附、恒压顺冲、逆放以及冲洗和/或真空解吸工序，包括：
将吸附塔的产品气口开启，使吸附塔与产品气罐连通，逆向升压至吸附设定压力，使吸附塔进入吸附工序；
吸附：使吸附塔的产品气口与产品气罐连通，并使吸附塔的原料气入口处于开启状态；使原料气由吸附塔的原料气入口进入吸附塔，在吸附塔内通过吸附剂的选择性吸附分离易吸附气体，使难吸附气体从吸附塔的产品气口进入产品气罐；
恒压顺冲：使吸附塔的原料气入口处于关闭状态，使吸附塔的产品气口处于开启状态，并打开吸附塔的顺冲气入口，使吸附塔与产品气罐、顺冲气罐分别处于连通状态；使顺冲气体进入吸附塔；在顺冲气体的推进下，吸附塔顶部的难吸附气体从产品气口进入产品气罐；顺冲过程中使吸附塔内压力恒定；
逆放：打开吸附塔的逆放气出口，使其与大气或逆放气罐连通，沿吸附反方向释放吸附塔中气体，使吸附塔逆向降压至与环境压力相同，使易吸附气体通过逆放气出口进入逆放气罐；
使吸附塔逆放降压结束后进入冲洗和/或真空解吸使吸附塔中的吸附剂得到再生，并使得易吸附气体组分释放出吸附塔；以及
冲洗：使吸附塔的逆放气出口和冲洗气入口开启，使冲洗气从吸附塔顶部进入，由逆放气出口流出，使得吸附剂得到再生，并使得易吸附气体组分随冲洗气流出吸附塔；和/或
真空解吸：使吸附塔的逆放气出口开启，并与真空泵(6)入口相连通，通过抽真空使吸附塔中气体沿吸附反方向释放，从而使得吸附塔进一步逆向降压，并在真空泵出口处得到易吸附气体，使吸附剂得到再生；
吸附塔冲洗和/或真空解吸后，使吸附塔的产品气口开启，使吸附塔与产品气罐连通，逆向升压至吸附设定压力，使吸附塔进入吸附工序。
6.根据权利要求5所述的一种中温真空变压吸附方法，其特征在于，所述方法包括：
所述***设置至少包括吸附塔A(7)和吸附塔B(8)的多个吸附塔；或者，所述***包括多个吸附塔和多个均压罐；
使其中一个吸附塔逆向升压至吸附设定压力，依次进入吸附和恒压顺冲工序；恒压状态下，顺冲气体的推进使得吸附塔顶部的难吸附气体从产品气口进入产品气罐；
开启两个吸附塔或者吸附塔和均压罐的均压口并使其相互连通，使完成恒压顺冲的吸附塔处于均压降压工序进行顺向降压，同时使另一个吸附塔或一个均压罐处于均压升压工序进行逆向升压；
使经过均压降压的吸附塔进入冲洗工序和/或真空解吸工序完成吸附剂再生后，进入均压升压工序；使两个吸附塔或者吸附塔和均压罐的均压口开启并连通，使完成吸附剂再生的吸附塔进行逆向均压升压，同时使另一个吸附塔或一个均压罐进行顺向均压降压；
吸附塔均压升压达到预定压力后，将吸附塔的产品气口开启，使吸附塔与产品气罐连通，使吸附塔重新进入吸附工序。
7.根据权利要求5所述的一种中温真空变压吸附方法，其特征在于，其使用的所述中温真空变压吸附***中，所述顺冲气罐包括高压顺冲气罐和低压顺冲气罐，所述产品气罐包括高压产品气罐和低压产品气罐，所述方法中的所述恒压顺冲包括高压顺冲和低压顺冲，所述方法还包括：
高压顺冲：吸附工序结束后进入高压顺冲工序，使吸附塔的产品气口处于开启状态，并打开吸附塔的顺冲气入口，使吸附塔与高压产品罐、高压顺冲气罐分别保持连通状态；使高压顺冲气体进入吸附塔，此时在高压产品气罐得到纯度符合要求的难吸附气体；
均压降压：高压顺冲过程结束后进入均压降压工序；开启两个吸附塔或者一个吸附塔与一个均压罐的均压口并使其连通，使其中一个吸附塔处于均压降压工序进行顺向降压，且另一个吸附塔或均压罐处于均压升压工序进行逆向升压；
低压顺冲：使经过均压降压后的吸附塔进入低压顺冲工序，使吸附塔的产品气口和顺冲气入口开启，并分别与低压产品罐和低压顺冲气罐保持连通状态；低压顺冲气进入吸附塔，此时在低压产品气罐得到纯度符合要求的难吸附气体；
逆放：使经过低压顺冲的吸附塔进入逆放工序，打开吸附塔的逆放气出口，使其与大气或逆放气罐连通，沿吸附反方向释放吸附塔中气体，使吸附塔逆向降压至与环境压力相同，使易吸附气体通过逆放气出口进入逆放气罐。
8.根据权利要求5所述的一种中温真空变压吸附方法，其特征在于，所述方法所使用的中温真空变压吸附***设置有包括吸附塔A(7)和吸附塔B(8)的多个吸附塔，并且处于均压降压和均压升压中的所述多个吸附塔为一一对应。
9.根据权利要求5所述的一种中温真空变压吸附方法，其特征在于，所述易吸附气体包括硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、水蒸气、氧气中的一种或多种混合物；所述难吸附气体包括氢气、氮气、稀有气体中的一种或多种混合物。
10.根据权利要求5所述的一种中温真空变压吸附方法，其特征在于，所述顺冲气体选用易于与产品气分离的且不易被吸附剂吸附的气体，包括氮气、水蒸气或氩气。
CN201811160591.3A 2018-09-30 2018-09-30 一种中温真空变压吸附***及方法 Active CN109173583B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811160591.3A CN109173583B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种中温真空变压吸附***及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811160591.3A CN109173583B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种中温真空变压吸附***及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109173583A true CN109173583A (zh) 2019-01-11
CN109173583B CN109173583B (zh) 2021-03-23

Family

ID=64946510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811160591.3A Active CN109173583B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种中温真空变压吸附***及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109173583B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111013536A (zh) * 2019-12-26 2020-04-17 清华大学 一种中温可再生硫化氢吸附剂制备及其循环脱硫方法
CN111282397A (zh) * 2020-03-09 2020-06-16 西南化工研究设计院有限公司 一种变压吸附气体高回收率分离***及其分离方法
CN112742170A (zh) * 2019-10-31 2021-05-04 中国石油化工股份有限公司 一种高含氮能源气体净化方法
CN113041777A (zh) * 2021-03-12 2021-06-29 清华大学 气体净化方法和气体净化***
CN114588749A (zh) * 2022-03-16 2022-06-07 浙江天采云集科技股份有限公司 一种从合成氨驰放气中提取h2与nh3的全温程模拟旋转移动床变压吸附工艺

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2102774A1 (en) * 1992-11-16 1994-05-17 Ravi Kumar Adsorption Process with Mixed Repressurization and Purge/Equalization
CN1861246A (zh) * 2006-02-17 2006-11-15 成都安普环境技术有限公司 用空气为原料制取氧气的方法
CN101301559A (zh) * 2008-06-02 2008-11-12 上海沃珅化工科技有限公司 变压吸附工艺及装置
CN202620982U (zh) * 2012-05-07 2012-12-26 四川开元科技有限责任公司 一种分离含有氢及氯硅烷和/或氯化氢混合气体的变压吸附***
CN205613249U (zh) * 2016-04-05 2016-10-05 王海光 一种用于混合气体分离h2的变压吸附装置
CN106744686A (zh) * 2017-01-19 2017-05-31 上海华西化工科技有限公司 一种提高氢气收率的vpsa提氢方法及装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2102774A1 (en) * 1992-11-16 1994-05-17 Ravi Kumar Adsorption Process with Mixed Repressurization and Purge/Equalization
CN1861246A (zh) * 2006-02-17 2006-11-15 成都安普环境技术有限公司 用空气为原料制取氧气的方法
CN101301559A (zh) * 2008-06-02 2008-11-12 上海沃珅化工科技有限公司 变压吸附工艺及装置
CN202620982U (zh) * 2012-05-07 2012-12-26 四川开元科技有限责任公司 一种分离含有氢及氯硅烷和/或氯化氢混合气体的变压吸附***
CN205613249U (zh) * 2016-04-05 2016-10-05 王海光 一种用于混合气体分离h2的变压吸附装置
CN106744686A (zh) * 2017-01-19 2017-05-31 上海华西化工科技有限公司 一种提高氢气收率的vpsa提氢方法及装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHU XUANCAN 等.: "《Elevated temperature pressure swing adsorption process for reactive separation of CO/CO2 in H2-rich gas》", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 *
李爽: "《水滑石基吸附剂中温H2/CO2分离的试验研究》", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技I辑》 *
郑妍: "《中温变压吸附CO2分离***模拟与优化》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112742170A (zh) * 2019-10-31 2021-05-04 中国石油化工股份有限公司 一种高含氮能源气体净化方法
CN111013536A (zh) * 2019-12-26 2020-04-17 清华大学 一种中温可再生硫化氢吸附剂制备及其循环脱硫方法
CN111282397A (zh) * 2020-03-09 2020-06-16 西南化工研究设计院有限公司 一种变压吸附气体高回收率分离***及其分离方法
CN113041777A (zh) * 2021-03-12 2021-06-29 清华大学 气体净化方法和气体净化***
CN113041777B (zh) * 2021-03-12 2022-06-21 清华大学 气体净化方法和气体净化***
CN114588749A (zh) * 2022-03-16 2022-06-07 浙江天采云集科技股份有限公司 一种从合成氨驰放气中提取h2与nh3的全温程模拟旋转移动床变压吸附工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN109173583B (zh) 2021-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109173583A (zh) 一种中温真空变压吸附***及方法
US4790858A (en) Fractionation of multicomponent gas mixtures by pressure swing adsorption
KR101388266B1 (ko) 고로가스의 분리방법 및 장치
KR102292426B1 (ko) 수소생산을 위한 석유코크스 합성가스화 공정 중 wgs 후단의 수소 및 이산화탄소 동시 분리 방법
CN107285279B (zh) 一种采用全温程变压吸附的合成气净化与分离的方法
CN105858604B (zh) 一种富氢气源脱除硫化氢的全温程变压吸附法
CN104986735B (zh) 一种提高氢气回收率的方法
CN101249370B (zh) 循环有价值气体的变压吸附方法
CN113350968A (zh) 一种用于合成氢回收尾气成分的提氢装置及工艺
KR102430685B1 (ko) 용액 배쓰 형태의 고농도 황화수소 제거 장치
CN109641746A (zh) 从生物质热分解气体中回收氢气的方法
KR102466732B1 (ko) 수소회수율을 증가시키기 위한 vpsa를 적용한 h2 및 co2 분리방법
JP3985006B2 (ja) 高純度水素製造方法
US8372375B2 (en) Method of producing high-purity hydrogen
JP3947752B2 (ja) 高純度水素製造方法
CN108236829B (zh) 从含co2原料气中分离高纯度co2的方法及装置
CN103466546B (zh) 一种将双功能吸附剂应用于吸附增强式水蒸气重整和水气变换反应的中温变压吸附方法
CN111408249A (zh) 一种多段膜吸收烟气脱硫脱碳的方法及装置
CN209952482U (zh) 一种净化黄磷尾气的装置
CN111013536A (zh) 一种中温可再生硫化氢吸附剂制备及其循环脱硫方法
CN212403458U (zh) 一种从黄磷尾气中制取燃料电池用氢气的装置
AU2016201267B2 (en) A plant and process for simutaneous recovering multiple gas products from petrochemical offgas
CN220026552U (zh) 水煤浆变换气psa脱碳及co2回收装置
CN219384784U (zh) 一种氯碱副产氢联产高纯氢、动力氢和工业氢的生产装置
JP4771668B2 (ja) 水素製造方法とその装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant