[发明专利]带自增压系统的双柱自控变压吸附实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及实验室或中小试验之用的气体吸附分离设备，尤其是一种带自增压系统的双柱自控变压吸附(PSA)实验系统。

背景技术

变压吸附法(简称PSA)是一种新的气体分离技术，其原理是利用分子筛等吸附剂对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开。PSA具有操作简便及能量效率高的特性，越来越多地应用于工业中的体相气体的分离和纯化。目前，工业上用于对进行气体吸附分离的PSA设备和方法较多，比如中国专利CN1432424(真空变压吸附设备)、CN1449860(提高变压吸附气体分离收率与纯度的方法及其装置)、CN1806892提高变压吸附分离法气体回收率的工艺等，但这些PSA装置及方法都只适用于工业化生产过程，不适用于实验室研究混合气体的分离工艺。由于变压吸附过程是包含多个步骤的复杂动态过程，受待分离气体混合物的组成成份、吸附剂特性、吸附压力和温度等多个因素的影响。因此，为掌握某一特定气体分离、纯化之目的，研究分析变压吸附过程的工艺条件和参数就显得十分重要。研究不同混合气体分离、纯化的吸附剂、根据该吸附剂设计合理的PSA分离工艺流程和工艺参数，就需要对吸附分离的时间、压力、温度等工艺参数进行优化，这是所属领域技术人员长期以来研究的问题。目前，一般在实验室通过特定吸附剂对待分离气体各组分的吸附特性的研究找出这些待纯化组分与其余“杂质”组分吸附特性差异最大的压力、温度等参数的范围，作为PSA分离实施过程的参考。这种传统方法难以涉及压力、温度等条件对PSA过程的综合影响。

综上，现有技术中还没有用于该研究的专用实验设备，而工业上用的PSA装置或方法，由于体积庞大、使用成本较高等特点，显然不能满足实验室研究分析实验参数之用。因此，提供一种能够模拟工业吸附分离过程，并为工业上的吸附分离应用提供参考数据和工艺流程的实验系统是本领域技术人员有待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种能够模拟工业化吸附分离过程，并为工业上的吸附分离应用提供参考数据和工艺流程的带自增压系统的双柱自控变压吸附(PSA)实验系统。

本发明的目的是这样实现的：带自增压系统的双柱自控变压吸附实验系统，其特征在于，包括原料供应装置、吸附分离装置、产品存储装置和控制系统，原料供应装置的输出端与吸附分离装置的输入端相连，吸附分离装置的输出端与产品存储装置的输入端相连；所述吸附分离装置的吸附柱包含双吸附柱、电磁阀组、温度传感器、压力传感器和精密压力表；所述原料供应装置包括至少两套原料气罐和通过管道与原料气罐相连的配气罐，以及供气增压气缸P1；各配气罐通过连接阀相连；供气增压气缸P1具有配气、供气和供气增压的功能，以模拟工业用原料气的成分和气压；所述产品存储装置包括产品罐和产品气增压缸P2，产品气增压气缸P2具有产品储存和产品气再循环功能；控制系统通过计算机程序控制原料供应装置、吸附分离装置和产品存储装置中各管路的电磁阀和增压缸的自动开闭来实现对气体的分离和纯化。

相比现有技术，本发明实验系统具有如下有益效果：

I、特别设计的配气系统，可实现任意两种或两种以上气体的定比例混合；解决了低压或常压下气体(特别是用量少的杂质气体，如H₂S)的定量引入的难题；可以模拟工业PSA用的原料气，从而使得本实验系统可以模拟多种不同原料气的工业吸附过程；本实验系统可以用于研究不同的工业原料气在不同的参数条件下，如不同吸附剂、不同压力条件下，进行吸附分离和提纯，从而找到不同的原料气中的所需提取物质的最佳吸附和分离参数，为不同原料气在工业上实现吸附分离和提纯的应用提供参考。

II、本实验系统通过对电磁阀及增压缸动作进行程序控制和监控，实现了对系统的循环自动控制，并可监控系统运行状态；控制系统界面清晰、可操作性强；可选择自动运行和手动运行两种操作方式，方便操作者对PSA过程的监控、PSA流程的设计、电磁阀动作及其它PSA工艺参数的预设和调整，从而找出不同原料气的最佳吸附工艺流程和吸附时间，为不同原料气在工业上实现某种成分的吸附分离和提纯应用提供参考。

III、在原料气的输出端和产品气的输出端设置有增压气缸，从而本实验系统中的气体压力可以根据需要选择性地进行增大或减少。本实验系统工作压力可从真空到2.4MPa，因此可选择的压力范围远超出工业PSA系统的正常工作压力上限，有利于对吸附剂、运行工艺参数进行实验研究；此外借助于本实验系统不但可进行设定的PSA循环，还可用与穿透曲线测定等常规实验。