[发明专利]变压吸附气体分离装置

说明书

技术领域

本发明属于气体分离装置领域，特别是涉及一种变压吸附气体分离装置。

背景技术

变压吸附法(简称PSA)作为一种气体分离技术问世后，就受到各国工业界的关注，竞相开发和研究，发展迅速。其工作原理是：利用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，吸附平衡后根据吸附剂在不同压力下对吸附气体吸附量不同的特性，降低压力使吸附剂解除对吸附气体的吸附，这一过程称为再生。目前，投入工业运行的变压吸附装置通常使用两塔或多塔并联，这样可以交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的产品气。

市场上现有的变压吸附装置(图1)中均压方式大多都是塔顶向塔顶(俗称上均压)和塔底向塔底(俗称下均压)的直接均压，其中上均压气体为塔顶的产品气，均压后直接作为产品气被收集，下均压的气体为基本未经分离的原料气，均压后塔内吸附剂将对这部分气体进行吸附分离，从而影响吸附剂在吸附过程中的有效吸附分离能力。这类分离装置的吸附剂的有效利用率低、吸附剂的产气率低，适用于纯度低于99.9％的应用领域。为解决上述变压吸附工艺中的缺点，本领域的技术人员提出了解决方案：一种变压吸附气体分离装置(图2)，在并列的吸附塔之间设中间储气罐，通过阀门打开先后时间的控制，使中间储气罐的气体首先能够到达下一步要切换工作的吸附塔内，降低了两塔之间的压力差，缩短了均压时间，不会使吸附塔内已经吸附的杂质气体脱离吸附剂而跑出来，从而提高了气体分离的纯度。该技术方案虽然在一定程度上提高了气体的分离纯度，但其上均压也是塔顶对塔顶的直接均压，均压后的气体未经任何进一步的“提浓”而直接作为产品气收集，而吸附塔中部通过中间储气罐进行均压的气体仍是含有大量吸附质(大于5％)的混合气体，且在吸附塔向储气罐均压的过程中仍有一定量的吸附质脱附后均压到中间储气罐中，这两者在很大程度上仍会加大吸附剂的瞬间吸附量，直接影响到吸附剂的有效分离能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高吸附剂有效分离能力、制备高纯度气体的变压吸附气体分离装置。

具体的技术方案如下：

一种变压吸附气体分离装置，包括两个或两个以上吸附塔，每两个相邻的吸附塔的塔顶和塔底分别通过管线和阀门连接，相邻的两个吸附塔之间设有吸附副塔，所述吸附副塔通过管线和阀门与所述的两个相邻的吸附塔连接，所述吸附副塔中装填有吸附剂，每个吸附塔的塔顶都与相邻的吸附塔的塔中部通过管线和阀门连接。

在其中一个实施例中，所述吸附剂为碳分子筛、活性炭或沸石分子筛。吸附副塔中装填有能快速吸附分离的吸附剂可以使进入吸附塔的均压气体进一步浓缩，得到纯度更高的产品气。

在其中一个实施例中，所述吸附副塔通过管线和阀门与所述的两个相邻的吸附塔的塔中部与塔底之间的位置连接连接。均压过程中较高压力吸附塔内向较低压力吸附塔内的输送的气体都会先经过吸附副塔纯化后才能到达下一步要切换工作的吸附塔内，从而提高了气体分离的纯度。塔顶向塔中部的均压方式，使得塔顶相对较高浓度的产品气，均压后作为原料气到达相邻吸附塔中部，并向吸附床层上端移动，再次被塔内吸附剂吸附，起到二次纯化的目的，提高了产品气的纯度。

在其中一个实施例中，所述吸附副塔的体积为吸附塔体积的3-20％。吸附副塔的体积可以根据均压气体的量进行调节。

在其中一个实施例中，所述吸附副塔的解吸方式为真空解吸或常压解吸。吸附副塔中装填的是快速吸附分离的吸附剂，通过常压解吸即可达到很好的解吸效果，真空解吸效果更佳。

本发明的另一目的是提供使用上述变压吸附气体分离装置进行气体分离的方法。具体的技术方案如下：

一种上述变压吸附气体分离装置进行气体分离的方法，包括如下步骤：

(1)通过控制阀门，使并联的两个吸附塔中的一个吸附塔A进入吸附工作状态，另一吸附塔B和吸附副塔为解吸状态，所需的产品气在吸附塔内自下而上得到富集；

(2)当吸附塔A中的吸附剂接近饱和状态时，进入均压步骤，通过控制阀门，使吸附塔A中的塔顶的气体向吸附塔B的塔中部均压，吸附塔A中下部的气体通过吸附副塔向吸附塔B中下部均压；

(3)通过控制阀门，使吸附塔B进入吸附工作状态，吸附塔A和吸附副塔进入解吸状态，当吸附塔B中的吸附剂接近饱和状态时，进入均压步骤，通过控制阀门，使吸附塔B中的塔顶的气体向吸附塔A的塔中部均压，吸附塔B中下部的气体通过吸附副塔向吸附塔A中下部均压；

(4)重复步骤(1)-(3)，需要分离的多组分气体经过吸附塔吸附分离后连续地得到高浓度的产品气。