[实用新型]一种变压吸附分离气体组分的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及气体分离技术领域，具体而言，涉及一种变压吸附分离气体组分的系统。

背景技术

CO是重要的化工基础原料，气源丰富，高炉煤气、电石炉尾气、黄磷尾气、水煤气、半水煤气、合成气等都富含CO。不同原料来源的气体CO含量不同，且常常与H₂、CO₂、CH₄、N₂、H₂O等杂质共存，因此必须进行分离以获得纯CO。

H₂是一种重要的工业气体，工业上有多种气体富含H₂，如合成氨厂的变换气、驰放气、精炼气，炼油厂的催化裂化气、石油裂解气，钢铁厂的焦炉煤气、水煤气、三氯氢硅合成尾气、多晶硅还原尾气等。不同原料来源的气体H₂含量不同，且常常与CO₂、CO、CH₄、N₂、H₂O等杂质共存，因此必须进行分离以获得纯H₂。

变压吸附(PSA)，是一种新型气体分离技术，具有能耗低、产品气纯度高、工艺流程简单、运行成本低、自动化程度高等特点，广泛应用于气体分离和净化领域。

对于变压吸附制CO，原料气通常含H₂、N₂、CH₄、CO₂等混合气组分。混合气中的气体组分在吸附剂(分子筛、活性炭)上的吸附能力顺序为CO₂>CO>CH₄>N₂>H₂，CO₂吸附能力大于CO，因此需采用先脱除CO₂，后制取纯CO的两段PSA工艺。原料气首先进入一段PSA装置，吸附除去CO₂、水分及微量硫等杂质组分；脱碳后的净化气进入二段PSA装置，H₂、N₂及CH₄等杂质作为非吸附组分从塔顶排出，吸附的CO经减压真空解吸从塔底抽出，压缩后作为纯CO产品气输出。变压吸附制CO工艺流程如图1所示。

对于变压吸附制H₂，由于混合气中H₂吸附能力最低，因此直接将原料气送入PSA-H₂装置，CO₂、CO、N₂、CH₄等杂质气体在塔内吸附脱除，H₂作为非吸附组分从吸附塔顶得到，稳压后作为纯H₂产品气输出。变压吸附制H₂工艺流程如图2所示。

对于CO和H₂含量均比较丰富的气源，可能需要同时提取纯CO和纯H₂。这时，CO和H₂提取的方法和流程不同，装置的投资、能耗和操作费用的大小就可能有很大不同。

对于同时制CO/H₂的情况，通常采用PSA-H₂和PSA-CO两级装置来分别制取纯H₂和纯CO的工艺方案。如图3所示的流程，原料气首先进入PSA-H₂吸附塔底部，混合气中的CO、N₂、CH₄等杂质气体在床层内多种吸附剂的作用下，被停留在吸附剂表面，H₂作为非吸附组分从吸附塔顶部得到作为H₂产品气输出，制氢吸附塔采用冲洗或抽空再生，部分H₂、绝大部分的CO、N₂、CH₄等从塔底脱附出后送往PSA-CO单元；PSA-CO单元由进料压缩机、置换气压缩机、产品气压缩机、PSA-CO吸附设备等组成，来自PSA-H₂单元的解吸气经过进料压缩机增压，再经过进料加热器加热后进入PSA-CO吸附塔底部，制氢尾气中的绝大部分CO在床层内专用吸附剂的作用下，被停留在吸附剂表面，H₂、CH₄、N₂等杂质气体作为非吸附组分从吸附塔顶部收集得到送出界区，CO作为吸附相，经过均压降、置换、降温抽空等流程从塔底解吸，再经过CO产品气压缩机增压后送出界外供用户使用。变压吸附制CO/H₂现有工艺流程如图3所示。

现有的工艺，吸附剂和设备投资高、装置占地面积大、能耗高，产品气收率较低。