[发明专利]一种循环操作中压力变化联动控制的变压吸附方法

摘要

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系统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，该变压吸附系统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。

主权项

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系统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，该变压吸附系统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；/n该变压吸附方法包括如下工序：/n(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系统的任意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；/n(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；/n(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；/n(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；/n(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；/n(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一解吸的循环操作；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；/n(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；/n(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一解吸的循环过程由此结束，进入新一个循环操作周期。/n