提高变压吸附过程中均压次数的方法.pdf

本发明涉及的是一种以变压吸附方式进行气体分离和纯化的方法。
    变压吸附（PSA）方法是用于分离和纯化气体的先进方法，是使气体混合物通过不同压力条件的变化实现与塔中吸附剂的吸附与解吸的过程。这一方法的适用范围很宽，例如目前已广泛用于分离和纯化氢、氮、一氧化碳、二氧化碳等气体产品。

    一般而言，在PSA方法中，当其它条件一定时，产品气的纯度和收率是相互矛盾的。为同时提高产品气的纯度和收率，在总塔数及吸附剂类型等系统组成不变的情况下，尽可能多地提高系统中各塔间的均压次数是一种有效的方法，以便能更多地回收床层死空间中的产品气组分。但对某一特定组成地PSA系统中究竟可以允许实现多少次均压，以便最充分地发挥其潜力，目前仍只是在凭经验和按传统习惯进行。如在目前的5塔系统中，只有单塔作充压吸附下的2次均压流程（简称512流程）;6塔系统中目前只有双塔同时作充压吸附下的2次均压流程（简称622流程）;8塔系统中目前只有双塔同时充压吸附下的3次均压流程（简称823流程）;10塔系统中目前只有双塔同时充压吸附的3次均压流程;12塔系统中也仅有三塔同时充压吸附下的4次均压流程等有限的几种工作流程。以美国专利4726816为例，在其介绍的改良PSA方法中，曾涉及到4塔、5塔和6塔的工作系统，但各系统实际采用的都是传统的2次均压的流程，即，分别仅为412、512和612流程。

    虽然对变压吸附方法的研究与实践目前已形成的一个共识是，提高流程中的均压次数可提高产品的收率或/和纯度，但目前除对4塔及少于4塔的系统因其塔数少和可变化范围小已被较充分研究外，对于在5塔及5塔以上的变压吸附工作系统中，当总塔数及同时进行充压吸附的工作塔数目已确定的条件下，除按上述传统均压次数进行的流程外，根据对产品纯度或/和收率的不同要求，如何选择确定适当或者最佳，或者是可达到的最高均压次数的流程，是尚待解决的问题。这也正是本发明所提出并予以解决的任务。

    本发明提出的方法是在总塔数N为5塔或5塔以上的变压吸附工作系统中，当同时进行充压吸附的工作塔数目为n时，除按传统均压次数进行的工作流程外，还可以按照m≤N-n-1均压次数的流程进行，其中m为该工作系统中可以达到的最高或者是在最高均压次数范围内可供选择的均压次数。例如，在5塔系统中（N＝5），当同时进行吸附工作的塔数为单塔（n＝1）或双塔（n＝2）时，其最高均压次数分别可达到3次（m＝3）和2次（m＝2），该PSA流程可分别简称为513流程和522流程。仍以上述美国专利中所涉及的5塔和6塔系统为例，5塔系统除其所用的传统512流程外，还可在上述的513流程和522流程中选择;6塔系统除其用的612流程外，按本发明方法还可以在613流程、614流程、622流程、623流程及632流程等工作流程中进行选择。显然，根据各工作系统的实际情况及对产品收率或/和纯度的不同具体要求，本发方法可以提供更大的选择范围，并确定出可以达到的最高均压次数，以利于选择和确定出适当或最佳的PSA工作流程。均压次数的改变无论对产品纯度还是对产品收率的影响都是十分明显的，例如，当产品纯度相同时，均压次数从2次提高到3次，产品收率一般可提高5～10%。以PSA回收氢气为例，当产品纯度要求为99%时，采用512流程时的产品收率为75%，采用513流程后，收率可提高至80%。另一方面，当要求产品收率为75%时，512流程中产品氢的纯度为99%，而采用513流程后，纯度可上升为99.9%。由此可见本发明方法在改善和提高PSA方法上所具有的深远意义和价值。

    以下用若干实例说明本发明上述方法的具体运用，但不应理解为本发明方法仅限于下述各例的范围。

    在所述各例中，A为充压吸附过程，EnD（n＝1，2，3，……）为第n次降压均压过程，EnR（n＝1，2，3，……）为第n次充压均压过程，P为塔间冲洗的顺放过程，PP为外放过程，PD为逆向放压过程，FR为终充过程。各流程的数字代码中，自右至左，第一位数字为该流程中的均压次数（m），第二位数字为该流程中同时进行充压吸附过程的工作塔数目（n），第三位数字为该流程中系统的总塔数（N），如：513流程为5塔系统中单塔作充压吸附3次均压的流程。

    例1        513流程，如表1所示。

    例2        522流程，如表2所示。

    例3        623流程，如表3所示。

    例4        823流程，如表4所示。

    例5        824流程，如表5所示。

    例6        825流程，如表6所示。

    除上述各例所示的流程外，还可以有其它的流程设计。如，7塔系统中的723流程、724流程、733流程、742流程;8塔系统中的834流程、843流程、852流程，以及9塔、10塔、11塔、12塔等系系统中的不同组合流程，可依上述方法类推，不再一一列举详述。

    表1        513流程

    表2        522流程