变压吸附装置带预回收和再回收脱除变换气中CO2的方法 技术领域：
本发明涉及采用变压吸附方式从变换气中脱除CO2的方法，具体的，本发明涉及一种采用变压吸附气体分离技术带预回收和再回收脱除变换气中CO2的方法，该方法主要应用于小氮肥或化肥行业中。
背景技术：
用变压吸附方式从变换气中脱除CO2的方法，国内外虽已有很多公开的专利文献报导，但在这些专利文献中均未涉及整个氮肥或者化肥生产前后工段的生产装置与变压吸附装置之间的关系，而只是对变压吸附装置的单一披露，由此造成了变压吸附装置投资过大，及有效气体H2、N2、CO的损失，尤其是N2、CO的损失更大，从而导致整个氮肥或者化肥生产装置中H2、N2或CO比例的严重失调，进而影响了合成氨和甲醇生产的总产量及运行成本。
发明内容：
本发明旨在克服上述缺陷，提供一种与整个合成氨生产工艺流程有机结合起来的变压吸附装置带预回收和再回收脱除变换气中CO2的方法。该方法能使有效气体H2、N2、CO的回收率达到最大化，并可根据不同生产厂家的具体情况，调整H2、N2、CO的比率，从而最大限度地提高合成氨生产地总产量。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种变压吸附装置带预回收和再回收脱除变换气中CO2的方法，其特征在于：每个吸附塔在一次循环中依次包括如下工艺步骤：
A、吸附A
来自气水分离器的变换气，在吸附工作压力自下而上地经吸附塔时，气流中饱和水、硫、二氧化碳被吸附剂选择性的吸附，脱除二氧化碳后的净化气体从吸附塔顶部排出，作为产品气输入下工段。当杂质到达吸附剂一定高度时，即停止原料的输入和产品气的输出。此时吸附前沿与出口端之间尚留有一段“还未吸附饱和CO2的吸附剂”即未被污染吸附剂的预留段。
所述的吸附剂为活性碳、细孔硅胶或活性氧化铝中的一种，或者根据气源的不同情况按不同比例分层装填其中的两种或三种。
B、预回收YR
吸附过程结束后，打开程控阀门，使吸附塔中的气体向碳化副塔进行压力均衡的气体预回收，此时吸附塔的吸附前沿继续向前推进，当压力基本平衡后，预回收过程即结束。
由于吸附过程结束后，吸附塔中尚保留着与吸附压力相等的高压，因此根据化肥生产中碳化工段阻力降通常比变压吸附装置的阻力降高0～0.3MPa(表压)的特点即可实施变换气的预回收。
C、均压降压ED
预回收过程结束后，吸附塔中仍保留较高的压力，在吸附塔与吸附塔之间，或吸附塔与顺放罐之间进行压力均衡，使吸附塔的压力尽量降到最低。
所述吸附塔与吸附塔之间的连续均压次数为1～6次。
所述吸附塔与顺放罐之间的间接均压次数为1～5次。
D、再回收ZR
均压降压过程结束后，吸附塔中还有一定的压力，将吸附塔中的剩余气体放入一个顺放罐中，再用氢气压缩机对顺放罐加压至吸附压力后，进入回收罐储存。
所述的氢气压缩机为ZW型。
所述顺放罐的压力控制在-0.02～0.03MPa范围内。
所述顺放罐中CO2的体积百分比浓度为0～8％。
所述顺放罐中装有吸附剂填料或未装吸附剂填料。
所述回收罐中装填有吸附剂或未装填吸附剂。
E、抽空VC
再回收过程结束后，吸附塔中的压力基本上为负压，通过真空泵抽真空进一步降压，使吸附剂得到解析再生。
所述的真空泵抽真空，是指采用两根管道分别对吸附塔抽真空；或者采用两根管道通过开启程控阀门同时对吸附塔抽真空。
F、均压升压ER
抽空过程结束后，吸附塔从出口端接受其它吸附塔或顺放罐均压降压气体的升压，使吸附塔的压力逐步升高。
所述均压升压的次数与均压降压的次数为完全相等的1～6次。
G、终充升压FR
均压升压过程结束后，通过回收塔中的加压气从吸附塔底部和产品气从吸附塔顶部对吸附塔进行最终升压，直至达到产品气的压力。
本发明的原料气为合成氨的变换气或湿法脱碳的闪蒸气，其合成氨变换气典型组成如下：
组份 H2 N2 CO CO2 CH4 其它 总硫 H2O(汽)
浓度 45～57％ 13～20％ 0.2～10％ 20～32％ 1～3％ ～1 ＜250mg/m3 饱和
所述的吸附塔为4～16个。
所述的吸附压力为0.1～3.0MPa。
本发明的优点在于：
1、在预回收过程中只增加了一个程控阀和一段工艺管道，将变压吸附装置和碳化装置串联或并联使用，就对提高装置有效气的回收率起到了十分重要的作用，其投资少，效果明显，同时还降低了整个装置的硬件投资。
2、在再回收过程中所使用的顺放罐在装置的某些设备出现故障，但又需不停车地将其切换到无回收工艺流程时，又可作为均压罐使用。
3、在再回收过程中，不仅将已处于负压的吸附塔中的气体进行了大量回收，使装置的有效气体几乎全部回收，还减小了真空泵的负荷，降低了设备投资和运行费用，之后回收罐储存的气体可作为终充气从吸附塔的底部返回变压吸附装置，以再回收这部分被放空的气体。如果气量不大或变压吸附装置和碳化工段串联，还可将这部分气体直接送入碳化副塔。另外如果回收罐中装入吸附剂填料，还可将回收气罐中的加压气体直接作为产品气送入下工段，也可作为终充气从吸附塔底部进入变压吸附装置。装吸附剂填料的回收罐当CO2吸附饱和后，可通过控制系统的切换功能，对回收罐在装置不停车的情况下进行解析复活吸附剂的处理。
4、在抽空过程中，吸附塔每次在解析真空气中CO2的初始浓度与CO2结束浓度均在90％以上，不但大大提高了H2、N2、CO的回收率，而且还为食品级CO2的生产提供了技术保证。
5、真空泵采用两根管道分别对两个吸附塔抽真空或两根管道通过程控阀门连接同时对一个吸附塔抽真空的方法，在同等条件下，可提高抽真空时间60％以上。
6、当变压吸附装置的控制系统在回收系统部分出现故障时，还可在不停车的情况下，通过自动或手动操作将变压吸附装置切换到不经回收的工艺步骤中去。
7、本发明实现了有效气体H2、N2、CO回收率的最大化，从而最大限度地提高了合成氨及甲醇生产的总产量。
附图说明：
图1为本发明实施例1的工艺流程图
图2为本发明实施例2的工艺流程图
图3为本发明实施例1工艺流程的程序表
图4为本发明实施例2工艺流程的程序表
具体实施方式：
实施例1
一种变压吸附装置带预回收和再回收脱除变换气中CO2的方法，它以碳化煤球为原料的变换气，吸附塔中按优化比例装有活性氧化铝、活性碳、细孔硅胶，其气体组份如下：
组份 H2 N2 CO CO2 CH4 其它 总硫 H2O(汽)
浓度(V) ～50％ ～15％ ～3％ ～31％ ～1％ ～1 ＜40mg/m3 饱和
其中原料气温度≤40℃，压力：0.70MPa
如图1所示，其特征在于：每个吸附塔在一次循环中依次经历以下工艺步骤：吸附、预回收、一均降、二均降、三均降、四均降、再回收、抽空、四均升、三均升、二均升、一均升及终充升压。
所述的吸附装置由八个吸附塔、一台汽水分离器、二个顺放罐及一个回收罐组成；所述的吸附塔内由底向上分层装有活性氧化铝、活性碳、细孔硅胶三种吸附剂。
下面以A塔为例进行说明(参见图1、图3)：
A、吸附
来自气水分离器的变换气，在0.7MPa的吸附工作压力下，经V-1A从A塔下端自下而上地流经吸附塔后，气流中的饱和水、硫、二氧化碳被吸附剂选择性的吸附，脱除二氧化碳后的净化气体经KV-2A从吸附塔顶部排出，作为产品气输入下工段。当杂质组份的吸附前沿(即指产品中所允许的最大杂质浓度)到达吸附床一定高度时，即停止原料气的输入和产品气的输出。
B、预回收
吸附过程停止后，KV-1A、KV-2A阀门关闭，吸附塔中尚保留与吸附压力相等的高压，通过打开阀门KV-3A、KV6使吸附塔中的气体向碳化副塔进行压力均衡，此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当压力基本平衡后，关闭KV5，此时，A塔的吸附前沿仍未达到出口端。这一过程的作用是回收A塔死空间的部分产品气，其气体组成纯度与输出的产品气基本相同。
C、一均降
回收过程停止后，吸附塔中还保留较高的压力，通过打开阀门KV-3A、KV3E使吸附塔A、E相通而进行压力均衡，此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、E两塔压力基本平衡后，关闭KV3E。
D、二均降
一均降结束后，A塔内尚有较高的压力，此时继续保持打开KV-3A阀并开启KV2使A塔内的气体放入均压罐V0301中，使二者压力平衡，然后同时关闭KV3A、KV2阀门。
E、三均降
开启程控阀KV3A、KV3F，让A塔与吸附塔F连通，当两塔压力平衡后，关闭KV3A、KV3F。
F、四均降
继续保持打开KV4A，并开启程控阀KV4G，让A塔与吸附塔G连通，当两塔压力平衡后，关闭KV4G。
G、再回收
继续保持打开KV4A并打开阀门KV3，将吸附塔中剩余气体顺着吸附方向进入V0201顺放气罐进行再回收，操作员可通过调节再回收时间的方式控制再回收的压力及CO2浓度。
H、抽空
利用KV6与真空泵连通，对吸附塔实施抽空，以进一步解吸，抽空结束，关闭KV6A。
I、四均升
开启KV4A，KV4C阀门，使A塔与C塔连通，直至A、C两塔压力平衡，关闭KV4A、KV4C。
J、三均升
开启程控阀KV3A、KV3D，使D塔中气体充入A塔中，当二者压力平衡后，关闭KV3A、KV3D。
K、二均升
继续打开程控阀KV3A，并开启程控阀KV2使均压罐V0301中气体充入A塔，当二者压力平衡后，关闭KV2。
L、一均升
继续打开程控阀KV3A，并开启程控阀KV3E，接受从E塔来的气体升压，当二者压力平衡后，关闭KV3A、KV3E。
M、终充升压
开启程控阀KV5A，用来自压缩机的再回收气体对A塔升压，直至A塔升压至产品气压力，关闭KV5A。此时的吸附床已为下一次循环作好了准备工作。
经过本吸附装置的一次完整循环后，产品气中的CO2浓度小于0.5％，用于生产液氨和甲醇。
经连续开车检测后得出：有效气体H2、N2、CO几乎无损失，总氨产量升高。
实施例2
一种变压吸附装置带预回收和再回收脱除变换气中CO2的方法，它是以普通煤为原料的变换气，吸附塔中按优化比例(请具体写明)装有活性氧化铝、活性碳、细孔硅胶，其气体组份如下：
组份 H2 N2 CO CO2 CH4 其它 总硫 H2O(汽)
浓度(V) ～52％ ～17％ ～1％ ～28％ ～1％ ～1 ＜150mg/m3 饱和
其中原料气温度≤40℃，压力：0.60MPa
如图2所示，其特征在于：每个吸附塔在一次循环中依次经历以下工艺步骤：吸附、预回收、一均降、二均降、三均降、四均降、再回收、抽空、四均升、三均升、二均升、一均升及终充升压。
所述的吸附装置由八个吸附塔、一台汽水分离器、二个顺放罐及一个回收罐组成；所述的吸附塔内由底向上分层装有活性氧化铝、活性碳、细孔硅胶三种吸附剂。
下面以A塔为例进行说明(参见图2、图4)：
A、吸附
来自气水分离器的变换气，在吸附工作压力下经KV-1A从A塔下端自下而上地流经吸附塔后，气流中饱和水、硫、二氧化碳被吸附剂选择性的吸附，脱除二氧化碳后的净化气体经KV-2A从吸附塔顶部排出，作为产品气输入下工段。当杂质组份的吸附前沿(即指产品中所允许的最大杂质浓度)到达吸附床一定高度时，即停止原料气的输入和产品气的输出。
B、预回收
吸附过程停止后，KV-1A和KV-2A阀门关闭，吸附塔中尚保留与吸附压力相等的高压，通过打开阀门KV-3A、KV6使吸附塔中的气体向碳化副塔进行压力均衡，此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当压力基本平衡后，关闭KV5，此时，A塔的吸附前沿仍未到达出口端。这一过程的作用是回收A塔死空间的部分产品气，其气体组成纯度与输出的产品气基本相同。
C、一均降
回收过程停止后，吸附塔中还保留较高的压力，通过打开阀门KV-3A、KV3E使吸附塔A、E相通而进行压力均衡，此时A塔的吸附前沿继续向前推进，当A、E两塔压力基本平衡后，关闭KV3E。
D、二均降
一均降结束后，A塔内尚有较高的压力，此时继续保持打开KV-3A阀并开启KV2，使A塔内的气体放入均压罐V0301中，使二者压力平衡，然后同时关闭KV3A、KV2阀门。
E、三均降
开启程控阀KV3A、KV3F，让A塔与吸附塔F连通，当两塔压力平衡后，关闭KV3A、KV3F。
F、四均降
继续保持打开KV4A，并开启程控阀KV3，使A塔内的气体放入顺放罐V0201中，当两塔压力平衡后，关闭KV3。
G、再回收
继续保持打开KV4A并打开阀门KV4，将吸附塔中剩余气体顺着吸附方向进入V0401顺放气罐进行再回收，操作员可通过调节再回收时间的方式控制再回收的压力及CO2浓度。
H、抽空
利用KV6与真空泵连通，对吸附塔实施抽空，以进一步解吸，抽空结束，关闭KV6A。
I、四均升
开启KV4A，KV3阀门，使顺放罐V0201中气体充入A，直至两者压力平衡，关KV4A、KV3。
J、三均升
开启程控阀KV3A、KV3D，使D塔中气体充入A塔中，当二者压力平衡后，关闭KV3A、KV3D。
K、二均升
继续打开程控阀KV3A，并开启程控阀KV2，使均压罐V0301中气体充入A塔，当二者压力平衡后，关闭KV2。
L、一均升
继续打开程控阀KV3A，并开启程控阀KV3E，接受从E塔来的气体升压，当二者压力平衡后，关闭KV3A、KV3E。
M、终充升压
开启程控阀KV5A，用来自压缩机的再回收气体对A塔升压，直至A塔升压至产品气压力，关闭KV5A。此时的吸附床已为下一次循环作好了准备工作。
经过本吸附装置的一次完整循环后，产品气中的CO2浓度小于0.2％，用于生产液氨。
经连续开车检测后得出：有效气体H2、N2几乎无损失，总氨产量未降。