專利名稱：變壓吸附法從混合氣中提取二氧化碳的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是利用變壓吸附技術(shù)將富含二氧化碳混合氣分離，并提取其中二氧化碳組份。
富含二氧化碳混合氣中含二氧化碳15～90%(體積)，其余組分為氮、氫、氧、一氧化碳、甲烷等。不同的氣源，各組份的含量范圍也不同。富含二氧化碳的混合氣包括石灰窯氣、變換氣及其它工業(yè)氣等。
石灰窯氣是石灰窯煅燒石灰石而分解出來的氣體，其組成范圍如下(以體積百分?jǐn)?shù)表示)CO225～40%N260～70%O20.5～1.8%CO0.5～1.5%合成氨廠中采用不同方法和不同原料造氣，經(jīng)變換后均含有大量CO2，其組成范圍(以體積%表示)為CO215～30%H230～65%N215～35%CO1～3%CH40.5～4.5%O2+Ar 0.5～1%用變壓吸附法從上述富含CO2的混合氣體中提取的二氧化碳，可用作化工原料，也可用于冶金、焊接、飲料、科學(xué)研究等行業(yè)。
本發(fā)明的目的在于提供一種能從富含二氧化碳?xì)獾幕旌蠚怏w中提取出濃度為99～99.9%(體積)的工業(yè)二氧化碳的變壓吸附方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種能獲得高的二氧化碳提取率的變壓吸附方法。
本發(fā)明其它目的將在下面說明變壓吸附就是利用吸附劑對(duì)氣體中各組份的吸附容量隨著壓力變化而呈現(xiàn)差異的特性，由選擇吸附和解吸再生二個(gè)過程組成的交替切換循環(huán)工藝。早先發(fā)展的變壓吸附工藝，比較具有代表性的是美國專利3430418所介紹的四塔一次均壓式變壓吸附工藝。它的特點(diǎn)是每個(gè)塔都必須經(jīng)歷吸附、壓力均衡、順向減壓、逆向減壓、沖洗、一次充壓、二次充壓等七個(gè)步驟。在工藝實(shí)施過程中，雜質(zhì)組份被吸附在吸附劑上，產(chǎn)品組份不易在吸附劑上吸附，從而在氣相獲得不含雜質(zhì)的產(chǎn)品。
而變壓吸附法通常所用的幾種吸附劑對(duì)富含二氧化碳混合氣中二氧化碳的吸附能力均比其它組份為強(qiáng)，因此用變壓吸附法提取富含二氧化碳混合氣中CO2，作為產(chǎn)品組份的是易吸附組份CO2，雜質(zhì)組份是不易吸附的組份，這與典型的變壓吸附工藝在實(shí)施過程中每一過程的作用和含義完全相反，即在吸附劑選擇吸附條件下，加壓時(shí)吸附原料氣中的二氧化碳組份，難吸附組份氫、氧、氮、一氧化碳、甲烷、氬等從吸附塔出口端排出，減壓時(shí)吸附的二氧化碳脫附，同時(shí)吸附劑獲得再生。本發(fā)明的又一目的是提供一種在解吸再生階段獲得CO2產(chǎn)品的變壓吸附方法。
變壓吸附法從富含二氧化碳混合氣中提取二氧化碳的普通程序包括如下基本過程在環(huán)境溫度時(shí)，吸附階段利用吸附劑在吸附壓力下對(duì)原料氣中二氧化碳與其它組份的吸附能力不同，將通過床層的原料氣中的二氧化碳吸附下來，其余組份(如H2、O2、CO、CH4、N2和Ar等)作為廢氣從床層出口端排出。吸附壓力最好控制在0.3～1.5MPa(表壓)范圍內(nèi)，當(dāng)二氧化碳的吸附前沿移動(dòng)至床層某一位置時(shí)，就停止吸附。接著便是解吸階段，首先是壓力均衡步驟，即從塔出口方向減壓，其目的是進(jìn)一步將床層吸附相中還吸留的氫、氧、氮、甲烷、一氧化碳等組份釋放出來，以提高床層內(nèi)二氧化碳濃度，同時(shí)利用減壓過程中釋放的廢氣作為另一塔的充壓氣。壓力均衡時(shí)，其壓力在0.15～0.35MPa(表壓)范圍。然后是順向減壓步驟，此步驟所釋放的廢氣中因含二氧化碳濃度在55～60%范圍內(nèi)，為了減少損失，故將這股氣返回原料氣系統(tǒng)回收，以提高二氧化碳的提取率。順向減壓終壓力一般控制在0.12～0.14MPa之間。在順向減壓步驟后，接著利用一部份二氧化碳產(chǎn)品氣，在順向減壓步驟終時(shí)的壓力下，從塔進(jìn)口端通過床層，并從塔出口端流出，這稱為置換步驟，也可稱為產(chǎn)品回流步驟，其目的是吸附能力強(qiáng)的二氧化碳置換殘留在床層內(nèi)的氧、氮、一氧化碳、甲烷等組份，使床層中的二氧化碳濃度大幅度提高。然后是逆著吸附時(shí)的氣流方向減壓，即從床層進(jìn)口方向減壓到-0.02～-0.01MPa(表壓)。這部份排出氣體即為二氧化碳產(chǎn)品氣的一部份。但此時(shí)床層中尚殘留有相當(dāng)一部份二氧化碳組份，必須用真空泵將其抽出，一方面抽出的氣體中二氧化碳濃度高，以提高最終產(chǎn)品二氧化碳平均濃度，同時(shí)也提高了二氧化碳的提取率，另一方面是使床層得到比較徹底的解吸，提高了床層的利用率。要達(dá)到較好的解吸效果，塔的負(fù)壓解吸最終壓力不宜高于-0.07MPa(表壓)，最后為了使解吸完畢的塔及時(shí)轉(zhuǎn)到吸附階段，還需要使吸附塔從負(fù)壓升至吸附壓力，充壓的氣體一部份來自另一個(gè)處于壓力均衡步驟的塔中釋放的廢氣，另一部份來自又一個(gè)正處于吸附步驟的塔中釋放的廢氣，充壓結(jié)束也標(biāo)志著解吸再生階段的結(jié)束，上述的整個(gè)過程均處于環(huán)境溫度下進(jìn)行。
變壓吸附法從富含二氧化碳混合氣中提取二氧化碳的“順放倒置程序”與“普通程序”的區(qū)別在于“壓力均衡”和“順向減壓”兩步驟的先后順序不同。普通程序先進(jìn)行“壓力均衡”然后再“順向減壓”，而“順放倒置程序”則相反。其余步驟相同。
本發(fā)明至少需要兩個(gè)裝填有選擇性吸附劑的吸附塔，也可以是三塔或四塔。由二個(gè)以上的塔組成的變壓吸附系統(tǒng)，其中必須有一個(gè)塔處于選擇吸附階段，而其它塔則處于解吸再生階段的不同步驟，它們根據(jù)變壓吸附的基本過程，在同一時(shí)間內(nèi)分別進(jìn)行不同的步驟，實(shí)現(xiàn)吸附和解吸的循環(huán)，達(dá)到連續(xù)提純二氧化碳的目的。
本發(fā)明所用的吸附劑可以是硅膠、A型或X型分子篩、活性炭或碳分子篩，選擇吸附劑的關(guān)鍵問題是這種吸附劑對(duì)二氧化碳的分離系數(shù)要大，同時(shí)二氧化碳又能很容易地從吸附劑中脫附出來。在變壓吸附所常用的吸附劑中，細(xì)孔硅膠能較好地滿足上述要求。
本發(fā)明的具體內(nèi)容將在下面較詳細(xì)地說明。
參看附圖。

圖1是本發(fā)明整個(gè)流程的示意圖。富含二氧化碳混合氣由系統(tǒng)外引入，通過管道10進(jìn)入壓力在0～0.04MPa(表壓)范圍內(nèi)的原料氣緩沖罐11，與來自管道27的返流氣一起經(jīng)管道12、原料氣壓縮機(jī)13、壓縮至0.3～1.5MPa(表壓)，經(jīng)管道14至水分離器15。經(jīng)分離水份后的原料氣流經(jīng)管道17進(jìn)入干燥器組18，干燥器組18可采用常規(guī)變溫干燥器。干燥器組可由兩個(gè)干燥器組成，里面充填干燥劑，例如硅膠。再生干燥劑的氣源可采用變壓吸附系統(tǒng)輸出的干燥廢氣，該干燥廢氣出變壓吸附裝置后，從管道29流經(jīng)蒸汽加熱器30，加熱到約150℃，去再生已被水吸附飽和的干燥劑。攜帶水份的再生廢氣經(jīng)管道33放至大氣。
干燥后的富含二氧化碳混合氣經(jīng)管道19進(jìn)入變壓吸附系統(tǒng)20，提取的純二氧化碳通過管道21進(jìn)入產(chǎn)品壓縮機(jī)22，壓縮到7～8MPa，經(jīng)管道23到產(chǎn)品干燥組24，干燥后的二氧化碳經(jīng)管道25送往用戶或充入鋼瓶。干燥器組24的工作原理同干燥器組18一樣，干燥器中裝填有相同的硅膠，再生干燥劑的氣源也相同。在變壓吸附系統(tǒng)中，順向減壓和置換步驟釋放出來的氣體中二氧化碳濃度高，故可作為原料通過管道27返流到原料氣緩沖罐11中去。這是本發(fā)明的特點(diǎn)之一，旨在提高二氧化碳的提取率。原料氣壓縮機(jī)13最好采用無油潤滑壓縮機(jī)，以免氣體中的油蒸汽污染變壓吸附塔中的吸附劑。
圖2是用于實(shí)施本發(fā)明過程的變壓吸附工藝流程圖。這里以三塔流程作為例子來加以說明。該工藝流程可應(yīng)用于上述圖1中的變壓吸附系統(tǒng)20。由圖2示出三個(gè)裝填有細(xì)孔硅膠的吸附塔A、B和C，它們被并聯(lián)連接在干燥后的原料氣總管19和廢氣總管42之間。自動(dòng)閥36A、36B和36C分別控制吸附塔A、B和C的原料氣進(jìn)料(本發(fā)明中所指的原料氣亦為富含二氧化碳混合氣)。自動(dòng)閥37控制不含二氧化碳的廢氣從上述相應(yīng)的吸附塔進(jìn)入廢氣總管42。
被吸附組份即二氧化碳通過逆向減壓和抽真空二個(gè)步驟從各吸附塔進(jìn)口端的產(chǎn)品氣總管49排出。自動(dòng)閥41A、41B和41C將分別控制從相應(yīng)塔進(jìn)口端排出的氣體。逆向減壓的排出氣從總管49排出后經(jīng)自動(dòng)閥52進(jìn)入真空罐53。抽真空排出氣經(jīng)產(chǎn)品總管49、自動(dòng)閥50、真空泵55進(jìn)入產(chǎn)品緩沖罐57。真空罐53起到真空泵55的前級(jí)抽真空作用，它充分利用了真空泵55在抽真空步驟外的抽空能力。產(chǎn)品緩沖罐57中大部分二氧化碳經(jīng)管道21引到圖1所示的產(chǎn)品壓縮機(jī)22，小部分二氧化碳經(jīng)管道58、置換氣壓縮機(jī)59、管道60進(jìn)入置換氣干燥器組61，干燥器組61的工作原理同干燥器組18一樣，干燥器中裝填有相同的硅膠干燥劑，再生干燥劑的氣源也相同。干燥后回流進(jìn)塔的二氧化碳經(jīng)管道62進(jìn)入置換氣緩沖罐63，再經(jīng)管道64、調(diào)節(jié)閥65、自動(dòng)閥66流經(jīng)管道49后分別經(jīng)自動(dòng)閥41A、41B和41C中之一，進(jìn)入相應(yīng)的吸附塔中去置換，置換時(shí)的吸附塔壓力由調(diào)節(jié)閥65控制。置換后的氣體從相應(yīng)塔的出口端中流出后，分別經(jīng)自動(dòng)閥39A、39B和39C中之一進(jìn)入管道44，然后再經(jīng)調(diào)節(jié)閥45返流到圖1所示的返流氣管道27。
自動(dòng)閥38A、38B和38C用于各塔之間的壓力均衡，自動(dòng)閥39A、39B和39C還用于各塔順向減壓。順向減壓步驟時(shí)的排出氣經(jīng)管道44、調(diào)節(jié)閥45返流到管道27。閥45用于控制順向減壓排出氣流速。
吸附時(shí)的廢氣經(jīng)廢氣總管42、調(diào)節(jié)閥43和管道29后流出系統(tǒng)。流出氣的一部份用作干燥器的再生氣源，其余部分放空。調(diào)節(jié)閥43主要用于控制和維持吸附時(shí)吸附塔的壓力。
自動(dòng)閥40A、40B和40C用于各塔的二次充壓過程，充壓的氣體即為來自廢氣總管42的廢氣，經(jīng)閥47并通過二充總管46流往相應(yīng)的吸附塔。閥47用于控制充氣流速。
參見表1和表2舉例的循環(huán)和時(shí)間程序就更容易了解本發(fā)明的實(shí)施過程。
由表1可見，每個(gè)塔在同一時(shí)間內(nèi)都在執(zhí)行著互不相同的步驟，在任何時(shí)候，總有一個(gè)吸附塔處于吸附步驟，并在壓力基本上恒定的情況下將廢氣排出至廢氣總管42。與此同時(shí)其它兩個(gè)塔中始終有一個(gè)吸附塔是在用廢氣充壓，即為隨后的吸附步驟作最后的準(zhǔn)備，因此原料氣可以連續(xù)不斷供給，而不是間歇的。與此同時(shí)另一個(gè)塔正在經(jīng)歷從壓力均衡到抽真空五個(gè)步驟，所以輸出的二氧化碳產(chǎn)品氣是斷續(xù)地排經(jīng)產(chǎn)品總管49，但是通過緩沖罐和自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，就能保證產(chǎn)品氣穩(wěn)定連續(xù)地從管道25輸出。
現(xiàn)在以A塔為例來說明每個(gè)塔在一次循環(huán)中所經(jīng)歷的各個(gè)步驟，并敘述圖2中參與循環(huán)切換的閥門。也列出各步驟中吸附塔所處的壓力。當(dāng)然，在以下的敘述中，壓力值和步驟時(shí)間都是屬于說明性的，對(duì)于能在本發(fā)明實(shí)施中采用最理想的壓力和每一步驟時(shí)間，決不加以任何限制。在裝置進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)前所有閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)。
0～7分鐘吸附步驟。A塔在0.8MPa(表壓)壓力下吸附。閥36A和閥37開啟，干燥的原料氣在0.8MPa壓力下從原料氣總管19流入A塔入口端并通過該塔，而由未被吸附的氫、氧、氬、氮、甲烷和一氧化碳等組成的廢氣從該塔出口端流入廢氣總管42。同時(shí)一部份廢氣經(jīng)閥47，通過管道46和閥40B對(duì)B塔進(jìn)行第二次充壓。在吸附步驟中，二氧化碳被選擇性吸附(同時(shí)還少量吸附了其它組份)，使該塔入口端形成二氧化碳吸附前沿，并逐漸向它的出口端移動(dòng)。當(dāng)二氧化碳吸附前沿移至塔內(nèi)某一定位置時(shí)吸附步驟結(jié)束。
7～7.5分鐘壓力均衡步驟。吸附步驟結(jié)束后將閥36A和37關(guān)閉，同時(shí)開啟閥38A，使A塔和C塔之間進(jìn)行壓力均衡，于是A塔死空間氣體從該塔出口端釋放，并流向剛抽好真空的C塔底部進(jìn)行均壓。均壓結(jié)束時(shí)，A、C兩塔壓力基本為0.27MPa(表壓)左右。此時(shí)，A塔內(nèi)已有二氧化碳流出。此步驟一方面利用A塔內(nèi)死空間氣體對(duì)C塔進(jìn)行一次充壓，同時(shí)使A塔內(nèi)的二氧化碳濃度得到了提高。
7.5～8.0分鐘順向減壓步驟。A塔完成壓力均衡后，關(guān)閉閥38A，同時(shí)開啟閥39A。A塔內(nèi)死空間氣體繼續(xù)朝著出口端釋放。順放過程流出的氣體經(jīng)閥39A、管道44和閥45后排出。因順放氣中二氧化碳含量高(約為60%)，為了表1適用于圖2流程的循環(huán)過程各步驟及時(shí)間程序(“普通程序”)吸附塔
表2適用于圖2流程的循環(huán)過程各步驟及時(shí)間程序(“順放倒置程序”)
減少損失，故將這股氣通過管道27返回原料氣緩沖罐11，閥45用來控制順放氣順放速度。此步驟中A塔塔內(nèi)壓力進(jìn)一步下降至0.03MPa(表壓)左右，塔中二氧化碳濃度進(jìn)一步提高。
8.0～9.5分鐘置換步驟。當(dāng)順放結(jié)束后，立即開啟閥41A、閥66。來自產(chǎn)品置換氣緩沖罐63的部分產(chǎn)品(即二氧化碳)經(jīng)閥65、閥66和閥41A流入A床，去置換尚殘存在塔內(nèi)的雜質(zhì)，以達(dá)到進(jìn)一步提高塔內(nèi)二氧化碳濃度的目的。從A塔排出的置換氣體，由塔的出口端經(jīng)閥39A、管道44、閥45和管道27返回原料氣緩沖罐11。置換過程中，塔內(nèi)壓力始終保持在0.03MPa～0MPa(表壓)之間，置換氣量由閥65控制，置換終瞬間返流氣中二氧化碳濃度在70～82%范圍內(nèi)，置換過程結(jié)束，塔內(nèi)吸留的二氧化碳濃度更進(jìn)一步提高。
9.5～10.5分鐘逆向減壓步驟。置換步驟結(jié)束后，關(guān)閉閥39A和閥66，同時(shí)開啟閥52。此時(shí)A塔被已抽真空的真空罐53抽成負(fù)壓，A塔內(nèi)被吸附的二氧化碳從塔進(jìn)口端釋放，此步驟為A塔逆向減壓，減壓終時(shí)，塔內(nèi)壓力在-0.01～-0.02MPa(表壓)范圍。真空罐53內(nèi)的二氧化碳由真空泵55經(jīng)閥54和管道56抽出送入產(chǎn)品緩沖罐57。逆向減壓過程中，從吸附劑上解吸二氧化碳的同時(shí)，也使吸附劑本身得到部分再生。
10.5～14.0分鐘抽真空步驟。當(dāng)A塔內(nèi)壓力與真空罐53壓力基本達(dá)到平衡時(shí)，逆向減壓步驟結(jié)束。此時(shí)關(guān)閉閥52、閥54，開啟閥50。由真空泵55將A塔直接抽真空，塔內(nèi)吸附劑上剩余部分二氧化碳經(jīng)閥41A和閥50抽出，此步驟為抽真空。從塔內(nèi)抽出的氣體即為產(chǎn)品氣，直接送往產(chǎn)品緩沖罐57。產(chǎn)品緩沖罐57內(nèi)二氧化碳純度99.5%。A塔內(nèi)吸附劑經(jīng)真空解吸后，絕大部分二氧化碳被抽出塔內(nèi)，此時(shí)認(rèn)為塔內(nèi)吸附劑基本再生完全。
14.0～14.5分鐘一次充壓。A塔完成了吸附、廢氣釋放、產(chǎn)品解吸回收過程后，準(zhǔn)備開始增壓。關(guān)閉閥41A、閥50、開啟閥38B、閥54，這時(shí)剛完成吸附步驟的B塔執(zhí)行壓力均衡步驟，其順向釋放出的死空間氣體經(jīng)閥38B流向A塔入口端，對(duì)A塔進(jìn)行一次充壓，直至兩塔的壓力相等，此時(shí)的壓力約為0.27MPa(表壓)左右。
14.5～21.0分鐘二次充壓步驟。A塔一次充壓之后，塔內(nèi)壓力還未達(dá)到吸附步驟的工作壓力。此時(shí)關(guān)閉閥38B，開啟閥40A。利用正處于吸附步驟的C塔所排出的吸附廢氣經(jīng)管道48、閥47和閥40A對(duì)A塔進(jìn)行二次充壓，直到A塔基本上達(dá)到吸附壓力為止。閥47用來調(diào)節(jié)二充氣體流量。
在壓力均衡、順向減壓、置換、逆向減壓這四步驟時(shí)，閥54是打開的，真空泵55對(duì)真空罐53進(jìn)行抽真空，抽出的產(chǎn)品氣(二氧化碳)送往產(chǎn)品緩沖罐57。
至此，A塔依次完成了21分鐘循環(huán)中的八個(gè)步驟，準(zhǔn)備關(guān)閉閥40A、開啟閥36A和閥37，以再輸入原料氣進(jìn)行下一次循環(huán)。
B塔和C塔的循環(huán)步驟與A塔相同，并且以三分之一的循環(huán)關(guān)系相繼進(jìn)行吸附過程，以使原料氣不斷穩(wěn)定輸入。
上述的三塔變壓吸附工藝流程是按照表1的循環(huán)過程即普通程序步驟及其時(shí)間表實(shí)施的，也可以按照表2的循環(huán)過程即“順放倒置程序”步驟及其時(shí)間表實(shí)施。表2與表1不同之處在于順向減壓步驟在壓力均衡之前完成。采用順放置換程序時(shí)，順向減壓步驟終了時(shí)的吸附塔壓力控制在0.1MPa(表壓)左右。壓力均衡步驟的兩塔平衡壓力控制在0.03MPa(表壓)以下。隔離步驟在抽真空和一次充壓之間進(jìn)行。
雖然普通程序和順放倒置程序在執(zhí)行“順向放壓”和“壓力均衡”步驟時(shí)，其時(shí)間程序互為顛倒，但其實(shí)質(zhì)是一樣的，即都是利用降壓這一手段，來實(shí)現(xiàn)在使吸附劑降壓解吸再生的同時(shí)，提高吸附塔內(nèi)二氧化碳的濃度。此外，在執(zhí)行“順放倒置程序”時(shí)，若將順向減壓終的壓力控制在0.05MPa(表壓)以下，則壓力均衡終的壓力可降到負(fù)壓，在這一過程中，由于塔內(nèi)解吸出來的CO2可以將吸附劑死空間內(nèi)的氧、氮、一氧化碳和甲烷等殘留雜質(zhì)帶出吸附塔，從而起到了置換步驟的作用，因而可以去掉程序中的“置換”步驟，起到更新工藝流程的作用。
本發(fā)明的變壓吸附工藝流程亦可采用兩個(gè)塔或四個(gè)塔的組合形式，如圖3、圖4所示。相應(yīng)流程的循環(huán)過程各步驟及其時(shí)間程序表如表3、表4所示。
兩塔或四塔組合形式的流程同三塔組合形式的流程一樣，均可使用“順放倒置程序”，因而在適當(dāng)降低順放終壓力的情況下，都可以去掉“置換”步驟，使整個(gè)工藝流程簡化。
本發(fā)明還可以將逆向減壓排出氣和抽真空排出氣分別收集，前者用作置換回流到塔中，后者供產(chǎn)品輸出，這樣在同樣操作條件下，可獲得更好的效果，但流程較復(fù)雜。
為了使本發(fā)明在實(shí)施過程中氣流更穩(wěn)定而增設(shè)一些緩沖容器或提高必要的自動(dòng)控制水平都是可以的，并沒有使本發(fā)明發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化。
應(yīng)用圖2的三塔變壓吸附工藝流程及表1和表2的循環(huán)過程各步驟及其時(shí)間程序表，進(jìn)行的下列試驗(yàn)可進(jìn)一步說明和了解本發(fā)明的特點(diǎn)試驗(yàn)1(利用普通程序)使用三個(gè)吸附塔，每個(gè)塔的內(nèi)徑為1000mm，吸附劑層高5000mm，內(nèi)裝Φ3～Φ5的細(xì)孔硅膠約3噸，以選擇吸附二氧化碳。
含二氧化碳32%(體積)的富含二氧化碳混合氣試驗(yàn)中用石灰窯氣被壓縮到0.75MPa(表壓)，溫度為常溫，進(jìn)變壓吸附系統(tǒng)之前經(jīng)預(yù)處理脫除其中的飽和表3適用于圖3流程的循環(huán)過程各步驟及其時(shí)間程序吸附塔
表4適用于圖4流程的循環(huán)過程步驟及其時(shí)間程序吸附塔
水。原料氣為900Nm3/h，吸附壓力為0.75MPa(表壓)，總循環(huán)時(shí)間10′25″，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。
表5變壓吸附生產(chǎn)二氧化碳產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果原料氣流量(Nm3/hr) 900操作壓力[MPa(表壓)]吸附0.75壓力均衡終0.27順向減壓終0.04置換0.04逆向減壓終-0.01抽真空終-0.09一次充壓終0.27二次充壓終0.74產(chǎn)品二氧化碳輸出壓力7.6二氧化碳純度(體積%)≥99.5二氧化碳提取率(%)86試驗(yàn)2(利用順放倒置程序)利用和試驗(yàn)1相同的系統(tǒng)和相同的原料氣，變壓吸附系統(tǒng)采用順放倒置程序，其試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。
表6變壓吸附生產(chǎn)二氧化碳產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果石灰窯氣流量(Nm3/hr) 900操作壓力[MPa(表壓)]吸附壓力0.75壓力均衡終0.01置換0.01逆向減壓終-0.01抽真空-0.09一次充壓終0.01二次充壓終0.74產(chǎn)品二氧化碳輸出壓力7.6二氧化碳純度(體積%)≥99.5二氧化碳提取率(%)89
權(quán)利要求
1.從各種富含二氧化碳混合氣中提取二氧化碳的變壓吸附工藝，通常由一系列裝有吸附劑的塔組成，其中每個(gè)塔都必須經(jīng)歷吸附、壓力均衡、順向減壓、置換、逆向減壓、抽真空、一次充壓、二次充壓八個(gè)步驟，這是變壓吸附普通程序的循環(huán)執(zhí)行過程；每個(gè)塔也可經(jīng)歷吸附、順向減壓、壓力均衡、(置換)、逆向減壓、抽真空、隔離、一次充壓、二次充壓九(八)個(gè)步驟，這是變壓吸附順放倒置程序的循環(huán)執(zhí)行過程。本發(fā)明的特征是從解吸階段獲得產(chǎn)品的變壓吸附法，用于富含二氧化碳混合氣中提取二氧化碳，產(chǎn)品二氧化碳純度為99.5%，本發(fā)明的變壓吸附法(以普通程序?yàn)槔?每一個(gè)塔都必須經(jīng)歷以下步驟a吸附步驟富含二氧化碳混合氣在變壓吸附系統(tǒng)中幾個(gè)裝填有吸附劑的吸附塔中的一個(gè)塔內(nèi)得到分離，不易吸附的組份是氫、氧、氬、氮、一氧化碳和甲烷，它們從塔出口端釋放，易被吸附組份二氧化碳留在塔內(nèi)，此時(shí)塔內(nèi)二氧化碳濃度得到初步提高。b壓力均衡步驟在步驟(a)結(jié)束后，該塔與某一已結(jié)束抽真空步驟的吸附塔進(jìn)口端相通，使已吸附的塔內(nèi)氣體輸往另一塔，直至兩個(gè)塔壓力基本相等為止。c順向減壓步驟在步驟(b)之后，已吸附的塔進(jìn)一步順著出口端方向減壓，直至塔內(nèi)壓力降低至接近大氣壓，塔內(nèi)二氧化碳濃度又一次提高。d置換步驟讓產(chǎn)品氣的一部份，在順向減壓終的壓力下，對(duì)剛結(jié)束步驟(C)的塔進(jìn)行回流置換，置換氣從進(jìn)口端向出口端方向通過，置換尚殘留在塔內(nèi)的其它組份。e逆向減壓步驟在步驟(d)之后，使塔內(nèi)二氧化碳逆向從塔的進(jìn)口端排出，直至塔壓降到某一負(fù)壓為止，這部分排出的二氧化碳即為產(chǎn)品氣的一部份。f抽真空步驟在步驟(e)之后，塔內(nèi)壓力已為負(fù)壓，但還吸留有一部份二氧化碳組份，這部分氣體將通過繼續(xù)抽真空抽出，抽出氣亦為產(chǎn)品氣的一部份。g一次充壓步驟利用另一剛處于壓力均衡步驟的塔頂釋放氣，對(duì)已完成步驟(f)的塔，從塔的進(jìn)口端往出口端方向進(jìn)行充壓，使塔的壓力升至與供氣源塔的壓力基本相等為止。h二次充壓步驟利用另一處于吸附步驟的塔頂釋放氣，對(duì)完成步驟(g)的塔，從塔的出口端往進(jìn)口端方向進(jìn)行再次充壓，使塔內(nèi)壓力升至基本上等于吸附壓力為止。變壓吸附順放倒置程序執(zhí)行過程，與普通程序執(zhí)行過程的區(qū)別在于順向減壓步驟在壓力均衡之前完成，且在抽真空和一次充壓之間增加一隔離步驟，其它步驟相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓吸附法，其特征是至少需要二個(gè)裝填吸附劑的吸附塔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的變壓吸附法，其特征是吸附塔內(nèi)裝填有對(duì)二氧化碳有較好選擇吸附的細(xì)孔硅膠作為吸附劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓吸附法，其特征是在吸附步驟時(shí)的吸附壓力控制在0.3～1.5MPa(表壓)范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓吸附法，其特征是在順向減壓步驟結(jié)束時(shí)的壓力控制在0.03～0.10MPa(表壓)范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓吸附法，其特征是置換步驟的操作壓力控制在0.01～0.05MPa(表壓)范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓吸附法，其特征是抽真空步驟時(shí)的操作壓力不高于-0.07MPa(表壓)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓吸附法，其特征是在置換步驟結(jié)束時(shí)，瞬間流出氣中二氧化碳濃度控制在70～82%范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓吸附法，其特征是產(chǎn)品氣由步驟(e)和步驟(f)的排出氣組成，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后可在6.0～9.0MPa(表壓)壓力下輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓吸附法，其特征是在置換步驟中所提供的置換氣是來自于步驟(e)和步驟(f)的排出氣，并經(jīng)壓縮機(jī)壓縮到高于置換所需壓力，最終控制在置換所需壓力下進(jìn)入塔中。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的變壓吸附法，其特征是在順向減壓步驟時(shí)，通過塔出口端排出的氣體需返回原料氣緩沖罐回收利用。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓吸附法，其特征是在置換步驟時(shí)，通過塔并從塔出口端排出的氣體需返回原料氣緩沖罐加以回收利用。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓吸附法，其特征是必須在真空泵進(jìn)口管道上設(shè)一個(gè)真空罐。
14.根據(jù)權(quán)利要求1和2的變壓吸附法，其特征是當(dāng)采用三個(gè)吸附塔的組合形式，并執(zhí)行順放倒置程序時(shí)，可以在步驟(f)與步驟(g)之間增加一個(gè)隔離步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求1和9的變壓吸附法，可以將步驟(e)和步驟(f)的排出氣分別收集，前者用作置換氣，后者為產(chǎn)品。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的變壓吸附法，其特征是所處理的原料氣為富含二氧化碳混合氣，它應(yīng)在進(jìn)變壓吸附裝置之前用任何方法預(yù)先脫水。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的變壓吸附法，其特征是執(zhí)行順放倒置程序時(shí)，將順向放壓力終壓控制在0.05MPa(表壓)以下，壓力均衡終壓力可以低于大氣壓力。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的變壓吸附法其特征是執(zhí)行順放倒置程序時(shí)，壓力均衡步驟的終了壓力為負(fù)壓時(shí)，可以省去置換步驟。
全文摘要
本發(fā)明是提供一種從各種富含二氧化碳混合氣中提取二氧化碳的變壓吸附方法。二氧化碳作為產(chǎn)品從解吸階段獲得。為了生產(chǎn)高純度二氧化碳產(chǎn)品，過程中利用部分產(chǎn)品氣回流到塔中去置換，以進(jìn)一步提高塔內(nèi)二氧化碳濃度。為了提高二氧化碳的提取率，將順向減壓和置換后的排出氣作為原料加以回收是必要的。用變壓吸附法從富含二氧化碳混合氣中提取的二氧化碳，可作化工原料，也可應(yīng)用在冶金、焊接、飲用及科研等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C01B31/20GK1040354SQ88105938
公開日1990年3月14日 申請(qǐng)日期1988年8月16日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月16日
發(fā)明者黃建彬, 郜豫川, 雍特先, 李思惠, 滕燕程, 藺榮立 申請(qǐng)人:化學(xué)工業(yè)部西南化工研究院