模拟移动床运行多塔变压吸附工艺分离CH4和CO2的方法

技术领域

本发明涉及甲烷回收技术领域，尤其涉及模拟移动床运行多塔变压吸附工艺分离CH

背景技术

甲烷是一种重要的清洁能源，已经被广泛地投入工业、商业以及住宅应用之中，其每年的消耗量占据全球能源消耗总量的22％。另外，甲烷燃烧时的碳排放量远低于其它传统化石能源，由于这一优势，甲烷成为未来的主体消费能源。

众所周知，沼气的主要成分是甲烷，由于沼气的来源丰富，如生活垃圾发酵、林业垃圾发酵、能源作物发酵等，使得沼气成为一种有价值的、可持续的能源载体。通过发酵得到的沼气非常规天然气，其中甲烷与二氧化碳的组成比例一般为50:50，由于酸性气体CO

传统五步真空变压吸附工艺通常包括加压、吸附、置换、抽真空、吹扫五个操作步骤。在分离过程中，通过吸附剂对甲烷与二氧化碳吸附平衡量之间的差异实现CH

在此过程中，每个步骤均采用单塔进行操作，由于受限于吸附剂的量和吸附剂的吸附能力，CH

发明内容

本发明的一个优势在于提供模拟移动床运行多塔变压吸附工艺分离CH

本发明的一个优势在于提供模拟移动床运行多塔变压吸附工艺分离CH

本发明的一个优势在于提供模拟移动床运行多塔变压吸附工艺分离CH

本发明的一个优势在于提供模拟移动床运行多塔变压吸附工艺分离CH

为达到本发明以上至少一个优势，本发明提供模拟移动床运行多塔变压吸附工艺分离CH

(1)至少两吸附塔执行吸附操作，打开一执行吸附操作的所述吸附塔塔底与混合通气装置之间连接的进料线上的进料阀、将所有执行吸附操作的所述吸附塔串联的连通线上的导流阀和其中一执行吸附操作前需被加压的所述吸附塔塔顶与CH

(2)同时，至少两所述吸附塔执行置换操作，打开一执行置换操作的所述吸附塔的塔底与CO

(3)同时，一所述吸附塔执行解吸操作，打开执行解吸操作的所述吸附塔塔底与泵之间连接的解吸线上的第二解吸阀和所述泵与所述CO

(4)在抽真空条件下，执行解吸操作的所述吸附塔塔底与所述泵之间连接的所述解吸线上的所述第二解吸阀保持打开状态，打开对应的所述吸附塔塔顶与所述CH

(5)循环步骤(1)至步骤(4)，循环前由所述混合通气装置直接导入混合气的执行吸附操作的所述吸附塔于下一次循环中最后执行置换操作，循环前与由所述混合通气装置直接导入混合气的执行吸附操作的所述吸附塔通过所述连通线串联的执行吸附操作的所述吸附塔于下一次循环中直接由所述混合通气装置导入混合气以执行吸附操作，循环前由所述CO

根据本发明一实施例，所述吸附塔内的吸附剂被实施为沸石或活性炭。

根据本发明一实施例，由所述CO

根据本发明一实施例，步骤(1)至步骤(4)循环至与所述吸附塔设置的数量相同的次数以完成一个周期，此时每一所述吸附塔执行至少两次吸附操作和至少两次置换操作。

根据本发明一实施例，所述吸附塔设置有多个，执行吸附操作的所述吸附塔和执行置换操作的所述吸附塔的数量总和相较于所述吸附塔设置的总数少一，执行吸附操作的所述吸附塔的数量和执行置换操作的所述吸附塔的数量均可调节。

根据本发明一实施例，执行吸附操作需被加压的所述吸附塔被加压所用的CH

根据本发明一实施例，所述吸附塔执行吸附操作和置换操作时的压力为101kPa-1010kPa。

根据本发明一实施例，所述吸附塔执行解吸操作时处于10kPa-20kPa的真空状态或常压。

根据本发明一实施例，所述吸附塔内的温度为常温。

根据本发明一实施例，将步骤(3)和步骤(4)所需合计时长作为每轮循环的间隔时间。

附图说明

图1示出了本发明所述变压吸附-模拟移动床工艺分离CH

图2示出了本发明所述变压吸附-模拟移动床工艺分离CH

图3示出了本发明所述变压吸附-模拟移动床工艺分离CH

图4示出了本发明所述变压吸附-模拟移动床工艺分离CH

图5示出了本发明所述变压吸附-模拟移动床工艺分离CH

图6示出了本发明所述变压吸附-模拟移动床工艺分离CH

图7示出了本发明所述变压吸附-模拟移动床工艺分离CH

图8示出了本发明所述变压吸附-模拟移动床工艺分离CH

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参考图1，依本发明一较佳实施例的模拟移动床运行多塔变压吸附工艺分离CH

所述模拟移动床运行多塔变压吸附工艺分离CH

值得一提的是，所述吸附塔10内部填充有吸附剂，CH

所述设备还包括一控流阀构件20和一通气装置组合30，所述控流阀构件20包括多个进料阀21、多个出料阀22、多个置换阀23、多个解吸阀组24、两引流阀25和多个导流阀26，所述解吸阀组24包括一第一解吸阀241和一第二解吸阀242，所述通气装置组合30包括一混合通气装置31、一CH

每一所述吸附塔10的塔底均连通一进料线并通过所述进料线与所述混合通气装置31连通，每一所述进料线上设置一所述进料阀21。每一所述吸附塔10的塔顶均连通一出料线并通过所述出料线与所述CH

所述设备还包括至少一泵40，所述泵40被安装于与所述吸附塔10塔底连通的所述解吸线上且位于所述吸附塔10与所述引流阀25之间。

所述设备还包括一控制器50，所述进料阀21、所述出料阀22、所述置换阀23、所述第一解吸阀241、所述第二解吸阀242、所述引流阀25、所述导流阀26和所述泵40均被可控地连接于所述控制器50，以由所述控制器50切换多个所述吸附塔10的运行情况。

所述模拟移动床运行多塔变压吸附工艺分离CH

步骤(1)加压与CO

打开一执行吸附操作的吸附塔10塔底与混合通气装置31之间连接的进料线上的进料阀21、将所有执行吸附操作的所述吸附塔10串联的连通线上的导流阀26和其中一执行吸附操作前需被加压的所述吸附塔10塔顶与CH

步骤(2)CH

同时，打开一执行置换操作的所述吸附塔10的塔底与CO

步骤(3)抽真空：

同时，打开执行解吸操作的所述吸附塔10塔底与泵40之间连接的解吸线上的第二解吸阀242和所述泵40与所述CO

步骤(4)真空吹扫：

在抽真空条件下，执行解吸操作的所述吸附塔10塔底与所述泵40之间连接的所述解吸线上的所述第二解吸阀242保持打开状态，打开对应的所述吸附塔10塔顶与所述CH

步骤(5)：循环步骤(1)至步骤(4)，循环前由所述混合通气装置31直接导入混合气的执行吸附操作的所述吸附塔10于下一次循环中最后执行置换操作，循环前与由所述混合通气装置31直接导入混合气的执行吸附操作的所述吸附塔10通过所述连通线串联的执行吸附操作的所述吸附塔10于下一次循环中直接由所述混合通气装置31导入混合气以执行吸附操作，循环前由所述CO

优选地，所述吸附塔10内的所述吸附剂被实施为沸石或活性炭。

优选地，混合气是经预处理除杂质后的非常规天然气，如发酵得到且经预处理除杂质后的沼气。混合气中CH

值得一提的是，由所述CO

在此过程中，步骤(1)至步骤(4)每循环一次，其中三个所述吸附塔10按序执行下一操作，以模拟移动床运行模式，以使所述吸附塔10内的气相与吸附剂固相形成逆向流动，强化CH

另外，步骤(1)至步骤(4)循环至与所述吸附塔10设置的数量相同的次数以完成一个周期，此时每一所述吸附塔10执行至少两次吸附操作和至少两次置换操作，以确保所述吸附塔10在执行置换操作前，其内部的所述吸附剂的利用率得到最大化，提高CH

优选地，所述吸附塔10设置有多个，执行吸附操作的所述吸附塔10和执行置换操作的所述吸附塔10的数量总和相较于所述吸附塔10设置的总数少一，执行吸附操作的所述吸附塔10的数量和执行置换操作的所述吸附塔10的数量均可调节，以匹配实际需要。

值得一提的是，执行吸附操作需被加压的所述吸附塔10被加压所用的CH

值得注意的是，在一个周期内，每轮循环间隔时间的选取是综合考虑加压吸附时间、置换时间和抽真空与真空吹扫时间，选择较长的时间作为每轮循环的间隔时间。通常为了保证吸附剂的高再生率，以抽真空与真空吹扫合计时长作为每轮循环的间隔时间。

优选地，所述吸附塔10执行吸附操作和置换操作时的压力为101kPa-1010kPa，以提高吸附剂的吸附量，进而提高CH

作为优选地，所述吸附塔10执行解吸操作时处于10kPa-20kPa的真空状态或常压。

优选地，所述吸附塔10内的温度为常温。作为优选地，所述吸附塔10内的温度为298K。

参考图2至图8，为方便本领域技术人员理解，现就所述吸附塔10设置有六个，且在一轮循环中，三个所述吸附塔10执行吸附操作，两个所述吸附塔10执行置换操作为例进行阐述。将六个所述吸附塔10分别被定义为塔一、塔二、塔三、塔四、塔五和塔六，此时步骤(1)至步骤(4)循环六次完成一个周期，在一个周期内，六个所述吸附塔10的操作状态如表1所示。

表1变压吸附-模拟移动床工艺分离CH

另外，分别与所述塔一、所述塔二、所述塔三、所述塔四、所述塔五和所述塔六连接的所述进料线上的所述进料阀21被定义为VF1、VF2、VF3、VF4、VF5和VF6，分别与所述塔一、所述塔二、所述塔三、所述塔四、所述塔五和所述塔六连接的所述出料线上的所述出料阀22被定义为VP1、VP2、VP3、VP4、VP5和VP6，分别与所述塔一、所述塔二、所述塔三、所述塔四、所述塔五和所述塔六连接的所述置换线上的所述置换阀23被定义为VD1、VD2、VD3、VD4、VD5和VD6，分别与所述塔一、所述塔二、所述塔三、所述塔四、所述塔五和所述塔六连接的一所述置换线上的所述第一解吸阀241被定义为VPu1、VPu2、VPu3、VPu4、VPu5和VPu6，分别与所述塔一、所述塔二、所述塔三、所述塔四、所述塔五和所述塔六连接的另一所述置换线上的所述第二解吸阀242被定义为VBP1、VBP2、VBP3、VBP4、VBP5和VBP6，分别与所述CO

表2变压吸附-模拟移动床工艺分离CH

值得一提的是，在一个周期内，每一所述吸附塔10执行三次吸附操作和两次置换操作，以提高CH

优选地，在一个周期内，每轮循环间隔6min，执行解吸操作的所述吸附塔10抽真空的时间为5min，真空压力15kPa，真空吹扫时间为1min。

以下提供本发明模拟移动床运行多塔变压吸附工艺分离CH

所述吸附塔10内填充ZSM-5沸石作为吸附剂，所述ZSM-5沸石的颗粒直径为3-5mm，BET比表面积为351.4m

优选地，所述ZSM-5沸石的填充高度为370mm，内径为32mm，填充量为169.4克。所述模拟移动床运行多塔变压吸附工艺分离CH

进料压力200kPa，吸附压力150kPa-200kPa，置换压力200kPa-250kPa，解吸真空压力15kPa，温度298K，混合气CH

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的优势已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。