一种变温吸附气体净化系统及净化工艺

技术领域

本发明涉及变温吸附吸附塔及吸附剂再生的技术领域，尤其涉及一种变温吸附气体净化系统及净化工艺。

背景技术

变温吸附主要运用于微量且吸附后在常温常压下不易解吸的杂质组分的脱除，吸附剂再生在常压高温下进行，其再生分为高温冲洗再生和低温冲洗再生两个步骤。再生气源一般为变温吸附净化后的产品气或自界区外来的其他不含脱除杂质且对吸附剂性能无影响的气体。高温冲洗再生时，利用蒸汽通过加热器将再生气源升温后，自上而下通过吸附塔对床层进行升温至需要的温度，使吸附的杂质在高温下解吸出来。低温冲洗再生时，用常温的再生气自上而下通过吸附塔对床层进行低温冲洗至常温。因为高温冲洗再生时吸附的水气化以及吸附床层升温需要大量的热量，而再生气流量又是一定的，所以变温吸附再生时间一般较长(约10多小时)，也使得吸附时间较长，导致吸附剂装填量较大，设备重量增加，装置整体投资偏大。

吸附剂在高温冲洗再生时(最高再生温度约220℃)，对吸附剂官能团性能有影响。随着高温冲洗再生次数增加吸附剂性能存在一定衰减，影响吸附剂使用寿命和净化气性能指标等问题。

完成再生后的再生尾气温度为40～220℃，出界区前需通过冷却器进行冷却至～50℃，消耗大量的循环冷却水。

现有再生工艺存在的如下问题：

①变温吸附再生所需再生气量大，蒸汽和冷却水消耗量也较大，运行成本高。

②再生时间长(高温冲洗再生和低温冲洗再生总时间约10多小时)导致吸附剂装填量大，也使得吸附塔设备重量增加，装置总投资较大。

③频繁高温冲洗再生使得吸附剂性能衰减明显，影响吸附剂使用寿命和装置性能指标。或则为了解决吸附剂性能衰减造成的问题，需要额外增大吸附剂用量，从而增加装置投资。

④当使用装置净化后的产品气作为再生气源时，需要额外加大装置的处理负荷，进而增大投资和消耗。

发明内容

本发明的目的是要提供一种变温吸附气体净化系统及净化工艺。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

本发明变温吸附气体净化系统包括原料进气主管、吸附净化装置、产品气排放主管、再生加热器、再生真空泵、再生分液罐，所述吸附净化装置为多组，每组所述吸附净化装置的入口管道均与所述原料进气主管并联连接，每组所述吸附净化装置的出口管道均与所述产品气排放主管并联连接，所述吸附净化装置的入口管道上通过并联的一组分支管道与所述再生真空泵的入口连接，所述吸附净化装置的入口管道上通过另一组分支管道与降压调节阀的入口连接，所述降压调节阀的出口和所述再生真空泵的出口均与所述再生分液罐的入口连接，所述再生分液罐的出口为真空解吸出气主管，所述吸附净化装置的出口管道上通过一组分支管道同时与所述再生加热器的出口和第八程控阀的出口连接，所述再生加热器的入口与第九程控阀的出口连接，所述第八程控阀和所述第九程控阀的入口均与高温冲洗再生进气主管连接。

所述产品气排放主管的管道上连接有一根升压管的一端，所述升压管的中段设置有升压调节阀，所述升压管的另一端与所述吸附净化装置的出口管道上设置的另一组分支管道并联连接。

所述吸附净化装置的入口管道上通过另一组并联的分支管道连接高温冲洗再生出气主管。

所述吸附净化装置由原料进气支管、吸附塔、产品气排放支管、第三支管、第四支管、第一出气支管、第二出气支管、第三出气支管、第一程控阀、第二程控阀、第三程控阀、第四程控阀、第五程控阀、第六程控阀、第七程控阀组成，所述原料进气支管的一端通过所述第一程控阀与所述原料进气主管并联连接，所述原料进气支管的另一端与所述吸附塔的入口连接，所述原料进气支管的管壁上分别与所述第一出气支管、第二出气支管和第三出气支管的一端相通连接，所述第一出气支管、第二出气支管和第三出气支管的另一端与另一组所述吸附净化装置的第一出气支管、第二出气支管和第三出气支管并联相通连接，所述第一出气支管、第二出气支管和第三出气支管的终端分别串联所述第五程控阀、第六程控阀和第七程控阀，所述产品气排放支管的一端与所述吸附塔的出口连接，所述产品气排放支管的另一端与第二程控阀的一端连接，第二程控阀的另一端与产品气排放主管连接，所述产品气排放支管的管壁上分别与第三支管和第四支管的一端相通连接，所述第三支管和所述第四支管的另一端与另一组所述吸附净化装置的第三支管和第四支管并联相通连接，所述第三支管和所述第四支管的中段上串联所述第三程控阀和所述第四程控阀，所述第三出气支管连接高温冲洗再生出气主管，所述第二出气支管连接再生真空泵的入口，所述第一出气支管连接降压调节阀的入口，所述第四支管连接第八程控阀和再生加热器，所述第三支管连接升压调节阀。

本发明一种变温吸附气体净化工艺，包括真空负压再生工艺和变温冲洗再生工艺，所述真空负压再生工艺包括以下步骤：

①吸附：原料气经第一程控阀进入吸附塔，其中的杂质组分被吸附塔中装填的多种吸附剂依次吸附，得到的净化产品气经第二程控阀排出，随着吸附的进行，当杂质的前沿上升至接近吸附床高度时，关闭第一程控阀、第二程控阀，停止吸附；

②逆放：吸附过程结束后，吸附塔的吸附前沿已基本达到床层出口，这时打开第五程控阀，逆着吸附方向将吸附塔压力降至常压，此时被吸附的杂质组分少部分开始从吸附剂中解吸出来，逆放解吸气经降压调节阀调节后进入再生分液罐，然后随真空解吸气一并进入燃气管网；

当吸附压力较低或再生压力与吸附压力接近时，则不需要该工艺步骤②；

③真空负压再生：逆放结束后，打开第六程控阀，利用再生真空泵对吸附床层进行抽真空解吸，此时吸附剂吸附的杂质在负压下解吸出来，完成吸附剂再生，真空再生气经再生分液罐后，与逆放解吸气一并进入燃气管网；

④升压：真空负压解吸结束后，打开第三程控阀，通过升压调节阀将净化后的产品气逆着吸附方向将吸附塔缓慢升压至吸附压力，之后此吸附塔就转入下一次吸附过程；

当无步骤②时，则不需要该工艺步骤④；

多台吸附塔交替进行以上的吸附和再生过程，就可实现原料气的连续净化；

所述变温冲洗再生工艺包括以下步骤：

⑤切除吸附塔：当吸附塔完成负压再生后，由控制系统将吸附塔进行切除，使该吸附塔与系统中其他吸附塔进行隔离，为变温冲洗再生做准备，此时除该吸附塔以外的其他吸附塔仍以真空负压再生方式运行；

⑥高温冲洗再生：打开第九程控阀、第四程控阀、第七程控阀，来自界区外的再生气经再生加热器升温到约240℃后自上而下穿过吸附塔，对吸附塔床层进行高温冲洗至要求的温度，高温冲洗解吸气进入火炬气管网；

高温冲洗再生，吸附塔再生出口气体温度在开始阶段维持在40℃，当逐渐缓慢升温至≥150℃时，即结束该步骤⑥；

⑦恒温冲洗再生：当高温冲洗再生的吸附塔出口温度达到要求温度时，为使吸附剂得到充分再生而持续保持较高温度冲洗的过程，即恒温冲洗，根据解吸物质的不同恒温温度控制在150-220℃；

⑧低温冲洗再生：当恒温冲洗结束后，开始对吸附塔进行低温冲洗，此时关闭第九程控阀，打开第八程控阀、第四程控阀、第七程控阀，使温度≤40℃低温冲洗气自上而下进入吸附塔，对吸附塔床层进行低温冲洗至要求的温度，再生解吸气进入火炬气管网；

低温冲洗再生，吸附塔再生出口气体温度在开始阶段基本维持在≥150℃，当逐渐缓慢降温至≤45℃时，即结束该步骤⑧；

⑨投入吸附塔：低温冲洗再生结束后关闭与切除吸附塔相连的所有程控阀门，通过控制系统将吸附塔投入运行，至此吸附塔完成一个变温冲洗再生过程。

本发明的有益效果是：

本发明是一种变温吸附气体净化系统及净化工艺，与现有技术相比，本发明具有如下效果：

①装置运行时吸附剂再生方式为真空负压再生，真空负压再生运行几个月后当装置控制指标出现上升趋势时才切换一次变温冲洗再生，一次变温冲洗再生后接着进行几个月真空负压再生至下一次变温冲洗再生，如此循环再生。采用该循环再生方式可节约一直采用变温冲洗再生所需的再生气和蒸汽消耗及循环冷却水消耗。以处理量为60000Nm

②由于原料气中需要脱除杂质含量为微量，那么脱除杂质的总量也就不多，采用真空负压解吸时真空泵所需抽气量较小，一个塔抽真空时间控制在几个小时，这样真空负压解吸时间只有变温冲洗再生解吸时间的约40％，则真空负压解吸工艺吸附剂装填量可减少至变温冲洗再生所需吸附剂量的约70％。吸附剂量减少，吸附塔设备也随之减小，装置总体投资将大幅降低。

③由于几个月才进行一次变温冲洗再生，因高温冲洗再生引起的吸附剂性能衰减得到有效减缓，吸附剂使用寿命和装置性能指标得到有效保证，同时吸附剂用量也可适当减少，从而降低装置投资。

④当采用净化后的产品气作为再生气源时，真空负压再生工艺较变温冲洗再生工艺可减少装置设计负荷10％，即可节约原料气流量和提高有效气体的收率，同时降低装置总体投资。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-原料进气主管，2-吸附净化装置，3-产品气排放主管，4-再生加热器，5-再生真空泵，6-再生分液罐，7-升压管，8-原料进气支管，9-吸附塔，10-产品气排放支管，11-第三支管，12-第四支管，13-第一出气支管，14-第二出气支管，15-第三出气支管，16-高温冲洗再生进气主管，17-真空解吸出气主管，18-高温冲洗再生出气主管。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示：本发明包括原料进气主管1、吸附净化装置2、产品气排放主管3、再生加热器4、再生真空泵5、再生分液罐6，所述吸附净化装置2为多组，每组所述吸附净化装置2的入口管道均与所述原料进气主管1并联连接，每组所述吸附净化装置2的出口管道均与所述产品气排放主管3并联连接，所述吸附净化装置2的入口管道上通过并联的一组分支管道与所述再生真空泵5的入口连接，所述吸附净化装置2的入口管道上通过另一组分支管道与降压调节阀V11的入口连接，所述降压调节阀V11的出口和所述再生真空泵5的出口均与所述再生分液罐6的入口连接，所述再生分液罐6的出口为真空解吸出气主管17，所述吸附净化装置2的出口管道上通过一组分支管道同时与所述再生加热器4的出口和第八程控阀V8的出口连接，所述再生加热器4的入口与第九程控阀V9的出口连接，所述第八程控阀V8和所述第九程控阀V9的入口均与高温冲洗再生进气主管16连接。

所述产品气排放主管3的管道上连接有一根升压管7的一端，所述升压管7的中段设置有升压调节阀V10，所述升压管7的另一端与所述吸附净化装置2的出口管道上设置的另一组分支管道并联连接。

所述吸附净化装置2的入口管道上通过另一组并联的分支管道连接高温冲洗再生出气主管18。

所述吸附净化装置2由原料进气支管8、吸附塔9、产品气排放支管10、第三支管11、第四支管12、第一出气支管13、第二出气支管14、第三出气支管15、第一程控阀V1A、第二程控阀V2A、第三程控阀V3A、第四程控阀V4A、第五程控阀V5A、第六程控阀V6A、第七程控阀V7A组成，所述原料进气支管8的一端通过所述第一程控阀V1A与所述原料进气主管1并联连接，所述原料进气支管8的另一端与所述吸附塔9的入口连接，所述原料进气支管8的管壁上分别与所述第一出气支管13、第二出气支管14和第三出气支管15的一端相通连接，所述第一出气支管13、第二出气支管14和第三出气支管15的另一端与另一组所述吸附净化装置2的第一出气支管13、第二出气支管14和第三出气支管15并联相通连接，所述第一出气支管13、第二出气支管14和第三出气支管15的终端分别串联所述第五程控阀V5A、第六程控阀V6A和第七程控阀V7A，所述产品气排放支管10的一端与所述吸附塔9的出口连接，所述产品气排放支管10的另一端与第二程控阀V2A的一端连接，第二程控阀V2A的另一端与产品气排放主管3连接，所述产品气排放支管10的管壁上分别与第三支管11和第四支管12的一端相通连接，所述第三支管11和所述第四支管12的另一端与另一组所述吸附净化装置2的第三支管11和第四支管12并联相通连接，所述第三支管11和所述第四支管12的中段上串联所述第三程控阀V3A和所述第四程控阀V4A，所述第三出气支管15连接高温冲洗再生出气主管18，所述第二出气支管14连接再生真空泵5的入口，所述第一出气支管13连接降压调节阀V11的入口，所述第四支管12连接第八程控阀V8和再生加热器4，所述第三支管11连接升压调节阀V10。

本发明循环再生工艺的具体工作原理如下：

现以吸附塔9为例描述主流程的整个过程，多个吸附净化装置2中吸附塔9工作过程完全相同。

一、真空负压再生过程：

真空负压再生是利用吸附剂在负压下对杂质的吸附能力明显减弱，而从使吸附杂质从吸附剂中解吸出来的原理使吸附剂得到再生，该过程需借助动力设备实现。对脱除微量强吸附能力杂质的解吸效果而言：真空负压再生效果强于常压冲洗再生效果但弱于变温冲洗再生效果。故这种工况下，吸附剂经过几个月时间的真空负压再生后需要采用变温冲洗再生来强化再生效果。

当吸附剂初次投运或经变温冲洗再生后即可投入真空负压再生，其工艺过程如下：

1吸附：

原料气经第一程控阀V1A进入吸附塔9，其中的杂质组分被吸附塔9中装填的多种吸附剂依次吸附，得到的净化产品气经第二程控阀V2A排出。随着吸附的进行，当杂质的前沿(即：吸附前沿)上升至接近吸附床一定高度时，关闭第一程控阀V1A、第二程控阀V2A，停止吸附。

2逆放

吸附过程结束后，吸附塔9的吸附前沿已基本达到床层出口。这时打开第五程控阀V5A，逆着吸附方向将吸附塔9压力降至常压，此时被吸附的杂质组分少部分开始从吸附剂中解吸出来。逆放解吸气经降压调节阀V11调节后进入再生分液罐，然后随真空解吸气一并进入燃气管网。

当吸附压力较低(如煤气净化，其吸附压力约10KPa)或再生压力与吸附压力接近时，则不需要该工艺步骤。

3真空负压再生：

逆放结束后，打开第六程控阀V6A，利用再生真空泵对吸附床层进行抽真空解吸。此时吸附剂吸附的杂质在负压下解吸出来，完成吸附剂再生。真空再生气经再生分液罐后，与逆放解吸气一并进入燃气管网。

4升压：

真空负压解吸结束后，打开第三程控阀V3A，通过升压调节阀V10将净化后的产品气逆着吸附方向将吸附塔缓慢升压至吸附压力，之后此吸附塔就转入下一次吸附过程。

当无逆放步序即第2步时，则不需要该工艺步骤。

4台吸附塔交替进行以上的吸附和再生过程，就可实现原料气的连续净化。

二、变温冲洗再生过程

变温冲洗再生包括三个主要工艺过程：高温冲洗再生、恒温冲洗再生、低温冲洗再生。

变温冲洗再生分为对床层升温和冲洗两个方面，其原理是利用吸附剂在较高温度时对吸附杂质吸附能力减弱，同时利用再生气中吸附杂质含量低而吸附剂微孔及间隙间吸附杂质浓度高，再生气在自上而下的冲洗过程中通过吸附床层时吸附杂质由高浓度向低浓度传递，使吸附剂得到解吸和再生。

吸附塔9在经过真空负压再生方式运行几个月后当装置控制指标有上升趋势时，需要进行变温冲洗再生，过程如下：

1切除吸附塔

当吸附塔9完成负压再生后，在控制系统中将吸附塔9进行切除，使吸附塔9与系统中其他吸附塔进行隔离，为变温冲洗再生做准备。此时除吸附塔9以外的其他吸附塔仍以真空负压再生方式运行。

2高温冲洗再生

打开第九程控阀V9、第四程控阀V4A、第七程控阀V7A，来自界区外的再生气(也可用装置系统内的净化产品气作为再生气源)经再生加热器升温到约240℃后自上而下穿过吸附塔，对吸附塔床层进行高温冲洗至要求的温度，高温冲洗解吸气进入火炬气管网。该过程因为是将吸附塔切除后进行再生，可通过延长高温冲洗时间来减少再生气和蒸汽的用量，通常需要几天时间。

高温冲洗再生，吸附塔再生出口气体温度在开始阶段基本维持在40℃，当逐渐缓慢升温至≥150℃时，即结束该步骤。

3恒温冲洗再生

当高温冲洗再生的吸附塔出口温度达到要求温度时，为使吸附剂得到充分再生而持续保持较高温度冲洗的过程，即恒温冲洗。根据解吸物质的不同恒温温度控制在150-220℃，恒温冲洗时间约几个小时。

4低温冲洗再生

当恒温冲洗结束后，开始对吸附塔进行低温冲洗，此时关闭第九程控阀V9，打开第八程控阀V8、第四程控阀V4A、第七程控阀V7A，使温度≤40℃低温冲洗气自上而下进入吸附塔，对吸附塔床层进行低温冲洗至要求的温度，再生解吸气进入火炬气管网。该过程因为是将吸附塔切除后进行再生，可通过延长低温冲洗时间来减少再生气和冷却水的用量，通常需要几天时间。

低温冲洗再生，吸附塔再生出口气体温度在开始阶段基本维持在≥150℃，当逐渐缓慢降温至≤45℃时，即结束该步骤。

5投入吸附塔

低温冲洗再生结束后关闭吸附塔9所有程控阀门，在控制系统中将吸附塔9投入运行，至此吸附塔9完成一个变温冲洗再生过程。

吸附塔9接着运行真空负压方式进行再生，几个月后当装置控制指标再次有上升趋势时再进行下一次变温冲洗再生。如此进行真空负压再生和变温冲洗再生不断循环，完成吸附床层整个再生过程，故称为循环再生工艺。

在采用变温吸附脱除原料气微量杂质的装置中，单独的负压再生方式、负压再生和变温冲洗再生串联或并联或循环切换的再生方式，均属于本循环再生工艺。

上述实施例仅为本循环再生工艺的优选实施方式之一，不应当用于限制本循环再生工艺的保护范围，但凡在循环再生工艺的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本循环再生工艺一致的，均应当包含在本循环再生工艺的保护范围之内。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。