[發明專利]一種負壓變壓吸附的氣體分離方法

有效

• 申請號: 201610757119.2
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN107789949B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 劉開莉;鐘雨明;蔡躍明;陳運
• 申請（專利權）人: 四川天采科技有限責任公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047;C07C7/12;C07C9/04;C07C11/24
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本發明公開一種負壓變壓吸附的氣體分離方法，包含預處理、負壓吸附濃縮工序、精制工序以及回收脫除工序；它是以變壓吸附為基礎，利用不同物料組分在負壓下的吸附分離系數及物理化學性質的差異性，采取在負壓下進行吸附的方式，通過抽空或沖洗解吸，再通過耦合各種分離方法，從而實現變壓吸附過程吸附與解吸易于匹配和平衡的循環操作來分離提純及凈化各種混合氣體的方法，尤其是分離和提純相對易吸附（且解吸相對困難的）組分。產生的非吸附氣體為中間氣體，或成為產品氣體及合格排放氣體，或進入后續的精制工序進行精制獲得產品氣體或合格排放氣體；產生的解吸氣為濃縮氣體，依次進入后續回收脫除工序進一步回收或脫除吸附質組分。

技術領域

本發明涉及氣體分離技術領域，更具體的說是涉及一種負壓變壓吸附的氣體分離方法。

背景技術

氣體分離在石油化工、煤化工、生物醫藥、精細化工、電子、發電、煤炭、食品、日用品等各行各業得到廣泛應用，尤其在大氣環境保護、工業廢氣綜合治理及工業生產節能減排中，氣體分離已成為最主要的技術方法與手段。氣體分離一般把含多種組分的混合原料氣體中需要脫除一些雜質組分，且這些雜質組分含量（濃度，均按體積比%，以下類同）小于1~10%，該分離過程稱為凈化，即脫除；其余分離過程稱為分離提純或提取。氣體分離的技術方法包括，蒸餾、吸收、萃取、膜分離、干燥及吸附等化工單元操作。針對所分離目標組分及混合原料氣體組分的不同與相應的分離原理不同，選擇不同的分離方法加以處理。由于多數工業實際應用中所處理的原料氣體組分、濃度、溫度、壓力及處理量等工況的復雜性，單一的分離方法難以發揮作用，因此，大部分需要對各種分離方法加以組合，才能有效地應用來解決氣體分離過程的許多技術瓶頸，包括擴大應用領域，降低能耗與成本，提高效率及產品氣體純度等等。

吸附分離過程是利用多孔固體（吸附劑）處理混合物流體（氣體或液體），使其中所含的一種或多種組分集聚或凝縮在其表面，達到分離目的的化工單元操作，在石油化工、煤化工、精細化工、冶金、電子、醫藥、環境保護，以及氣體工業等領域廣泛應用，其中，液相吸附主要處理液體分離，氣相吸附主要處理混合氣體的分離提純與凈化。氣體吸附主要包括變壓吸附（PSA）與變溫吸附（TSA）兩大類，也有其他類型的吸附，包括變壓變溫吸附（TPSA）及吸附與其他分離技術耦合。氣體吸附分離往往被認為是終極的單元操作，可以提取高純度的產品氣體以及深度脫除一些雜質，無法承擔類似精餾、吸收等傳統分離技術的基礎性的分離任務，同時，在許多工況下，也無法充分利用原料氣體自身能量；任何一種吸附對于同一被吸附氣體（吸附質）來說，在吸附平衡情況下，溫度越低，壓力越高，吸附量越大。反之，溫度越高，壓力越低，則吸附量越小。因此，氣體的吸附分離方法，通常采用變溫吸附或變壓吸附兩種循環過程。

變壓吸附（PSA）：如果溫度不變，在加壓的情況下吸附，用減壓（抽真空）或常壓解吸的方法，稱為變壓吸附。吸附劑對吸附質的吸附量隨著壓力的升高而增加，并隨著壓力的降低而減少，同時在減壓（降至常壓或抽真空）過程中，放出被吸附的氣體，使吸附劑再生。真空變壓吸附（VPSA）：是變壓吸附的一種，利用抽真空的辦法降低被吸附組分的分壓，使吸附的組分在負壓下解吸出來。PSA是通過改變壓力來達到吸附和解吸的目的。吸附常常是在壓力環境下進行的，變壓吸附提出了加壓和減壓相結合的方法，在一定溫度下，它通常是由加壓吸附、減壓再生所組成的吸附-解吸（再生）循環操作系統；變壓吸附PSA法盡管產品純度高，設備簡單，裝置能耗低，可自動化操作簡便，但傳統PSA也有一些顯著缺點：產品收率較低；解決不了吸附與解吸之間的矛盾，限制了許多場合中的應用，比如對微量雜質的脫附凈化、分壓較低組分的吸附回收等；對弱極性的的雜質難以吸附，強極性的微量雜質難以解吸再生等。