[发明专利]一种变压吸附脱除工业气体中二氧化碳的方法

说明书

本发明公布了一种变压吸附脱除工业气体中二氧化碳的方法，通过变压吸附装置实现脱除工业气体中的二氧化碳；变压吸附装置包括至少四个吸附塔和多个用于控制气流的控制阀门；每个吸附塔中均装有能选择吸附二氧化碳的吸附剂；工业气体通过吸附塔，每个吸附塔均依次经历吸附、高压氮气置换、逆放、低压氮气冲洗、终充、预吸附步骤；通过选择步骤的时间设计不同的工艺流程；通过控制阀门的开关设置多塔工艺的时序步骤，通过多塔交替使用实现对含二氧化碳工业气体的连续脱碳，得到含氢气的净化气。本发明方法能够提高产品氢气回收率，减少投资和运行费用，且工艺简单、通用性强。

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，具体涉及一种变压吸附脱除工业气体中二氧化碳的方法。

背景技术

对于涉及二氧化碳的工业生产过程，处理二氧化碳主要有两个方面的目的：一方面是从混合气中净化脱除二氧化碳，另一个方面是从混合气中提纯二氧化碳。

在很多工业生产过程中二氧化碳的存在会对生产具有不利影响，必须予以脱除，例如，合成氨变换气中含有18％～28％的二氧化碳，在进合成氨精炼工段前必须脱去二氧化碳，所得氢气和氮气用来生产合成氨；合成氨原料气采用乙醇胺循环脱硫时，二氧化碳对乙醇胺吸收H₂S有严重的影响；在高密度聚乙烯生产过程中，原料气中含有的二氧化碳杂质会使催化剂活性大幅度下降，在环氧乙烷的生产中杂质气二氧化碳的积累会影响Ag催化剂的活性。因此选用高效而又经济的脱除二氧化碳(以下简称脱碳)方法非常重要。

目前工业上采用的二氧化碳分离方法主要有：溶剂吸收法、变压吸附法、膜分离法等。这些方法在经济性、选择性以及适用性等方面都存在各自的特点，现在工业上应用最为广泛的脱碳方法是溶剂吸收法和变压吸附法。近几十年来，经过许多研究和设计单位对变压吸附法脱除二氧化碳过程的改进，变压吸附法装置生产能力不断提高，脱除二氧化碳后产品气纯度能够满足不同生产过程要求，但是对有效组分(如：氢气、一氧化碳)的回收率较低。传统的变压吸附脱除二氧化碳工艺，如中国专利CN1069708A所示，其每个吸附塔通常经历吸附(A)、均压降(ED)、逆放(BD)、抽真空(V)、均压升(ER)、终充(FR)等六个基本步骤；CN1069708A的氢气回收率可达到95％，其实施例中氢气最高回收率达97.71％。

然而，现有技术中的氢气回收率仍然需要进一步提高，且其投资费用和运行费用高，需要进一步对现有技术进行改进，使得能够在提高氢气最高回收率的同时，降低投资费用和运行费用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供变压吸附脱除工业气体中二氧化碳的方法，其在提高产品氢气的回收率的同时大幅降低投资费用和运行费用，氢气回收率达99.5％以上。

本发明申请人意外发现，在变压吸附循环中，增加高压氮气置换和低压氮气冲洗步骤，可实现增加氢气的回收率同时可取消抽空步骤，氢气的回收率高达99.5％以上。

本发明提供的技术方案是：

一种采用变压吸附装置脱除工业气体中的二氧化碳的方法，所述变压吸附装置包括至少四个吸附塔；含二氧化碳的工业气体以一定压力通过吸附塔；每个吸附塔都依次经历吸附步骤、高压氮气置换步骤、逆放步骤、低压氮气冲洗步骤、终充步骤、预吸附步骤等六个基本步骤。

进一步优选，一种变压吸附脱除工业气体中二氧化碳的方法，通过变压吸附装置来实现脱除含氢气、二氧化碳等的工业气体中的二氧化碳，变压吸附装置包括至少四个吸附塔和多个用于控制气流的流通断开的控制阀门；含二氧化碳的工业气体在常温下以一定压力通过吸附塔，每个吸附塔中均装有能选择吸附二氧化碳的吸附剂；每个吸附塔都依次经历吸附、高压氮气置换、逆放、低压氮气冲洗、终充、预吸附等六个基本步骤。上述六个基本步骤中，可以选择步骤的时间设计不同的工艺流程；通过控制阀门的开关设置四塔或多塔工艺步骤的时序步骤，通过四塔或多塔交替使用实现对含二氧化碳工业气体的连续脱碳。

本发明的变压吸附循环的具体工艺过程控制如下：