[发明专利]一种带热泵系统的变压吸附工艺

说明书

本发明涉及一种改进的变压吸附工艺，变压吸附工艺至少设置3个以上吸附塔，在吸附塔中设立热泵系统，热泵的工作液气化温度为35℃~70℃，其中吸附塔在处于吸附过程时，吸附剂放热，热泵内液体温度升高，液体处于气化过程，由此，吸附剂传热给热泵，使吸附剂的温度升高幅度符合工艺要求，热泵送出的气体自动送入处于解吸状态的吸附塔，解吸状态的吸附塔中，吸附剂吸热，热泵内气体被冷却处于液化过程，热泵传热给吸附剂，使吸附剂的温度降低幅度符合工艺要求；变压吸附过程是吸附与解吸变化的过程，由此，热泵的循环工作方式与吸附塔同步，吸附剂床层温度变化比无热泵系统减少。

技术领域

本发明涉及化工、节能、环保领域，是一种有效提高吸附剂效率，减少能量消耗的方法。

背景技术

对于变压吸附过程，不设立冷却与加热系统，吸附过程，吸附热使吸附剂温升高，不利于吸附剂吸附更多的吸附质，而解吸过程，吸附质吸热，吸附剂温度降低，不利于吸附剂中吸附质解吸，因此，单位吸附剂吸附解吸量的差值远低于等温吸附与解吸过程，吸附剂使用效率降低。

对于吸附过程大量放热的变压吸附分离工艺，通常的方法是在吸附塔中设立冷却系统和加热系统。然而冷却与加热系统的设立，热流体与冷流体的频繁更换，不利于吸附剂接近等温吸附过程，变压吸附循环时间加长，仍然不利于吸附剂使用效率的提高。

热泵的工作原理是在设定的温度范围内，液体通过气化带走热量，而气体通过液化散发热量。

气体吸附过程的发热与解吸过程的吸热同时在两个或两个以上不同的吸附塔中进行，总的吸附热与解吸热接近。

发明内容

变压吸附过程，为了解决吸附过程热量的移走与解吸过程热量的供给，工艺至少设置3个以上吸附塔。在吸附塔中设立热泵系统，每个热泵系统设立20%截面积以上的热泵，热泵的工作液气化温度为35℃~70℃，具体设计范围以吸附剂的最佳工作温度范围来确定，其中吸附塔在处于吸附过程时，吸附剂放热，热泵内液体温度升高，液体处于气化过程，由此，吸附剂传热给热泵，使吸附剂的温度升高幅度符合工艺要求，该温度升高幅度远低于无热泵的同状态吸附塔，热泵气体通过热泵系统自动送入热泵的液化端即处于解吸状态的吸附塔，解吸状态的吸附塔中，吸附剂吸热，热泵内气体被冷却并处于液化过程，热泵传热给吸附剂，使吸附剂的温度降低幅度符合工艺要求，该温度降低幅度远低于无热泵的同状态吸附塔；变压吸附过程是吸附与解吸变化的过程，由此，热泵的循环工作方式与吸附塔同步，吸附剂床层温度变化比无热泵系统减少。

具体实施方式

实施例1：变压吸附制氧装置，设立3个吸附塔，每个吸附塔中设立20%截面积的热泵管，所有的热泵管道均连接在一起，管内常压充装10%的液体，该液体在常压下的气化温度设定在35℃。当其中A吸附塔处于吸附状态时，吸附剂的温度由35℃逐渐升高到39℃，热泵内液体被加热，当吸附剂温度超过35.2℃时，吸附剂传热给热泵，热泵内液体气化并自动升压后送入处于解吸状态的C吸附塔。吸附过程结束，热泵液体有5%气化，仍然留有5%液体在热泵管中。吸附过程整个温升被控制在5℃以内。A吸附塔进入解吸过程，吸附剂温度从39.5℃开始下降，而从B吸附塔自动送来的热泵气体在A塔中冷凝液化，吸收从吸附剂中送来的冷量，直到解吸过程结束，吸附剂温度降低到35℃，A塔热泵管内液体量增加到原来的状态，即10%的液体。

由此，吸附剂床层温度变化被有效的控制在5℃以内，吸附剂的温度变化比未加热泵时的11℃降低到了5℃，吸附剂利用效率提高27%。