[实用新型]一种多床变温吸附气体净化系统

说明书

本实用新型提供一种多床变温吸附气体净化系统，属于气体净化技术领域。该系统包括至少三个吸附床，每个吸附床均设有进料端和出料端，原料管线和排气管线连接吸附床的进料端，集气管线连接吸附床的出料端，加热管线连接吸附床的进料端和出料端，加热管线上设置加热器。原料气通过原料管线进入每一个吸附床，每个吸附床均重复执行吸附步骤、加热步骤、预冷步骤和冷却步骤的循环。本实用新型可减小变温吸附气体净化系统的余热排放并提高其产品气回收率，在空气干燥和天然气处理等工业场合具有重大节能意义。

技术领域

本实用新型涉及气体净化技术领域，特别是指一种多床变温吸附气体净化系统。

背景技术

气体净化过程是冶金、能源、化工、环保等领域中一种常见的原料气处理过程，例如气体污染物脱除、压缩空气干燥、以及原料天然气干燥等，其主要目的是将原料气中的杂质(水蒸气、二氧化碳、乙炔、二氧化氮、一氧化碳、硫化氢、挥发性有机化合物等)脱除至痕量水平，获得纯度达标的产品气，由此避免因杂质造成的环境污染、管道冻结堵塞、材料腐蚀、爆炸等危害，保证后续使用或工序的顺利进行。

变温吸附工艺是一种常用的气体净化工艺，该工艺是通过吸附床实现的，其中吸附床具有进料端和出料端，吸附床内填充有特定厚度的吸附剂。变温吸附工艺的净化原理为：在工作模式下，原料气持续通入吸附床进行杂质吸附并变为产品气，并且在到达预定时间后停止通入原料气，吸附床切换至再生模式进行再生，以便其重复使用，从而使得吸附床在工作和再生这两种模式下交替运行。为了连续获得产品气，常规的变温吸附气体净化系统中一般并联两个吸附床以便切换使用(参见附图1)。

工作模式中，吸附床主要经历一个步骤：吸附步骤，将原料气通入吸附床的进料端以便进行气固接触，经过吸附剂对原料气中的杂质进行选择性吸附之后，从吸附床的出料端获得不含杂质的产品气。常用吸附剂有分子筛、氧化铝、硅胶和活性炭等。吸附过程具有热效应，吸附时会放出热量，而脱附时则需要吸收热量。吸附剂的吸附容量随温度上升而降低，因此，为保证吸附剂的吸附容量，吸附过程一般在常温下进行。吸附过程中，吸附剂床层中会形成杂质的浓度前沿，它还会沿着原料气的流通方向不断向前推进。当到达转效点或预定时间之后，需要对吸附床或者说吸附剂进行再生，以便其重复使用，即吸附床切换至再生模式。

再生模式中，吸附床经历的步骤包括加热步骤、冷却步骤以及其他步骤。其中主要步骤为加热步骤和冷却步骤，除此之外，因实际需要，吸附床还可能经历其它步骤，例如：改变吸附床内部压力的增压步骤和减压步骤，因为在某些实例中，吸附床需要在高压下吸附但在常压下进行再生，所以再生之前需进行减压操作，并在吸附之前增压。加热步骤中，加热吸附剂以便脱附其所吸附的杂质；冷却步骤中，冷却吸附剂以便恢复其吸附能力。

加热和冷却步骤是通过向吸附床内通入不同温度的再生气实现的，即沿原料气的流通方向的相反方向把再生气通入吸附床的出料端。再生气通常不含杂质，一般来源于吸附床的产品气，由于产品气是通过消耗能源而获得的，因此应设法减少再生气消耗量以减小产品气损耗，进而提高系统的产品气回收率。另外，为了降低系统能耗，应尽量节约热量投入，例如目前普遍采用“热脉冲”法对吸附床进行再生，即在整个吸附床(所有吸附剂)升温至再生温度之前便结束加热转而开始进行冷却。

基于“热脉冲”法再生的加热步骤中，常温的再生气经加热器加热升温至再生温度，然后通入吸附床，高温再生气穿过床层时，一方面将热量带给吸附剂，用于其升温和脱附吸附质，另一方面还将脱附的杂质带出吸附床。针对不同吸附剂所采用的再生温度有所不同，但一般都在50℃至300℃之间。随着高温再生气的持续通入，床层中会形成一个加热温度前沿，它还会沿着再生气的流通方向不断向前推进。加热步骤结束时，加热温度前沿推进至床层中间的某位置。