[发明专利]一种无需外部供电的压缩气体净化系统及工艺

说明书

本发明提供一种无需外部供电的压缩气体净化系统及工艺，属于气体净化技术领域。该系统包括换热器、气液分离器、进气管线、吸附器、产品管线、膨胀机、加热器、蓄热器、再生管线、排气管线及多个阀，进气管线及排气管线的支路部分连接于吸附器的进料端，产品管线及再生管线的支路部分连接于吸附器的出料端，气液分离器的进气口连接于换热器的热侧排气口，换热器的热侧进气口连接于原料气入口。该系统电力自给自足，无需外部供电，从而降低系统能耗并提高系统的净化性能，在压缩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

本发明涉及气体净化技术领域，特别是指一种无需外部供电的压缩气体净化系统及工艺。

背景技术

气体净化是冶金、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。气体净化的主要作用是避免因杂质而造成危害(例如环境污染、管道冻结堵塞、材料腐蚀和爆炸)，确保后续使用或后续工序的顺利进行。

变温吸附法是一种常见的气体净化工艺，通过将原料气通入净化装置，可实现将原料气中的杂质(例如水蒸气、二氧化碳、乙炔、二氧化氮、一氧化碳、硫化氢和挥发性有机化合物)脱除至恒量水平，从而获得纯度达标的产品气。

实际应用中，现有变温吸附气体净化工艺存在以下问题：

原料气和产品气通常具有较高的压力，其原因包括以下因素中的一种或几种：原料气的气源具有较高压力、原料气因产品气需要高压而被加压、以及原料气因净化工艺要求而被加压。然而，在上述高压气体的流通过程中，将高压产品气减压后作为净化装置的吹扫气，因而存在高压气体所含的压力能被浪费的问题。

若能够采用以下节能方法，则可解决上述问题。即：通过膨胀机对上述高压气体的压力能进行利用，同时获得电能和冷量，并进一步将所述冷量用于冷却原料气，将电能投入加热器用于加热吹扫气。为了让电能连续输出，还通过设置蓄热器，并将加热器和蓄热器按特定方式连接，且以特定方法调控阀门进行切换运行。最终实现系统电力自给自足，无需外部供电。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无需外部供电的压缩气体净化系统及工艺。

该系统包括换热器、气液分离器、进气管线、吸附器、产品管线、膨胀机、加热器、蓄热器、再生管线、排气管线及阀，气液分离器的进气口连接于换热器的热侧排气口，换热器的热侧进气口连接于原料气入口，气液分离器的排气口连接进气管线的非支路部分；进气管线、产品管线、再生管线、排气管线具有支路部分和非支路部分，进气管线的两条支路部分分别通过阀一和阀二连接于吸附器一和吸附器二的进料端；排气管线的两条支路部分分别通过阀三和阀四连接于吸附器一和吸附器二的进料端；产品管线的两条支路部分分别通过阀五和阀六连接于吸附器一和吸附器二的出料端；再生管线的两条支路部分分别通过阀七和阀八连接于吸附器一和吸附器二的出料端；产品管线的非支路部分连接于膨胀机的进气口和产品气出口，膨胀机的排气口连接于换热器的冷侧进气口；蓄热器的下端连接于加热器的上端，蓄热器的上端和加热器的下端分别通过阀九和阀十连接于再生管线的非支路部分，蓄热器的上端和加热器的下端还分别通过阀十一和阀十二连接于换热器的冷侧排气口；膨胀机和加热器之间设有电缆，膨胀机为加热器提供电能。

具体包括步骤如下：

S1：原料气被导入换热器的热侧进气口，在换热器中释放热量后温度降低，然后经换热器的热侧排气口排出；

S2：来自换热器的热侧排气口的气体通过气液分离器后经进气管线通入处于吸附步骤的吸附器，使气体通过该吸附器后变为产品气并排至产品管线；

S3：来自产品管线的气体一部分作为产品气，另一部分被导入膨胀机的进气口，驱动膨胀机发电后气体的压力降低，然后经膨胀机的排气口排出；

S4：来自膨胀机排气口的气体被导入换热器的冷侧进气口，在换热器中吸收热量后温度升高，然后经换热器的冷侧排气口排出；