[发明专利]基于变压吸附的高纯气体制备方法

说明书

本发明涉及气体纯化领域，尤其是一种基于变压吸附的高纯气体制备方法。本方法在保留吸附塔再生均压的基础上，在吸附路径上串联多个吸附塔，有效提高产品气的纯度，再生时，将再生完成的吸附塔串联入吸附路径之后，将原吸附路径的第一级吸附塔断开，进行再生，以此种方式可以降低吸附塔更换时，对于产品气纯度的影响；同时吸附塔仍然保留原均压操作的优势，可以保持较大吸附压力，减少压力降，降低气流波动，有效提高气体收率。本申请可以用于氢气、甲烷等各类气体的纯化，以获得更高纯度的产品气体。

技术领域

本发明涉及气体纯化领域，尤其是一种基于变压吸附的高纯气体制备方法。

背景技术

变压吸附，简称PSA，是由加压吸附、减压再生组成的吸附—解吸系统。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，在加压的情况下吸附在减压至常压或抽真空过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂获得再生。系统中通常包含多个吸附塔，各个吸附塔循环交替进行加压吸附和减压再生过程，使原料气不断输入，产品气不断输出。

吸附塔的升压和降压通常采用多塔均压的方式，即处于降压再生状态的吸附塔将吸附塔内的气体均给处于预升压状态且压力比其低的吸附塔，使再生状态的吸附塔降压，预升压状态的吸附塔实现升压，这样可以有效的利用吸附塔内的余气，避免将其排出系统，造成浪费，提高回收率，同时吸附塔的多次升压和多次降压，回收降压塔内的压力和降低气体对吸附剂床层的冲击波动。

例如，公开号为CN108310909A的专利申请公开了一种含CO的精对苯二甲酸尾气变压吸附提取H2的方法，其实施例1即采用5台并联的吸附塔，每个吸附塔在一次循环周期中分别经历吸附、均压降、抽空、均压升、终充等过程，该过程为5-1-3V，即5个吸附塔中始终有1个吸附塔处于吸附状态，其余4个吸附塔处于解吸、升压等过程中，其中进行了3次均压。

在变压吸附中，气体提纯的纯度主要受吸附压力、吸附剂的装填量，吸附塔的高度等因素影响，上述方式虽然通过多次均压平稳地达到较高的吸附压力，但是始终仅有一个吸附塔进行吸附，单个吸附塔吸附能力始终有限，而通过增加塔身高度等方式提升吸附能力又会较大程度上增加成本。针对此情况，部分现有技术采用了串联型变压吸附的方式，这些变压吸附方式多是将第一套系统吸附后的气体全部作为第二套系统吸附的原料气，再次进行吸附，也就是采用串联两套系统分两步或多步来完成变压吸附产出产品。但是这会带来第二级以上的吸附塔利用率低、两套系统难以相互配合进行均压等情况。

鉴于此问题，公开号为CN1460535A的专利申请公开了一种直接串联式一步法变压吸附工艺，该系统中包含至少三个吸附塔组，每个吸附塔由两个吸附塔直接串联而成，原料气进入某塔组中连通的第一、二级吸附塔吸附，当产品中易吸附组分即将超标时，将输出切断，接着将该塔组与其他吸附塔组或/和均压塔、其他吸附塔组中的某一吸附塔以及该塔组中的某塔与其他吸附塔组中的某一吸附塔进行均压降，最终均压降后，将该塔组中第二级塔逆着进气方向抽空的气体回收，随后进行均压升，终充，如此周而复始。此专利申请通过在变压吸附系统中直接串联两个吸附塔作为塔组，有效提高了难吸附组分产品的纯度，但是仍然存在一些问题，主要在于所需的吸附塔数量较多，至少为3组即6个吸附塔，同时每组吸附塔中的两个吸附塔固定搭配，并同时轮换进行吸附、均压、解吸等过程，使得产品气的纯度波动相对较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于变压吸附的高纯气体制备方法，获得高纯度气体的同时，使产品气纯度更加稳定。

本发明公开的基于变压吸附的高纯气体制备方法，利用至少两个吸附塔串联形成吸附路径执行吸附，将原料气通过原料气管路通入执行吸附的第一级吸附塔，并依次通过其余执行吸附的吸附塔，纯化后的产品气从执行吸附的最后一级吸附塔流出进入产品气管路，未执行吸附的吸附塔分别执行包含均压、终升以及解吸的再生过程；