[发明专利]变压吸附提浓氢气的工艺

说明书

本发明属于气体分离领域，尤其涉及从含氢气体中分离氢气的变压吸附（PSA）过程。其国际专利分类号为B01D53/04。

众所周知，在许多炼油和化工装置施放气中都含有氢气，例如：加氢精制、加氢裂化、催化裂化、合成氨、烃类裂解制烯烃、合成甲醇、催化重整等装置。被施放出的含氢混合气体，通常还含有N₂、CO、CO₂、H₂O、Ar以及C₁-C₄烃等。

关于气体的分离，早在1969年U.S.P3，430，418公开了一次均压的PSA工艺;1971年U.S.P.3，564，816公开了四塔二次均压的PSA工艺，该工艺广泛用于分离含氢混合气，其氢气纯度达99.999%。为扩大装置生产能力，提高氢气回收率，U.S.P.3，986，849〔1〕公开了多塔PSA工艺。〔1〕是10个吸附塔工艺流程，在一个循环周期内有三次均压，每一时刻总有三个吸附塔处于吸附步骤，其它七个塔分别处于不同的再生阶段。该工艺简称10-3-3流程（参见附图1），吸附塔的工作程序见附图2。由图看出，该工艺当某塔吸附步骤结束后，即进行三次均压、顺向放压、逆向放压、冲洗，三次充压、产品氢充压，完成一个循环周期。USP4402712〔2〕公开了一个新的10塔PSA工艺（见附图3、4）。它是三次均压、四塔吸附，简称为10-3-4工艺流程。其发明目的是解决可同时处理两种原料气的方法。当某塔吸附步骤结束后，开始进行三次均压、顺向放压，然后逆向放压、冲洗。再生步骤结束。接着，进入升压步骤，即三次充压，产品氢充压，又进入了吸附步骤。文献〔2〕同〔1〕相比，其不同之处在于〔2〕可采用两种原料气，有两条进料管线，两条废气管线，四个塔同时处于吸附状态。在处理能力相同时，〔2〕比〔1〕的吸附塔尺寸要小些。文献〔2〕的不足之处是：当两种原料气的氢含量相差比较大时，若按含氢高的原料气设计吸附时间，则处理氢含量低的吸附塔中的吸附前沿将穿透，不能保证产品氢的纯度;若按低含氢原料气设计吸附时间，则处理高含氢的吸附塔中的吸附剂不能充分利用，将降低产品氢的收率。再者，当原料气之一流量发生变化时，则不能随流量变化而自动调整吸附周期，从而使其不能处于最佳运行状态。

本发明提出了一种改进的用于从含氢混合气体中分离提浓氢的十塔变压吸附工艺。该工艺的氢气产品的收率比已有技术高，在相同处理能力下，其吸附剂比10-3-3流程的用量少，吸附塔尺寸比10-3-3的小。

本发明的十塔流程为四次均压，四塔同时吸附，简称为L10-4-4工艺流程。该工艺在任何时刻内，总有四个塔处于吸附步骤，其它六个塔则分别处在不同的再生和升压步骤。该工艺由吸附、再生和升压三个步骤构成一个循环周期。被分离的原料气经原料管线进入吸附塔，经吸附剂吸附，产品氢通过产品管线送至氢气贮罐。吸附步骤完成后，进入再生步骤。再生步骤包括四次均压、顺向放压，逆向放压、冲洗。再生步骤结束后，进入升压（亦称充压，下同）步骤。升压步骤包括：四次充压和产品氢充压。这样就完成了一个循环周期。本发明的L10-4-4工艺，在运行的任一时刻总有四个塔处于吸附步骤，而其余各塔分别处于再生和升压步骤。

采用本发明可以最大限度地发挥吸附剂的作用，可提高氢气收率1-2%（体）。

附图1-8及其符号说明;

附图1是PSA10-3-3流程图;

附图2是PSA10-3-3流程各塔工作程序;

附图3是PSA10-3-4流程图;

附图4是PSA10-3-4流程各塔工作程序;

附图5是PSA10-4-4流程图;

附图6是PSA10-4-4流程各塔工作程序;

附图7是PSAL8-2-3流程各塔工作程序;

附图8是PSAL5-2-2流程各塔工作程序。

附图中的符号：

A-吸附，    E1D-一次均压，

E2D-二次均压，    E3D-三次均压，

E4D-四次均压，    PP-顺向放压，

D-逆向放压，    P-冲洗，

E1R-一次充压（即升压，下同），E2R-二次充压，

E3R-三次充压，    E4R-四次充压，

R-产品气充压，    Ff-原料气，

Wg-废气， P_M-产品氢;

吸附塔的编号，分别以阿拉伯数字1、2、3、4、5、6、7、8、9、10表示;图中没有注明数字的阀（）为截止阀。