一种无净化气损失的变温吸附系统的制作方法

1.本实用新型涉及变温吸附技术，具体涉及一种无净化气损失的变温吸附系统。


背景技术：

2.变温吸附(tsa)技术广泛用于石油化工行业的气体分离和净化。现有技术中，常见的氢气干燥、天然气干燥、voc治理通常采用包括2
‑
3台吸附塔的变温吸附工艺技术。吸附塔再生通常采用经过减压的低压净化气作为吸附塔的再生气源。由于，吸附塔用于再生的净化气压力较低，再生后的工艺气无法回收，通常只能进入厂内燃料气管网或排放至火炬系统烧掉，从技术经济和环保角度分析，十分不合理。
3.根据行业经验，若采用低压净化气作为吸附塔的再生气源，再生所用的净化气量约占变温吸附装置原料气量的10～18％，若不对用于吸附塔再生的净化气进行回收，不仅会造成能源的极大浪费，而且增加了尾气的排放。


技术实现要素：

4.为了降低能源的浪费，本实用新型提供一种无净化气损失的变温吸附系统。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种无净化气损失的变温吸附系统，包括吸附塔，接入吸附塔的产品原料气输入管线、净化原料气输入管线和冲洗管线，接出吸附塔的产品气输出管线、净化气输出管线和再生气输出管线，与产品原料气输入管线和净化原料气输入管线均连通的原料气输入管线；所述变温吸附系统还包括连通产品原料气输入管线和再生气输出管线的再生气返回管线，以及设置在产品原料气输入管线上的流量调节阀；其中，沿产品原料气流向，产品原料气输入管线上依次是流量调节阀和接入产品原料气输入管线的再生气返回管线；流量调节阀对产品原料气进行减压使经再生气返回管线返回的再生气汇入产品原料气输入管线中；吸附塔至少为3台。
7.优选地，所述变温吸附系统还包括用于将净化气输出管线和冲洗管线连通的热吹管线和冷吹管线，设置在产品原料气输入管线、净化原料气输入管线、冲洗管线、产品气输出管线、净化气输出管线、再生气输出管线、热吹管线和冷吹管线上的程控阀。
8.优选地，所述热吹管线上设有用于对净化气进行加热的加热器。
9.优选地，所述变温吸附系统还包括沿再生气流向依次设置在再生气输出管线上的冷却器和气液分离器，以及与气液分离器连接的冷凝液输出管线；其中，再生气经气液分离器分离后的气相经再生气返回管线汇入产品原料气输入管线，液相经冷凝液输出管线输送至界区外。
10.优选地，所述变温吸附系统还包括设置在产品气输出管线上的压力调节阀。
11.优选地，所述产品原料气输入管线、净化原料气输入管线和冲洗管线均从吸附塔的塔顶接入，产品气输出管线、净化气输出管线和再生气输出管线均从吸附塔的塔底接出。
12.优选地，所述变温吸附系统还包括设置在原料气输入管线上的原料气流量计，设
置在净化原料气输入管线上的净化原料气流量计；其中，净化原料气流量计与流量调节阀关联。
13.与现有技术相比，本实用新型具有以下的有益效果：
14.(1)本实用新型将再生气返回管线和流量调节阀进行结合使用，本实用新型中的再生气返回管线接入沿产品原料气流向的流量调节阀之后的产品原料气输入管线中。本实用新型利用流量调节阀使产品原料气的压力比再生气低10～20kpa，从而将经再生气返回管线返回的再生气汇入到产品原料气输入管线中，让再生气随产品原料气一起进行吸附分离提纯，实现了再生气的回收利用，并且净化气达到了100％的回收率，避免了能源的浪费。
15.(2)本实用新型中的净化气避免选用其它的净化气源(如氮气)对吸附塔再生，由于吸附塔再生过程中，势必会有部分的净化气残留在吸附塔中，若选用其它的净化气对吸附塔进行再生，势必会造成在吸附塔中吸附提纯得到的产品气中含有净化气(如氮气)，从而使产品气的纯度降低。
16.(3)本实用新型中包括至少3台吸附塔。其中一台吸附塔处于预吸附，一台吸附塔处于吸附，一台吸附塔处于再生，按周期循环运行。确保任意时刻均有一台吸附塔处于吸附状态，从而使得整个系统连续运行。
17.(4)本实用新型中用于吸附塔热吹和冷吹的净化气是净化原料气经吸附塔预吸附除杂后获得，并且，本实用新型中的吸附塔在再生过程中净化气的消耗量小，吸附塔再生更加彻底，吸附剂动态吸附量更大。
18.(5)本实用新型在产品气输出管线上设有压力调节阀，本实用新型通过压力调节阀和流量调节阀组合使用，从而实现对本实用新型中的吸附塔的吸附压力进行可控调节。
19.(6)本实用新型中在原料气输入管线、净化原料气输入管线、冲洗管线、产品气输出管线、净化气输出管线、再生气输出管线、热吹管线、冷吹管线均设有程控阀，从而使每个吸附塔均有独立的程控阀和管线。因此，每个吸附塔在进行预吸附、吸附、再生的时候不会相互的影响，保证本实用新型的长周期稳定运行。
附图说明
20.图1为吸附塔为3台时本实用新型的结构示意图。
21.其中，附图标记对应的名称为：
[0022]1‑
吸附塔，2
‑
产品原料气输入管线，3
‑
净化原料气输入管线，4
‑
冲洗管线，5
‑
产品气输出管线，6
‑
净化气输出管线，7
‑
再生气输出管线，8
‑
热吹管线，9
‑
冷吹管线，11
‑
流量调节阀，12
‑
加热器，13
‑
冷却器，14
‑
气液分离器，15
‑
冷凝液输出管线，16
‑
压力调节阀，17
‑
净化原料气流量计，18
‑
原料气流量计，19
‑
再生气返回管线，20
‑
原料气输入管线，10
‑1‑
净化原料气输入程控阀，10
‑2‑
产品原料气输入程控阀，10
‑3‑
净化气输入程控阀，10
‑4‑
产品气输出程控阀，10
‑5‑
净化气输出程控阀，10
‑6‑
再生气输出程控阀，10
‑7‑
热吹程控阀，10
‑8‑
冷吹程控阀。
具体实施方式
[0023]
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。
[0024]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”“上”“下”“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0025]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间.媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0026]
实施例
[0027]
实施例1
[0028]
一种无净化气损失的变温吸附系统，该系统包括吸附塔1、产品原料气输入管线2、净化原料气输入管线3、冲洗管线4、产品气输出管线5、净化气输出管线6、再生气输出管线7、热吹管线8、冷吹管线9、程控阀、流量调节阀11、再生气返回管线19和原料气输入管线20。
[0029]
具体地，至少有3台相互并列设置的吸附塔1，产品原料气输入管线2、净化原料气输入管线3、冲洗管线4接入吸附塔1中，产品气输出管线5、净化气输出管线6、再生气输出管线7接出吸附塔1；在本实施例中，产品原料气输入管线2、净化原料气输入管线3、冲洗管线4均从吸附塔1的塔顶接入吸附塔1中，产品气输出管线5、净化气输出管线6、再生气输出管线7均从吸附塔1的塔底接出吸附塔1。根据实际应用场景的不同，产品原料气输入管线2、净化原料气输入管线3、冲洗管线4可以从吸附塔1的其它的位置接入到吸附塔1中，产品气输出管线5、净化气输出管线6、再生气输出管线7也可以从吸附塔1的其它位置接出吸附塔1。
[0030]
具体地，热吹管线8和冷吹管线9将净化气输出管线6和冲洗管线4连通且相互并列；在本实施例中，当热吹管线8将净化气输出管线6和冲洗管线4连通时，此时对吸附塔进行再生步骤中的热吹步骤；当冷吹管线9将净化气输出管线6和冲洗管线4连通时，此时对进行热吹后的吸附塔进行冷吹步骤；吸附塔依次经过热吹和冷吹后才完成吸附塔的再生。
[0031]
具体地，原料气输入管线20与产品原料气输入管线2、净化原料气输入管线3均连通，从而将原料气分为净化原料气和产品原料气，其中，净化原料气进入净化原料气输入管线3，产品原料气进入产品原料气输入管线2中。再生气返回管线19将再生气输出管线7和产品原料气输入管线2连通。
[0032]
为了让再生气返回管线19中的再生气汇入到产品原料气输入管线2中，在产品原料气输入管线2上设有流量调节阀11。具体地，沿产品原料气流向，产品原料气输入管线2上依次是流量调节阀11和接入产品原料气输入管线2的再生气返回管线19；在实际使用过程中，通过流量调节阀11对产品原料气进行减压，让从再生气返回管线19返回的再生气的压力比产品原料气的压力高10～20kpa，从而将再生气汇入到产品原料气输入管线2中，再生气随产品原料气一起进入到吸附塔中进行分离提纯，实现净化气的100％回收，避免了能源的浪费。
[0033]
为了让每个吸附塔独立运行，在产品原料气输入管线2、净化原料气输入管线3、冲洗管线4、产品气输出管线5、净化气输出管线6、再生气输出管线7、热吹管线8、冷吹管线9上
均设有程控阀。具体地，程控阀包括净化原料气输入程控阀10
‑
1、产品原料气输入程控阀10
‑
2、净化气输入程控阀10
‑
3、产品气输出程控阀10
‑
4、净化气输出程控阀10
‑
5、再生气输出程控阀10
‑
6、热吹程控阀10
‑
7、冷吹程控阀10
‑
8；其中，净化原料气输入程控阀10
‑
1设置在净化原料气输入管线3上，产品原料气输入程控阀10
‑
2设置在产品原料气输入管线2上，净化气输入程控阀10
‑
3设置在冲洗管线4上，产品气输出程控阀10
‑
4设置在产品气输出管线5上，净化气输出程控阀10
‑
5设置净化气输出管线6上，再生气输出程控阀10
‑
6设置在再生气输出管线7上，热吹程控阀10
‑
7设置在热吹管线8上，冷吹程控阀10
‑
8设置在冷吹管线9上。
[0034]
为了给吸附塔1再生步骤中的热吹提供热的净化气，热吹管线8上设有加热器12；具体地，沿净化气流向，加热器12位于热吹程控阀10
‑
7之后。
[0035]
本系统还包括冷却器13、气液分离器14、冷凝液输出管线15。具体地，沿再生气流向，冷却器13、气液分离器14依次设置在再生气输出管线7上，冷凝液输出管线15与气液分离器14连接并用于将气液分离器14分离后的液相排出界外；其中，冷却器13主要用于对吸附塔完成热吹步骤产生的再生气进行冷却，气液分离器14用于将冷却后的再生气进行分离，再生气经气液分离器14分离后的气相从气液分离器14的顶部离开经再生气返回管线19汇入到产品原料气输入管线2中，气相的再生气随产品原料气进入到吸附塔中进行分离提纯；再生气经气液分离器14分离的液相从气液分离器14的底部进入冷凝液输出管线15并排出界外。
[0036]
为了便于对本系统的吸附塔的压力进行控制，沿产品气流向，在产品气输出管线5上设有位于产品气输出程控阀10
‑
4之后的压力调节阀16。
[0037]
实施例2
[0038]
在实施例1的基础上，本系统中的每个吸附塔在一次循环过程中依次经历以下步骤：
[0039]
步骤1：预吸附(pa)
[0040]
从原料气中分出的净化原料气经净化原料气输入管线进入到吸附塔中进行除杂后获得净化气，获得的净化气用于对吸附塔中吸附剂床层的再生；
[0041]
步骤2：吸附(a)
[0042]
从原料气中分出的产品原料气经产品原料气输入管线进入到吸附塔中，产品原料气经吸附塔中的吸附剂床层吸附除杂后得的产品气，获得的产品气从产品气输出管线排出界外。
[0043]
步骤3：再生
[0044]
s1：热吹(rc)
[0045]
将步骤1获得的净化气通过净化气输出管线输出吸附塔，打开热吹管线上的程控阀，净化气进入到热吹管线并被加热器进行加热，加热后的净化气经冲洗管线进入吸附塔中并对吸附剂床层进行热吹，使吸附剂床层中吸附的杂质被解吸并产生再生气，从吸附塔流出的再生气依次经再生气输出管线和再生气返回管线后汇入到产品原料气输入管线。再生气从再生气输出管线进入到再生气返回管线之前需要进行冷却和分离。
[0046]
s2：冷吹(rh)
[0047]
将步骤1获得的净化气通过净化气输出管线输出吸附塔，打开冷吹管线上的程控
阀，净化气依次经冷吹管线和冲洗管线进入到吸附塔中对完成热吹后的吸附剂床层降温，并冷却至40℃以下产生再生气，形成的再生气从吸附塔流出后依次经再生气输出管线和再生气返回管线汇入产品原料气输入管线中。
[0048]
实施例3
[0049]
在实施例1的基础上，本实施例以吸附塔为3台时对本系统进行详细的描述，表1为3台吸附塔时无净化气损失的变温吸附系统中吸附塔工作时序表。
[0050]
表1.吸附塔工作时序表
[0051][0052][0053]
其中，a吸附，rh热吹，rc冷吹，pa预吸附。
[0054]
如图1所示，所述一种无净化气损失的变温吸附系统包括3台吸附塔1、产品原料气输入管线2、净化原料气输入管线3、冲洗管线4、产品气输出管线5、净化气输出管线6、再生气输出管线7、热吹管线8、冷吹管线9、程控阀、流量调节阀11、再生气返回管线19和原料气输入管线20。
[0055]
具体地，如图1所示，本实施中3台吸附塔1并列设置，如图1中所示的c
‑
01a吸附塔、c
‑
01b吸附塔、c
‑
01c吸附塔；产品原料气输入管线2、净化原料气输入管线3、冲洗管线4均从c
‑
01a吸附塔、c
‑
01b吸附塔、c
‑
01c吸附塔的塔顶接入c
‑
01a吸附塔、c
‑
01b吸附塔、c
‑
01c吸附塔中；产品气输出管线5、净化气输出管线6、再生气输出管线7从c
‑
01a吸附塔、c
‑
01b吸附塔、c
‑
01c吸附塔的塔底接出c
‑
01a吸附塔、c
‑
01b吸附塔、c
‑
01c吸附塔。原料气输入管线20与产品原料气输入管线2、净化原料气输入管线3均连通，并将原料气分为净化原料气和产品原料气，其中，净化原料气进入净化原料气输入管线3，产品原料气进入产品原料气输入管线2中。再生气返回管线19将再生气输出管线7和产品原料气输入管线2连通。
[0056]
具体地，如图1所示，热吹管线8和冷吹管线9将净化气输出管线6和冲洗管线4连通且相互并列；在本实施例中，当热吹管线8将净化气输出管线6和冲洗管线4连通时，此时对吸附塔进行再生步骤中的热吹；当冷吹管线9将净化气输出管线6和冲洗管线4连通时，此时对吸附塔进行再生步骤中的冷吹；吸附塔依次经过热吹和冷吹后才完成吸附塔的再生。程控阀设置在产品原料气输入管线2、净化原料气输入管线3、冲洗管线4、产品气输出管线5、净化气输出管线6、再生气输出管线7、热吹管线8、冷吹管线9上。流量调节阀11设置在产品原料气输入管线2上；其中，沿产品原料气流向，再生气返回管线19连接在流量调节阀11之后的产品原料气输入管线2上；在实际过程中，通过流量调节阀11对产品原料气进行减压，使产品原料气的压力比从再生气返回管线19返回的再生气的压力低10～20kpa，从而将再生气汇入到产品原料气输入管线2中，再生气随产品原料气一起进入到吸附塔中进行分离提纯。
[0057]
如图1所示，本实施例中的程控阀包括净化原料气输入程控阀10
‑
1、产品原料气输入程控阀10
‑
2、净化气输入程控阀10
‑
3、产品气输出程控阀10
‑
4、净化气输出程控阀10
‑
5、
再生气输出程控阀10
‑
6、热吹程控阀10
‑
7、冷吹程控阀10
‑
8；具体的，如图1所示，净化原料气输入程控阀10
‑
1设置在净化原料气输入管线3上，包括xv03a、xv03b、xv03c；产品原料气输入程控阀10
‑
2设置在产品原料气输入管线2上，包括xv01a、xv01b、xv01c；净化气输入程控阀10
‑
3设置在冲洗管线4上，包括xv02a、xv02b、xv02c；产品气输出程控阀10
‑
4设置在产品气输出管线5上，包括xv04a、xv04b、xv04c；净化气输出程控阀10
‑
5设置净化气输出管线6上，包括xv05a、xv05b、xv05c；再生气输出程控阀10
‑
6设置在再生气输出管线7上，包括xv06a、xv06b、xv06c；热吹程控阀10
‑
7设置在热吹管线8上，冷吹程控阀10
‑
8设置在冷吹管线9上。
[0058]
如图1所示，为了给吸附塔1的热吹步骤提供热的净化气，沿净化气的流向在热吹程控阀10
‑
7之后设有用于对净化气进行加热的加热器12，加热器12位于热吹管线8上。
[0059]
本系统还包括冷却器13、气液分离器14、冷凝液输出管线15。具体地，沿再生气流向，冷却器13、气液分离器14依次设置在再生气输出管线7上，冷凝液输出管线15与气液分离器14连接并用于将气液分离器14分离后的液相排出界外；其中，冷却器13用于冷却吸附塔完成热吹步骤的产生的再生气，气液分离器14用于将冷却后的再生气进行分离，再生气经气液分离器14分离后的气相的再生气从再生气返回管线19汇入到产品原料气输入管线2中，并随产品原料气进入到吸附塔中进行分离提纯；再生气经气液分离器14分离的液相经冷凝液输出管线15排出界外。
[0060]
为了便于对本系统的吸附的压力进行控制，沿产品气流向，在产品气输出管线5上设有位于产品气输出程控阀10
‑
4之后的压力调节阀16。
[0061]
为了便于对用于吸附塔再生的净化气的量进行控制，净化气输入管线3上设有净化原料气流量计17。同时，为了便于对原料气的流量进行控制，原料气输入管线20上设有原料气流量计18。
[0062]
实施例4
[0063]
在实施例2和3的基础上，本实施例以吸附塔c
‑
01a处于吸附步骤、吸附塔c
‑
01b处于预吸附步骤、吸附塔c
‑
01c处于再生步骤对本实用新型进行进一步的说明。
[0064]
步骤1：预吸附(pa)
[0065]
原料气输入管线20中的少部分原料气作为净化原料气经净化原料气流量计17进入到净化原料气输入管线3中，净化原料气从程控阀xv03b进入吸附塔c
‑
01b顶部。净化原料气从上往下流经吸附塔c
‑
01b，净化原料气中的杂质在吸附塔c
‑
01b中的吸附剂床层上被吸附，得到净化气。获得的净化气从吸附塔c
‑
01b底部程控阀xv05b离开进入到净化气输出管线6。
[0066]
步骤2：吸附(a)
[0067]
原料气输入管线20中的大部分的原料气作为产品原料气进入产品原料气输入管线2并经流量调节阀11从程控阀xv01a进入吸附塔c
‑
01a顶部。产品原料气从上往下流经吸附塔c
‑
01a，产品原料气中的杂质在吸附塔c
‑
01a中的吸附剂上被吸附，获得的产品气从吸附塔c
‑
01a底部程控阀xv04a进入到产品气输出管线5中，经产品气输出管线最后送至界区外。
[0068]
步骤3：再生
[0069]
s1：热吹(rh)
[0070]
当吸附塔中的吸附剂床层达到吸附饱和状态时，吸附剂床层需要通过高温净化气进行热吹再生。此时，在步骤1的基础上，进入到净化气输出管线6的净化气经热吹程控阀10
‑
7进入热吹管线8，并在加热器12进行加热，加热后的净化气进入到冲洗管线4中，经过程控阀xv02c从吸附塔c
‑
01c顶部进入吸附塔c
‑
01c中，吸附塔c
‑
01c中吸附剂床层中的杂质在净化气的加热下解吸并产生再生气，再生气从吸附塔c
‑
01c底部经过程控阀xv06c汇入再生气输出管线7中，随后再生气经冷却器13冷却至40℃，冷却后的再生气在气液分离器14中进行气液分离，气相经再生气返回管线19汇入产品原料气输入管线2中，液相经冷凝液输出管线15送至界外。
[0071]
s2.冷吹(rc)
[0072]
经过热吹的吸附塔中的吸附剂床层需要冷却至40℃才能进行步骤2吸附。此时，在步骤1的基础上，进入到净化气输出管线6的净化气经冷吹程控阀10
‑
8进入冷吹管线9，然后进入冲洗管线4中并经程控阀xv02c从吸附塔c
‑
01c顶部进入吸附塔c
‑
01c中，净化气从上往下流经吸附塔c
‑
01c对吸附塔c
‑
01c中的吸附剂床层进行降温至40℃并产生再生气。产生的再生气经程控阀xv06c进入再生气输出管线7中，由于冷吹后的再生气中的不含液体，因此，冷吹后的再生气从气液分离器14顶部离家经再生气返回管线19汇入产品原料气输入管线2中。
[0073]
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本实用新型的较优实施例用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本实用新型的专利范围；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内；另外，将本实用新型的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。