[发明专利]多阶抽真空变压吸附工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压吸附工艺，特别是一种包含抽真空步骤的处理大规模气体进料量的变压吸附工艺。

背景技术

变压吸附(Pressure swing adsorption简称PSA)是利用吸附剂对不同气体组分的吸附力存在差异和气体组分在吸附剂上的吸附容量随其气相分压升降而升降的特点实现气体分离的一种分离方法。在变压吸附工艺流程中，通常至少有两个以上并行功能的内部装填着吸附剂的吸附床，包含至少一种易吸附气体组分和至少一种不易吸附组分的原料混合气体在一定压力下经过吸附床时，其中的易吸附组分被吸附剂吸附下来，不易吸附组分则穿过吸附床从出口排出，实现易吸附组分与不易吸附组分的分离，此过程中获得不易吸附组分产品气体。当吸附剂接近达到饱和吸附时，切换操作，对结束吸附步骤的吸附床进行降压再生。在降压过程中，随着吸附压力的下降，吸附剂的吸附容量逐渐降低，吸附在吸附剂上的易吸附组分随之被脱附下来，此过程中得到易吸附组分产品。对于有些混合气体原料，为了获得更高纯度的易吸附组分产品或不易吸附组分产品，或为了同时获得更高纯度易吸附组分产品和不易吸附组分产品，再生过程中吸附床压力降至常压后，还需要对吸附床进行抽真空，将吸附床压力再进一步降压至一定负压，这种变压吸附工艺有时人们称之为真空变压吸附(Vacuum pressure swing adsorption简称VPSA)工艺。例如，炼厂裂解气变压吸附分离回收C₂⁺等轻烃、炼厂裂解气变压吸附回收C₂^＝等、油田天然气变压吸附分离回收C₂⁺或C₃⁺等轻烃、变换气、合成气等分离回收CO₂、氯乙烯尾气变压吸附回收氯乙烯、聚烯烃尾气回收聚烯烃等等，这些变压吸附过程大都采用VPSA工艺。

从吸附剂的吸附特点来看，气体组分在吸附剂上的吸附容量随该组分气相分压的变化并不是线性的，而是随着分压的下降，吸附容量呈接近指数型式下降。换句话说，随着吸附压力的降低，组分在吸附剂上的吸附容量显著降低。对于VPSA工艺来说，这就意味着吸附条件相同时，随着抽真空压力的降低，吸附剂的动态吸附容量显著增大，处理相同量原料气所需的吸附剂量显著减少；不但如此，抽真空压力越低，吸附床再生得越彻底，吸附步骤得到的不易吸附组分产品气体纯度越高，易吸附组分收率也越高；同时抽真空压力越低，得到的易吸附组分产品气体纯度越高，不易吸附组分收率也越高。因此，通常在VPSA工艺中，人们都希望尽可能获得更低的抽真空压力。

在VPSA技术中，吸附床结束吸附步骤后，通常有一个浓缩易吸附组分的过程，就是先后通过顺向降压步骤、与其它吸附床之间的均压降压步骤、或用易吸附组分产品气体对吸附床进行置换等步骤组合的浓缩过程，排出吸附床死空间内和吸附剂上吸附的不易吸附组分，目的是使之后进一步降压过程中得到的易吸附组分产品气体达到足够高的纯度。浓缩过程结束后通常是逆放步骤，将浓缩步骤后的吸附床进一步降压至常压，降压过程排出的气体排入压缩机入口缓冲罐。逆放步骤之后是抽真空步骤，就是用抽真空设备对吸附床抽真空，使吸附床压力进一步降低至负压，抽真空降压过程中脱附出来的气体通常也排入压缩机入口缓冲罐，与逆放步骤的气体混合后作为易吸附组分产品气体经压缩机升压后排出。