一種工藝流程中至少包含濃縮步驟和濃縮廢氣預吸附步驟的變壓吸附工藝，將吸附步驟和均壓降步驟后的吸附床進行濃縮，排盡吸附床內的不易吸附組分，將濃縮過程排出的含有一定量易吸附組分的濃縮廢氣排入完成回收步驟后的預吸附步驟吸附床，使濃縮廢氣中的易吸附組分在本變壓吸附單元內部得到回收；實現清晰分割易吸附組分和不易吸附組分，高回收率地獲得高純度易吸附組分和不易吸附組分產品的目的。

技術領域

本發明涉及變壓吸附氣體分離領域，特別涉及一種能夠清晰分割易吸附組分和不易吸附組分的變壓吸附氣體分離工藝。

背景技術

變壓吸附是利用氣體吸附質與固體吸附劑之間存在的分子間力差異進行分離的一種氣體分離工藝。在變壓吸附工藝中，原料氣體通常是含有兩種或兩種以上不同組分的混合氣體，人們將與吸附劑之間吸附力相對較強的氣體組分或混合氣體組分稱為易吸附組分，而將與吸附劑之間吸附力相對較弱的氣體組分或混合氣體組分稱為不易吸附組分。通常情況下，在較高壓力的吸附步驟，當原料氣體穿過吸附床時，其中的易吸附組分被吸附床內裝填的具有巨大比表面積的吸附劑吸附，從吸附床出口側獲得不易吸附組分產品氣物流；再在隨后的吸附劑再生過程中，通過降低吸附床壓力或降低易吸附組分的氣相分壓等手段，將易吸附組分從吸附劑上脫附出來，使吸附劑得到再生，同時得到易吸附組分產品氣物流。

在變壓吸附氣體分離實踐中，實現易吸附組分和不易吸附組分的清晰分割一直是人們最求的目標。因為，清晰分割意味著分離獲得的易吸附組分產品氣和不易吸附組分產品氣的濃度更高，而濃度更高的產品氣往往具有更高的使用價值和更廣泛的用途；清晰分割還意味著易吸附組分產品氣中帶出更少的不易吸附組分，和不易吸附組分產品氣中帶出更少的易吸附組分，因此，易吸附組分和不易吸附組分的收率更高。

但是變壓吸附過程實現清晰分割易吸附組分和不易吸附組分并非易事。相對于單純獲得高濃度的不易吸附組分來說，在一個變壓吸附單元內想要高收率地，同時獲得高濃度的易吸附組分產品氣，難度往往要大得多。比如現有變壓吸附分離回收氫氣工藝中，不易吸附組分氫氣的濃度動輒達到99.9v%以上，但易吸附組分產品物流中氫氣濃度往往也在15~30v%，因此通常氫氣的回收率只有85~93%左右。難點在于，結束吸附操作的吸附床內仍然留存有大量不易吸附組分，這些不易吸附組分有些是被吸附劑吸附的，有些是吸附床死空間和管道內殘留的，只有將吸附床內的不易吸附組分充分排盡并回收，使易吸附組分在吸附床內得到充分濃縮，才能在之后的降壓過程中獲得高濃度的易吸附組分產品氣。而在多數情況下，當吸附步驟結束后吸附床降至一定壓力時，再進一步降壓排出吸附床內不易吸附組分時，往往會伴隨易吸附組分的流出，因而往往是易吸附組分產品氣濃度越高，流出的易吸附組分越多。

均壓降是一種最有效的濃縮吸附床內易吸附組分的方法。就是將完成吸附步驟后壓力較高的均壓降步驟吸附床與完成降壓再生步驟后壓力較低的均壓升步驟吸附床連通，使兩座吸附床實現等壓，將均壓降步驟吸附床內的不易吸附組分從吸附床出口側排入均壓升步驟的吸附床。均壓過程不僅能夠使均壓降步驟的吸附床得到濃縮，而且能夠使均壓降步驟排出氣體中的不易吸附組分和易吸附組分在均壓升步驟吸附床得到回收，并同時回收均壓降步驟吸附床的壓力能。因此，采用均壓工藝，甚至多次均壓工藝在現有變壓吸附實踐中十分普遍。但采用均壓工藝濃縮吸附床也有其局限性，首先，每增加一次均壓，需要增加一座吸附床，因此均壓次數越多，工藝流程越復雜，投資越大；其次，隨著均壓次數的增多，均壓壓差越來越小，因而均壓次數越多，工藝效率越低；再其次，均壓降排出氣體的易吸附組分濃度曲線相對不陡峭，這就意味著僅靠均壓降不太容易將吸附床內不易吸附組分排盡；另外，有時過度的均壓降，會導致過多的易吸附組分排入均壓升的吸附床出口側，污染均壓升步驟吸附床，造成吸附步驟獲得的不易吸附組分產品氣中易吸附組分含量增加，從而降低易吸附組分的回收率。當易吸附組分的吸附力較強時，這種現象更明顯。