CN106823686A - 闭式循环型分子筛性能测试机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闭式循环型分子筛性能测试机，包括与气瓶连接的回流缓冲罐、多个变压吸附塔，回流缓冲罐分别通过进气管道连接多个变压吸附塔，多个变压吸附塔并联设置且内部分别设置有分子筛，每个变压吸附塔的进气管道和排气管道上分别设有进气阀、排气阀、均压阀、逆放气阀、冲洗阀；排气管道的顶部连接产品气缓冲罐，产品气缓冲罐出口和进气管道分别连接有气相色谱仪，产品气缓冲罐的出口与混气罐连接，混气罐与回流缓冲罐连接；逆放气管线与混气罐之间的管线上设有抽真空泵，抽真空泵与备用抽真空罐连接。本发明结构紧凑，用于新型分子筛对特定气体的吸附、均压、常压再生、真空再生、冲洗再生等测试，能验证现有分子筛的吸附性能。

Description

闭式循环型分子筛性能测试机

技术领域

本发明涉及一种分子筛变压吸附气体分离测试装置，具体涉及闭式循环型分子筛性能测试机。

背景技术

目前，变压吸附气体分离技术是利用分子筛对气体的吸附有选择性，即不同的气体在分子筛上的吸附量有差异，且一种特定的气体在分子筛上的吸附量随压力变化而变化，实现气体混合物的吸附分离和再生。

近年来，油田注氮增产工艺已经广泛应用于油田增产领域，该工艺在提高石油产量的同时，也大大提高了天然气中的氮气含量。据调研，新疆等地某些区块已经出现了天然气中的氮气含量高达18～20%的问题。含氮量高不仅会导致的天然气的甲烷含量降低，热值不足，还会提高集输过程中的能耗，不能直接用于燃气发动机燃料、精细化工和车用压缩天然气领域，亟需通过变压吸附技术脱除天然气中的氮气，以达到相应的组分要求。

煤层气的开采也采用注氮工艺，产生低甲烷浓度煤层气（甲烷约为20-40%），同时含有氮气和氧气。我国低甲烷浓度煤层气的利用率很低，仅占总量的5-7%，煤层气直接排放会产生温室效应，因此，开发变压吸附提浓甲烷技术十分必要。

对于变压吸附沼气精制天然气、变压吸附制氢和变压吸附制氧设备的开发，都离不开分子筛性能的测定，从而获取变压吸附操作工艺参数，根据调研，目前尚无油田伴生气和煤层气变压吸附脱除氮气的成熟工艺参数，属于技术空白。此外，现有的变压吸附测试技术没有对实验尾气有效回收利用，测试过程对实验用原料气的消耗量很大，存在安全风险和样气浪费。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构紧凑，能检测新型分子筛对特定气体的吸附、均压和再生性能，也可以用于验证现有变压吸附制氮、制氧和制氢分子筛的性能的闭式循环型分子筛性能测试机。

本发明的技术方案是：包括与气瓶连接的回流缓冲罐、多个变压吸附塔，其中所述回流缓冲罐的出口分别通过进气管道连接多个变压吸附塔，多个变压吸附塔并联设置且内部分别设置有分子筛，每个变压吸附塔的进气管道和排气管道上分别设有进气阀和排气阀；

多个变压吸附塔的进气管道之间、排气管道之间分别通过均压管线连接，每个变压吸附塔均通过均压阀与均压管线连接；

多个变压吸附塔的进气管道之间还连接有逆放气管线，每个变压吸附塔均通过逆放气阀与逆放气管线连接；

多个变压吸附塔的排气管道之间还连接有冲洗管线，每个变压吸附塔附均通过冲洗阀与冲洗管线连接；

所述排气管道的顶部通过管线连接有产品气缓冲罐，所述产品气缓冲罐的出口端和变压吸附塔进口端均设有取气口并与气相色谱仪连接，所述产品气缓冲罐的出口还通过管线和减压阀与混气罐连接，所述混气罐的出口通过压缩机与回流缓冲罐入口连接；

所述逆放气管线的出口端设有两个分支，其中一个分支与混气罐连接，另一个通过抽真空泵与混气罐连接；所述抽真空泵的入口还通过旁通管线与备用抽真空罐连接，所述抽真空泵的出口还连接有旁通外排管线。

所述逆放气管线的出口与混气罐之间的管线上也设有逆放气阀。

所述逆放气管线与抽真空泵之间的管线上设有抽真空阀。

所述备用抽真空罐与抽真空泵之间的管线上设有备用抽真空阀。

所述变压吸附塔相互并联有四个，且进气阀、排气阀、逆放气阀和冲洗阀均对应设置为四个，所述均压阀为八个。

所述产品气缓冲罐与混气罐之间的管线上还设有流量计。

本发明与现有技术相比较，具有以下优点：结构紧凑，可以用于新型分子筛对特定气体的吸附、均压、常压再生、真空再生、冲洗再生等工艺性能测试；通过对实验尾气的收集、混合和压缩，实现变压吸附实验尾气的重复高效利用；能获得新型分子筛变压吸附的工程设计关键参数；能验证现有分子筛的吸附性能。

附图说明

下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图中：1.气瓶；2.回流缓冲罐；3.进气管道；4.产品气缓冲罐；5.排气管道；6.气相色谱仪；7.减压阀；8.均压管线；9.流量计；10.逆放气管线；11.抽真空泵；12.混气罐；13.冲洗管线；14.备用抽真空罐；15.外排管线；16.压缩机。

具体实施方式

参照图1，闭式循环型分子筛性能测试机，包括与气瓶1连接的回流缓冲罐2，采用气瓶1对回流缓冲罐2进行充气，当回流缓冲罐2压力达到设定值后，关闭气瓶1出口处的气瓶阀门BV1。回流缓冲罐2的出口分别通过进气管道3连接有多个变压吸附塔，回流缓冲罐2与变压吸附塔之间的管道上设置有总阀门BV2，变压吸附塔为四个，分别为变压吸附塔A、B、C、D，四个变压吸附塔并联设置且内部分别设置有分子筛，测试时，通过更换不同型号的分子筛可以测量不同分子筛的性能。在每个变压吸附塔的进气管道3上分别设有四个进气阀A1、B1、C1、D1，在排气管道5上设置四个排气阀A6、B6、C6、D6，分别与变压吸附塔A、B、C、D对应，通过进气阀和排气阀控制吸附动作时间，可以使回流缓冲罐2内的气体进入四个变压吸附塔内，从而使变压吸附塔内的分子筛对气体进行吸附再生。

在四个变压吸附塔A、B、C、D的进气管道3之间、排气管道5之间分别通过均压管线8连接，位于每个变压吸附塔附近的均压管线8上分别设有均压阀，其中均压阀为八个，均为气动角座阀，设置在进气管道3之间的均压管线8上分别为四个均压阀A3、B3、C3、D3，设置在排气管道5之间的均压管线8上为四个均压阀A4、B4、C4、D4，这样回流缓冲罐2中的原料气通过设置各个阀门的动作时序，开启或关闭不同的均压阀，完成变压变压吸附塔的吸附、均压和再生动作。

在四个变压吸附塔A、B、C、D的进气管道3之间还连接有逆放气管线10，位于每个变压吸附塔附近的逆放气管线10上分别设有四个逆放气阀A2、B2、C2、D2，逆放气管线10的出口与混气罐12连接，打开逆放气阀A2、B2、C2、D2，可以将变压吸附塔管道内的逆放气排放至混气罐12内。

四个变压吸附塔A、B、C、D的排气管道5之间还连接有冲洗管线13，位于每个变压吸附塔附近的冲洗管线13上分别设有四个冲洗阀A5、B5、C5、D5，通过冲洗阀可以控制冲洗动作的时间，通过冲洗管线13可以完成对变压吸附塔的冲洗再生。

在排气管道5的顶部通过管线连接有产品气缓冲罐4，产品气缓冲罐4的出口和变压吸附塔的进口端（各个分支进气管道3前端的汇管）分别连接气相色谱仪6，通过气相色谱仪6可以对未进入变压吸附塔之前气体及吸附后的气体组分进行在线分析测定，用以判断某吸附工艺参数是否能满足产品气的浓度要求。

产品气缓冲罐4的出口还通过管线和减压阀7与混气罐12连接，混气罐12出口通过压缩机16与回流缓冲罐2入口连接，吸附完后的原料气进入混气罐12待用。产品气缓冲罐4与还通过阀BV5与混气罐12连接。产品气缓冲罐4与混气罐12之间的管线上还设有流量计9。产品气的回收率通过设置在变压吸附塔之前和产品气缓冲罐4之后的流量计9测定和计算。

逆放气管线10与混气罐12之间的管线上还设有抽真空泵11，在抽真空泵11与混气罐12之间还设有混气阀门BV4，通过混气阀门BV4可以使气体进入混气罐12。抽真空泵11的入口与备用抽真空罐14连接，备用抽真空罐14与抽真空泵11之间的管线上设有备用抽真空阀T3。抽真空泵11的出口还连接有外排管线15，外排管线15上设有外排阀门BV3，可将气体外排。逆放气管线10与抽真空泵11之间的管线上设有抽真空阀T2，通过抽真空阀T2控制抽真空泵11对变压吸附塔的抽真空动作时间，抽真空气体被抽真空泵11抽至混气罐12待用，当抽真空泵11对变压吸附塔无抽真空动作时，可以打开备用抽真空阀T3，对备用抽真空罐14进行抽真空，避免抽真空泵11的多次启停，延长其使用寿命。

在逆放气管线10的出口与混气罐12之间的管线上也设有逆放气阀T1，打开逆放气阀T1，可以使本装置管道内的气体通过逆放气管线10进入混气罐12内待用。

测试前：

关闭气瓶1出口处的气瓶阀门BV1和混气阀门BV4，打开阀BV2、BV3和BV5，以及所有的进气阀、排气阀、均压阀、逆放气阀、抽真空阀和冲洗阀等，开启抽真空泵11，对系统内残存气体进行抽真空操作，抽真空至绝压10kPa后，关闭所有气动角座阀即进气阀、排气阀、均压阀、逆放气阀、抽真空阀和冲洗阀等，关闭阀BV3和BV5，打开BV4。

测试中：

打开阀BV1和BV2，采用气瓶1对回流缓冲罐2进行充气，当回流缓冲罐2压力达到设定值后，关闭气瓶阀门BV1，利用回流缓冲罐2中的原料气,设置气动角座阀即进气阀A1、B1、C1、D1；排气阀A6、B6、C6、D6；以及均压阀A3、B3、C3、D3、A4、B4、C4、D4的动作时序，开启变压变压吸附塔A,B,C,D的吸附、均压和再生动作，未吸附的气体在顶部汇集，先进入产品气缓冲罐4，经减压阀7的减压作用，产品气进入混气罐备用；

气动角座阀A1，B1，C1，D1和气动角座阀A6，B6，C6，D6为进排气控制阀，控制吸附动作时间；气动角座阀A3，B3，C3，D3和气动角座阀A4，B4，C4，D4为均压控制阀，控制均压动作时间；气动角座阀A5，B5，C5，D5为冲洗用控制阀，可以控制冲洗动作时间；气动角座阀A2，B2，C2，D2，T1为逆放气阀，气动角座阀T2，T3为抽真空阀和备用抽真空阀，可以用于控制逆放和抽真空动作；T1将逆放气排放至混气罐12待用，T2控制抽真空泵11对变压吸附塔的抽真空动作时间，抽真空气体被抽真空泵11抽至混气罐12待用，当抽真空泵11对变压吸附塔无抽真空动作时，可以打开T3，对备用抽真空罐14进行抽真空，避免抽真空泵11的多次启停；

产品气、逆放气和抽真空气在混气罐12完成重新混合，由压缩机16升压至目标压力排放至回流缓冲罐2等待下一个循环重复利用；

通过改变该装置的吸附-均压-逆放-抽真空-冲洗时序动作步骤，可以自由搭配，根据具体工艺需求完成实验测试。

本发明已实现某型号碳分子筛脱氮的性能测试，获得了最佳的变压吸附工艺数据。

参数如下：

原料天然气组分（体积分数）：甲烷78%、乙烷4%、丙烷2%、氮气16%；

流量：8～12Nm³/h；

温度：20～40℃；

工作压力：6-10bar；

易吸附组分：氮气；

四塔抽真空再生的动作时序表如下。

本发明结构紧凑，可以用于新型分子筛对特定气体的吸附、均压、常压再生、真空再生、冲洗再生等工艺性能测试；通过对实验尾气的收集、混合和压缩，实现变压吸附实验尾气的重复高效利用；能获得新型分子筛变压吸附的工程设计关键参数；能验证现有分子筛的吸附性能。

本发明并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.闭式循环型分子筛性能测试机，其特征在于：包括与气瓶连接的回流缓冲罐、多个变压吸附塔，其中所述回流缓冲罐的出口分别通过进气管道连接多个变压吸附塔，多个变压吸附塔并联设置且内部分别设置有分子筛，每个变压吸附塔的进气管道和排气管道上分别设有进气阀和排气阀；

多个变压吸附塔的进气管道之间、排气管道之间分别通过均压管线连接，每个变压吸附塔均通过均压阀与均压管线连接；

多个变压吸附塔的进气管道之间还连接有逆放气管线，每个变压吸附塔均通过逆放气阀与逆放气管线连接；

多个变压吸附塔的排气管道之间还连接有冲洗管线，每个变压吸附塔附均通过冲洗阀与冲洗管线连接；

所述排气管道的顶部通过管线连接有产品气缓冲罐，所述产品气缓冲罐的出口端和变压吸附塔进口端均设有取气口并与气相色谱仪连接，所述产品气缓冲罐的出口还通过管线和减压阀与混气罐连接，所述混气罐的出口通过压缩机与回流缓冲罐入口连接；

所述逆放气管线的出口端设有两个分支，其中一个分支与混气罐连接，另一个通过抽真空泵与混气罐连接；所述抽真空泵的入口还通过旁通管线与备用抽真空罐连接，所述抽真空泵的出口还连接有旁通外排管线。

2.根据权利要求1所述的闭式循环型分子筛性能测试机，其特征在于：所述逆放气管线的出口与混气罐之间的管线上也设有逆放气阀。

3.根据权利要求1所述的闭式循环型分子筛性能测试机，其特征在于：所述逆放气管线与抽真空泵之间的管线上设有抽真空阀。

4.根据权利要求1所述的闭式循环型分子筛性能测试机，其特征在于：所述备用抽真空罐与抽真空泵之间的管线上设有备用抽真空阀。

5.根据权利要求1所述的闭式循环型分子筛性能测试机，其特征在于：所述变压吸附塔相互并联有四个，且进气阀、排气阀、逆放气阀和冲洗阀均对应设置为四个，所述均压阀为八个。

6.根据权利要求1所述的闭式循环型分子筛性能测试机，其特征在于：所述产品气缓冲罐与混气罐之间的管线上还设有流量计。