组合的变压和变温吸附中的吸附剂再生方法技术

本发明专利技术提供了一种循环吸附气体纯化方法，在所述方法中，通过如下方式使负载杂质的吸附剂再生：首先将其暴露于未加热的气体预定时间段以解吸所述杂质中的至少一些，随后使用流动的加热气体流来加热所述吸附剂以在另一预定时间段内解吸剩余杂质，接着进一步使用流动的气体流将所述吸附剂冷却又一预定时间段，以使其准备用于重复所述吸附循环。与常规TSA方法相比，引入未加热的吹扫流降低了所述再生步骤的能量需求。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】组合的变压和变温吸附中的吸附剂再生方法
本专利技术涉及用于从进料气体流中去除杂质的循环吸附气体纯化方法和系统。更具体地讲，本专利技术涉及使再生步骤中的能量使用最小化。
技术介绍
循环吸附气体纯化方法通常使用两种一般类型的吸附系统中的一种，即：变温吸附(TSA)系统和变压吸附(PSA)系统。这些吸附系统通常包含两个或更多个吸附器，其含有用于从进料气体中去除杂质的吸附剂。通常将吸附器描述为在也被称为吸附状态或再生状态的生产状态下操作。处于生产状态的吸附器也被称为在线。处于再生状态的吸附器也被称为离线。在TSA和PSA系统的生产状态下，进料气体流与吸附器中的吸附床接触以产生纯化气体流。吸附器可含有一种或多种吸附剂。给定吸附剂选择性吸附进料气体流中存在的一种或多种杂质。在生产状态结束时，关闭进入吸附器的进料气体流。在TSA和PSA系统的再生状态下，负载污染物的吸附床暴露于再生气体流中，该再生气体流促进杂质从吸附剂中解吸并从吸附器中去除解吸的杂质。再生状态下的再生气体通常沿着与生产状态下的进料气流相反的方向流动。在TSA系统中，所使用的再生气体是加热的再生气体，以高于进料气体的温度提供。通常，加热再生气体的温度在约200℉至约600℉的范围内。加热的再生气体加热吸附剂并通过解吸杂质促进吸附剂的再生。吸附剂在较高温度下具有较低的吸附能力。加热的再生气体还用作热的吹扫气体，用于从吸附器中去除解吸的杂质。空气分离设备中的PSA系统采用空气分离设备内产生的废氮流作为再生气体。废氮通常处于接近进料空气温度的温度，并且在高于大气压力的压力下提供给PSA系统，该压力足以克服压降并能够排放到大气中。由于在较低压力下吸附能力较低，PSA中的吸附杂质被解吸。PSA再生气体充当通过解吸杂质和从吸附器去除解吸的杂质而促进吸附剂再生的吹扫气体。循环吸附气体纯化系统可包含一个或多个吸附器。通过使用至少两个并联布置的吸附器，循环吸附气体纯化系统可以连续模式操作；例如一个吸附器可以在吸附状态下操作，而另一个吸附器正在进行再生，并且在使用于吸附状态和再生状态的时间相同下在操作循环中它们的角色周期性地发生反转。通常，这样的系统包含基本上为圆柱形的吸附器，并且其轴线可以相对于进料流为轴向(垂直或水平)或径向类型。用于纯化空气的常规TSA方法循环通常被描述为包括以下步骤：a)通过吸附在超大气压力和环境温度下流过吸附器的进料空气中的杂质预定时间段来生产纯化空气；b)通过停止进料空气流动并使吸附器减压至通常接近大气压力的较低操作压力来开始吸附剂的再生；c)通过使加热的再生气体(也称为热吹扫气体)流过预定的时间段，使减压的吸附器中的吸附剂再生；加热的再生气体的示例是通过一个或多个加热器/热交换器加热的空气分离单元中产生的废氮；d)通过流动冷的废氮冷却吸附器中的再生吸附剂，以排出吸附床中的余热；e)用来自例如处于生产阶段中的另一吸附器的纯化空气对吸附器再加压；f)使再加压的吸附器在线并重复步骤(a)至(e)。在较不常见的情况下，再生可以在基本上不同于大气压力的压力下进行，通过使用合适的真空泵装置使该压力大于或者甚至小于环境压力。用于纯化空气的常规PSA方法循环通常被描述为包括：a)通过吸附在超大气压力下流过吸附器的进料空气中的杂质预定时间段来生产纯化空气；b)通过停止进料空气流动并使吸附器减压至通常接近大气压力的较低操作压力来开始吸附剂的再生；c)通过使吹扫气体流过预定的时间段，使减压的吸附器中的吸附剂再生；吹扫气体的示例是在空气分离单元中产生的废氮，d)用来自例如处于生产阶段中的另一吸附器的纯化空气对吸附器再加压；e)使再加压的吸附器在线并重复步骤(a)至(d)。PSA方法循环与TSA方法循环的区别在于再生气体不被加热。由于吸附剂不会被再生气体加热，所以不需要吸附床冷却步骤。与TSA循环时间相比，PSA循环时间通常短得多。还提出了混合解决方案诸如热増强的PSA(TEPSA)和变温变压吸附(TPSA)作为对常规PSA方法循环的改进，从而用于空气预纯化。TEPSA系统诸如在美国专利No.5,614,000中描述的系统采用两阶段再生方法，其中先前吸附的水被PSA解吸，并且至少一部分先前吸附的二氧化碳被TSA解吸。在该过程中，通过以低于进料流的压力和高于进料流的温度通入再生气体，并在随后用冷再生气体替换热再生气体，从而发生解吸。与常规PSA系统的循环时间相比，加热的再生气体允许循环时间延长。然而，TEPSA的加热再生气体的温度和循环时间显著低于常规TSA的温度和循环时间。在美国专利No.5,885,650和美国专利No.5,846,295中描述的TPSA系统涉及对常规TSA的改进。首先使用加热到更低温度的再生气体使吸附剂再生较短的时间段，并且然后用冷的气体吹扫较长时间段以解吸更多负载于吸附剂上的剩余杂质。TSA、TPSA和TEPSA系统中采用的较高温度可能需要使用隔热容器、再生气体预热器和预冷器。再生气体所需的温度可在约200℉至约600℉的范围内，其对系统有着更严格和昂贵的机械规格要求，这増加了成本。通常，在该过程中将去除多于一种不需要的气体组分，并且通常一种或多种这些组分将比其他组分更强地吸附在特定吸附剂上。需要充分提高用于再生的较高温度，以解吸更强地吸附的组分。在操作中，存在与再生气体加热相关的额外能量成本。已经提出了降低能量成本的改进方案，美国专利No.8,690,990中公开了具有两个并行吹扫流的变温吸附方法，一个穿过筛层，另一个穿过氧化铝层。再生循环开始时，并行吹扫步骤从水气去除层去除水分，而在传统的TSA方法中，加热的再生气体或热吹扫气体首先流过二氧化碳去除层，然后流过除水吸附剂层；美国专利No.5,766,311描述了使用多个热脉冲的另一种方法；美国专利No.6,402,809涉及一种优化方法，其涉及根据至少一个操作条件控制、修改和/或调节循环步骤的持续时间以最小化能量需求；美国专利No.7,846,237描述了另一种优化方法，其涉及连续监测进料气体组分并相应地调节循环时间以最小化能量使用。本专利技术旨在通过显著减少能量消耗量来改进已知的循环吸附气体纯化方法，特别是TSA空气纯化方法。本专利技术通过使用未加热的再生气体流来解吸杂质，然后将负载污染物的吸附床暴露于加热的再生气体流中，从而修改再生状态步骤以节省能量。通常，低温空气分离设备中的变温吸附(TSA)系统也被称为预纯化单元或预纯化器，其通过吸附进料空气中的杂质在低温下产生用于蒸馏的纯化空气。这些TSA系统利用加热的解吸步骤解吸杂质并使吸附剂再生。加热解吸步骤使用温度远高于进料气体温度的热吹扫气体，以促进杂质的解吸和再生吸附剂。接着进行冷却步骤，该步骤包括流动接近环境温度的气体以冷却吸附剂，穿过吸附床将热向前排出，并使其准备用于吸附步骤。热解吸步骤需要大量的能量来解吸杂质并使吸附剂再生至所需水平。任何降低TSA方法能量需求的技术都会带来显著的经济效益。需求更少的再生能量可以降低运营成本，并且可以设计更小的热交换器和加热器，从而节省资金成本。因此，要解决的一般问题是减少再生状态下的能量使用，同时实现从进料空气中去除相同程度的杂质。本专利技术旨在通过修改再生方法步骤，更具体地，通过在加热的解吸步骤之前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种节能吸附剂再生方法，包括：将加压空气通入在第一压力下操作的吸附器第一预定时间段，以将进料空气中的杂质吸附到所述吸附器内的一种或多种吸附剂上；停止加压空气流向所述吸附器，并将所述吸附器减压到低于所述第一压力的第二压力；通过使未加热的再生气体流过在所述第二压力下操作的所述吸附器第二预定时间段，在第一再生步骤中再生一种或多种吸附剂；通过使加热的再生气体流过在所述第二压力下操作的所述吸附器第三预定时间段，进一步在第二再生步骤中再生一种或多种吸附剂；通过使吸附剂冷却气体流过在所述第二压力下的所述吸附器第四预定时间段，冷却所述一种或多种吸附剂；停止吸附剂冷却气体的流动，并且将所述吸附器再加压到所述第一压力以开始通入加压空气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.25 US 62/232,5721.一种节能吸附剂再生方法，包括：将加压空气通入在第一压力下操作的吸附器第一预定时间段，以将进料空气中的杂质吸附到所述吸附器内的一种或多种吸附剂上；停止加压空气流向所述吸附器，并将所述吸附器减压到低于所述第一压力的第二压力；通过使未加热的再生气体流过在所述第二压力下操作的所述吸附器第二预定时间段，在第一再生步骤中再生一种或多种吸附剂；通过使加热的再生气体流过在所述第二压力下操作的所述吸附器第三预定时间段，进一步在第二再生步骤中再生一种或多种吸附剂；通过使吸附剂冷却气体流过在所述第二压力下的所述吸附器第四预定时间段，冷却所述一种或多种吸附剂；停止吸附剂冷却气体的流动，并且将所述吸附器再加压到所述第一压力以开始通入加压空气。2.根据权利要求1所述的方法，其中吸附压力为约30psia至约600psia。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一再生步骤的未加热的再生气体的温度是在环境温度的约20℉内。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一再生步骤中的再生压力在高于环境压力约1psi至约5psi的范围内。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·哈希，C·E·塞利克，J·R·德雷，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US