改进的真空变压吸附方法技术

在从空气生产氧气中，使用产品气用作清洗气和部分再加压气，进行跨大气压的变压吸附法。从一个床到另一个床不直接进行气体的输送，如用作压力均衡的目的，但是在控制变压的条件下，能量的要求被降低。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术是关于从空气中生产氧的变压吸附法。更具体地说，本专利技术是关于变压吸附法的改进，以提高该方法吸附剂的利用和降低该方法对能量的要求。在许多化学加工、炼油厂、金属生产和其它的工业应用中，采用纯化气流用于各种各样的加工目的。例如，在化学加工、轧钢厂、造纸厂和在铅及气体生产操作中，都使用高纯氧。从空气中生产氧气和氮气，一般都通过低温蒸馏。虽然这种低温工艺可能很有效，尤其是在大型装置上进行时，但是该方法仍需要复杂而昂贵的设备。变压吸附法（PSA）也已经利用来分离和纯化气体，但是利用变压吸附法来生产氧气一般局限于较小规模地操作，在这方面利用低温空气分离在经济上是不可行的。许多通常可利用的吸附剂，尤其是已知的分子筛那类材料，对氮的选择性吸附比氧强，而这种优选吸附是所开发的用于分离空气以生产氧和氮产品气的各种变压吸附法的基础。用于分离空气以生产产品氧的PSA法是本
内已知的，如Skarstrom专利U.S.2，944，627所描述的。这种方法通常包括，在多床的PSA系统的每个床中，依次进行四个独立的操作步骤。这些步骤是：（1）吸附，在吸附步骤中，原料空气在高吸附压力下通入床的加料端，床中的吸附材料将氮气作为空气中的易吸附组分能选择性地吸附，而空气中的易吸附的氧从床的产品端加以回收;（2）-->逆流减压到一较低的解吸压力;（3）从吸附床解吸易吸附的氮气，并从床的加料端将其排出，用或不用清洗气导入床的产品端;和（4）床再加压到高的吸附压力。然后，用附加量的原料空气，在系统的每个床中，重复这种工艺程序或其变体，在PSA系统中，连续地进行生产氧气的操作。当采用PSA法主要除去气流中低浓度的强吸附杂质时，即除去空气中的CO2和/或H2O时，吸附步骤（1）和解吸步骤（3）的恒压步骤占据了工艺循环的许多时间，而压力变化步骤即逆流减压步骤（2）和再加压步骤（4）是瞬变的。在从空气生产氧气中，原料物流中包括7990的易吸附组分氮，压力变化步骤对总的工艺效率有重要意义。已经开发出了基本PSA工艺程序的许多不同的变形，包括变压步骤的许多变体。用于从空气中生产氧气的许多PSA法都是在多床系统中进行的，即该系统结合了两个或两个以上的吸附床，其中的每个床进行相同程序的步骤，但是与系统中的其它的床有不同的状态关系。工艺步骤是同时发生的，且常常以固定的时间进行。以这种方式操作，产品氧气的输送可以更稳定，机械泵的利用比其它情况下更接近常数。许多PSA法还采用一个或几个压力均衡步骤，其中在高压下从一个床排出的气体通入位于初始低压的另一个床，直到上述两床的压力均衡为止。如果压力均衡是通过床的产品端实现的，那么这种方法就具有节省一些压缩能，输送相当清洗气的优点，并且提高了所需要的产品氧的总回收率。从空气中生产氧的特殊的PSA法利用一个三床系统和结合如下的工艺步骤：（1）引入原料空气进行吸附，床加压，并同时回收产品-->氧气;（2）并流减压进一步回收产品气;（3）压力均衡;（4）逆流减压;（5）清洗和（6）再加压。这种方法通常用高的吸附压力为50psia，低的解吸压力为一大气压进行操作。虽然这种工艺系统和方法能有效的从空气中回收氧，但是在大体积的工业化操作中不是非常有效。这种系统的操作费用由于要求较高的压缩比是高的。对给定的产品流速，这种系统所要求的吸附剂的存量也较高。还开发出了一些PSA法，它们是在大气压的吸附压力和较高的真空解吸压力之间操作。由于氮气的吸附贮存量取决于压力，那么这种方法就要求大的吸附剂存量，这就大大地增加了与此相关的投资费用。在另一个三床的PSA法中，采用六步骤的工艺程序，在超过大气压力和真空压力之间操作。在每个床中，这种工艺程序包括（1）床用原料气和部分产品气从4psia再加压到13psia;（2）加入原料气进行吸附和排出产品气，同时该床的压力从13上升到22psia;（3）床均压，压力从22降到13.5psia;（4）床清洗，压力稍微进一步从13.5降到12.5psia;（5）床排空，压力从12.5降到7psia，和（6）床清洗，床压力从7降到4psia。对每一步骤使用步骤的时间大约30秒，这种方法尽力减少能量的消耗，但是对大规模的氧气生产，上述的能耗仍然太高。已经发现，通过采用部分压力均衡步骤代替PSA领域中基本上是完全的一般压力均衡步骤，这种方法可以进行改进，其中吸附剂从空气中选择性地吸附氮气。在该
中，已经提出了基本PSA法的各种各样的变形，其中许多是有关加压和减压步骤中的变体。例如Suh和Hankat，在AICHE    J    1989    35523报道了在PSA法中使用组合的并流-逆流减压步骤的优点。为了从空气中生产氧，他们的报告-->指出，增加同时的并流减压步骤是无益的。他们的两床循环利用反冲再加压步骤，其中高压床的产品端与低压床的产品端相连接，一个床的气体连续通入另一个床，直到低压床到达高压为止。Liow和Kenny在AICHE    J    （1990）    3653中也研究了氧气生产的反冲步骤。通过控制流率，将包括流率影响和吸附剂即5A沸石的均压性质的数字模型，应用到结合了这种反冲步骤的超过大气压力的PSA循环的行为中。他们发现对生产富氧产品气，这种PSA工艺循环是有利的。然而，所报道的最大的氧气纯度低于80%，这比所要求的高纯氧产品气的氧气浓度要低得多。很明显，就从空气中生产氧气而论，基本的PSA循环或工艺程序的许多大的变形和变体已经进行了研究，其中的许多的这种变形或变体已被工业化的PSA操作所采用。已经研究了用于进行加压和减压步骤的各种各样的可能的单个步骤。尽管在长期内进行了这样广泛地努力，但是用于生产高纯氧的PSA法仍不有效和不经济，特别在大装置上应用时更是如此。因此，在PSA
中，仍需要更有效的PSA法，它能按比例放大，以便从空气中大体积的生产高纯氧。因此，本专利技术的目的是提供一改进的用于从空气中生产氧的高效的PSA法。本专利技术的另一目的是提供一改进的从空气中生产氧的PSA法，该法比现有技术的方法需要较少的能量。本专利技术的再一个目的是提供一个改进的能耗较低的PSA法，该方法与用于从空气中生产大体积高纯氧的一般的工业的PSA法相比，有相似的或较少的投资费用。考虑到本专利技术的这些和其它的目的，本专利技术在下文将详细地进行-->描述，本专利技术的新特征在附加的权利要求书中会特别的指出。采用六个主要步骤的跨大气压的PSA工艺程序，其中不包括压力均衡步骤。该方法的能量要求仍如所希望的那样地降低，这是因为不存在多床系统中的压力均衡步骤。下文参考附图详细地描述本专利技术，其中：图1是在本专利技术的实施中所采用的单个床实施方案的PSA系统的示意流程图;和图2是在本专利技术的实施中所采用的两床实施方案的PSA系统的示意流程图。本专利技术的目的是通过采用一跨大气压力的PSA工艺程序实现的，该工艺程序采用一新颖的操作步骤程序，按一个循环计，在一个或一个以上的床系统中进行如下步骤：（1）用原料空气使吸附床从一个中间压力加压到一最小的超过大气压的吸附压力，从原料空气中选择性的吸附一些氮;（2）在超过大气压力下的原料空气，其中氮气被吸附，而同时从床的产品端排出氧产品气;（3）从床的加料端释出气体进行逆流减压到一中间压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的用于从空气中生产氧的变压吸附方法，该方法是在吸附系统中进行的，该系统至少包含一个装有吸附剂的吸附床，该吸附剂能将空气中的氮气作为易吸附组分选择性的吸附，按一个循环计，每个吸附床进行的工艺程序主要由下述步骤组成：（ａ）将原料空气 通入吸附床的加料端，使吸附床从一中间压力提高到超过大气压力的吸附压力，其值为约１００ＫＰａ－约１６０ＫＰａ，上述原料空气中的氮气被选择性地吸附；（ｂ）将附加量的原料空气通入处于超过大气压力的吸附压力的吸附床的加料端，从上述原料空气中选择 性地吸附氮气，同时从吸附的产品端回收氧气；（ｃ）从吸附床的加料端释出氮气，使吸附床逆流减压；（ｄ）从吸附床的加料端排出氮气，使吸附床排空到一较低的低于一个大气压的解吸压力，上述较低的低于一个大气压的解吸压力为约２０ＫＰａ－约７０ＫＰ ａ；（ｅ）将产品氧气引入处于上述较低的低于一个大气压的解吸压力的吸附床的产品端，作为产品清洗气，从床的产品端置换氮气，从吸附床的加料端排出含氮气的废气流，继续这样引入产品清洗气，直到高浓度的氧气进入废气流不久前为止；和（ｆ）将产品氧 气通入吸附床的产品端，以保证从该床的产品端置换出氮气，并使该床中的压力从低于一个大气压的较低解吸压力提高到一中间压力，由此以低的能耗和提高的总效率回收氧。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1993-11-17 1535071、一种改进的用于从空气中生产氧的变压吸附方法，该方法是在吸附系统中进行的，该系统至少包含一个装有吸附剂的吸附床，该吸附剂能将空气中的氮气作为易吸附组分选择性的吸附，按一个循环计，每个吸附床进行的工艺程序主要由下述步骤组成：(a)将原料空气通入吸附床的加料端，使吸附床从一中间压力提高到超过大气压力的吸附压力，其值为约100KPa-约160KPa，上述原料空气中的氮气被选择性地吸附；(b)将附加量的原料空气通入处于超过大气压力的吸附压力的吸附床的加料端，从上述原料空气中选择性地吸附氮气，同时从吸附的产品端回收氧气；(c)从吸附床的加料端释出氮气，使吸附床逆流减压；(d)从吸附床的加料端排出氮气，使吸附床排空到一较低的低于一个大气压的解吸压力，上述较低的低于一个大气压的解吸压力为约20KPa-约70KPa；(e)将产品氧气引入处于上述较低的低于一个大气压的解吸压力的吸附床的产品端，作为产品清洗气，从床的产品端置换氮气，从吸附床的加料端排出含氮气的废气流，继续这样引入产品清洗气，直到高浓度的氧气进入废气流不久前为止；和(f)将产品氧气通入吸附床的产品端，以保证从该床的产品端置换出氮气，并使该床中的压力从低于一个大气压的较低解吸压力提高到一中间压力，由此以低的能耗和提高的总效率回收氧。2、按权利要求1的方法，其中中间压力为超过大气压的吸附压力的约70%或低于此值。3、按权利要求1的方法，其中回收的产品氧气的纯度为约90%-约95.6%。4、按权利要求1的方法，其中吸附剂材料包括LiX型沸石，上述的超过大气压力的吸附压力为约110KPa-约160KPa，而上述的较低的低于一个大气压力的解吸压力为约30KPa-约50KPa。5、按权利要求1的方法，其中吸附剂材料包括NaX型沸石，上述的超过大气压力的吸附压力为约120KPa-约160KPa，而上述较低的低于一个大气压力的解吸压力为约40KPa-约70KPa。6、按权利要求1的方法，其中吸附剂材料包括CaX型沸石，上述的超过大气压力的吸附压力为约100KPa-约120KPa，而上述较低的低于一...

【专利技术属性】
技术研发人员：FW利维特，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]