双产物压力吸附和膜操作的方法和系统技术方案

将ＰＳＡ空气分离操作的废气通入到膜系统中以便提高第二产物的回收率。通过捕集废气流中含有高浓度氮或氧的那部分，提高了整个分离的效率。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用压力回转吸附和膜气体分离的方法和系统分离气体。更具体地说，本专利技术涉及由此回收高纯产物气和高纯第二产物气。压力回转吸附（PSA）法及系统在很多工业应用中用来来制造高纯气流。在这种方法中，通常是将含有较易被吸附的组分和不易被吸附的组分的进料气体混合物通入吸附剂床中，吸附剂床能在较高的吸附压力下吸附较易被吸附的组分。然后将吸附剂床减压到较低的解吸压力，以便从吸附剂材料中将较易吸附的组分解吸，并且从床中将其除掉，接着向床中补充加入进料气体混合物，继续床中的吸附一解吸循环操作。这种PSA方法通常在多床系统中进行，每个床都在循环的基础上按所要求的PSA操作程序操作，并且与系统中各床中进行的操作程序相互关连。PSA系统通常在工业应用中用来从给定的进料气源中制得单种产物气流。就空气分离而言，PSA系统实现了所要求的氧和氮的分离，因为所用的吸附剂对于氧或是氮有更大的选择性。任何特定的吸附剂材料的吸附能力都在较高的压力下增加，在较低的压力下减小。在用来制造高纯氧产物的PSA方法和系统中，所用的吸附剂可-->以对所希望的氧产物或氮产物有更大的选择性。在所用的吸附剂是对氮有选择性的材料（例如沸石型分子筛）的系统中，产物氧在较高吸附压力的吸附阶段作为从床中除掉的不易吸附的组分而制得。当氧是用对氧有选择性的材料（例如碳分子筛）的系统中所要的产物时，产物氧在吸附剂床减压到较低的解吸压力时作为较易吸附的组分制得。在氮是所要产物的PSA方法和系统中，取决于PSA系统使用的是对氧还是对氮有选择性的吸附剂，有着类似的结果。本领域的技术人员会理解，PSA系统固有地不能将任何给定的进料气流组分与进料气流的其它组分完全分开。一般来说，PSA分离产生的产物气流含有高百分含量的某一组分和少量的其余组分。从PSA系统中除掉的其它气流，即废气流，将含有输入的所有进料气流组分。吸附系统不能将输入的进料气流中的任何组分与其它组分完全分离这一事实，常常是为什么在PSA操作中存在所谓废气流的原因。相当常见的是，这种非产物废气流不含有百分含量高得足以有实际工业应用的任何给定组分。因此，此气流对于气体分离操作的最终用户没有重要价值。在具有工业重要性的PSA空气分离技术中，仍然希望以分离的高纯气流的形式将废气流中最重要的组分回收，不管是氧或氮。这样的回收将会提高在日益增长的具有重要工业应用的领域中使用PSA操作的技术与经济可行性。例如，在用于空气分离制氧的典型的吸附方法中，废气流的平均氧纯度一般约为10%，废气流的其余90%主要由氮组成。与空气的成分相比，废气流的氧纯度比空气的降低了50%以上。因此，由这种废气流制得所要纯度的氮，所需的分离装置比处理进料空气流所需要的必然会小而便宜，因为空气中-->存在的氧已除掉了一半以上。另外，为将此废气流供给分离装置所需的任何压缩设备要比处理空气时所需的设备小，而且消耗的功率较少。但是，从废气流中捕集有价值组分的任何方法必须能经济地获得这一理想结果，以便使附加操作的花费不超过由于捕集了某组分而实现的节约。因此，本专利技术的目的之一是用PSA系统实现进料气体混合物的分离和从PSA废气流中回收进料气体混合物中有价值的组分。本专利技术的另一目的是提供一种PSA空气分离方法和系统，它能制得氧或氮产物，具有增强的回收高纯气流的装置，气流中含有废气流中最重要的组分。考虑到这些目的及其它目的，本专利技术将详加叙述，在所附的权利要求中具体指出本专利技术的新特点。本专利技术适当地捕集一部分PSA气体分离废气流，其中含有高浓度的非主产物废气流的所要组分，以便在可透膜系统内进一步处理时制得富集的第二产物气流。下面参照附图说明本专利技术，图中包括PSA制氧系统的工艺流程图，其中将从PSA系统中回收的富氮废气通入到可透膜系统中，以制得富氮副产物气流。本专利技术的目的最好是通过接收一部分PSA废气流来完成，该部分气流含有高浓度的所要组分作为富集的产物气流，它可以方便地通入到可透膜系统中进一步纯化。这一方法是可行的，因为发现PSA废气流的即时纯度在该废流产生期间有变化。因此，捕集废气流中浓度最高的部分会得到高纯气流，其中富集着否则将和PSA废气流一起排放掉的组分。-->在实施本专利技术时，监测废气流的即时纯度，每当其纯度符合或超过最低可接受水平时即将此气流捕集。当废气流的纯度水平低于上述的最低可接受水平时，将废气流象通常对PSA空气分离操作的所有废气一样地排放掉。为此，可以使用两个控制阀以导引废气流的流动。两个控制阀彼此反向操作，一个阀用来捕集废气流，另一个用来排放该气流。根据废气的即时纯度读数来操作阀门。因为废气中的所要组分是以间歇的方式回收，所以使用一个缓冲槽来保持所要的富集组分作为双产物气流连续地流向最终用户。在缓冲槽的下游将该双产物气流压缩到所要求的操作压力。参照图中的PSA制氧系统，进料空气经由管线1和空气压缩机2通入到处在所要求的较高吸附压力水平的PSA床。如果需要，安装一根带有阀门4的管线3，以便使系统的压缩空气转换方向。管线1分成两个进料管线5和6，以便将进料空气在循环的基础上通到画出的PSA系统中两个床体的每一个。带有阀7的管线5通到吸附床8的底部或进料端，而带有阀9的管线6则通到吸附剂床10的底部或进料端。带阀12的管线11由吸附剂床8的上部或产物端通出。带阀门14的管线13由吸附剂床10的上端或产物端通出。管线11和13合在一起形成带止回阀16的管线15，通到储槽17，富集的氧由储槽17经过管线18作为高纯产物气流回收。在吸附剂床的底端，管线19和20分别由管线5和6延伸，并且分别带有阀21和22。上述管线19和20合在一起形成管线23，延伸到带真空泵25、阀26、储槽27和产物压缩机28的管线24上，富集的气体从压缩机28经由管线29通入到下面提到的膜系统。带阀门31的管线30由真空泵25和阀26之间的管线24延伸出去。-->吸附剂床中排出的废气的纯度用纯度分析器32监测，响应取自管线24的输入信号33，取样部位处在真空泵25和管30由管线24延伸处之间。纯度分析器也适合通过输入信号34监测储槽27中的气体纯度。纯度分析器32适合向控制系统36输送输出信号35，该控制系统用来通过输出信号37和38分别地适当操作阀31和26，以便使管线24中的PSA废气或是通过管线30，或是继续通过管线24到达储槽27。控制系统36还通过输入信号39监测储槽27中存在的富气数量。在图中所示系统的PSA部分的操作中，压缩的进料空气在循环的基础上以较高的吸附压力通过床8和10。吸附剂床8和10包含着平衡型的吸附剂材料，例如沸石型分子筛，它们能选择性地吸附氮，而氧或者氧和氩则通过床体，在管线15中被回收，通入到储槽17中作为富氧产物使用。在各床中吸附/解吸PSA操作程序的解吸期间，较易吸附的氮气，即，PSA制氧操作中的典型废气，由减压到较低的解吸压力的床体下部进料端流出，通入到排放管23中。当使用真空泵25降低压力以便解吸时，氮气流过阀21或阀22到达排放管23，由那里流到管线24、真空泵25和管线30，以便从系统中排放。在实施本专利技术时，废氮气流不是连续地输送到管线30，而是通过控制阀26和31分成两股分离的气流。通过阀31和管线30的氮气代表本方法的净废气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力回转吸附法，用来在吸附系统中将氧或氮作为高纯产物回收，该系统有至少一个吸附剂床，床中含有吸附剂材料，能够将进料空气中容易吸附的组分氧或氮选择性吸附，该方法包括各床中在循环基础上的吸附／解吸／再加压程序，其中从系统里回收所要的产物回收，废气流则由系统中另行排放，对方法的改进包括：（ａ）将废气流通入一个可透膜系统，该系统能将作为废气流主要组分的氧或氮回收，与其中存在的杂质分开；（ｂ）从膜系统中排放掉上述杂质；和（ｃ）从膜系统中将废气流的主要组分作为高纯度第二产物回收，高纯度氧和氮气流的回收提高了整个空气分离方法的效率。

【技术特征摘要】
US 1991-10-8 772,8671、一种压力回转吸附法，用来在吸附系统中将氧或氮作为高纯产物回收，该系统有至少一个吸附剂床，床中含有吸附剂材料，能够将进料空气中容易吸附的组分氧或氮选择性吸附，该方法包括各床中在循环基础上的吸附/解吸/再加压程序，其中从系统里回收所要的产物回收，废气流则由系统中另行排放，对方法的改进包括：(a)将废气流通入一个可透膜系统，该系统能将作为废气流主要组分的氧或氮回收，与其中存在的杂质分开；(b)从膜系统中排放掉上述杂质；和(c)从膜系统中将废气流的主要组分作为高纯度第二产物回收，高纯度氧和氮气流的回收提高了整个空气分离方法的效率。2、权利要求1的方法，其中进料空气的容易吸附的组分含有氮，氧构成它的不易吸附的组分。3、权利要求2的方法，其中氧是吸附系统所要的产物，其废气流含有氮作为主要组分，高纯度氮从膜系统中被回收4、权利要求2的方法，其中氮是吸附系统所要的产物，废气流中含有氧作为其主要组分，高纯度的氧从膜系统中回收。5、权利要求1的方法，其中包括（a）将一部分废气流与剩余的废气部分分开，分离出的部分含有非产物组分，其纯度高于该组分在废气流中的平均纯度水平，该纯度水平至少等于对所述非产物组分所要求的最低可接受水平;（b）将分离出的部分非产物组分通入膜系统中，以便从中回收第二产物;和（c）排放掉废气流中的净废气部分。6、权利要求5的方法，其中容易吸附的组分含有氮，氧则构成进料空气中不易吸附的组分。7、权利要求6的方法，其中氧是所要的吸附系统的高纯度产物，氮是高纯度的第二产物。8、权利要求5的方法，其中监测废气流的即时纯度，在吸附程序中当废气流的纯度符合或超过最低可接受的水平时，将废气流与净废流分开。9、权利要求8的方法，其中吸附剂材料含有沸石型分子筛材料，它能选择性地吸附进料空气中容易吸附的组分氮。10、权利要求5的方法，其中分离出的部分废气流流入储槽中，监测储槽中分离出的部分非产物组分的纯度，在分离出的部分非产物组分的纯度符合或超过最低可接受水平的期间，将分离出的部分废气流通入储槽中。11、权利要求5的方法，其中预先设定一部分废气流与净废气分离的时间增量，以便使分离出的部分废气流的纯度超过最低可接受的水平。12、权利要求10的方法，其中吸附剂材料含有沸石型分子筛材料，它能选择性地吸附进料空气中容易吸附的组分氮。13、权利要求12的方法，其中氧是吸附系统的产物，氮是高纯度的第二产物。14、权利要求5的方法，其中包括，将分离出的部分废气流通入储槽中，监测通入储槽的分离出的部分废气流的数量，当储槽中已装满分离出的部分废气流时，将额外的废气流转移排放。15、一种压力回转吸附系统，用来在吸附系统中回收氧或氮，该吸附系统至少有一个吸附剂床...

【专利技术属性】
技术研发人员：DA拉吉里，DR汤普森，
申请(专利权)人：普拉塞尔技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]