用于净化高流量气流的方法和设施技术

本发明专利技术涉及一种用于通过吸附来净化高流量气流的方法和设施，净化设施包括具有水平布置的平行六面体外壳的至少一个吸收器并且包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于净化高流量气流的方法和设施
[0001]本专利技术涉及一种用于高流量气流(即从数千到数万Nm3/h)的低压净化的方法以及装置。更具体地说，本专利技术涉及通过保护床层净化气体，或者通过TSA循环或甚至在一些情况下通过准等压PSA循环来分离/净化气体流体。
[0002]在所有这些情况下，实施吸附现象，不管此现象是可逆的(物理吸附)还是不可逆的(化学吸附)。
[0003]一般来说，可以使用气相吸附方法以通过利用一或多种吸附剂对含有一种或多种分子的气体混合物的不同组成分子的亲和力差异，来将所述分子从该混合物中分离。吸附剂对分子的亲和力一方面取决于吸附剂的结构和成分，而另一方面取决于分子的性质，特别是其大小、其电子结构以及其多极矩。吸附剂可以是例如沸石、活性炭、任选掺杂的活性氧化铝、硅胶、碳分子筛、有机金属结构、碱或碱土金属氧化物或氢氧化物，或优选含有能够与分子反应的物质的多孔结构，例如，比如胺、物理性溶剂、金属络合剂、金属氧化物或氢氧化物。
[0004]较常规的吸附剂材料是呈颗粒的形式(珠子、棒条、粉碎材料等)，但它们也可以呈结构化形式，比如整料、轮子、平行通道接触器、织物、纤维等。
[0005]吸附方法主要有3类：牺牲载荷法、TSA(变温吸附)法，以及最后PSA(变压吸附)法。
[0006]在牺牲载荷法中，在这种情况下通常使用术语“保护床层”，当正在使用的载荷充满杂质时，或更一般地说，当载荷无法再充分发挥其保护作用时，引入新的载荷。不同于再生法(TSA、PSA)，载荷的材料可能不可逆转地附着杂质。
[0007]在TSA型方法中，吸附剂在使用结束时就地再生，即排出所捕获的杂质，使得所述吸附剂恢复其大部分吸附能力，并且可以重新开始净化循环，其中主要再生效果是由于温度的升高。
[0008]最后，在PSA型方法中，在生产阶段结束时，吸附剂通过杂质的解吸来再生，杂质的解吸是借助于其局部压力的降低来实现。此压力降低可以通过总压力的降低和/或通过用不含或含少量杂质的气体进行冲洗来实现。此处在PSA领域中仅对后一种情况感兴趣。更具体地说，PSA于是涉及将流体的组分转移到另一等同或甚至更大的流中。此举可以涉及例如回收转移到方法气体中的废气中所含有的具有高经济价值的产物。吸附和再生压力于是可以是接近的。
[0009]要净化的流体只是穿过保护床层。为了最好地使用活性材料，通常将所述材料收纳在串联操作的两个吸附器中，其中第二吸附器含有前区，而第一吸附器几乎饱和。在杂质渗入之前，第一吸附器的载荷将已经由新载荷代替，并且一组阀门将使吸附器中的载荷的循环次序反转。因此，最好地使用了活性材料。
[0010]按照惯例，TSA法循环包括以下步骤：
[0011]a)在超大气压力和环境温度下通过使流体循环穿过吸附剂块来净化/分离流体；
[0012]b)将吸附器减压到大气压；
[0013]b)通过循环借助于交换器加热到通常在60℃与250℃之间的范围内的温度的气体来再生吸附剂，该交换器通常为电加热器或蒸汽加热器类型；
[0014]d)在环境温度下冷却吸附剂，特别是通过继续向其中引入所述未加热再生气体来冷却吸附剂；
[0015]e)用要净化/分离的气体或通过处理过的气体来对吸附器重新加压。
[0016]可向上文所述的那些步骤添加另外的步骤，诸如将两个吸附器并行放置的步骤，其中放置持续不同的持续时间，即从几秒到若干分钟；或甚至等待没有流体循环穿过吸附剂的步骤，例如在再生步骤结束时。
[0017]通常，TSA包括两个交替操作的吸附器，即一个吸附器处于生产阶段，而另一吸附器处于再生阶段。可以根据应用来使用许多其他配置(多个吸附器、闭环或半闭环再生、不同吸附器上的串联加热和冷却等)。这些实施选择并不形成本专利技术特有的特征的一部分，并且下文将阐释这些特征的部分。
[0018]在压力帮助阻止杂质的情况下，至少在物理吸附的情况下，净化单元非常普遍地安装在先前已经压缩的气体上。例如，迄今为止，有意在低温单元中分开的空气的净化几乎只在压力下发生，但是已提出了一定数目的变体。最通常使用的低温循环是“双柱”循环，其中在单个压力下压缩空气，该单个压力对应于最近压力损失、对应于柱的操作压力、称为平均压力，即通常介于4.5巴绝对压力与6巴绝对压力之间。净化通常在此压力下进行。
[0019]实际上，在大气压力附近实施低压吸附方法引起了关于中或高压方法(＞10巴绝对压力)的一定数目的问题。由于杂质的局部压力低很多并且从而吸附能力也低很多，所以要使用的吸附剂块大很多。在相同几何形状下，压力损失也大很多，并且对应的所消耗能量可能高至足以使预期方法低效。应理解，所使用的流体的流速越高，这些问题越麻烦。
[0020]因此，已提出不同的解决方案来克服这些缺点。
[0021]第一基本趋势已经是开发对流体循环具有最小抑制的吸附器。具有薄膜并具有大流量截面的吸附剂的使用是通常使用的解决方案之一，而不管吸附器的类型如何(具有竖直轴线、具有水平轴线、径向轴线等的圆柱形)；然而这样的选择具有缺点。
[0022]如[图1]中示意性地示出，这样的布置导致吸附剂体积的两侧具有较大死体积。图1A、图1B分别示出具有竖直轴线和水平轴线的圆柱形吸附器。[图2]就其本身而言，示出了径向吸附器。当在薄层中使用吸附剂体积时，吸附剂体积仅表示吸附器的总内部体积的一部分，通常小于50％。当吸附器的大小增加时，此部分趋向于减小。要求这些死体积的一部分确保穿过吸附剂体积的流体的良好分布。这还尤其要求低填充容差，以便具有具相同厚度和密度(或甚至空隙率)的吸附剂层，而不管流体穿过吸附剂的路径如何，以便在净化步骤结束之前，避免将污染生产的任何旁通。
[0023]应注意，在径向床层的情况下，有可能凭借实施同心圆柱形网格来获得实际上与最接近的制造容差相同的床层厚度。然而，在具有垂直轴线或水平轴线的圆柱形吸附器的情况下，在填充之后具有非常平坦的自由表面并且确保这些表面因此保持操作是值得的。在可以超过10m2的截面上，这需要合适的程序。
[0024]如果圆柱形吸附器由于其几何形状而可以以相对高效且均质的方式填充(径向床层并非总是如此)，则为此，通常需要使用专门为此目的开发的设备和/或需要提供具有可拆卸的上部的设备。
[0025]用于减少压力损失(即最终具有用于流体的大流量截面和低床层厚度)的最终方法涉及将对应于吸附器的吸附剂块分成并行操作的多个子系统。
[0026]于是出现若干可能性。吸附剂块被划分，但位于同一耐压外壳中。文献EP 2752232的[图7]和[图8]展示了此情况。圆柱形套圈在此处用作进气口的中央区的两侧含有两个相同的吸附剂床层，其中此气体的一半在净化之后朝这些床层中的每一者侧向排出。这样的布置允许流量截面大致加倍，允许床层的宽度减小，但由于几何形状，形成了分布缺陷，这些分布缺陷与低温分离之前的空气净化所要求的性能不兼容。
[0027]还可以实施多个相同模块，这些模块连接在一起，并且因此作为一个且同一个吸附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于通过吸附来净化气流的装置，该装置包括具有水平布置的平行六面体形状的外壳的至少一个吸附器A，并且包括：
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用于该气流的入口和出口；
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两个固定床层吸附剂块，这两个固定床层吸附剂块中的每一者也是平行六面体形的，这两个固定床层吸附剂块的面平行于该外壳的面；以及
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一组体积，该组体积允许该气流在这些吸附剂块中的每一者的整个截面上且在这些吸附剂块中的每一者的整个厚度上、并行地且在相反方向上水平穿过这两个吸附剂块；该组体积包括：a)内部部分，该内部部分包括：
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第一体积V1(7)，该第一体积用于引入和分配或回收流体；
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第二体积V2(8)和第三体积V3(9)，该第二体积和该第三体积各自包括吸附剂块并且位于该第一体积V1的两侧；以及b)自由部分，该自由部分包括两个自由体积V4和V5(11)，这两个自由体积用于引入和分配或回收包含在该内部部分的两侧以及该内部部分与该吸附器的外壳之间的流体；该内部部分相对于该吸附器的外壳的中间平面对称地布置；该内部部分具有实心下部底座和/或实心上部底座，并且该第一体积V1、该第二体积V2和该第三体积V3具有竖直壁，这些竖直壁可密封地附接到该吸附器的外壳的上壁或附接到该实心上部底座，并且附接到该吸附器的外壳的下壁或附接到该实心下部底座；该组体积在该吸附器的外壳的下壁与该实心下部底座之间包括与这些自由体积V4和V5流体连通的空间；或者，该组体积在该吸附器的外壳的上壁与该实心上部底座之间包括与这些自由体积V4和V5流体连通的空间。2.如前述权利要求所述的装置，其特征在于，这些吸附剂块遵循TSA或PSA循环，或者是牺牲载荷块。3.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，该第二体积V2和该第三体积V3各自包括至少两个相邻子体积，该至少两个相邻子体积包括不同的吸附剂，其中该组吸附剂相对于该吸附器的中间平面对称地布置。4.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，该第一体积V1、该第...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯诺瓦，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：