用于臭氧生产的吸附循环制造技术

本发明专利技术涉及用于臭氧生产的吸附循环。使用至少三个吸附剂容器（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）通过吸附循环分离气体混合物，其中从一个吸附剂容器回收被吸附的产物的吹扫阶段与另一所述吸附剂容器的该阶段重叠，和／或来自一个处于进料冲洗阶段的吸附剂容器的流出物被引导到另一正处于空气吹扫阶段的吸附剂容器中。还提供一种ＰＳＡ臭氧分离循环，其中产物臭氧浓度变化被保持在１０ｍｇ／ｌ的范围内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于臭氧生产的吸附循环。
技术介绍
臭氧是氧气的反应性三原子同素异形体，其可用于化学生产、消毒、饮用水处理、空气净化、织物和木浆的漂白、废水处理以及食品加工。用于这些应用的臭氧大部分是使用 空气或高纯度氧气作为进料气体通过电晕放电系统制造的。臭氧也可以由空气或氧气通过 紫外线作用或通过冷等离子体(cold plasma)发生器制造。在大多数大的臭氧工业应用中，高纯度氧气被用作臭氧发生器进料气体。在商 业电晕放电发生器中氧气向臭氧的转化率一般在4-13%之间，在某些应用中，产生的氧 气_臭氧混合物不经进一步处理就被作为产品直接提供给下游用户。由于未反应氧气的成 本是臭氧系统操作成本的主要部分，所以在许多情形下希望从所述氧气-臭氧混合物中回 收氧气以再循环到臭氧发生器。这可以例如通过变压吸附(pressure swing adsorption, PSA)来完成，其中臭氧从臭氧发生器出口流中被选择性吸附，并且回收的臭氧耗尽的氧气 被再循环到臭氧发生器。所述被吸附的臭氧被吹扫气体(swe印gas)如空气或氮气解吸， 并且臭氧和吹扫气体的混合物被作为产品提供给下游用户。臭氧-氧气PSA系统往往使用沸石吸附剂来从氧气中选择性吸附臭氧。众所周知 沸石吸附剂会促进臭氧的分解，并且臭氧分解的程度会不利地影响臭氧成本且会提高消耗 臭氧的过程的操作成本。如美国专利5，810，910中所述，可通过使用含有预吸附的组分如 水、二氧化碳、氩气或六氟化硫的沸石降低臭氧分解的程度。这些不与臭氧发生反应的组分 在臭氧吸附之前被吸附在吸附剂上。PSA系统中现在采用的吸附循环，如美国专利6，030，598中所公开的吸附循环，的 一个问题在于产物气体流中臭氧浓度的大波动，这会损害使用所述产物气体流的过程在稳 定状态运行的能力。因此，需要在产物气体流中提供更一致的臭氧浓度的改进的吸附循环。
技术实现思路
在一方面，本专利技术包括一种分离含产物气体和反应物气体的气体混合物的方法， 其包括在至少三个吸附剂容器中的每一个中执行包括重复执行以下步骤的循环，其中所述 至少三个吸附剂容器中的每一个都包含对所述产物气体比对所述反应物气体具有更大吸 附力(adsorption affinity)的吸附剂(i)将所述气体混合物通过第一气体管线输入到 吸附剂容器中并将离开吸附剂容器的气体引导到回收管线，所述回收管线与所述第一气体 管线流体连通；和(ii)将吹扫气体输送通过吸附剂容器并将离开吸附剂容器的气体引导 到产物气体管线，离开吸附剂容器的所述气体包括所述吹扫气体和所述产物气体；其中在 所述至少三个吸附剂容器的一个中步骤(ii)的执行与所述至少三个吸附剂容器的另一个 中步骤(ii)的执行相重叠(overlap)。在另一方面，本专利技术包括一种使用包括至少三个吸附柱的系统从包括产物气体和反应物气体的气体混合物制造产物气体的方法，该方法包括在至少三个吸附剂容器中的每 一个中执行包括重复执行以下步骤的循环，其中所述至少三个吸附剂容器中的每一个都包 含对所述产物气体比对所述反应物气体具有更大吸附力的吸附剂(i)将所述气体混合物 通过第一气体管线输入到吸附剂容器中并将离开吸附剂容器的气体引导到回收管线，所述 回收管线与所述第一气体管线流体连通；(ii)将吹扫气体输送通过吸附剂容器并将离开 吸附剂容器的气体引导到产物气体管线，所述离开吸附剂容器的气体包括所述吹扫气体和 所述产物气体；和(iii)将进料气体混合物输送通过吸附剂容器并将离开吸附剂容器的气 体引导到所述至少三个吸附剂容器中的另一正在执行步骤(ii)的吸附剂容器中。在仍另一方面，本专利技术包括一种方法，其包括(a)执行变压吸附循环，在变压吸 附循环期间在至少一个吸附剂容器的每一个中臭氧被吸附，然后从所述至少一个吸附剂容 器的每一个解吸并由清洗气体输送至产物气体管线；和(b)在步骤(a)过程中将所述产物 气体管线内的臭氧浓度变化保持在10mg/l的范围内。附图说明图1是本专利技术的一个实施方案的工艺流程图；图2是显示图1所示PSA臭氧系统的系统循环的图表；图3是显示来自使用现有技术的吸附循环进行的试验的数据的图；和图4是显示来自使用本专利技术的吸附循环进行的试验的数据的图。具体实施例方式本专利技术包括一种改进的PSA循环，其设计成在整个循环过程中减少产物气体流中 臭氧浓度的变化。所述改进的PSA循环还提供具有较高平均臭氧浓度的臭氧产物流。除非在本文中另有说明，否则说明书、附图和权利要求中提到的所有百分比都应 理解为是基于体积的。在本申请中，使用了字母(例如(a)、(b)、(C)、⑴和(ii))来标记方法步骤。这 些字母用于帮助提及所述方法步骤，并不意欲表明所述步骤的执行顺序，除非并且只有具 体提到了这样的顺序。在一方面，本专利技术提供一种分离包含产物气体和反应物气体的气体混合物的方 法，其包括在至少三个吸附剂容器中的每一个中执行包括重复执行以下步骤的循环，其中 所述至少三个吸附剂容器中的每一个都包含对所述产物气体比对所述反应物气体具有更 大吸附力的吸附剂(i)将所述气体混合物通过第一气体管线输送到吸附剂容器中并将离开吸附剂容 器的气体引导到回收管线，所述回收管线与所述第一气体管线流体连通；和(ii)将吹扫气体输送通过吸附剂容器并将离开吸附剂容器的气体引导到产物气 体管线，离开吸附剂容器的所述气体包括所述吹扫气体和所述产物气体；其中在所述至少三个吸附剂容器中的一个中步骤(ii)的执行与在所述至少三个 吸附剂容器中的另一个中步骤(ii)的执行相重叠。所述吹扫气体可以由露点不高于_57°C的环境空气构成。优选地，在所述重叠期间离开执行步骤(ii)的吸附剂容器的所有气体都被引导到所述产物气体管线。在执行所述重叠期间通常将在所述至少三个吸附剂容器中的另一个中执行步骤 ⑴。所述循环可以进一步包括(iii)将进料气体混合物输送通过吸附剂容器并将离 开吸附剂容器的气体引导到不同于所述回收管线的输出位置，优选地引导到所述至少三个 吸附剂容器中的另一正在执行步骤(ii)的吸附剂容器中。所述循环还可以进一步包括(iv)将清洗气体输送通过吸附剂容器并将离开吸附 剂容器的气体引导到所述回收管线。优选地，所述清洗气体由离开所述至少三个吸附剂容 器中的那个正在执行步骤(ii)的吸附剂容器的气体的一部分构成。通常，在所述至少三个吸附剂容器中的每一个内按以下顺序执行步骤(i)-(iv) 步骤⑴、(iv)、(ii)然后(iii)。通常，将在所述至少三个吸附剂容器中的另一个执行步骤(iii)的同时，在所述 至少三个吸附剂容器的一个内执行步骤(iv)。在所述至少三个吸附剂容器的一个中步骤 (iv)的开始和结束通常将与在所述至少三个吸附剂容器中的另一个中步骤(iii)的开始 和结束同时发生。优选地，步骤(ii)进行的时间比步骤(i)和如果存在的话步骤(iii)和(iv)的 每一个都长，且特别是所述循环中任一其它步骤的至少两倍长。本专利技术特别，但并非排他的，可应用于气体混合物包括臭氧作为产物气体和/或 氧气作为反应物气体的方法中。通常，所述气体混合物将为臭氧发生器的流出物或由其 得到的含臭氧的气体混合物，其中在所述臭氧发生器中由含氧气的进料气体混合物生成臭 氧。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
分离包含产物气体和反应物气体的气体混合物的方法，其包括在至少三个吸附剂容器（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）中的每一个中执行包括重复执行以下步骤的循环，其中所述至少三个吸附剂容器中的每一个都包含对所述产物气体比对所述反应物气体具有更大吸附力的吸附剂：（ｉ）将所述气体混合物通过第一气体管线（２６）输送到吸附剂容器中并将离开吸附剂容器的气体引导到回收管线（２８），所述回收管线与所述第一气体管线流体连通（２９）；和（ｉｉ）将吹扫气体（１８）输送通过吸附剂容器并将离开吸附剂容器的气体引导到产物气体管线（２２），离开吸附剂容器的所述气体包括所述吹扫气体和所述产物气体；和其特征在于在所述至少三个吸附剂容器中的一个（Ｃ１）中步骤（ｉｉ）的执行与在所述至少三个吸附剂容器中的另一个（Ｃ２）中步骤（ｉｉ）的执行相重叠。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：EL小韦斯特，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]