空气分离方法及其设备技术

一种空气分离方法，包括将压缩空气引入第二吸附塔５，以通过吸附除去二氧化碳和水，低温液化和精馏经过第二吸附塔５后的空气以将该空气分离成氮气和氧气，其特征在于在将压缩空气引入第二吸附塔５之前，处于由空气被压缩时产生的压缩热加热后温度的压缩空气，被冷却并被引入第一吸附塔４，以吸附并除去压缩空气中的水分，然后经过第一吸附塔４后的空气被引入催化塔９，以氧化空气中的一氧化碳和氢。本方法的优点是催化塔中的催化剂不会发生早期中毒，因此可长时间免维护和成本低。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
空气分离方法及其设备本专利技术涉及一种可以防止催化剂的早期中毒的空气分离方法及其设备。到目前为止高纯氮气、氧气、氩气等一直是通过使用一种空气分离设备制造的，在所述设备中，通过利用它们之间的沸点差来分离氮气、氧气、氩气等。即，高纯氮气等是通过用空气作原料的方法制造的，所述方法包括用空气压缩机压缩原料空气，用冷却器冷却由所述压缩加热的压缩空气以降低其温度，将冷却后的压缩空气引入吸附塔以除去二氧化碳和水份，经过换热器以通过与致冷剂换热而冷却空气，然后低温液化并在一精馏塔中利用沸点差分馏。然而，由于氮气和一氧化碳之间的沸点差非常小，而且在这种空气分离设备中两者的气态比重几乎相等，所以很难通过从原料空气中分离出一氧化碳而将其除去，导致产品气被一氧化碳污染。此外，存在着另一个问题，以小百分比存在于原料空气中的氢气由于其沸点低于氮气沸点不能被液化除去，使得产品气被氢气污染。在目前的情况下，半导体工业技术日益发展，甚至这样的非常少量的杂质也会成问题。为了完全除去所述一氧化碳和氢气，本专利技术的专利技术者们已经提出了一种如图8所示的空气分离设备，其中一个催化塔104设置在一个空气压缩机101和一个吸附塔107之间，所述催化塔装有可除去压缩空气中的一氧化碳和氢气的钯基催化剂。在该图中，102是换热器，来自空气压缩机101的压缩空气和经过催化塔104的空气靠所述-->换热器换热使得被由空气压缩机101压缩加热的压缩空气被进一步加热，同时经过催化塔104的空气被冷却。103是加热器，被换热器102加热的压缩空气靠该加热器被加热到一个特定温度(一个适合于催化塔104中的氧化反应的温度，即不低于200℃的高温)。106是排水分离器。105是氟利昂冷却器，由换热器102冷却的空气靠所述冷却器冷却到一个特定温度(一个适合在吸附塔107中吸附除去的温度)。在这种空气分离设备中，空气被空气压缩机101压缩，靠此其温度升高，并且被换热器102和加热器103进一步加热到一个特定的温度，然后被引入催化塔104，在其中压缩空气中的一氧化碳和氢气与被载带的钯催化剂一起进行氧化反应。压缩空气中的一氧化碳和氢气靠此转化成二氧化碳气体和水分。经过催化塔104的空气被换热器102和氟利昂冷却器105冷却到一个特定的温度，然后被引入吸附塔107以使二氧化碳气体和水分在吸附塔107中被吸附剂(活性铝土和沸石之类)吸附并被除去。如此得到的净化空气被供给一个低温精馏塔(未示出)以将其分离成氮气、氧气、氩气之类。然而，在上面提到的空气分离设备中的催化塔104中的被载钯催化剂在一年内出现中毒的情况。在这种情况下，昂贵的催化剂必须在早期更换，这引起需要经常维持催化剂的早期更换的问题，导致总成本高昂。另外，另一个问题是细粉末聚集在催化塔104的下部。在这种情况下，需要常常维持细粉末的早期清理。从而本专利技术的目的是提供一种空气分离方法及其设备，由于长期免维护而且催化剂不出现早期中毒，从而可得到成本适当的方法。为了达到上述目的，本专利技术的第一方面涉及一种空气分离方-->法，该方法包括压缩取自外界的空气，将压缩空气引入净化装置以除去二氧化碳和水，并低温液化和分馏经过净化装置后的空气，以将其分离成氮气和氧气，其特征在于在将压缩空气引入净化装置之前，当空气被压缩时处于由压缩热加热后温度的压缩空气被冷却装置冷却，并被引入吸附装置使得压缩空气中的水份被吸附，然后使经过吸附装置后的空气与催化剂接触，使得空气中的一氧化碳和氢气被氧化。本专利技术的第二方面涉及一种空气分离设备，该设备包括压缩来自外界的空气的装置，用于除去经过空气压缩装置的压缩空气中的二氧化碳气和水的净化装置，用于将经过净化装置后的空气低温液化并分馏成氮气和氧气的分馏装置，其特征在于在空气压缩装置和净化装置之间设置下列装置：用于冷却处于由空气压缩装置产生的压缩热加热后温度的压缩空气的冷却装置，用于吸附处于被冷却装置冷却后温度的空气中水分的吸附装置，用于加热已经过吸附装置的空气的加热装置，和用于氧化被加热装置加热的空气中的一氧化碳和氢气的催化装置。也就是说，本专利技术的专利技术者们一直致力于研究催化塔中的被载钯催化剂在一年内中毒的原因，和粉末在催化塔的下部聚集的原因。在研究过程中，他们得到的事实是，在这种被载钯催化剂中由于钯颗粒保持在氧化铝的外表面上，当水分进入氧化铝的外表面上的空间或间隙时，氧化铝膨胀使得钯颗粒剥落并离开氧化铝的外表面，由此使活化面积减小，导致催化剂的早期中毒，而且落下的钯颗粒变成细粉，所述细粉聚集在催化塔之类的下部。除了这些事实以外，他们发现，当压缩空气中含有许多水分时有必要将引入催化塔中的压缩空气加热到不低于200℃的高温以促进催化塔中的氢气和一氧化碳的氧化反应，催化剂暴露在如此高温下，在这样的温度-->下催化剂容易中毒，从而必然导致在早期出现催化剂性能方面的中毒。进一步进行研究的结果是，他们得到一个结论，在将来自外界的压缩空气引入吸附装置之前，由压缩产生的压缩热加热的压缩空气借助冷却装置冷却以降低温度并被引入吸附装置使得压缩空气中的水分被吸附除掉，随后，使经过吸附装置的空气与催化剂接触，使得一氧化碳和氢气被氧化，靠此，压缩空气中的几乎所有水分都可以在所述空气与催化剂接触之前被吸附装置除去。由于这个原因，没有催化剂早期中毒现象，也不必升高压缩空气的温度，因为压缩空气中的水分已经被除掉。结果是，催化剂的卓越的性能可以被长时间保持。如上所述，按照本专利技术，因为压缩空气中的水分在压缩空气与催化剂接触之前被吸附除去，催化反应可以在低温如60℃进行，而在常规方法中，因为待引入催化塔中的压缩空气含有许多水分，其催化反应要求不低于200℃的高温。另外，按照本专利技术，与常规方法相比，通过降低催化反应温度，被加热到高温引起的催化剂的中毒可受到大幅度的抑制。从而，使催化剂的卓越性能可长时间地保持，而且还长时间不需维护。另外，对于换热器来说，在象常规方法那样在不低于200℃进行反应的情况下，需要高价材料如不锈钢，然而，在本专利技术中由于降低了催化反应温度，可以使用低价材料如铝。更进一步而言，按照本专利技术的设备，本专利技术的方法可以被容易而有效地实现。本专利技术还通过提供三套能用作除去装置的吸附装置和用于使这些吸附装置再生的装置而包含一种方法，该方法包括按下列顺序重复的三个步骤：第一步为通过第一吸附装置的吸附除去压缩空气中的二氧化碳气体和水分，通过第二吸附装置的吸附除去与催化剂接触的空气中的二氧化碳气体和水，和通过再生装置-->再生第三吸附装置；第二步为通过第二吸附装置的吸附除去压缩空气中的二氧化碳气体和水分，通过第三吸附装置的吸附除去与催化剂接触的空气中的二氧化碳气体和水，和通过再生装置再生第一吸附装置；第三步为通过第三吸附装置的吸附除去压缩空气中的二氧化碳气体和水分，通过第一吸附装置的吸附除去与催化剂接触的空气中的二氧化碳气和水，和通过再生装置再生第二吸附装置。在该方法中，通过利用吸附与催化剂接触的空气中的二氧化碳气体和水的吸附装置吸附的量比吸附压缩空气中的二氧化碳气体和水分的吸附装置吸附的量少这个事实，可以进行有效的吸附去除和再生。也就是说，通过除去压缩空气中的二氧化碳气和水分已经达到吸附极限的吸附装置，可以被变换到再生过程中，在除去与催化剂接触的空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气分离方法，包括压缩取自外界的空气，将该压缩空气引入净化装置以除去其中的二氧化碳气和水，和低温液化并精馏经过净化装置后的空气，以将该空气分离成氮气和氧气，其特征在于在将压缩空气引入净化装置前，处于由空气被压缩时产生的压缩热加热后温度的压缩空气被冷却装置冷却，并被引入吸附装置以吸附压缩空气中的水，然后经过吸附装置后的空气与催化剂接触，以氧化空气中的一氧化碳和氢。

【技术特征摘要】
JP 1995-4-20 95566/951.一种空气分离方法，包括压缩取自外界的空气，将该压缩空气引入净化装置以除去其中的二氧化碳气和水，和低温液化并精馏经过净化装置后的空气，以将该空气分离成氮气和氧气，其特征在于在将压缩空气引入净化装置前，处于由空气被压缩时产生的压缩热加热后温度的压缩空气被冷却装置冷却，并被引入吸附装置以吸附压缩空气中的水，然后经过吸附装置后的空气与催化剂接触，以氧化空气中的一氧化碳和氢。2.一种按权利要求1的空气分离方法，其特征是催化剂是一种钯催化剂。3.一种按权利要求1的空气分离方法，其特征是吸附手段是使用至少为活性铝土和分子筛中的分子筛。4.一种按权利要求1的空气分离方法，其特征是设置三套能用作净化装置的吸附装置和设置用于再生这些吸附装置的装置，包括重复按下述顺序的三个步骤：第一步为通过第一吸附装置的吸附除去压缩空气中的二氧化碳气和水分，通过第二吸附装置的吸附除去与催化剂接触的空气中的二氧化碳气和水，并通过再生装置使第三吸附装置再生；第二步...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉野明，宫本笃，城久尚，末长纯也，
申请(专利权)人：空气及水株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]