用于制氧的变压吸附方法技术

本发明专利技术总体上涉及大容量（例如，大于３５０吨Ｏ↓［２］／天）真空压力吸附（ＶＰＳＡ）系统和方法，所述系统和方法采用包括四个床（４２、４４、４６、４８）、在任何给定时刻同时供给两个床的至少一个压缩机（３６、３８）、和单个真空泵（５２）的单套装置。压缩机和真空泵可以在１００％的时刻被利用。避免了使用符合产品质量的气体进行清洗，预期具有Ｏ↓［２］生产率的大约１０－２０％的改进和资本成本５－１０％的减少。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
当前，从空气制氧使用真空变压吸附(VPSA)或变压吸 附(PSA)系统技术。这些系统通常具有小于200吨02每天的生产量。 当前，在将VPSA或PSA系统从空气制氧的生产量从这种小规模(小于 200吨02每天)扩展到大规模(大约350吨02每天或更高)方面具有 重建的兴趣。0003在VPSA或PSA方法应用中，实现将02从进料混合物(例 如，空气)分离需要的能量输入通过进料压缩机和真空泵作为机械功提 供。该功的成本是VPSA或PSA方法的总体操作成本的重要部分。此外， 当前VPSA或PSA技术与低温蒸馏相比仅对小规模应用是经济上有竟争 力的。对大规模应用，为了使VPSA或PSA方法与低温蒸馏相比变得有 成本竟争力，需要改进的循环来才喿作PSA或VPSA方法。 根据本专利技术提供的方法和系统具有多个优势。例如而不理 解为限制，本专利技术的系统和方法可以包括U)连续的进料和产品制 成步骤；(2) —个压缩机和一个真空泵的最小值；(3)压缩机和真空 泵的100%利用率；(4)相对于现有技术方法，由于连续的进料和产品 制成步骤而实现的较小产品存储/緩冲箱；(5)使用相同或不同压缩机(例如，离心式和罗茨式)以压缩VPSA方法的入口进料的可选方式； (6)清洗气体来自经历顺流减压步骤的另一床，且该清洗气体直接转 到经历清洗步骤的另 一 床而不使用任何附加的存储箱；(7)夹在VP S A 循环的排空步骤之间的清洗步骤(即，VPSA循环在清洗步骤前后均有 排空步骤，以允许使用间隙气体直接清洗另一床(而不需要附加的存储 箱)或避免使用符合产品质量的气体用于清洗；(8)在VPSA方法的 快速循环浅吸附器中使用具有高内在吸附率和最优粒径以增加质量传 送速率、高的02产品回收率、和低的床尺寸因子(BSF)的吸附剂；和 /或(9)四床VPSA过程的步骤全部集成，使得所有床都没有空闲步骤。 作为本专利技术的结果，由于在大规模(〉350吨/天)的基础 上使用单套装置、少一个泵、较低的床尺寸因子(BSF)生产氧气，且 避免使用符合产品质量的气体用于清洗，可提供02生产率或回收率的 大约10-20%的改进和资本成本大约5-10%的减少。0029现在将参见图2所示的四床VPSA系统、图3所示的四床 VPSA循环、和表1所示的阀切换逻辑描述本专利技术。 在步骤4开始时，阀2和21保持打开以允许继续从床42 生产产品。阀3和22保持打开且在床44中开始产品生产。阀14保持 打开，以继续床46的排空。阀16打开，以允许床48泄压给大气。步骤5 在步骤5开始时，阀17和19打开，以允许均tf气体/人床 42流入床46的顶部。阀3关闭且阀4打开，以允许进料气体从压缩才几 36 ( C2 )进入床44的底部。阀22保持打开，以允许继续从床44生产 产品。阀13关闭且阀5打开，以停止床46的排空且允许进料气体从压 缩机38 (Cl )进入床46的底部。阀16关闭且阀15打开以开始床48 的排空。步骤6 在步骤10开始时，阀10保持打开，以继续床42的排空。 阀12打开，以允许床44泄压给大气。阀6和23保持打开以允许继续 乂人床46生产产品。阀7和24保持打开且开始在床48中生产产品。步骤11 在步骤11开始时，阀10关闭且阀1打开，以停止床42 的排空且允许进料气体从压缩机38(C1 )进入床42的底部。阀12关闭 且阀ll打开，以开始床44的排空。阀17和19打开，以允"i午均衡气体 从床46流入床42的顶部。阀7关闭且阀8打开，以允许进料气体从压 缩机36 ( C2 )进入床48的底部。阀24保持打开以允许继续从床48生产产品。步骤10042] 在步骤12开始时，阀1保持打开且允许进料气体继续从 压缩机38 (Cl )进入床42的底部。阀21打开，以允许产品增压气体进 入床42的顶部。阀ll保持打开，以继续床44的排空，同时接收清洗 气体。阀19保持打开且阀18打开，以允许清洗气体从床46流入床44。 阀8和24保持打开以允"i午继续/人床48生产产品。阀17关闭。0043上述实施例采用两个压缩才几来输送进料气体给VPSA容 器。在优选实施例中， 一个罗茨式压缩机38 (Cl或压缩机1)和一个 离心式压缩机36 ( C2或压缩机2 )将总进料流输送给集成的四床VPSA 方法。此外，在大规模02生产的优选操作模式中，在VPSA方法中使 用径向床。径向床吸附器的附加细节由Ackley等的美国专利号6,506,234 Bl给出。0044参见图3中的床42 (Bl)步骤，如果使用两个不同的压 缩机(例如，罗茨式和离心式)，那么在优选操作模式中，在步骤1、 11和12中使用罗茨式压缩机，而在步骤2、3和4中使用离心式压缩才几。 参见图2和3,在VPSA循环的步骤1期间，总进料(双进料VPSA方 法)的一部分经由罗茨式压缩机输送给床42 (Bl),而离心式压缩机 将总进料的另一部分输送给床48 (B4)。也注意到，在任何时刻，两 个床同时地接收进料气体，且连续的产品制造在整个VPSA方法中存在。[0045表2给出了在床中使用氮气选择性吸附剂的操作条件和 VPSA方法性能的示例。在该表中，符号具有以下的意义TPD-吨(2000 lb)氧气每天，kPa-1000Pa-压力的S.I.单位(1.0 a加尸101.323kPa),s-时间单^f立牙少。0046此外，表2中的氮气平衡选择性吸附剂是高度交换的 Li-X(>95 % Li)，如Chao等的美国专利号5,413,625和4,859,217公开的， 这两个专利均通过参考在与此文相一致的程度上引入。虽然在这些专利 中公开了高度交换的LiX吸附剂，应当理解，吸附剂的层或吸附剂的混 合物可以4吏用且可以优选地在VPSA方法的每个床4吏用(例如，当在空 气中有湿气时)，而不偏离本专利技术的范围。用于本专利技术的各种吸附剂的 代表性示例包括「但不限于美国专利号6,027，548和6，790，260B2中爿>开的 这些吸附剂，这两个专利均通过参考在与此文相一致的程度上引入。也 参见美国专利号6,743,745B2; 6,506,234Bl; 6,500,234; 6,471,748Bl;和 6，780,806。吸附剂可以为吸附剂的混合物或分层的吸附剂。优选地，不 管它是单种吸附剂、吸附剂的混合物还是吸附剂的层，相同的吸附剂在 所有四个床中相同。表2:大规模(〉350 TPD)O2生产示例(图2-3，操作条件和性能)。 四个床中的每个包括用于N2去除的Li-X沸石。下面显示的结果,人-使用 包括0.934 % Ar、 78.12 % N2和20.95 % 02的干空气的VPSA仿真和试-睑 工场实验获得。每个床中的吸附剂 Li-X进料组分(N2/02/Ar) :78.12 %/20.95 % O2/0.934 %高压 160kPa低压 30kPa总进泮+: 2.85xl06NCFH生产的02数量 3.58xl05NCFH ( 355TPD 02)氧气纯度 90%总氧气回收率 60%床尺寸因子 3501b/TPD 02温度 300K 上述VPSA方法集中于4吏用四VPSA床方法和系统乂人空气 制氧。在本专利技术的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真空变压吸附（ＶＰＳＡ）方法，用于分离含有至少一种可吸附性较强的成分和至少一种可吸附性较弱的产品气体成分的进料供应气体，所述方法包括：将进料供应气体连续地供应到两个吸附床中每个的进料输入端中，每个床包含优先地吸附所述可吸附性较强的成分的至少一种吸附剂，且从吸附床的出口端提取所述至少一种可吸附性较弱的产品气体成分；在由多个步骤形成的循环中进行生产，在这些步骤中两个床同时地处于进料模式而另两个床处于再生／回流模式，其中在所述方法期间任何时刻，仅一个床处于排空步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MSA巴克什，A罗辛斯基，
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]