原料气的处理工艺及设备制造技术

一种用于降低原料气如空气中某种成分含量的方法，包括使所述气体通入装有吸附剂的至少三个平行的变温吸附区并按吸附循环运行。每一吸附区的循环均相对其它区的循环而分阶段进行，以便在循环期间的任意时刻，处于吸附步骤的吸附区数多于未处于循环步骤的吸附区数。变温吸附装置，具有至少三个平行的变温吸附区和控制原料气流通过吸附区以使每一床体经历重复循环的装置，所述循环与其它吸附器的循环不协同，前提是在使用中的任意时间至少有两个吸附器处于吸附步骤。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及处理原料气的一种工艺及设备。本专利技术特别是涉及一种使用至少三个吸附床来除去或至少降低原料气中某种成分的水平以使其适用于该方法的后续加工和设备的变温吸附(thermal swingadsorption，TSA)方法。本专利技术特别适用于在常规工艺和装置不适用的情况下从大规模原料气中除去一些成分。
技术介绍
在要对原料气进行后续加工的情形下，通常在进行这种后续加工之前希望或必须除去原料气中的某些成分。例如，在一种原料气如空气中可能存在的高沸点物质如水和二氧化碳，在此混合物接下来在低温下进行处理如冷冻处理之前必须除去。如果高沸点的物质没有除去，它们在接下来的处理中会液化或固化，从而导致在后续加工中压力降低、流动困难或其它危害。在对原料气进一步处理之前，将其中的危险物质如爆炸性物质适当地除去，以降低在后续加工中积聚的危险，从而防止危害。碳氢化合物气体如乙炔就可能造成这种危害。在气体分离工艺中，通常是在分离器内用主压缩机(MAC)将气体压缩，接着冷却并将由此冷凝出来的水除去。气体可以用例如冷冻乙二醇来进一步冷却。通过冷凝和分离冷凝物，在这一步骤中大部分水被除去。然后对气体进行吸附处理，在此通过吸附将原料气中需除去的成分除去，然后通向气体分离单元。处理空气时，常规是在经处理的气体进入后续分离工艺之前使原料气通过所选的优先吸附水和二氧化碳的单一吸附剂层或多个单独的吸附剂层，先除去水再除去二氧化碳。通过将不需要的成分吸附到固体吸附剂上，从而从原料中除去的几种已知方法包括变温吸附法(TSA)和变压吸附法(PSA)、热变压吸附法(TPSA)和热增强变压吸附法(TEPSA)。在这些方法中，通常采用两个并联的吸附床，其中一个进行吸附操作时，另一个离线并再生，然后在操作循环中两个吸附床的角色周期性交替。在吸附步骤中，吸附床称为“在线”。在TSA方法中，吸附步骤会产生吸附热，引起一个热脉冲通过吸附床传向下游。在进气或在线周期过程中，此热脉冲可以从吸附床的下游末端穿出。经过吸附后，原料气流从吸附床关闭，然后吸附床降压。吸附剂暴露在一股热的再生气体流中，通常是来自后续工艺的废气或其它气体，该再生气流将吸附剂上吸附的物质气提下来，使其再生以进一步使用。再生通常是以与吸附步骤相反的方向进行的。然后吸附床重新加压，为重复吸附步骤作好准备。PSA系统通常包括一个循环，其中吸附床在线，然后减压、再生和在返回在线之前重新加压。减压包括释放减压气体从而会导致消耗，通常称为“转换消耗”。在PSA系统中，再生气体的压力要低于原料气的压力。正是利用这种压力的变化将吸附的成分从吸附剂上移去。然而，其循环时间，例如15到30分钟，跟TSA系统中所使用的循环时间，例如2到20小时，相比，一般很短。因此PSA具有包括由于在线运转与再生之间相对较频繁的转换产生让人难以接受的转换消耗等某些缺陷，在大容量设备的运转中更是如此。US-A-5656065中记述了一种PSA方法，它采用了分阶段循环操作的三个吸附床，以减少转换消耗和改进后续工艺的原料气流的连贯性。第三个吸附床的作用就在于允许一个其中一小股带压的原料气流进入正在进行再生的吸附床的工艺循环。因此再加压步骤相对较长，但好处在于使得处理过的气体进入后续工艺的中断缩短。热变压吸附法(TPSA)也适用于用吸附法从原料气中脱除某种成分。在TPSA系统中，在放了吸附介质如活性氧化铝或硅胶的第一区中，通常会发生某种非要求成分的吸附。第二种非要求成分吸附在第二区中。TPSA采用了两步再生法，其中一种被吸附成分通过TSA脱附，另一种通过PSA脱附。在US-A-5885650和US-A-5846295中记述了一种TPSA方法。在热增强PSA(TEPSA)中，脱附是通过通入一种压力低于原料气但温度高于它的再生气体，并随后用冷再生气体替换热的再生气体而发生的。热的再生气体使得循环时间相对于PSA系统有所延长，从而由于吸附床内由吸附产生的热可以被热再生气体的热部分取代而减少了转换消耗。在US-A-5614000中记述了一种TEPSA方法。TSA、TPSA和TEPSA系统都需要输入热能，且可能需要使用绝缘容器、再生气体预热器和入口端预冷器，而且通常高温要求系统具有更严格和更高成本的机械规格。在运行中，预热器的使用又会造成额外的能耗。除非另有说明，“变温吸附”一词指的是其中输入热能来使吸附剂再生的吸附方法和这种方法的运行设备，它除TSA外还包括TPSA和TEPSA方法。TSA设备一般包括一对吸附器。它们都装有吸附剂。吸附器可以是包括立式、卧式和放射式在内的任何常用类型。TSA过程中常规的清洗可能会带来问题，在使用较大容积吸附器时更是如此，这是由于所处理气体的流动特性可能会因为避免吸附床过度液化和不能接受的压力降低而具有局限性。另外，为解决这些问题特别是为适应较大的流量而采取的容器几何形状的复杂设计本身又可能带来进一步的问题。因而大的容器会带来一定的问题，它的应用有实际的局限性。为解决流动问题，人们采用了辐流式吸附装置，但是它们一般要比立式和简单的卧式容器昂贵。对于放射式吸附床，为达到较高的流量需要床的高度与床的直径的比率要较高。此外床体的有效厚度一般受床的直径的限制，而床的直径本身也受在工厂里制造和装配时吸附器的运输的限制。此外，床尺寸还受避免压力降和流量不均匀的需要的限制。在卧式吸附床中，床体厚度的降低以及有效床体长度与直径的比率的升高也有实际限制，因此长卧式吸附床是不理想。为增加容量，在TSA方法中可以使用“四床”结构，其中两床在线同时两床再生，然后再生了的床被设置在线，而另外的用完的床被再生以提供高的生产能力。四个吸附床通常作为两对床来运行，两对吸附床的吸附/再生循环的阶段需要协调。这样就可以使用四个具有常规外形和设计的简单吸附器来避免使用更大规模设备会遇到的压力降和运输难题。但是这种方法需要非常高的资金投入而且增加了大规模分离单元的设计复杂性。US-A-5571309描述了一种吸附工艺，其中使高压和低压原料气流通入多个吸附床中的每一个。各床以不同步循环运行。在单一的吸附循环期间，给定床的原料气以低压和高压顺序送入，并且必须在高压和低压供气阶段前要启用一个再增压阶段。该方法寻求解决由单一吸附单元提供高压和低压产品流的问题。US-A-5571309的方法没有公开大规模处理原料气而并不导致过度的复杂性和成本的方法，以避免或解决不能接受的高压力降和原料气流分布的技术难题，这些技术难题与常规TSA工艺的大规模运行相关。现在我们发现，例如不理想的流体流、床体流化和不能接受的压力降等技术问题、以及包括成本、设计复杂性和大规模设备的运输困难等经济和实际问题，可以通过采用一种使用至少三个吸附区的TSA方法来降低或避免，其中在使用中至少有两个区总是在线，并且其中原料气以在该工艺的吸附步骤中基本恒定的压力被连续供入该工艺过程。每个吸附区重复经过吸附和再生循环，在循环中每个区的阶段跟其它区不同，使得在任何给定时间有至少两个区在从原料气中吸附某种成分，并有第三个区在再生，再生的吸附区在处于吸附阶段的一个吸附区转为离线再生时或之前要转成在线。通过采取TSA方法，PSA方法所内有的特性也避免了。
技术实现思路
本专利技术的第一个方面提供了一种降低原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低原料气中某种成分含量的方法，包括向至少三个平行的变温吸附区中通入原料气，其中每一区均含有吸附剂并且在吸附循环中运行，所述循环包括除去或降低原料气中所述成分含量的吸附步骤并且在该循环的吸附步骤中原料气被连续送入吸附区、吸附区减压、使吸附的成分脱附的再生步骤和吸附区的再增压，其中每一区的吸附循环相对于其它各区的吸附循环而分阶段进行，以便在所述吸附循环中的任意时刻，处于吸附步骤的区数多于未处于吸附步骤的区数。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：M卡尔巴斯，P希金博塔姆，
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]