通过可改变生产率的吸附进行气体分离的方法技术

一种气体分离的方法，按照本方法，在生产率减少的情况下，尤其是通过改变压缩步骤和减压步骤的持续时间，来降低该操作循环的高压ＰＭ和减小该高压与操作循环的低压Ｐｍ的比值。从而，以可变的生产率生产氧气。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过压力摆动吸附(PSA)处理气体混合物的方法，在这种类型的方法中，至少使用一个吸附器，在该吸附器中对一给定的生产定额进行一个操作循环，该操作循环包括以下的连续步骤一个生产阶段，此生产阶段通过使混合物以一种所谓的同流方向在吸附器中循环，并将富集在不太能吸附的化合物中的一部分回收，在该生产阶段期间，达到该操作过程的最大压力PM；一个再生阶段，该再生阶段至少包括一个减压步骤，在该减压步骤期间达到该操作循环的最小压力；和一个增压阶段，该增压阶段将吸附器增压到生产阶段的初始压力。本专利技术尤其适用于由大气中的空气生产不纯的氧气，特别是具有纯度约为90-95％的氧气。下面将把这样生产的气体称作“氧气”。此处所说的压力是绝对压力。上述吸附操作循环是指转移大气的操作。它们在一些装置中进行，这些装置一般包括一个或两个吸附器，一个用于供给空气的压缩机或鼓风机，一个真空泵和如果必要的话一个用于使生产率均匀的氧气储罐。鼓风机和泵一般是“罗茨”正位移式的，并且在用一个吸附器装置的情况下可将该鼓风机和泵合并成一台机器。为了节约和可靠起见，这台或这些机器一般没有变速器，并且本专利技术以这种假定为基础，而且还以所生产的氧气的纯度基本恒定这一假定为基础。该操作循环的主要参数尤其是最大压力或高压PM和最小压力或低压Pm的数值都在该装置的设计阶段加以确定，以便对一给定的生产率定额使氧气生产成本最佳。根据对这种最佳化所考虑的各种经济因素，压力比值PM/Pm可以在约2.0到6-8的范围内。下面将参照一种两个吸附器装置说明本专利技术。若用两台机器处理恒定的流速，如果氧气需要量从生产定额中减少而各步骤的持续时间保持不变，则对各吸附器压力的影响很小，因为产生的氧气只有被处理的空气流速的10％左右。因此，由各机器所消耗的能量大体上保持恒定，结果比能Es(即每生产1m3氧气所消耗的能量)近似与输料速度成反比增加。例如，如果对100份生产定额比能Es是100，则生产80份将近似给出Es=125，而生产50份将近似给出Es=200。只有在上述装置几乎总是满负荷工作，或者在能量的成本很低时，才采用这种操作方式。此外，由于这种假设，当要求量降低时，所生产的氧气纯度得以改进。为了改进在减载操作下的能耗，对这种类型的操作循环(EP-A-0458350)已经提议对该基本循环加一等待时间或空载时间，在此等待时间或空载时间期间各机器空转，也就是说，各机器具有它们与大气连通的入口和出口。该操作循环被等待时间的持续时间延长，该持续时间减少了每小时的操作循环总数，并因此减少了装置的氧气生产量。因为各机器在等待时间期间具有很低的能耗，所以与前述情况相比，在减载操作时得到一显著减少的比能Es。因此，若用上面假定的以数字表示的例子，则对一80份生产量来说，Es=107-112，而对一50份生产量来说，Es=120-130。然而，这种比能仍然高于额定的比能，因为各机器在它们延长的空转期间能耗特别大。本专利技术的一个目的是提供一种方法，该方法不用过多的投资，就使它能得到一种比能，该比能低于或等于在额定操作下很宽生产范围内的额定比能，并且在任何情况下任何点处都低于用以前方法能够得到的比能。为此，本专利技术涉及一种上述类型的方法，其特征在于在生产率减小的情况下，最大压力PM降低并且比值PM/Pm减小。按照本专利技术的方法可以具有下列特征中的一个或几个特征在生产率减小的情况下，具有混合物的吸附器的再压缩步骤的持续时间减少，以便降低最大压力PM；在生产率减小的情况下，所述减压步骤的持续时间减少，以便升高最小压力Pm；在生产率减小的情况下，该操作循环的其它步骤的持续时间保持不变；在生产率减小的情况下，加压阶段的一个逆流的第一再压缩步骤的持续时间和/或再生阶段的一个同流的第一减压步骤的持续时间被延长；在生产率减小的情况下，逆流的第一再压缩步骤的持续时间和同流的第一减压步骤的持续时间被延长，这些是通过两个吸附器之间的压力完全平衡或部分平衡进行的两个伴随的步骤；在生产率减小的情况下，至少将一个空载时间加到操作循环中，在该操作循环期间吸附器被隔离；空载时间设置在加压阶段的一个同流的第一再压缩步骤之后和/或在再生阶段的一个同流的第一减压步骤之后；在再生阶段期间，该操作循环依次包括一个同流的第一减压步骤、一个逆流的第二减压到低压的步骤和一个与生产气体一起逆流流出的步骤，这些步骤同时用泵抽吸；在再生阶段期间，该操作循环依次包括一个同流的第一减压步骤、一个逆流的第二减压步骤和一个与生产气体逆流流出的步骤，这些步骤同时用泵抽吸，在用泵抽吸期间达到最小压力Pm；在加压阶段期间，该循环过程依次包括一个逆流的第一减压步骤和一个最后的再压缩步骤，该最后的再压缩步骤至少包括所述混合物的同流进入；PM本质上大于大气压力，尤其是在1.2和2巴之间，更具体地说是在1.35和1.65巴之间；PM位于0.20到0.65巴范围内，更具体地说是在0.3至0.45巴范围内；生产气体是氧气，对额定的生产率和对减小的生产率来说，氧气的纯度本质上相同。现在将参照附图说明本专利技术的一些实施例，这些实施例用图例表示但未加任何限制，其中图1示意表示一有两个吸收器的装置，该装置为实施按照本专利技术的方法而设计；图2是一个曲线图，它图示出由该装置用于额定生产所应用的典型操作循环；图3是一类似的曲线图，它图示出用于减少生产的修改过的操作循环；图4-6都是类似的曲线图，它们图示出为减少生产而修改过的一个不同操作循环；和图7是一个曲线图，它示出本专利技术能得到节省能量。图1中所示的装置用来由大气中的空气生产富氧空气或不纯氧气(为简便起见将该不纯的氧气称作“氧气”)，其中氧气的含量范围最好是在大约90和95％之间。该装置主要包括两个吸附器1A和1B；一个压缩机或鼓风机2；一个真空泵3及一组管道和阀；以及控制和调节元件(未示出)，该控制和调节元件用来实施图2-6所示的操作循环。压缩机和泵均是“Roots”(罗茨)式正位移机器并以恒定的速度连续运转。图1示意表示一根大气中空气的供给管道4，该管道4从压缩机2的输出口开始并分成两根支管4A、4B，这两根支管4A、4B都装备有各自的供给阀5A、5B，并分别连接到各吸附器的下面入口6A、6B上；一根排气/流出管道7，该管道7分成两根支管7A、7B，这两根支管7A、7B都各装备有排气/流出阀8A、8B，并分别从各吸附器的入口6A、6B开始延伸；一根生产管道9，该管道9分成两根支管9A、9B，这两根支管9A、9B都各装备有生产阀10A、10B，并分别从各吸附器的上面出口11A、11B开始延伸；一根平衡/流出管道12，该管道12直接将出口11A和11B连接在一起，并且此管道12装备有一个平衡/流出阀13。一个缓冲罐14装配到管道9中。压缩机2的进气口和真空阀3的输出口与周围大气连通。吸附器1A和1B各装有至少一个吸附剂层，该吸附剂层是为从空气中选择吸附氮气而设计，在本例中该吸附剂层是一种CaA型分子筛或一种锂交换过的沸石。此外，旁通管15和16各装备一个阀17、18，该旁通管15和16分别正好在压缩机2的下游和泵3的上游安接在管道4和7上。这些旁通管通向周围大气。用上述这种装置，通过非限定的例子实现如图2所示的一种转移大气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过压力摆动吸附处理气体混合物的方法，在这种类型的方法中，至少使用一个吸附器，在该吸附器中对一给定的生产定额进行一个操作循环，该操作循环包括以下的连续步骤：一个生产阶段，此生产阶段通过使混合物以一种所谓的同流方向在吸附器中循环，并将 富集在不太能吸附的化合物中的一部分回收，在该生产阶段期间，达到该操作循环的最大压力ＰＭ；一个再生阶段，该再生阶段包括至少一个减压步骤，在该减压步骤期间达到该操作循环的最小压力Ｐｍ，和一个加压阶段，该加压阶段将吸附器增压到生产阶段的初 始压力，其特征在于：在生产率减少的情况下，降低最大压力ＰＭ并减小ＰＭ／Ｐｍ的比值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯提昂莫纳雷奥，纳塔尔德里弗，多米尼克鲁热，克里斯托夫蒙福尔，让克洛德卡尔维亚克，
申请(专利权)人：液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]