采用吸附剂床顶部和底部同时抽空的变压吸附方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及将吸附器顶部的低纯度氧气回收到一个接受罐中，以作为一种吹扫回流气体。无用气体的回收使过程效率得到改善。本发明专利技术在进行主要的废气抽空操作的同时，还可进行吸附器顶部的抽空，以去除低纯度的无用气体。同时进行吸附器两端顶部无用气体的顺流回收和废气的逆流抽空使得产品的回收与传统工艺相比有３－５％的总的提高。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术指向真空/变压吸附(V/PSA)的过程循环。尤其是本专利技术涉及效率和产品回收得到改善的PSA过程循环。传统的双床PSA系统包括有进料吸附和废气排出操作步骤，因此不可避免地有随之而来的吸附器的操作循环。在这种循环过程中会在吸附剂床中形成吸附前沿(front)。对于先进吸附剂的高效循环设计已使这些吸附前沿在床的两端都接近了临界点。这样就在一个吸附循环的终点在吸附前沿的顶部，以及在吸附器内的任一个上封头空间中留下了富集在轻组分中的气体。在PSA循环中将这种富集气体称为无用气体。传统工艺或是将这种未被回收的无用气体留在吸附器中，在抽空阶段中充当一种低效的吹扫气体，或是在废气排出步骤以前通过在产品制造步骤或均衡步骤中将分离前沿推出吸附器顶部而排出这种无用气体。这些选择方法都导致了循环的低效运行。已经提出的对传统工艺的改进包括了增加均衡、吹扫和产品加压步骤。附图说明图1中给出了一种典型的方法和系统，它已在美国专利5,702,504(Smolarek等)中被介绍。这种工艺需要两个吸附床，一个产品受槽(PT)，一台进料鼓风机和一台真空泵，以及相应的切换阀门。这个工艺包括如下步骤步骤 #1 在用产品罐氧气进行逆流顶部加压的同时进行增压进料；步骤 #2 增压进料；步骤 #3 恒压产品制造步骤；步骤 #4 顺流无用气体回收，将这种气体作为均衡气提供给另一个吸附床；步骤 #5 在逆流抽空的同时进行顺流无用气体回收，将无用气体提供给另一个吸附床；步骤 #6 降压抽空；步骤 #7 降压抽空；步骤 #8 利用产品氧气进行逆流吹扫；步骤 #9 利用另一个床的无用气体进行逆流吹扫和加压；步骤 #10利用另一个床的无用气体进行逆流加压，同时进料。在上述循环中，通过重叠均衡操作将顶部的无用气体部分回收。遗憾的是利用均衡进行回收的问题在于当两床均压后无用气体的回收也就终止了。可以利用多床循环来提高无用气体的回收，但能被回收的数量仍存在着极限。如在美国专利5,518,526(Baksh等)和5,702,504中所述的那些目前的循环也采用和进料或抽空步骤同时进行的重叠均衡。这些步骤的目的是提高吸附剂和机械设备的利用率。它们并不一定提高无用气体的回收，而事实上在某些情况下这种重叠方式还降低了无用气体的回收。因此存在一种对顶部无用气体能被有效地利用的PSA方法和系统的需求。因此本专利技术的一个目的是提高空气分离吸附系统的效率。本专利技术更进一步的目的是提供一种能有效地回收顶部无用气体的系统和方法。本专利技术的一种优选的实施方案包括一种从一种更优(morepreferred)气体和一种次优(less preferred)气体的混合物中提取所说更优气体的变压吸附(PSA)方法。该方法利用包围在一个外壳中的吸附剂床，在平衡吸附条件下此吸附剂床表现出对所说次优气体的选择性优先吸附能力。这种方法最好包括以下步骤a) 利用所说混合物的进料将所说吸附剂床加压至高压，使所说吸附剂床能吸附所说次优气体，与此同时逆流进料从一个装有更优气体产品的产品罐得到的气体；b) 在所说高床压下从所说床中取出一个所说更优气体的气流，并将所说更优气体气流的至少一部分储存在一个产品罐中；c) 将所说外壳中的无用气体进料到一个无用气体储罐中，从而从所说吸附剂床中解吸所说次优气体，与此同时通过将所说吸附剂床排空到一个低压区，而从所说吸附剂床中解吸所说次优气体；d) 终止所说无用气体到所说无用气体储罐的进料；e) 将所说吸附剂床排空到一个低压区，而进一步从所说吸附剂床中解吸所说次优气体；f) 将所说无用气体储罐中所说无用气体一部分进料到所说吸附剂床中，以吹扫所说吸附剂床，同时排空所说吸附剂床；g) 利用来自一个第二吸附床的均衡气流将所说吸附剂床加压到一个中间压力；并重复a-g的步骤，直到对于所说更优气体的要求得到满足。在一个更优选的实施方案中，上述PSA方法还包括一个额外步骤，其中如果所说均衡气体不足以使所说吸附剂床达到所说中间压力，加压步骤f)还从所说产品罐进料一部分所说更优气体，使所说吸附剂床加压。本专利技术的另一个实施方案优先包括一种从一种更优气体和一种次优气体的混合物中提取所说更优气体的PSA方法，其中该方法利用第一吸附剂床和第二吸附剂床，它们各自包容在一个外壳中，并且在平衡条件下表现出对所说次优气体的选择性优先吸附能力。第一吸附剂床按顺序地进行a,b,c,d,e,f和g步骤，而第二吸附剂床则并行和按顺序地进行d,e,f,g,a,b和c步骤，其中步骤a-g包括a) 用所说混合物的进料将所说第一吸附剂床或所说第二吸附剂床中的一个加压到高压，以吸附所说次优气体，与此同时使所说吸附剂床逆流进料来自一个装有更优气体的产品罐中得到的气体；b) 在所说床压下从所说第一吸附剂床或所说第二吸附剂床的所说的一个中取出一个所说更优气体气流，并将所说更优气体气流的至少一部分储存在所说产品罐中；c) 将所说外壳内的无用气体进料到一个无用气体储罐中，而从所说第一吸附剂床或所说第二吸附剂床的所说一个中解吸所说次优气体，同时通过将所说吸附剂床排空到一个低压区，而从所说吸附剂床中解吸所说次优气体；d) 终止向所说无用气体储罐进料所说无用气体；e) 通过将所说第一吸附剂床或所说第二吸附剂床的所说一个排空到一个低压区，而进一步从所说第一吸附剂床或所说第二吸附剂床的所说一个中解吸所说次优气体；f) 将部分来自所说无用气体储罐的所说无用气体进料到所说第一吸附剂床或所说第二吸附剂床的所说一个中，吹扫所说吸附剂床，同时排空所说第一吸附剂床或第二吸附剂床；以及g) 利用来自所说第一吸附剂床或所说第二吸附剂床的一个中的一个另外的均衡气流将所说第一吸附剂床或所说第二吸附剂床的所说一个加压到一个中间压力；并重复步骤a-g，直至对于所说更优气体的要求得到满足。在前一种PSA方法的另一种优选的实施方案中，如果所说无用气体不足以使所说第一吸附剂床或所说第二吸附剂床中的所说一个达到所说的中间压力，加压步骤g)则从所说产品罐进料所说更优气体，以加压所说第一吸附剂床或所说第二吸附剂床中的所说一个。本领域的技术人员从以下对优选方案和附图的介绍中将能够了解本专利技术的其它目的，特点和优点，其中图1是说明传统PSA过程循环的工艺流程图。图2是说明本专利技术PSA过程循环的一种实施方案的工艺流程图。图3是描述一种可在本专利技术的实践中采用的PSA系统的示意图。图4是说明本专利技术PSA过程循环的一种实施方案的工艺流程图。本专利技术的要点是从吸附器顶部(例如顶部无用气体)将低纯度氧气(例如有代表性的是大约50-88vol％氧，尤其是大约70-85vol％氧)回收到一个接受罐中。其后将这种气体当作一种吹扫回流气体来使用。由于增加了无用气体的回收，过程的效率也得以提高。本专利技术可以独立于目前的均衡无用气体回收方法加以实施。本专利技术还可以在进行主要的废气抽空步骤的同时，利用从吸附器顶部同时抽空来排出低纯度的无用气体。这种同时进行的顶部无用气体的顺流回收和从吸附器两端的废气逆流抽空使得产品回收率和传统工艺相比能有一个3-5％的总的提高。图2说明了对在图1中描述的居先技术循环的改进。本专利技术的系统除了两个吸附床，一个产品接受罐(PT)，一台进料鼓风机和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从一种更优气体和一种次优气体的混合物中提取所说更优气体的变压吸附（ＰＳＡ）方法，所说方法利用在一个外壳内的在平衡条件下对所说次优气体有选择性择优吸附能力的吸附剂床，所说方法包括以下步骤：ａ）用所说混合物的进料将所说吸附剂床加压到 一个高压，使所说吸附剂床能吸附所说次优气体，与此同时逆流进料从一个装有更优气体的产品储罐得到的气体；ｂ）在所说高床压下从所说床中取出一个所说更优气体的气流，并将所说更优气体气流的至少一部分储存到一个产品储罐中；ｃ）将所说外壳中的无用 气体进料到一个无用气体储罐中，从而从所说吸附剂床中解吸所说次优气体，与此同时通过将所说吸附剂床排空到一个低压区，而从所说吸附剂床中解吸出所说次优气体；ｄ）终止所说无用气体到所说无用气体储罐的进料；ｅ）将所说吸附剂床排空到一个低压区， 而进一步从所说吸附剂床中解吸出所说次优气体；ｆ）将所说无用气体储罐中的所说无用气体的一部分进料到所说吸附剂床中，以吹扫所说吸附剂床，同时排空所说吸附剂床；ｇ）利用来自一个第二吸附剂床的均衡气流将所说吸附剂床加压到一个中间压力；并 重复步骤ａ－ｇ，直至对所说更优气体的要求得到满足。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J斯莫拉雷克，
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]