变压吸附空气预净化器制造技术

一种变压吸附空气预净化器，用于从给料气流，如从进入低温空气分离厂的给料空气流中，除去水、二氧化碳和碳氢化合物。通过结合作为空气预净化器一个整体部件的再生热交换剂，来储存和传递水解吸的冷却效应，以便冷却进入空气预净化器内吸附剂材料的进来给料空气流。吸附剂材料的生产能力因此获得提高。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体流体的净化。本专利技术更特别涉及变压吸附空气预净化器，在给料空气进入其低温分离之前用以除去其中杂质。在给料空气低温分离出它的基本成分，即氮、氧和氩等之前，要求必须除去给料空气中存在的杂质。空气需要除去的基本杂质是水、二氧化碳和碳氢化合物。由于水和二氧化碳的沸点比空气基本成分沸点高得多，它们会在低温空气分离设备内凝聚出来并堵塞热交换通道表面。碳氢化合物如乙炔，如果不从进入低温空气分离厂的给料空气流中除去，就会在低温厂内积累，并当低温厂存在氧时会产生爆炸可能。已经发现在高压和中等温度条件下存在杂质时，吸附剂材料可以用于吸附水、二氧化碳和碳氢化合物。可以采用变压吸附(PSA)法，以便这种吸附剂材料在高压下从给料空气流选择性吸附杂质，直到吸附剂材料非常接近为这样的杂质所饱和。然后在低压下用无杂质气流清洗吸附剂材料，来解吸吸附剂材料上的杂质。该无杂质气流典型是来自低温厂，基本含有不同量氧和氮的废气流。该吸附/解吸过程吸附期间，吸附剂材料典型地最强烈选择性吸附给料空气中存在的水，给料空气中下一个最强烈选择性吸附的杂质是二氧化碳，给料空气的碳氢化合物杂质与其它杂质相比选择性吸附不强烈。吸附剂材料吸附给料空气杂质的能力，受相对高温吸附条件的不利影响。在这方面据知，由于给料空气压缩热，和使用来自冷却压缩给料空气的空气冷却塔热交换器的中等温度冷却水，进入PSA空气预净化器的空气温度可以比室温高10-15°F。当压缩空气中存在的水被PSA系统吸附剂材料吸附时，热量产生、释放并传递给给料空气流，使其温度和吸附剂材料周围温度升高。因此，吸附剂材料吸附二氧化碳和碳氢化合物，以及额外量水的能力，受最初吸附水的不利影响。反过来，当水从吸附剂材料解吸时，热量是由低压清洗气流转移，因此，冷却清洗气流并降低其有关从吸附剂材料解吸杂质的效率。PSA空气预净化器典型采用两个或多个吸附槽，使污染给料空气进入低温空气分离厂的流动可以保持相对稳定。为了弥补吸附剂材料在较高温度条件下吸附容量的这种降低，通常采纳降低的吸附剂操作容量。然而，由于需要更大量的吸附剂材料，并因此增加吸附槽的尺寸，这导致不希望增加的操作成本。这也会导致温度较高的空气进入下游设备，可能带来不良效果。另一种途径，可以利用外部热交换装置，及解吸操作期间离开吸附槽的冷清洗气体，在该槽内用于冷却进入另一个吸附槽的进口给料空气流，然后该另一个吸附槽用于吸附给料空气流的杂质。然而，这种途径也需要附加设备投资，必然增加吸附系统总成本。从进入低温空气分离厂的给料空气流中除去杂质的其它方法，包括采用变温吸附(TSA)系统，它用温度和压力两者作为驱动力造成杂质的交替吸附和解吸。可逆热交换剂也可用于冷冻水和二氧化碳杂质，使其覆盖在热交换剂表面外。由于低温厂流出将解吸和再气化给料空气杂质，并将其清洗到大气，低温厂热交换剂的交替流入和流出允许连续操作。这种其它方法，为达到从低温空气分离厂给料空气除去上述杂质的要求，看来同样需要相当高的投资和/或操作费用。因此，该
希望开发一种空气预净化器，可以更经济地除去进入低温空气分离厂的给料空气杂质。也希望同样开发经济的预净化器，用于净化其它气流。本专利技术的一个目的是，提供可以经济地除去给料气流中杂质的预净化器。本专利技术的另一个目的是，提供一种空气净化器，它可以从进入低温空气分离厂的给料空气中经济地除去杂质。记住这些和其它目的，下文将详细阐述本专利技术，其新的特点在所附权利要求中特别指出。一种整体再生热交换剂，用于同PSA空气或其它气流预净化器结合，能使在PSA法的解吸期间当水从PSA空气或其它气体预净化器吸附剂材料床解吸时所达到的有利冷却效果，在PSA法的吸附期间传递给进入预净化器的污染空气或其它给料气流。本专利技术的进一步说明是参照附图进行的，该附图是本专利技术PSA空气预净化器槽整个内部结构的侧视图。通过在PSA空气预净化器槽内采用一个整体再生热交换区，来实现本专利技术目的。该槽结构使空气净化器内，PSA处理吸附-解吸顺序的解吸阶段所发生的冷却被高热容材料储存。然后，如此冷却的高热容材料在随后PSA空气预净化器吸附阶段，可以用于冷却通过PSA空气预净化器槽再生热交换剂区的污染给料空气流。通过本专利技术，该槽吸附水、二氧化碳和乙炔的吸附剂材料温度实现全面降低。降低给料空气杂质选择性吸附的温度，增加吸附剂材料的吸附容量。因此，吸附之前冷却进口给料空气流，使PSA空气预净化器中已知用量吸附剂材料的吸附容量增加。将整体再生热交换剂结合到PSA空气预净化器槽中，能够以经济方式实现需要的这种冷却，因为本专利技术PSA空气预净化器再生热交换区所带来成本上的增量增加是适度的。成本上的这种适度增加包括，(a)由于为适应PSA空气预净化器槽的再生热交换区，吸附槽长度增加造成的吸附槽成本的增量增加，(b)在热交换区采用的多孔再生热交换材料所带来的适度投资和安装费用，(c)由于通过再生热交换区的压降增加，造成少量附加操作费用，和(d)所谓排空损失增加的成本。用于高压下从给料空气吸附杂质的吸附槽，当减压用于从吸附剂材料低压解吸杂质时，通过终止污染空气流过吸附槽，并使槽内空气压力由高吸附压降低到低解吸压，就会引起这种排空损失。使清洗气体通过槽中吸附剂材料床，以便解吸并除去槽中杂质。典型地，在气体是从床给料端排出的逆流降压阶段，通过排放槽中高压空气实现压力降低。吸附槽的这种压力降低和排气，减少了可用于低温分离为其基本成分的给料空气量。空气预净化器再生热交换区的利用，由于额外量的高压给料空气是从空气预净化器槽该区排放，而多少要增加一些排空损失量。尽管成本上的这种适度增加，本专利技术空气预净化器在本
还是表现出优越的先进性，能够显著提高吸附剂生产率，达到实际商业运营。降低给料空气杂质进行选择性吸附的温度，增加实施本专利技术所达到的杂质吸附总量和吸附速率。于是，作为因此获得的增加吸附剂生产率的一个结果，实施本专利技术可以采用更长的吸附循环时间，使PSA空气净化法变得更有效。更长的循环时间也使排空损失降低，并当一个床正在从其较低解吸压再加压到其较高吸附压时，有利于减小进入低温厂波动给料空气流的破坏效应。本专利技术优选总循环时间为5-40分钟，可优选约20-25分钟。就本专利技术目的而言，PSA空气预净化器槽内，再生热交换剂区通常优选置于其给料端，以便在给料空气进入PSA循环高压吸附期间，紧挨着吸附剂材料之前。在PSA循环低压解吸期间，再生热交换剂区将紧挨着吸附剂材料之后。在典型垂直走向吸附槽中，将整体再生热交换区置于吸附槽底部，即吸附剂材料下面，高压吸附阶段，污染给料空气垂直向上流动，低压清洗或吸附剂床再生阶段，无污染清洗气体垂直向下流动。当以下特别涉及PSA空气预净化器实施方案，进一步阐述本专利技术时，将会了解到，本专利技术可以用于吸附过程受操作温度升高不良影响的其它各种实施方案。这种情况属于要从给料气流除去的杂质具有高吸附热，且存在的量足以造成吸附过程温度明显升高。氢的PSA法是本专利技术另一个实施方案的例子。这后一实施方案中，大量的水、二氧化碳和碳氢化合物作为杂质存在，要从氢给料气流选择性除去。如附附图说明图1所示，吸附槽由数字1表示，用于从给料空气选择性吸附杂质的吸附剂材料，作为吸附剂床2置于其中。在所本文档来自技高网...

【技术保护点】
变压吸附空气预净化器系统，用于在高吸附压下吸附给料空气流中存在的水和其它杂质，以及在低解吸压下解吸水和其它杂质，该系统其吸附槽含有吸附剂材料床，该吸附剂材料基本上由一种吸附剂组成，该吸附剂能够在高吸附压下选择性吸附给料空气流中存在的水和其它杂质，以及在低解吸压下解吸水和其它杂质，且其氮负载小于１％（重量），该吸附槽有一个给料端用于将给料空气流引入其中，和一个产品端用于从其中回收已净化了的给料空气，其中所述预净化器系统在吸附槽内，位于吸附槽给料端和吸附剂材料层之间，还包含一个整体的再生热交换区，该整体再生热交换区包含高热容材料，它可以在水和其它杂质从吸附剂床解吸过程，储存通过吸附槽给料端的含杂质解吸流体的冷却作用，并将所得到的冷冻作用传递给进入吸附剂材料床的给料空气流，以选择性吸附其中的水和其它杂质，藉此，使进来给料空气流和吸附剂材料床的温度下降。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：HR绍布，FW勒维特，
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]