使用固体吸附剂的气体纯化方法技术

在深冷分离氧和氮前对空气进行纯化以除去水和二氧化碳及其它污染物时，水和二氧化碳被吸附至固体吸附剂上，并被定期解吸附以再生吸附剂，再生是通过通入加热的再生气进行的，其中加入再生气以产生解吸的热量不多于吸附水和二氧化碳时所释放的吸附热的９０％。该过程也可用于从其它气流中除去其它污染物。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通过吸附至固体吸附剂而将一种组分或几种组分从气流中除去的方法，该吸附剂须不时的再生。在这样地方法中，通入气流与固体吸附剂接触以吸附待除去的成分，这些成分逐渐在该吸附剂中累积。吸附剂内被除去成分的浓度将不断上升。吸附剂内被除去的气体成分的浓度不会是一致的，在吸附床的上游端浓度最高，且会通过吸附剂内的传质区逐渐降低。如果无限期的执行此过程，传质区将会在吸附床内逐渐向下游移动，直到待除去的成分从床的下游端穿透，在这发生之前，有必要再生吸附剂。在变压吸附PSA系统中，是通过以下步骤完成的停止将待处理气体通入吸附剂，对吸附剂床减压，和通常的让再生气流逆产品输送方向通过床，再生气压力一般低于待处理气体的压力，且再生气中在床中被吸附成分的含量低。当床在线，被除去的成分被吸附时，吸附过程会产生吸附热，产生一个热脉冲通过吸附剂向下游移动。在再生过程中，必须提供热量以解吸已被吸附在床上的气体成分。在PSA中，目标是在上述的热脉冲已到达床的下游端之前，开始再生。热脉冲的方向被再生过程反转过来，且从该气体成分吸附中产生的热量被用于再生期间解吸该成分。因此避免了在再生步骤中不得不加入热量。另一种方法是变温吸附(TSA)。在TSA中，循环时间被延长了，且上述的热脉冲被允许在进料或在线阶段内穿过吸附床的下游端。为了获得再生，必须提供热量以解吸被吸附气体成分。为了该目的，所用的再生气必须加热一段时间，以产生一个逆正常进料方向移动通过床的热脉冲。在加热的再生气流之后通常限有冷再生气流，这个冷再生气流朝上游端通过，连续置换热脉冲。与PSA相比，延长的循环时间是TSA的特点。每一种方法都有它自己特有的优点和缺点。由于需要提供热量给再生气，TSA是很耗能的。再生气所需的温度一般是很高的，例如150℃至200℃，这就对系统的设计提出了要求，这会增加成本。一般来说，将会有多于一种不需要的气体成分在过程中被除去，通常这些成分中的一种或几种易于吸附，而其它的则不易。在TSA中所需的再生温度必须足够高以使易吸附组分解吸。通常，为了满足从气流中同时吸附不同成分的需要，优化的TSA系统会使用双层吸附床，它包括用于吸附易吸附成分(例如水)的第一层和用于吸附不易吸附成分(例如二氧化碳)的第二层。因此，为了从气流中除去水和二氧化碳，TSA系统通常会使用一种吸附床，这种床的第一层为氧化铝，用于除去水，第二层为13X分子筛，用于除去二氧化碳和其它微量成分。但是，与氧化铝相比，该方法经常在每一层中都使用沸石，因此需要高的再生温度，这个温度通常超过100℃实际上使吸附的水汽化离开沸石。为了将必须解吸的水量减到最小，经常预冷却一下待处理的空气，因此，将所含的水大量冷凝。TSA系统中所用的高温导致需要保温容器吹扫预热器和入口端预冷器，且通常来说，高温要求系统有更严格和昂贵的机械规格(SPE-Cifiycation)。在运转过程中，有一笔与使用吹扫预热器有关的额外的能量消耗。虽然PSA系统不需要高温避免了许多这样的缺点，作为PSA标志的短循环时间带来了自身的缺点。在每一个运转周期中，吸附剂要经历一个进行吸附的进料期跟着是解压，再生和再加压。在解压时，床内的进料气被排出并损失。以这种方式损失的进料气数量被称为“转换损失”。在PSA系统内的短循环时间导致了高转换损失。而且，因为循环短，再加压必须很快的进行。在实践中，有两个吸附床进行上面的运转循环，如果彼此之间分阶段的话它有一个是处在进料或在线，因而，可供再加压和再生的时间被另一床能用在其循环进料部分所需的时间所限制，依次，此时间又被短循环时间所限制。”这些限制意味着快速加压会引起进料与产品流内的短暂变化，这些变化系统对车间运转有不良影响，尤其是吸附系统下游过程的运转。Skarstrom,C.W.在"Heatless Fractionation of Gases over SolidAdsorbents",Vol.11.95.IV.W.Li(ED)C.R.C Press,Cleveland,Ohio1972和US-A-4711645(Kumar)中描述了PSA。Uon Gemmingen,U，在"Designs of Adsorptive driers in air seperatonplants"-Reports on Technology 54/1994-(Linde)描述了用低于正常温度，例如80至130℃及短循环时间的TSA。一种更低温度形式的TSA在US-A-5137548(Grenioer)中有所描述，它使用35℃的再生温度和13X分子筛吸附剂，通过冷却进料空气而预先除去水对于该工艺来说是非常重要的。US-A-4541851公开了人们可以如此使用TSA，热脉冲在从吸附剂中解吸易吸附和不易吸附组分的过程中被耗尽。US-A-4249915和US-A-4472178公开了一种吸附方法，其中水分，碳和二氧化碳在彼此分开的床中通过吸附被从空气中除去。在相对短的运转周期内用变压吸附再生负载了水分的床，而负载了CO2的床是在较长时间间隔内被热再生。由于需要单独的柱子以容纳水分及二氧化碳除去床和其它辅助设备，实现这个过程自然会迫使设备成本大幅增加。虽然提供了一些好处，但这些说明书中所教导的方法在某种程度上具有PSA和TSA的缺点。PSA除水具有较高的转换损失和排量变化，TSA除二氧化碳需要较多的能量和设备成本。EP-A-0766989公开了在深冷分离前使用氧化铝，而后是分子筛以空气中除去二氧化碳和水，这里由加热再生富氮气体而产生的热脉冲不能在床内被耗尽，但可在它进入该床氧化铝部分上游前被终止。在"Adsorption Purification For Air Separation Units"-M.Grenier etal,Intersociety Cryogenics Symposium,Winter Annual Meeting of ASMI,Dec 9-14,1984,NEW Orleans,LA中,从空气中吸附二氧化碳和水是使用一种床来进行的，这种床包含有氧化铝的上游(考虑到吸附时的流向)部分和有分子筛的下游部分。水被吸附在氧化铝上，这就防止了水吸附到分子筛。二氧化碳主要被吸附到分子筛上。吸附剂的再生是通过让加热的氮从逆吸附时流向的方向通过吸附床来完成的。经过一段时间后，停止加热氮，但继续通入氮。这就产生了一个移过吸附剂的热脉冲，热脉冲内的热量提供了用于从吸附剂上解吸水和二氧化碳的能量。这表明可以尝试让氮加热时所加入的热量去精确平衡解吸所需的热量。如果加热持续时间过长，热量会在再生结束时留在床内，当床回到在线时，这会干扰水和二氧化碳的吸附，而且热量可能会进入低温氮/氧分离器内并干扰它的作用。一般地说，如果加热被过快地中止了，结果将会是部分床未被再生。这看起来不是很关键的，因此人们应加入一个稍过大(Over-sizing)的氧化铝床，这样热脉冲就不会离开床，但会在连续循环过程中消失(die)在额外的氧化铝里。我们已意识到让热脉冲在床的氧化铝部分消失的结果并不必然是床的一部分未被再生。用于再生的干燥氮流当然含热量，即使它没有被加热到供给温度之上。水和二氧化碳会从吸附剂，例如氧化铝上解吸，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从气流中除去一种成分的方法，包括 ａ）以第一方向通入气流与吸附剂接触，从气流中吸附该成分至吸附剂上，并伴有吸附热的释放， ｂ）停止通入上述气流与上述吸附剂接触， ｃ）加热再生气以加入热量，且升高再生气的温度至高于上述气流温度的温度， ｄ）以逆上述第一方向的第二方向通入上述加热的再生气，以从上述吸附剂上解吸附下上述气流成分这样一段时间，以使得加入到如此通过并与吸附剂接触的再生气体的热量不超过在吸附期间释放的吸附热的９０％， ｅ）停止加热上述再生气，并继续通入处于未加热状态的上述再生气继续从上述吸附剂上解吸上述气流成分，和 ｆ）重复步骤（ａ）至（ｅ）。

【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：MA卡拉斯，TC戈尔登，
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]