变压吸附空气预纯化器制造技术

本发明专利技术涉及变压吸附空气预纯化器，它可用来从输送到低温空气分离设备的原料气流诸如原料空气流中除去水、二氧化碳和烃类。通过作为所述空气预纯化器的一组成部分的交流换热器的结合使用，水解吸的冷却效能被贮存和传递而用来将送到空气以预纯化器内的吸附材料中的输入进料空气流冷却。所述吸附材料的生产率从而得以提高。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气流的纯化。更具体地说，本专利技术涉及在进料空气的低温分离前从中去除污染物的变压吸附空气预纯化器。在将所述原料空气低温分离成其主成份即氮气、氧气、氩气等前、将原料空气中存在的污染物除掉是必要的。需要去除的空气的主要污染物是水、二氧化碳和烃类。因为水和二氧化碳比空气的主成份具有高得多的沸点，所以它们可能在低温空气分离设备内的热交换通道的表面冷凝和结垢。如果不将进入低温空气分离装置的烃类如乙炔从原料空气流中去除，那么它们可能在所述低温装置中积累并在氧气的存在下有可能在低温装置中产生爆炸。当污染物在高压及中等温度下出现时，已发现可以使用吸附剂材料来吸附水、二氧化碳和烃类。可使用变压吸附(PSA)方法以便于用这种吸附材料来在高压下从原料空气流中选择性吸附污染物直至吸附材料已被这些污染物差不多饱和。然后通过在低压下用无污染物的气流清洗吸附材料来将污染物从吸附剂材料中解吸。这种无污染物气流一般是主要含不同量的氧气和氮气的来自低温设备的废气流。在这种吸附/解吸方法的吸附部分中，一般在原料空气中存在的水最强地被吸附材料选择性地吸附，二氧化碳次之，而烃污染物则较其它污染物弱。吸附材料从原料空气吸附污染物的能力受较高温度吸附条件的负面影响。在这方面，应指出由于原料空气的压缩热和由于用于冷却压缩原料空气的从空气冷却塔热交换器获得的中温冷却水的使用，进入PSA空气预纯化器的空气温度可能高于环境温度10-15°F。当存在于压缩空气中的水被PSA系统中的吸附材料吸附时，热被产生、释放并转移到原料空气流中，升高其温度和周边吸附材料的温度。因此所述吸附材料吸附二氧化碳和烃类以及附加量的水的能力受到水的最初吸附的负面影响。相反，当水从吸附材料解吸时，除去了低压清洗气流的热，依此冷却了低压清洗气流并降低了其将污染物从吸附材料解吸的效能。PSA空气预纯化器一般使用两个或多个吸附器从而可使输往低温空气分离设备的去污染物后的进料空气保持相对稳定。为了弥补这种在较高温度下所下降的吸附材料的吸附能力，一般采用这种吸附材料的降低的操作容量。但是由于需要更大量的吸附材料以及吸附器体积的增加，这不必要地导致了操作费用的增加。这也可能导致较高温的空气进入下游设备而可能出现不利影响。在另一种方法中，可使用外部热交换器装置，在一吸附器中的所述操作的解吸阶段排出的冷的清洗气被用来冷却输入到另一个正被用来从原料空气流吸附污染物的吸附器的进口进料空气流中。但是该方法也需要另外的基础设备而需要增加吸附系统的总耗费。从进入低温空气分离设备的进料空气流中去除污染物的另外方法包括变温吸附(TSA)系统的使用，TSA利用温度和压力两者作为驱动力来使得污染物交替地吸附和解吸。反向热交换器也可用来使水和二氧化碳结冰凝固，使它们结棱在热交换器表面。由于从低温设备出来的流体会将进料空气污染物解吸和重新气化并将它们清洗到大气中，所以在低温设备中热交换器的交替的流进和流出允许持续运行。可以看到为达到按需要从低温空气分离设备的原料空气中去除上述污染物；这种另外的方法同样需要相对高的基建和/或操作费用。因此在本领域需要发展能更经济地将通到低温空气分离设备的污染物去除的空气预纯化器。也同样需要发展用于其它气流纯化的经济的预纯化器。本专利技术的目的是提供能经济地从进料气流中去除污染物的预纯化器。本专利技术的另一个目的是提供能经济地从通到低温空气分离设备的进料空气中去除污染物的空气预纯化器。考虑了这些目的和其它目的，本专利技术将在下文中详细描述，其新的特征在所附的权利要求书中具体指出。当水在PSA处理的解吸步骤从在PSA空气或其它气体预纯化器吸附材料床解吸并传递到正通到处于PSA处理的吸附状态的预纯化器的污染空气或其它原材料气流中时，结合使用积分交流换热器和PSA空气或其它气流预纯化器以保证获得有利的冷却效果。本专利技术将进一步参照附图即本专利技术的PSA空气预纯化器的整个内部构置的侧视图来说明。本专利技术的目的可通过在PSA空气预纯化器容器中使用积分交流换热器来达到。该容器构成允许吸附一解吸PSA处理顺序的解吸步骤时发生的致冷由高热容材料贮存。然后在所述PSA空气预纯化器中随后的吸附步骤，这样冷却的高热容材料可用来冷却通过PSA空气预纯化器容器的交流换热器部分的污染进料空气流。本专利技术达到了使吸附水、二氧化碳和乙炔污染物的容器中的吸附材料温度的全面降低。降低选择性吸附原料空气中污染物时的温度提高了吸附材料的吸附能力。因此，吸附前冷却进口原料空气流提高了PSA空气预纯化器中一定量吸附材料的吸附能力。在PSA空气预纯化器容器中积分交流换热器的联合使用能使这种所需的冷却以经济的方式完成，因为伴随着本专利技术的PSA空气预纯化器的交流换热器部分的费用的增高是有限的。这种费用的有限增高包括(a)由于为容纳PSA空气预纯化器的积分交流换热器增加吸附容器长度而增加的费用，(b)由于用在所述热交换部分的多孔交流换热器材料产生的少量基建和安装费用，(c)由于增加通过交流换热器部分产生的少量附加操作费用，和(d)所谓的放空损失所增加的花费。当在高压下用于从进料空气吸附污染物的容器为将污染物从吸附材料低压解吸通过终止污染空气通过所述容器的流动和通过将所述容器中的空气压力从高的吸附压力降低到低的解吸压力而被解吸时，引起了这种放空损失。清洗气被通过在所述容器中的吸附材料床以促进解吸和从容器中去除污染物。压力的降低通过从所述容器排空高压空气来完成，一般随着气体从床的进料端导出而在逆流减压步骤中完成。这种降压和容器的排空减少了可低温分离成其主要组分的进料空气的量。由于空气预纯化器的交流换热器部分增加了排空的高压进料空气量，空气预纯化器的交流换热作用的利用某种程度上增加了放空损失的量。尽管在花费上有这种少量的增加，但是已发现本专利技术的空气预纯化器代表着在本领域高度有益的进步，它能在实际的工业生产操作中显著提高吸附剂生产率。进料空气污染物的选择性吸附的温度的下降增加了在本专利技术的实践中获得的污染物吸附的总量和速率。因此，作为由此获得的增加的吸附剂生产率的结果，在本专利技术的实践中可使用更长的吸附循环时间，从而使PSA空气预纯化处理更有效。更长的循环也使得放空损失降低，并且当一床从其较低的解吸压力再加压到其较高的吸附压力时，进入低温设备的原料空气流量波动的破坏性的影响被减低到最小。对本专利技术来说，在原料空气导入PSA循环的高压吸附部分时优选在PSA空气预纯化器容器内，在其进料端设置一交流换热器区，即刚在吸附材料前设置交流换热器。在PSA循环的低压解吸部骤时，交流换热器正在吸附材料后面。在常规的垂直向的吸附器中，这通过将积分交流换热器部分置于吸附器的底部即在吸附材料的下面，并通过在高压吸附步骤时使污染原料空气垂直向上流动而在低压清洗或吸附床再生步骤时使无污染的清洗气垂直向下流动来达到。尽管下面将通过具体的PSA空气预纯化器实施方案来进一步描述本专利技术，但可以理解也可以使用吸附过程受操作温度提高负面影响的众多种其它实施方案。这种情况适合于将从原料气流去除的污染物具有高的吸附热并且具有在吸附处理时引起明显温度升高的足够量的场合。氢气PSA处理是本专利技术的另一实施方案的例子。在这后一个实施方案中，存在有大量作为污染物将从氢气原料气流中选择性除去的水、本文档来自技高网...

【技术保护点】
适于在高吸附压力下将存在于进料空气流中的水和其它污染物吸附并在低的解吸压力下将所述的水和其它污染物解吸的变压吸附空气预纯化器系统，所述系统具有一吸附容器，它包括一张在高的吸附压力下能选择性吸附存在于进料空气流中的水和其它污染物并在低的解吸压力下能解吸附所述水和其它污染物的床，所述吸附容器具有一导入进料空气流的进料端和一回收经纯化进料空气的产物端，改进之处包括在吸附容器内的进料端和吸附材料床之间有一积分交流换热区，所述积分交流换热区包含高热容材料，它能存贮水和其它污染物从吸附材料床解吸时来自从吸附容器的进料端流出的含污染物解吸流的冷却效能并能将这种得到的致冷效能传递到通入吸附材料床以从中选择性吸附水和其它污染物的进料空气中，从而导入的进料空气流和吸附材料床的温度被合乎需要地降低，有效地增强了吸附材料床和空气预纯化器系统的生产率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：HR肖布，FW利维特，
申请(专利权)人：普拉塞尔技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]