改进的变压吸附法制造技术

一种变压吸附方法，用来从一种如空气的气体混合物中分离至少一种如氧气和氩气的非优先吸附的第一气体，气体混合物包括第一气体和一种或几种可选择性吸附的第二气体，该方法包括同时均压和抽空，随后同时用原料气和产品气再加压变压吸附床的几个新步骤。结果，总体上更快和更有效地１００％利用如真空鼓风机的减压装置的循环，在能耗方面减少约１５％。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及从混合气体例如含氧气和其它可选择性地吸附的气体组分的空气中分离第一气体例如氧气的方法。本专利技术的目的是提供一种从诸如空气的气体混合物中生产例如氧气的浓缩的气体的更有效的变压吸附法，该方法与使用现有技术的其它方法相比，在从气体混合物中生产高纯度气体时，能以更有效的方式(较低的床尺寸因子)利用吸附剂，且所要求的能量也较少。变压吸附法是基于惯用的吸附床材料如沸石对气体混合物中的可选择性吸附气体与非优先吸附的气体有不同的吸附能力为条件。在一些已知的方法中，将吸附床单元或两吸附床或三吸附床单元系统中的第一个这样的吸附床单元加压到一高的压力值，由于每一个吸附床单元可以包含从供给到的并通过吸附床单元的气体混合物中除去水和二氧化碳的下部床层和吸附可选择性吸附气体的上部或下游床层，于是便产生选择性地除去水及二氧化碳和选择性地吸附一种气体，而加压的非选择性吸附气体不受影响并通过该床单元而到一个接收装置，该接收装置可以是本系统中的第二吸附床单元。在这种情况下，第二吸附床单元被为下一个循环进入的气流作准备的非吸附气体所加压。下一个吸附床单元，即第三吸附床单元或两床系统中的第一吸附床单元利用贯通供给的中等压力的废气、或来自均压罐或来自在生产非吸附的浓缩气体后减压的吸附床单元的清洗空隙气的回流或逆流抽空来进行清洗。这样清洗的吸附床单元随后再加压并进行浓缩气体的生产。在规定的时间期间之后，循环地使用第二吸附床单元，第一吸附床单元抽空，而第二吸附床单元再加压。虽然已对基本的变压吸附法循环的许多变形和改型进行了研究，并已应用于工业生产过程，例如从空气中生产氧气，但是这些系统当与另一种利用低温蒸馏的方法相比较时，对在大型工厂中生产高纯度氧气来说，一般是低效和不经济的。因此本专利技术的目的是提供一种从空气中大量生产高纯度氧的高效的变压吸附法，且该方法所要求的能量也较少。最初的变压吸附法是由Skarstrom在US2,944,627中公开的，该方法的一个循环包括四个基本的步骤(1)吸附，(2)减压，(3)清洗和(4)再加压。Skarstrom循环已演化出几种变型。在Wagner的US3,430,418中描述了一种这样的系统，在该系统中至少需要四个吸附床来连续地生产产品气。由于Wagner系统需设置四个吸附床而不是少于四个吸附床，因此在额外的成本和设施的复杂性方面，使得在经济上失去可行性。在US3,636,679号中，Batta公开了一种系统，其中压缩空气和产品氧气(通过另一吸附床进行均压降压步骤得到)同时引入在同一吸附床相对的两端。Mc Combs在US3,738,087中描述了另一种方法，其中使用两床系统来进一步节省设备费用，该方法采用通过将原料空气引入到部分再加压吸附床的加压吸附步骤。在Mc Combs的工作之后，Eteve等在US5,223,004中公开了利用如下步骤的变压吸附法(1)从循环的低压力级开始，用产品气逆流加压到一中间压力级，(2)在不放出气体下，从该中间压力级用原料气并流加压直达吸附压力，(3)生产步骤，其中引入空气，并流地放出氧气，(4)通过部分地并流减压放出氧气的步骤，其中中止空气的进入，和(5)通过逆流减压降到循环低压力级的解吸步骤。在文献中可发现最初变压吸附法循环的更多的变型。例如，US4,194,891、4,194,892和5,122,164都公开了使用短循环时间的变压吸附法循环，其中使用较小粒径的吸附剂以降低扩散阻力；Doshi等的US4,340,398使用三床或三床以上的变压吸附法，其中在吸附床再生前，先将空隙气输送到一个贮罐中，其后，将之用于进行再加压步骤中。此外，在US3,788,036和3,142,547中描述了带贮罐均压的两床变压吸附法的一种变型，保存的气体用作另一吸附床的清洗气。最近，Tagawa等的US4,781,735公开了利用三个吸附床生产氧气的变压吸附法，通过将一个床的加料端与另一床的加料端相连接(底一底均压)，在全部或部分的均压时间内，于进行底一底均压的同时进行床的顶一顶均压来实现提高氧气的回收率。再者，Knmar等的US5,328,503中描述了使用起始的减压步骤以提供清洗气，随后进行任意的床一床加压均压步骤的变压吸附法。按照该专利，至少要用两个吸附床，并且利用产品气和原料气的组合气进行吸附床的再加压。Suh和Wankat(AI Ch EJ.vol.35，p523，1989)公开在变压吸附法中使用并流一逆流相结合的减压步骤。他们指出，对从空气中生产氧气来说，添加并流减压步骤无益。Liow和Kenny(AI ChE J.vol.36，p53，1990)描述经由计算机模拟的用于从空气中生产氧气的“回填循环”。他们指出当在生产富集的氧气产品循环中包括逆流(相对于原料气的方向)产品气的再加压步骤时是有益的。本专利技术涉及的是从含第一气体和一种或几种包括更优先吸附的其它气体的气体混合物中分离所述第一气体例如氧气的改进的变压吸附法。它包括对变压吸附床的同时均压和抽空，随后同时进行原料和产品气再压等的新颖的步骤。结果就形成了100％利用真空泵或减压机的总体上更快和更有效的循环，并使能耗减少了约15％。本专利技术的核心包括重叠变压吸附法循环中的各不同步骤以减少总的循环时间，因此提高生产率。其它的重要参数包括操作条件(高压、低压、均压降压步骤结束时的压力和在产品气加压步骤中所使用的高纯度产品气的量)的选择、每个步骤中所分配的时间、在循环中执行每个步骤的次序，和利用均压降压气为回流和匀压升压步骤提供所需要的气体。循环中的独特的步骤是在对均压升压步骤的吸附床进行抽空的同时，其它的吸附床则进行均压降压步骤。必须选择这个步骤所分配的时间，使得在该步骤结束时，前面的吸附床已被清洗并部分加压。循环中的下一个步骤是在所述吸附床的相对两端，用产品气和原料气同时加压，随后用原料气加压到所要求的吸附压力。本专利技术的其它的主要特征如下(a)在原料气和产品气同时加压的步骤中所需要的产品气通常是来自产品气贮罐，或来自生产步骤中的其它的吸附床；和(b)并流减压气或均压降压气若不去到另一吸附床的下游端便去到第二贮罐。在后面的情况下，不需要床一床连通，这有助于对变压吸附法的控制更加灵活。附图说明图1说明本专利技术的一个实施方案的双吸附床循环的步骤；图2是图1双床循环的流程图；图3是描述在一个完整的循环的各个步骤期间，在一个床中压力的演变的时间/压力关系曲线；图4是本专利技术的另一个实施方案设有床一床连通的双床循环的流程图；图5是描述图4系统的循环中的各步骤；图6和7是描述本专利技术的又一实施方案的单床法的流程图和床循环；和图8是描述供对比用的标准的现有技术中吸附床循环的步骤。本专利技术的新颖的方法结合了变压吸附法循环中各操作步骤的新颖次序，其中旋转机械(例如压缩机和真空泵)的空载时间减至最小，提高了产品的回收率，床的尺寸因子(BSF)与现有技术的变压吸附法循环相比是相当或更小，而能耗比现有技术的循环低5-20％。本专利技术的变压吸附法循环的操作步骤如下(I)将原料气混合物(例如空气)和浓缩的产品气(例如氧气)在吸附床的相对两端同时引入，以便部分再加压到一中间压力级。在该步骤中，产品气通常来自产品气贮罐或来自生产步骤中的其它的吸附床。(I本文档来自技高网...

【技术保护点】
从含至少一种非优先吸附的第一气体和一种或几种可选择性吸附的第二气体的气体混合物中分离所述第一气体的变压吸附设备，其特征在于其包括至少一个吸附床单元，所述吸附床单元内装填有能从处在高压下的所述气体混合物中选择性吸附所述第二气体的组合物；一个经控制阀与所述吸附床单元的下游端相连通以从所述吸附床单元收集加压供给的所述第一气体的接受器装置；一个均压装置，其通过控制阀将空隙气排放到所述吸附床单元的下游端以降低其中的压力并使来自其中的所述第二气体解吸和减压；用以经控制阀将相对加压的气体混合物输送到吸附床单元的上游端的压缩机装置；控制所述阀装置以允许将加压的气体混合物输送到所述吸附床单元的上游端并同时将来自所述接受器单元的加压的第一气体逆流地输送到所述吸附床单元的下游端以促进所述吸附床加压到高的压力的控制装置；当所述吸附床单元的压力超过所述接受器装置的压力时，使来自所述吸附床单元的第一气体流到所述接受器装置以收集产生的第一气体的装置；在供给到所述吸附床单元的加压的气体混合物中止后，使出现在所述吸附床单元的减压和释出的残留的空隙气通过控制阀进入所述均压装置的装置；用来使吸附床单元降到低的压力且与吸附床单元的上游端相通的减压装置；和用以释放空隙气的装置，该装置将从所述均压装置的空隙气以逆流方向释放到上述吸附床单元的下游端，以便同时减压所述均压装置和清洗吸附第二气体的吸附床单元，由此在向所述吸附床单元再供给加压气体混合物前，促进所述吸附床单元加压到一中间压力，以提供快而更有效的操作循环。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MSA巴克什，VJ吉布勒，HR肖布，
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]