同步变压吸附法制造技术

本发明专利技术涉及通过应用重迭的压力摆动吸附、原料气体重新加压和解吸步骤来进行气体分离的压力摆动吸附方法。所使用的系统的吸附能力得到了提高，单位能耗得到了降低，操作的总效率得到了提高。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包含较难吸附组分和较易吸附组分的原料气体混合物的分离。更具体地说，本专利技术涉及使用压力摆动吸附(PSA)工艺来进行这种这气体的分离。在许多化学加工、炼油、金属生产和其它工业应用中，经常要为各种目的使用高纯气流。例如，高纯氧被用于多种行业中，诸如化学加工、炼钢石、造纸石以及铅制造厂和玻璃制造厂。许多这种应用都需要流速为每小时100000立方英尺或更多的纯度范围为90-93％的氧气。尺管氧气和氮气可通过种种空气分离技术生产，但是PSA处理方法以对于各种应用领域中的空气分离是特别适合的，尤其对于使用使用低温空气分离厂可能不经济可行的较小规模的操作更是如此。在压力摆动吸附(PSA)处理中，包含较易吸附组分和较难吸附组分的原料气体混合物一般在高的吸附压力下通过能选择性吸附较易吸附组分的吸附床。此后将床减压到低的解吸压力使较易吸附的组分解吸并从床上转移出去，然后重新加压并将另外的原料气体混合送到床上，这种吸附-解吸-重新加压的循环操作过程在床上连接进行。在真空压力摆动吸附(VPSA)处理中，解吸的低压是指低于常压或真空的解吸压力。这种PSA/VPSA处理一般在多床系统上进行，每张床均使用了循环进行的PSA/VPSA工艺程序，并且与该吸附系统其它床的这种工艺程序的执行情况相互关联。在为作为较难吸附的空气组分的高纯氧气制品的回收设计的PSA/VPSA系统中，每张吸附床通常都包含能够选择性吸附作为较易吸附组分的氮气的吸附材料，一旦床的压力从高的吸附压力水平降低到低的解吸压力水平，所述的氮气随后就会解吸并从床上移走。为将PSA/VPSA工艺在实际上工业生产中应用，如上述的从原料空气中制备氧气，现已发展出许多处理方法。在一种这样的方法中，具有能从原料空气中选择性地吸附氮气的吸附材料的双床VPSA系统被用于具有六个基本步骤的工艺程序中，每张床均循环地执行这些步骤，并与这些步骤在另一张床上的执行情况相互关联。因此，每张床均进行了下列步骤(1)随着来自正减压另一张床的顶部或产物端的均压化气体通入到所述床的顶部，床的压力从常压以下的低的解吸压力升至中压；(2)通过在床的底部或原料端导入原料气体使其压力从中压升至吸附所需的高压；(3)进料-吸附-氧气产物回收，其中再将大量原料空气导入所述床的底部，其较难吸附的组分氧气从所述床的顶端作为产品气体或作为床的清洗气体回收；(4)气体从所述床的顶端释出并通到正重新加压的另一床顶部而达到共流减压而使床之间在中压范围均压化；(5)随着气体从所述床的底端释出，将床抽空或逆流减压至常压以下的低的解吸压力；和(6)在所述的低吸附压力下清洗。对于该系统的两张床来说，为使循环操作同步，步骤1-3在一张床上进行，经历了从高的吸附压力到低的解吸压力的降压过程和再生过程，而步骤4-6在另一床上进行，经历了从所述的低的解吸压力到高的吸附压力的再加压过程并用于产品气的制备。总循环时间较短，一般约60秒钟。在这种处理循环的实践中，步骤(1)的均压化过程引起了要重新加压的床的压力的提高，一般从约0.35atm的低于常压的或真空的解吸压力升至约0.67atm的中等压力，这里约0.3atm压力的提高的所花的时间占据了总循环时间的5-20％。在这种均化步骤进行时，可以理解对于双主档VPSA系统所使用的进料和抽空鼓风机是无负荷的。在步骤(2)的所述床的再加压期间，原料空气被通到床中使得其压力从起始的均压化时的较低的中压水平范围提高到超常压的高的吸附压力，该压力一般约1.3至1.5atm。一旦达所需的高的吸附压力，再将大量的原料空气在所述吸附压力下通到所述床的底部，在步骤(3)，随着其较易吸附的氮气组分被选择性地吸附，较难吸附的氧气产物5选择性地通过床并从床的顶部被回收。得到的氧气就这样作为所需的氧气制品回收，除了其中一部分被转移用作清洗气体，这种清洗气体一般在其它床上使用。最初回收的氧气一般都作为产品气体，而所述步骤(3)的后一部分操作时一部分氧气才被转作清洗用途。回收氧气一般作为产品气体的步骤(2)的所述床的再加压过程和步骤(3)的开始阶段所述的总循环时间比例随实施方案整体条件的不同而不同，但一般占总循环时间的30-40％。一部分氧气作为产物回收而一部分转作清洗用途的步骤(3)的其余阶段一般占用总循环时间的15-30％。在步骤(4)的塑流减压-均压化过程期间，其压力降到中等压力，作为床之间均压化的结果，所降的中等压力高低取决于正进行重新加压的另一张床的压力。和步骤(1)一样，步骤(4)从开始到结束的压力变化约为0.3atm，所述床的压力一般达到0.9-1.1atm左右的中压水平。在这方面，应注意到床之间的压力均衡一般在不完全的压力均衡下就结束，而不会将续到床间压力完全均衡的地步。因此，实践中床间不会达到同样压力的完全平衡状态，床之间不完全平衡到完全压力均衡之间一般存在1至10psi的压力差距，理想情况下这种压力差距约为3至5psi。接着共流减压-压力均衡过程之后，在工艺流程的步骤(5)中，将被降压的床进行排空而使压力降到较低的、低于常压的解吸压力。在所述床再生的这个过程中，一般用真空吹风机将气体即先前从床的进料或底端吸附的氮气释放使床排空而达到所需的较低的解吸附压力，如0.35atm。在工艺流程的第(6)步中，清涤气体在较低的解吸压力如0.35atm下导入到所述床的上部即产品端以促使氮气从床的底部排除，所用的清洗气体是来自于其它床的、被转用作清洗气体的那部分氧气制品。当本进行步骤(3)、(4)和(5)中的每张床的再生之后，随着每张床上处理程序周而复如地贯彻执行，在步骤(1)和(2)，床被重新加压，并且随着另外一定量的原料空气被导入到床中，产品氧气在循环的第(3)步骤得到。本领域技术人员将会对从原料空气中制备氧气有许多其它的PSA和VPSA方法而感到理解。每一种方法都可能包含其独有的步骤或特征、或其两方面的结合。上述的特定方法提供了纯度范围为90-95％的高纯氧气的经济的回收方法。虽然所述的本方法已如此提供了所需的益处，但在本领域中仍继续需要对PSA/VPSA工艺做进一步的改善。需要做这种改善来满足在经济、合理地供应许多工业上使用的氧气和其它工业气体中对更高性能水平的不断提高的需要。具体地说，需要做进一步改善来扩大PSA/VPSA系统的生产能力、提高PSA/VPSA方法的效率以及降低PSA/VPSA操作的单位能耗。本专利技术的目的之一是提供气体分离的包括VPSA在内的改良的PSA方法。本专利技术的另一目的是提供通过气体分离进行高纯氧气回收的PSA/VPSA改良方法。本专利技术的另一个目的是提供增强了效率、降低了单位能耗以及能够扩大此中所用系统吸附能力的PSA方法，包括VPSA方法。考虑到这些和其它目的，本专利技术将在下文详尽描述，其新特性将在所附的权利要求书中特别指出。本专利技术的PSA/VPSA方法不但使用了重迭的压力均衡-降压和解吸或排空步骤。也作用了重迭的压力平衡-升压和进料气体重新加压步骤。结果单位时间可处理的进料气体量得到了提高，单位能耗得以下降，方法的整体效率得到了增加。下文将根据用来说明本专利技术的重迭的流程中使用的方法步骤的所附的一个一个的图来详细说明本专利技术的情况。通过执行一种PSA/VPSA工艺程序例本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过吸附－解吸－再加压工艺流程在吸附系统中分离原料气体混合物在压力摆动吸附方法，吸附系统至少由两张吸附床组成，每张床均有进料端和产物端，床上包含能从所述原料气体中选择性吸附较易吸附组分的吸附材料，在步骤循环进行的基础上，每张床所需进行的工艺程序包括：（ａ）通过将从系统中另一张床的产物端得到的气体通入到所述床的产物端使其从低的解吸压力部分地再加压到中等压力，使所述床之间达到部分压力均衡。（ｂ）通过如上面步骤（ａ）那一样将气体通到所述床的产物端在所述的中压基础上继续部分的 再加压，同时在床的进料端导入原料气体使床再加压到高的吸附压力，随着原料气体在所述床进料端的导入而不断地提高床的压力直到达到高的吸附压力，一旦床之间达到完全均压化，如同上面步骤Ａ所进行的所述的进一步部分再加压过程就终止；（ｃ）在高的吸附压 力下在床的进料端再导入大量的原料气体，较易吸附的组分被吸附材料选择性的吸附，较难吸附的组分通过床并作为所需的产物气流从床上回收；（ｄ）象步骤（ｃ）一样在床的进料端再导入大量的原料气体，至少一部分从床的产物端回收的较难吸附组分从产品转为用 作床的清洗气体；（ｅ）通过从所述床的产物端排放气体将其压力从高的吸附压力共流减压到中等压力，所述的气体被通过到另一张床的产物端来将另一张床重新加压以达到床之间的部分均压化；（ｆ）象上面步骤（ｅ）一样，通过将排放气体从所述床的产物端通 到另一张床的产物端使进一步部分减压过程在所述的中压基础上继续进行，同时通过从所述床的进料端排放气体而使床逆流减压，所述的如上面步骤（ｅ）一样的进一步部分减压过程在床之间完全达到均压化后就终止进行；（ｇ）通过从所述床的进料端回收多余的气体 使所述床进一步逆流减压，使床的压力降到低的解化压力并从床中排放较易吸附的组分；（ｈ）将从床的产物端回收的并转用于清洗目的的较难吸附组分通到所述床的产物端并作为清洗气体通过所述床以促使所述的较易吸附组分从床上解收并从所述床的进料端排除；和 （ｉ）继续循环操作，重复本方法步骤（ａ）到（ｈ）的工艺程序，在进行步骤（ａ）和（ｅ）的同时也进行了重迭步骤（ｂ）和（ｆ），此时在本专利技术的实践中所用的进料鼓风机和排料鼓风机均是未载的，这样步骤（ａ）和（ｅ）中床的均压化所耗的总体循环时间占 总流程时间的比例是减小的，这样就提高了一定时间周期内原料气体的处理量。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AK吉拉德，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]