吸附剂床的分级泄料制造技术

本发明专利技术公开了一种使用两个多个阀来用于控制进入或离开吸附剂床的气流的变压吸附(PSA)系统，其中按顺序(即，以由一定时间延迟分开的至少两个动作)开启两个或多个阀。按顺序开启阀可提高从床吹扫至其的吸附种类的数量，且还便于更快执行PSA循环的某些时间步骤，从而提高吸附剂的生产率。按顺序开启阀还可允许通过测量吸附剂床中、下游歧管中或缓冲容器中保持的气体体积中的压力的绝对值、斜率(导数)或导数的变化率来验证阀的操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文所公开的实施例大体上涉及变压吸附系统。更具体而言，本文所公开的实施例涉及用于控制进入或离开吸附剂床的气流的方法及设备。
技术介绍
变压吸附(PSA)为一种用于分馏气体混合物以提供至少一种净化的产物气体和残液副产物混合物的技术。PSA已经成功地用于从其它气体分离氢、从空气分离氧和氮和从天然气体分离氦等。早期的PSA系统通常使用并行操作的四个吸附剂容器。PSA系统的实例为授予 Wagner的第3，430，418号美国专利。Wagner的工艺的后来改进方案增加了附加的压力平衡步骤，同时保留四个吸附剂床(例如，授予Batta的第3，564，816号美国专利)，且随后在授予Fuderer等人的第3,986,849号美国专利中，将甚至更多的压力平衡步骤增加至七个或更多的床。实施压力平衡的数目和吸附剂容器的数目的这些增加用以提高产物回收率和吸附剂生产率。令人遗憾的是，性能的提高伴随着就所需的阀的数目而言从用于Wagner工艺的三1--个增加到用于Batta工艺的三十三个,再增加到用于Fuderer等人的工艺的最少四十四个。一般基于若干标准测量PSA循环的性能。第一个是在给定杂质水平以及作为净化产物输送的总进料流中的产物种类的分数下的产物回收率。第二个测量为吸附剂的生产率，生产率涉及在其期间输送产物的PSA循环相比于循环的总长度的比率。为了在固定的进料成分下最大限度地增大这些参数中的一者或两者，已经在其它系统中描述了一定数目的途径。Wagner描述了使用储存在加压床中的气体来使已经被吹扫的另一个容器再加压，然后在第一容器中的压力耗尽之前随后吹扫另一个容器。随后，Batta描述了可将第二压力平衡增加至第一压力平衡，且这将有意义地改善回收率。Batta在他的循环中保留了吹扫气体的措施。Fuderer等人将此途径延伸至第三压力平衡，且教导了从床中收回的最纯净的气体将总是最后进入任何其它床被再加压的气体。Batta的四个容器循环构造成使得比真正期望的更少的纯净气体进入被加压的容器中。此外，Fuderer等人的专利技术允许比用前述循环可实现的更高的吸附剂生产率，因为分配给吸附的循环中的时间分数由于阀开关逻辑的细节而较高。尽管这些方法便于优异的产物回收率和吸附剂生产率，但它们这样做是以高度的复杂性为代价的。Wagner的原始工艺使用四个容器和三十一个阀来便于一个压力平衡和另一个容器的吹扫。Batta为他的具有两个平衡的循环将该总数增大至三十三个阀和四个容器。两个这种四个床的循环以百分之二十五的时间从给定容器产生气体。Batta还提供了具有四十三个阀的五个容器的系统来重新排列平衡，以在气体的纯度连续增大的情况下提供所期望的再加压。该循环仅百分之二十的时间从给定容器生产。Fuderer等人的提供三个平衡和吹扫步骤的最简单的循环需要九个容器和五十五个阀。该循环以百分之三十三的时间生产，明显比Batta和Wagner的循环有所增加。尽管这些循环在回收率和生产率的临界区域中有进步，但它们这样做是以较大增加机械复杂性为代价的。复杂性的这样增加伴随着系统体积、质量、组装时间和投资成本的增加。此外，阀的数目的较大增加在一定时间内显著地降低了 PSA系统的可靠性；因此，PSA系统为单损坏点系统，即使一个阀损坏，也必须关闭PSA系统。近年来，已经进行努力来降低复杂性以便解决其伴随的问题。授予Stacker的第4，761，165号美国专利实施了使用四个容器和十八个阀的Wagner的工艺,十八个阀中的四个阀可为按比例控制的阀。授予Duhayer等人的第6，146，450号美国专利描述了一种通过最佳地布置管道配件来降低复杂性的措施，但此途径并未在阀数或容器数方面实质上改变PSA循环。授予Lomax等人的第6，755，895号美国专利中描述了一种包括附加的机械简化的工艺。也授予Lomax等人的第6，858，065号美国专利公开了一种包括具有其中压力减小至少两级的第一平衡步骤和具有其中压力增大至少两个级的第二平衡步骤。也授予Lomax等人的第7，674，319号美国专利公开了一种具有用以监测PSA系统的性能和操作的控制系统的PSA系统，其包括位于系统中的各种点处的很多压力变换器。Stacker等人也公开了在吸附容器、进料线和生产线上使用很多压力变换器，压力变换器提供成以便逐渐地控制按比例开启的阀的开启以防止吸附剂流化。授予Lomax等人的第6，755，895号美国专利公开了一种固定流动限制孔口的系统，其用以在不使用任何反馈控制或比例阀的情况下限制离开吸附剂容器的气体的速度。已经发现，在极快的循环操作的极限中，通过Lomax的895号专利技术实现的流速可能非所期望地限制可执行压力平衡步骤的速度，从而限制了吸附剂的生产率。
技术实现思路
若干上述工艺可获得相对于Wagner的工艺使用的阀的总数的简化。其它的可提供用于监测和控制PSA系统以确定阀损坏和系统性能的很多测量装置。已经令人惊讶地发现了可通过使用用于控制进入或离开吸附剂床的气流的两个或多个阀来获得工艺的简化和系统性能和监测中的改善，其中按顺序(即，以由一定时间延迟分开的至少两个动作)开启两个或多个阀。按顺序开启阀可提高从床吹扫至其的吸附种类的数量(degree)，且还便于更快执行PSA循环的某些时间步骤，从而提高吸附剂的生产率。按顺序开启阀还可允许通过测量吸附剂床中、下游歧管中或缓冲容器中保持的气体体积中的压力的绝对值、斜率(导数)或导数的变化率来允许验证阀的操作。与先前的工艺相比，产生的系统可具有相同或减少的件数(包括阀和传感器两者)，且因此降低了故障的风险，同时导致PSA系统操作和控制的改善。在一方面，本文所公开的实施例涉及一种变压吸附系统，包括其中具有一层或多层吸附剂材料层的多个容器；连接到多个容器上的进气通道；连接到多个容器上的产物回收通道；连接到多个容器上的吹扫气体通道；连接到多个容器上的废气通道；以及连接到多个容器上的平衡通道；该产物回收通道经由歧管连接到多个容器中的各个容器上，歧管包括成并行流动布置的至少两个阀；以及构造成用以按顺序开启至少两个阀的控制系统。在另一方面，本文所公开的实施例涉及一种变压吸附系统，包括其中具有一层或多层吸附剂材料层的多个容器；连接到多个容器上的进气通道；连接到多个容器上的产物回收通道；连接到多个容器上的吹扫气体通道；连接到多个容器上的废气通道；以及连接到多个容器上的平衡通道；吹扫气体通道经由歧管连接到多个容器中的各个容器上，歧管包括成并行流动布置的至少两个阀；以及构造成用以按顺序开启至少两个阀的控制系统。在另一方面，本文所公开的实施例涉及一种变压吸附系统，包括其中具有一层或多层吸附剂材料层的多个容器；连接到多个容器上的进气通道；连接到多个容器上的产物回收通道；连接到多个容器上的吹扫气体通道；连接到多个容器上的废气通道；以及连接到多个容器上的平衡通道；废气通道经由歧管连接到多个容器中的各个容器上，歧管包括成并行流动布置的至少两个阀；以及构造成用以按顺序开启至少两个阀的控制系统。在另一方面，本文所公开的实施例涉及一种变压吸附系统，包括其中具有一层或多层吸附剂材料层的多个容器；连接到多个容器上的进气通道；连接到多个容器上的产物回收通道；连接到多个容器上的吹扫气体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.05 US 61/331,6121.一种变压吸附系统，包括 其中具有一层或多层吸附剂材料层的多个容器； 连接到所述多个容器上的进气通道； 连接到所述多个容器上的产物回收通道； 连接到所述多个容器上的吹扫气体通道； 连接到所述多个容器上的废气通道；以及 连接到所述多个容器上的平衡通道； 所述产物回收通道经由歧管连接到所述多个容器中的各个容器上，所述歧管包括成并行流动布置的至少两个阀；以及 构造成用以按顺序开启所述至少两个阀的控制系统。2.根据权利要求1所的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 所述吹扫气体通道经由歧管连接到所述多个容器中的各个容器上，所述歧管包括成并行流动布置的至少两个阀； 所述废气通道经由歧管连接到所述多个容器中的各个容器上，所述歧管包括成并行流动布置的至少两个阀； 所述平衡通道经由歧管连接到所述多个容器中的各个容器上，所述歧管包括成并行流动布置的至少两个阀； 其中，当所述相应的歧管存在时，所述控制系统构造成用以 按顺序开启连接所述吹扫气体通道的所述歧管中的所述至少两个阀； 按顺序开启连接所述废气通道的所述歧管中的至少两个阀；以及 按顺序开启连接所述平衡通道的所述歧管中的至少两个阀。3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其特征在于，所述相应的歧管中的各个所述阀均为开启/关闭阀。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，各个相应的歧管中的所述开启/关闭阀具有直径类似的流动孔口。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，各个相应的歧管中的所述开启/关闭阀具有直径不同的流动孔口。6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 用于测量所述多个容器中的各个容器中的压力的压力传感器；用于测量所述产物回收通道中的压力的压力传感器；以及用于测量流体地连接到所述产物回收通道上的缓冲容器中的压力的压力传感器；其中所述控制系统构造成用以在按顺序开启连接所述产物回收通道的所述歧管中的至少两个阀期间，基于由以下中的至少一个(当存在时)测量的所述压力来确定阀的损坏所述多个容器中的各个容器中的压力传感器、所述产物回收通道中的压力传感器和所述缓冲容器中的压力传感器。7.根据权利要求2至权利要求6中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 用于测量所述多个容器中的各个容器中的压力的压力传感器；用于测量所述吹扫气体通道中的压力的压力传感器；以及用于测量流体地连接到所述吹扫气体通道上的缓冲容器中的压力的压力传感器；其中所述控制系统构造成用以在按顺序开启连接所述吹扫气体通道的所述歧管中的至少两个阀期间，基于由以下中的至少一个(当存在时)测量的所述压力来确定阀的损坏所述多个容器中的各个容器中的压力传感器、所述吹扫气体通道中的压力传感器和流体地连接到所述吹扫气体通道上的所述缓冲容器中的压力传感器。8.根据权利要求2至权利要求7中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 用于测量所述多个容器中的各个容器中的压力的压力传感器； 用于测量所述废气通道中的压力的压力传感器；以及 用于测量流体地连接到所述废气通道上的缓冲容器中的压力的压力传感器； 其中所述控制系统构造成用以在按顺序开启连接所述废气通道的所述歧管中的至少两个阀期间，基于由以下中的至少一个(当存在时)测量的所述压力来确定阀的损坏所述多个容器中的各个容器中的压力传感器、所述废气通道中的压力传感器和流体地连接到所述废气通道上的所述缓冲容器中的所述压力传感器。9.根据权利要求2至权利要求8中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 用于测量所述多个容器中的各个容器中的压力的压力传感器； 用于测量所述平衡通道中的压力的压力传感器；以及 用于测量流体地连接到所述平衡通道上的缓冲容器中的压力的压力传感器； 其中所述控制系统构造成用以在按顺序开启连接所述平衡通道的所述歧管中的至少两个阀期间，基于由以下中的至少一个(当存在时)测量的所述压力来确定阀的损坏所述多个容器中的各个容器中的压力传感器、所述平衡通道中的压力传感器和流体地连接到所述平衡通道上的所述缓冲容器中的所述压力传感器。10.根据权利要求1至权利要求9中任一项所述的系统，其特征在于，一个或多个所述相应的歧管包括至少三个阀，以及其中所述控制系统构造成用以按顺序开启所述至少三个阀。11.一种变压吸附系统，包括 其中具有一层或多层吸附剂材料层的多个容器； 连接到所述多个容器上的进气通道； 连接到所述多个容器上的产物回收通道； 连接到所述多个容器上的吹扫气体通道； 连接到所述多个容器上的废气通道；以及 连接到所述多个容器上的平衡通道； 所述吹扫气体通道经由歧管连接到所述多个容器中的各个容器上，所述歧管包括成并行流动布置的至少两个阀；以及 构造成用以按顺序开启所述至少两个阀的控制系统。12.根据权利要求11所的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 所述产物回收通道，其经由歧管连接到所述多个容器中的各个容器上，所述歧管包括成并行流动布置的至少两个阀； 所述废气通道，其经由歧管连接到多个容器中的各个容器上，所述歧管包括成并行流动布置的至少两个阀； 所述平衡通道，其经由歧管连接到所述多个容器中的各个容器上，所述歧管包括成并行流动布置的至少两个阀； 其中当所述相应的歧管存在时，所述控制系统构造成用以 按顺序开启连接所述产物回收通道的所述歧管中的至少两个阀； 按顺序开启连接所述废气通道的所述歧管中的至少两个阀；以及 按顺序开启连接所述平衡通道的所述歧管中的至少两个阀。13.根据权利要求11或权利要求12所述的系统，其特征在于，所述相应的歧管中的各个所述阀均为开启/关闭阀。14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，各个相应的歧管中的所述开启/关闭阀具有直径类似的流动孔口。15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，各个相应的歧管中的所述开启/关闭阀具有直径不同的流动孔口。16.根据权利要求11至权利要求15中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 用于测量所述多个容器中的各个容器中的压力的压力传感器；用于测量所述吹扫气体通道中的压力的压力传感器；以及用于测量流体地连接到所述吹扫气体通道上的缓冲容器中的压力的压力传感器；其中所述控制系统构造成用以在按顺序开启连接所述吹扫气体通道的所述歧管中的至少两个阀期间，基于由以下中的至少一个(当存在时)测量的所述压力来确定阀的损坏所述多个容器中的各个容器中的压力传感器、所述吹扫气体通道中的压力传感器和所述缓冲容器中的压力传感器。17.根据权利要求12至权利要求16中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 用于测量所述多个容器中的各个容器中的压力的压力传感器；用于测量所述产物回收通道中的压力的压力传感器；以及用于测量流体地连接到所述产物回收通道上的缓冲容器中的压力的压力传感器；其中所述控制系统构造成用以在按顺序开启连接所述产物回收通道的所述歧管中的至少两个阀期间，基于由以下中的至少一个(当存在时)测量的所述压力来确定阀的损坏所述多个容器中的各个容器中的压力传感器、所述产物回收通道中的压力传感器和流体地连接到所述产物回收通道上的所述缓冲容器中的压力传感器。18.根据权利要求12至权利要求17中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 用于测量所述多个容器中的各个容器中的压力的压力传感器； 用于测量所述废气通道中的压力的压力传感器；以及 用于测量流体地连接到所述废气通道上的缓冲容器中的压力的压力传感器； 其中所述控制系统构造成用以在按顺序开启连接所述废气通道的所述歧管中的至少两个阀期间，基于由以下中的至少一个(当存在时)测量的所述压力来确定阀的损坏所述多个容器中的各个容器中的压力传感器、所述废气通道中的压力传感器和流体地连接到所述废气通道上的所述缓冲容器中的所述压力传感器。19.根据权利要求12至权利要求18中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 用于测量所述多个容器中的各个容器中的压力的压力传感器； 用于测量所述平衡通道中的压力的压力传感器；以及 用于测量流体地连接到所述平衡通道上的缓冲容器中的压力的压力传感器； 其中所述控制系统构造成用以在按顺序开启连接所述平衡通道的所述歧管中的至少两个阀期间，基于由以下中的至少一个(当存在时)测量的所述压力来确定阀的损坏所述多个容器中的各个容器中的压力传感器、所述平衡通道中的压力传感器和流体地连接到所述平衡通道上的所述缓冲容器中的所述压力传感器。20.根据权利要求11至权利要求19中任一项所述的系统，其特征在于，一个或多个所述相应的歧管包括至少三个阀，以及其中所述控制系统构造成用以按顺序开启所述至少三个阀。21.一种变压吸附系统，包括 其中具有一层或多层吸附剂材料层的多个容器； 连接到所述多个容器上的进气通道； 连接到所述多个容器上的产物回收通道； 连接到所述多个容器上的吹扫气体通道； 连接到所述多个容器上的废气通道；以及 连接到所述多个容器上的平衡通道； 所述废气通道经由歧管连接到多个容器中的各个容器上，所述歧管包括成并行流动布置的至少两个阀；以及 构造成用以按顺序开启至少两个阀的控制系统。22.根据权利要求21所的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 所述产物回收通道，其经由歧管连接到所述多个容器中的各个容器上，所述歧管包括成并行流动布置的至少两个阀； 所述吹扫气体通道，其经由歧管连接到所述多个容器中的各个容器上，所述歧管包括成并行流动布置的至少两个阀； 所述平衡通道，其经由歧管连接到所述多个容器中的各个容器上，所述歧管包括成并行流动布置的至少两个阀； 其中当所述相应的歧管存在时，所述控制系统构造成用以 按顺序开启连接所述产物回收通道的所述歧管中的至少两个阀； 按顺序开启连接所述吹扫气体通道的所述歧管中的至少两个阀； 按顺序开启连接所述平衡通道的所述歧管中的至少两个阀。23.根据权利要求21或权利要求22所述的系统，其特征在于，所述相应的歧管中的各个所述阀均为开启/关闭阀。24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，各个相应的歧管中的所述开启/关闭阀具有直径类似的流动孔口。25.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，各个相应的歧管中的所述开启/关闭阀具有直径不同的流动孔口。26.根据权利要求21至权利要求25中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 用于测量所述多个容器中的各个容器中的压力的压力传感器； 用于测量所述废气通道中的压力的压力传感器；以及 用于测量流体地连接到所述废气通道上的缓冲容器中的压力的压力传感器； 其中所述控制系统构造成用以在按顺序开启连接所述废气通道的所述歧管中的至少两个阀期间，基于由以下中的至少一个(当存在时)测量的所述压力来确定阀的损坏所述多个容器中的各个容器中的压力传感器、所述废气通道中的压力传感器和所述缓冲容器中的压力传感器。27.根据权利要求22至权利要求26中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括以下中的至少一个 用于测量所述多个容器中的各个容器中的压力的压力传感器；用于测量所述吹扫气体通道中的压力的压力传感器；以及用于测量流体地连接到所述吹扫气体通道上的缓冲容器中的压力的压...

【专利技术属性】
技术研发人员：FD罗马克斯，RS托德，BA扎克拉塞克，
申请(专利权)人：鲁姆斯科技公司，
类型：
国别省市：