專利名稱:同步壓力擺動吸附法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及包含較難吸附組分和較易吸附組分的原料氣體混合物的分離。更具體地說,本發(fā)明涉及使用壓力擺動吸附(PSA)工藝來進行這種這氣體的分離。
在許多化學加工、煉油、金屬生產(chǎn)和其它工業(yè)應(yīng)用中,經(jīng)常要為各種目的使用高純氣流。例如,高純氧被用于多種行業(yè)中,諸如化學加工、煉鋼石、造紙石以及鉛制造廠和玻璃制造廠。許多這種應(yīng)用都需要流速為每小時100000立方英尺或更多的純度范圍為90-93%的氧氣。尺管氧氣和氮氣可通過種種空氣分離技術(shù)生產(chǎn),但是PSA處理方法以對于各種應(yīng)用領(lǐng)域中的空氣分離是特別適合的,尤其對于使用使用低溫空氣分離廠可能不經(jīng)濟可行的較小規(guī)模的操作更是如此。
在壓力擺動吸附(PSA)處理中,包含較易吸附組分和較難吸附組分的原料氣體混合物一般在高的吸附壓力下通過能選擇性吸附較易吸附組分的吸附床。此后將床減壓到低的解吸壓力使較易吸附的組分解吸并從床上轉(zhuǎn)移出去,然后重新加壓并將另外的原料氣體混合送到床上,這種吸附-解吸-重新加壓的循環(huán)操作過程在床上連接進行。在真空壓力擺動吸附(VPSA)處理中,解吸的低壓是指低于常壓或真空的解吸壓力。這種PSA/VPSA處理一般在多床系統(tǒng)上進行,每張床均使用了循環(huán)進行的PSA/VPSA工藝程序,并且與該吸附系統(tǒng)其它床的這種工藝程序的執(zhí)行情況相互關(guān)聯(lián)。在為作為較難吸附的空氣組分的高純氧氣制品的回收設(shè)計的PSA/VPSA系統(tǒng)中,每張吸附床通常都包含能夠選擇性吸附作為較易吸附組分的氮氣的吸附材料,一旦床的壓力從高的吸附壓力水平降低到低的解吸壓力水平,所述的氮氣隨后就會解吸并從床上移走。
為將PSA/VPSA工藝在實際上工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用,如上述的從原料空氣中制備氧氣,現(xiàn)已發(fā)展出許多處理方法。在一種這樣的方法中,具有能從原料空氣中選擇性地吸附氮氣的吸附材料的雙床VPSA系統(tǒng)被用于具有六個基本步驟的工藝程序中,每張床均循環(huán)地執(zhí)行這些步驟,并與這些步驟在另一張床上的執(zhí)行情況相互關(guān)聯(lián)。因此,每張床均進行了下列步驟(1)隨著來自正減壓另一張床的頂部或產(chǎn)物端的均壓化氣體通入到所述床的頂部,床的壓力從常壓以下的低的解吸壓力升至中壓;(2)通過在床的底部或原料端導(dǎo)入原料氣體使其壓力從中壓升至吸附所需的高壓;(3)進料-吸附-氧氣產(chǎn)物回收,其中再將大量原料空氣導(dǎo)入所述床的底部,其較難吸附的組分氧氣從所述床的頂端作為產(chǎn)品氣體或作為床的清洗氣體回收;(4)氣體從所述床的頂端釋出并通到正重新加壓的另一床頂部而達到共流減壓而使床之間在中壓范圍均壓化;(5)隨著氣體從所述床的底端釋出,將床抽空或逆流減壓至常壓以下的低的解吸壓力;和(6)在所述的低吸附壓力下清洗。對于該系統(tǒng)的兩張床來說,為使循環(huán)操作同步,步驟1-3在一張床上進行,經(jīng)歷了從高的吸附壓力到低的解吸壓力的降壓過程和再生過程,而步驟4-6在另一床上進行,經(jīng)歷了從所述的低的解吸壓力到高的吸附壓力的再加壓過程并用于產(chǎn)品氣的制備??傃h(huán)時間較短,一般約60秒鐘。
在這種處理循環(huán)的實踐中,步驟(1)的均壓化過程引起了要重新加壓的床的壓力的提高,一般從約0.35atm的低于常壓的或真空的解吸壓力升至約0.67atm的中等壓力,這里約0.3atm壓力的提高的所花的時間占據(jù)了總循環(huán)時間的5-20%。在這種均化步驟進行時,可以理解對于雙主檔VPSA系統(tǒng)所使用的進料和抽空鼓風機是無負荷的。
在步驟(2)的所述床的再加壓期間,原料空氣被通到床中使得其壓力從起始的均壓化時的較低的中壓水平范圍提高到超常壓的高的吸附壓力,該壓力一般約1.3至1.5atm。
一旦達所需的高的吸附壓力,再將大量的原料空氣在所述吸附壓力下通到所述床的底部,在步驟(3),隨著其較易吸附的氮氣組分被選擇性地吸附,較難吸附的氧氣產(chǎn)物5選擇性地通過床并從床的頂部被回收。得到的氧氣就這樣作為所需的氧氣制品回收,除了其中一部分被轉(zhuǎn)移用作清洗氣體,這種清洗氣體一般在其它床上使用。最初回收的氧氣一般都作為產(chǎn)品氣體,而所述步驟(3)的后一部分操作時一部分氧氣才被轉(zhuǎn)作清洗用途?;厥昭鯕庖话阕鳛楫a(chǎn)品氣體的步驟(2)的所述床的再加壓過程和步驟(3)的開始階段所述的總循環(huán)時間比例隨實施方案整體條件的不同而不同,但一般占總循環(huán)時間的30-40%。一部分氧氣作為產(chǎn)物回收而一部分轉(zhuǎn)作清洗用途的步驟(3)的其余階段一般占用總循環(huán)時間的15-30%。
在步驟(4)的塑流減壓-均壓化過程期間,其壓力降到中等壓力,作為床之間均壓化的結(jié)果,所降的中等壓力高低取決于正進行重新加壓的另一張床的壓力。和步驟(1)一樣,步驟(4)從開始到結(jié)束的壓力變化約為0.3atm,所述床的壓力一般達到0.9-1.1atm左右的中壓水平。在這方面,應(yīng)注意到床之間的壓力均衡一般在不完全的壓力均衡下就結(jié)束,而不會將續(xù)到床間壓力完全均衡的地步。因此,實踐中床間不會達到同樣壓力的完全平衡狀態(tài),床之間不完全平衡到完全壓力均衡之間一般存在1至10psi的壓力差距,理想情況下這種壓力差距約為3至5psi。
接著共流減壓-壓力均衡過程之后,在工藝流程的步驟(5)中,將被降壓的床進行排空而使壓力降到較低的、低于常壓的解吸壓力。在所述床再生的這個過程中,一般用真空吹風機將氣體即先前從床的進料或底端吸附的氮氣釋放使床排空而達到所需的較低的解吸附壓力,如0.35atm。
在工藝流程的第(6)步中,清滌氣體在較低的解吸壓力如0.35atm下導(dǎo)入到所述床的上部即產(chǎn)品端以促使氮氣從床的底部排除,所用的清洗氣體是來自于其它床的、被轉(zhuǎn)用作清洗氣體的那部分氧氣制品。
當本進行步驟(3)、(4)和(5)中的每張床的再生之后,隨著每張床上處理程序周而復(fù)如地貫徹執(zhí)行,在步驟(1)和(2),床被重新加壓,并且隨著另外一定量的原料空氣被導(dǎo)入到床中,產(chǎn)品氧氣在循環(huán)的第(3)步驟得到。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會對從原料空氣中制備氧氣有許多其它的PSA和VPSA方法而感到理解。每一種方法都可能包含其獨有的步驟或特征、或其兩方面的結(jié)合。上述的特定方法提供了純度范圍為90-95%的高純氧氣的經(jīng)濟的回收方法。雖然所述的本方法已如此提供了所需的益處,但在本領(lǐng)域中仍繼續(xù)需要對PSA/VPSA工藝做進一步的改善。需要做這種改善來滿足在經(jīng)濟、合理地供應(yīng)許多工業(yè)上使用的氧氣和其它工業(yè)氣體中對更高性能水平的不斷提高的需要。具體地說,需要做進一步改善來擴大PSA/VPSA系統(tǒng)的生產(chǎn)能力、提高PSA/VPSA方法的效率以及降低PSA/VPSA操作的單位能耗。
本發(fā)明的目的之一是提供氣體分離的包括VPSA在內(nèi)的改良的PSA方法。
本發(fā)明的另一目的是提供通過氣體分離進行高純氧氣回收的PSA/VPSA改良方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供增強了效率、降低了單位能耗以及能夠擴大此中所用系統(tǒng)吸附能力的PSA方法,包括VPSA方法。
考慮到這些和其它目的,本發(fā)明將在下文詳盡描述,其新特性將在所附的權(quán)利要求書中特別指出。
本發(fā)明的PSA/VPSA方法不但使用了重迭的壓力均衡-降壓和解吸或排空步驟。也作用了重迭的壓力平衡-升壓和進料氣體重新加壓步驟。結(jié)果單位時間可處理的進料氣體量得到了提高,單位能耗得以下降,方法的整體效率得到了增加。
下文將根據(jù)用來說明本發(fā)明的重迭的流程中使用的方法步驟的所附的一個一個的圖來詳細說明本發(fā)明的情況。
通過執(zhí)行一種PSA/VPSA工藝程序例如上面所述的工藝程序。就可達到本發(fā)明的目的,其中使用了重迭流程,其中在所述流程中壓力均衡化步驟和其后續(xù)步驟互相重迭進行。這樣,從其較低的解吸壓力狀態(tài)重新加壓的床通過床之間的均壓化而重產(chǎn)新得到部分的升壓,該步驟后半部分和后續(xù)步驟即輸入進料氣來進一步再加壓到高的吸附壓力的步驟重迭,或同時進行。同樣,正從高的吸附壓力減壓的床被從該床頂部排出通到另一張床頂部的氣體并流減壓使床之間均壓化,該步驟的后部分與后續(xù)解收步驟如排空即氣體從被減壓的所述床的底端釋出的步驟重迭。
本發(fā)明的工藝流程具有兩個明顯的優(yōu)點。在均壓化步驟中的氣流量由于過程中包含重迭步驟而被提高,并且發(fā)現(xiàn)了在PSA/VPSA系統(tǒng)操作中獲得的產(chǎn)品回收率得到了提高。因此,由于在并流減壓-均壓化時有更大量的所述氧被轉(zhuǎn)移到其它床上,所以更多的氧氣被保留在系統(tǒng)中,而不是在總循環(huán)的再生部分中被排除掉。而在一般情況下,這種多出的氧氣不會這樣轉(zhuǎn)移到另一張床上,而是在排空步驟進行時作為廢氣排放掉。第二方面,所增加的均壓化步驟和在兩張床中所述流程的再加壓/排空過程同時進行,單均壓化所用的時間被縮短。這為進料及真空鼓風機減少了未負載時間而使該設(shè)備具有更好的利用率。這種特征也使在床上較易選擇性吸附的組分的雜質(zhì)性更突出,增大所需產(chǎn)品的回收率。可使總循環(huán)時間縮短以及系統(tǒng)處理空氣的量增加。因收率的提高以及未負載時間所占比例的減小一起使得系統(tǒng)的生產(chǎn)能力得到提高。也必須指出由于設(shè)備利用率的提高而改善了設(shè)備的操作壓力。其總能耗增加,但由系統(tǒng)產(chǎn)品生產(chǎn)力方面所獲得的提高得到了補償。單位需能量要末維持在大致相同的水平,或者依生產(chǎn)能力的提高幅度來確定增加。
因此本發(fā)明可看作是在上面背景材料部分中所述的VPSA工藝流程的高度先進的眾采所長的產(chǎn)物。和所述的先前所VPSA流程相比,本發(fā)明一般可提高生產(chǎn)能力5-10%,減少單位能耗5%。正如上面所指出的,實際上和先前的流程相比真正的能耗是增加的,但由于生產(chǎn)能力提高,所以單位耗能量和先前的流程相等或者經(jīng)常是比先前的優(yōu)秀。在這種情況下,基于總能耗的變化以及本發(fā)明的實施方案的實施所獲得的生產(chǎn)能力的提高,所獲得的節(jié)能量是不一致的。應(yīng)該指出在本發(fā)明的實踐中各優(yōu)點的取得基本上是在設(shè)備沒有改變或者VPSA系統(tǒng)的設(shè)備布置沒有改變的情況下完成的,只是在原流程的自動化實施方案中所用的控制邏輯上有小的改變。因此,本發(fā)明優(yōu)越的VPSA工藝流程將會為大眾所認識,它明顯節(jié)約了花費而不必對VPSA系統(tǒng)投入附加資金。另外,本發(fā)明的工藝流程所帶來的優(yōu)點是由于更大的均壓化流動能所導(dǎo)致的更高的設(shè)備利用率和更高的產(chǎn)品回收率的結(jié)果。應(yīng)該指出,無論空氣或其它氣體分離操作用的VPSA系統(tǒng)所用的絕對操作壓力為多少,都可以獲得這些優(yōu)點。
下文將參照圖進一步描述本發(fā)明的情況,其中重迭的均壓-升壓和原料氣體加壓步驟以及重迭的壓均-降壓和排空步驟一起并入了上面所指的先有的PSA/VPSA工藝流程中的處理程序。這些處理步驟將就雙床VPSA系統(tǒng)的床A上所執(zhí)行的流程情況描述,流程起始于均壓-升壓步驟,其中床A的壓力從較低的解吸壓力上升到中等壓力??梢岳斫馔瑯拥奶幚聿襟E以同樣的順序也在床B中進行,但是通過協(xié)調(diào)使得當床A正被加壓到所述的高的吸附壓力時,床B正從高的吸附壓力降壓。
在步驟1中,最初處于較低的在常壓以下的解收壓力的床A通過在其頂部(產(chǎn)品端)通入床B排出的氣體而使壓力提高到中等壓力水平,而最初處于高的吸附壓力床B,通過流動減壓過程,氣體從其頂部被排出。在這個步驟運行期間,在VPSA系統(tǒng)中所使用的進料和真空鼓風機均是未加載的。
在下一步驟重迭步驟1A運行期間。在床A上,步驟1的均壓化-升壓過程持續(xù)進行,而原料氣體被同時導(dǎo)入到床A的底部(進料端)以進一步將其壓力提同到所需的高的吸附壓力。在這期間,床B同樣也同時經(jīng)歷了象下面所描述的相應(yīng)于床A上的步驟4A的處理過程。一旦床A達于了高的吸附壓力,在處理程序的第2步驟,添加的原料氣體被導(dǎo)入到床A的底部,而產(chǎn)品氣體即原料氣體混合物中較難吸附的組分從所述床A的頂部回收。這種在床的底部添加原料氣體的過程在第3步驟操作期間繼持進行,而在該步驟,從床A頂部回收的一部分產(chǎn)品氣體被轉(zhuǎn)到床B的頂部用作其清洗氣體。這種在床A上添加原料氣體以及進行產(chǎn)品回收的過程一般持續(xù)到在床A的進料端形成的較易吸附組分的吸附面已經(jīng)在床上推進到其頂部附近但沒有穿透床而使較易吸附組分槽糕的排入產(chǎn)品氣流之時。
在第3步驟完成后,從步驟4開始床A的再生,在這個共流減壓-均壓化步驟中氣體從床A頂部回收并通到床B的頂部來達到均壓化目的。在此期間,進料和排放鼓風機均是未負載的。這種壓力均衡過程在重迭步驟4A中持續(xù)進行,在4A步驟進行期間,由于逆流減壓使進料氣體中較易吸附的組分從床A的底部回收而使床A也同時減壓。在該重迭步驟操作期間,通過在床B的底部再輸入原料氣體,床B也同時再進一步加壓。
在緊跟交迭步驟4A之后的步驟5中,通過逆流減壓而使床A進一步減壓,其中2又有另外的大量的較易吸附組分從床A的底部得到。在該步驟中VPSA系統(tǒng)中的床A被減壓到較低的解吸壓力即減壓下(真空)的解吸壓力以促進床A的再生。
這種再生過程在步驟6繼續(xù)進行,其中從床B頂部得到的產(chǎn)品氣體的一部分被轉(zhuǎn)作清洗氣體通到床A的頂部逆向通過床A以促進較易吸附組分的解吸以及在較低的解吸壓力下和所述的清洗氣一起從床A的底部排除。
在重迭步驟4A,步驟5和6操作期間,氣體從床A的底部排放以進行床的再生。這種富含較易吸附組分的氣體盡管可能在氣體/空氣分離所用的PSA/VPSA系統(tǒng)之外還有用處,但一般當作廢氣排放。
第6步驟完成后,床A處于較低的解吸壓力的再生后的易于再加壓的條件下,作為本方法循環(huán)操作的繼續(xù),可在其中再導(dǎo)入大量的原料氣體,開始步驟1的均壓化過程。
從上可以看出,本發(fā)明方法是原先的PSA/VPSA工藝流程的改進產(chǎn)物,其中創(chuàng)造出了新的重迭步驟即步驟1A和步驟4A,流程中的其它步驟即進料步驟和清洗步驟的繼用部分基本保持和原流程一樣。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到總流程時間和各步驟時間均可調(diào)節(jié)以便獲得所需的處理壓力和效能。特別是步驟1和步驟4的均壓化時間可以減少,而把時間加到流程的重迭部分即步驟1A和4A上。因此,本發(fā)明的實施所耗的總流程時間和上面所指的先前的VPSA流程的總時間大致相同,或者,在各種實施方案中,可以此后者為低,一般可減少1-2秒鐘。也須指出的是在正常的均壓化-加壓步驟結(jié)束時的壓力比所述的原先流程低,但是在后續(xù)重迭步驟即1A進行時,床對床均壓化流動的持續(xù)使得床的壓力不斷上升而迭到了原先流程中的均壓化值程中所不能達到的更高的壓力水平。如上所指出的,所指的具體實施方案中,當床達到0.67atm的壓力時,原先流程中的均壓化-升壓步驟就終止進行。伴隨本發(fā)明實踐中步驟的重迭,原料氣體導(dǎo)入重迭部分在較低壓力如0.60atm下開始,均壓化過程在此原先高的壓力如0.77atm下終止。同樣,對于均壓化-降壓和排空的重迭部分,排空重迭部分在所例舉的實施方案中在1.14atm的壓力下開始,均壓化-降壓流動在約0.83atm的壓力下終止,和原先的流程相比,原先流程的均壓化流動結(jié)束和排空過程開始時的壓力為約1.07atm。
盡管上述的本發(fā)明是相對于具體所說明的實施方案在一系列優(yōu)選條件下而論時,但可以理解本發(fā)明可以在實際工業(yè)生產(chǎn)中具合適的壓力條件范圍的所述的VPSA實施方案中使用。因此,低的解吸壓力一般可以從約0.3atm到約0.75atm而各不同,而高的吸附壓力一般可以從約1.3atm到1.6atm。在和上面所述的實施例相一致的特別優(yōu)選的實施例中,其低的解吸壓力是約為0.37atm,其高的吸附壓力是約1.3atm到約1.5atm。
正如上面所述,本發(fā)明可以使產(chǎn)品回收率得到提高,可以使設(shè)備利用率得到提高從而使進料及抽空鼓風機未負載時間得以減少。根據(jù)空氣分離的具體結(jié)果下表提供了在相對基礎(chǔ)上本發(fā)明和上面述及的原有流程的比較,同時也說明了通過重迭流程所獲得的效能的提高表原有流程 重迭流程90.0%氧氣制品 90.0%氧氣制品55噸氧氣/日61.3噸氧氣/日1.0單位能耗(相對值)0.96單位能耗(相對性)1.0氧氣回收率水平(相對值) 1.03氧氣回收率水平(相對值)
因此,在該實施例中,本發(fā)明的重迭流程使生產(chǎn)能力提高了約11.4%,同時單位能耗下降了約4%。
可以理解,為了適當?shù)夭僮鲙в斜景l(fā)明重迭特征的VPSA系統(tǒng)以獲取最大的益處,其流程時間和壓力必須很照具體實施方案所使用的系統(tǒng)、要分離的原料氣體混合物的所需的效能來加以調(diào)節(jié)。對于已知的并流降壓-均壓步驟來說,減少了其所用的時間,一般減少約25-50%。對許多實施方案來說,流程中重迭部分的時間大致和壓力均衡過程減少的時間長度相當??梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)吸附/排空時間來使頂部和底部壓力與先前的無重迭的流程中的相同。清洗步驟一般保持不變。觀察壓力的變化情況以相應(yīng)地做些改變從而使進料氣體在稍低的壓力下導(dǎo)入,而在均壓化(床對床)流動結(jié)束時其壓力處于較高的水平。
前面已經(jīng)通過一些實施方案描述了本發(fā)明的情況,本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解可以在沒有背離在附后的權(quán)利要求書所清楚指明的本發(fā)明的范圍下在細節(jié)上做各種改變和修飾。如上所述,本發(fā)明可有利用地用于高度需要的空氣分離操作中,在這種操作中空氣中較難吸附的組分氧氣作為所需的產(chǎn)物回收,而較易吸附的組分氮則被選擇性地吸附于吸附材料上。任何能從空氣中選擇性吸附氮的工業(yè)用吸附材料均可在本發(fā)明的實踐中使用。從所周知的分子篩,諸如5A和13X沸石分子篩材料可以方便的使用。這種材料一般是平衡型材料,其中在原料空氣的較易吸附的氮氣和較難吸附的氧之間在床的進料端形成了較易選擇性吸附組分如氮的吸附點并朝床的產(chǎn)品端推進。除了傳統(tǒng)的沸石分子篩可在本發(fā)明的實踐中用作吸附劑外,同時各種特別改性的材料也可以使用,例如鋰陽離子型的沸石X吸附劑。這種已知的材料的例子包括LiX吸附劑,其中其結(jié)構(gòu)Si/A/2的摩爾比率為約2.0到約3.0,最好為2.0至2.5,其中至少50%、更好至少88%、最好至少95%的AlO2-四面體單元是束縛有鋰陽離子的。含至少大約50%鋰以及另一種諸如鈣的陽離子的混合離子也可以在本發(fā)明的實踐中使用。盡管上面所指的是為制氧而進行的空氣分離,但是要知道本發(fā)明可以作用眾多其它原料氣體的分離,包括氫氣/氨氣、氮氣/甲烷、氫氣/CO2和其它的這類所需的原料氣體分離。
盡管所公開的本發(fā)明是具體針對合適的雙床系統(tǒng)而行的,但是只要其工藝程序中使用了所述的二項重迭步驟。那末使用任何所需的多床系統(tǒng),諸如三床系統(tǒng),均是不超出本發(fā)有范圍之內(nèi)的。此外,盡管本發(fā)明是按照高度適合的VPSA系統(tǒng)具體加以描述的,其中所述的低的解吸壓力是處于低于常壓(真空)壓力范圍的,而壓力擺動吸附(PSA)系統(tǒng)的低的解吸壓力是常壓或常壓范圍左右而不是低于常壓的,但只要其使用了本文中所述和被權(quán)利要求的處理程序,那末就不超出本發(fā)明的范圍。
也可以理解的是在本發(fā)明的實踐中可以做各種其它的改動或修飾來使處理步驟同時進行從而減少所用設(shè)備的空載時間。這樣,重迭步驟不僅包括一個容器到另一個容器的流動,而且也包含從產(chǎn)品罐或單獨的貯存罐到吸附床的流動。例如可以通過隨產(chǎn)品加壓的進料過程和隨所述的床的逆流泄料到常壓的排空過程的重迭來獲得更好的設(shè)備利用率。也可應(yīng)用于一床系統(tǒng)中的這種類型的各種組合可以勝過上面所述的先前的處理工藝。
在進行本發(fā)明的重迭步驟即步驟1A和4A時,要理解盡早地從床的底部開始同步的原料氣體的重新加壓,同時減輕床和流化,以提供所述的重迭過程盡可能多的時間是有益的。原料氣體加壓和重迭步驟接著繼續(xù)進間重到床之間的壓力均衡過程已經(jīng)進行到實際接近常規(guī)的壓力均衡過程完成的時候,上已指出常規(guī)的壓力均衡過程一般是在部分的不完全的壓力平衡下終止的。無論如何,還應(yīng)指出原料氣體一般是從所述床如在重迭步驟1A中的床A或在重迭步驟1B中的床B地進料端底端導(dǎo)入的,只有均壓化過程將被重加壓的床的壓力從低解吸壓力提高到中等壓力水平以后再將原料氣體導(dǎo)入到所述床的底部才不會引起不良的床的流化或床的提升效應(yīng)。
通過提高單位時間原料空氣或其它氣體被系統(tǒng)處理的量,本發(fā)明增強了系統(tǒng)的整體效率,降低了其需能量,并擴大了PSA/VPSA系統(tǒng)的吸附能力。因此本發(fā)明提供了重要的、優(yōu)越的、工業(yè)上需要的、通過使用常規(guī)的壓力擺動吸附工藝完成重要的工業(yè)氣體分離的方法。
權(quán)利要求
1.通過吸附-解吸-再加壓工藝流程在吸附系統(tǒng)中分離原料氣體混合物在壓力擺動吸附方法,吸附系統(tǒng)至少由兩張吸附床組成,每張床均有進料端和產(chǎn)物端,床上包含能從所述原料氣體中選擇性吸附較易吸附組分的吸附材料,在步驟循環(huán)進行的基礎(chǔ)上,每張床所需進行的工藝程序包括(a)通過將從系統(tǒng)中另一張床的產(chǎn)物端得到的氣體通入到所述床的產(chǎn)物端使其從低的解吸壓力部分地再加壓到中等壓力,使所述床之間達到部分壓力均衡。(b)通過如上面步驟(a)那一樣將氣體通到所述床的產(chǎn)物端在所述的中壓基礎(chǔ)上繼續(xù)部分的再加壓,同時在床的進料端導(dǎo)入原料氣體使床再加壓到高的吸附壓力,隨著原料氣體在所述床進料端的導(dǎo)入而不斷地提高床的壓力直到達到高的吸附壓力,一旦床之間達到完全均壓化,如同上面步驟A所進行的所述的進一步部分再加壓過程就終止;(c)在高的吸附壓力下在床的進料端再導(dǎo)入大量的原料氣體,較易吸附的組分被吸附材料選擇性的吸附,較難吸附的組分通過床并作為所需的產(chǎn)物氣流從床上回收;(d)象步驟(c)一樣在床的進料端再導(dǎo)入大量的原料氣體,至少一部分從床的產(chǎn)物端回收的較難吸附組分從產(chǎn)品轉(zhuǎn)為用作床的清洗氣體;(e)通過從所述床的產(chǎn)物端排放氣體將其壓力從高的吸附壓力共流減壓到中等壓力,所述的氣體被通過到另一張床的產(chǎn)物端來將另一張床重新加壓以達到床之間的部分均壓化;(f)象上面步驟(e)一樣,通過將排放氣體從所述床的產(chǎn)物端通到另一張床的產(chǎn)物端使進一步部分減壓過程在所述的中壓基礎(chǔ)上繼續(xù)進行,同時通過從所述床的進料端排放氣體而使床逆流減壓,所述的如上面步驟(e)一樣的進一步部分減壓過程在床之間完全達到均壓化后就終止進行;(g)通過從所述床的進料端回收多余的氣體使所述床進一步逆流減壓,使床的壓力降到低的解化壓力并從床中排放較易吸附的組分;(h)將從床的產(chǎn)物端回收的并轉(zhuǎn)用于清洗目的的較難吸附組分通到所述床的產(chǎn)物端并作為清洗氣體通過所述床以促使所述的較易吸附組分從床上解收并從所述床的進料端排除;和(i)繼續(xù)循環(huán)操作,重復(fù)本方法步驟(a)到(h)的工藝程序,在進行步驟(a)和(e)的同時也進行了重迭步驟(b)和(f),此時在本發(fā)明的實踐中所用的進料鼓風機和排料鼓風機均是未載的,這樣步驟(a)和(e)中床的均壓化所耗的總體循環(huán)時間占總流程時間的比例是減小的,這樣就提高了一定時間周期內(nèi)原料氣體的處理量。
2.權(quán)利要求1的方法,其中低的解吸壓力是指低于一個大氣壓的解吸壓力。
3.權(quán)利要求1的方法,其中所述的吸附系統(tǒng)包含兩張吸附床。
4.權(quán)利要求2的方法,其中所述的吸附系統(tǒng)包含兩張吸附床。
5.權(quán)利要求1的方法,其中原料氣體混合物包含空氣,較難吸附的組分包括氧氣,較易吸附的組分包括氮氣。
6.權(quán)利要求5的方法,其中較低的解吸壓力是低于一個大氣壓的解吸壓力。
7.權(quán)利要求6的方法,其中所述的吸附系統(tǒng)包含兩張吸附床。
8.權(quán)利要求1的方法,其中在步驟(c)中,原料體在高的吸附壓力下導(dǎo)入到所述床的進料端,較難吸附的組分通過床并從床上回收,直到在床的進料端形成的較易吸附組分的吸附面接近其產(chǎn)物端但沒有穿過所述床而進入到產(chǎn)物氣流之中的時候。
9.權(quán)利要求8的方法,其中所述的吸附材料是一種在所述床上能形成所述的較易吸附組分的吸附面的平衡型吸附劑。
10.權(quán)利要求7的方法,其中所述的低的解吸壓力范圍是約0.3到約0.75atm,而高的吸附壓力范圍是約1.3到約1.6atm。
11.權(quán)利要求10的方法,其中所述的低的解吸壓力是約0.37atm,而所述的高的吸附壓力是約1.3atm到約1.5atm。
12.權(quán)利要求11的方法,其中步驟(b)在約0.60atm的中壓開始,而其均壓化過程在約0.77atm的壓力下結(jié)束。
13.權(quán)利要求11的方法,其中步驟(f)在約1.14atm的壓力下開始,和在步驟(e)中一樣的所述的進一步部分減壓過程在約0.83atm的壓力下結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過應(yīng)用重迭的壓力擺動吸附、原料氣體重新加壓和解吸步驟來進行氣體分離的壓力擺動吸附方法。所使用的系統(tǒng)的吸附能力得到了提高,單位能耗得到了降低,操作的總效率得到了提高。
文檔編號B01D53/047GK1122257SQ9511586
公開日1996年5月15日 申請日期1995年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月1日
發(fā)明者A·K·吉拉德, H·R·肖布 申請人:普拉塞爾技術(shù)有限公司