專(zhuān)利名稱(chēng)：：多熱脈沖變壓吸附系統(tǒng)的制作方法流體的吸附分離和純化構(gòu)成了許多重要的工業(yè)處理的基礎(chǔ)-通常提供了制備高純產(chǎn)品最有效最經(jīng)濟(jì)的方法。氣體干燥為變壓吸附(PSA)和變溫吸附(TSA)兩種方法最早應(yīng)用的領(lǐng)域之一。在低溫分離前用TSA從空氣中去除水蒸汽、CO2和痕量烴類(lèi)物質(zhì)已廣泛使用了二十多年。盡管在這種方法中已作了許多改進(jìn)，但是其總效率的改善以及操作方式的拓寬仍可以進(jìn)一步通過(guò)更短的循環(huán)、更低的再生溫度和更低的清洗需求量這幾種途徑來(lái)進(jìn)行。空氣預(yù)純化中TSA的導(dǎo)入提供了明顯優(yōu)于反向熱交換器(RHX)工藝方法的優(yōu)點(diǎn)，即由于TSA對(duì)再生氣體較低的需求而可達(dá)到較高的產(chǎn)品回收率。早期的TSA方法使用在高溫下(＞500°F)再生的分子篩吸附劑-熱大量地供應(yīng)以確保吸附劑完全再生。再生能耗很快被看作主要操作費(fèi)用，但是也已有許多先有技術(shù)為減少和/或改善這種熱的傳送做了工作。減少這種能耗由于受解吸所需的吸附物/吸附劑性質(zhì)(即吸附熱)的支配而存在一限度。近來(lái)尋求更高的效率/更低耗費(fèi)的方法已通過(guò)提高空氣進(jìn)料溫度、縮短循環(huán)周期、減小床尺寸以及降低再生溫度的途徑來(lái)進(jìn)行。這種操作條件和吸附器設(shè)計(jì)上的變化帶來(lái)了所需清洗流速的增加。此外，這種對(duì)再生氣需求量的增加引起了產(chǎn)品回收率和廢氣需求量之間即壓縮原料后冷卻所需的廢氣和吸附劑再生所需廢氣之間的競(jìng)爭(zhēng)。結(jié)果，上述方法只在較窄的操作條件范圍內(nèi)獲得了整個(gè)工藝的改善。吸附法可在寬的流體生產(chǎn)量的范圍使用，流體會(huì)含一種或多種污染物，原料雜質(zhì)濃度水平會(huì)不同，對(duì)產(chǎn)品純度的需求也不同。方法的范圍可從等溫到絕熱，方法可能包含污染物和產(chǎn)物的共吸附。吸附器尺寸強(qiáng)烈地受著產(chǎn)品純度需求的支配。由于這種工藝需求/條件的不同而導(dǎo)出一系列同樣不同的傳熱和傳質(zhì)性能的吸附器并不令人奇怪。空氣純化，盡管總的來(lái)說(shuō)只是吸附方法的一個(gè)分支領(lǐng)域，然而提供了這種不同的一個(gè)良好截面。例如，儀器空氣生產(chǎn)(一般可接受100ppm的濕度水平)，將空氣干燥到高純度(要求0.1ppm的濕度水平)以及低溫空氣分離前高純度干燥與CO2去除的結(jié)合代表著對(duì)循環(huán)處理吸附段和再生段需求的增加。這樣，對(duì)這些流程之一所做的改善沒(méi)有必要與其它流程段相關(guān)。在循環(huán)吸附處理中先有技術(shù)的改善可分成下面的三個(gè)方面1)吸附劑的選擇和布置；2)工藝程序的布置；3)降低能耗或改善再生效率。許多這些改善均是針對(duì)各種空氣純化方法的一個(gè)方面或多個(gè)方面來(lái)進(jìn)行的。吸附劑的選擇是根據(jù)分離能力和對(duì)污染物的容量來(lái)進(jìn)行的。吸附劑層和吸附段根據(jù)污染物去除的難度和/或解吸的難度來(lái)布置。工業(yè)上常見(jiàn)只含分子篩(一般為13X)或活性氧化鋁的吸附器以及使用一層活性氧化鋁接著分子篩的吸附器，它們已投入使用多年。在該方法中吸附劑的布置以及與吸附材料選擇一起決定了獲得的分離/純化的程度。工藝布置考慮了各單循環(huán)方法(各方法以具體細(xì)節(jié)上的處理步驟差異區(qū)分)和混合法或多循環(huán)方法間的區(qū)別。后者的例子包括從空氣去除CO2和H2O的獨(dú)立過(guò)程，所述過(guò)程可相互連系，但一般用各自的吸附器以獨(dú)立循環(huán)的方式操作。混合方法包括至少一個(gè)非吸附循環(huán)(例如CO2去除的RHX)。所述第三方面包括減少能耗或改善再生效率。在高壓下操作的工業(yè)規(guī)模處理產(chǎn)生來(lái)自壓縮熱(HOC)的低級(jí)能(160-220°F)。這種低級(jí)能對(duì)于吸附劑再生所需的能量來(lái)說(shuō)經(jīng)常是綽綽有余的。美國(guó)專(zhuān)利4698073中公開(kāi)的一種方法結(jié)合使用了一直接觸再生器來(lái)吸收這種HOC進(jìn)行吸附劑再生。清洗氣加熱器的基本投資及其運(yùn)作費(fèi)用由再生器及其附屬管線(xiàn)的費(fèi)用所替代。作為吸附熱釋放的能量可以回收并用于再生。如同美國(guó)專(zhuān)利4954146中所述的O2/N2吸附分離方法結(jié)合了含有在吸附器間液-液和氣-氣交換中的揮發(fā)性熱交換流體的閉環(huán)系統(tǒng)。壓縮空氣干燥處理，諸如美國(guó)專(zhuān)利5213593公開(kāi)的處理，通過(guò)在延長(zhǎng)的吸附床上獲取吸附熱避免了為再生產(chǎn)而加熱清洗氣。這種擴(kuò)展的吸附床只是用來(lái)留住吸附熱前部。盡管伴隨吸附的溫度升高取決于吸附劑/吸附物性質(zhì)、流體流量和待去除吸附物的濃度，但所出現(xiàn)的溫度通常是低于由HOC達(dá)到的溫度。此外，吸附中產(chǎn)生的能量理想地正好等于再生中所需的能量。因?yàn)檫@些原因，很難從吸附熱抽取再生所需的全部能量。確實(shí)，這種回收熱已經(jīng)通過(guò)在床上加熱器的加入而增大。獲取吸附能所需的另外的吸附劑在大系統(tǒng)中可能是禁用的，這是由于另外的吸附劑、加大的容器的額外費(fèi)用和升高的床壓降造成的。在可由過(guò)量產(chǎn)品或清潔的惰性流體外源獲得大量清洗流體的處理中，TBA完全被PSA方法所替代，正如美國(guó)專(zhuān)利5232474中所述。盡管PSA空氣凈化處理成功地消除了對(duì)清洗流體加熱器和一些壓縮空氣的冷卻(如蒸發(fā)冷卻器)的要求，但冷的清洗再生的低效率和較高的進(jìn)料溫度一起導(dǎo)致了高污染物殘留。低動(dòng)態(tài)容量和大吸附劑用量。這些條件迫使該方法以短周期(＜1小時(shí))操作以便維持合理的吸收器尺寸。這些條件和較高的清洗流比例(約為進(jìn)料的50％)一起導(dǎo)致了高的吸附劑壓降和增加減壓步驟時(shí)壓縮原料的損失，所有這些均會(huì)抵銷(xiāo)省去清洗物加熱器和進(jìn)料側(cè)蒸發(fā)冷卻器獲得的節(jié)省。在一天然氣純化方法(美國(guó)專(zhuān)利3738084)中，對(duì)于再生的CO2解吸階段，真空解吸一直和床加熱一起進(jìn)行。盡管抽空有助于降低污染物分壓并且能抵銷(xiāo)一些加熱和/或清洗需求，但空隙氣體損失顯著增加，而且還需真空泵的附加費(fèi)用。再生步驟的分段代表著在改善再生效率的嘗試中先有技術(shù)最常用的方法。在“分段”中，通常由其中所吸附污染物定名的各床段或各床層連續(xù)或順序地解吸。CO2和H2O解吸的連續(xù)再生段已經(jīng)描述于例如美國(guó)專(zhuān)利3738084和4627856中。提高吸附器加熱的速度在一些用包括埋于吸附器中或圍繞吸附器的加熱器的“直接”方法代替“間接”方法(外加熱清洗流)的方法中已提出了權(quán)利要求。例如參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利2747681、3594983、3738084、4541851和3335546。在前三個(gè)發(fā)明中，整個(gè)吸附器(或吸附器的各分部)被完全加熱到再生溫度。這種加熱可和清洗、排空和/或抽空(通常以分段方式)一起進(jìn)行以達(dá)到吸附物的準(zhǔn)等溫解吸。但這些方法的一項(xiàng)缺點(diǎn)是在解吸步驟結(jié)束時(shí)所有吸附劑在高的再生溫度下排出。在吸附劑中存貯的殘余能在冷卻步驟作為廢能排掉。美國(guó)專(zhuān)利3378084對(duì)這些方法進(jìn)行了改善，它只加熱CO2部，在這部的殘余能在隨后的冷卻步驟回收并用于加熱H2O層。盡管在美國(guó)專(zhuān)利3335546中整個(gè)吸附器均受到了加熱，但吸附劑是從一端到另一端按順序加熱的。這導(dǎo)致在熱再生時(shí)分布了許多床上的熱梯度。和上述的其它方法相似，其整個(gè)床在解吸結(jié)束時(shí)達(dá)到再生溫度。所有這些方法的特征均在于高的熱推動(dòng)力。如美國(guó)專(zhuān)利4541851那樣置于吸附器中的加熱器提供了作為清洗流外加熱的替代的內(nèi)加熱。在TSA處理的解吸中使用的其中一種這樣的熱處理為“熱脈中”再生。在這種方法中，通過(guò)在相應(yīng)于吸附劑的高溫下供應(yīng)一清洗流而產(chǎn)生一單熱脈沖。在解吸狀態(tài)下清洗流的方向通常和所述循環(huán)的吸附狀態(tài)下進(jìn)料流的方向相反。大多數(shù)解吸在顯現(xiàn)一熱梯度的一窄區(qū)的吸附劑上發(fā)生。這個(gè)含所述梯度或“熱鋒”的區(qū)不斷移動(dòng)直至在通過(guò)吸附床，從而在高溫下將再活化材料留下。當(dāng)熱鋒已經(jīng)穿過(guò)一部分床后，熱清洗流由冷清洗流替代。這種冷清洗液用于將經(jīng)再活化吸附劑中存貯的熱傳遞到吸附器仍污染的部分，而使再活化后的吸附劑處在冷的清洗溫度下。如果在吸附器進(jìn)料口處允許存在少量污染物殘留，熱脈沖被降級(jí)并保持在床中，同時(shí)大多數(shù)能在解吸中被消耗，排放能量得到減少。從上可見(jiàn)，純化/分離較高的污染物濃度和溫度的進(jìn)料流的能力，較短循環(huán)的使用和使用較低熱推動(dòng)力在較低溫度下的再生均是具有潛力提高效率和/或降低循環(huán)吸附過(guò)程的費(fèi)用的戰(zhàn)略。這些潛在改良的表露形式為較小的容器和較少的吸附劑、在吸附和解吸循環(huán)步驟中吸附器兩端較低的壓降和所需再生能量和費(fèi)用的降低。但是，就先有技術(shù)來(lái)說(shuō)，貫徹一項(xiàng)或幾項(xiàng)這些戰(zhàn)略一般將導(dǎo)致再生所需清洗流速的增加。由于對(duì)產(chǎn)品和/或替代的工作流如壓縮進(jìn)料的后冷卻的競(jìng)爭(zhēng)需要，所需的附加清洗流可能并不能用于再生。即使適用，增加的清洗流速伴隨而來(lái)吸附器兩端間壓降的增加，其費(fèi)用抵銷(xiāo)了一些由有關(guān)的改善獲得的節(jié)省量。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供使用小的熱推力以及低到中度的清洗流速就可達(dá)到吸附器的再生以及極大地減少作為廢能排入的能量的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是在維持低溫和減少清洗再生的同時(shí)通過(guò)較短循環(huán)的使用減少床尺寸。本發(fā)明涉及再生-吸著劑床的方法，其中使用了至少兩個(gè)熱脈沖來(lái)從吸著劑床內(nèi)的吸附材料解吸所吸附的氣體。本領(lǐng)域技術(shù)人員可從下面優(yōu)選實(shí)施方案和附圖的描述來(lái)了解其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1a-1c顯示了常規(guī)的單熱脈沖再生方法。圖2a-2d顯示了按照本發(fā)明的多熱脈沖再生，藉此吸附床的兩部通過(guò)兩個(gè)熱鋒而同時(shí)被再活化。圖3顯示了一方法，藉此可按本發(fā)明完成多熱脈沖再生。圖4a-4f顯示了可按本發(fā)明部署多個(gè)熱鋒的六種方法。本發(fā)明基于下列前提，即不同的吸附劑/吸附物對(duì)再生具有不同要求(即溫度、清洗流、清洗流組成和壓力)。在單脈中系統(tǒng)中，對(duì)于給定床只可使用一套再生的條件。本發(fā)明的多脈沖系統(tǒng)在給定床內(nèi)不同的吸附劑/吸附物允許使用特定的再生條件。此外，本發(fā)明允許在追求上述的改善戰(zhàn)略的同時(shí)維持或甚至降低清洗流速。最后，操作范圍可得到擴(kuò)展，因?yàn)榭稍谙惹安豢赡苓_(dá)到的操作條件或限制條件下用較短的循環(huán)運(yùn)作較小的吸附器。在本發(fā)明中，通過(guò)多熱脈沖的應(yīng)用減少了再生-吸附器所需的清洗流速和清洗時(shí)間。這種脈沖被施加到吸附器和施加到所述處理中，施加的方式由吸附物的分布和水平、吸附劑的類(lèi)型和適用于再生的熱推動(dòng)力來(lái)決定。這些多熱脈沖用來(lái)同時(shí)再活化各個(gè)吸附器區(qū)或吸附劑層，即產(chǎn)生了同時(shí)再生。通過(guò)多脈沖熱再生得到的清洗流速的降低造成了可使用更高效率的處理戰(zhàn)略諸如更短的再生循環(huán)周期和更小的熱再生推動(dòng)力的使用。一個(gè)常規(guī)的單熱脈沖方法公開(kāi)于圖1a-1c中。加上所述，該處理的目的是通過(guò)去除所吸附的污染物諸如H2O和CO2以及N2來(lái)再生預(yù)純化器床。如同圖1a-1c所示，一常規(guī)床1可分成至少兩段，在吸附步驟中進(jìn)料空氣如箭頭2所示以從左到右的方向通過(guò)床。第一段A和第二段B分別由吸附H2O的活性氧化鋁(Al2O3)和吸附CO2的13X分子篩組成。N2也被13X所吸附。一緩沖區(qū)3位于A和B段之間。該緩沖區(qū)除了吸附CO2外也吸附殘存H2O。在所述再生處理中，在時(shí)間t1，在和導(dǎo)入原料空氣相反的床側(cè)面導(dǎo)入一單熱的熱清洗流THP，其流動(dòng)方向和進(jìn)料空氣流方向相反。清洗流THP的溫度高于吸附劑的溫度。多數(shù)解吸發(fā)生于一窄區(qū)的發(fā)生熱梯度的吸附劑上。這個(gè)含所述梯度或“熱鋒”4的區(qū)隨著在高溫下留下經(jīng)再活化材料的熱脈沖移動(dòng)通過(guò)床。在所述熱鋒通過(guò)床的一部分后，如圖1b所示在時(shí)間t2熱的清洗流由冷的清洗流TCP所代替。所述冷的清洗流用于將存貯于重活化后的吸附劑中的熱傳送到吸附器仍被污染的部分，藉此解吸更多的污染物，同時(shí)使再活化的吸附劑處于冷的洗清流的溫度。在t2-t3的時(shí)間段內(nèi)，所述冷的清洗流如圖1b-1c所示的那樣“推著”所述熱脈沖通過(guò)床。術(shù)語(yǔ)“冷的清洗(流)”是指低于熱清洗(流)的溫度，通常是處于環(huán)境溫度或接近環(huán)境溫度。允許多段同時(shí)再生的本發(fā)明方法現(xiàn)在將參照?qǐng)D2a-2d來(lái)加以討論。除了顯示出了含非吸附材料的可選的加熱區(qū)5外，圖2a顯示了實(shí)際和圖1a一樣的床。和圖1a所示相同，一清洗流在比吸附劑THP高的溫度下導(dǎo)入而產(chǎn)生第一熱脈沖。但是此外，以熱Q形式的能被導(dǎo)入到加熱區(qū)5中產(chǎn)生第二熱脈沖。這兩個(gè)不同的熱脈沖以實(shí)際上相同的方式移動(dòng)通過(guò)吸附器的不同部分。在第一脈沖4的熱鋒已通過(guò)床的一部分后，如圖2b-2d所示的那樣，熱清洗流被溫度為T(mén)CP的較冷的清洗流所代替。其結(jié)果是每一部分均經(jīng)受到加熱、解吸和冷卻的連續(xù)步驟而使卻整張床再活化、冷卻并準(zhǔn)備進(jìn)行隨后的吸附步驟。下面的實(shí)施例比較了單熱脈沖和本發(fā)明的性質(zhì)。它們只用于說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例在一個(gè)850噸O2/天處理設(shè)備中低溫分離前的空氣純化被選來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的主要特征。在吸附劑進(jìn)口處空氣的進(jìn)料條件小結(jié)于表1中。每個(gè)吸附器含一挨著13X分子篩層的活性氧化鋁層。一個(gè)二床系統(tǒng)在一簡(jiǎn)單的五步、十二小時(shí)循環(huán)中用來(lái)純化所述空氣，其中包括吸附(6.0小時(shí))、減壓(0.25小時(shí))、逆流熱清洗和冷清洗步驟(共5.5小時(shí))和再加壓(0.25小時(shí))。工藝操作按常規(guī)方式進(jìn)行，即一床在流制備純化空氣(吸附)，而另一床進(jìn)行所述循環(huán)的其它步驟。這是一項(xiàng)高純度處理，其中流出預(yù)純化器的產(chǎn)品空氣中的H2O和CO2濃度必須分別低于0.1ppm和0.25ppm。表1進(jìn)料空氣條件</tables>對(duì)于338°F的熱清洗溫度(清洗壓力＝18.6磅/平方英寸(絕對(duì)壓)該方法使用上述的單熱脈沖思路來(lái)進(jìn)行最佳化使廢棄的再生能達(dá)到最少。然后通過(guò)將熱的清洗溫度從338°F降低到250°F同時(shí)維持清洗流速和再生能大致恒定來(lái)研究降低熱推動(dòng)力的影響。這可通過(guò)延長(zhǎng)清洗流在250°F的加熱時(shí)間來(lái)達(dá)到。然而出乎意料，并不能維持足夠且穩(wěn)定的再活化。將清洗流與進(jìn)料之比(P/F)從11.8％提高到15.5％以獲得象表II那樣成功的再活化(情況3)是需要的，再調(diào)節(jié)清洗流加熱時(shí)間以維持總再生能近乎恒定于象情況1和2那樣。通過(guò)分析熱鋒的運(yùn)動(dòng)可以發(fā)現(xiàn)這些結(jié)果的解釋。表II低溫清洗研究</tables>常用于吸附分析而基本不用于解吸分析的大家熟知的恒傳遞區(qū)近似式在這里以等式(1)的形式用來(lái)評(píng)估熱鋒的速度(V2)。Vz=JCpg(ΔT)Cpsρb(ΔT)+ρbΣΔHiΔXi-------(1)]]>式中J是清洗流速，ΔT是熱推動(dòng)力，ΔHi是吸附物i的吸附熱，ΔXi是熱鋒兩側(cè)的吸附物負(fù)荷差，ρb是吸附劑的堆積密度，Cpg和Cps分別是氣體和固體的比熱，式(1)可根據(jù)在床上所吸附污染物的分布獨(dú)立地用于吸附器的不同部分(區(qū))，如圖1所示的H2O/氧化鋁和CO2/N2/13X層A和B。熱鋒通過(guò)吸附器所需的總時(shí)間(t)是通過(guò)各床區(qū)所需時(shí)間的和，可用式(2)近似計(jì)算t=(LVz)A+(LVz)B-------(2)]]>式中LA和LB是上述定義的吸附器部分(區(qū))的長(zhǎng)度。將式(1)和(2)應(yīng)用于表II開(kāi)始的兩種情況得到總的所需清洗時(shí)間分別為4.5小時(shí)和5.6小時(shí)的預(yù)言，而只有5.5小時(shí)是供再生的。也考慮為清洗流達(dá)到其最大溫度水平所需的0.5小時(shí)，從該分析可清楚看出在情況2中的熱鋒吸附劑的量。由于附加熱只存貯于經(jīng)再活化的吸附劑上永不會(huì)達(dá)到需要熱的吸附劑的區(qū)域，所述在情況2熱鋒移動(dòng)的距離不能通過(guò)延長(zhǎng)加熱時(shí)間來(lái)提高。重新排列式(1)和(2)以估計(jì)在適用的5.5小時(shí)步驟時(shí)間內(nèi)180°F的最高溫度下再生吸附器所需的清洗流(P/F＝26％)速。如表II中情況4所示，幾次試驗(yàn)后在24.5％的最小P/F下達(dá)到了成功和穩(wěn)定的操作。情況1-4的結(jié)果清楚表明當(dāng)再生溫度(更直接地隨熱推動(dòng)力)降低時(shí)清洗流速限度的情況。當(dāng)所述溫度從338°F降到180℃(熱推動(dòng)力以3的系(倍)數(shù)下降)時(shí)，在再生能基本保持不變時(shí)所需的清洗流速多于加倍。該問(wèn)題通過(guò)本發(fā)明來(lái)克服，通過(guò)導(dǎo)入多個(gè)熱脈沖Q1、Q2和Q3等使吸附床的不同部分(區(qū))得到同時(shí)再活化。通過(guò)將熱中間物導(dǎo)入到上述吸附器的氧化鋁和13X層中，產(chǎn)生二個(gè)熱鋒，并如上述及圖2所示那樣所述二個(gè)吸附層被同時(shí)再生。這些熱鋒或解吸區(qū)可例如以圖3所示的方式導(dǎo)入。在這實(shí)施例中，吸附劑的段A和B分別相應(yīng)于活性氧化鋁和分子篩。吸附物的分布大致為H2O在A段吸附而CO2和N2在B段被共吸附。將能Q2供應(yīng)到置于A層和B層間的內(nèi)加熱器6。清洗流7在進(jìn)入層B中的吸附器前首先通過(guò)在加熱器8中的能Q1加熱，并在進(jìn)入層A前由加熱器6中的能Q2再加熱。因?yàn)榻馕趦蓪又型瑫r(shí)發(fā)生，兩個(gè)熱鋒作為圖2a-2d所示的熱脈沖均發(fā)展并移動(dòng)通過(guò)各自的層。使用和情況4同樣的條件，表II中的情況5證明了提供多脈沖降低了所需清洗流速40％以上。其再生能也被維持在與情況4相同的水平，但是在情況5中，該能被分開(kāi)，在兩個(gè)而不是一個(gè)不同區(qū)被導(dǎo)入到吸附器中。所述熱鋒以由式(3)和(4)所定的特性時(shí)間通過(guò)其各自的層tA=(LVz)A-------(3)]]>tB=(LVz)B--------(4)]]>理想情況下，選擇導(dǎo)入能的內(nèi)部位置以使tA＝tB，即使層A和B在同樣時(shí)間內(nèi)完全解吸。這種內(nèi)部位置通過(guò)結(jié)合式(1)、(3)和(4)來(lái)決定?？衫斫膺@位置并不需要對(duì)應(yīng)于二個(gè)不同吸附劑類(lèi)型的界面，也不需要相應(yīng)于各個(gè)吸附物分布之間的界面。事實(shí)上，這種多脈沖概念可以同等的效力應(yīng)用于只含一單種吸附物和/或吸附劑的吸附床。多脈沖的另一優(yōu)點(diǎn)是它可用來(lái)使再生步驟前減壓時(shí)出現(xiàn)的冷卻效應(yīng)不起作用。在空氣純化過(guò)程中這種冷卻效應(yīng)來(lái)自于氣體的膨脹和N2的快速解吸和較低程度上H2O的緩慢解吸。一冷卻鋒在降壓步驟中產(chǎn)生并在單脈沖再生中在清洗步驟時(shí)繼續(xù)其在熱鋒前通過(guò)吸附器的移動(dòng)。這導(dǎo)致在吸附器的污染區(qū)溫度的下降而最終放慢解吸過(guò)程并增加能耗。這種效應(yīng)通過(guò)在降壓步驟開(kāi)始時(shí)將內(nèi)部能導(dǎo)入到吸附器來(lái)減小。這也提高在該步驟時(shí)作為清洗流的空隙氣體的效力。因此，根據(jù)再生需要決定的不同時(shí)間開(kāi)始(或終止)多脈沖可能是有利的。多脈沖再生也可用來(lái)減少循環(huán)時(shí)間，藉此可產(chǎn)生吸隊(duì)附和其壓降費(fèi)用上的節(jié)省。首選，考慮只使用單脈中再生下降情況4的吸附循環(huán)從6.0小時(shí)降到1.0小時(shí)的影響。每個(gè)變壓步驟均減到5.0分鐘，為熱清洗和冷清洗步驟總共留下了50.0分鐘。盡管循環(huán)時(shí)間以6的系(倍)數(shù)降低，但床尺寸可能只以3的系(倍)數(shù)下降。床尺寸比例上并不直接對(duì)應(yīng)于循環(huán)時(shí)間的原因是由于在較短吸附時(shí)間動(dòng)態(tài)容量的降低，即在較短的循環(huán)中傳質(zhì)吸附區(qū)耗用了較大部分的吸附床。因此和較長(zhǎng)循環(huán)情況相比，床尺寸和再生時(shí)間的比值較大。因此正如可從式(1)-(3)可明顯看出的那樣，其熱鋒速度必須更大以便達(dá)到穩(wěn)定的再活化。單脈沖、短循環(huán)的結(jié)果作為情況6總結(jié)于表III中。和情況4相比，較短循環(huán)確實(shí)在床尺寸和進(jìn)料壓降上帶來(lái)顯著益處，但它是以將P/F從24.5％提高到40.0％為代價(jià)的。情況6是否實(shí)際上可用于180°F下的再生是令人懷疑的，因?yàn)閷?duì)N2作為產(chǎn)品，再生清洗流和原料冷卻氣體的需要超過(guò)了N2可利用率。通過(guò)在上述的短循環(huán)中使用雙熱脈沖，對(duì)于如表III所示的情況7，所需P/F比值降低到26.0％。這樣，清洗流速比維持在與情況4相近，但作為較短循環(huán)和多脈沖再生的結(jié)果，現(xiàn)在可在該處理中實(shí)現(xiàn)顯著的改善，即進(jìn)料和清洗流壓降分別約下降4倍和3倍，床尺寸已下降3倍。盡管對(duì)H2O的動(dòng)態(tài)容量因?yàn)檩^短的循環(huán)而降低，但當(dāng)應(yīng)用這種雙鹽脈沖時(shí)，這種損失并不那么大。這種由于多脈沖發(fā)展的淺床/短循環(huán)方式也產(chǎn)生了結(jié)合使用小的吸附劑顆粒以降低傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度和增加動(dòng)態(tài)容量的非常吸引人的機(jī)會(huì)，例如可使用小至0.5mm的顆粒。受較小顆粒的流化極限所影響的較低的空塔速度可通過(guò)使用床限制(bed-restraining)方法來(lái)克服。降壓時(shí)空隙氣體損失對(duì)于所述較短循環(huán)來(lái)說(shuō)盡管較大，但仍是可設(shè)法控制的。表III多脈沖方法的優(yōu)點(diǎn)</tables>在吸附處理的再生中多熱脈沖的使用為處理效率和費(fèi)用的改善和為操作范圍擴(kuò)大提供了巨大的靈活性。當(dāng)存在一項(xiàng)或多項(xiàng)下列條件時(shí)可能實(shí)現(xiàn)最大的利益高產(chǎn)品純度需要在原料中的高污染物水平、高吸附熱、低到中等的清洗可利用率、短循環(huán)、低到中等的用于再生的熱推動(dòng)力、低再生溫度。盡管多脈中再生的概念已經(jīng)用空氣純化實(shí)施例加以描述，但多脈中再生具有可應(yīng)用于任何循環(huán)吸附處理例如任何干燥處理、天然氣純化等的潛力。此外，該概念并不限于兩個(gè)同時(shí)的熱鋒的使用，任何數(shù)量的脈中均可產(chǎn)生用未同時(shí)再活化吸附層。較多的脈沖有助于較低的熱推動(dòng)力使用較少的清洗流下促進(jìn)更快的再生。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到多脈中再生可和下列條件一起實(shí)施a)均勻分布的、分層或混合的吸附劑；b)一種或多種吸附劑；c)在原料流中有一種或多種污染物；d)一種或多種被吸附的污染物；e)變壓或恒壓；f)軸向、徑向或橫向流動(dòng)的吸附器；g)眾多的床；h)不同流速、溫度、壓力和/或純度的多清洗流；多脈沖再生特別適合于三床處理，其中兩床進(jìn)行吸附，而第三床則被再生。本身較短的再生時(shí)間(少于吸附時(shí)間的一半)就對(duì)清洗率提出了明顯增高的要求；這種要求可通過(guò)使用多個(gè)熱鋒來(lái)緩和。通過(guò)控制熱鋒運(yùn)動(dòng)式的角度來(lái)看，多脈沖再生具有寬闊的潛在適用性?？蛇x擇清洗速率(J)和熱推動(dòng)力(ΔT)來(lái)控制解吸時(shí)間。吸附器的各層或各部分(區(qū))可獨(dú)立且同時(shí)地通過(guò)應(yīng)用清洗速率和再生溫度的組合來(lái)再活化。在圖4a-4f中說(shuō)明以及在下面相應(yīng)的章節(jié)中描述的實(shí)施例代表著這種布置多個(gè)熱鋒的潛在手段的剖面。圖4a顯示了能量可置入于一個(gè)或多個(gè)內(nèi)加熱器區(qū)6從而產(chǎn)生兩個(gè)或更多個(gè)熱鋒的情況。吸附床實(shí)際上被再分成和產(chǎn)生的熱鋒數(shù)同樣多的同時(shí)進(jìn)行解吸的段?？蛇x擇加入能量的位置從而按照吸附量和吸附物/吸附性質(zhì)影響所需的再活化時(shí)間。圖4b顯示了第二種被能量Q2加熱的流體用來(lái)將能量傳遞到待再活化的吸附器時(shí)，在吸附步驟時(shí)可使用相同的熱交換器6來(lái)在進(jìn)口或在中間的吸附器區(qū)冷卻進(jìn)料流7。這種冷卻用來(lái)在它通過(guò)下游區(qū)“B”前除去在床的上游區(qū)“A”中產(chǎn)生的吸附熱Q3。因?yàn)槲廴疚锏娜萘吭谏叩拇矞叵率墙档偷模瑹酫3的除去有效地提高了吸附劑的下游部分(區(qū))“B”對(duì)殘留污染物的動(dòng)態(tài)容量。圖4c表示了兩個(gè)獨(dú)立的清洗流(9和10)和加熱器使用以及以相反方向移動(dòng)通過(guò)吸附器的不同部分(區(qū))的兩個(gè)熱鋒的產(chǎn)生。Q2定位在輸入能量直接到吸附器內(nèi)最高污染負(fù)荷的部位(區(qū))，也是需要最大解吸熱的地方。清洗流9和10并不互相混合。圖4d顯示了一實(shí)施方案，其中當(dāng)埋置的熱交換器6不適用時(shí)，當(dāng)這種熱交換器與該處理中的其它單元間共用時(shí)或當(dāng)污染物將在吸附器中的一中間點(diǎn)從所述清洗流去除時(shí)，清洗流9在其通過(guò)床的途中一中點(diǎn)處的外部二次加熱Q2可能是需要的。在這方面，應(yīng)指出在解吸時(shí)污染物通常被濃縮于清洗氣流中所以只有總清洗流的一部分含污染物。如果清洗流將被再循環(huán)(例如返到另一張床)，或如果不需要將高污染物濃度流導(dǎo)入到可將它們?cè)傥降腁部(區(qū))時(shí)，那末可能要使用通過(guò)排空口13的排空來(lái)選擇性棄掉最多污染物的流而保存一些清洗氣供其它用途。在某些情況下，可將污染物回收。帶外附加能Q1和內(nèi)附加能Q2的多清洗流11和12顯示于圖4e中。由于流11和12的合并而使到A部(區(qū))的清洗流率增高。除了得自熱鋒速度關(guān)系的基本理由外，當(dāng)高純清洗流(流11)供應(yīng)受限而使較低純度的清洗流(流口)可單獨(dú)或補(bǔ)充流11在沒(méi)有污染B部(區(qū))的情況下用于床的A部(區(qū))的再活化時(shí)，這種方法也是有用的。圖4f顯示了提供除了能量Q2從床外部加入以加熱清洗流12外類(lèi)似于4e的優(yōu)點(diǎn)的方法。在該實(shí)施方案中，Q2只被加到清洗流口。在上面的實(shí)施例中，主清洗流(7，9和11)顯示出被附加能Q1加熱。這里所想要表達(dá)的只是這此清洗流在高于吸附劑的溫度下供應(yīng)到吸附劑上。如何獲得這種加熱的清洗流對(duì)本發(fā)明的實(shí)踐并不重要，但一些實(shí)施方案可能包括例如直接方法諸如常規(guī)的氣體煅燒加熱器、電加熱器或蒸汽加熱器，和間接方法諸如微波能或吸附能。此外，所述清洗流可能源于其它處理或源于本處理內(nèi)。同樣的理由也可應(yīng)用于清洗流10和12的加熱中。盡管在一些實(shí)施例中已顯示熱交換器或加熱器置埋于吸附器內(nèi)部，但實(shí)踐中本發(fā)明可使用導(dǎo)致通過(guò)吸附器中該位置的清洗流的溫度設(shè)想提高的任何手段。所述內(nèi)部加熱裝置可置埋于吸附內(nèi)或一惰性材料層內(nèi)以促進(jìn)吸附器截面上快速熱傳導(dǎo)。所述吸附劑可如圖3和4a-4f所示的那樣置于單個(gè)容器中，也可分布于多個(gè)容器中，以便于例如當(dāng)清洗流在吸附器中的吸附劑層間移動(dòng)時(shí)清洗流的加熱或流量增加，即一給定吸附器可能包括幾個(gè)容器。多脈沖再生可用來(lái)促使污染物濃集在廢氣中。這種特征可用來(lái)回收/循環(huán)清洗氣，也可用來(lái)回收雜質(zhì)。圖4c和4d顯示了可完成污染物回收或污染物的選擇性排定的本發(fā)明的布置。多熱脈沖也可用來(lái)為PSA預(yù)純化產(chǎn)生熱輔助。其基本方法和上述的相同。得到的主要益處包括增加吸附劑的動(dòng)態(tài)容量、增加的循環(huán)時(shí)間、和清洗量的降低。通過(guò)其它的工藝改善和多脈中的結(jié)合獲得如下另外的改進(jìn)也是可能的按照進(jìn)料空氣溫度的循環(huán)時(shí)間的控制、進(jìn)料的冷卻、吸附劑粒徑的最佳化和再加壓氣體存貯罐的使用。由于按照本發(fā)明，每個(gè)特征均可能與其它特征相結(jié)合，因此只為方便起見(jiàn)，本發(fā)明的具體特征顯示于一個(gè)或多個(gè)附圖中。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)知道另外的實(shí)施方案，但它們均將包括在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.再生吸著劑床的方法，包括a)提供具有第一和第二端以及配置于其間的至少一種吸附材料的吸著劑床，所述的至少一種吸附材料具有選擇的吸附在其上的氣體；b)通過(guò)將熱能Q1導(dǎo)入到所述床的第一區(qū)來(lái)提供第一個(gè)熱脈沖；c)通過(guò)在所述端間沒(méi)有被所述第一熱脈沖加熱的至少一個(gè)區(qū)將熱能Q2導(dǎo)入到所述床來(lái)提供至少一個(gè)另外的熱脈沖以從所述的吸附材料進(jìn)一步解吸所述的選擇吸附的氣體。2.權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟“b”和“c”實(shí)際上同時(shí)進(jìn)行。3.權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟“b”和“c”產(chǎn)生的所述解吸實(shí)際上同時(shí)發(fā)生。4.權(quán)利要求1的方法，其中所述床包含至少兩種吸附材料，每種吸附材料對(duì)所述選擇的氣體具有不同的親和性。5.權(quán)利要求1的方法，其中所述吸附材料至少包括對(duì)水具有親和性的第一種材料和對(duì)CO2具有親和性的第二種材料，并且其中所述的選擇氣體是水和CO2。6.權(quán)利要求4的方法，其中所述吸附材料被分隔成所述床的不同區(qū)。7.權(quán)利要求5的方法，其中所述的至少一個(gè)另外的熱脈沖被導(dǎo)入到包含對(duì)水具親和性的材料的所述床的所述區(qū)中。8.權(quán)利要求5的方法，其中所述對(duì)水具有親和性的材料是活性氧化鋁，所述對(duì)CO2有親和性的材料是分子篩。9.權(quán)利要求1的方法，其Q1和Q2既可從所述床內(nèi)的源提供，也可從所述外部的源提供。10.再生吸著劑床的方法，包括a)提供具有第一和第二端以及配置于其間的至少一種吸附材料的吸著劑床，所述的至少一種吸附材料具有選擇的吸附在其上的氣體；b)在所述床的第一端提供第一清洗流以產(chǎn)生第一熱脈沖；c)讓所述第一清洗流穿過(guò)所述床的一部分以從所述部分中的所述吸附材料解吸所述選擇的氣體；d)提供至少一種較冷的清洗流去驅(qū)趕所述第一清洗流越過(guò)所述床同時(shí)去冷卻所述解吸材料；e)通過(guò)在所述端間沒(méi)有被所述第一熱脈沖加熱的一區(qū)將熱能Q2導(dǎo)入到所述床來(lái)產(chǎn)生至少一另外的熱脈沖以從所述吸附材料進(jìn)一步解吸所述選擇吸附的氣體；其中所述床大致被解吸。全文摘要在變溫吸附方法中使用多熱脈沖來(lái)同時(shí)再生吸附床的各段。由于本發(fā)明有助于降低清洗流量和改善再生效率,所以特別適用于空氣純化。文檔編號(hào)B01D53/04GK1173385SQ9711408公開(kāi)日1998年2月18日申請(qǐng)日期1997年7月2日優(yōu)先權(quán)日1996年7月3日發(fā)明者M(jìn)·W·艾克利,F·W·利維特,F·諾塔羅,J·J·諾沃比爾斯基申請(qǐng)人:普拉塞爾技術(shù)有限公司