變壓吸附裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及變壓吸附裝置,并且具體而不排他地涉及用于生成氮氣的多柱變壓吸 附系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 從壓縮空氣源生產氮氣是眾所周知的。使用選定的碳分子篩(CMS)并利用變壓吸 附(PSA)技術,使得不同純度的氮供給能夠由用戶就地完成。
[0003] 壓縮空氣供給的純度是一個重要的考量,因為如果未經(jīng)處理提高其純度,其并不 適合被使用。壓縮空氣包含多種污染物,諸如必須在使用前被去除的水、油和微粒。處理壓 縮空氣通常涉及過濾、除去油/水氣霧和灰塵、干燥去除水蒸氣。壓縮空氣的純度會影響 PSA制氮機的運行。
[0004] 參照圖1,雙塔干燥器PSA制氮機的運行方式為,在供給空氣(通常為7-10巴)向 上流動通過填充的CMS床(柱A)時,通過分子吸附將供給空氣中的氧氣轉移到填充的顆粒 型CMS床。柱B (之前已被使用)被減壓,氧氣由于所述CMS床內的氣體的膨脹而從CMS釋 放出。來自柱A的出口的干燥純凈氣體穿過控制口,膨脹至接近大氣壓力,朝相反流向向下 流過柱B以吹掃濃縮氧氣床。該運行循環(huán)的目的是使氮氣輸出流具有合適的輸出純度。當 柱A中的CMS的氧氣達到飽和(通常由簡單的定時控制器來確定)時,供給空氣在加壓后 返回至柱B,該循環(huán)繼續(xù)產生氮氣流(去氧空氣)。
[0005] 快速氣體(即容易被吸附的氣體,比如水蒸氣和二氧化碳)與氧氣一起分散至 CMS的多孔結構內。氣流的水蒸氣含量很關鍵,其存在將會影響制氮工藝的效率(見文獻 US4, 439, 213)?,F(xiàn)已認識到,入口壓縮空氣的處理因此是一個重要的考量。
[0006] PSA制氮機的提供商推薦了不同的干燥等級。通常而言,壓縮空氣越干,其對CMS 越有益。
[0007]
[0008] 干燥劑式干燥器更受喜歡的原因是,所產生的殘余水蒸氣含量很低,從而可獲得 最佳的制氮機效率。然而,其要求再生空氣(在凈化循環(huán)過程中)通常要占到入口空氣的 20%,這導致需要更大的壓縮機,進而增加了資本和運行費用。一些供應商因此使用冷凍式 干燥機,但是限制其對制氮機的保證。通常認為,對于高氮氣純度(10-500ppm的氧氣),高 純度的入口空氣是十分重要的。
[0009] 在一些小的系統(tǒng)(比如輸送量為5升/分鐘)中,通常的做法是將干燥劑式干燥 段(stage)集成至吸附床,并利用制氮機來進行再生凈化。然而,設計人員必須意識到這樣 的方法的局限性。
[0010] 顆粒狀干燥吸附劑被廣泛地使用于從多種氣體(包括壓縮氣體)中去除多種污染 物(例如水蒸氣),但是,吸附劑具有其局限性。所述技術的特征很明確,它們的用途局限于 特定的場合。這些局限包括方位、振動、高壓損失、磨損、溝流、旁路、再生能量高(凈化)、對 大體積的水和氣霧的抵抗性差。
[0011] 干燥劑珠粒不規(guī)則的大小和形狀因為床體填充不夠而會導致磨損和溝流。吸附劑 珠粒的粉狀外觀表示灰塵很容易在使用時被散開,污染出口空氣流,從而危害下流裝置。珠 粒的通常預期生命為12000小時(還不到18個月的連續(xù)使用)。
[0012] 在接觸到大體積的水時,水滴經(jīng)過過濾器并進入干燥劑床體,該情況很常見并且 會導致干燥劑珠粒的分解。該分解的原因比如是粘土結合料(膨潤土)容易分解并沖走。 該情況產生的原因是冷凝水沒有在干燥機之前被充分除去。
[0013] 一旦發(fā)生所述接觸,整個吸附床體需要被替換。所產生的灰塵朝下流沖過,帶來潛 在的后果。
[0014] 通常情況下,由于上述局限性,干燥劑材料每連續(xù)使用18個月就必須被換掉。這 使得成本很高,還會中斷制氮系統(tǒng)的運行。當前仍未看到可行的對策,因為想要進入干燥劑 干燥段,需要去除CMS(通常為床體體積的90% )。
[0015] 在小的系統(tǒng)中,比如飲料分裝機(輸送量大約為5升/分鐘),干燥劑的壽命與壓 縮機適配,通常具有小于或等于10000小時的壽命而且不連續(xù)工作。具有集成的顆粒吸收 劑段的單柱PSA模塊的壽命與其壓縮機適配。
[0016] 對于需要連續(xù)工作的更大的系統(tǒng),這并不是一個可行的方案。CMS在高標準的入口 空氣純度時具有10年的預期壽命,其通常不被認為是常規(guī)維護(替換)的對象。所以,在 這樣的情況下,珠粒狀的干燥劑材料的服務壽命與CMS的壽命或所使用的壓縮機的工業(yè)等 級不配合。如果空氣處理系統(tǒng)發(fā)生故障,大體積的水接觸干燥劑材料,其將受到損害并需要 被替換,這對使用者而言是不可接受的情景。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)選實施例力圖克服現(xiàn)有技術的上述缺陷。
【發(fā)明內容】
[0018] 根據(jù)本發(fā)明,提供一種用于去除氣體混合物中的至少一種組份的變壓吸附裝置, 該裝置包括用于接納氣流的多個柱,至少一個所述柱適于當至少一個另外的所述柱在凈化 模式下運行時在工作模式下運行,多個所述柱容納有用于吸附所述氣體混合物的至少一種 組份的至少一種碳分子篩材料和被成形為多個管的至少一種干燥劑材料。
[0019] 通過在還容納有碳分子篩材料的柱的內部使用管狀干燥劑材料,可提供這樣的優(yōu) 點:干燥劑材料不會如在現(xiàn)有技術的系統(tǒng)中見到的那樣分解。從而,干燥劑材料的有效工作 壽命接近于碳分子篩材料的有效工作壽命,并且該兩種組份可組合至同一個柱內。因為干 燥劑干燥器和碳分子篩形成在同一個柱內(因此不是獨立的干燥劑干燥器),在系統(tǒng)的運 行過程中可顯著節(jié)約成本。具體而言,碳分子篩的凈化循環(huán)所需的處理氣體的體積不變,但 是該凈化氣體還實施所述干燥氣體的再生,消除了外部干燥劑干燥器所需的凈化空氣損失 (在現(xiàn)有技術中,需要來自壓縮機的約20%的空氣來凈化外部干燥劑干燥器)。因為管狀干 燥劑材料的預期工作壽命已被增加,干燥劑的維護需求與CMS的匹配,可在大約10年后通 過替換CMS和干燥段來完成。
[0020] 在一個優(yōu)選的實施例中,所述柱由擠出材料形成。
[0021] 在另一個優(yōu)選實施例中,所述碳分子篩材料適于去除所述氣體混合物中的氧氣。
[0022] 去除壓縮空氣中的氧氣可以制得痰氣(去氧空氣)。
[0023] 在一個優(yōu)選