變溫吸附系統(tǒng)和使用它提純流體的方法
【專利說明】變溫吸附系統(tǒng)和使用它提純流體的方法
[0001] 優(yōu)先權(quán)聲明
[0002] 本申請要求2013年5月06日提交的美國申請No. 13/887,837的優(yōu)先權(quán)，通過引 用將其內(nèi)容全部并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開內(nèi)容一般性地設(shè)及流體分離系統(tǒng)和在流體分離系統(tǒng)中加工流體的方法。更 特別地，本公開內(nèi)容設(shè)及變溫吸附系統(tǒng)和使用變溫吸附系統(tǒng)提純流體的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 變溫吸附（TSA)裝置在多種工業(yè)中用于從流體如液體和氣體料流中除去污染物。 TSA為由兩個基本步驟組成的分批方法：吸附和再生。在吸附步驟中，污染物或其它雜質(zhì)通 過吸附到固體吸附劑材料上而從流體中除去，然后經(jīng)處理料流W降低的污染物含量離開裝 置。在再生步驟中，吸附的污染物通過再生料流（通常氣體料流）而從固體吸附劑材料中 解吸。 陽0化]再生步驟包括兩個主要部分：加熱和冷卻。在方法的加熱部分中，將再生料流加熱 至升高的溫度并使其流過固體吸附劑材料。由于氣體的熱和固體吸附劑材料上與再生氣體 料流中的污染物的分壓差，污染物從固體材料中解吸并隨著再生氣體離開裝置。然后需要 冷卻步驟將污染物冷凝。如果再生氣體中的經(jīng)解吸污染物不能通過冷凝除去（例如C〇2脫 除），則使用其它分離裝置將污染物與再生氣體分離，例如膜或溶劑吸收分離。然后可使飽 含污染物的經(jīng)冷卻的再生氣體W密閉回路模式再循環(huán)至進(jìn)料中W使再生氣體的損失最小 化。作為選擇，W開放回路再生模式，可將流出的再生氣體作為燃料氣體或者通過排放處置 而不是返回進(jìn)料流中。
[0006] 因此，TSA工藝裝置的最基本形式由兩個容器組成，其中一個容器為吸附模式，且 另一容器為再生模式。然而，取決于待處理進(jìn)料的質(zhì)量W及待從進(jìn)料流中除去的污染物的 量，可能需要幾個容器，所述容器W并聯(lián)模式或者W交替順序操作。在更復(fù)雜的操作形式 中，再生步驟也可WW-系列加熱和冷卻循環(huán)分布于兩個容器，其中一個容器處于加熱步 驟，且另一個會處于冷卻步驟。
[0007] 不管系統(tǒng)W密閉回路還是開放回路再生模式操作，理想的總是再生氣體中具有濃 縮的污染物。該操作可改進(jìn)通過冷凝或者通過其它分離方法（例如膜或溶劑吸收分離）除 去污染物的分離效率。反過來說，污染物更加難W從具有稀污染物的再生氣體料流中除去。 因此，大部分污染物W密閉回路模式再循環(huán)返回進(jìn)料中。該操作模式要求吸附裝置尺寸的 提高。因此，較大的吸附裝置導(dǎo)致提高的再生流。并且，流過系統(tǒng)的較高再生流進(jìn)一步稀釋 污染物濃度，因此使得更加難W將冷再生氣體料流中的污染物冷凝或除去。
[0008] 因此，理想的是提供降低所需再生氣體流并因此降低吸附裝置尺寸的TSA系統(tǒng)和 相關(guān)流體提純方法。此外，本發(fā)明主題的其它理想特征和特性從隨后對本發(fā)明主題的詳細(xì) 描述和所附權(quán)利要求書，連同附圖和本發(fā)明主題的運(yùn)一背景中獲悉。
[0009] 發(fā)明概述
[0010] 本公開內(nèi)容提供變溫吸附系統(tǒng)和使用變溫吸附系統(tǒng)提純流體的方法的實施方案。 在一個實施方案中，示例的變溫吸附系統(tǒng)包含：第一吸附床，其配置用于接收進(jìn)料流并從進(jìn) 料流中吸附污染物W產(chǎn)生產(chǎn)物料流，第二吸附床，其配置用于接收一部分產(chǎn)物料流和冷卻 料流W降低第二吸附床的溫度，和加熱器，其配置用于接收來自第二吸附床的運(yùn)部分產(chǎn)物 料流并提高運(yùn)部分產(chǎn)物料流的溫度W產(chǎn)生經(jīng)加熱的產(chǎn)物料流。該系統(tǒng)進(jìn)一步包含：第=吸 附床，其配置用于接收經(jīng)加熱的產(chǎn)物料流W提高第=吸附床的溫度并將所述污染物解吸， 冷卻器，其配置用于接收來自第=吸附床的經(jīng)加熱的產(chǎn)物料流并降低經(jīng)加熱的產(chǎn)物料流的 溫度W產(chǎn)生經(jīng)冷卻的產(chǎn)物料流，和分離系統(tǒng)，其用于將經(jīng)冷卻的產(chǎn)物料流分離成第一組分 料流和富含所述污染物的第二組分料流。又進(jìn)一步，該系統(tǒng)包含：第四吸附床，其配置用于 接收第一組分料流并增濃第四吸附床中的吸附濃度。將第四吸附床的產(chǎn)物料流送入第二吸 附床中W提供冷卻料流。
[0011] 在另一實施方案中，示例的變溫吸附方法包括：將進(jìn)料流接收到第一吸附床中并 從進(jìn)料流中將污染物吸附到吸附床中W產(chǎn)生產(chǎn)物料流，將一部分產(chǎn)物料流和冷卻料流接收 到第二吸附床中W降低第二吸附床的溫度，和將來自第二吸附床的該部分產(chǎn)物料流接收到 加熱器中W提高該部分產(chǎn)物料流的溫度W產(chǎn)生經(jīng)加熱的產(chǎn)物料流。該方法進(jìn)一步包括：將 經(jīng)加熱的產(chǎn)物料流接收到第=吸附床中W提高第=吸附床的溫度并將所述污染物解吸，將 來自第=吸附床的經(jīng)加熱的產(chǎn)物料流接收到冷卻器中W降低經(jīng)加熱的產(chǎn)物料流的溫度而 產(chǎn)生經(jīng)冷卻的產(chǎn)物料流，和將產(chǎn)物料流在分離系統(tǒng)中分離成第一組分料流和富含污染物的 第二組分料流。又進(jìn)一步，方法包括：將第一組分料流接收到第四吸附床中W增濃第四吸附 床的吸附濃度，和將第四吸附床的產(chǎn)物料流送入第二吸附床中W提供冷卻料流。
[0012] 該概述用于W簡化形式介紹概念的選擇，其在下文中進(jìn)一步描述于詳述中。該概 述不意欲確定所主張的主題的關(guān)鍵特征或主要特征，也不意欲用作幫助確定所主張主題的 范圍。
[0013] 附圖簡述
[0014] 下文連同W下附圖描述變溫吸附系統(tǒng)和相關(guān)方法，其中類似的數(shù)字表示類似的元 件，且其中：
[0015] 圖1為闡述在現(xiàn)有技術(shù)中已知的變溫吸附系統(tǒng)上執(zhí)行的方法的工藝流程圖；
[0016] 圖2為闡述在根據(jù)本公開內(nèi)容的各實施方案的變溫吸附系統(tǒng)上執(zhí)行的方法的工 藝流程圖；和
[0017] 圖3為闡述在根據(jù)本公開內(nèi)容的各可選實施方案的變溫吸附系統(tǒng)上執(zhí)行的另一 方法的工藝流程圖。 陽〇1引發(fā)明詳述
[0019] W下詳細(xì)描述在性質(zhì)上僅為示例的且不意欲限制本發(fā)明或者本發(fā)明的應(yīng)用和用 途。本文所述變溫吸附系統(tǒng)和相關(guān)方法的所有實施方案和執(zhí)行為用于使本領(lǐng)域技術(shù)人員構(gòu) 成或使用本發(fā)明的示例實施方案且不限制由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明范圍。此外，不意欲 受先前技術(shù)領(lǐng)域、背景、概述或W下詳述中呈現(xiàn)的任何表述或暗示理論束縛。
[0020] 本公開內(nèi)容的實施方案設(shè)及變溫吸附系統(tǒng)和使用變溫吸附系統(tǒng)提純流體的方法。 實施方案使用新的TSA"循環(huán)"（即操作方法）W降低再生氣體流W及因此所需的吸附裝置 尺寸。所述實施方案特別用于其中污染物通過從再生氣體料流中冷凝而除去的系統(tǒng)中，如 許多TSA應(yīng)用，但其它執(zhí)行是可能的。此外，對于從天然氣料流中除去控W防止液化天然氣 (LNG)料流運(yùn)輸和加工期間冷凍的特定實例，所述實施方案提供與現(xiàn)有技術(shù)TSA循環(huán)相比 的顯著優(yōu)點(diǎn)，如下文更詳細(xì)描述的。
[0021] 特別地，發(fā)現(xiàn)流出的再生氣體中的污染物濃度可通過在床再生步驟W前提高吸附 劑負(fù)載而提高。在典型的TSA方法如現(xiàn)有技術(shù)中實行的那些中，最大吸附劑負(fù)載受污染物 的進(jìn)料濃度限制。因此，對于具有稀污染物的進(jìn)料流而言，負(fù)載會是低的。在TSA方法中， 流出的再生料流通常具有關(guān)于待除去的污染物組分的最高濃度。在本文所述實施方案中， 在冷卻和液體分離W后，流出的再生料流再循環(huán)至在進(jìn)料或吸附步驟W后但在熱再生步驟 (即上文指出的加熱部分）W前的吸附裝置的入口端，使得可提高吸附裝置中的氣相濃度。 因此，吸附劑負(fù)載也提高。提高的吸附劑負(fù)載導(dǎo)致隨后再生步驟期間污染物的氣相濃度進(jìn) 一步提高，由此改進(jìn)TSA方法的效率。
[0022] 現(xiàn)在參考圖1，其闡述本領(lǐng)域中目前使用的已知TSA系統(tǒng)的工藝圖，所述系統(tǒng)為了 對比而描述。如其中所示，TSA方法分