[其他]改進的變壓吸附過程及設備

無效

• 申請號: 86102699
• 申請日: 1986-04-18
• 公開（公告）號: CN86102699A
• 公開（公告）日: 1987-10-28
• 發明（設計）人: 威利斯·愛德華·赫斯科克;羅伯特·托馬斯·卡西迪;羅伯特·加里·沃納
• 申請（專利權）人: 聯合碳化公司
• 主分類號: B01D53/04
• 分類號: B01D53/04
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 羅宏

本發明涉及在變壓吸附系統中進行氣體的提純。本發明特別涉及到能使操作性能更好的在循環和系統方面的改進。

變壓吸附（PSA）過程為分離和提純原料氣體混合物中的至少一個組分，提供了一種商業上需要的技術。這種原料氣體混合物由上述的組分和至少一個可選擇性吸附的組分組成，在較高的吸附壓強下，吸附劑床層進行吸附，然后，將吸附劑床層的壓強降至較低的脫附壓強，解吸出被選擇性吸附的組分。可用Wagner專利（美國3430418）來說明在多床系統中進行的變壓吸附過程，這一過程至少有4個床層。在該專利中敘述了一般都知道的循環變壓吸附過程，每一個床層的循環過程都包括一系列操作步驟：（1）在較高的吸附壓強下，從床層的產品出口采出產品氣體;（2）同流減壓至中間壓強，從上述床層的產品出口采出床層空隙內的氣體，（3）逆流減壓至較低的脫附壓強;（4）吹掃和（5）再增壓。在同流減壓期間采出的床層空隙內的氣體，常用于壓強平衡和作為處于較低壓強下的床層的吹掃氣體。

在上述所說的具有四個或更多床層系統的各種變壓吸附過程中，通常設計三床系統用于空氣的分離和回收以及其它氣體混合物的分離。這個系統是基于在McCombs專利（美國3，738087）中敘述的壓強漸增吸附步驟。在其中的一個實施方案中，將空氣加入吸附劑床層，使床層增壓，其中的氮被選擇性吸附，同時以一定的速率，從床層的產品出口采出其中的氧氣，這樣床層就增至較高的吸附壓強。帶有壓強漸增吸附步驟的變壓吸附過程包括：（1）上述壓強漸增吸附步驟;（2）同流減壓至中間壓強，從床層的產品出口采出床層空隙內的氣體;（3）逆流減壓至較低的脫附壓強;（4）吹掃和（5）減壓。在上述實施方案中，在壓強平衡-產生吹掃氣體-壓強平衡的順序中，將在同流減壓期間采出的床層空隙內的氣體加入系統的其它床層。后者的循環使Wagner循環所采用的等壓吸附步驟沒有必要。這樣就使床層有更多的時間進行再生，也就是在一定的循環時間內，有更多的時間進行逆流減壓和吹掃，特別對于設計的操作循環總時間較短的系統，它能夠獲得較高的生產能力、回收率和（或）純度。

使用這樣的三床層系統，每個床層裝有商用13X，8×12柱狀分子篩來進行空氣分離，得到氧氣的回收率為48%，生產能力（BSF）為4000英磅13X分子篩/噸氧·天（TPD）。上述回收率的定義為回收的產品氧占原料空氣中的氧的百分數或體積分數，上述生產能力（BSF）的定義為每天生產一噸氧所需要的分子篩英磅數。以上所述的回收率和生產能力的數值是由一個三床系統，總循環周期為180秒時，獲得的原料空氣入口的最高壓強為2.8〔公斤/（厘米）²〕（表壓），產品氣體出口壓強為1.4〔公斤/（厘米）²〕（表壓）。

雖然這樣的標準的三床系統能滿足各種商業用途，但仍然希望在技術上改進產品的回收率和生產能力。但是，為實現這些目的已經遇到了很多困難。例如，為了使BSF值比上述的標準三床系統有顯著減小（即使生產能力增加），必須減少總循環時間，使之低于上述的180秒。可是，減少個別步驟，也就是減少吹掃和壓強平衡步驟的時間，受到氣體速度和床層流態化范圍的限制或受到可使用的循環性能標準的限制。由于有這些限制，僅僅通過減少個別循環步驟的時間，是不可能顯著地減少總的循環時間的。另一方面，對于標準的四床系統，通過應用上述系統的有關的標準循環技術，引進第五個床層使單個床層的生產能力增加，對于一定的應用場合，這會導致增加總的循環時間和BSF值。BSF值的增加會損害由于在變壓吸附系統中增加了床層數而增加的潛在的生產能力。另一方面，變壓吸附中，氧吸附劑床層的尺寸限制了單個變壓吸附系列的最大生產能力。因此，需要開發減小BSF值的技術，以增加這種單個變壓吸附系列的最大生產能力的范圍。因而，在技術上仍有必要改進變壓吸附技術，使得BSF值減小，單個變壓吸附系列的生產能力增加。這些改進會有利于減少總循環時間，但仍有足夠的時間完成每一個循環步驟，不至于降低產品的純度和回收率。

因此，本發明的目的是提供一個改進的變壓吸附過程和系統。

本發明的另一個目的是提供一個變壓吸附過程和系統用來從空氣中分離和回收氧。

本發明還有一個目的是提供一個變壓吸附過程和系統使總的循環時間減少到最小，但仍有足夠的時間完成每一個單獨的循環步驟，而不至于降低產品的純度和回收率。

以下詳細敘述的本發明正是為了這些和其它的目的，在所附的權利要求中特別指出本發明的特點。