CN1168524C - 用高本征扩散率吸附剂及低压力比的变压吸附气体分离法 - Google Patents

用高本征扩散率吸附剂及低压力比的变压吸附气体分离法 Download PDF

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Abstract

构成本发明的一种气体分离方法使高本征扩散率的吸附剂的应用与低压力比的PSA循环结合一起。对该方法的进一步强化是由于利用快速循环、浅层床及小颗粒——尤其在径向床结构中的结果。现已证实低压力比、高速率吸附剂及快速循环的结合，导致出乎意料的床尺寸因子(BSF)与能耗同时降低。这些效果是通过用高速率吸附剂使产物回收率降低得最少而获得的。最终结果是产品成本显著降低。

Description

用高本征扩散率吸附剂及低压力比的变压吸附气体分离法
发明领域
本发明涉及气体分离中的变压吸附(PSA)及真空变压吸附(VPSA)方法，更具体地说涉及通过采用低压力比和使用高本征扩散率吸附剂使氧产品成本降低的一种空气分离的方法。
发明背景
过去三十多年来，真空变换吸附(VSA)、PSA及VPSA方法用于气体分离已取得显著发展，而主要进展是在近十年取得的。这些方法已分别被称为负压法、超大气压法及过渡大气压法。除专门说明外，以下都用PSA表示任何或所有这些方法。吸附剂改善、过程循环及吸附塔设计的进展，都促进了这些方法的商业化。
高交换的锂分子筛吸附剂，如赵在US 4,859,217中所述，是氧气生产中最新吸附剂的代表。这种最新吸附剂价格昂贵，而且使PSA设备投资费用占显著部分。
PSA方法总能量需求中一个主要因素是吸附对脱附的压力比。降低这个压力比是一种可能降低能耗的方法。此外，缩短PSA的循环时间有可能减少所需吸附剂的用量。不幸的是，这两种对策的通常结果是使产品(如氧气)回收率下降。尝试在低压力比下进行操作，却伴随吸附剂生产能力明显下降，如李威特(Leavitt)US 5,074,892所述。
斯莫拉瑞克(Smolarek)在共同未决US专利申请No.08/964,293(代理案号No.D-20335)中通过对真空及压缩机的适当选择及操作，结合改善径向流吸附塔的流动特性，克服了某些低压力比的抵消效应。阿克利(Ackley)等人在共同未决PCT申请No.US99/04383(代理案号D-20393)中已经指出，通过在快速循环中采用高本征扩散率的吸附剂，能使产物回收率及吸附剂生产能力达到最大。
尽管下述的本发明可广泛应用于气体分离，但以生产高纯度氧气为目的的PSA空气分离工艺(约88-95.7％氧)是尤其引人注意的。以下所讨论的已有技术的空气分离反映了氧气纯度范围。
上述最新类型的吸附剂属于改善平衡特性的结果。吸附剂对N2吸附容量及N2/O2选择性的提高已被转换成工艺有效性上的巨大收益---但这种好处是以较高吸附剂的成本为代价而获得的(见斯莫拉瑞克等人著，气体分离技术，1990)。尤其，锂交换沸石吸附剂(LiX)对PSA空气分离工艺的发展已产生重大影响。对于较高性能的空气分离PSA方法最近已经利用了由于低SiO2/Al2O3比的高交换LiX沸石所达到较高对N2吸附容量和N2/O2选择性。对这些方法的其它主要改进已包括引入真空脱附、由三床及四床方法减为二床循环，和利用改进的循环步骤，诸如产品增压、吹扫及/或平衡。库玛尔(Kumar)(在“真空变换吸附方法生产氧气---历史展望”，分离科学与技术，31：877-893，1996中)已对氧气生产的这些和已有技术进展进行了综述。
提高方法的有效性及降低轻组分产品的成本，可通过降低单位产品所需吸附剂量(提高吸附剂的生产能力)和增加产品回收率的方法来实现。提高吸附剂生产能力一般用术语床尺寸因子(BSF)表示，即磅吸附剂/TPDO(每日含氧吨)，而产品回收率就是由进料中所获取作为产品的轻组分的分数。吸附剂的改善和循环时间的缩短是降低BSF的两个主要方法。
许多已有技术都注意方法的最优化。雷斯(Reiss)强调了(化学工业，XXXV，第698页，1983)在空气氧富集的真空方法(VSA)中吸附剂质量和高氧回收率的重要性。雷斯指出，对固定的吸附压力在脱附压力增加时，有一比真空泵能耗的最低值。更具体地说，单位产氧的功率初期随压力比降低而下降，然后再增加，以至对最小比能耗有一最佳压力比。与降低压力比对比泵功率的影响同样作用的因素是氧产品量均匀下降或吸附剂生产能力的下降。
斯莫拉瑞克(Smolarek)等人( 气体分离技术，1990)通过降低投资费用及功率消耗，达到了降低单位氧产品成本的目的。按照最新吸附剂的特性提出了工艺操作参数。尽管选择最佳循环时间是根据最低成本，但采用缩短循环的方法来缩小床尺寸。在循环缩短时，按照在缩小床尺寸与降低过程有效性之间折衷确定该最低成本。也已表明，两吸附剂床都是最佳的。较低的总能耗是由于提高氧回收率、减少吸附剂藏量及缩小设备尺寸的综合结果。最佳压力比的降低是由于最新吸附剂所致。吸附剂类型(LiX)、BSF(1000磅/TPDO)及压力比(6∶1)最初在刊物上并未提供。
在已有技术中，方法最佳化利用了改善后的吸附剂平衡特性，其N2吸附容量较高及N2/O2选择性较高，从而使利用真空脱附方法达到较高的总产品回收率。提高脱附压力(降低压力比)以降低能耗。缩短循环时间以保持床尺寸及吸附剂成本。达到最低压力比并不是最佳化的主要目的。的确，压力比的降低受到了伴随床尺寸增加和产品回收率降低的限制。在已有技术中，对应于“最佳性能”的最低压力比是5∶1或更高一些。
许多已有技术都注意通过循环步骤的改进来不断提高工艺方法的有效性。巴克斯(Baksh)等人就给出了这种改善的一个好实例(US 5,518,526)。
在达到较低能耗中，低压力比的可能好处一般由于BSF较高和产品回收率较低副作用而受到限制。虽然平衡性质改善了的吸附剂可以在较低压力比下使工艺方法得到改善，但降低至临界或极限压力比以下，对使用最新高成本的吸附剂的工艺会产生更严重的影响。换句话说，由于压力比较低，出现吸附剂藏量增加，对工厂资本投资会有显著影响。凯舍尔(Kayser)及克耐贝尔(Knaebel)对5A及13X吸附剂的临界或极限压力比在理论上给予了定义(化学工程科学，41，2931，1986；化学工程科学，44，1，1989)。压力比较高时O2回收率/压力比特征较为平缓(几乎回收率不变)，但在临界压力比以下，表现回收率急剧下降。临界压力比取决于吸附剂类型、也取决于工艺操作条件，这些极限在实际应用中尚未很好定义。然而，回收率下降的趋势一般都不鼓励于在压力比低于约4∶1下进行PSA O2工艺操作。
最近，雷吉及扬等人(工业工程化学研究，36：5358-5365，1997)提出了对LiX沸石的极限，揭示了对LiX的O2回收率/压力比特征，类似于早期由其它人对13X及5A吸附剂所作定义。雷吉及扬等人的理论结果提示对真空变换方法压力比低至2∶1会有少量O2回收率损失。他们认为其性能是由于该吸附剂优异平衡特性所引起，并指出对于它们循环的最低最佳BSF应为18公斤/公斤氧小时(1500磅/TPDO)。在理论模型中，吸附剂床压力降及吸附剂的扩散阻力都是被忽略了的。分析中不考虑能耗。
李威特(Leavitt在US 5,074,892中)提出了对具有最新吸附平衡特性的吸附剂，如LiX、苛性煮解的NaX，O2生产循环的低压力比范围在1.4-4.0。李威特的主要动机是通过降低能耗来降低总工艺成本。李威特注意到了吸附剂具有高N2吸附容量及高N2/O2选择性的重要性，指出在低压力比下需要达到较高的产品回收率以限制BSF的增加。并建议在低压力比下较大量的吹扫可部分抵消对N2较低吸附容量的影响。尽管指出的能耗降低令人印象很深，但随压力比的下降，BSF却大大增加。李威特没有考虑吸附剂本征扩散率对工艺性能的影响。
斯莫拉瑞克(Smolarek)在共同未决的US专利申请No.08/964,293(代理案号No.D-20335)中曾提出一种两床VPSA的O2循环，利用单段真空装置。吸附压力范围在1.3-1.6大气压，脱附压力在0.4-0.55大气压。优选压力比在2.75-3.0的范围。径向流吸附塔也被用来达到最佳流体分布和最低压力降。较高的脱附压力增加了摩尔通量，降低了真空泵前后压差，以致能够选择简化及费用较低的真空设备。较低的压力比导致产品回收率降低，反过来又需要较高的进料量，以达到与产品量相当，即与较高压力比的循环相比。循环时间缩短，但为保持BSF不明显增加，又受到避免对该工艺引入另外缺陷的限制。与提高压力比的参考资料比较，斯莫拉瑞克(Smolarek)的权利要求项并没增加BSF。在斯莫拉瑞克(Smolarek)的主张中，没有提到吸附剂性能，尤其高吸附速率特性，对工艺性能的影响。
要减少在任何压力比下吸附剂藏量和吸附剂成本，缩短循环时间是一种关键的策略。甚至对于低压力比循环，这甚至是更重要的。尽管较短的循环造成较短的床层和较高的吸附剂利用率，但产品回收率受到影响，除非提高吸附速率。这种现象理论上可用术语传质区(MTZ)的尺寸来表征，即随床深减小，质量传递区变成吸附剂床的一个不断增长的部分。对于重质气体组分由于吸附剂在MTZ区的利用率比在平衡区的低很多，在这部分增加时，吸附容量降低。当传质阻力由于孔隙扩散占主要时，减小吸附剂粒度会使吸附速率更快和传质区更小。不幸的是，吸附剂床压力降也随粒度减小而增加。
阿尔蒙德(Armond)等人(UK专利申请、GB 2091121A，1982)证实一种短循环(＜45秒)/低压力比(3.0)的空气分离方法，利用了5A分子筛。这种循环是超大气压的，操作在接近于环境的脱附压力下。看起来，阿尔蒙德采用非常小的颗粒(0.5-1.2毫米直径)达到了比较少的吸附剂藏量，而利于缩短循环时间。但是，通过床层的压力降十分高(48千帕/米)，因为能耗高，达0.7千瓦小时/标立方米氧(20kW/TPDO)。可以想象，高能耗是由于低产品回收率的结果。
阿克利(Ackley)等人在共同未决PCT专利申请No.US99/04383(代理案号No.D-20393)中已经描述了若干改进方法，利用比常规吸附剂本征扩散率高的最新吸附剂。在固定的压力比下，增加吸附/脱附的速率，产生较高的N2传质系数，说明O2的产品回收率提高。然后，这个概念应用于达到非常短的循环和非常低的BSF，同时实现仅使产品回收率下降最少。
诺塔罗(Notaro)等人在共同未决PCT专利申请No.US99/04388(代理案号D-20270)中描述了一种PSA空气分离方法，其中吸附剂是依据有关本征速率与平衡特性的结合加以选择的。
因此，本发明的主要目的在于降低产品成本，减少能耗和增加吸附剂生产能力，实现高性能吸附方法分离气体。
本发明的另一目的在于提供一种改良PSA的空气分离方法。
发明概述
构成本发明的一种气体分离方法将高本征扩散率吸附剂的应用与低压力比的PSA循环结合起来。该方法的进一步强化是由于利用了快速循环、浅层床及小颗粒---尤其在径向床结构中的结果。现已发现，低压力比、高速率的吸附剂及快速循环的结合，导致了未意料到的床尺寸因子(BSF)与能耗同时降低的结果。这些效果是通过使用高速率吸附剂同时使产物回收率下降减至最低而获得的。最终结果使产品成本显著降低。
高吸附速率部分补偿了随压力比降低而形成的产物回收率下降，因此能在对未预料到的BSF总下降起作用的浅层床中进行快循环操作。本发明使传质速率(和有关颗粒性质)、循环时间和床深的作用结合一起，显著提高在低工艺压力比下的气体分离有效性，即增加诸如吸附剂生产能力(较低的BSF)和降低工艺能耗。
缩短循环时间和降低压力比二者都会导致产品回收率下降。对于前者这是由于贡献于传质区的床层部分增加，而对于后者是由于吸附剂选择性及分离有效性的下降。分离有效性下降在采用最新吸附剂的真空脱附循环是主要的，如采用像LiX的吸附剂而且在这种场合下压力比下降一般都由于脱附压力上升。应用高本征扩散率的吸附剂，会使在工艺性能中这些不理想的影响减至最小，尤其在低压力比下。
尽管本发明对于空气分离的情况已经证实，但其一般方法用于其它气体分离则：(1)取决于平衡吸附选择性的差异；而且(2)其中传质阻力是以吸附剂颗粒的微孔扩散为主。此法特别可应用于在PSA方法中利用对N2选择性的吸附剂，如用X型沸石或最新吸附剂，诸如高Li交换X型或其它单价阳离子交换后的沸石，来生产O2。本发明也特别好地适用于采用高吸附容量及高选择性的吸附剂(与高本征扩散率相结合)，分离气体混合物中最选择性地被吸附的(重)组分。
已有技术已将注意力集中到了增加对氧的回收率，并为了较低能耗，仅采用了较低压力比，达到由最新吸附剂改善的平衡特性本来所允许的程度。因此，对吸附剂容量和选择性的每种新改善，均发现在适当较低的压力比下能够达到合理的产品回收率。但是，较低的对N2吸附容量和由较低压力比所要求的较短循环时间又导致了较低的吸附剂生产能力(较高的BSF)。已有技术试图通过缩短循环时间来抵消这种影响，但甚至进一步造成产品回收率迅速下降---从而抵消了低压力比的较低功率的收益，并限制了由于缩短循环构成的吸附剂生产能力的潜在效益。采用较小颗粒抑制较快循环中产品回收率的损失是有限的，因为吸附剂床压力降随粒度减小而增加，反过来，又对能耗产生负面影响。
本发明通过较高的本征扩散率达到较高的吸附速率，而不需使用非常细的颗粒(如本发明优选使用平均粒径(dp)≥0.8毫米，更优选≥1毫米的颗粒)。然而，按照微孔隙扩散率恰当选择的吸附剂粒度可用于进一步加强本新发明的好处。
本发明还注意了降低产品成本。这种方法不要求增加产品回收率；而是要求以达到产品成本最低的方式来选择循环时间、床深、压力比、流率。现已发现，利用改性后具有高吸附速率(高本征扩散率)的吸附剂，可更充分发挥低压力比的潜在好处，即与减小粒度的结果相反。令人惊奇的是，现已发现，在压力比降低时，吸附剂的生产能力可以保持或甚至升高。
附图简述
图1是这里实施本发明所采纳的VPSA的流程图。
图2为表示实施本发明的循环步骤的一种可能组合流程图。
图3为特别适用本发明的一种径向床吸附塔的横截面图。
优选实施方案详述
开始先对结合本发明的PSA工艺采用的优选吸附剂加以说明。而后考察在PSA中优选吸附剂应用的所有描述，再讨论已经进行试验的具体实施例、对PSA系统的详细描述和在此所实行的工艺步骤。
本发明应用了由低压力比PSA的循环与高吸附剂本征扩散率结合所得出的意外结果。对负压、过渡大气压及超大气压的压力比下的循环，也可能对任何大量气体的分离，都可能获得本发明的效果。虽然这些效果对这样高的平衡性能材料来说，可能最具有吸引力，但这些教导并不限于最新吸附剂。在PSA空气分离中，将低压力比与高吸附剂本征扩散率、短循环及浅层床结合一起的好处如下：
-降低能耗
-增加吸附剂的生产能力(降低BSF)；
-缩小容器尺寸；
-保持或降低系统压力降；
-降低产品成本。
产生上述好处是由于低压力比下采取高速率吸附剂与短循环、浅层床及简化压缩设备的综合作用更多地抵消了伴随较低压力比而形成的产品回收率较低的结果。事实上，可在产品回收率与低压力比间相互取舍，直至达到最低产品成本。
吸附剂孔结构可通过改进吸附剂处理步骤加以控制，如沸石合成、离子交换、焙烧、干燥等。但是，沸石性质对生产参数的微小变化非常敏感，而这些变化常常有害于吸附剂，结果使沸石生产须经更为严格工艺参数的控制。
表1所示工业沸石吸附剂，如13XHP、5AMG、LiX(2.5)及(2.3)。市场可提供的如由联合油公司(UOP，Des Plaines，USA)的球粒，其N2的孔扩散率(Dp)均在非常狭窄的范围(2.6×10-6至3.2×10-6平方米/秒)，如表1所示，其中N2孔扩散率是通过在1.5巴，300K下用空气进行的穿透试验确定的。这些同类材料的空隙率(εp)都在常规沸石的0.30-0.38范围。
表1  常规与高本征扩散率的吸附剂比较
名称 沸石(SiO2/Al2O3) εp dp毫米 DpN2平方米/秒
3X NaX(2.5) 0.314 2.1 3.2×10-6
5AMG NaCaA 0.315 0.7 3.1×10-6
Oxysiv-7 Lix(2.5) 0.356 0.55 2.6×10-6
N-1A Lix(2.3) 0.352 1.9 2.9×10-6
Z-0 Lix(2.0) 0.345 1.6 3.0×10-6
Z-1 Lix(2.0)，c.d. 0.347 2.0 5.5×10-6
Z-2 Lix(2.0)，c.d. 0.379 1.25 4.2×10-6
孔扩散率＝Dp
孔隙率＝εp
苛性蒸煮过＝c.d.
粒径＝dp
本征扩散率提高了的吸附剂已按赵的共同未决专利申请No.PCTUS99/04219(代理案号D-20658)中所述方法生产，这里引以参考。在表1中列有两个这样的样品(Z-1及Z-2)，并表明孔扩散率比常规吸附剂的改善有一30-70％的最低值。样品Z-0是一种最新LiX(2.0)吸附剂(如赵在US 4,859,217中所述)，具有一般孔扩散率和平衡性质，并用于以下VPSA的性能比较。
赵在PCT专利申请No.US99/04219(代理案号No.D-20658)中已经说明生产其本征扩散率高于常规的各种吸附剂的配方及方法。通过先用少量粘结剂与成球步骤中的沸石结合而后苛性蒸煮(即c.d.)的方法，可以提高吸附剂的孔扩散率。还可通过添加纤维或亚微米胶乳颗粒然后再烧尽的方法，进一步提高吸附剂本征速率特征。对于生产本发明Z-2吸附剂的详细手续，这里仅以一个制备这种高速率吸附剂的实施例加以描述，不必限制在任何某一方法或配方。制备Z-2的方法包括4个主要步骤：球粒成型、苛性蒸煮、离子交换及焙烧，如下：
球粒成型：
取2640克干重的NaKX2.0(湿重4190克)沸石、360克干重的ECCATex-611(湿重429.1克)高岭土和210克的玉米淀粉，研磨15分钟，同时以速率10毫升/分钟泵入水。然后将加水速率减为4毫升/分钟持续100分钟，再研磨该混合物又35分钟。将研磨后的混合物转移至一个DBY-10R Nauta混合器中(由细川(Hosokawa)微米粉末统公司提供)，混合约1小时。将团块破碎以返回粉末态的混合物中。再用喷雾器缓慢加水。随混合物水分增加，开始形成球粒。在大小为8×12的球粒收率达最高时添加干燥后的粘结混合料，终止球粒长大。
在空气中干燥这些球粒过夜，然后在Blue M炉中用干空气吹扫进行焙烧。炉温在2小时内猛升至600℃，然后在空气吹扫过程中保持600℃2小时。
苛性蒸煮
取1861.8克干重大小6×16的内含12％粘结剂的焙烧后NaKX2.0球粒，用于苛性蒸煮。将360克NaOH(9摩尔)及251.1克(4.475摩尔)KOH溶于7386克水中，制备苛性蒸煮的溶液。将320毫升的防蚀NaKX2.0球粒加至该溶液中，并在90℃下搅拌2小时。该溶液经静置沉降，收集上清液6397.7克。将1477.2毫升的水、72.0克的NaOH及50.2克的KOH加至该上清液中，补足被放出的苛性液。将所得溶液用作为蒸煮溶液。
将这些球粒装入2只直径3英寸的不锈钢塔柱中，使普通储罐中的该溶液以流率30毫升/分钟在温度88℃下轮流经各塔柱进行循环26小时。在蒸煮之后，泵送40升NaOH溶液(pH＝12，温度88℃)通过各塔柱，洗涤球粒。用30升NaOH溶液(pH＝8.5，温度88℃)进一步洗涤各塔柱内球粒。将产品NaKX2.0CD进行空气干燥，并筛选各种粒度馏分。
离子交换
取干重694.5克的NaKX2.0CD 8×12的球粒，装入3英寸内径的玻璃塔柱内。在该塔柱底用3毫米耐热玻璃球堆积一层10英寸高的床层，用作溶液预热区。塔柱用加热带加以缠绕。先将离子交换溶液输送通过15升90℃的预热烧瓶，脱出部分所溶解空气，防止以后对塔柱不利的空气泡形成。接着将热溶液泵入塔柱底部。
离子交换溶液是用2162克的LiCl溶解于80升蒸馏水(0.64摩尔)方法制备的，然后加入LiOH溶液，调节其pH值至9。将该溶液以15毫升/分钟的速率泵送通过塔柱，直至达到有10-12倍于球粒全Li交换的化学计量LiCl循环通过该塔柱。完成离子交换后，用30升90℃蒸馏水洗涤产品，洗涤流速60毫升/分钟。添加LiOH溶液调节pH值至9。
干燥与焙烧
洗涤后产品首先经空气干燥，再于低温炉内用足够空气吹扫3小时进一步加以干燥，带走球粒中约12-15％的水分。干后的球粒在Blue M炉中用大量干燥空气吹扫焙烧。2小时内炉温急骤由室温升至600℃，再保持600℃下40分钟。在温度450℃时从炉中取出样品，放至紧密密封的玻璃罐中进行冷却。
重复上述步骤数次，以生产足够数量的沸石，供中间工厂试验(约25磅)用。混合各生产批的样品后，将沸石装至中间工厂的吸附塔容器内。用所调混的混合物测定吸附剂的性质。
有效N2及O2的扩散率在1.5巴，300K下用一种穿透试验与精确模型结合方法加以测定，对本领技术人员这一切都是熟悉的。对表1中吸附剂所确定的O2有效扩散率约为N2有效扩散率的35％。本发明关于PSA的改进已与N2有效扩散率关联。穿透试验与确定扩散率的经验方法的细节均同于阿克利等人在共同为决的专利申请NoPCT/US99/04383(代理案号D-20393)中提供的方法。除上述吸附剂外，本领技术人员均知道，另一些孔扩散率提高了的吸附剂也可以同样方式用于这里所述实现对工艺性能的相应改善。
术语孔扩散率、有效扩散率和本征扩散率，在这里都可交替使用。所谓“本征扩散率”指由于吸附剂颗粒本征特性的传递性质，包括，但不局限于，微孔结构、尺寸、形状及长度等。术语“微孔”是用于包括在标准Hg孔隙仪测试中沸石所有粒内一般被穿透的空隙容积(构成孔隙率的容积)。的确，材料的本征或有效扩散率是与粒度无关的。
PSA/吸附剂系统讨论
本发明可将吸附剂分布于一个或多个不同的吸附区内，如预处理或主吸附剂区。在各区可装有一种或多种吸附剂，对同一吸附剂容器并非必须包括几个区。预处理区设于最接近入口处，其目的在于脱出进料物流中所有不理想的污染物。空气分离中一般污染物是水及二氧化碳。对于本领技术人员都明白的是，在预处理区可采用沸石、活性氧化铝、硅胶以及其它适宜吸附剂。主吸附剂区位于预处理区下游，(相应于在吸附步骤中流过床层)和装有对进料中主要重组分有选择性的吸附剂。如果在进料流中无污染物，可免去预处理区。
这里所描述的PSA方法是指其中气相混合物中至少两个组分的分离是通过主吸附剂对此二组分的平衡吸附容量差而实现的方法，即与另一组分的吸附相比，在混合物中至少一个组分更易被选择性地吸附而达到平衡。本发明采用比常规吸附剂本征扩散速率更高的吸附剂。
在平衡分离中，气体混合物穿过吸附剂颗粒床，使被强吸附的气体组分(重)保留下来，而另外组分(轻)则从吸附塔出口排出。在吸附步骤开始时，传质区形成并移动通过床层。几乎所有的吸附都发生在这个区内。经过该区长度，被脱出的气体浓度从其在进料混合物中的浓度值下降到非常低的数值。对有些分离方法，该区非常快地达到不变的长度(通常比总吸附剂床深度小很多)，并以不变速度移动通过床层。如果需要轻产品的纯度较高，当该区前沿刚开始突破床出口时，就必须停止吸附步骤(并接着进行再生的步骤)。此时该床层传质区在接近出口处，该床其余部分则完全被更牢固保留的组分所饱和，与该组分进料浓度相平衡。
位于主吸附区入口至传质区尾部之间的床层部分被称为“平衡区”。如果对床的设置短于传质区长度，则被脱出组分会穿透该床，并立即开始吸附步骤。当传质区部分的尺寸保持小于床总尺寸时，该吸附剂对重组分的总吸附容量达到最大，即在吸附步骤的末尾，大部分床被饱和(平衡区)。较快速的循环要求较短的床，使传质区部分的尺寸增大。采用高本征扩散率的吸附剂，可抵消这种影响，并能采用快循环，同时避免增大传质区部分的尺寸。
传质区的尺寸受粒度及气体扩散进入颗粒的回收率的影响。在许多情况下，这种扩散的最大阻力是在颗粒微孔中，即气体分子必须经过颗粒内狭窄和弯曲的空隙路径，到达吸附剂的活性表面。如果减小粒度，这种传递进行得非常快(由于路径缩短)---使传质区更短。这种方法既有限制又有缺点，因为颗粒小时会导致单位床长度的压力降增加，在床内难保留住颗粒，并增加了流化的趋势。这种方法进一步受限制之处在于，它忽略了直接增加粒内扩散率而不必通过减小粒度来改善工艺性能的可能性。
在固定床吸附塔内通过吸附剂实体的压力降是与通过床层的气体速度、床内颗粒尺寸、颗粒充填密度及床深度相关。用众所周知的欧根方程来确定这些参数间的关系(见化学工程进展，1952)，也已广泛用于确定固定吸附剂床的压力损失。简单低说，较小颗粒、较深的床层，较高的气体流速和较密实的充填，都会使压力降增加。
尽管具体的吸附塔是与所要进行的分离特性相关，但在利用N2选择性吸附剂生产氧气中以及在其它常规PSA方法中，吸附剂床压力降小于或等于56毫巴/米(0.25每平方英寸磅/英尺(psi/ft))、床深1.2-1.8米(4.0-6.0英尺)，已很普遍。为补偿由于减小粒度而造成较高的压力降以及为减少能耗增加及形成流化的趋势，必须减小床深及/或减小通过床层的流速。这些改变会导致回收率降低及调整对固定粒度床的利用，即较短的床必需以致使回收率降低和床层利用可能有些改善的较快循环为条件，虽然降低速度由于最终进料量较低可抵消床(例如固定入口面积)利用的改善。
尽管后一问题可用增加流通面积的办法克服，但对吸附塔容器的尺寸是有一些实际限制的---特别是在采用常规圆筒轴向流的吸附塔时。
阿克利等人(共同未决申请NoPCT/US99/04383(代理案号D-20393)此后被整个引以参考)指出了一种在中等压力比下(5∶1)提高VPSA有效性(最大产品回收率)及降低产品成本的方法，利用快速循环和浅层床。实施阿克利等人的方法，利用了高本征孔扩散率的改性吸附剂所达到的高传质速率。这些吸附剂的实施例为赵所限定，如在共同未决申请NoPCT/US99/04219(D-20658)所述，其内容在此引以参考。
粒度也可结合高本征扩散率加以选择，以适应高产品回收率的传质速率。尽管这种指导可用于任何工艺压力比，但阿克利等人并未指出这些概念与低压力比的整体组合。尤其，没有指出通过将这些做法的结合能降低压力比而不遭致通常预计的吸附剂生产能力损失。
斯莫拉瑞克(Smolarek D-20335共同未决申请No.08/964293，其内容在此引为参考)指出了脱附压力高低、床层物流及压力降及应用简化真空设备对于使低工艺压力比时产品回收率下降最少的重要性。这种简化的设备与低的压力比的组合导致产品成本降低。斯莫拉瑞克还指出了缩短循环时间不对工艺“产生另外的不足”的限制。但斯莫拉瑞克未指出具体的吸附剂，也未提及高速率的吸附剂。
实施例：VPSA性能比较---氧生产
用吸附剂Z-0及Z-2(如上表1所述)进行一系列中间工厂试验，以证实本发明用于VPSA空气分离的好处。在所有试验中吸附压力保持于约1.5巴，同时脱附压力变化于使压力比达到5.1、3.3及2.6的要求。注意术语“压力比”定义是吸附对脱附过程的压力比，测定分别在吸附及脱附终止时进行。
该中间工厂是由两个床组成，其操作异相，有一循环及类似于巴克什等人在US 5,518,526中所述的若干步骤，细节如下。生产90％纯度的氧气的性能结果汇总于下表2中。
表2
试验号 吸附剂 压力比 循环时间(秒) 床高(米) O2回收率 BSF归一 能耗归一
1 Z-0 5.3  45.0 1.0 71.5 1.0 1.0
2 Z-0 3.4  33.0 1.0 60.5 0.97 0.97
3 Z-2 5.0  41.5 1.0 74.5 0.78 0.99
4 Z-2 3.1  24.5 1.0 58.5 0.78 0.91
5 Z-2 2.6  20.5 1.0 51.0 0.92 0.88
6 Z-2 3.3  25.0 0.9 60.0 0.76 0.90
用高速率吸附剂Z-2替换吸附剂Z-0所达到的性能改善，可通过床深1.0米的若干床的试验1和3结果加以评价。对于采用Z-2吸附剂的工艺，产品回收率由71.5％增至74.5％，比功率(总工艺功率/单位氧产品)下降仅约1％，而BSF却有巨大下降(22％)。床尺寸因素(BSF)及总工艺功率已被按试验1中所获得的数值加以归一。
出现BSF降低，是由于产品回收率增加、循环时间缩短、Z-2密度比Z-0低及可能进料气体量较高与高速率吸附剂综合作用的结果。
对于具有常规扩散率的最新吸附剂(Z-0)试验1及2，结果表明，伴随压力比由5.3降至3.4 O2回收率显著降低(由71.5％至60.5％)。这些试验都是在吸附剂床深约1.0米下进行的。由较低的压力比造成较低对N2吸附容量必须以缩短循环时间为条件。BSF略有下降，与李威特(Leavitt)在US 5,074,892中所报告的显著增加相反。也达到了功率中等程度的下降，但这是有限制的，由于产品回收率有很大的降低。试验2性能是斯莫拉瑞克等人(共同未决申请No.08/964293)所指出的方法中有代表性的。
对试验3及4间的高速率吸附剂Z-2，造成同样的压力比下降。这里O2回收率的下降仍然是主要的(74.5％至58.5％)，尽管在这种情况下由于高速率吸附剂的有利影响使BSF保持不变。在压力比下降时，能够保持BSF是由于能用本征扩散率较高的吸附剂达到非常短的循环时间的结果。比较表2中试验4与试验2的结果，显然，替换高速率吸附剂可使由于循环时间缩短而造成的O2回收率损失减至最小。由于工艺的能耗降低，吸附剂Z-2的高本征扩散率也能更充分发挥较低压力比的好处。
比较试验1及4的结果，由于较低压力比与对N2高吸附容量的结合，比功率下降达9％，对于试验4，BSF下降22％(与试验1比较)是由于上述因素的结合和由于Z-2吸附剂对N2吸附容量在压力比3.1下比吸附剂Z-0的高约12％的结果。这样的吸附容量差异是由于在苛性蒸煮的工艺步骤中使粘结剂转化至沸石中所致。用于达到高本征扩速率的其它处理对策不一定会产生这样较高的对N2吸附容量。的确，尽管这是有利的，但这种较高的吸附容量对实施本基本发明并不是主要的。
对吸附剂Z-2，将压力比进一步由3.1降低至2.6。从试验5结果可看出O2产品回收率(在压力比3.1时试验4的58.5％)下降至51.0％，而与试验4结果相比，BSF上升很明显，功率继续下降。这里，由于产品回收率下降占主要，较低压力比潜在好处被抵消，即对于这种床深和吸附剂扩散率，其压力比降低太多。采用本征扩散率高于吸附剂Z-2的吸附剂，如吸附剂Z-1，在压力比低于3.1时会维持所需BSF与功率的同时下降。然而，与试验1在压力比5.3时的相比，在压力比为2.6时试验5的性能对功率及BSF二者都有明显好处。
上述结果说明了使低压力比与高吸附剂本征扩散率相结合又保持不变床深的好处。循环时间只能缩短到必需补偿吸附剂因低压力比而降低对N2吸附容量的程度。可进一步利用低压力比来获得另外性能上的长处，采用较短床更快的循环，即只要吸附剂的本征扩散率足够高。
试验6采用床深0.9米，压力比3.3的条件完成。令人惊奇的是，产品回收率由58.5％增加至60.0％，而BSF及功率不断降低，即与同样压力比下试验4的结果相比。这些改善来自较快速的循环/较浅的床层，部分是由于较低的床层压力降和改善了的流动特性的结果---通过吸附剂的高速特性可以实现其组合。
表2的结果不是用循环时间、床深及压力比来表示吸附剂Z-2所需条件的全部定义。对于这种吸附剂，在压力比3.3时，较短的床和较快的循环还可构成另外一些优点。此外，可使较低的压力比(＜3∶1)与甚至本征扩散率更高的吸附剂(诸如表1中的Z-1)相结合，以取得超过吸附剂Z-2所能得到的另外一些性能改善。
因此，较高的本征扩散率可以在固定压力比及/或延伸至更低压力比的两种情况下改善性能，达到甚至更低的产品成本。
由吸附剂Z-2试验4、5及6的结果表明，BSF及比能耗明显下降使O2产品成本下降很多---尤其可能在更低压力比下与真空设备简化(如单段真空泵)相结合时。估计为获得较高本征扩散率，对吸附剂进行特殊处理，导致吸附剂可能较高的成本，会超过由于BSF较低的补偿。对与给定工厂能力，在较低压力比下出现较低产品回收率会带来较高的空气压缩费用。因为工艺抽吸压力较高，所以这些附加费用超过了在较低压力比下抽空动力及设备费用中省下来的补偿部分。
本发明表现了在空气分离PSA性能上的明显进展，因为由试验4及6所表示的方法同时达到BSF＜225千克/TPDO和能耗＜7.5千瓦/TPDO。
由上述空气分离的实施例可明显看出，对于特定的本征扩散率通过调整压力比、循环时间及床深可获得最低产品成本。最好的条件组合对于吸附剂将随不同的本征扩散率而变。而且，本发明可应用于其它气体分离，通过采取较低压力比以较低能耗达到最低产品成本。因此，对于最低成本的工艺条件正确组合，将取决于吸附剂的性能和所关注的分离。
对于PSA空气分离，采用对N2本征扩散率等于或高于3.5×10-6平方米/秒的吸附剂时优选压力比范围在约2.0-5.0。对于对N2本征扩散率等于或高于4.5×10-6平方米/秒的吸附剂，更为优选的压力比范围在约1.5-3.5。
VPSA方法/系统描述
现参照图1及2，描述按照本发明VPSA系统的操作。参照图1，VPSA系统10包括进料空气入口12，能使进料空气经入口过滤器14及入口消音器16而进入。空气经进料空气鼓风机18压缩，经排放消音器20及管线22输送至该系统。在卸料期间，进料鼓风机通过伐门24进行放空。
空气经管线30及开伐32和34进入吸附塔26及28。废N2及污物经开伐38和40及管线42及真空泵44从吸附塔脱出。在卸料期间，由真空泵44通过开伐48再循环。
产品回流步骤及产品产出经管线50及伐门52和54完成。产品产出通过管线56及伐门58进行。最终产品的储存置于平衡罐60内，并经伐门64及管线66输送至使用点62。如果该VPSA系统是用于生产O2，各吸附塔床26和28装有对N2有选择性的高速率吸附剂。
在实施本发明过程中，对由VPSA系统10所执行的工艺步骤，将结合如图2所示的工艺步骤流程加以描述。表3表示代表性循环中每一步骤消逝的循环时间、起始压力及终止压力。本领域技术人员都会承认，采用其他循环结构也可以实施本发明的各基本环节。为便于以下描述循环，这里，容器“底”指的是进料入口，而容器“顶”是产品抽出点。注意在吸附塔床26进行1-6步骤时吸附塔床28进行7-12步骤。
表3
单段循环
步骤描述                        步骤时间     起始压力终止压力
                                秒           千克力/厘千克力/厘
                                             米2     米2
*步骤1                          2.0          0.56     1.01
以重叠平衡提升压力进料
步骤2#                          2.0          1.01     1.33
以重叠产品增压提升压力进料
步骤3#                          2.0    1.33    1.54
提升压力进料
步骤4#                          2.0    1.54    1.61
以制成品恒压进料
步骤5#                          4.0    1.61    1.61
以制成品及吹扫恒定压力进料
步骤6#                          2.0    1.61    1.33
降压平衡
------------------------------半循环----------------------
步骤7#                          2.0    1.33    0.91
以重叠平衡降压抽空
步骤8、9及10                    6.0    0.91    0.49
降压抽空
步骤11                          4.0    0.49    0.49
以氧吹扫恒压抽空
步骤12#                         2.0    0.49    0.56
以重叠平衡提升加压抽空
此后进一步细节对各步骤列于表3和说明于图3中。
步骤1#：
以重叠平衡提升压力进料：
此步骤开始进料空气增压期。将空气(例如)通过压缩机18经管线22输送至吸附塔床26底。吸附塔床26内压力迅速上升，由0.56至1.01千克力/厘米2。此步骤持续时间2秒。在此步骤同时将富氧平衡气由吸附塔床28引入至吸附塔床26顶。
步骤2#
以重叠产品增压提升压力进料：
此步骤继续进料空气增压期。将空气经压缩机18输送至吸附塔床26底。在此步骤压力由约1.01升至1.33千克力/厘米2，此步骤持续时间约2秒。在此步骤中，将取自产品平衡罐60的氧再增压气同时引入吸附塔床26顶。
步骤3#
提升压力进料：
仅将进料空气引入吸附塔床26，并关闭该容器的顶部。在此2秒步骤中，压力从1.33上升至1.54千克力/厘米2。在此步骤通过压缩机18供应进料空气。
步骤4#-5#
以制成品恒定压力进料：
将进料空气引入至吸附塔床26底，同时从塔顶脱出氧产品。在此6秒期间保持压力相对恒定，在约1.54至1.61千克力/厘米2。由压缩机18供应进料空气。将产品氧送至氧气平衡罐60和吸附塔床28作为步骤5的氧吹扫。氧产品的纯度在产出步骤保持相对恒定(90％)。
步骤6#
降压平衡：
在此步骤期间，将吸附塔床26顶的残余氧产物从容器顶抽出。吸附塔床26底无物流流出。在此2秒步骤期间，容器压力从1.61千克力/厘米2下降至约1.33千克力/厘米2。在此步骤中压缩机18进行排放。
步骤7#
以重叠平衡降压抽空：
打开伐38并用泵44从吸附塔床26底脱出废氮气。在此2秒步骤中，压力从1.33千克力/厘米2下降至约0.91千克力/厘米2。氧浓度开始处于空气的纯度，并迅速下降。在富氧气体从吸附塔床26顶脱出时，继续平衡下降步骤。
步骤8-10
降压抽空：
用真空泵44从吸附塔床26底脱出废氮气。在此6秒期间，压力从0.91千克力/厘米2下降至约0.49千克力/厘米2。在此步骤中3吸附塔床26的顶端关闭。废气中氧浓度达到步骤10终止时的最低值。
步骤11
以氧吹扫恒压抽空：
达到最低抽空压力，并引入吹扫氧至吸附塔26顶。由于使吹扫流与抽空流保持一致，在此4秒步骤中压力在0.49千克力/厘米2保持不变。
步骤12#
以重叠平衡提升加压抽空：
用真空泵44继续从吸附塔床26底脱出废气，同时因此在塔顶加入氧平衡气体。在此步骤中由于氧平衡流大于抽空流，压力上升。在此2步骤中，压力由7.0psia上升至约8.0psia。
上述循环仅为说明性的，采用其它吸附循环也可体现本发明的基本特点。
径向床结构
本发明VPSA方法，由于采用低压力比，特别适合采用径向床结构。图3描述这种径向床的结构。进料与废气是通过管80送至径向流结构的装置82，在此进口气流向容器84的外壁。
将均匀分布于下头盖86中的气体经器外直立流路90送至吸附床88，使之往上通过直或弯曲的流路。然后该气体以径向朝内的方式流过吸附塔床88。将吸附塔床88的产品端流出的气体收集于直立流路92内，并向下流。将产品气收集于容器84底的锥形收集装置中。所收集的产品气经装在进料管80内的管线96流出该容器。另一方面，对管线96也可取其在如图3所示容器的顶部方向抽出产品气体。
对于VPSA方法的成功操作，容器流的分布是关键性的，形成物流分布主要靠该吸附塔进料及产品端间通道的压力差。这种压力差属于流动气体摩擦压力损失与速度头变化共同作用结果。当物流进入通道时，这两种效应趋于抵消，当物流流出通道时，又相互叠加。其抵消和叠加的程度受该室内部几何形状的影响，即通过弯曲通道的设计。所有的VPSA方法自然都可周期地逆转气流方向，以完成后续的吸附和脱附过程步骤。
小结
本发明主要特点如下：
1)、低压力比，结合高孔扩散率吸附剂；
2)、低压力比，结合高孔扩散率吸附剂，结果使BSF＜500磅/TPDO，总功率＜7.5千瓦/TPDO，更优选BSF＜300磅/TPDO，总功率＜7.0千瓦/TPDO；
3)、浅层床，结合上述1)，然后浅层床和较短的循环与上述1)结合，以及床深/循环时间的结合按以下依次越来越优选：＜1.2米/＜40秒、＜0.9米/＜30秒及＜0.6米/＜2 秒；
4)、单段真空设备，与上述1相结合)；
5)、径向流吸附塔，与上述1)或上述4)相结合)；
6)、与上述1)相结合，吸附及脱附中吸附剂床压力降优选不超过1.5psi，在吸附及脱附中吸附剂床压力降最优选不超过1.0psi；
7)、结合上述1)，调整粒度至本征扩散率能使传质速率达到最大而不显著增大压力降，最优选的粒度范围在平均粒径约0.8-1.6毫米；
8)、结合上述1)，其吸附容量及/或选择性提高了的吸附剂。
本发明的主要目的在于，在PSA工艺中通过使高本征扩散率吸附剂与低压力比的结合来降低产品成本。本发明针对以颗粒间孔扩散控制质量传递为主的基于平衡吸附的分离方法。
尽管实施例已针对采用单一主吸附剂的空气分离，但本发明并不局限于二元混合物，也不限于用空气作为进料，不限于单一主吸附剂。在要实现非单一分离时，采用包括一种或多种吸附剂作为主吸附剂也是可行的---每种吸附剂担负一种不同的分离或达到同一分离的不同水平。因此，在主吸附剂区的不同吸附剂材料的性质(尤其与吸附速率相关的性质)是按照使所有工艺要求分离最大化加以选择的。这些工艺方法的实例包括，由H2/CO/CO2/CH4混合物回收H2，由空气脱出H2O及CO2，由空气分离Ar、N2或O2，干燥工艺物流和从烟气或从H2的PSA尾气中回收CO2。
本发明也可应用于回收轻质或重质产品或二者的吸附方法。在所有情况下，应使关键吸附质的孔扩散率最大。低压力比的好处是可能使本体分离达到最大，其中重组分也是进料气体的主要组分，尤其在使用真空脱附的工艺中。恰当匹配脱附压力与排出真空设备的抽吸压力可构成一种简化并降低设备费用的方法，如通过减少压缩段数、免除后冷却等。
利用对N2选择性吸附剂的空气分离属于用较低压力比来表现能耗降低可能性很大的一个主要实例。
建议采用X型沸石吸附剂进行空气分离，最优选的是高交换的LiX沸石，如赵所述(引证如上)。X型、A型及天然形成的沸石，内含单价、多价或混合阳离子的，经过恰当处理达到高本征扩散率时，也都可用于本发明。
也应当清楚的是，在主吸附区采用各种吸附剂分布，本发明也可实施，如各种类型或相同类型但吸附及/或物理特性不同的吸附剂层和混合物。例如，本发明的低压力比/高扩散率的概念可应用于分层床，如阿克利在共同未决的US申请No 837,411(代理案号D-20347)中所建议的。尽管对本发明由吸附剂颗粒固定床组成的吸附剂区已有描述，但本发明采用另外吸附剂分布结构也可实施，如采用整体制品、分散于纤维底物上的吸附剂附集物等。
结合吸附剂本征扩散率选择适宜吸附剂的粒度并结合低压力比循环，可得到另外一些改善。对于空气分离和对于优选压力比范围及以上提示的对N2本征扩散率，优选平均粒度(直径)是在0.8-1.6毫米之间。
其后一观点由采用径向流可阐述更清楚。在这种情况下，在控制压力降至可接受水平，选择流域面积、床深及物流分布的灵活性最大。径向流吸附塔对吸附剂特有的约束在于在用细小颗粒时要能避免流化。
本发明一般可应用于全范围的循环步骤及工艺条件，如温度、压力、进料速度等。同样，其概念可以应用于操作于低于大气压(VSA)、过渡大气压(VPSA)或超大气压(PSA)下循环的单床及多床工艺。描述于此的这些概念，并不受任何具体吸附塔结构的限制，并能够有效应用于轴向流、径向流、侧向流等吸附塔。吸附剂可以约束或不约束于吸附塔容器之内。
应当明白，前面所述的仅仅是对本发明说明性的，在不偏离本发明的情况下，本领域技术人员可构想出各种另外的方案和改进。因此，本发明是用于包括所有这些另外的方案、改进及变异，它们都包括在本专利申请所附权利要求项的范围之内。

Claims (24)

1、一种包括重复N个步骤循环的变压吸附方法，所述方法适用于选择性地将第一组分吸附于吸附剂床中，使气体混合物中的组分分离为至少第一组分和第二组分，所述方法包括步骤：
a)、在循环的吸附步骤中，提高进入所述床的气体进料压力至吸附压力，使所述吸附剂能够吸附所述第一组分，该吸附剂对第一组分的本征扩散率等于或大于3.5×10-6平方米/秒；
b)、在所述循环的脱附步骤中，降低该床的压力至脱附压力，使所述第一组分从该吸附剂上脱附下来，所述吸附压力对脱附压力之压力比处于约5.0以下的范围。
2、按照权利要求1的变压吸附方法，其中所述压力比处于约3.5-5范围。
3、按照权利要求1的变压吸附方法，其中该吸附剂对第一组分的本征扩散率等于或大于4.0×10-6平方米/秒，所述压力比处于约1.5-3.5的范围。
4、按照权利要求3的变压吸附方法，其中在一次循环中的最低绝对压力在0.42-0.63千克力/平方厘米范围和在所述循环中最高绝对压力在约1.26-1.68千克力/平方厘米范围。
5、按照权利要求3的变压吸附方法，其中所述气体为空气，所述第一组分为氮，所述第二组分为氧。
6、按照权利要求1的变压吸附方法，其中所述吸附剂是颗粒状的，其平均粒径在约0.8-1.6毫米之间。
7、按照权利要求1的变压吸附方法，其中所述吸附剂是X型沸石，其SiO2/Al2O3比小于或等于2.5，并是用Li交换(＞70％)过的。
8、按照权利要求1的变压吸附方法，其中所述吸附剂床的尺寸为沿气体流动穿过该吸附剂床方向在约1.2米以下，所述方法在时间约40秒内完成步骤a)及b)。
9、按照权利要求1的变压吸附方法，其中所述吸附剂的床尺寸为沿气体流动穿过该吸附剂床方向在约0.9米以下，所述方法在时间约30秒内完成步骤a)及b)。
10、按照权利要求1的变压吸附方法，其中所述吸附剂床尺寸为沿气体流动穿过该吸附剂床方向在约0.6米以下，所述方法在时间约20秒内完成步骤a)及b)。
11、一种实现气体分离方法的、包括重复N个步骤循环的变压吸附系统，所述分离方法通过选择性地将第一组分吸附在吸附剂颗粒床中，使气体混合物的组分分离为至少第一组分及第二组分，所述系统包括：
一种对所述第一组分有选择性的吸附剂，所述吸附剂对该第一组分的本征扩散率等于或大于3.5×10-6平方米/秒；相对于使用较小本征扩散率的变压吸附系统，所述系统的床尺寸因子(BSF)减小和比能耗下降；和
控制手段，用于控制该床的吸附压力对脱附压力之比例在低于约5.0的范围内。
12、按照权利要求11的系统，其中所述控制手段控制所述比例处于约3.5-5的更宽范围。
13、按照权利要求11的系统，其中所述控制手段在该方法过程中控制该床的压力降，使之在吸附及脱附期间不超过约0.07千克力/平方厘米。
14、按照权利要求11的系统，其中所述控制手段在该方法过程中控制该床的压力降，使之在吸附及脱附期间不超过约0.105千克力/平方厘米。
15、按照权利要求11的系统，其中所述吸附剂颗粒对该第一组分的本征扩散率等于或大于4.5×10-6平方米/秒，所述控制手段控制所述比例处于约1.5-3.5的优选范围。
16、按照权利要求11的系统，其中所述床按径向环状结构排列，所述气体混合物的流型为对于该环状结构是横向的。
17、按照权利要求16的系统，还包括：
与所述床偶联的单级真空泵用于在该气体分离方法的脱附期中从该床抽出被吸附的组分。
18、按照权利要求11的系统，其中所述气体为空气，所述第一组分为氮，所述第二组分为氧。
19、按照权利要求18的系统，其中该系统的床尺寸因子＜225千克/TPDO，比能耗＜7.5千瓦/TPDO。
20、按照权利要求11的系统，其中所述吸附剂是颗粒状的，其平均粒径在约0.8-1.6毫米之间。
21、按照权利要求11的系统，其中所述吸附剂是X型沸石，其SiO2/Al2O3比小于或等于2.5，并是用Li交换(＞70％)过的。
22、按照权利要求11的系统，其中所述吸附剂床的尺寸为沿气体流动穿过该吸附剂床方向在约1.2米以下，所述控制手段控制该系统完成吸附及脱附步骤时间在约40秒以内。
23、按照权利要求11的系统，其中所述吸附剂床尺寸为沿气体流动穿过该吸附剂床方向在约0.9米以下，所述控制手段控制该系统完成吸附及脱附步骤时间在约30秒以内。
24、按照权利要求11的系统，其中所述吸附剂床尺寸为沿气体流动穿过该吸附剂床方向在约0.6米以下，所述控制手段控制该系统完成吸附及脱附步骤时间在约20秒以内。
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Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6790260B2 (en) * 2000-12-20 2004-09-14 Praxair Technology, Inc. Enhanced rate PSA process
US6511526B2 (en) 2001-01-12 2003-01-28 Vbox, Incorporated Pressure swing adsorption gas separation method and apparatus
FR2822085B1 (fr) * 2001-03-16 2003-05-09 Air Liquide Adsorbant a transfert de matiere ameliore pour procede vsa ou psa
US6506236B2 (en) † 2001-03-28 2003-01-14 Air Products And Chemicals, Inc. Process for reducing the level of carbon dioxide in a gaseous mixture
US6551384B1 (en) 2001-07-05 2003-04-22 Praxair Technology, Inc. Medical oxygen concentrator
US6719827B2 (en) * 2002-03-01 2004-04-13 Air Products And Chemicals, Inc. Process for nitrous oxide removal
US6770120B2 (en) * 2002-05-01 2004-08-03 Praxair Technology, Inc. Radial adsorption gas separation apparatus and method of use
US6605136B1 (en) * 2002-07-10 2003-08-12 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure swing adsorption process operation and optimization
US6699307B1 (en) * 2002-10-11 2004-03-02 H2Gen Innovations, Inc. High recovery PSA cycles and apparatus with reduced complexity
WO2004087300A1 (en) * 2003-02-18 2004-10-14 Jej Co., Ltd. Gas concentration method and its apparatus
US7128775B2 (en) * 2004-05-12 2006-10-31 Praxair Technology, Inc. Radial bed flow distributor for radial pressure adsorber vessel
US7591879B2 (en) * 2005-01-21 2009-09-22 Exxonmobil Research And Engineering Company Integration of rapid cycle pressure swing adsorption with refinery process units (hydroprocessing, hydrocracking, etc.)
US7954490B2 (en) 2005-02-09 2011-06-07 Vbox, Incorporated Method of providing ambulatory oxygen
US7390350B2 (en) * 2005-04-26 2008-06-24 Air Products And Chemicals, Inc. Design and operation methods for pressure swing adsorption systems
US7396387B2 (en) * 2005-11-01 2008-07-08 Praxair Technology, Inc. Pressure swing adsorption process for large capacity oxygen production
US7763100B2 (en) * 2006-07-06 2010-07-27 Praxair Technology, Inc. Vacuum pressure swing adsorption process and enhanced oxygen recovery
US20080028933A1 (en) * 2006-08-07 2008-02-07 Ross David A Radial sieve module
CN100402954C (zh) * 2006-11-14 2008-07-16 杭州杭氧股份有限公司 卧式吸附器的气流均布装置
US20090065007A1 (en) 2007-09-06 2009-03-12 Wilkinson William R Oxygen concentrator apparatus and method
JP5710263B2 (ja) 2007-11-12 2015-04-30 エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー ユーティリティガスの製造及び利用方法
US9126138B2 (en) 2008-04-30 2015-09-08 Exxonmobil Upstream Research Company Method and apparatus for removal of oil from utility gas stream
US8114194B2 (en) * 2008-06-24 2012-02-14 On Site Gas Systems, Inc. Gas separation vessel with internal partition
US8226745B2 (en) * 2009-04-28 2012-07-24 Lehigh University Miniature oxygen concentrators and methods
US8052777B2 (en) * 2009-06-29 2011-11-08 Uop Llc Vessel, system, and process for minimizing unequal flow distribution
US8394178B2 (en) 2009-07-22 2013-03-12 Vbox, Incorporated Apparatus for separating oxygen from ambient air
JP5889288B2 (ja) 2010-05-28 2016-03-22 エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー 一体型吸着器ヘッド及び弁設計及びこれと関連したスイング吸着法
US8313561B2 (en) * 2010-10-05 2012-11-20 Praxair Technology, Inc. Radial bed vessels having uniform flow distribution
US8734570B2 (en) 2010-10-13 2014-05-27 Wintek Corporation Pressure and vacuum swing adsorption separation processes
TWI495501B (zh) 2010-11-15 2015-08-11 Exxonmobil Upstream Res Co 動力分餾器及用於氣體混合物之分餾的循環法
MY173802A (en) 2011-03-01 2020-02-24 Exxonmobil Upstream Res Co Apparatus and systems having an encased adsorbent contractor and swing adsorption processes related thereto
EP2680948A4 (en) 2011-03-01 2015-05-06 Exxonmobil Upstream Res Co APPARATUS AND SYSTEMS WITH VALVE ASSEMBLY ROTARY POWER SUPPLY AND BALANCED ADSORPTION PROCESS THEREFOR
MY163007A (en) 2011-03-01 2017-07-31 Exxonmobil Upstream Res Co Methods of removing contaminants from hydrocarbon stream by swing adsorption and related apparatus and systems
EA201391255A1 (ru) 2011-03-01 2014-02-28 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Устройства и системы, имеющие компактную конфигурацию многочисленных слоев для цикловой адсорбции, и связанные с этим способы
US9017457B2 (en) 2011-03-01 2015-04-28 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and systems having a reciprocating valve head assembly and swing adsorption processes related thereto
WO2012161828A1 (en) 2011-03-01 2012-11-29 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and systems having a rotary valve assembly and swing adsorption processes related thereto
EA026118B1 (ru) 2011-03-01 2017-03-31 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Способ удаления загрязняющих примесей из потока углеводородов в циклическом адсорбционном процессе и связанные с этим способом устройство и система
US9533280B2 (en) 2012-06-22 2017-01-03 Praxair Technology, Inc. High rate compositions
US9034078B2 (en) 2012-09-05 2015-05-19 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and systems having an adsorbent contactor and swing adsorption processes related thereto
JP6321663B2 (ja) 2012-10-12 2018-05-09 イノヴァ ラボ，インコーポレイテッド 酸素富化ガス送達のための方法およびシステム
JP6336991B2 (ja) 2012-10-12 2018-06-06 イノヴァ ラボ，インコーポレイテッド 酸素濃縮器二重化システムおよび方法
US20140137744A1 (en) 2012-10-12 2014-05-22 Inova Labs, Inc., A Delaware Corporation Oxygen concentrator systems and methods
WO2014130833A1 (en) 2013-02-21 2014-08-28 Lehigh University Oxygen concentrator system and method
US20140323289A1 (en) * 2013-04-24 2014-10-30 Uop Llc Zeolitic adsorbents for use in adsorptive separation processes and methods for manufacturing the same
US9440179B2 (en) 2014-02-14 2016-09-13 InovaLabs, LLC Oxygen concentrator pump systems and methods
US9731241B2 (en) * 2014-06-12 2017-08-15 Air Products And Chemicals, Inc. Radial flow adsorber ‘U’ configuration
FR3024375B1 (fr) * 2014-08-01 2016-08-05 Air Liquide (v) psa o2 traitant un flux gazeux sec enrichi en o2
FR3024376B1 (fr) * 2014-08-01 2020-07-17 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Adsorbeur avec secheur rotatif
FR3032130B1 (fr) 2015-02-02 2019-12-27 Arkema France Adsorbants zeolithiques de haute surface externe, leur procede de preparation et leurs utilisations
CA2979869C (en) 2015-05-15 2019-12-03 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and system for swing adsorption processes related thereto comprising mid-bed purge systems
US9751041B2 (en) 2015-05-15 2017-09-05 Exxonmobil Upstream Research Company Apparatus and system for swing adsorption processes related thereto
WO2017192660A1 (en) 2016-05-03 2017-11-09 Inova Labs, Inc. Method and systems for the delivery of oxygen enriched gas
US10926212B2 (en) 2016-12-21 2021-02-23 Pacific Consolidated Industries, Llc Radial flow adsorber vessel for gas separation
US10792610B2 (en) 2017-04-07 2020-10-06 Praxair Technology, Inc. Process for generating higher VPSA product pressure
US10799827B2 (en) * 2017-04-11 2020-10-13 Praxair Technology, Inc. Mid-range purity oxygen by adsorption
JP6837023B2 (ja) * 2018-03-02 2021-03-03 Ｊｆｅスチール株式会社 ガス分離方法
MY194670A (en) * 2018-03-29 2022-12-12 Praxair Technology Inc Rate/kinetic selective multiple bed adsorption process cycle
US10946161B2 (en) 2018-12-05 2021-03-16 Aires Medical LLC Pulsed pressure swing adsorption system and method
CN112999821A (zh) * 2021-03-30 2021-06-22 吉林大学 安全节能无污染的氢、氧混合气体分离设备及分离方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2091121B (en) 1981-01-16 1984-07-18 Cryoplants Ltd Separation of gas mixtures
US4859217A (en) 1987-06-30 1989-08-22 Uop Process for separating nitrogen from mixtures thereof with less polar substances
DE69124276T2 (de) * 1990-03-29 1997-05-07 Boc Group Inc Verfahren zur Herstellung eines mit Sauerstoff angereicherten Produktstroms
US5074892A (en) 1990-05-30 1991-12-24 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Air separation pressure swing adsorption process
US5071449A (en) * 1990-11-19 1991-12-10 Air Products And Chemicals, Inc. Gas separation by rapid pressure swing adsorption
US5258060A (en) * 1992-09-23 1993-11-02 Air Products And Chemicals, Inc. Adsorptive separation using diluted adsorptive phase
US5518526A (en) 1994-10-07 1996-05-21 Praxair Technology, Inc. Pressure swing adsorption process
FR2737975B1 (fr) * 1995-08-21 1997-10-03 Air Liquide Appareil de separation de gaz par adsorption
US5711787A (en) * 1995-11-22 1998-01-27 Praxair Technology, Inc. Oxygen recovery pressure swing adsorption process
FR2743507B1 (fr) * 1996-01-16 1998-03-06 Air Liquide Procede pour la separation de melanges d'oxygene et d'azote utilisant un adsorbant a porosite amelioree
US5868818A (en) * 1996-08-08 1999-02-09 Tosoh Corporation Adsorbent for air separation, production method thereof, and air-separation method using it
US5769928A (en) * 1996-12-12 1998-06-23 Praxair Technology, Inc. PSA gas purifier and purification process
FR2767717B1 (fr) * 1997-08-28 1999-10-01 Air Liquide Granulometrie et epaisseur de lit d'une unite psa
US6010555A (en) 1997-11-04 2000-01-04 Praxair Technology, Inc. Vacuum pressure swing adsorption system and method

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