CN1170624A - 变压吸附处理气体混合物的方法 - Google Patents

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Abstract

在该方法中,用于该吸附器或每一个吸附器(1)中的逆流再加压步骤的持续时间(TR)大大小于顺流减压步骤的持续时间(TD)。本发明的方法特别适用于从空气中生产氧气。

Description

变压吸附处理气体混合物的方法
本发明涉及一种在一个包括至少一个吸附器的装置内通过变压吸附处理气体混合物的方法，其中，在该吸附器或各个吸附器内进行包括生产阶段和再生阶段的循环，后者有一包括一个顺流减压步骤的初始阶段和包括一个逆流再加压步骤的最后阶段。
本发明特别适用于通过处理空气生产氧气。
本文中所述的压力是绝对压力。
大部分变压吸附循环用来分离二种或二种以上的气体，在它们的顺序步骤中，至少一个顺流泄压或减压步骤对应至少一个用从顺流减压步骤来的气体输出量的逆流再加压步骤。
这些步骤的目的是通过部分同收极少量的可吸附气体(多种气体)的馏分以改进该循环的全部性能，所述的气体(多种气体)是在生产阶段结束时在吸附器的前部部位和自由体积内的以及通过在再生阶段结束时，至少一个吸附器用这种流体部分再加压以改进该循环的所有特性。
这种配合步骤的缺陷在于在逆流减压或清洗步骤期间可除去极少量可吸附的气体，上述的清洗步骤是接着以相同的时间该气体或几种气体吸附馏分最多的顺流减压步骤的。然后这种气体通过减低最易吸附成分的分压参与吸附器的再生，但实际上，一般大大低于按照以上描述的方法。
在已知的循环中不管是否它们包括直接连接在一起的几个吸附器(文献EP-A-354,259或EP-a-654,439)或一个或几个与缓冲罐连接的吸附器，在缓冲罐内接收从顺流减压来的气体输出量暂时贮存在罐内(文献US-A-5,370,728)，二个配合步骤的持续时间是相同的或部分相同的。
然而，申请人惊奇的发现上述类型的工艺中，其中，按照本发明，至少在最后再生阶段的再加压步骤中逆流加入从顺流减压步骤来的气体输出量，逆流再加压步骤的持续时间小于顺流减压步骤的持续时间，使之基本上改善了循环的特性。
这种形式的方法包括一种或几种下列特征：
该逆流再加压步骤的持续时间小于0.8倍，一般小于0.5倍逆流减压步骤的持续时间；
从顺流减压步骤来的气体输出量暂时储存在缓冲罐中；
该方法使用单个吸附器；
待处理的混合物是为生产氧气的空气。
现在，参照附图描述本发明的实施例。
图1是实现本发明方法的有一个吸附器装置的实施例简图；
图2是按照本发明实现图1装置的循环实施例的说明图示；
有利的是，用图1的装置从空气中生产具有90-93％纯度的氧气，该装置大致包括一个含有一种至少一种沸石的吸附剂的吸附器，一台构成压气机和真空泵的可逆旋转机器2，一台过滤器/消音器3，一台冷冻机4，一台生产贮罐5和一台缓冲罐6。
设备2，一头经导管7通过过滤器/消音器3连接到大气，另一头经导管8通过冷冻机4连接到吸附器1下部的进口。吸附器的出口(上端)，一头经装备控制阀10的导管9连接到贮罐5上，另一头经装备有控制阀12的导管11连接到缓冲罐6。13表示装置的生产导管离开贮罐5。
此外，该装置还包括构成该装置公知的设备以及没有表示的为进行图2所示循环设计的用于控制，调整，电流供给和冷冻设备
在图2中，横坐标标绘时间t，纵坐标标绘绝对压力p，箭头对准的线段指示气流的运动和终端以及在吸附器内的气体流动方向：当箭头的方向在纵坐标是朝上时(朝向该图的上方)，气流指在吸附器中顺流。如果箭头位于在吸附器内指示压力的线段以下时，方向向上，气流通过吸附器的进口端进入吸附器；如果箭头位于指示压力的线段以上，方向向上，气流通过吸附器的出口端离开吸附器，该进口端和出口端是在等压生产阶段中分别用于待处理气体和排出气体的。当箭头在纵坐标方向向下(朝图的下方)，气流指的是在吸附器中逆流。如果箭头位于吸附器指示压力的线段以下，方向向下，则气流通过吸附器的进口端离开吸附器；如果箭头位于指示压力的线段以上，方向向下，则气流通过吸附器的出口端进入吸附器；该进口端和出口端还是在等压生产阶段用于待处理的气体和排出气体的。
图2中的循环，周期T例如为86.5S，包括下列顺续步骤：
(1)从t＝0到t1＝20S，最后用待处理的气体顺流再加压，从循环的第一中间压力PI1到最大压力PM约为1.5×105Pa。
(2)从t1到t2＝30s，基本上在压力PM等压生产。产品输入贮罐5，以较小的氧气流量经导管13连续送到用户。在实际中，作为一种选择，产品送往贮罐5，可在最后的加压阶段，以接近循环的最大压力PM在时间t1以前开始。
(3)从t1到t3＝40.5s，也就是说持续时间TD＝10.5s顺流减压到第二中间压力PI2。在该步骤中从吸附器来的气体排除量送到缓冲罐6。作为一种选择，在该步骤3中，也可以同时进行逆流减压。
(4)从t3到t4＝83s，通过泵送循环的最小压力Pm逆流减压，例如约为0.5×105Pa，接着一般以压力Pm大致相等的压力通过连续泵送并同时逆流加入从贮罐5来的产生的产品气体清洗/洗提。
(5)从t4-T，也就是说持续时间TR＝3.5s，用从贮罐6产生的气体第一次逆流再加压到第一中间压力PI1。
可看到，本发明的一个方面，顺流减压步骤(3)的持续时间TD大大大于用从步骤3来的气体输出量第一次逆流再加压步骤(5)的持续时间TR。
意外的是，发现该类型的循环性能与类似循环比较基本上得到了改进，其中每个步骤(3)和(5)有相同的持续时间(10.5+3.5)/2＝7s，这清楚表示在下表中，对应于如图1描述的一个装置，其PM＝1.5×105Pa和Pm＝0.45×105Pa。
循环代号 1(现有技术)   2(发明)   3(发明) 4(相反实例)
循环持续时间T(s)     86.5     86.5     83     83
顺流再压持续时间TD(s)     7     10.5     7     3.5
逆流再加压持续时间TR(s) 7 3.5 3.5 7
产量(O2/m3×h的m3(s.t.p.))     35.08     37.1     37.3     35.6
收率(％)     57.3     59.5     57.2     54.9
原产量(O2/m3×循环的m3(s.t.p.))     0.86     0.89     0.86     0.82
比能(kwh/O2的m3(s.t.p.))     0.30     0.29     0.30     0.31
一般，产量是用1m3吸附剂装置的小时产量；原产量是用1m3吸附剂生产每循环1次的产量；比能是生产1m3(s.t.p.)氧气要求的能量；收率是生产的氧气量对处理的空气内含有的氧气量的比率。
在上述的表中：
循环1是常用的循环，其中持续时间TD和TR相等。
循环2相应于图2的本发明的循环，TD＝10.5s和TR＝3.5s。可以看到改进了所有参数，特别是提高了产量，同时比能也降低了。就其部分而言，其收率也提高了，本质上说，虽然在处理空气中这不是重要的参数，其成本也可忽略不计。
循环3也是按照本发明的循环，该循环不同于以前的循环，其持续时间TD＝7s和常用的循环1一样。可以看到，与后者比较比能提高了，但是原产量保持不变。所以，因为循环较短，产量较高。因此，在该区域内可节约能耗，该类型的循环是有利的。
在循环4内按照相反实例，与本发明的技术比较，其循环TD降低了，可以看到，所有参数(生产量，收率，比能，原产量)下降了，特别是，原产量的降低大于使产量降低，在循环的持续时间降低希望达到的数值。
本发明还可用于不同于图2循环的循环，即在步骤5中同时进行顺流加入待分离的气体混合物进入吸附器，或逆流除去以完全洗提，或者供选择性的(不是必要的)通过在清洗/洗提步骤4期间，一般在后者结束时，临时性的逆流加入从贮罐6来的气体。
按照实施例实现上述类型的循环，所述循环有沸石5A型吸附剂，压力PI1为1.1×105Pa，在压差0.3×105Pa中间提纯储存的氧气，贮罐6容积约为3.5m3/m3(沸石)。
为了实现二个吸附器并联，一般使用二个贮罐5和二个贮罐6，特别的，连接的使用真空泵和二个吸附器之间二段准平衡。

Claims (9)

1.在一个装置内通过变压吸附处理一气体混合物的方法，该装置包括至少一个吸附器(1)，其中，在该吸附器或每个吸附器(1)内，进行的循环包括一个生产阶段和一个再生阶段，后者包括一个有顺流减压步骤的初始阶段和有逆流再加压步骤的最后阶段，其特征在于至少在最后再生阶段再加压步骤(5)期间逆流加入从顺流减压步骤(3)来的气体输出量，和逆流再加压步骤(5)的持续时间)TR小于顺流减压步骤(3)的持续时间(TD)。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于逆流再加压步骤的持续时间TR小于0.8倍顺流减压步骤持续时间(TD)。
3，按照权利要求2的方法，其特征在于逆流再加压步骤的持续时间TR小于0.5倍顺流减压步骤持续时间(TD)。
4.按照权利要求1-3任一个的方法，其特征在于在缓冲罐(6)内临时储存从顺流减压步骤(3)来的气体输出量。
5.按照权利要求1-4任一个的方法，使用用一个吸附器的装置。
6.按照权利要求1-5任一个的方法，其特征在于再生阶段包括中间清洗/洗提阶段(4)。
7.按照权利要求6的方法，其特征在于清洗/洗提气体是生产气体。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于在生产贮罐(5)中临时贮存清洗/洗提气体。
9.按照前述权利要求之一的方法，用于从空气中分离氧气。
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