[發明專利]空氣液化分離中原料空氣的凈化方法以及凈化裝置

有效

• 申請號: 200680046775.6
• 申請日: 2006-12-12
• 公開（公告）號: CN101330962A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發明（設計）人: 川井雅人;中村守光
• 申請（專利權）人: 大陽日酸株式會社
• 主分類號: B01D53/04
• 分類號: B01D53/04;F25J3/08
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐江華;王珍仙

技術領域

本發明涉及適合除去空氣液化分離中原料空氣中的二氧化碳、氮氧化物 和碳氫化合物的凈化方法和凈化裝置。另外，使凈化裝置的小型化成為可能， 通過二氧化碳吸附劑能夠連氮氧化物和碳氫化合物也與二氧化碳一起同時 除去。

本申請基于2005年12月14日向日本國申請的特愿2005-361073號和 2006年3月28日向日本國申請的特愿2006-87564號主張優先權，在此引用 其內容。

背景技術

空氣液化分離裝置中，在進行極低溫下的蒸餾之前，預先除去可能會堵 塞管道或者熱交換器等的雜質，即進行原料空氣的凈化。可能會堵塞的物質 為水、二氧化碳、氮氧化物(例如一氧化二氮)等。另外，也對碳氫化合物 在液態氧中濃縮，有時會引起爆炸作了報導。為此，從空氣液化分離裝置的 穩定運轉和確保安全性的觀點考慮，需要除去這些不必要成分。

除去這些不必要成分使用包括填充了吸附劑的吸附塔的凈化裝置塔，通 過變溫吸附法(TSA法)或者變壓吸附法(PSA法)進行。通常，與TSA 法相比，PSA法因吸附塔的切換頻率增加，能耗大。另外，因需要許多再生 氣體，也使凈化氣體的產率差。因此，用于空氣液化分離的原料空氣的凈化 大多采用TSA法。

近年來，隨著產品量需求增大，空氣液化分離裝置趨向于大型化，但為 了抑制初期投資額，希望能更進一步提高性能。例如，對于原料空氣的凈化 裝置，為了減少吸附劑的使用量進行增加吸附量的吸附劑的開發(參照專利 文獻1)。

如果吸附劑的吸附量增加，能夠使處理相同氣體量所需的吸附劑量減 少，因此能夠使吸附塔小型化。使用TSA法的凈化裝置從有效利用吸附劑 的吸附能力的觀點考慮，采用小粒徑吸附劑，因此為了防止吸附劑被吹起而 流動，吸附劑層入口的空氣流速設定在一定范圍。

吸附劑層入口的空氣流速、原料空氣量以及吸附塔的截面積之間存在 “空氣流速＝原料空氣量/吸附塔截面積”關系。因此，相對某原料空氣量的 吸附塔截面積由空氣流速決定，而不會依據其他條件。因空氣流速一定，所 以減少吸附劑量使裝置小型化通過保持塔徑一定、降低吸附塔高度來進行。

另一方面，如果為了增加產品量而使原料空氣量增加，則前處理所需的 吸附劑量與其成比例地增加。根據上述空氣流速和吸附塔截面積的關系，通 過增加吸附塔截面積、即增大塔徑來應對原料空氣量的增加。如上所述，吸 附劑的性能提高帶來的效果是降低吸附塔高度，因此由于處理量的增加，吸 附塔的塔徑與塔高相比變大。

但是，塔徑較大的吸附塔產生兩個問題。一個是氣體分散的問題，另一 個是設置面積的問題。通常，吸附操作中需要考慮氣體均勻地流動于吸附劑 層中的分散問題。但是，如果吸附劑層的直徑大于填充高度，則很難使氣體 均勻分散。另外，如果吸附塔的塔徑變大則使設置面積變大，所以實質上沒 有滿足裝置小型化的要求。

因此，作為對空氣液化分離裝置大型化的對策，現有的吸附塔設計手法 上存在局限性。

另一方面，除去原料空氣中的氮氧化物和碳氫化合物的技術中，有使用 沸石等吸附劑來吸附除去這些氣體的方法。

專利文獻2公開了通過TSA法進行的空氣凈化中，分別設置了由對應 水分、二氧化碳以及一氧化二氮的三種吸附劑構成的第一至第三吸附劑層， 以除去水分、二氧化碳以及一氧化二氮的方法和設備。

該專利文獻2的圖2表明，如果同時含有二氧化碳和N₂O的空氣流過 NaX沸石吸附劑層，則相比二氧化碳，N₂O很早就透過。從該圖所計算的 二氧化碳透過時刻的N₂O除去率約為30％，表明TSA法中僅用NaX沸石層 很難同時除去二氧化碳和N₂O。

NaX沸石吸附N₂O，但具有更強有力地吸附二氧化碳的特性。暫時吸附 的N₂O被二氧化碳置換解吸并被擠出到下游側，所以N₂O比二氧化碳很早 就透過。因此，專利文獻2中記載了用于除去被擠出的N₂O而層積填充的 第三吸附劑。

專利文獻3公開了使用氧化鋁和X型、Y型、A型沸石之中選擇的吸附 劑層，以PSA法除去水、二氧化碳以及氮氧化物的工藝。但是，如果與專 利文獻2中記載的事項進行比較，可認為例如通過X型沸石能夠除去氮氧 化物是限定于PSA法的效果。