[發明專利]高回收率的PSA循環及復雜性降低的設備

有效

• 申請號: 201010166258.0
• 申請日: 2003-10-10
• 公開（公告）號: CN101810980A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 小·F·D·洛馬克思
• 申請（專利權）人: H2GEN創新公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 許劍樺

本分案申請是基于申請號為2003801011380(國際申請號為 PCT/US2003/029122)、申請日為2003年10月10日、發明名稱為“高 回收率的PSA循環及復雜性降低的設備”的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及變壓吸附系統及用于執行變壓吸附的方法。

背景技術

變壓吸附(PSA)是一種用于對氣體混合物執行分餾的技術，該 技術用于提供至少一種提純氣體產品和副產品混合物殘液。PSA技術 已被成功地用于從其它氣體中分離氫氣、從空氣中分離氧氣和氮氣、 以及從天然氣中分離氦氣、以及其它的分離操作。

早期的PSA系統通常采用四個并行工作的吸附容器(adsorbent vessel)。在授予Wagner的第3430418號美國專利中公開了這種系統 的一種實例。在后來對Wagner所提工藝的一些改進方案中，在保留 四個吸附床的條件下，增加一個另外的壓力均衡步驟(例如參見授予 Batta的第3564816號美國專利)，而在隨后授予Fuderer等人的第 3986849號美國專利中，對于七個或更多個吸附床，甚至增設了更多 個壓力均衡步驟。增加壓力均衡步驟和吸附容器數目的目的是為了提 高產品的回收率和吸附劑的生產率。但不幸的是，性能的提高要伴隨 著所需閥門數目的增加，閥門數目從Wagner工藝的31個增加到Batta 工藝的33個，而Fuderer等人提出的工藝最少需要44個閥門。

通?；趲讞l標準來測量PSA循環的性能。這些標準首先是指在 一給定的混雜度條件下產品的回收率，其中的回收率是指對總原料流 中被當作提純產品輸送的產品種類執行分餾時的比率。第二條測量標 準是吸附劑的生產率，這一標準與PSA循環輸送產品時的時間長度在 工藝循環總長度中所占的比例相關。為了能對于固定不變的供料組分 提高上述兩指標中的一者或全部，其它一些系統中已描述很多措施。

Wagner的專利描述了這樣的方案：采用存儲在加壓床中的氣體 對已經過吹洗的那一個吸附容器再次加壓，隨后，在第一吸附容器中 的壓力尚未消失之前，對另一吸附容器執行吹洗。后來，Batta提出 了這樣的措施：可在第一壓力均衡步驟之外增設一第二壓力均衡步驟， 這將能有針對性地提高回收率。Batta在其所提出的工藝循環中保留 了提供吹洗氣體的設計。Fuderer等人將這種方案擴展為設置第三級 壓力均衡步驟，并指出：從吸附床抽吸出的最純的氣體始終應當是允 許進入被再升壓的其它吸附床的最后一種氣體。Batta的四容器型循 環被設計成這樣：使得純度較低的氣體允許進入到被加壓的吸附容器 中，其中，該氣體的純度低于實際所希望的純度。另外，Fuderer等 人的發明能實現比先前工藝循環更高的吸附劑生產率，其原因在于： 由于對閥門開關動作的邏輯作了很多詳細的設計，循環周期中分配到 吸附操作的分餾時間得到了增加。

盡管這些方法有利于達到優異的產品回收率和吸附劑生產率，但 卻是以增加高度的工藝復雜程度為代價而實現的。Wagner最初的工 藝采用了四個吸附容器和三十一個閥門，以便于執行一次均壓，并對 另一吸附容器執行吹洗。Batta將閥門的總數增加到三十三個，并利 用四個吸附容器來完成其兩級壓力平衡的工藝循環。在這兩種工藝中， 四床型循環從給定的吸附容器產生出氣體的時間均占25％。Batta還 設計了一種五容器型系統，其帶有43個閥門，用于對均壓操作重新進 行排序，從而可利用純度不斷提高的氣體實現理想的再升壓。對于某 一給定的吸附容器，該循環的時間只占20％。Fuderer等人提出的最 為簡單的循環執行三次壓力平衡和一次吹洗步驟，該循環需要9個吸 附容器和55個閥門。該循環的時間占33％，此比例顯著地高于Batta 和Wagner的工藝循環。盡管這些工藝循環達到了回收率和生產率的 臨界區，但卻是以增加機構的復雜性為代價實現的。復雜性的增加伴 隨著系統體積、質量的增大，并伴隨著裝配工時和投資成本的增加。 另外，隨著時間的推移，閥門數目的極大增加會顯著降低PSA系統的 可靠性，由于這些PSA系統均屬于單點故障系統，因而，如果一個閥 門失效就需要將整套系統停機。