[發明專利]循環擺動吸附方法的改進

無效

• 申請號: 201410090638.9
• 申請日: 2009-04-21
• 公開（公告）號: CN103785271A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: A.D.懷特;M.A.卡爾巴西;T.C.戈爾登;C.J.賴斯維爾
• 申請（專利權）人: 氣體產品與化學公司
• 主分類號: B01D53/04
• 分類號: B01D53/04;C01B31/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周李軍;李炳愛

本申請是申請日為2009年4月21日，申請號為2009101378149，發明名稱為“循環擺動吸附方法的改進”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及用于分離原料氣混合物的循環擺動吸附(cyclical?swing?adsorption)方法。本說明書中所使用的術語“分離”包括從氣流中除去污染物和／或雜質，隨后可將該氣流進一步分離。本發明特別地，但非排他地應用于除去在原料氣中的二氧化碳或至少減少在原料氣中二氧化碳水平，以使該原料氣適合用于下游處理。本發明特別有用于從空氣中除去二氧化碳，該空氣將被用作空氣的低溫分離或純化方法中的原料氣。

背景技術

二氧化碳是相對高沸點的氣態物質，將其與可能存在于原料氣中的其它高沸點物質(例如水)除去在該混合物隨后將要在低溫(例如冷凍)過程中處理的情況下是必需的。如果不除去相對高沸點的物質，則它們可以在后續處理中液化或固化，導致在下游過程中的壓降和流動困難。還可能需要或希望在進一步處理原料氣之前除去危險性(例如爆炸性)物質，從而減少在后續處理過程中積聚并由此出現爆炸危害的風險。烴類氣體，例如乙炔，可發生此類危害。

已知數種方法利用固體吸附劑的選擇吸附從原料氣混合物中分離一種或多種組分。這些方法包括變溫吸附(TSA)、變壓吸附(PSA)、熱變壓吸附(thermal?pressure?swing?adsorption，TPSA)和熱增強的變壓吸附(TEPSA)。通常，該方法以循環方式進行，其中一個吸附劑床處于運轉(on-stream)模式，在該模式中吸附物從穿過該床的原料氣混合物中被吸附，與此同時另一個吸附劑床處于再生模式，在該再生模式中被吸附的吸附物從該床中脫附，并且這兩個床在所述兩種模式之間交替。

一般地，在空氣作為原料氣的這些處理中，將水和二氧化碳從空氣原料氣中除去，這通過使該混合物與吸附水和二氧化碳的一種或多種吸附劑接觸來實現。水吸附材料典型為硅膠、氧化鋁或分子篩，二氧化碳吸附材料典型為分子篩，例如沸石。常規地，通過使原料空氣穿過單個吸附劑層或各單獨的吸附劑層來首先除去水，然后除去二氧化碳，為優先吸附塔中的水和二氧化碳而選擇所述吸附劑。對于下游處理的有效操作，尤其希望將二氧化碳和其它高沸點組分去除至非常低的水平。

在吸附之后，切斷來自吸附劑床的原料氣流，將吸附劑與再生氣體流接觸，再生氣體從吸附劑中脫附被吸附的物質，例如二氧化碳和水，從而使吸附劑再生，以便進一步使用。

在用于除去二氧化碳和水的TSA過程中，典型地使用主空氣壓縮機(MAC)將大氣壓縮，隨后通過水冷，并在分離器中除去如此冷凝的水。可以使用例如冷凍的乙二醇將空氣進一步冷卻。在該步驟中通過冷凝物的冷凝和分離除去大部分的水。然后使氣體通入吸附劑床系統中，在其中通過吸附將剩余的水和二氧化碳除去。

通過使用平行布置的兩個吸附劑床，一個床可進行操作，用于吸附，同時對另一個床進行再生，在操作循環中它們的作用定期顛倒。常規將相等的時間花費在吸附和再生。

隨著當床處于運轉的同時從原料氣中去除的組分被吸附，該吸附過程將產生吸附熱，引起熱脈沖向下游行進而貫穿吸附劑。在進料(feed)或運轉期間，允許該熱脈沖從吸附床的下游端行進出來。在再生過程中，必須提供熱量來使已經吸附于床上的氣體組分脫附。在再生步驟中，使用產品氣體的一部分，例如來自下游過程的氮氣流或廢氣流，將經吸附的組分脫附，并且除被加熱之外還可以被壓縮。使熱氣體通過正在再生的床，以除去吸附物。常規在與吸附步驟相反的方向上進行再生。

在PSA系統中，循環時間通常比在TSA系統中短，但是進料溫度和壓力以及再生氣體常常是相似的。然而在PSA系統中，再生氣體的壓力低于原料氣的壓力，并且使用壓力的變化從吸附劑中除去二氧化碳和水。再生操作適宜在以上對于TSA所提及的熱脈沖到達床的下游端之前開始。通過再生過程使熱脈沖的方向顛倒，正談及的源自氣體組分的吸附的熱量保留在床中并用于在再生過程中脫附該組分。與TSA相反，不必需加熱再生氣體。

熱變壓吸附(TPSA)也適合于從原料空氣中除去二氧化碳和水。在TPSA系統中，典型地將水限制在一個區段，在該區段中放置了水吸附介質，例如活化氧化鋁或硅膠。典型使用包含例如用于吸附二氧化碳的分子篩的單獨層，分子篩層和用于吸附水的區段通常是分開的。與TSA系統相反，水不會進入分子篩層至任何明顯的程度，這有利地避免輸入大量的能量以便從分子篩層中脫附水的需要。TPSA方法例如描述于US專利No5,885,650和5,846,295中，其內容通過引用并入本文。