[發明專利]改進的真空變壓吸附方法

無效

• 申請號: 94118986.4
• 申請日: 1994-11-16
• 公開（公告）號: CN1062781C
• 公開（公告）日: 2001-03-07
• 發明（設計）人: Ｆ·Ｗ·利維特
• 申請（專利權）人: 普拉塞爾技術有限公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047;C01B13/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 吳大建

本發明是關于從空氣中生產氧的變壓吸附法。更具體地說，本發明是關于變壓吸附法的改進，以提高該方法吸附劑的利用和降低該方法對能量的要求。

在許多化學加工、煉油廠、金屬生產和其它的工業應用中，采用純化氣流用于各種各樣的加工目的。例如，在化學加工、軋鋼廠、造紙廠和在鉛及氣體生產操作中，都使用高純氧。從空氣中生產氧氣和氮氣，一般都通過低溫蒸餾。雖然這種低溫工藝可能很有效，尤其是在大型裝置上進行時，但是該方法仍需要復雜而昂貴的設備。

變壓吸附法(PSA)也已經利用來分離和純化氣體，但是利用變壓吸附法來生產氧氣一般局限于較小規模地操作，在這方面利用低溫空氣分離在經濟上是不可行的。許多通常可利用的吸附劑，尤其是已知的分子篩那類材料，對氮的選擇性吸附比氧強，而這種優先吸附是所開發的用于分離空氣以生產氧和氮產品氣的各種變壓吸附法的基礎。

用于分離空氣以生產產品氧的PSA法是本技術領域內已知的，如Skarstrom專利U.S.2，944，627所描述的。這種方法通常包括，在多床的PSA系統的每個床中，依次進行四個獨立的操作步驟。這些步驟是：(1)吸附，在吸附步驟中，原料空氣在高吸附壓力下通入床的加料端，床中的吸附材料將氮氣作為空氣中的易吸附組分能選擇性地吸附，而空氣中的不易吸附的氧從床的產品端加以回收；(2)逆流減壓到一較低的解吸壓力；(3)從吸附床解吸易吸附的氮氣，并從床的加料端將其排出，用或不用清洗氣導入床的產品端；和(4)床再加壓到高的吸附壓力。然后，用附加量的原料空氣，在系統的每個床中，重復這種工藝程序或其變體，在PSA系統中，連續地進行生產氧氣的操作。

當采用PSA法主要除去氣流中低濃度的強吸附雜質時，即除去空氣中的CO₂和/或H₂O時，吸附步驟(1)和解吸步驟(3)的恒壓步驟占據了工藝循環的許多時間，而壓力變化步驟即逆流減壓步驟(2)和再加壓步驟(4)是瞬變的。在從空氣生產氧氣中，原料物流中包括79％的易吸附組分氮，壓力變化步驟對總的工藝效率有重要意義。已經開發出了基本PSA工藝程序的許多不同的變形，包括變壓步驟的許多變體。

用于從空氣中生產氧氣的許多PSA法都是在多床系統中進行的，即該系統結合了兩個或兩個以上的吸附床，其中的每個床進行相同程序的步驟，但是與系統中的其它的床有不同的狀態關系。工藝步驟是同時發生的，且常常以固定的時間進行。以這種方式操作，產品氧氣的輸送可以更穩定，機械泵的利用比其它情況下更接近常效。許多PSA法還采用一個或幾個壓力均衡步驟，其中在高壓下從一個床排出的氣體通入位于初始低壓的另一個床，直到上述兩床的壓力均衡為止。如果壓力均衡是通過床的產品端實現的，那么這種方法就具有節省一些壓縮能，輸送相當清洗氣的優點，并且提高了所需要的產品氧的總回收率。

從空氣中生產氧的特殊的PSA法利用一個三床系統和結合如下的工藝步驟：(1)引入原料空氣進行吸附，床加壓，并同時回收產品氧氣；(2)并流堿壓進一步回收產品氣；(3)壓力均衡；(4)逆流減壓；(5)清洗和(6)再加壓。這種方法通常用高的吸附壓力為344.5Kpa，低的解吸壓力為一大氣壓進行操作。雖然這種工藝系統和方法能有效的從空氣中回收氧，但是在大體積的工業化操作中不是非常有效。這種系統的操作費用由于要求較高的壓縮比是高的。對給定的產品流速，這種系統所要求的吸附劑的存置也較高。

還開發出了一些PSA法，它們是在大氣壓的吸附壓力和較高的真空解吸壓力之間操作。由于氮氣的吸附貯存置取決于壓力，那么這種方法就要求大的吸附劑存量，這就大大地增加了與此相關的投資費用。

在另一個三床的PSA法中，采用六步驟的工藝程序，在超過大氣壓力和真空壓力之間操作。在每個床中，這種工藝程序包括(1)床用原料氣和部分產品氣從27.56KPa再加壓到89.57KPa；(2)加入原料氣進行吸附和排出產品氣，同時該床的壓力從89.57Kpa上升到151.58Kpa；(3)床均壓，壓力從151.58KPa降到93.02KPa；(4)床清洗，壓力稍微進一步從93.02KPa降到86.13Kpa；(5)床排空，壓力從86.13KPa降到48.23KPa，和(6)床清洗，床壓力從48.23KPa降到27.56KPa。對每一步驟使用步驟的時間大約30秒，這種方法盡力減少能量的消耗，但是對大規模的氧氣生產，上述的能耗仍然太高。