專利名稱：富氧氣體的回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及富氧氣體的回收方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種以變壓法(以下稱為“PSA”法)從主要含氮和氧的混合氣體中將氧濃縮并回收的方法。
背景技術(shù)：
通過PSA法獲得的氧在連續(xù)地使用氧的工業(yè)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。具體地說，作為利用以PSA法獲得的氧的領(lǐng)域，其例子有電爐煉鋼、水處理的氧曝氣、紙漿漂白、臭氧發(fā)生裝置等。另外，在近年來利用富氧氣體代替空氣進(jìn)行燃燒以力圖達(dá)到低NOx化和高效率化，而且在發(fā)酵等生化領(lǐng)域中也在利用富氧氣體。
作為以PSA法濃縮氧的現(xiàn)有技術(shù)，多數(shù)都是使用2～4個(gè)吸附塔，反復(fù)地進(jìn)行吸附、減壓、解吸、升壓的操作，力圖以高的回收率獲得濃縮的氧。在使用2塔的吸附塔的PSA法中，人們正試圖對初期投資、運(yùn)行費(fèi)用、維修費(fèi)用等進(jìn)行各種改良。
例如，按照特開平1-236914、特開平2-119915、特開平4-222613和特開平4-505448等各號公報(bào)中公開的現(xiàn)有的PSA法中，在升壓工序中，使制品氧氣從制品氧氣貯存罐逆流至吸附塔用于升壓。這是因?yàn)?，按照現(xiàn)有技術(shù)，為了以高回收率獲得高濃度的氧，僅僅使用混合氣在吸附塔的入口端升壓，由于混合氣中的氮向吸附塔的出口端透過，因此必須使制品氧從出口端逆流以進(jìn)行升壓，從而防止上述的氮透過，這被認(rèn)為是必須的。
然而，利用制品氧逆流來使吸附塔升壓，這是能源消耗上的浪費(fèi)。其理由是，制品氧由吸附塔壓入制品氧氣貯存罐要消耗能量，使已經(jīng)壓出的制品氧在升壓工序逆流至吸附塔，就必須再次將這些氧重新壓回制品氧氣貯存罐。
另一方面，關(guān)于不使用制品氧來升壓的PSA法，由特公平6-170號公報(bào)已成為公知。按照這種公知的PSA法，將吸附完畢的吸附塔的出口端與解吸完畢的吸附塔的出口端通過一根均壓管連通，使從減壓側(cè)的吸附塔放出的殘留富氧氣體流入升壓側(cè)的吸附塔而升壓(均壓化升壓)，以此代替由制品氧的逆流進(jìn)行的升壓。然后，經(jīng)均壓化升壓的吸附塔進(jìn)行混合氣體引起的升壓，而經(jīng)均壓化減壓的吸收塔進(jìn)行由真空泵的抽吸減壓(減壓解吸)。
然而，按照后一種PSA法，在由兩個(gè)吸附塔的均壓化所導(dǎo)致的升壓工序中，真空泵處于空運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并沒有用于排氣，因此真空泵的能量白白地浪費(fèi)掉。而且，由于兩個(gè)吸附塔之間的均壓化不能進(jìn)行到兩個(gè)塔之間完全沒有壓力差，因此，連通的殘留富氧氣體的回收量受到限制，由此由于規(guī)定升壓側(cè)的吸收塔的升壓度，殘留富氧氣體的回收和利用不充分。
本發(fā)明的公開因此，本發(fā)明的目的是要提供一種既能有效地利用真空泵的能量，又能高回收率地獲得高濃度制品氧的富氧氣體的回收方法。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供了一種富氧氣體回收方法，它是一種用填充有能夠從主要含氮和氧的混合氣體中選擇性地吸附氮的吸附劑的第一吸附塔和第二吸附塔，通過PSA法來回收富氧氣體的方法，該方法包含如下步驟步驟1使處于最低壓力的第一吸附塔的出口端與處于最高壓力的第二吸附塔的出口端通過均壓管連通，把從第二吸附塔減壓、放出的殘留富氧氣體導(dǎo)入第一吸附塔進(jìn)行升壓、回收，同時(shí)在第一吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣；步驟2在保持第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端通過均壓管連通的狀態(tài)下，把從第二吸附塔繼續(xù)減壓、放出的殘留富氧氣體導(dǎo)入第一吸附塔進(jìn)一步升壓、回收，同時(shí)從第一吸附塔的入口端供給混合氣，另一方面，從第二吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣；步驟3使第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端處于阻斷的狀態(tài)，從第一吸附塔的入口端供給混合氣以使第一吸附塔進(jìn)一步升壓，另一方面，從第二吸附塔的入口端通過真空泵繼續(xù)進(jìn)行解吸氮的排氣；步驟4開放第一吸附塔的出口端，并同時(shí)阻斷第二吸附塔的出口端，從第一吸附塔的入口端供給混合氣體，從最終加壓至最高壓力的第一吸附塔出口端將富氧氣體作為制品取出，另一方面從第二吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣，直至達(dá)到最低壓力；
步驟5使處于最高壓力的第一吸附塔的出口端與處于最低壓力的第二吸附塔的出口端通過均壓管再次連通，把從第一吸附塔減壓、放出的殘留富氧氣體導(dǎo)入第二吸附塔進(jìn)行升壓、回收，同時(shí)在第二吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣；步驟6在保持第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端通過均壓管連通的狀態(tài)下，把從第一吸附塔繼續(xù)減壓、放出的殘留富氧氣體導(dǎo)入第二吸附塔進(jìn)一步升壓、回收，同時(shí)從第二吸附塔的入口端供給混合氣，另一方面，從第一吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣；步驟7使第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端處于阻斷的狀態(tài)，從第二吸附塔的入口端供給混合氣以使第二吸附塔進(jìn)一步升壓，另一方面，從第一吸附塔的入口端通過真空泵繼續(xù)進(jìn)行氮的排氣；步驟8開放第二吸附塔的出口端，并同時(shí)阻斷第一吸附塔的出口端，從第二吸附塔的入口端供給混合氣體，從最終加壓至最高壓力的第二吸附塔出口端將富氧氣體作為制品取出，另一方面從第一吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣，直至達(dá)到最低壓力。
本發(fā)明的吸附、解吸的壓力平衡可根據(jù)吸附劑的特性、能力而有所不同。但一般說來，最高(吸附)壓力為0.1～1.0kg/cm2G(111～199kPa)，優(yōu)選為0.3～0.7kg/cm2G(131～170kPa)；最低(解吸)壓力為150～400乇(20～53kPa)，優(yōu)選為200～350乇(27～47kPa)。
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，在上述的步驟1和步驟2之間插入一個(gè)步驟2a，也就是在保持第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端通過均壓管連通的狀態(tài)下，使第一吸附塔的入口端成為關(guān)閉的狀態(tài)，把從第二吸附塔繼續(xù)減壓、放出的殘留富氧氣體導(dǎo)入第一吸附塔進(jìn)一步升壓回收，另一方面，從第二吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣。另外，在上述的步驟5與步驟6之間插入一個(gè)步驟6a，也就是在保持第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端通過均壓管連通的狀態(tài)下，使第二吸附塔的入口端成為關(guān)閉的狀態(tài)，把從第一吸附塔繼續(xù)減壓、放出的殘留富氧氣體導(dǎo)入第二吸附塔進(jìn)一步升壓、回收，另一方面，從第一吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣。
在本發(fā)明中的主要特征有如下兩點(diǎn)。首先，第一個(gè)特征是不進(jìn)行通過制品氧的逆流來進(jìn)行的升壓(但如果不利用制品氧的逆流來升壓，即使設(shè)計(jì)一個(gè)制品氧氣貯存罐也完全沒有關(guān)系)。過去，雖然利用制品氧氣貯存罐進(jìn)行制品氧的逆流，實(shí)現(xiàn)在解吸后的塔的升壓，但是在本發(fā)明的方法中，相當(dāng)于逆流量的氣體量是從近旁的吸附終了的塔那里回收。其結(jié)果，在總體上具有提高氧回收率的效果。
第二個(gè)特征是通過在兩吸附塔之間的均壓化而對富氧氣體的回收徹底進(jìn)行。這一點(diǎn)是通過將各吸附塔的升壓至少分成3個(gè)工序來實(shí)現(xiàn)(上述的步驟1～3和5～7)。如同從特公平6-170號公報(bào)中所看到的那樣，將兩吸附塔出口端相互間連接起來進(jìn)行的富氧氣體的回收(均壓化)僅以一個(gè)工序進(jìn)行，不是在兩塔間壓力差殘留的情況下轉(zhuǎn)到下一個(gè)工序中，而按照本發(fā)明，按2工序或3工序分階段地回收富氧氣體，兩塔間的壓差幾乎達(dá)到零，實(shí)現(xiàn)了徹底的均壓化。特別是回收富氧氣體的步驟2a的效果是為了提高氧的回收率，因?yàn)樵诓襟E1過程中，一旦均壓化進(jìn)行過度，已回收的富氧氣體就有可能向排氣管移動(dòng)而逃逸，因此通過在步驟1和步驟2之間插入一個(gè)步驟2a，就有可能達(dá)到富聚氧無損失地，更完全地回收氧氣。其結(jié)果，氧氣回收率和每單位吸附劑所獲得的氧量都可以大大地增加。
另外，由于均壓化作用而致的一個(gè)吸附塔的升壓工序中，在從另一個(gè)吸附塔導(dǎo)入的富氧氣體中含有減壓解吸的少量氮?dú)?。然而，這部分少量的氮?dú)饪蔀樵谏鲜龅囊粋€(gè)吸附塔出口端附近的已再生的吸附劑充分地吸附。因此，導(dǎo)入到后續(xù)吸附工序的混合氣體中的氮就被上述的一個(gè)吸附塔入口端附近的吸附劑逐漸吸附，因此就沒有排出到制品氣中，這樣就不影響到氧的濃縮。因此，不象現(xiàn)有方法那樣必須使用制品氧氣來升壓。其結(jié)果，在吸附塔與制品氧氣貯存罐之間兩次交換制品氧所需的能量就可以省去二分之一，避免了浪費(fèi)。
另外，按照本發(fā)明，真空泵在所有工序中都連續(xù)地用于吸附塔的解吸排氣，因此如同在特公平6-170號公報(bào)的實(shí)例中所看到的，由于真空泵空運(yùn)轉(zhuǎn)所造成的浪費(fèi)就可避免，從而達(dá)到了能量的有效利用。
第一吸附塔的出口端與第二吸附塔出口端也可以通過配備有節(jié)流裝置的均壓旁路管經(jīng)常地接通。關(guān)于這種措施的技術(shù)意義將在后面敘述。
另外，在上述步驟2、3、6和7中，向處于升壓過程的吸附塔供給混合氣體的操作也可以同時(shí)并用通過增壓器強(qiáng)制供氣和利用大氣壓自然供氣的兩種措施。關(guān)于這種措施的技術(shù)意義將在后面敘述。
關(guān)于本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)可從結(jié)合


的實(shí)施例了解清楚。
對附圖的簡單說明圖1是表示用于實(shí)施本發(fā)明的富氧氣體回收方法的裝置的概略構(gòu)成圖。
圖2是表示在本發(fā)明的實(shí)施例1中操作工序的時(shí)間表。
圖3是表示在本發(fā)明的實(shí)施例1中各操作步驟的流程圖。
圖4是表示在本發(fā)明的實(shí)施例2中操作工序的時(shí)間表。
圖5是表示在本發(fā)明的實(shí)施例2中各操作步驟的流程圖。
圖6是表示在本發(fā)明的實(shí)施例3中各操作步驟的流程圖。
圖7是表示在比較例1中使用的裝置的概略構(gòu)成圖。
圖8是表示在比較例1中操作工序的時(shí)間表。
圖9是表示在比較例2中操作工序的時(shí)間表。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式以下根據(jù)

本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
(裝置的構(gòu)成)圖1表示用于實(shí)施本發(fā)明中所說的富氧氣體的回收方法所用的裝置的構(gòu)成例。
在該圖中，符號A、B分別表示吸收塔(在權(quán)利要求中的第一吸附塔和第二吸附塔)。在各吸附塔A、B中填充有適合于從主要含氧和氮的混合氣體(通常為空氣)中選擇性地吸附氮的吸附劑(例如CaA型沸石)。各吸附塔A、B的底部通過供氣側(cè)支管1a、1b連接到總供氣管1上，在上述各支管1a、1b上分別設(shè)置有換向閥(開關(guān)閥)2a、2b。另外，在供氣管1上設(shè)置有混合氣體增壓器3，由該增壓器3通過處于開狀態(tài)的換向閥2a或2b可選擇性地向吸附塔A或B供入混合氣體。
也可以設(shè)置一個(gè)配備有換向閥4的供氣旁路管5，以便繞過混合氣體增壓器3。這樣一來，當(dāng)混合氣體的自然供氣壓力(也就是大氣壓)高于各吸附塔A或B的情況下(也就是吸附塔A或B處于負(fù)壓的狀態(tài)下)，不單單利用增壓器3，而且也利用了混合氣體本身的自然供氣壓力來實(shí)行混合氣的供應(yīng)。其結(jié)果，增壓器3的容量可相應(yīng)減小，從而降低了動(dòng)力的消耗。但是，這個(gè)供氣旁路管5只不過是較佳的構(gòu)成部件。另外，也可以采用另外的自然供氣裝置來代替供氣旁路管。
另外，各吸附塔A、B的底部通過排氣側(cè)支管6a、6b連接到總排氣管6上，在上述各支管6a、6b上分另設(shè)置有換向閥7a、7b。另外，在排氣管6上設(shè)置有真空泵8，由該真空泵8通過處于開狀態(tài)的換向閥7a或7b可選擇性地從吸附塔A或B排出解吸的氣體。
另一方面，各吸附塔A、B的頂部通過個(gè)別的出口管9a、9b連接到總的制品氧氣取出管9上。在各出口管9a、9b上分別設(shè)置有換向閥10a、10b，在取出管9上設(shè)置有止逆裝置11(例如單向閥)。因此，通過各換向閥10a、10b選擇性的開閉，就可以選擇性地將制品氧氣從各吸附塔A、B取出到取出管9，通過止逆裝置11可以阻止制品氧氣從取出管9側(cè)逆流進(jìn)入各吸附塔A、B。應(yīng)予說明，也可以不設(shè)置止逆裝置11而是通過控制吸附塔出口管9a、9b的換向閥10a、10b的開閉定時(shí)來實(shí)現(xiàn)止逆裝置的功能。
另外，在個(gè)別出口管9a、9b之間通過均壓管12而互相連接，在該均壓管12上設(shè)置有換向閥13。另外，設(shè)置了配備有節(jié)流裝置14的均壓旁路管15，以便繞過處于均壓管12上的換向閥13。因此，即使在換向閥13處于關(guān)閉的狀態(tài)下，只要兩個(gè)吸附塔A、B之間有壓力差，通過配備有這種節(jié)流裝置14的均壓旁路管15，即可以使一定量的氣體在兩吸附塔A、B之間流通(關(guān)于這種技術(shù)效果將在下面敘述)。作為這種情況的節(jié)流裝置，可以使用通常的銳孔裝置，但是使用針閥等節(jié)流閥也可達(dá)到同樣效果。應(yīng)予說明，這種節(jié)流裝置14只不過是較佳的構(gòu)成部件。
本發(fā)明中所說的富氧氣體的回收方法，可以使用如上所述構(gòu)成的裝置，按照以下的次序進(jìn)行。應(yīng)說明，在以下的每一個(gè)實(shí)施例中，各吸附塔A、B的直徑均為600mm，高度為2500mm，其中填充有作為吸附劑的CaA型沸石。
(實(shí)施例1)圖2和圖3對應(yīng)于本發(fā)明的實(shí)施例1。圖2是表示在實(shí)施例1中全部操作步驟隨時(shí)間過程的工序表，圖3是表示在各操作步驟中氣體流向的流程圖。應(yīng)說明，在圖2和圖3中使用的略號有如下幾個(gè)，這些略號在后面的圖4～圖6、圖8和圖9中也完全相同。
AS吸附DS解吸PZ升壓DP減壓為了說明的方便，把吸附塔A解吸操作完畢時(shí)的最低壓力定為例如150～400乇(20～53kPa)，把吸附塔B吸附操作完畢時(shí)的最高壓力定為例如0.1～1.0kg/cm2G(111～199kPa)。另外，在該實(shí)施例1中沒有設(shè)置配備有節(jié)流裝置14的均壓旁路管15(圖1)。
在以上的前提條件下，步驟1是對吸附塔A進(jìn)行升壓1，對吸附塔B進(jìn)行減壓1。也就是說，在該步驟1中，僅僅是換向閥7a、13(圖1)處于開的狀態(tài)，含有從吸附塔B的吸附劑上解吸的少量氮?dú)獾臍埩糁破费鯕馔ㄟ^均壓管12從頂部導(dǎo)入吸附塔A，另一方面，解吸的殘留氮?dú)鈴奈剿嗀的底部由真空泵8通過排氣側(cè)支管6a和排氣管6進(jìn)行抽吸排氣。
由于吸附塔A的解吸已完畢，因此，在上述步驟1中由吸附塔B導(dǎo)入的少量的氮就被吸附塔A頂部附近的吸附劑有效地吸附。因此，從吸附塔A的吸附劑整體來看，這不會(huì)對后續(xù)的從混合氣體中吸附氮?dú)獾淖饔卯a(chǎn)生大的影響。
另一方面，隨著來自吸附塔B的少量氮?dú)?，?dǎo)入吸附塔A中的殘留富氧氣體有效地洗凈了吸附塔A內(nèi)的吸附劑。這時(shí)，由真空泵8的排氣量低于從吸附塔B流向吸附塔A的氣體的流入量，因此吸附塔A經(jīng)歷某種程度的升壓。而且，由于吸附塔A本身具有一定容量，因此來自吸附塔B的殘留氧氣就不至于從吸附塔A排入真空泵8的一側(cè)中。
上述的步驟1持續(xù)例如10秒鐘。其結(jié)果使得吸附塔A升壓至例如200～500乇(27～67kPa)，吸附塔B減壓至700乇～0.2kg/cm2G(93～121kPa)。
在后續(xù)的步驟2中，只有換向閥2a、4、7b、13(圖1)處于開的狀態(tài)。以此方式使吸附塔A進(jìn)行升壓2，使吸附塔B進(jìn)行減壓2。也就是說，在吸附塔A中，把含有從吸附塔B的吸附劑解吸的少量氮?dú)獾臍埩舾谎鯕怏w通過均壓管12而從頂部連續(xù)地導(dǎo)入吸附塔A，同時(shí)，把混合氣體通過供氣側(cè)支管1a和供氣管1而從吸附塔A的底部供入。這時(shí)，由于吸附塔A依然低于大氣壓，因此，不僅可以通過增壓器3進(jìn)行強(qiáng)制供氣，同時(shí)也可通過供氣旁路管5進(jìn)行自然供氣。另外，來自吸附塔B的少量氮?dú)獗晃剿嗀頂部附近的吸附劑有效地捕集，這一點(diǎn)與上述步驟1的情況相同。
另一方面，在吸附塔中，由于減壓而從吸附劑解吸的氮?dú)庥烧婵毡?通過排氣側(cè)支管6b及排氣管6進(jìn)行抽吸排氣。
上述的步驟2持續(xù)例如4秒鐘。其結(jié)果使得吸附塔A升壓至例如400～700乇(53～93kPa)，吸附塔B減壓至550～760乇(73～101kPa)。
在后續(xù)的步驟3中，僅僅是換向閥2a、4、7b(圖1)處于開的狀態(tài)。以此方式使吸附塔A進(jìn)行升壓3，吸附塔B進(jìn)行解吸。也就是說，在吸附塔A中，混合氣體通過供氣側(cè)支管1a和供氣管1而從吸附塔A的底部供入，另一方面，在吸附塔B中，由真空泵8通過排氣側(cè)支管6b和排氣管6連續(xù)進(jìn)行氮?dú)獾臏p壓解吸。這時(shí)，由于吸附塔A依然低于大氣壓，因此，不僅可以通過增壓器3進(jìn)行強(qiáng)制供氣，同時(shí)也可通過供氣旁路管5進(jìn)行自然供氣。
上述的步驟3持續(xù)例如2秒鐘。其結(jié)果使得吸附塔A升壓至例如大氣壓(101kPa)。另一方面，吸附塔B的解吸在該步驟3中尚未結(jié)束。
在后續(xù)的步驟4中，只有換向閥2a、7b、10a(圖1)處于開的狀態(tài)。以此方式使吸附塔A進(jìn)行吸附，并使吸附塔B繼續(xù)進(jìn)行解吸。也就是說，在吸附塔A中，混合氣體從其底部通過供氣側(cè)支管1a和供氣管1供入，從而使混合氣中的氮被吸附劑選擇地吸附，沒有被吸附的氧氣通過出口管9a及制品氧氣取出管9被取出，另一方面，在吸附塔B中，由真空泵8引起的氮?dú)獾臏p壓解吸通過排氣側(cè)支管6b和排氣管6連續(xù)進(jìn)行。這時(shí)，由于吸附塔A已處于大氣壓以上，因此混合氣體只能通過增壓器3進(jìn)行強(qiáng)制供氣。
上述的步驟4持續(xù)例如44秒鐘。其結(jié)果使得吸附塔A在吸附過程中達(dá)到了例如0.1～1.0kg/cm2G(111～199kPa)的最高壓力，吸附塔B達(dá)到了最終的，例如150～400乇(20～53kPa)的最低壓力。
以后的步驟5～8與上述的步驟1～4相對應(yīng)。也就是說，在步驟1～4中對吸附塔A進(jìn)行的操作就是在步驟5～8中對吸附塔B進(jìn)行的操作，而在前者對吸附塔B進(jìn)行的操作就是后者對吸附塔A進(jìn)行的操作。因此，省略對以后的步驟5～8的說明。
由以上步驟1～8構(gòu)成的一個(gè)完整的循環(huán)結(jié)束時(shí)，該一個(gè)循環(huán)的時(shí)間例如為120秒。
在上述的實(shí)施例1中，使用空氣作為混合氣體，以0.4kg/cm2G(141kPa)為最高壓力(最高吸附壓力)，以210乇(28kPa)為最低壓力(最低解吸壓力)，進(jìn)行一個(gè)循環(huán)120秒的操作。結(jié)果以93％氧氣濃度獲得19.9Nm3/H的制品氧。而且，這時(shí)的氧回收率為51％。
(實(shí)施例2)圖4和圖5對應(yīng)于本發(fā)明的實(shí)施例2。圖4是表示在實(shí)施例2中全部操作步驟隨時(shí)間過程的工序表，圖5是表示在該實(shí)施例的各操作步驟中氣體流向的流程圖。另外，在實(shí)施例2中也沒有設(shè)置配備有節(jié)流裝置14的均壓旁路管15(圖1)。
實(shí)施例2基本上類似于上述實(shí)施例1，但下列各點(diǎn)與實(shí)施例1不同。也就是說，實(shí)施例2中，相應(yīng)于實(shí)施例1步驟1的時(shí)間作了若干縮短，并在轉(zhuǎn)入步驟2之前插入一個(gè)步驟2a，同時(shí)相應(yīng)于實(shí)施例1步驟5的時(shí)間作了若干縮短，并在轉(zhuǎn)入步驟6之前插入一個(gè)步驟6a。
更具體地說，在實(shí)施例2中，把在上述實(shí)施例1中步驟1的時(shí)間例如10秒縮短為8秒(比較圖2與圖4)。
另外，在步驟2a中，只有換向閥7b、13處于開的狀態(tài)。以此方式，把含有在吸附塔B的頂部減壓解吸的少量氮?dú)獾臍埩舾谎鯕怏w通過均壓管12，導(dǎo)入吸附塔A中例如2秒鐘。其結(jié)果使得吸附塔A升壓至例如250～600乇(33～80kPa)。這時(shí)，少量的氮被吸附塔A頂部附近的吸附劑有效地吸附，這一點(diǎn)如在實(shí)施例1中所說那樣，與步驟1相同。
另外，在步驟2a中的吸附塔B的操作與后續(xù)的步驟2相同，與相同的步驟2成為一整體，構(gòu)成了吸附塔B的減壓2。
另一方面，步驟6a對應(yīng)于上述的步驟2a，所不同的只是將吸附塔A與吸附塔B的操作相應(yīng)地倒轉(zhuǎn)過來。
在上述實(shí)施例2中，使用空氣作為混合氣體，使用的裝置與實(shí)施例1所用的裝置相同，每一循環(huán)的操作時(shí)間為120秒，最高壓力(最高吸附壓力)為0.4kg/cm2G(141kPa)，最低壓力(最低解吸壓力)為210乇(28kPa)。結(jié)果獲得93％氧氣濃度的19.8Nm3/H的制品氧氣。另外，這時(shí)的氧回收率為53％。
(實(shí)施例3)圖6是表示本發(fā)明實(shí)施例3的各操作步驟中氣體流向的流程圖。在實(shí)施例3中，如圖1所示，設(shè)置了配備有節(jié)流裝置14的均壓旁路管15。
實(shí)施例3與上述實(shí)施例2在基本操作步驟的構(gòu)成方面相同，但是由于設(shè)置了均壓旁路管15，所以在操作上產(chǎn)生了某些變化。也就是說，在步驟3、4、7、8中，基于兩個(gè)吸附塔A、B之間的壓力差，從一個(gè)吸附塔流入的少量富氧氣體通過一個(gè)配備有節(jié)流裝置14(例如銳孔)的均壓旁路管15而導(dǎo)入另一個(gè)吸附塔，由于這種洗凈作用而促進(jìn)了在另一個(gè)吸附塔中的吸附劑的再生。
應(yīng)說明，雖然均壓旁路管15時(shí)常處于導(dǎo)通狀態(tài)，但是在步驟1、2a、2、5、6、6a中，氣體流通阻力很小的均壓管12也處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此氣體優(yōu)先地流過均壓管12。因此，均壓旁路管15只有在均壓管12處于非導(dǎo)通狀態(tài)的步驟3、4、7、8中時(shí)才有實(shí)際意義。
在上述實(shí)施例3中，除了配備有節(jié)流裝置14以外，使用與實(shí)施例2相同的裝置，進(jìn)行每循環(huán)120秒的操作，最高壓力(最高吸附壓力)為0.4kg/cm2G(141kPa)，最低壓力(最低解吸壓力)為220乇(29kPa)。結(jié)果獲得了93％氧氣濃度的20.2Nm3/H的制品氧氣。另外，這時(shí)的氧回收率為53％。
另外，在上述實(shí)施例3中，使用空氣作為混合氣體，最高壓力為0.4kg/cm2G(141kPa)，與實(shí)施例2相同。雖然如此，但其最低壓力(最終解吸壓力)為220乇(29kPa)，這比實(shí)施例2的最低壓力210乇(28kPa)稍高一些，這反映出當(dāng)一個(gè)吸附塔在解吸時(shí)，有一定量的氣體從另一個(gè)吸附塔通過均壓旁路管15流入。
(比較例1)圖7和圖8表示比較例1。圖7是同一比較例中所用裝置的概略構(gòu)成圖，圖8是表示在同一比較例中全部操作步驟隨時(shí)間過程的工序表。
圖7所示的裝置與圖1的裝置相類似，但是在圖1所示的構(gòu)成要素中，裝備有換向閥的供氣旁路管5、配備有節(jié)流裝置14的均壓旁路管15、以及止逆裝置11均沒有設(shè)置。可是，為代替它們，制品氧氣的取出管9與制品氧氣貯存罐16相互接通。
在比較例1中使用圖7的裝置，按照圖8所示操作步驟進(jìn)行1個(gè)循環(huán)的操作。也就是說，解吸結(jié)束后的吸附塔A與吸附結(jié)束后的吸附塔B通過均壓管12連通，在吸附塔A中實(shí)行升壓1，而在吸附塔B中實(shí)行減壓1(時(shí)間10秒)。然后，在吸附塔A中，來自貯存罐16的制品氧氣通過取出管9和出口管9a逆向地流動(dòng)進(jìn)一步升壓(時(shí)間6秒)，在吸附塔B中，由于真空泵8的抽吸作用而通過排氣側(cè)支管6b及排氣管6進(jìn)行解吸(這種解吸在此后的50秒鐘內(nèi)仍繼續(xù)進(jìn)行)。接著，在吸附塔A中，由增壓器3通過供氣管1及供氣側(cè)支管1a供入混合氣體(空氣)，將富氧氣體作為制品氧氣通過出口管9a及取出管9取出到貯存罐16中(這種吸附操作直至在吸附塔B中的解吸結(jié)束時(shí)為止，運(yùn)行的時(shí)間為44秒)。自此以后，把吸附塔A與吸附塔B的操作步驟對應(yīng)地反轉(zhuǎn)過來進(jìn)行，這樣一個(gè)循環(huán)便完成了。
應(yīng)說明，在圖8中，略號PPZ表示由于制品氧氣引起的升壓。
在上述比較例1中，附加了一個(gè)容積為0.7m3的貯存罐16(其他裝置部件的尺寸與圖1相同)，最高壓力(最高吸附壓力)為0.4kg/cm2G(141kPa)，最低壓力(最終解吸壓力)為210乇(28kPa)，按此條件進(jìn)行1循環(huán)為120秒的操作。結(jié)果獲得了93％氧氣濃度的19.5Nm3/H的制品氧。另外，這時(shí)的氧氣回收率為45％。
把上述比較例1的結(jié)果與上述實(shí)施例1～3的結(jié)果進(jìn)行比較，可以看出，本發(fā)明的實(shí)施例1～3與比較例1相比，每單位時(shí)間獲得的制品氧氣的生成量及氧的回收率都得到了改善。特別是氧回收率的改善程度較大。其中的不同主要是，不采用在比較例1中利用來自貯存罐16的制品氧氣逆流來升壓的措施，而在本發(fā)明的實(shí)施例1～3中，由吸附塔A、B之間的均壓化進(jìn)行的升壓可以徹底地進(jìn)行。
應(yīng)指出，上述的比較例1雖然與特開平1-236914、特開平2-119915、特開平4-222613和特開平4-505448的各公報(bào)中所公開的現(xiàn)有技術(shù)不完全相同，但是在利用貯存罐16的制品氧氣的逆流進(jìn)行升壓這一點(diǎn)是與上述那些現(xiàn)有技術(shù)共同的。因此，根據(jù)上述的比較例1，可以認(rèn)為，本發(fā)明對于這些現(xiàn)有技術(shù)來說，顯示出了充分的優(yōu)越性。
(比較例2)圖9是表示在比較例2中全部操作步驟隨時(shí)間過程的工序表。應(yīng)說明，該比較例2對應(yīng)于在特公平6-170號公報(bào)中公開的操作工序，但是只有與本發(fā)明的實(shí)施例的條件盡可能統(tǒng)一才能容易地進(jìn)行比較，因此，使用圖1所示裝置進(jìn)行操作工序。但是，在上述特公平6-170號公報(bào)中沒有公開的供氣旁路管5與和均壓旁路管15就沒有使用。
另外，比較例2的操作工序按照如下的次序進(jìn)行。也就是說，把完成了解吸的吸附塔A與完成了吸附的吸附塔B通過均壓管12連通，在吸附塔A實(shí)行升壓1(時(shí)間9秒)，在吸附塔B實(shí)行減壓1。但是在這時(shí)，真空泵8的抽吸對吸附塔A、B中的任一個(gè)都不起作用。接著，在吸附塔A通過增壓器3用混合氣體(空氣)進(jìn)行升壓2(時(shí)間9秒)，在吸附塔B利用真空泵8的抽吸作用進(jìn)行解吸(這種解吸在以后的36秒內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行)。接著，在吸附塔A中，通過增壓器3從其底部供入混合氣，而從其頂部將富氧氣體作為制品氧取出(該吸附操作直至在吸附塔B處的解吸完畢進(jìn)行27秒鐘)。自此以后，把吸附塔A與吸附塔B的操作步驟對應(yīng)地進(jìn)行反轉(zhuǎn)操作，至此便完成了一個(gè)循環(huán)。
在上述的比較例2中，使用與實(shí)施例1和2中所用同樣的裝置，進(jìn)行一個(gè)循環(huán)90秒操作時(shí)間的操作，最高壓力(最高吸附壓力)為0.35kg/cm2G(136kPa)，最低壓力(最低解吸壓力)為250乇(33kPa)。結(jié)果獲得了93％氧氣濃度的18.0Nm3/H的制品氧。另外，這時(shí)氧的回收率為45％。
應(yīng)說明，在比較例2中，最高壓力(吸附壓力)比實(shí)施例1～3的低，這是因?yàn)橛迷鰤浩鬟M(jìn)行36秒鐘的空氣送入也不能使吸附壓力充分地上升。另外，最低壓力(解吸壓力)比實(shí)施例1～3高，這是因?yàn)橛谜婵毡?進(jìn)行36秒鐘的排氣也不能使解吸壓力充分地降低。
將上述比較例2的結(jié)果與上述實(shí)施例1～3的結(jié)果相比，可以看出，本發(fā)明的實(shí)施例1～3與比較例2相比，每單位時(shí)間的制品氧氣生成量及氧的回收率都獲得了改善。特別是氧回收率改善的程度較大。這種差別的原因在于，在比較例2中，由于兩吸附塔A、B之間的均壓化(也就是升壓1和減壓1)只進(jìn)行一次，因此不能達(dá)到充分的均壓化，伴隨著減壓一個(gè)吸附塔所產(chǎn)生的富氧氣體不能有效地用于另一個(gè)吸附塔的升壓，并且均壓時(shí)真空泵8處于空運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，沒有用于任一個(gè)吸附塔的氮?dú)饨馕?br> 權(quán)利要求
1.一種富氧氣體的回收方法，它是一種利用填充有能夠從主要含氮和氧的混合氣體中選擇性地吸附氮的吸附劑的第一吸附塔和第二吸附塔，通過變壓法回收富氧氣體的方法，該方法包含如下步驟步驟1使處于最低壓力的第一吸附塔的出口端與處于最高壓力的第二吸附塔的出口端通過均壓管連通，把從第二吸附塔減壓、放出的殘留富氧氣體導(dǎo)入第一吸附塔進(jìn)行升壓、回收，同時(shí)在第一吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣；步驟2在保持第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端通過均壓管連通的狀態(tài)下，把從第二吸附塔繼續(xù)減壓、放出的殘留富氧氣體導(dǎo)入第一吸附塔進(jìn)一步升壓、回收，同時(shí)從第一吸附塔的入口端供給混合氣，另一方面，從第二吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣；步驟3使第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端處于阻斷的狀態(tài)，從第一吸附塔的入口端供給混合氣使第一吸附塔進(jìn)一步升壓，另一方面，從第二吸附塔的入口端通過真空泵繼續(xù)進(jìn)行解吸氮的排氣；步驟4開放第一吸附塔的出口端，并同時(shí)阻斷第二吸附塔的出口端，從第一吸附塔的入口端供給混合氣體，從最終加壓至最高壓力的第一吸附塔出口端將富氧氣體作為制品取出，另一方面從第二吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣，直至達(dá)到最低壓力；步驟5使處于最高壓力的第一吸附塔的出口端與處于最低壓力的第二吸附塔的出口端通過均壓管再次連通，把從第一吸附塔減壓、放出的殘留富氧氣體導(dǎo)入第二吸附塔進(jìn)行升壓、回收，同時(shí)在第二吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣；步驟6在保持第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端通過均壓管連通的狀態(tài)下，把從第一吸附塔繼續(xù)減壓、放出的殘留富氧氣體導(dǎo)入第二吸附塔進(jìn)一步升壓、回收，同時(shí)從第二吸附塔的入口端供給混合氣，另一方面，從第一吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣；步驟7使第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端處于阻斷的狀態(tài)，從第二吸附塔的入口端供給混合氣使第二吸附塔進(jìn)一步升壓，另一方面，從第一吸附塔的入口端通過真空泵繼續(xù)進(jìn)行氮的排氣；步驟8開放第二吸附塔的出口端，并同時(shí)阻斷第一吸附塔的出口端，從第二吸附塔的入口端供給混合氣體，從最終加壓至最高壓力的第二吸附塔出口端將富氧氣體作為制品取出，另一方面從第一吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣，直至達(dá)到最低壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的富氧氣體的回收方法，其中，在上述的步驟1和步驟2之間插入一個(gè)步驟2a，也就是在保持第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端通過均壓管連通的狀態(tài)下，使第一吸附塔的入口端成為關(guān)閉的狀態(tài)，把從第二吸附塔繼續(xù)減壓、放出的殘留富氧氣體導(dǎo)入第一吸附塔進(jìn)一步升壓、回收，另一方面，從第二吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣；另外，在上述的步驟5與步驟6之間插入一個(gè)步驟6a，也就是在保持第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端通過均壓管連通的狀態(tài)下，使第二吸附塔的入口端成為關(guān)閉的狀態(tài)，把從第一吸附塔繼續(xù)減壓、放出的殘留富氧氣體導(dǎo)入第二吸附塔進(jìn)一步升壓、回收，另一方面，從第一吸附塔的入口端通過真空泵進(jìn)行解吸氮的排氣。
3.如權(quán)利要求1所述的富氧氣體的回收方法，其中，第一吸附塔的出口端與第二吸附塔的出口端通過配備有節(jié)流裝置的均壓旁路管經(jīng)常地相互接通。
4.如權(quán)利要求1所述的富氧氣體的回收方法，其中，在上述的步驟2、3、6和7中，通過加壓供氣裝置向升壓過程的吸附塔供入混合氣體的強(qiáng)制供氣與利用大氣壓進(jìn)行自然供氣這兩種措施同時(shí)并用。
5.如權(quán)利要求1所述的富氧氣體的回收方法，其中，上述的混合氣體為空氣。
全文摘要
一種利用填充有能夠從主要含氮和氧的混合氣體中選擇性地吸附氮的吸附劑的兩個(gè)吸附塔(A、B)，通過變壓法來回收富氧氣體的方法，在該方法中，通過兩個(gè)吸附塔(A、B)之間的均壓化來徹底地回收殘留的富氧氣體，同時(shí)使真空泵(8)經(jīng)常地與吸附塔(A或B)之中任一個(gè)連接以進(jìn)行連續(xù)的氮?dú)獾某槲艢?。為此，兩個(gè)吸附塔(A、B)間的均壓化至少分兩個(gè)工序來進(jìn)行，其中的一個(gè)吸附塔(A或B)升壓，而另一個(gè)吸附塔(B或A)減壓，直至兩個(gè)吸附塔(A、B)間的壓力差幾乎變?yōu)榱?，如此即能回收富氧氣體。
文檔編號C01B13/02GK1150788SQ96190375
公開日1997年5月28日 申請日期1996年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月2日
發(fā)明者三宅正訓(xùn), 春名一生, 笹野廣昭 申請人:住友精化株式會(huì)社