專(zhuān)利名稱(chēng)：：Vpsa方法和提高的氧氣回收率的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于制氧的真空變壓吸附方法和系統(tǒng)。更特別地，其涉及適用于由空氣大規(guī)模制氧的方法和系統(tǒng)。背景目前，兩床和三床變壓吸附(PSA)或真空變壓吸附(VPSA)方法常用于制氧。隨著裝置容量提高，由于02回收率適中，總廢氣增加，且由于泵接近最大處理量運(yùn)行，真空泵在床再生過(guò)程中需要更多時(shí)間除去總廢氣。在這種情況下，使用四床或更多床運(yùn)行PSA方法并使用附加步驟以在逆流排污(blowdown)之前為床再生和床中空隙氣體的回收留出更多時(shí)間，這可以實(shí)現(xiàn)大于60%的02回收率。與兩床和三床法相比，四床或更多床法提供了更大自由度(工藝操作條件、床尺寸和循環(huán))和更低裝置成本。Baksh等人(美國(guó)專(zhuān)利No.5,518，526)和Smolarek等人(美國(guó)專(zhuān)利No.6,010，555)公開(kāi)了用于由空氣制氧的兩床VPSA方法。這些專(zhuān)利都公開(kāi)了用于由空氣制氧的兩床VPSA方法。Smolarek等人(美國(guó)專(zhuān)利No.5，656,068)公開(kāi)了作為兩對(duì)2床系統(tǒng)運(yùn)行的四床VPSA方法，被稱(chēng)作2x2循環(huán)/系統(tǒng)，以由空氣制氧。各對(duì)床以180。相位差運(yùn)行，且這兩對(duì)床相位錯(cuò)開(kāi)半個(gè)循環(huán)的一半運(yùn)行。在美國(guó)專(zhuān)利No.5,656,068的VPSA方法中采用兩個(gè)壓縮機(jī)(一個(gè)是羅茨式(Roots)或容積式，一個(gè)是離心式)和兩個(gè)真空泵(一個(gè)是羅茨式或容積式，一個(gè)是離心式)。兩個(gè)壓縮機(jī)之一定期處于空置或排氣模式。Doong(美國(guó)專(zhuān)利No.5,997，612)公開(kāi)了作為兩對(duì)吸附床運(yùn)行的四床VPSA系統(tǒng)以產(chǎn)生大約100噸/天(TPD)氧氣。該VPSA方法包括兩對(duì)床、中間儲(chǔ)槽(以收集用在床吹掃中的并流減壓(氣體))、一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)(blower)和一對(duì)真空泵。美國(guó)專(zhuān)利No.5，997，612中公開(kāi)的系統(tǒng)采用三個(gè)泵，而美國(guó)專(zhuān)利No.5,656,068中使用四個(gè)泵。此外，美國(guó)專(zhuān)利No.5，997，612中7>開(kāi)的系統(tǒng)處理單個(gè)進(jìn)料流，而非如美國(guó)專(zhuān)利No.5,656,068中公開(kāi)的雙進(jìn)料流o更最近，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.11/264，278(律師案巻號(hào)No.21，489)中已經(jīng)公開(kāi)了用于大規(guī)模制氧(例如>350噸/天02)的具有雙進(jìn)料入口的四床VPSA系統(tǒng)和方法。所公開(kāi)的系統(tǒng)使用兩個(gè)壓縮機(jī)和一個(gè)真空泵而非美國(guó)專(zhuān)利No.5,656,068中公開(kāi)的兩個(gè)壓縮才幾和兩個(gè)真空泵。在VPSA或PSA方法的應(yīng)用中，通過(guò)進(jìn)料壓縮機(jī)和真空泵以機(jī)械功形式提供實(shí)現(xiàn)從進(jìn)料混合物(例如空氣)中分離02所需的能量輸入。這種功的成本是VPSA方法的總運(yùn)行成本的顯著組成部分。此外，VPSA或PSA目前僅在小規(guī)模應(yīng)用下才在經(jīng)濟(jì)上可與低溫蒸餾竟?fàn)帯槭筆SA或VPSA方法在大規(guī)模應(yīng)用下在成本上可與低溫蒸餾竟?fàn)?，需要四床或更多床運(yùn)行改進(jìn)的PSA循環(huán)以實(shí)現(xiàn)提高的PSA工藝性能和降低運(yùn)行成本。因此，需要提供可以為大規(guī)模制氧提供提高的性能和較低的運(yùn)行成本的改進(jìn)的多床系統(tǒng)。發(fā)明概述本發(fā)明大體上涉及多床真空變壓吸附(VPSA)方法和系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)提高的02回收率。該方法包括(a)使用包含三個(gè)或更多吸附劑床的系統(tǒng)，(b)將進(jìn)料供應(yīng)氣體連續(xù)送入一個(gè)吸附劑床的進(jìn)料輸入端，所述床含有至少一種優(yōu)先吸附更強(qiáng)吸附性組分的吸附劑，并從該吸附劑床的出口端提取至少一種次強(qiáng)吸附性產(chǎn)物氣體組分，(c)使用單個(gè)進(jìn)料吹送器(blower)提供該進(jìn)料供應(yīng)氣體的連續(xù)進(jìn)料，(d)使用兩種不同純度的吹掃氣體吹掃該吸附劑床，和(e)分步驟循環(huán)制造產(chǎn)物氣體組分，其中在該方法中的任何時(shí)刻，兩個(gè)床處于抽空步驟，僅一個(gè)床處于進(jìn)料模式。本發(fā)明的VPSA方法使用三個(gè)泵(一個(gè)壓縮機(jī)和兩個(gè)真空泵)，100%利用所有的泵。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案也考慮使用獨(dú)特的四床VPSA循環(huán)，其包括在連續(xù)加工進(jìn)料氣體的同時(shí)100%利用壓縮機(jī)和真空泵。本發(fā)明進(jìn)一步考慮使用均壓槽(ET，equalizationtank),其是用于收集從吸附床中并流排出的空隙氣體的儲(chǔ)槽，并利用該氣體經(jīng)由床到槽(bed-to-tank)的均壓(叫ualization)在VPSA方法中將床部分加壓(逆流)。本發(fā)明還考慮使用兩種不同純度的吹掃氣體，下文稱(chēng)作"低純吹掃氣體"和"高純吹掃氣體"，它們用于在VPSA循環(huán)中吹掃床。該高純吹掃氣體在不使用任何儲(chǔ)槽的情況下直接轉(zhuǎn)向正經(jīng)受吹掃步驟的另一床，且該低純氣體由在床到槽均壓步驟后經(jīng)受并流減壓步驟的另一床產(chǎn)生。VPSA循環(huán)中的步驟以將低品質(zhì)吹掃氣體用于該床的最初吹掃然后將高純吹掃氣體用于該床的最終吹掃的方式布置。此外，在VPSA循環(huán)中的任何時(shí)刻，其中兩個(gè)床同時(shí)處于抽空步驟，僅一個(gè)床處于進(jìn)料模式。此外，處于抽空步驟中的各個(gè)床連向真空泵，因此在該VPSA方法中需要兩個(gè)真空泵。本發(fā)明也考慮單獨(dú)的逆流排污步驟以使該步驟中產(chǎn)生的廢料繞過(guò)真空泵。本發(fā)明進(jìn)一步考慮中間加壓步驟(例如床到槽均壓步驟和交迭的進(jìn)料和產(chǎn)物加壓步驟)以使進(jìn)料加壓步驟中的進(jìn)料氣體滲漏(blow-by)最小化。本發(fā)明的VPSA系統(tǒng)包括在單一序列(singletrain)中的三個(gè)或更多個(gè)吸附床；收集從吸附床中并流排出的空隙氣體的均壓槽(ET);至少一個(gè)同時(shí)抽空兩個(gè)吸附床的真空泵；和進(jìn)料壓縮機(jī)。附圖簡(jiǎn)述為了更完全理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該參照聯(lián)系附圖作出的下列詳述，其中圖1是使用一個(gè)均壓槽(ET)和三個(gè)泵(一個(gè)進(jìn)料壓縮機(jī)和兩個(gè)真空泵)的四床VPSA方法的示意圖。圖2是用在圖1的四床VPSA方法中的十六步四床VPSA:t荅(column)循環(huán)的示意圖。圖3是顯示用在圖1的四床VPSA方法中的另一四床VPSA塔循環(huán)的示意圖，其中沒(méi)有來(lái)自產(chǎn)物槽的產(chǎn)物加壓步驟。圖4是顯示用在圖1的方法中的另一四床VPSA塔循環(huán)的示意圖，其中PG氣體僅獲自并流減壓(CD，co-currentdepressurization)步驟且ET中的殘留氣體用在均壓升步驟(EQUP,equalizationrisingstep)中。圖5是顯示用在圖1的方法中的另一四床VPSA塔循環(huán)的示意圖，其中存在實(shí)際的床到床連通(EQDN以及EQUP,與FP交迭)。圖6是顯示用在圖1的方法中的另一四床VPSA循環(huán)的示意圖，其中在該VPSA方法中沒(méi)有ET。發(fā)明詳述本發(fā)明涉及使用多床VPSA方法實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有技術(shù)的VPSA02方法更高的氧氣回收率和更高的處理量。該方法包括(a)使用包含三個(gè)或更多吸附劑床的系統(tǒng)，(b)將進(jìn)料供應(yīng)氣體連續(xù)送入一個(gè)吸附劑床的進(jìn)料輸入端，所述床含有至少一種優(yōu)先吸附更強(qiáng)吸附性組分的吸附劑，并從該吸附劑床的出口端提取至少一種次強(qiáng)吸附性產(chǎn)物氣體組分，(c)使用單個(gè)進(jìn)料吹送器提供該進(jìn)料供應(yīng)氣體的連續(xù)進(jìn)料，(d)使用兩種不同純度的吹掃氣體吹掃該吸附劑床，和(e)分步驟循環(huán)制造產(chǎn)物氣體組分，其中在該方法中的任何時(shí)刻，兩個(gè)床處于抽空步驟，僅一個(gè)床處于進(jìn)料模式。術(shù)語(yǔ)"多床"是指具有三個(gè)或更多吸附劑床。在本發(fā)明的VPSA循環(huán)中的任何時(shí)刻，兩個(gè)床正經(jīng)受抽空步驟。此外，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案提出，在連續(xù)加工進(jìn)料氣體的同時(shí)，包括100%利用一個(gè)壓縮機(jī)和兩個(gè)真空泵的四床VPSA循環(huán)。此外，總VPSA循環(huán)時(shí)間的至少一半被用于床的逆流抽空和吹掃。一些關(guān)鍵特征包括，但不限于(l)向VPSA方法連續(xù)進(jìn)料；(2)只需三臺(tái)機(jī)器(一個(gè)壓縮機(jī)和兩個(gè)真空泵)；(3)100%利用一個(gè)壓縮機(jī)和兩個(gè)真空泵；(4)經(jīng)由床到槽均壓步驟，使用均壓槽(ET)收集并流減壓氣體以在后繼階段用于該床的再加壓；(5)在VPSA方法的逆流抽空和吹掃步驟中使用相同或不同的真空泵(例如離心式、羅茨式或容積式)抽空床的進(jìn)料端的選項(xiàng)；(6)使用兩種不同純度的吹掃氣體，下文稱(chēng)作低和高純吹掃氣體，用于在VPSA循環(huán)中吹掃床。該高純吹掃氣體在不使用任何儲(chǔ)槽的情況下直接轉(zhuǎn)向正經(jīng)受吹掃步驟的另一床，且該低純氣體來(lái)自床到槽均壓步驟后的并流減壓步驟。該低純氣體也直接轉(zhuǎn)向剛剛完成VPSA循環(huán)中的最后逆流抽空步驟的另一床。VPSA循環(huán)中的步驟以將低品質(zhì)吹掃氣體用于該床的最初吹掃然后將高純吹掃氣體用于該床的最終吹掃的方式布置。這種運(yùn)行模式允許在使獲自處于生產(chǎn)模式的另一床的高純氣體的量最小化的同時(shí)使用低純吹掃氣體吹掃另一床，從而完成吹掃步驟；(7)使用單獨(dú)的逆流排污步驟以使該步驟中的廢料繞過(guò)真空泵；和(8)該VPSA循環(huán)結(jié)合了中間加壓步驟(例如床到槽均壓步驟和交迭的進(jìn)料和產(chǎn)物加壓步驟)以使進(jìn)料加壓步驟中的<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>圖1中的四床VPSA系統(tǒng)由四個(gè)吸附劑床、一個(gè)均壓槽(ET)、一個(gè)產(chǎn)物槽、27個(gè)開(kāi)/關(guān)閥(它們可以具有或沒(méi)有流量控制)、一個(gè)進(jìn)料壓縮機(jī)、兩個(gè)真空壓縮機(jī)、入口和排放消音器和相連的管道和配件構(gòu)成。參照?qǐng)D1和2和表1，以一個(gè)完整的VPSA循環(huán)公開(kāi)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。為了例證本發(fā)明，產(chǎn)物氣體是氧氣。步驟1在步驟l開(kāi)始時(shí)，床l(Bl)壓力低于產(chǎn)物槽壓力。閥l打開(kāi)以使進(jìn)料氣體從壓縮機(jī)l(Cl)進(jìn)入床1底部且閥24打開(kāi)以使產(chǎn)物氣體進(jìn)入床1頂部。閥11保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)3(C3)抽空床2(B2)。閥13保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)2(C2)抽空床3(B3)。閥23和20打開(kāi)以使氣體從床4(B4)頂部流入ET以便隨后使用。步驟2在步驟2開(kāi)始時(shí)，閥1保持打開(kāi)以使進(jìn)料氣體繼續(xù)流入床1底部。閥24保持打開(kāi)并在床1壓力達(dá)到吸附壓力時(shí)開(kāi)始制氧。閥11保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)3抽空床2。閥13保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮才幾2抽空床3。在閥20關(guān)閉時(shí)，閥23保持打開(kāi)，且閥21和18打開(kāi)以使氣體從床4頂部流出并流入床2頂部。步驟3在步驟3開(kāi)始時(shí)，閥1保持打開(kāi)以使進(jìn)料氣體繼續(xù)流入床l底部。閥24保持打開(kāi)并由床1繼續(xù)制氧。閥25打開(kāi)以使產(chǎn)物吹掃氣體進(jìn)入床2頂部，同時(shí)閥11保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)3抽空床2。閥13保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)2抽空床3。閥8打開(kāi)使床4排污到大氣中。步驟4在步驟4開(kāi)始時(shí)，閥1保持打開(kāi)以使進(jìn)料氣體繼續(xù)流入床1底部。閥24保持打開(kāi)并由床1繼續(xù)制氧。閥18和19打開(kāi)以^吏氣體流出ET并流入床2頂部。閥11關(guān)閉以4亭止床2的抽空。閥13關(guān)閉，同時(shí)閥14打開(kāi)以通過(guò)壓縮才幾3抽空床3。閥16打開(kāi)以開(kāi)始通過(guò)壓縮才幾2抽空床4。步驟5在步驟5開(kāi)始時(shí)，閥17和19打開(kāi)以使氣體從床1頂部流入ET以便隨后使用。閥2打開(kāi)以使進(jìn)料氣體從壓縮機(jī)1進(jìn)入床2底部，且閥25打開(kāi)以使產(chǎn)物氣體進(jìn)入床2頂部。閥14保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)3抽空床3。閥16保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)2抽空床4。步驟6在步驟6開(kāi)始時(shí)，閥17保持打開(kāi)，同時(shí)閥19關(guān)閉，且閥21和22打開(kāi)以-使氣體流出床1頂部并流入床3頂部。閥2保持打開(kāi)以使進(jìn)料氣體繼續(xù)流入床2底部。閥25保持打開(kāi)并在床2壓力達(dá)到吸附壓力時(shí)開(kāi)始制氧。閥14保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)3抽空床3。閥16保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)2抽空床4。步驟7在步驟7開(kāi)始時(shí)，閥5打開(kāi)以使床1排污到大氣中。閥2保持打開(kāi)以使進(jìn)料氣體繼續(xù)流入床2底部。閥25保持打開(kāi)并繼續(xù)由床2制氧。閥26打開(kāi)以使產(chǎn)物吹掃氣體進(jìn)入床3頂部，同時(shí)閥14保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)3抽空床3。閥16保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)2抽空床4。步驟8在步驟8開(kāi)始時(shí)，閥9打開(kāi)以開(kāi)始通過(guò)壓縮才幾2抽空床1。閥2保持打開(kāi)以使進(jìn)料氣體繼續(xù)流入床2底部。閥25保持打開(kāi)并繼續(xù)由床2制氧。閥20和22打開(kāi)以使氣體流出ET并流入床3頂部。閥14關(guān)閉以停止床3的抽空。閥16關(guān)閉，同時(shí)閥15打開(kāi)以通過(guò)壓縮機(jī)3抽空床4。步驟9在步驟9開(kāi)始時(shí)，閥9保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)2抽空床1。閥18和19打開(kāi)以4吏氣體從床2頂部流入ET以便隨后〗吏用。閥3打開(kāi)以使進(jìn)料氣體從壓縮機(jī)1進(jìn)入床3底部，且閥26打開(kāi)以使產(chǎn)物氣體進(jìn)入床3頂部。閥15保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)3抽空床4。步驟10在步驟10開(kāi)始時(shí)，閥9保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)2抽空床l。閥18保持打開(kāi)，同時(shí)閥19關(guān)閉，且閥21和23打開(kāi)以使氣體流出床2頂部并流入床4頂部。閥3保持打開(kāi)以4吏進(jìn)料氣體繼續(xù)流入床3底部。閥26保持打開(kāi)并在床3壓力達(dá)到吸附壓力時(shí)開(kāi)始制氧。閥15保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)3抽空床4。步驟11ii在步驟ll開(kāi)始時(shí)，閥9保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)2抽空床l。閥6打開(kāi)以使床2排污到大氣中。閥3保持打開(kāi)以使進(jìn)料氣體繼續(xù)流入床3底部。閥26保持打開(kāi)并由床3繼續(xù)制氧。閥27打開(kāi)以使產(chǎn)物吹掃氣體進(jìn)入床4頂部，同時(shí)閥15保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮才幾3^由空床4。步驟12在步驟12開(kāi)始時(shí)，閥9關(guān)閉，同時(shí)閥10打開(kāi)以通過(guò)壓縮機(jī)3抽空床1。閥12打開(kāi)以開(kāi)始通過(guò)壓縮機(jī)2抽空床2。閥3保持打開(kāi)以使進(jìn)料氣體繼續(xù)流入床3底部。閥26保持打開(kāi)并由床3繼續(xù)制氧。閥20和23打開(kāi)以使氣體流出ET并流入床4頂部。閥15關(guān)閉以停止床4的抽空。步驟13在步驟13開(kāi)始時(shí)，閥10保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)3抽空床l。閥12保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)2抽空床2。閥20和22打開(kāi)以使氣體從床3頂部流入ET以便隨后使用。閥4打開(kāi)以使進(jìn)料氣體從壓縮機(jī)1進(jìn)入床4底部，且閥27打開(kāi)以使產(chǎn)物氣體進(jìn)入床4頂部。步驟14在步驟14開(kāi)始時(shí)，閥10保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)3抽空床l。閥12保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)2抽空床2。閥22保持打開(kāi)，同時(shí)閥20關(guān)閉，且閥21和17打開(kāi)以4吏氣體流出床3頂部并流入床1頂部。閥4保持打開(kāi)以使進(jìn)料氣體繼續(xù)流入床4底部。閥27保持打開(kāi)并在床4壓力達(dá)到吸附壓力時(shí)開(kāi)始制氧。步驟15在步驟15開(kāi)始時(shí)，閥24打開(kāi)以使產(chǎn)物吹掃氣體進(jìn)入床1頂部，同時(shí)閥IO保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮才幾3抽空床1。閥12保持打開(kāi)以繼續(xù)通過(guò)壓縮機(jī)2抽空床2。閥7打開(kāi)以使床3排污到大氣中。閥4保持打開(kāi)以使進(jìn)料氣體繼續(xù)流入床4底部。閥27保持打開(kāi)并由床4繼續(xù)制氧。步驟16在步驟16開(kāi)始時(shí)，閥17和19打開(kāi)以4吏氣體流出ET并流入床1頂部。閥10關(guān)閉以停止床1的才由空。閥12關(guān)閉，同時(shí)閥ll打開(kāi)以通過(guò)壓縮機(jī)3抽空床2。閥13打開(kāi)以開(kāi)始通過(guò)壓縮機(jī)2抽空床3。閥4保持打開(kāi)以使進(jìn)料氣體繼續(xù)流入床4底部。閥27保持打開(kāi)并由床4繼續(xù)制氧。在優(yōu)選運(yùn)行模式中使用離心式真空泵和羅茨式真空泵。在優(yōu)選模式中，羅茨式真空泵在步驟8、9、10和11中使用，而離心式真空泵在步驟12、13、14和15中使用(對(duì)于PSA循環(huán)中的床1步驟，參照?qǐng)D1和2和表1)。表2給出在床中使用氮?dú)膺x擇性吸附劑的運(yùn)行條件和VPSA方法性能的實(shí)例。在表中，符號(hào)具有下列含義TPD=噸(2000lb)/天的氧氣，kPa二1000Pa=SJ.壓力單位(l.O大氣壓(atm)=101.323kPa，s=時(shí)間單位，秒)。此外，在表中，氮?dú)馄胶膺x擇性吸附劑是Li-X。Li畫(huà)X吸附劑的細(xì)節(jié)列在美國(guó)專(zhuān)利Nos.6,790，260(Ackley等人)；6，743,745(Jaussaud等人)；6,506,234(Ackley等人)；6，500,234(Ackley等人)；6，471，748(Ackley等人)；6，027,548(Ackley等人)；和6,780,806(Yang等人)中。表2:示例性運(yùn)行條件和性能推測(cè)(圖2-4大于175TPD制氧用的VPSA循環(huán))下方床中的吸附劑Li-X進(jìn)料組成(N2/(VAr):78.12%/20.95%/0.934%高壓160kPa低壓30kPa總進(jìn)料1.43x106NCFH制成的02量:1.98x105NCFH(196TPD02)氧氣純度90%總氧氣回收率66%床尺寸系數(shù)483lb/TPD02溫度300K四個(gè)床各自含有用于除去N2的Li-X沸石。表2中所示的結(jié)果獲自使用含有0.934%Ar、78.12%N2和20.95%02的干燥空氣的PSA模擬。在備選運(yùn)行才莫式中，可以使用其它方法和循環(huán)，如圖3-6顯示了圖1的雙真空泵四床VPSA方法的備選塔循環(huán)圖。在圖2中所示的優(yōu)選模式中，除進(jìn)料氣體外，步驟1、5、9和13還利用產(chǎn)物氣體將床加壓。在圖3中所示的備選模式中，不使用產(chǎn)物氣體將床加壓。在圖2中所示的優(yōu)選模式中，步驟3、7、11和15中的在線床向正在抽空的床頂部提供吹掃氣體。在圖4中所示的備選模式中，在線床不提供吹掃氣體。而是從ET提供吹掃氣體。然后在步驟4、8、10和16中，使用ET中的剩余氣體作為均壓氣體。在圖2中所示的優(yōu)選模式中，在步驟4、8、12、16過(guò)程中，在線床繼續(xù)產(chǎn)物制造。在圖5中所示的備選模式中，產(chǎn)物制造在步驟4、8、12、16開(kāi)始時(shí)停止，取而代之，該床向也在底部接收進(jìn)料氣體的床頂部提供均壓氣體，例如在步驟4過(guò)程中，在床2從壓縮機(jī)l接收進(jìn)料氣體的同時(shí)，床l向床2頂部提供氣體。在圖6中所示的備選模式中，沒(méi)有ET,且從床到床發(fā)生均壓。在這種模式中，沒(méi)有產(chǎn)物加壓。在這種模式中，在步驟4、8、12和16過(guò)程中存在空氣加壓步驟，其中空氣進(jìn)入在真空下的床底部以將床壓力升至環(huán)境壓力?？諝饪梢酝ㄟ^(guò)閥5(對(duì)于床1)、閥6(對(duì)于床2)、閥7(對(duì)于床3)和閥8(對(duì)于床4)進(jìn)入床(參照?qǐng)D1)。盡管上述VPSA方法聚焦于使用四床法由空氣制造02，但也可以使用三個(gè)或多于四個(gè)床。此外，各床可以由一層或幾層吸附劑，或吸附劑混合物構(gòu)成?；谶M(jìn)料流大小、進(jìn)料源類(lèi)型和PSA工藝操作條件，將確定所選吸附器構(gòu)造(例如徑向、軸向、結(jié)構(gòu)化等)和吸附劑的選擇和布置。Ackley等人在美國(guó)專(zhuān)利No,6,027,548中給出合適的吸附劑和吸附劑分層的細(xì)節(jié)。在本發(fā)明的各種實(shí)施方案的應(yīng)用中，最高吸附壓力為100kPa至大約2000kPa,且最低解吸壓力為20kPa至大約100kPa。氧氣產(chǎn)物的平均純度為85%氧氣至大約95%氧氣。在任何實(shí)施方案中，可以在沸石床上游端放置預(yù)提純器區(qū)段(例如氧化鋁層)以從進(jìn)料空氣中除去水和二氧化碳。在另一些運(yùn)行模式中，可以在本發(fā)明的前述PSA方法中使用其它吸附劑。例如，可以使用5A、13X和混合陽(yáng)離子沸石作為VPSA方法中的N2選擇性吸附劑。通常，均壓槽是空的并且不含任何材料。在本發(fā)明中，均壓槽可以是空的或裝有惰性或吸附劑材料。在均壓槽含有惰性或吸附劑材料的情況下，可以使用完全或部分填充的均壓槽。此外，均壓槽的i真充才才沖+可以是珠并立或丸沖立或結(jié)構(gòu)1'匕載體，如整并+、不銹鋼絲網(wǎng)和氧化鋁泡沫?；蛘撸摼鶋翰劭梢院袚醢宕娑栊曰蛭絼┎牧?。最后，也可以使用空氣進(jìn)料以外的進(jìn)料(例如來(lái)自由蒸汽曱烷重整產(chǎn)生的合成氣的含H2的進(jìn)料混合物)，且可以相當(dāng)容易地針對(duì)所需產(chǎn)物或聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)物的生產(chǎn)來(lái)調(diào)節(jié)該方法。例如，可以分別由空氣進(jìn)料和含H2的進(jìn)料容易地實(shí)現(xiàn)02和N2或H2和CO的聯(lián)產(chǎn)。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的一些益處包括提高的02回收率和真空泵要處理的較少PSA廢物；雜質(zhì)(例如N2)濃度峰(fronts)的較低分散；在循環(huán)中的連續(xù)進(jìn)料和抽空步驟以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)和兩個(gè)真空泵的100%利用；用純度提高的氣體吹掃，造成床的更好再生；在VPSA循環(huán)中并入逆流排污步驟以使一部分廢物(在床再生過(guò)程中獲得)繞過(guò)真空泵(參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利Nos.5,656,068和6,010,555，其中所有廢物經(jīng)過(guò)該真空泵)；用于回流的更清潔氣體，這在使床在線用于制氧之前產(chǎn)生更尖銳的02濃度或更好的床再生(參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利Nos.5,656,068、5,997,612和6,010,555，其中雜質(zhì)濃度峰的過(guò)度分散不可避免，造成更劇烈的再生，即更大量的回流氣體(例如，用于吹掃、產(chǎn)物再加壓等))；與現(xiàn)有技術(shù)相比，用于空隙氣體回收的更高的壓力梯度驅(qū)動(dòng)力(參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利Nos.6,010,555或5,656,068);由于在VPSA循環(huán)中引入進(jìn)料氣體之前床中更高的中間壓力，在進(jìn)料加壓過(guò)程中較少的進(jìn)料滲漏(參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利Nos.5,656,068和6,010,555，其中將在并流減壓步驟開(kāi)始時(shí)回收的氣體送往仍處于吹掃步驟中的另一床，然后并流減壓和進(jìn)料端均壓，以致在該床與同時(shí)經(jīng)受均壓升和進(jìn)料加壓步驟的另一床連通時(shí)產(chǎn)生更小的傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力；此外，使用產(chǎn)物品質(zhì)的氣體吹掃，然后使用含更高雜質(zhì)濃度的空隙氣體，這會(huì)污染該床的產(chǎn)物端)。本發(fā)明的再一益處在于，其使用兩種不同純度的吹掃氣體。該高純吹掃氣體在不使用任何儲(chǔ)槽的情況下直接轉(zhuǎn)向正經(jīng)受吹掃步驟的另一床，且該低純氣體來(lái)自床到槽均壓步驟后的并流減壓步驟。該低純氣體也直接轉(zhuǎn)向剛剛完成VPSA循環(huán)中的最后逆流抽空步驟的另一床。VPSA循環(huán)中的步驟以將低品質(zhì)吹掃氣體用于該床的最初吹掃然后將高純吹掃氣體用于該床的最終吹掃的方式布置。這種運(yùn)行模式允許在使高純氣體的量最小化的同時(shí)使用低純吹掃氣體吹掃另一床。此外，這種吹掃氣體在不使用任何儲(chǔ)槽的情況下直接轉(zhuǎn)向正經(jīng)受吹掃步驟的另一床(參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利No.5,997,612)。另外，本發(fā)明包括使用相同或不同真空泵(例如離心式和羅茨式或容積式)抽空床并100%利用(即在整個(gè)PSA循環(huán)中沒(méi)有壓縮機(jī)真空泵卸載)的選項(xiàng)。本發(fā)明還預(yù)計(jì)提供大約10-20%的02生產(chǎn)率/回收率改進(jìn)和5-10%的資本成本降低，因?yàn)槠溆行Р捎脝蝹€(gè)進(jìn)料壓縮機(jī)和兩個(gè)真空泵(100%利用)，對(duì)于制成的每單位氧氣，具有較少的床和/或較少的吸附劑(較低的床尺寸系數(shù))，并避免使用產(chǎn)物品質(zhì)的氣體來(lái)吹掃。盡管已經(jīng)參照某些優(yōu)選實(shí)施方案詳細(xì)描述本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)存在其它實(shí)施方案。權(quán)利要求1.分離含有至少一種更強(qiáng)吸附性組分和至少一種次強(qiáng)吸附性產(chǎn)物氣體組分的進(jìn)料供應(yīng)氣體用的真空變壓吸附(VPSA)方法，該方法包括(a)使用包含三個(gè)或更多吸附劑床的系統(tǒng)，(b)將進(jìn)料供應(yīng)氣體連續(xù)送入一個(gè)吸附劑床的進(jìn)料輸入端，所述床含有至少一種優(yōu)先吸附更強(qiáng)吸附性組分的吸附劑，并從該吸附劑床的出口端提取至少一種次強(qiáng)吸附性產(chǎn)物氣體組分，(c)使用單個(gè)進(jìn)料吹送器提供該進(jìn)料供應(yīng)氣體的連續(xù)進(jìn)料，(d)使用兩種不同純度的吹掃氣體吹掃該吸附劑床，和(e)分步驟循環(huán)制造產(chǎn)物氣體組分，其中在該方法中的任何時(shí)刻，兩個(gè)床處于抽空步驟，僅一個(gè)床處于進(jìn)料模式。2.權(quán)利要求1的VPSA方法，其中該方法進(jìn)一步包括使用均壓槽(ET)收集并流減壓氣體。3.4又利要求2的VPSA方法，其中該VPSA方法包括在單一序列中的四個(gè)吸附劑床。4.權(quán)利要求1的VPSA方法，其中該方法包括床到床均壓和加壓步驟，其中在吸附劑床的底部提供進(jìn)料供應(yīng)氣體。5.權(quán)利要求1的VPSA方法，其中最高吸附壓力為大約100kPa至大約2000kPa且最低吸附壓力為大約20kPa至大約100kPa。6.分離含有至少一種更強(qiáng)吸附性組分和至少一種次強(qiáng)吸附性產(chǎn)物氣體組分的進(jìn)料供應(yīng)氣體用的四床真空變壓吸附(VPSA)方法，其在遵循以下循環(huán)圖的十六步循環(huán)中包括(a)使用單個(gè)進(jìn)料吹送器提供該進(jìn)料供應(yīng)氣體的連續(xù)進(jìn)料，(b)使用兩種不同純度的吹掃氣體吹掃該吸附劑床，(c)分步驟循環(huán)制造產(chǎn)物氣體組分，其中在該方法中的任何時(shí)刻，兩個(gè)床處于抽空步驟，僅一個(gè)床處于進(jìn)料模式，(d)使用均壓槽(ET)收集并流減壓氣體，和(e)將供應(yīng)氣體連續(xù)送入吸附劑床的進(jìn)料輸入端，該床含有至少一種優(yōu)先吸附更強(qiáng)吸附性組分的吸附劑，并從該吸附劑床的出口端提取至少一種次強(qiáng)吸附性產(chǎn)物氣體組分<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>其中AD是吸附/產(chǎn)物生產(chǎn)，BD是排污，ETD是來(lái)自槽的均壓降,ETU是均壓升，EV是抽空，F(xiàn)D是進(jìn)料加壓，PG是接受吹掃，PP是產(chǎn)物加壓，且PPG是提供吹掃氣體。7.權(quán)利要求6的VPSA方法，其中該至少一種更強(qiáng)吸附性組分包括氮?dú)狻?.權(quán)利要求6的VPSA方法，其中該至少一種次強(qiáng)吸附性產(chǎn)物氣體組分包括氧氣。9.分離含有至少一種更強(qiáng)吸附性組分和至少一種次強(qiáng)吸附性產(chǎn)物氣體組分的進(jìn)料供應(yīng)氣體用的真空變壓吸附(VPSA)系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括在單一序列中的三個(gè)或更多吸附劑床；收集從吸附劑床中并流排出的空隙氣體的均壓槽(ET);至少一個(gè)同時(shí)抽空兩個(gè)吸附劑床的真空泵；和進(jìn)料壓縮機(jī)。10.權(quán)利要求9的VPSA系統(tǒng)，其中該均壓槽裝有惰性或吸附劑材料。11.權(quán)利要求9的VPSA系統(tǒng)，其中各吸附劑床包括位于該吸附劑床上游端的預(yù)提純器區(qū)段。12.4又利要求9的VPSA系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)構(gòu)造成每天生產(chǎn)至少175p屯的氧氣。13.權(quán)利要求9的VPSA系統(tǒng)，其中各吸附劑床含有N2選擇性吸附劑。14.權(quán)利要求9的VPSA系統(tǒng)，其中該吸附劑包含下列至少一種Li-X沸石、5A、13X、CaX和混合陽(yáng)離子沸石。15.權(quán)利要求9的VPSA系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包含在單一序列中的四個(gè)吸附劑床。全文摘要公開(kāi)了用于實(shí)現(xiàn)提高的O₂回收率的新型多床VPSA方法和系統(tǒng)。該VPSA方法包括使用三個(gè)或更多吸附劑床；使用單個(gè)進(jìn)料吹送器向一個(gè)床提供連續(xù)的進(jìn)料供應(yīng)氣體，其中在該方法中的任何時(shí)刻，兩個(gè)床處于抽空步驟，僅一個(gè)床處于進(jìn)料模式；使用兩種不同純度的吹掃氣體吹掃該吸附劑床。該VPSA循環(huán)可以進(jìn)一步包括在VPSA循環(huán)的并流減壓步驟中采用存儲(chǔ)裝置(例如填充的或空的均壓槽)捕獲空隙氣體，其在后繼階段中用于該床的吹掃和再加壓。此外，該VPSA方法以100％利用率使用單個(gè)進(jìn)料壓縮機(jī)和兩個(gè)真空泵。此外，該存儲(chǔ)裝置的使用最大限度地減少使用產(chǎn)物品質(zhì)氣體進(jìn)行吹掃。在該新型VPSA方法中實(shí)現(xiàn)大約10-20％的O₂生產(chǎn)率改進(jìn)。文檔編號(hào)B01D53/053GK101511448SQ200780033256公開(kāi)日2009年8月19日申請(qǐng)日期2007年7月3日優(yōu)先權(quán)日2006年7月6日發(fā)明者A·C·羅辛斯基,M·S·A·巴克什申請(qǐng)人:普萊克斯技術(shù)有限公司