專利名稱：：最佳變壓回流吸附的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于分離氣體混合物的變壓吸附工藝過程。更具體而言，涉及采用變壓吸附工藝過程從空氣中大規(guī)模生產(chǎn)氧氣時提高生產(chǎn)效率。變壓吸附(PSA)法在空氣或其它氣體分離作業(yè)中的應(yīng)用是眾所周知的。這種PSA工藝過程通常包括以下操作程序(1)吸附，在較高的吸附壓力下，將原料氣通入吸附床的進料端以便選擇性地吸附更容易吸附的組分，而難吸附的組分則從床的產(chǎn)品端排出；(2)解吸，使吸附床從較高的吸附壓力減壓到較低的解吸壓力，并從該床中排出更容易吸附的組分；(3)吹掃，將吹掃氣體通入吸附床，促使所述更容易吸附的組分從吸附床排出；(4)重新加壓，將該床的壓力從較低的解吸壓力增加到較高的吸附壓力；以及(5)在工序(1)較高的吸附壓力下將另一批原料氣通入吸附床，在循環(huán)基礎(chǔ)上繼續(xù)執(zhí)行操作程序。這種PSA工藝過程包括已在Skarstrom的美國專利2,944,621中公開，對用于各種用途的吸附/減壓/吹掃/重新加壓基本工序的變型而言，各種操作參數(shù)的變化在本領(lǐng)域是已知的。Wagner在美國專利3,430,418中公開了具有至少四個吸附床的吸附系統(tǒng)，在每個床中用作解吸工序的部分，通常將包含難吸附組分的空隙氣體從該床的產(chǎn)品端排出，并輸送到本系統(tǒng)中初始壓力較低的另一個床的產(chǎn)品端，以使兩床間的壓力均化到中壓水平。在順流均壓-減壓工序之后，該床從中壓，逆流減壓到較低的壓力，同時從該床的進料端排出更容易吸附的組分。Doshi在美國專利4,340,398中公開了一種采用三個或多個吸附床的PSA法，其中空隙氣體不是從一個床的產(chǎn)品端直接輸送到另一個床，而是輸送到貯槽，氣體再從貯槽輸送到一個床以便重新加壓。Krishnamurthy等人在美國專利4,816,039中也公開了雙床PSA系統(tǒng)中采用一個或多個貯槽。該專利公開了在兩床之間直接均壓之后，將另外的空隙氣體從被減壓的床的產(chǎn)品端輸送到至少一個貯槽。在該床于較低解吸壓力下再生之后，這些間隙氣體又從貯槽返回該床以便進行均壓。由于在其后的逆流減壓和吹掃工序中減少了空隙氣體的損失，從而使難吸附組分產(chǎn)品氣體的回收率增加。Yamaguchi等人在美國專利5,258,059中描述了PSA法和系統(tǒng)，其中至少采用三個吸附床，在操作循環(huán)的減壓/重新加壓階段，床對床地直接進行均壓。利用貯存塔，即進料/排料工序回轉(zhuǎn)式的分隔貯槽，貯存循環(huán)的順流減壓工序中回收的空隙氣體，同時排放來自床的產(chǎn)品端的氣體。然后，在該循環(huán)的床層再生階段，將這些空隙氣體用于吹掃吸附床。貯存塔是專門設(shè)計的，用以防止氣體在其中混合，即在貯存塔中保持雜質(zhì)的濃度梯度。在目前所采用的一些PSA循環(huán)中，進行均壓-升壓工序的吸附床接受其純度遞降的產(chǎn)品氣體，該氣體來自正處在產(chǎn)品生產(chǎn)工序的另一個床，即處在包括較高吸附壓力的加料工序和順流減壓工序的整個產(chǎn)品生產(chǎn)工序的順流減壓階段。因而在均壓-升壓工序結(jié)束時，純度最低的氣體在該床的產(chǎn)品端。此外，用于吹掃吸附床的氣體，當(dāng)它是從正處于產(chǎn)品生產(chǎn)工序的另一個床中得到的時，其純度是遞降的。如果吹掃氣體是從產(chǎn)品貯槽中得到的，則可以獲得純度恒定的吹掃氣體。還應(yīng)當(dāng)指出，為了保持現(xiàn)有技術(shù)的PSA循環(huán)中所要求的產(chǎn)品純度，生產(chǎn)和均壓-降壓工序必須比在更容易吸附組分的雜質(zhì)前沿從該床的產(chǎn)品端穿透之前所需的時間更早地結(jié)束。結(jié)果，吸附床的吸附能力沒有充分利用。此外，當(dāng)在吹掃均壓-升壓和重新加壓階段中使用純度遞降的難吸附氣體時，由于在這些床的回流工序結(jié)束時使用純度最低的產(chǎn)品氣體，結(jié)果造成該產(chǎn)品端的更多的污染。在產(chǎn)品生產(chǎn)工序的最初階段，引入該產(chǎn)品端的污染物使產(chǎn)品的純度顯著下降，并導(dǎo)致難吸附產(chǎn)品氣體的平均純度下降。此外，利用純度遞降的產(chǎn)品氣體會使床內(nèi)傳質(zhì)區(qū)的擴展不希望地增加。此外，為了在床內(nèi)包含傳質(zhì)區(qū)并保持產(chǎn)品的純度，需要更多的吸附劑材料，結(jié)果造成床的尺寸因數(shù)較高，而且整個PSA法的耗費更大。在一個典型的現(xiàn)有技術(shù)的均壓循環(huán)中，PSA法包括下列工序(I)原料(空氣)加壓(FP)到較高的吸附壓力。(II)吸附和粗產(chǎn)品生產(chǎn)(AD)。(III)減壓-均衡下降(EQ)(順流)，其中氣體被輸送到另一個正進行均衡升壓工序(EQ)的床。(IV)減壓/排氣(EV)，在較低的解吸壓力下排出廢棄(逆流)。(V)減壓/排氣廢棄，同時吹掃(PG)(逆流)。(VI)均衡升壓階段(EQ)，其中，氣體由另一個正進行均衡降壓工序(工序III)的床提供。在另一個現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品加壓循環(huán)中，吹掃和重新加壓所需要的氣體，即回流氣體，來自于另一個正進行吸附/生產(chǎn)工序的床。在這種操作方式中，吹掃氣體是從處在吸附初期階段的另一個床層得到的，在所述吸附工序的后期階段，從該床得到的是產(chǎn)品氣體。由于排出氣體的純度隨時間而下降，當(dāng)容易吸附組分的雜質(zhì)前沿接近穿透條件時，純度較高的氣體是用于吹掃而不是用于產(chǎn)品重新加壓。然而，在理想情況下，希望在吹掃工序開始時使用純度最低的氣體，接著在吹掃工序的后期階段，使用純度遞增的產(chǎn)品氣體。不過，由于現(xiàn)有技術(shù)PSA循環(huán)的操作方式，安排最后使用純度最高的氣體是非常困難的。因此，為了維持一定的產(chǎn)品純度，可減少分配給生產(chǎn)難吸附組分的產(chǎn)品氣體的總循環(huán)時間的百分?jǐn)?shù)，但床層的尺寸因數(shù)和動力消耗卻隨之增加，這是所不希望的。為了在吹掃工序開始時使用純度最低的氣體，接著在回流工序的其余時間使用純度遞增的產(chǎn)品氣體，就必須生產(chǎn)多種純度的產(chǎn)品，以便最后可以使用純度最高的氣體。然而，在吸附壓力較高的生產(chǎn)工序中，從床的產(chǎn)品端排出的氣體純度隨時間而下降。因此，所回收的氣體的純度起初較高，然后遞降到較低水平。因而，在本領(lǐng)域需要有一種方法，把這一純度順序顛倒過來，并生產(chǎn)多種純度的產(chǎn)品。由于回流和床層重新加壓需要多種純度的產(chǎn)品，PSA循環(huán)從本質(zhì)上變得更為復(fù)雜。在解決該問題的一種方法中，已考慮采用兩個貯槽，以便在生產(chǎn)工序(b)的不同時間，將排出的氣體直接輸送到不同的貯槽。在以這種方式操作時，分配給每個貯槽接受排出氣體的時間，可控制所收集的每種純度氣體的數(shù)量。然而，采用多個貯槽增加了PSA法的復(fù)雜性和投資費用，特別是因此而需要更多的閥門和連接管道。另一種方法，可以采用一個分隔式貯槽來貯存多種純度的產(chǎn)品。在這種槽中，產(chǎn)品氣體不會發(fā)生混合，一端裝有純度最低的氣體，而另一端裝的是純度最高的氣體。這種分隔式貯槽可以是上述Yamaguchi等人的專利中所描述的類型，也可以是裝有吸附劑層或惰性材料層的槽，或只是一個裝有用來抑制混合的檔板的空槽。根據(jù)以上所述就會理解，在本領(lǐng)域中需要對PSA工藝過程的改進進行開發(fā)研究，以便能夠?qū)⒓兌冗f增的氣體在較低的解吸壓力下用于吹掃、均壓-升壓，并將床層重新加壓到較高的吸附壓力。與現(xiàn)有技術(shù)PSA操作循環(huán)的要求相比，這些改進可以起到降低所要求的床層的尺寸因數(shù)和動力消耗的作用。因此本發(fā)明的一個目的是要提供一種方法，以便在床層再生的各個工序中采用純度遞增的氣體，從而降低PSA操作中對床層尺寸因數(shù)和動力消耗的要求。本發(fā)明的另一個目的是要提供一種方法，在該方法中，可在PSA循環(huán)的整個吹掃、均壓-升壓和加壓工序中使用純度遞增的氣體，以避免氣體在床對床地直接流通時使其純度降低?？紤]到上述以及其它的目的，在下文中將詳細(xì)地敘述本發(fā)明，并在所附權(quán)利要求書中特別指出其新穎的特點。將氣體貯存在分隔式貯槽中，以便在回流期間，即在最后的原料氣重新加壓之前，在PSA操作程序的吹掃、均壓-升壓、和產(chǎn)品重新加壓階段中能采用這種純度遞增的氣體。根據(jù)附圖進一步敘述本發(fā)明，其中圖1是說明實施本發(fā)明的工藝流程圖，圖中繪出本發(fā)明具體實施方案中的一個分隔式貯槽和兩個吸附床；圖2是采用圖1所示流程中的一個分隔式外部氣體貯槽的雙床PSA系統(tǒng)的工藝流程圖；圖3是采用兩個分隔式氣體貯槽的雙床PSA系統(tǒng)的工藝流程圖；圖4是采用兩個分隔式外部氣體貯槽的單床PSA系統(tǒng)的工藝流程圖。本發(fā)明的目的，是在PSA工藝系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，通過采用一個或多個分隔式外部氣體貯槽而實現(xiàn)的。從吸附床排出的氣體，按明確規(guī)定的順序貯存，以便用于吹掃、均壓-升壓和產(chǎn)品氣體的重新加壓工序。例如，在吹掃工序，本發(fā)明能在開始時使用純度最低的產(chǎn)品氣體，隨后吹掃操作的其它階段采用純度遞增的產(chǎn)品氣體。同樣，在均壓-升壓開始時，首先使用分隔式貯槽中純度最低的產(chǎn)品氣體，隨后在均壓-升壓的其它階段，使用純度遞增的氣體。關(guān)于這一點，應(yīng)當(dāng)指出，在相應(yīng)的均壓-降壓、產(chǎn)品生產(chǎn)工序、在順流減壓期間從床層的產(chǎn)品端排出并通入分隔式氣體貯槽的氣體，其純度逐漸下降。這樣貯存的產(chǎn)品氣體，將按相反的順序從貯槽中排出，在排出的氣體送入往正進行回流的床層，即正進行吹掃和/或均壓-升壓工序和/或產(chǎn)品重新加壓的床層的過程中，氣體的純度逐漸提高。人們會理解到，由于在本發(fā)明的實際應(yīng)用中采用了多種純度的產(chǎn)品，在床層減壓期間可以容許從床層的產(chǎn)品端排出的純度較低的氣體，使吸附工序剛好在更容易吸附的組分在床層產(chǎn)品端穿透之前結(jié)束，從而更能充分地利用床層的吸附能力。與現(xiàn)有技術(shù)的PSA循環(huán)相比，在本發(fā)明的PSA工藝程序中采用了分隔式貯槽，能使工藝過程具有較大的適應(yīng)性并達(dá)到較高的生產(chǎn)效率。特別是在本發(fā)明的工藝程序中包含有分隔式氣體貯槽，對于任意給定的PSA循環(huán)而言，與不采用如本文所述及要求專利保護的這種分隔式外部貯槽的相同PSA循環(huán)相比，都會得到較低的或大致相同的床尺寸因數(shù)(BSF)，而且動力消耗可降低5-15％。與此相反，例如現(xiàn)有技術(shù)的PSA循環(huán)是將直接從PSA系統(tǒng)中另一個床得到的純度恒定的氣體或純度遞降的氣體，用于回流，即用于吹掃和均壓-升壓。由于包含了在本發(fā)明的實際應(yīng)用中所采用的分隔式貯槽，能夠生產(chǎn)回流用的多種純度、不同數(shù)量的氣體，如果需要，還能供應(yīng)各種純度的氣體，其數(shù)量足以滿足PSA系統(tǒng)的氣體用戶對不同產(chǎn)品的要求。很清楚，由于采用多種純度的不同數(shù)量的產(chǎn)品，所以氣體生產(chǎn)工序的時間分配和工藝控制在本發(fā)明的PSA循環(huán)操作中是重要的，此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會意識到，由于使用分隔式外部貯槽，在本發(fā)明的實際應(yīng)用中，有希望采用對PSA法各工序所做的種種改進。這些改進可能包括，將各工序相互銜接以減少總循環(huán)時間，選擇所采用的操作條件，例如較高的吸附壓力，較低的解吸壓力、均壓工序結(jié)束時的壓力，用于回流的多種純度的產(chǎn)品數(shù)量以及分配給每一工序的時間和執(zhí)行整個PSA循環(huán)各工序的順序。在附圖1舉例說明實施本發(fā)明的實施方案中，在所示的產(chǎn)品加壓循環(huán)中采用了分隔式貯槽。生產(chǎn)多種純度的產(chǎn)品，并按明確規(guī)定的順序，在吸附床再生和重新加壓期間將它們用于回流。如圖1所示在實施本發(fā)明的實施方案中，可分別地或以任何所希望的組合方式進行下列工序(a)原料(例如空氣)在吸附床的一端加入，以便從所希望的中等壓力0.60-1.0大氣壓(1.0大氣壓＝14.696磅/平方英寸)、優(yōu)選0.7-0.9大氣壓加壓(EP)到所選擇的較高壓力1.30-1.50大氣壓、優(yōu)選1.37-1.52大氣壓。該方法較低的解吸壓力0.30-0.39大氣壓是希望在中間規(guī)模的實施方案中采用的，優(yōu)選為0.34-0.37大氣壓。(b)在生產(chǎn)工序(AD)期間，壓力可以從中等壓力0.60-1.0大氣壓(產(chǎn)品加壓工序結(jié)束時的壓力)上升到吸附壓力1.30-1.50大氣壓。另一種方法，在原料加壓(FP)期間，只進行原料加壓而不排氣，以便達(dá)到吸附壓力，此后，打開通向出產(chǎn)品的控制閥門。在后一種情況下，生產(chǎn)工序的壓力保持恒定。排出的氣流直接進入分隔式貯槽，在其中貯存多種純度的產(chǎn)品而不會顯著地混合，或在生產(chǎn)工序的不同時間，將排出氣流直接送入各自的產(chǎn)品貯槽。(c)進料結(jié)束，吸附床順流均壓減壓(此后稱作均壓降壓工序，圖1中未示出)，以回收空隙氣體以及同時吸附在吸附劑上的輕組分，或按圖1所示繼續(xù)進行吸附工序。在前一種情況下，壓力從吸附壓力(1.30-1.50大氣壓)降到約1.0大氣壓。這些氣體可以貯存在另一個分隔式貯槽中，或可直接將其送入前一工序所用的相同分隔式貯槽中。(d)逆流減壓/排氣(EV)，壓力降到低壓約0.35大氣壓。(e)逆流吹掃(PG)床層吹掃氣按純度遞增的順序返回床層，在吹掃工序開始時，首先使用純度最低(L)的產(chǎn)品。(f)產(chǎn)品加壓，用純度遞增的產(chǎn)品氣體按逆流方式，從低壓0.35大氣壓升高到中等壓力0.60-1.0大氣壓。在該工序結(jié)束時，采用分隔式貯槽中純度最高(H)的氣體。通過描述雙床PSA法的操作，用圖解說明了本發(fā)明的基本特點。然而，可以預(yù)料，在本發(fā)明的實際應(yīng)用中，也可采用只有一個床或具有兩個以上床的系統(tǒng)。圖1是雙床PSA法的流程圖，該流程由兩個吸附床、原料壓縮機或相互連接的管線和閥門組成。在附圖2中進一步說明按圖1的實施方案中實施本發(fā)明。如圖所示，PSA系統(tǒng)由裝有吸附劑的兩個吸附床A和B組成，其進口分別為33和35，出口分別為5和6。進料口33和35通過鼓風(fēng)機或壓縮機11與空氣管道10相連；而排氣閥34和36與裝有真空泵13的管道12連接。出口14和15與閥門5和6連通并通過連接分隔式產(chǎn)品貯槽18的控制閥17與生產(chǎn)管道16連接。當(dāng)采用常規(guī)吹掃工序時，閥門10A和12A使兩床相通。例如，當(dāng)閥門12A打開時，來自床A的一部分產(chǎn)品氣體，供給床B作吹掃氣流。同樣，當(dāng)閥門10A打開時，來自床B的一部分產(chǎn)品氣體供給床A作吹掃氣體。然而，在本發(fā)明的實際應(yīng)用中，所有的吹掃氣體都按照純度遞增的順序來自分隔式貯槽18。困此，在吹掃工序開始時，使用純度最低(L)的氣體，接著，在該工序操作過程中使用的是純度遞增的氣體。雖然出口管道14和15通過閥門2和4互相連接可供床對床直接均壓之用，但應(yīng)當(dāng)清楚的是，在本發(fā)明的實際應(yīng)用中，并不采用床對床的直接均壓。因此，均壓降壓排出的所有氣體，都按照純度遞降的順序進入分隔式貯槽18，然后按照純度遞增的順序返回吸附床，在產(chǎn)品端供作床層的吹掃和加壓之用。圖中所有的閥門都是通過計算機系統(tǒng)和程序邏輯，用電子儀器操作的。管道19與分隔式產(chǎn)品貯槽連接，按純度遞增的順序，為吹掃和加壓工序供給全部回流氣體。例如，當(dāng)床A需要回流氣體時，打開閥門9，使分隔式貯槽18中的產(chǎn)品氣體按照純度遞增的順序進入該床。同樣，當(dāng)床B需要回流氣體時，打開閥門8。參閱圖1和圖2，下面將敘述雙床法，對用于循環(huán)的每一工序的閥門的開和關(guān)加以說明。工序1(FP)在床層的一端加入原料(空氣)。就床A而言，閥門33打開，使原料進入該床。與此同時，閥門36打開，另一床進行排氣。工序2(AD)粗產(chǎn)品生產(chǎn)工序。打開閥門33和5?？刂崎y17的程序邏輯命令該閥在產(chǎn)品氣體進入分隔式產(chǎn)品貯槽18時打開。例如，如果在產(chǎn)品生產(chǎn)工序中需要恒壓，則控制閥17只在該床達(dá)到預(yù)定的壓力時才打開，使產(chǎn)品氣體進入分隔式產(chǎn)品貯槽18。產(chǎn)品生產(chǎn)工序(工序2)中，閥門8和36都打開。于是床層B同時進行吹掃工序和排氣。吹掃工序所需的氣體，按照純度遞增的順序來自于分隔式貯槽，在該工序開始時，先采用純度最低的氣體。工序3(AD或EQ)吸附工序(AD)繼續(xù)進行，其中閥門33和5仍然打開，或?qū)㈤y門33關(guān)閉，使床A進行順流減壓工序(EQ)。在任一種情況下，都另有一些產(chǎn)品氣體直接進入分隔式產(chǎn)品貯槽18。在此期間，閥門36關(guān)閉，而閥門8仍然打開，以便按照純度遞增的順序從分隔式產(chǎn)品貯槽得到產(chǎn)品氣體，為床層B的產(chǎn)品加壓。工序4(EV)現(xiàn)在打開閥門34，使床層A按逆流方式排氣，打開閥門35，以便在床層B的一端進行原料加壓。工序5(PG)現(xiàn)在打開閥門9，以便床層A按純度遞增的順序接受來自分隔式產(chǎn)品貯槽的產(chǎn)品氣體進行吹掃。在此期間，閥門34仍處于開啟位置，繼續(xù)排氣。在此期間，閥門35和6打開，使床B處于生產(chǎn)工序(AD)。控制閥17的邏輯決定產(chǎn)品氣體何時從床B進入分隔式產(chǎn)品貯槽18。工序6(PP)在此期間，閥門34關(guān)閉，閥門9仍然打開，以便按純度遞增的順序，從分隔式貯槽得到產(chǎn)品氣體，為床層A進行產(chǎn)品加壓。就床B而言，或仍然打開閥門6和35，繼續(xù)進行吸附工序，或關(guān)閉閥門35，使床B進行順流減壓工序。在任一種情況下，都另將一些產(chǎn)品氣體送入分隔式產(chǎn)品貯槽18。根據(jù)以上關(guān)于圖1和圖2所描述的循環(huán)，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可做幾項改進以改變一個或多個工序。例如，原料和產(chǎn)品加壓工序可以同時進行，而不是如上所述，按順序進行。此外，逆流減壓工序可先與大氣接通，直到床內(nèi)的壓力降到1.0大氣壓再開始抽氣。附圖3說明了另一個實施方案，其中，在一個系統(tǒng)里采用了一個分隔式產(chǎn)品貯槽18和一個分隔式均壓槽20，然而在如圖2所示的另一個實施方案中，則采用分隔式產(chǎn)品貯槽18，但沒有采用第二個外部氣體貯槽。當(dāng)然，各個加工工序的進行及有關(guān)閥門的開和關(guān)，通常與前面對圖2的實施方案所描述的相同。采用兩個分隔式貯槽18和20，可為PSA氣體分離方法的實施提供更大的適應(yīng)性。例如在附圖3的實施方案中，PSA循環(huán)各工序進行的時間不必固定。因此可以很容易地應(yīng)用諸如壓力和組成等物理變數(shù)來確定每個工序需要分配的時間，從而針對溫度、壓力和不同的產(chǎn)品要求的變化調(diào)整該過程。在該實施方案中，均壓-降壓的所有氣體可方便地送入分隔式均壓貯槽20。尤其應(yīng)當(dāng)指出的是，在本發(fā)明的各個實施方案的實際應(yīng)用中，不采用氣體床對床地直接流動，所有的回流氣體按純度遞增的順序送入正進行再生的床層，在該工序開始時，使用純度最低的氣體。此外，由于不采用氣體床對床地直接流動，因而可以獨立地操作每個吸附床。整個PSA法可被看作是一些單床裝置的集合體。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，對于尺寸相當(dāng)且共用壓縮機和真空泵的情況而言，每個床的整個循環(huán)與該系統(tǒng)中其它床的相應(yīng)循環(huán)大體上同步是必須的或需要的。在另一個實施方案中，可從系統(tǒng)中取消圖3的實施方案的分隔式均壓槽20，均壓-降壓的所有氣體可以直接從一個床送到另一個床。然而，在這種床對床地直接均壓的工序中，正進行均壓-升壓工序的床層接受純度遞降的產(chǎn)品氣體，不過，在優(yōu)選的實施方案中，希望該床接受純度遞增的氣體。當(dāng)完成均壓-升壓工序時，用來自分隔式產(chǎn)品貯槽18的氣體進一步將該床加壓，或進行原料加壓，或同時進行產(chǎn)品氣體和原料氣重新加壓。雖然在上文中特別就使用單個分隔式產(chǎn)品貯槽18對本發(fā)明做了描述，但使用多級分隔式產(chǎn)品貯槽仍屬本發(fā)明的范圍之內(nèi)，其中在產(chǎn)品生產(chǎn)工序進行時，按不同的時間將床層排出的氣體直接送入到相應(yīng)的貯槽。同樣，本發(fā)明也不限于使用在吸附容器的頂部和底部具有淺碟形頭、氣體沿軸向流動的圓筒形吸附床，還可采用其它所需要的床形狀。例如，可以采用徑向床來減少壓力損失，并使動力消耗隨之減少。此外，還可采用在床內(nèi)不同的位置上裝有不同吸附劑的多層床。例如，可將活性氧化鋁放在床層的進料端，以便從進料氣流中除去水和二氧化碳，又如將LiX沸石吸附劑放在活性氧化鋁的上部，將進料空氣分離成例如包含所述進料空氣中難吸附的組分的富氧的產(chǎn)品氣體。附圖4說明了本發(fā)明實施方案中的單個吸附床C，其中采用分離的分隔式貯槽，即產(chǎn)品貯槽18和均壓槽20。在這個實施方案中，為了達(dá)到高的設(shè)備利用率，在過程中采用一臺壓縮機/鼓風(fēng)機進行加壓和排氣工序。在圖4實施方案中所進行的PSA法的操作工序如下所述。以產(chǎn)品加壓后的循環(huán)作為開始。在該工序(FP)中，打開閥門10和33，其它閥門都關(guān)閉。閥門17是差壓逆止閥，只在吸附容器的壓力大于分隔式產(chǎn)品貯槽18的壓力時才打開。在原料加壓后，工序2(AD)開始。在工序2的產(chǎn)品生產(chǎn)工序中，閥門10和33仍然打開，差壓逆止閥17在吸附容器的壓力超過分隔式產(chǎn)品貯槽18的壓力時才打開。當(dāng)閥門17打開時，產(chǎn)品氣體進入分隔式產(chǎn)品貯槽18。在工序2結(jié)束時，閥門33關(guān)閉，閥門36打開以使壓縮機卸載。在此期間，該床進行順流減壓，閥門4處于打開位置，把空隙氣體匯入分隔式均壓槽20。注意，在順流減壓工序(工序3)中，逆止閥17應(yīng)處于關(guān)閉位置，因為吸附床C的壓力會降到分隔式產(chǎn)品貯槽18的壓力以下。在執(zhí)行工序3時，閥門9、10和33都處于關(guān)閉位置。當(dāng)工序3結(jié)束時，閥門12和34關(guān)閉。在這一工序(工序4或EV)中，吸附容器中的氣體通過閥門34離開并進入壓縮機的入口。圖1描繪的下一個工序(工序5或PG)是吹掃工序。在該工序中，閥門4、34和12打開，來自分隔式均壓槽20的氣體供作生產(chǎn)氣體，按純度遞增的順序吹掃吸附床C。然后執(zhí)行最后一個工序(工序6)產(chǎn)品加壓，閥門12和34關(guān)閉，而閥門4仍然處在打開位置。如果產(chǎn)品加壓需要另外一些產(chǎn)品氣體，那么閥門4關(guān)閉，閥門9打開，以完成產(chǎn)品加壓工序。顯然，在不脫離所附權(quán)利要求書中所述的本發(fā)明范圍的條件下，可以很容易地對單床法進行各種改進。實施例1在實施本發(fā)明的說明性實施例中，應(yīng)用圖2所示的雙床PSA系統(tǒng)時，采用了圖1所示的操作工序。在該實施例中，回流氣體的純度起初是較低的例如85％，約在16秒鐘內(nèi)提高到約93％。以下所用的符號意義如下TPD＝每天生產(chǎn)氧的公頓數(shù)(1ton＝2,000(lb)；kPa＝1,000Pa＝S.I.壓力單位(1.0atm＝101.325kPa)；S＝按秒計的時間單位，kW＝千瓦PSA法的條件和用計算機模擬取得的理論結(jié)果如下吸附劑Li-X沸石循環(huán)時間72sec較高的吸附壓力151.99kPa較低的吸附壓力40.53kPa工序6結(jié)束時的壓力64.85kPa進料速率233.19NCFH產(chǎn)品產(chǎn)率32.76NCFH氧氣純度92.22％氧氣回收率66.89％床層尺寸因數(shù)(BSF)663Ibm/TPDO2動力5.61kW/TPDO2</table></tables>由這個實施例可以看出，采用雙床PSA法生產(chǎn)高純度的氧產(chǎn)品是有利的，產(chǎn)品回收率高；床層尺寸因數(shù)低，即生產(chǎn)一定量的產(chǎn)品氣體所需的吸附劑量少；動力消耗少。實施例2為了對比起見，用現(xiàn)有技術(shù)的貯槽代替分隔式貯槽，重復(fù)說明性實施例1，其中氣體發(fā)生混合是不可避免的。在這個對比的實施方案中，在吸附-產(chǎn)品回收工序期間，將從床層產(chǎn)品端排出的一部分產(chǎn)品氣體，在較高的吸附壓力下轉(zhuǎn)移到貯槽中，以便為該法提供均壓氣體，而其另一部分也被轉(zhuǎn)移到該貯槽中，以便為床層再生提供吹掃氣體。按這種操作方式，其純度-時間圖與實施例1的純度-時間圖具有相反的特性，即氧氣的純度開始時較高隨后純度降低。上述對比例的計算機模擬取得的理論結(jié)果如下吸附劑Li-X沸石循環(huán)時間70sec較高的吸附壓力149.96kPa較低的吸附壓力40.53kPa工序6結(jié)束時的壓力64.85kPa進料速率233.19NCFH產(chǎn)品產(chǎn)率27.89NCFH氧氣純度92.59％氧氣回收率56.96％床層尺寸因數(shù)(BSF)736.36Ibm/TPDO2動力6.48kW/TPDO2</table></tables>當(dāng)比較實施例1和實施例2所得的結(jié)果時，可以看出，對于類似的產(chǎn)品純度，在PSA系統(tǒng)中采用一個分隔式貯槽與采用常規(guī)外部貯槽的同一個PSA工藝循環(huán)所得結(jié)果相比，床的尺寸因數(shù)較低，即約低8％，動力消耗也較低，約低12％。此外，采用分隔式貯槽，使回流(吹掃)氣體的純度順序顛倒。例如，在現(xiàn)有技術(shù)的實際應(yīng)用中，回流工序開始時使用純度最高的產(chǎn)品，接著采用純度較低的吹掃氣體?？墒牵诒景l(fā)明的實際應(yīng)用中，分隔式貯槽能將產(chǎn)品氣體貯存而不發(fā)生混合。當(dāng)需要回流氣體時，可按純度遞增的順序從分隔式貯槽中排出，首先使用純度最低的氣體，隨后使用純度較高的氣體，在回流工序結(jié)束時，使用純度最高的氣體，因而在床層的產(chǎn)品端受容易吸附的氣體組分的污染最小。因此，在隨后的生產(chǎn)工序中，可以生產(chǎn)純度較高的產(chǎn)品，或為了達(dá)到所要求的純度，可以給產(chǎn)品生產(chǎn)工序分配較長的操作時間。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解到，在不脫離下文申請專利保護的本發(fā)明范圍的條件下，如本文所述，在本發(fā)明的細(xì)節(jié)上可以做各種變動和改進。例如，顯然純度不同的產(chǎn)品氣體不僅可用作回流氣，而且還可以從工藝系統(tǒng)中將其中的一部分排出，作為純度較低的產(chǎn)品氣體輸送到一個或多處下游使用。當(dāng)然，被用作回流氣體的這部分不同純度的產(chǎn)品氣體，完全可以用于床層的均壓-升壓工序，或用于吹掃和均壓-升壓兩個工序，或用于均壓-升壓工序及產(chǎn)品重新加壓，與此同時，可以使用或不使用一部分產(chǎn)品氣體供作吹掃之用。正如以上所指出，在任何情況下，產(chǎn)品氣體都要輸入并從分隔式氣體貯槽輸出而不象在常規(guī)操作中那樣把產(chǎn)品氣體直接從一個床輸送到另一個床。在各種吸附系統(tǒng)中，利用不同的PSA工藝程序?qū)嵤┍緲?biāo)題發(fā)明，也屬于本發(fā)明的范圍，其中包括兩段或多段系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中應(yīng)用不同的吸附床選擇性地吸附原料氣混合物中不同的組分。例如，在原料空氣分離系統(tǒng)中，可以采用兩段或多段吸附，在一段中用一個或多個吸附床以便選擇性地吸附氮，即比較容易被選擇性地吸附的組分，而在另一段中，用一個或多個吸附床以便選擇性地吸附氧，即原料空氣比較容易被選擇性吸附的組分。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，通常將5A和13X之類的分子篩材料用做吸附劑，從原料空氣中選擇性地吸附氮，而將活性碳吸附劑用于從原料空氣中選擇性地吸附氧。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還會理解到，在本發(fā)明的實施方案中，其中在均壓工序之后，將高純度的氣體從本發(fā)明的外部、分隔式氣體貯槽輸送到一個吸附床的產(chǎn)品端，作為床層回流操作的一部分，因此所得到的吸附床壓力會比所需要的較高的吸附壓力略低一些。當(dāng)在所需要的吸附壓力下，把原料氣加到該床的進料端時，最終重新加壓將會達(dá)到較高的吸附壓力。因此，本發(fā)明在PSA領(lǐng)域中表現(xiàn)出顯著的先進性。在本發(fā)明的實施中，可以得到所要求的PSA氣體分離操作，其床層尺寸因數(shù)和動力消耗的降低使該PSA技術(shù)在廣泛的商業(yè)應(yīng)用中增強了滿足對持續(xù)增長的分離操作的需要能力。權(quán)利要求1.一種變壓吸附法，該方法可用于原料氣體混合物中難吸附組分與容易吸附的組分分離，在包括一個或多個吸附床的吸附系統(tǒng)中，吸附床中裝有吸附材料，該吸附材料能從原料氣混合物中選擇性地吸附容易吸附的組分，所述方法在每個吸附床中包括以下循環(huán)操作程序(a)把原料氣混合物在較高的吸附壓力下送入吸附床的進料端，從原料氣混合物中選擇性地吸附容易吸附的組分，并從其產(chǎn)品端回收難吸附組分作為產(chǎn)品氣體；(b)將吸附床從較高的吸附壓力順流減壓到中等壓力，從吸附床的產(chǎn)品端排出另一數(shù)量的含有難吸附組分的產(chǎn)品氣體；(c)將吸附床從上述的中等壓力逆流減壓到較低的解吸壓力，解吸并從吸附床的進料端排出容易吸附的組分；(d)將含有難吸附組分的產(chǎn)品氣體送到吸附床的產(chǎn)品端，將其壓力從較低的解吸壓力增加到中等壓力；以及(e)將原料氣混合物送到吸附床的進料端，將其壓力從中等壓力增加到所述的較高的吸附壓力，所作的改進包括(1)在上述工序(b)中，至少把一部分含有難吸附組分的產(chǎn)品氣體從吸附床的產(chǎn)品端送入一個或多個外部、分隔式氣體貯槽，該槽適用于預(yù)防送入的氣體發(fā)生混合，通入外部、分隔式氣體貯槽的產(chǎn)品氣體開始時純度較高，隨后純度下降，不直接將任一種產(chǎn)品氣體從一個吸附床送入該吸附系統(tǒng)中的另一個床，(2)在上述工序(d)中，將產(chǎn)品氣體從外部、分隔式氣體貯槽送入吸附床的產(chǎn)品端，使起初處在較低解吸壓力下的吸附床重新加壓到中等壓力，從外部分隔式氣體貯槽進入吸附床的產(chǎn)品氣體，開始時純度較低，接著，純度較高，因而在吸附床的產(chǎn)品端，其中產(chǎn)品氣體的純度遞增，從而可以生產(chǎn)純度較高的產(chǎn)品氣體，和/或可以得到高的產(chǎn)品回收率、低的床層尺寸因數(shù)和低的動力消耗。2.權(quán)利要求1的方法，其中所述原料氣混合物包含原料空氣，所述吸附材料能選擇性地吸附原料空氣中更容易吸附的組分氮，而氧是原料空氣中難吸附的組分。3.權(quán)利要求1的方法，其中所述產(chǎn)品氣體在上述工序(1)中送入唯一的外部、分隔式氣體貯槽。4.權(quán)利要求1的方法，其中所述產(chǎn)品氣體在上述工序1中送入兩個外部、分隔式氣體貯槽。5.權(quán)利要求1的方法，且包括在上述工序(2)中將產(chǎn)品氣體從所述的外部、分隔式氣體貯槽送入處在較低解吸壓力的吸附床的產(chǎn)品端，經(jīng)由該處輸送其純度遞增，可作為吹掃氣體用以促進從吸附床的進料端排出容易吸附的組分。6.權(quán)利要求1的方法，且包括在上述工序(2)中在純度遞增的情況下，將產(chǎn)品氣體從外部、分隔式貯槽送入吸附床的產(chǎn)品端，將壓力從初始的中等壓力增加到較高的吸附壓力。7.權(quán)利要求5的方法，其中所述的產(chǎn)品氣體，在上述工序(1)中送入兩個外部、分隔式氣體貯槽。8.權(quán)利要求7的方法，其中所述原料氣混合物包含原料空氣，所述吸附材料能從原料空氣中選擇性地吸附更容易吸附的組分氮，而氧是原料空氣中難吸附的組分。9.權(quán)利要求1的方法，其中所述工序(a)和(e)包括一個聯(lián)合工序，在容易吸附組分能選擇性地從其中吸附的速率下，將原料氣混合物送到吸附床的進料端，吸附床的壓力從中等壓力增加到較高的吸附壓力，從床的產(chǎn)品端回收難吸附的組分。10.一種變壓吸附系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于將原料氣混合物中難吸附組分與容易吸附的組分分離，該系統(tǒng)包括一個或多個吸附床，床中所含的吸附材料，能夠從原料氣混合物中選擇性地吸附容易吸附的組分，該吸附系統(tǒng)還包括下列輔助管線(a)在較高的吸附壓力下，將原料氣送到每個吸附床進料端的管道裝置；(b)在較高的吸附壓力下，將含有難吸附組分的產(chǎn)品氣體從每個吸附床的產(chǎn)品端排出的管道裝置；(c)管道裝置，用于將含有難吸附組分的另一數(shù)量的產(chǎn)品氣體從每個吸附床的產(chǎn)品端排出，用于起初處在較低的解吸壓力下的吸附床重新加壓，從而其壓力從較高的吸附壓力降低到中等壓力；(d)管道裝置，用于將容易吸附的組分從每個吸附床進料端排出，以便借此降低其壓力，使其壓力從中等壓力遞降到較低的解吸壓力；(e)管道裝置，用于將產(chǎn)品氣體送入每個吸附床的產(chǎn)品端，使其壓力從較低的解吸壓力增加到中等壓力，并將原料氣混合物送到每個吸附床的進料端，使其壓力從中等壓力增加到較高的吸附壓力，所作的改進包括(1)上述部件(b)的管道裝置包括以下管道裝置，用于至少把一些產(chǎn)品氣體送入一個或多個外部、分隔式氣體貯槽，該槽用來預(yù)防送入的氣體發(fā)生混合，所述產(chǎn)品氣體起初是純度較高的，其后是純度較低的空隙氣體，在吸附系統(tǒng)中，沒有任一種管道裝置將產(chǎn)品氣體從一個吸附床直接送到另一個吸附床；(2)管道裝置，用于將產(chǎn)品氣體從外部、分隔式氣體貯槽送入每一個起初處在較低解吸壓力下的吸附床的產(chǎn)品端，將其重新加壓到中等壓力，所述管道裝置適用于在開始時從外部分隔式貯槽將純度較低的產(chǎn)品氣體，接著，純度較高的產(chǎn)品氣體輸送到起初處在較低壓力下的吸附床的產(chǎn)品端，從而使其中產(chǎn)品氣體的純度遞增，因此可以生產(chǎn)純度較高的產(chǎn)品氣體和/或得到高的產(chǎn)品回收率、低的床尺寸因數(shù)和低的動力消耗。11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括唯一的分隔式氣體貯槽。12.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括兩個外部、分隔式氣體貯槽。13.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中，在(2)中所述的管道裝置也適用于將純度遞增的產(chǎn)品氣體從外部、分隔式氣體貯槽輸送到起初處在較低解吸壓力下的每一個吸附床的產(chǎn)品端，借以送去作為吹掃氣體。14.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中在(2)中的管道裝置也適用于將純度遞增的產(chǎn)品氣體從外部分隔式氣體貯槽送到每一個吸附床的產(chǎn)品端，使其壓力從中等壓力增加到較高的吸附壓力。15.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中在(2)中的管道裝置包括以下管道裝置，用于將純度遞增的氣體從外部、分隔式氣體貯槽送到起初處在較低解吸壓力下的每一個吸附床的產(chǎn)品端，(a)經(jīng)由該處在較低解吸壓力下送去作為吹掃氣體，(b)將其壓力從較低的解吸壓力增加到中等壓力。16.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述吸附系統(tǒng)包括一個吸附床。17.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述吸附系統(tǒng)包括兩個吸附床。18.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中的部件(a)和(e)包括下列管道裝置，用于在容易吸附的組分能從原料氣混合物中選擇性地吸附的速率下，將原料氣混合物送到每一個吸附床的進料端，吸附床的壓力從中等壓力上升到較高的吸附壓力，從該床層的產(chǎn)品端回收不易吸附的組分。19.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中在(2)中所述的管道裝置也適用于將純度遞增的產(chǎn)品氣體從外部分隔式氣體貯槽送到每一個吸附床的產(chǎn)品端，該床起初處在中等壓力下，隨后其壓力上升到較高的吸附壓力。全文摘要采用分隔式外部氣體貯槽貯存各種純度的氣體，用于變壓吸附操作的吹掃、均壓和產(chǎn)品重新加壓工序，從而使變壓吸附-氣體分離操作的床尺寸因數(shù)和動力消耗顯著降低。文檔編號B01D53/04GK1156637SQ9610866公開日1997年8月13日申請日期1996年7月11日優(yōu)先權(quán)日1995年7月12日發(fā)明者M·S·A·巴克什,F·諾塔羅申請人:普拉塞爾技術(shù)有限公司