專(zhuān)利名稱(chēng)：用中間壓力傳送氮壓力回轉(zhuǎn)吸附的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景在產(chǎn)物的純度、壓力、流速的特定范圍內(nèi)，壓力回轉(zhuǎn)吸附(簡(jiǎn)稱(chēng)PSA)是產(chǎn)氮普遍選用的工藝。這里所指的產(chǎn)物純度、壓力、流速的特定范圍是受各種競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)限制的，這些競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)包括用低溫生產(chǎn)液氮(LIN)，“液氮輔助”(“LIN-assist”)設(shè)備以及另一種可選用的低氧常壓氣體，例如由“外”(“exo”)發(fā)生器生產(chǎn)的那些氣體。因此，提高氮PSA設(shè)計(jì)中的能源和資本的效率是有商業(yè)價(jià)值的，不但為該技術(shù)打開(kāi)新的市場(chǎng)，而且在已有的市場(chǎng)范圍內(nèi)提供一個(gè)超過(guò)別的供貨廠商的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
氮PSA的能源和資本的效率最容易由兩種分別稱(chēng)為流程回收率和生產(chǎn)率的性能測(cè)定來(lái)表示?；厥章适钱a(chǎn)氮量除以產(chǎn)氮所需的壓縮空氣進(jìn)給量。生產(chǎn)率是產(chǎn)氮量除以產(chǎn)氮所需的吸附物質(zhì)體積。這兩種因素均受流程條件、原材料、循環(huán)變量(如步驟時(shí)間)和流程中任何一步流速的影響。
氮PSA流程循環(huán)已經(jīng)得到廣泛注意和高度優(yōu)化。主要的回收率生產(chǎn)步驟是所謂的壓力平衡步驟。這一步驟發(fā)生在某一床被完全再生而另一床已完成它的產(chǎn)氮階段。就這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，再生床是在低壓下(表壓少于20磅/英寸2)，而別的床則是或接近它的最大吸附壓力(一般表壓值是90-140磅/英寸2)。最好是通過(guò)將氣體從高壓床傳送到低壓床以節(jié)約部分壓力能量，這種傳送要在將氣體排出高壓床和將進(jìn)給導(dǎo)至低壓床以前進(jìn)行。
商業(yè)上的實(shí)踐通常已簡(jiǎn)化成使兩床之間的壓力相等，其配置是在產(chǎn)物端使用某一產(chǎn)物，而在進(jìn)給端則用進(jìn)給。這一類(lèi)壓力平衡步驟可以說(shuō)成“相等”，即產(chǎn)物端的產(chǎn)物流量和進(jìn)給端的進(jìn)給流量在數(shù)值上是相等的和“完全的”，在這一步驟結(jié)束時(shí)兩個(gè)罐是等壓的。而且這個(gè)平衡方案迫使氣體在高壓罐的兩端傳送，并將該氣體導(dǎo)至低壓罐的兩端。
由于面對(duì)氮PSA工藝的最初挑戰(zhàn)是高效地生產(chǎn)高純度的產(chǎn)物，因此注意到需要的壓力平衡步驟是相等的，完全的而且只限于在罐兩端的氣體，對(duì)提高產(chǎn)物純度而優(yōu)化PSA流程設(shè)計(jì)設(shè)置一擋板是重要的。事實(shí)上，只要去掉這些限制，就可以獲得大為提高的生產(chǎn)率和再生率。
中床平衡是眾所周知的，而且偶爾也用于氮PSA上。通常，這種技術(shù)是用于相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)壓力平衡來(lái)說(shuō)吸收床太長(zhǎng)以致于在不用附加中床管路就不能恰當(dāng)?shù)仄鹱饔玫那闆r下。在這些應(yīng)用中，氣體的傳送完全被限制在兩個(gè)床中相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)上，即沒(méi)有任何氣體被傳送到別的床上更高或更低的點(diǎn)。
另一方面，美國(guó)5,176,722使人得知一種壓力平衡步驟，在這種步驟中，氣體是從高壓床的產(chǎn)物端傳送到低壓床的進(jìn)給端。在另一個(gè)實(shí)例中也顯示了從高壓床的產(chǎn)物端對(duì)低壓床的兩端的平衡。
日本Kuraray Kokai的63-79714(1988年4月)使人得知一種生產(chǎn)高純度氮的三床真空再生PSA系統(tǒng)。這種系統(tǒng)，雖然明顯地屬于資本和能源密集型的，吸引人之處在于創(chuàng)造性地集中了真空再生的各種最有用的好處，而且這種方式還可以長(zhǎng)時(shí)間使用而不會(huì)有損于幾乎連續(xù)的產(chǎn)物生成。但是這種系統(tǒng)的高費(fèi)用使其變成不經(jīng)濟(jì)，除非別的傳統(tǒng)高純度氮的資源不能利用。
最后提出了分床設(shè)計(jì)，在這種設(shè)計(jì)中吸附床由兩個(gè)串聯(lián)而分離的床組成。哈氏(Hay)的法國(guó)專(zhuān)利2,624,759公開(kāi)了一種經(jīng)由空氣分離產(chǎn)氧的三床流程。雖然這些都是分離床，但他公開(kāi)的管路和流程對(duì)氣體從這些床之間的點(diǎn)傳送到另外兩個(gè)床之一的進(jìn)給端是不允許的，而且該流程對(duì)氣體從第二吸附裝置(頂層)傳送到這些床之間的點(diǎn)也是不允許的。相反，第一和第二吸附裝置的再次增壓來(lái)自別的兩個(gè)第一吸附裝置其中一個(gè)的產(chǎn)物端。當(dāng)所述第一吸附裝置正在進(jìn)給時(shí)發(fā)生這種情況；因此，這種情況實(shí)際上不是一種典型的壓力傳送(或“平衡”)步驟。
伏氏(Vo)的美國(guó)專(zhuān)利4,715,867也同樣使人得知一種分離床設(shè)計(jì)。然而這個(gè)專(zhuān)利清楚地使人得知，這些床能夠通過(guò)一個(gè)較小的流程和硬件的變化組合成一個(gè)單床。由于該專(zhuān)利著重于用碳分子篩做為吸附劑進(jìn)行空氣分離，因而也很重要。伏氏公開(kāi)一種采用標(biāo)準(zhǔn)PSA循環(huán)而在以下幾方面是不同的流程(1)每個(gè)罐用串聯(lián)的一個(gè)原始吸附床和一個(gè)輔助吸附床替換；(2)壓力平衡是進(jìn)給對(duì)進(jìn)給和產(chǎn)物對(duì)中間，其中該中間點(diǎn)是原始床和輔助床之間的點(diǎn)；(3)再生這半個(gè)流程上的輔助床是用產(chǎn)物單獨(dú)再加壓的；這種情況和平衡步驟同時(shí)發(fā)生；(4)做為選擇，清洗可以在產(chǎn)物氣體轉(zhuǎn)移和中間氣體轉(zhuǎn)移時(shí)進(jìn)行；(5)做為選擇，在床的再生期間，真空可以用于促使這些床的再生。
如本文中同一發(fā)明人的美國(guó)專(zhuān)利5,441,558中公開(kāi)一種兩個(gè)平行床的氮PSA流程，在該專(zhuān)利中，在不足于完全平衡的條件和控制下實(shí)現(xiàn)了進(jìn)給端對(duì)進(jìn)給端和產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端的壓力平衡。
現(xiàn)有技術(shù)在吸附氣體的分離法中，對(duì)從氣體混合物中不太有力吸附氣體的生產(chǎn)率和回收率實(shí)現(xiàn)提高方面的缺點(diǎn)被本發(fā)明克服了，本發(fā)明對(duì)不太有力吸附產(chǎn)物氣體實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率和回收率是通過(guò)控制氣體在高壓吸附床到低壓吸附床之間的平衡或壓力傳送，這種傳送是從高壓吸附床的進(jìn)給端和產(chǎn)物端的一個(gè)中間位置到低壓吸附床，下面將要更加詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的概述本發(fā)明是一種從進(jìn)給氣體混合物中分離富氮?dú)怏w的方法，其中進(jìn)給氣體混合物至少包括氮和氧，使用多個(gè)吸附氧比吸附氮優(yōu)先且更快捷的吸附床，在每個(gè)床上都要進(jìn)行一系列的步驟，這些步驟包括在某一高壓下的吸附以吸附氧，并作為一末被吸附產(chǎn)物回收一富氮?dú)怏w；降低壓力到一較低壓從吸附物質(zhì)中提取吸附的氧；以及再加壓至接近吸附壓力，改進(jìn)包括，在多個(gè)床的第一個(gè)床的吸附步驟之后，將氣體從該多個(gè)床的第一床的一中間點(diǎn)傳送至接近多個(gè)床的第二個(gè)床進(jìn)給端的一個(gè)點(diǎn)，以便能部分地降低第一床的壓力和部分地增加第二床的壓力。
優(yōu)選的，接近第二個(gè)床的進(jìn)給端的那個(gè)點(diǎn)是該第二床的進(jìn)給端。
優(yōu)選的，氣體傳送被進(jìn)行到不足使第一床和第二床達(dá)到壓力相平衡的程度。
優(yōu)選的，在氣體從第一床的一個(gè)中間點(diǎn)傳送時(shí)，氣體也從第一床的產(chǎn)物端傳送到第二床的產(chǎn)物端。
優(yōu)選的，氣體從第一床的一個(gè)中間點(diǎn)被傳送至該多個(gè)床的第二個(gè)床更接近進(jìn)給端的一個(gè)點(diǎn)被進(jìn)行一次以上。
優(yōu)選的，這多個(gè)床是兩個(gè)平行接管的吸附床，這兩個(gè)吸附床以互相異相的步驟工作，以使一個(gè)床在作吸附時(shí)另一床在減壓或重新增壓。
優(yōu)選的，這多個(gè)床由吸附氧比吸附氮更具動(dòng)力學(xué)選擇性的碳吸附劑裝填。
一個(gè)可選的方案是，該中間點(diǎn)接近于從第一床產(chǎn)物端至第一床進(jìn)給端的一半距離。
最好在減壓以后，每個(gè)床經(jīng)受一次具產(chǎn)物品質(zhì)的氣體的吹洗。
最好使減壓、吹洗和再加壓是在逆著吸附進(jìn)給氣體混合物流下進(jìn)行。
附圖的幾個(gè)視圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1a-e是該中間源壓力平衡或氣體在本發(fā)明一個(gè)兩床氮PSA中傳送的各種實(shí)施例一系列示意說(shuō)明。
圖2是更詳細(xì)地描述圖1e實(shí)施例的流路和控制閥的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示意說(shuō)明。
圖3是圖1a-e對(duì)應(yīng)于一個(gè)具有半周期為150秒的標(biāo)準(zhǔn)氮PSA流程的實(shí)施例生產(chǎn)率提高表，此流程沒(méi)有中間源壓力平衡或氣體傳送的好處。
圖4是圖1a-e對(duì)應(yīng)于一個(gè)具有半周期為150秒的標(biāo)準(zhǔn)氮PSA流程的實(shí)施例回收率提高表，此流程沒(méi)有中間源壓力平衡或氣體傳送的好處。
圖5是圖1a-e對(duì)應(yīng)于一個(gè)具有半周期為180秒的標(biāo)準(zhǔn)氮PSA流程的實(shí)施例生產(chǎn)率提高表，此流程沒(méi)有用中間源壓力平衡或氣體傳送的好處。
圖6是圖1a-e對(duì)應(yīng)于一個(gè)具有半周期為180秒的標(biāo)準(zhǔn)氮PSA流程的實(shí)施例回收率提高表，此流程沒(méi)有用中間源壓力平衡或氣體傳送的好處。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明對(duì)具有多個(gè)平行接管吸附床的氮PSA中產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端和進(jìn)給端對(duì)進(jìn)給的壓力傳送加以改進(jìn)，此時(shí)通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)其起點(diǎn)在高壓床進(jìn)給端和產(chǎn)物端的某些中間點(diǎn)，末端在比高壓床中間源點(diǎn)更接近低壓床進(jìn)給端一點(diǎn)的氣壓傳送流。這一點(diǎn)可以是低壓床的進(jìn)給端。產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端的壓力傳送仍然維持作為該發(fā)明的一部分，或者傳送接近到其產(chǎn)物端接受床上的一點(diǎn)。本發(fā)明的很多實(shí)施例在圖1用(a)至(e)圖示來(lái)說(shuō)明。
本發(fā)明需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的管路排列作些修改，現(xiàn)有技術(shù)不使用中間源壓力傳送。圖2顯示這樣一種管路排列例，這種排列適合于圖1(e)中所示的壓力傳送方案。
獲得本發(fā)明好處的氮PSA布置的重要方面是(a)在壓力傳送步驟期間，氣體從高壓床的產(chǎn)物端和進(jìn)給端的中間一點(diǎn)傳送至該低壓床上升氣流或比所述高壓床該中間點(diǎn)更接近該低壓進(jìn)給端的一點(diǎn)；(b)控制每個(gè)壓力傳送管路內(nèi)所傳送的氣體量；(c)控制氣體傳送步驟的持續(xù)時(shí)間。
本發(fā)明對(duì)上述那些方案提供各種附加好處的可選用方案(a)將進(jìn)給至進(jìn)給端的氣體傳送減至最低程度或消除；(b)增加第三個(gè)壓力傳送管路，再次從高壓床的一中間點(diǎn)傳送到一個(gè)上升氣流點(diǎn)或比高壓床中間點(diǎn)更接近低壓床進(jìn)給端的一點(diǎn)；(c)通過(guò)每個(gè)管路的傳送持續(xù)時(shí)間的獨(dú)立控制，即允許通過(guò)一個(gè)或多個(gè)管路傳送，而且各個(gè)周期可以不同。
對(duì)圖2中例示氮PSA流程用中間壓力傳送的本發(fā)明修改壓力傳送布置改善了工藝循環(huán)的現(xiàn)行狀態(tài)，這種工藝總是類(lèi)似于圖2的說(shuō)明(但不用與閥8-12以及孔口D1和D2相關(guān)的管路和閥)，這種工藝循環(huán)狀態(tài)由以下步驟組成步驟1床A從進(jìn)給和產(chǎn)物端被增壓。壓縮空氣經(jīng)閥1和閥2(進(jìn)給端)進(jìn)入，而來(lái)自接受罐RT的產(chǎn)物流過(guò)閥20和18(產(chǎn)物端)。同時(shí)，床B經(jīng)閥5和7被減壓。
步驟2當(dāng)床A的壓力超過(guò)RT中的壓力時(shí)，回流停止而產(chǎn)物生成過(guò)程重新開(kāi)始。閥1、2、18和20仍然開(kāi)著。同時(shí)，閥6打開(kāi)，使具有富氧的排氣流22的床B可迅速減壓。來(lái)自床A的產(chǎn)物一小部分在再生期間流過(guò)閥14至吹洗床。
步驟3由于床A連續(xù)產(chǎn)生產(chǎn)物，閥5、6、7關(guān)閉，終止床B的排氣。此時(shí)，由于清除來(lái)自吸附物質(zhì)的吸附氣體，壓力開(kāi)始在床B建立，以及吹洗氣體的連續(xù)流進(jìn)入該床。
步驟4閑置步驟5壓力傳送。一部分壓力經(jīng)閥16和17以一產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端方式和經(jīng)閥4和5以進(jìn)給端對(duì)進(jìn)給端方式被從床A傳送至床B。通過(guò)每個(gè)這些管路傳送的氣體量是由手控閥或孔口加以調(diào)節(jié)的。
步驟6閑置步驟7至12以床B在進(jìn)給中而床A為再生的方式重復(fù)步驟1至6。進(jìn)給將通過(guò)閥1和3流向B床，而產(chǎn)物則經(jīng)由閥19和20流入接受罐RT，最后作為管路21內(nèi)的產(chǎn)物流至一端。在一個(gè)兩床流程中，床A和床B在處理步驟的時(shí)間上相位相差180度，因此當(dāng)床A處于吸附狀態(tài)時(shí)，床B就處于減壓和/或再生狀態(tài)。在中間氣體壓力傳送期間，當(dāng)一個(gè)床處于減壓時(shí)，另一床正處于增壓狀態(tài)。通過(guò)氣體壓力傳送到低壓床進(jìn)行減壓的高壓床上的一個(gè)恰當(dāng)中間點(diǎn)約為高壓床的進(jìn)給端和產(chǎn)物端之間的一半路程點(diǎn)。在吸附和生產(chǎn)富氮產(chǎn)物氣體期間，減壓、吹洗和產(chǎn)物重新加壓均以逆流被導(dǎo)至該床的進(jìn)給氣體混合物流中。
在本發(fā)明中，步驟5和11將由圖1(a)至(e)所示類(lèi)型的一種修改氣體壓力傳送布置所替代。例如，使用圖2所示系統(tǒng)的圖1(e)的中間氣體壓力傳送，步驟5將由床A進(jìn)入設(shè)在床A的進(jìn)給端和產(chǎn)物端之間一個(gè)中間點(diǎn)的孔D1的氣體來(lái)開(kāi)始，并在通過(guò)止回閥12、在其進(jìn)給端或可選地在任何比床A的孔D1中間氣體源點(diǎn)更接近床B進(jìn)給端的點(diǎn)進(jìn)入床B之前通過(guò)開(kāi)著的閥8和10。這樣的氣體壓力傳送比一個(gè)全部而完全的平衡更少些，比全部平衡所要的時(shí)間也要少一些，而且可以與經(jīng)閥16和17的產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端的氣體壓力傳送時(shí)間無(wú)關(guān)。步驟11將是等同于從床B經(jīng)過(guò)孔D2、閥9和10以及止回閥11至床A的中間氣體傳送。中間源氣體壓力傳送至少部分地減少高壓床壓力，部分地相對(duì)于吸附壓力對(duì)低壓床加壓。
一些實(shí)例。全部這些數(shù)據(jù)是使用相同種類(lèi)的具動(dòng)力學(xué)氧選擇性碳分子篩吸附劑和床尺寸獲得的，最大的吸附壓力表壓值為100磅/英寸2。
實(shí)例1(可比的)PSA的特性是使用不完全和不相等的壓力傳送得到的，但仍然被限制于產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端以及進(jìn)給端對(duì)進(jìn)給端管路。在不用本發(fā)明的中間氣體壓力傳送情況下，這一特性被稱(chēng)為“標(biāo)準(zhǔn)”特性。這一特性是用美國(guó)專(zhuān)利5,441,558流程所期望的。在這些實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端的傳送量在壓差每平方英寸16至20磅的范圍內(nèi)，進(jìn)給端對(duì)進(jìn)給端的傳送量在壓差每平方英寸15至17英磅(psid)的范圍內(nèi)。對(duì)于一個(gè)離散的壓力傳送壓差每平方英寸磅數(shù)(psid)是基于閥按百分比開(kāi)口的方式加以修正的床之間的總壓力傳送，其中閥是在特別壓力傳送管路內(nèi)。例如，如果在兩個(gè)床之間傳送的總壓力值是壓差50磅/英寸2，而中間壓力傳送閥打開(kāi)50％，那么因?yàn)橹虚g壓力傳送管路的壓力傳送壓差是25磅/英寸2。
實(shí)例2實(shí)際使用圖1(a)以150秒為半個(gè)周期的情形所得的性能。壓力傳送分兩步進(jìn)行產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端單獨(dú)占1.0-1.5秒(壓差為4-6磅/英寸2)，接著是產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端以及中間壓力傳送占4.0-4.4秒。產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端的總傳送壓差為17-19磅/英寸2，總中間傳送壓差是18-19磅/英寸2。
實(shí)例3實(shí)際使用圖1(b)以150秒為半個(gè)周期的情形所得的性能。壓力傳送分兩步進(jìn)行產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端單獨(dú)占有1.5秒(壓差為6磅/英寸2)，接著是全部三個(gè)傳送流占用3.5秒(產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端、中間、進(jìn)給端對(duì)進(jìn)給端)。流量分布是產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端壓差18磅/英寸2，中間壓差14磅/英寸2，進(jìn)給端對(duì)進(jìn)給端壓差7磅/英寸2。
實(shí)例4實(shí)際使用圖1(c)以180秒為半個(gè)周期的情形所得的性能。壓力傳送用一步進(jìn)行，以壓差17-19磅/英寸2從產(chǎn)物端傳送至一個(gè)上中間點(diǎn)，而以壓差17-21磅/英寸2從下中間點(diǎn)傳送至進(jìn)給端。
實(shí)例5實(shí)際使用圖1(d)在150秒和180秒為半個(gè)周期情形所得的性能。五個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的詳細(xì)情況如下圖號(hào) 時(shí)間 產(chǎn)物 中間 進(jìn)給 周期產(chǎn)物/全部 (壓差磅/英寸2)(壓差磅/英寸2) (壓差磅/英寸2)(秒)1 0.8/4.41110 181502 1.5/3.51713 101503 1.3/3.71713 101504 1.5/3.51713 91805 1.5/3.51713 10180實(shí)例6實(shí)際特性是使用圖1(e)在150秒和180秒為半個(gè)周期情形所得的性能。八個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的詳細(xì)情況如下圖號(hào) 時(shí)間 產(chǎn)物 進(jìn)給 周期(產(chǎn)物/全部) (壓差磅/英寸2) (壓差磅/英寸2) (秒)6 1.0/5.0 19 16 1507 0.0/6.0 19 18 1508 0.0/6.0 19 17 1509 0.0/5.6 18 17 15010 0.0/6.4 21 17 15011 0.0/6.0 19 19 150**12 0.0/6.09 17 18013 0.0/6.2 20 16 180**傳送從頂部至底部的1/3圖3-6表示使用圖1(a)至(e)與標(biāo)準(zhǔn)性能比較觀察到的生產(chǎn)率和回收率的增加。由圖1(a)至(e)代表本發(fā)明流程的全部數(shù)據(jù)和可以比較的標(biāo)準(zhǔn)流程是在相同的純度值(ppm氧)基礎(chǔ)上得到的。圖1的各種實(shí)施例的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)是因?yàn)樘厥鈱?shí)施例的幾種結(jié)果而致時(shí)間或氣體傳送的輕微變化作出的。
圖3表示對(duì)比于上述標(biāo)準(zhǔn)流程的圖1(a)、(b)、(d)和(e)實(shí)施例在給定純度下的生產(chǎn)率。除了圖1(d)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)因?yàn)橛刑嗟臍怏w是經(jīng)中間氣體傳送管路傳送至接近進(jìn)給端而降低性能外，本發(fā)明的實(shí)施例比標(biāo)準(zhǔn)流程的生產(chǎn)率增進(jìn)超出2至8％。本循環(huán)的半個(gè)周期為150秒。
圖4表示與圖3一樣的實(shí)驗(yàn)，只報(bào)告回收率而不是生產(chǎn)率。除了圖1(d)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)外，回收率增進(jìn)一般在1至5％的范圍內(nèi)。
圖5表示對(duì)比于上述標(biāo)準(zhǔn)流程的圖1(c)、(d)和(e)實(shí)施例在給定純度下的生產(chǎn)率。本發(fā)明的實(shí)施例比標(biāo)準(zhǔn)的流程的生產(chǎn)率一般增進(jìn)超出1～8％。本循環(huán)的半個(gè)周期為180秒。
圖6表示與圖5一樣的實(shí)驗(yàn)，只報(bào)告回收率而不是生產(chǎn)率?；厥章试鲞M(jìn)一般在1至4％的范圍內(nèi)。
從這些圖表中可以推出下列結(jié)論(a)壓力傳送流的總量，持續(xù)時(shí)間和接口位置在本發(fā)明情況下的調(diào)整，能使所需的床體積降低8％，能使進(jìn)給空氣需要量比標(biāo)準(zhǔn)“現(xiàn)有技術(shù)”高純度氮PSA工藝降低5％。
(b)各種壓力傳送流的適當(dāng)控制和調(diào)整有利于獲得一個(gè)好的性能。例如比較一下圖4的數(shù)據(jù)點(diǎn)1-3。全部是使用圖1(d)和壓力傳送步驟占大約5秒、半周期為150秒的循環(huán)獲得的。在實(shí)驗(yàn)1中，過(guò)多的氣體是經(jīng)過(guò)最接近進(jìn)給端的壓力傳送管路傳送的，明顯在暗地破壞了性能。調(diào)整可以象設(shè)計(jì)和操作氮PSA系統(tǒng)的人員所周知的那樣，根據(jù)各自流量的簡(jiǎn)單估算來(lái)進(jìn)行。
(c)從高壓床的產(chǎn)物端傳送的氣體最好傳送到低壓床的產(chǎn)物端。這一方式保證了該床產(chǎn)物端的“清潔”。在180秒的情況下把圖1(c)比作圖1(d)和圖1(e)這一實(shí)例的數(shù)據(jù)。因此，本發(fā)明的最佳實(shí)例應(yīng)該是產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端的傳送(圖1(a)、(b)、(d)和(e))。
(d)圖1(b)的實(shí)驗(yàn)顯示僅僅通過(guò)增加一個(gè)中間傳送管路(從各自罐上更接近的產(chǎn)物端至更接近進(jìn)給端)至標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端和進(jìn)給端對(duì)進(jìn)給端的布置，就可以獲得8％的生產(chǎn)率和4％的回收率的增進(jìn)。
提供給氣體壓力傳送的時(shí)間和速度應(yīng)該足以傳送所需要的氣體壓力量，而不用在實(shí)際上干擾床內(nèi)吸附物質(zhì)的填料，而且仍然可以對(duì)吸附物質(zhì)作動(dòng)力學(xué)選擇，最好是吸附氧超過(guò)吸附氮。
首先產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端的壓力傳送有利于起動(dòng)，而且通常還有利于做到用中間壓力傳送。最好不要達(dá)到全部壓力傳送或全部壓力平衡。中間壓力傳送最好不要超過(guò)進(jìn)給端對(duì)進(jìn)給端壓力傳送的1.5倍。
本發(fā)明基本優(yōu)點(diǎn)是，相當(dāng)數(shù)量的高純度氣體不會(huì)被流程循環(huán)所浪費(fèi)，而是被傳送到低壓床，其中高純度氣體位于高壓床的當(dāng)中點(diǎn)和產(chǎn)物端到中部。另外，這一氣體被傳送到低壓床上一個(gè)有利位置。作為一般規(guī)則，氣體傳送應(yīng)該從高壓床上的一個(gè)中間點(diǎn)送到低壓床上的相應(yīng)點(diǎn)，在這一個(gè)點(diǎn)大部分氣體成分與這一點(diǎn)相容。由于低壓床以逆流重新再生，這一相容點(diǎn)將出現(xiàn)在接近低壓床上進(jìn)給端的一個(gè)點(diǎn)。已經(jīng)注意到的一個(gè)主要例外是，必須維持低壓床產(chǎn)物端的產(chǎn)物純度。為此，產(chǎn)物端對(duì)產(chǎn)物端的傳送是重要的。
本發(fā)明的價(jià)值問(wèn)題在于本發(fā)明使高純度氮PSA適合于增長(zhǎng)的市場(chǎng)范圍，面對(duì)別的氮資源增加了這一工藝的競(jìng)爭(zhēng)力。4-8％的性能增進(jìn)通常將足以允許選擇更小的壓氣機(jī)或更小的PSA設(shè)計(jì)，最后產(chǎn)生一個(gè)更具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)物。
本發(fā)明已經(jīng)對(duì)一些最佳實(shí)施例加以說(shuō)明，但是本發(fā)明的范圍應(yīng)該從以下的權(quán)利要求中加以確定。
權(quán)利要求
1.一種從至少包含氮和氧的進(jìn)給氣體混合物中分離一富氮?dú)怏w的方法，采用多個(gè)在氮和氧中最好更易吸附氧的吸附床，在每個(gè)吸附床都有一系列步驟，包括在某一高壓下的吸附以吸附氧，并作為一未被吸附產(chǎn)物回收一富氮?dú)怏w；降低壓力到一較低壓從吸附物質(zhì)中提取吸附的氧；再加壓至接近吸附壓力，改進(jìn)包括在所述多個(gè)床的第一個(gè)床吸附步驟后，將氣體從所述第一床的一個(gè)中間點(diǎn)傳送至更接近于多個(gè)床的第二個(gè)床進(jìn)給端的一個(gè)點(diǎn)上，局部地降低所述第一床的壓力及局部地對(duì)所述第二床加壓。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其中所述更接近于第二個(gè)床進(jìn)給端的點(diǎn)是所述第二床的一個(gè)進(jìn)給端。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳送氣體被進(jìn)行到不足使所述第一床和所述第二床達(dá)到壓力相平衡的程度。
4.按權(quán)利要求1所述方法，其中所述氣體從所述第一床的一個(gè)中間點(diǎn)傳送時(shí)，氣體也從所述第一床的產(chǎn)物端傳送至所述第二床的產(chǎn)物端。
5.按權(quán)利要求1所述的方法，其中將氣體從所述多個(gè)床的所述第一床的一個(gè)中間點(diǎn)傳送至更接近于第二個(gè)床進(jìn)給端的一個(gè)點(diǎn)是多次進(jìn)行的。
6.按權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)床是兩個(gè)平行接管的吸附床，這些吸附床經(jīng)所述步驟相互是異相工作的，即當(dāng)一個(gè)床進(jìn)行吸附時(shí)另一個(gè)床進(jìn)行降壓或再加壓。
7.按權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)床均裝有碳吸附劑，對(duì)吸附氧比吸附氮更具動(dòng)力學(xué)選擇性。
8.按權(quán)利要求1所述的方法，其中所述中間點(diǎn)約為從所述第一床產(chǎn)物端至所述第一床進(jìn)給端距離的一半。
9.按權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述降壓后， 對(duì)各床用產(chǎn)物品質(zhì)氣體吹洗。
10.按權(quán)利要求9所述的方法，其中所述降壓，所述吹洗和所述再加壓均在逆著所述吸附進(jìn)給氣體混合物流下進(jìn)行。
全文摘要
一種壓力回轉(zhuǎn)吸附氧的方法,該氧來(lái)自至少包含氮和氧的氣體混合物,從進(jìn)行吸附、降壓和再加壓的許多平行接管吸附床回收未被吸附的富氮產(chǎn)物,其中改進(jìn)在于將壓力傳送從一個(gè)床導(dǎo)至另一個(gè)床,從完成吸附的床一個(gè)中間點(diǎn)至更接近于另一床的進(jìn)給端一個(gè)點(diǎn),再加壓以增進(jìn)生產(chǎn)率,并在該流程中回收富氮?dú)怏w。
文檔編號(hào)B01D53/04GK1185577SQ9712317
公開(kāi)日1998年6月24日 申請(qǐng)日期1997年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月20日
發(fā)明者S·K·李, R·拋爾 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司