專利名稱：壓變吸附工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分離混合氣體成份的工藝，更特別地涉及通過新型的壓變吸附工藝來分離氣體成份。本發(fā)明特別適應(yīng)于在接近大氣壓的情況下分離空氣的成份。
壓變吸附(PSA)工藝越來越普遍地用于分離含有兩種或更多種成份的混合氣體，在這些成份中，通過一種選擇的吸附劑，在加壓的條件下，至少有一種成份比另一種成份更容易被吸附。最基本的工藝過程包括一個(gè)在封閉的細(xì)長容器中進(jìn)行的操作循環(huán)，該容器中包含一種選擇的吸附劑，并且該容器有一個(gè)輸入氣體的入口和一個(gè)非吸附產(chǎn)品氣體的出口。該操作循環(huán)包括一個(gè)吸附步驟，在該步驟中加壓的混合氣體順流地(從輸入氣體的入口向非吸附產(chǎn)品氣體的出口)通過一個(gè)或多個(gè)這種封閉的容器，從而導(dǎo)致容易被吸附的成份被有選擇地吸附，而不容易被吸附的成份從吸附容器中作為非吸附產(chǎn)品氣體被排出；該操作循環(huán)還包括一個(gè)吸附劑再生步驟，在該步驟中，從吸附容器中逆流地(與順流的方向相反)排走處理氣體，從而減少吸附容器中的壓力并且使容易被吸附的成份從吸附劑中解吸附。被解吸附的氣體通過該容器的入口被排出，作為一種廢氣排掉或作為一種第二產(chǎn)品被收集起來。
自從發(fā)現(xiàn)基本的吸附操作循環(huán)，多年以來，已在該操作循環(huán)中加入了各種步驟來改進(jìn)該工藝的產(chǎn)品氣體的產(chǎn)量和純度。因此，為節(jié)省能量和改善產(chǎn)量，已在該操作循環(huán)中加入了床補(bǔ)償步驟，在此操作循環(huán)中兩個(gè)或更多的吸附容器平行但不同步地操作，這樣一個(gè)或多個(gè)容器處于吸附模式而一個(gè)或多個(gè)其它的容器處于床再生模式。床補(bǔ)償包括將氣體從系統(tǒng)中的一個(gè)剛完成吸附步驟并含有加壓氣體的容器中輸送到系統(tǒng)中的另一個(gè)容器中，該另一個(gè)容器剛完成其床再生步驟并處于低壓狀態(tài)。還加入了一個(gè)產(chǎn)品回送步驟，以便增加非吸附產(chǎn)品氣體的純度。在產(chǎn)品回送步驟中，非吸附產(chǎn)品氣體逆流地通過吸附容器，這樣強(qiáng)迫容易被吸附的氣體流向容器的輸入氣體的入口。這樣就在隨后的操作循環(huán)吸附步驟中的早期階段中減少或消除了非吸附產(chǎn)品氣體的摻雜。
授權(quán)給Hirooka et al.的美國專利5,122,164，揭示了一個(gè)兩床PSA工藝，該工藝有一個(gè)操作循環(huán)，除了有一個(gè)床補(bǔ)償步驟及帶有任選的床抽氣和產(chǎn)品回送步驟之外，該操作循環(huán)以一個(gè)清潔步驟為特征。對(duì)該專利的說明包含在本文的參考資料中。
授權(quán)給Girard et al.的美國專利5,536,299，揭示了一個(gè)用于氣體分離的PSA工藝，在此工藝過程中操作循環(huán)的步驟與后面的操作循環(huán)的步驟重疊。已證明該揭示的操作循環(huán)導(dǎo)致了生產(chǎn)能力的增加和動(dòng)力消耗的減少。
授權(quán)給Baksh et al.的美國專利5,565,018，顯示了采用分離的外部氣體儲(chǔ)存罐從空氣中生產(chǎn)氧氣的過程。
為達(dá)到在工藝過程中通過增加產(chǎn)量或加強(qiáng)所需產(chǎn)品的純度或減少能量來改善PSA的效率的目的，人們正在進(jìn)行不懈的努力。授權(quán)給LaSala et al.的美國專利5,370,728，揭示了一個(gè)單獨(dú)吸附容器的系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用一個(gè)單獨(dú)的氣體壓縮機(jī)將輸入氣體充入吸附容器中并且在床再生過程中對(duì)容器抽氣。
最理想的是有一個(gè)復(fù)合過程，可以更經(jīng)濟(jì)和更有效地進(jìn)行操作。本發(fā)明在此達(dá)到了這一目的。
本發(fā)明得到了節(jié)省能量的好處這是由于采用了一個(gè)暫存罐接收部分提純的氣體，該氣體是從系統(tǒng)中的吸附容器排出的，其壓力介于非吸附氣體產(chǎn)生的壓力和最終的抽氣壓力之間，并且利用該暫存罐中的氣體作為吸附容器的一種清潔氣體和一個(gè)部分加壓的氣體。在吸附系統(tǒng)包括一對(duì)吸附容器的情況下，通過采用單獨(dú)的氣體壓縮機(jī)/泵在允許該壓縮機(jī)/泵連續(xù)工作的吸附操作循環(huán)中對(duì)系統(tǒng)的吸附容器進(jìn)行加壓和抽氣，實(shí)現(xiàn)了資金費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性和能量的經(jīng)濟(jì)性。
在一個(gè)主要的實(shí)施例中，本發(fā)明包括一個(gè)工藝過程，用來在一個(gè)系統(tǒng)中從一種包括第一成份和第二成份的輸入氣體中生產(chǎn)富含第一成份的氣體，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)氣體儲(chǔ)存器和至少兩個(gè)吸附區(qū)域，各吸附區(qū)域包含一種吸附劑，該吸附劑相對(duì)于第一成份有選擇地吸附第二成份。該主要工藝過程包括重復(fù)地執(zhí)行下面的步驟(ⅰ)通過在至少一個(gè)吸附區(qū)域順流地導(dǎo)入輸入氣體并且順流地從該處排放富含第一成份的氣體，在系統(tǒng)的至少一個(gè)吸附區(qū)域生產(chǎn)富含第一成份的氣體，同時(shí)通過從系統(tǒng)的至少另一個(gè)吸附區(qū)域中順流地除去氣體并且將其儲(chǔ)存到氣體儲(chǔ)存器中，使系統(tǒng)中的該吸附區(qū)域部分地減壓。
(ⅱ)通過順流地將氣體從至少一個(gè)吸附區(qū)域輸送到氣體儲(chǔ)存器，使至少一個(gè)吸附區(qū)域部分地減壓，同時(shí)從至少另一個(gè)吸附區(qū)域逆流地排放富含第二成份的氣體。
(ⅲ)對(duì)系統(tǒng)的至少一個(gè)吸附區(qū)域進(jìn)行清潔，這是通過順流地將至少另一個(gè)吸附區(qū)域內(nèi)的氣體抽出并逆流地送入在該步驟(ⅲ)中被清潔的吸附區(qū)域來進(jìn)行的，與此同時(shí)，還逆流地從至少一個(gè)被清潔的吸附區(qū)域中抽出氣體。
(ⅳ)從至少一個(gè)吸附區(qū)域內(nèi)逆流地排放富含第二成份的氣體，同時(shí)通過逆流地將氣體從儲(chǔ)存器輸送到至少另一個(gè)吸附區(qū)域，使該吸附區(qū)域部分地加壓。
(ⅴ)對(duì)系統(tǒng)中不是在步驟(ⅲ)中被清潔的至少一個(gè)吸附區(qū)域進(jìn)行清潔，這是通過逆流地將氣體由氣體儲(chǔ)存器輸送到該吸附區(qū)域中，同時(shí)從至少一個(gè)在此步驟(ⅴ)被清潔的吸附區(qū)域中逆流地排放富含第二成份的氣體來完成的，同時(shí)還通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入在步驟(ⅳ)中被部分加壓的吸附區(qū)域而使該吸附區(qū)域進(jìn)一步加壓。
(ⅵ)通過從氣體儲(chǔ)存器中將氣體逆流地輸送到系統(tǒng)的至少一個(gè)吸附區(qū)域內(nèi)而使該區(qū)域部分地加壓，同時(shí)順流地將輸入氣體導(dǎo)入至少一個(gè)不是在步驟(ⅰ)中生產(chǎn)富含第一成份的氣體的吸附區(qū)域中，以此來生產(chǎn)富含第一成份的氣體，并且順流地將富含第一成份的氣體從該處排放。
(ⅶ)將輸入氣體導(dǎo)入在步驟(ⅵ)中被加壓的吸附區(qū)域而使該吸附區(qū)域進(jìn)一步加壓，同時(shí)對(duì)于在步驟(ⅵ)中生產(chǎn)富含第一成份的氣體的吸附區(qū)域，順流地導(dǎo)入輸入氣體并順流地排放富含第一成份的氣體，使該吸附區(qū)域繼續(xù)生產(chǎn)富含第一成份的氣體。
在上述主要實(shí)施例的較優(yōu)特點(diǎn)中，該工藝過程還包括在步驟(ⅰ)和(ⅱ)之間加入這樣的步驟，即在至少一個(gè)涉及步驟(ⅰ)的吸附區(qū)域中繼續(xù)順流地生產(chǎn)富含第一成份的氣體產(chǎn)品，同時(shí)從至少一個(gè)涉及步驟(ⅰ)的另外的吸附區(qū)域中逆流地排放富含第二成份的氣體。
在上述主要實(shí)施例的更優(yōu)特點(diǎn)中，該工藝過程還包括在步驟(ⅳ)和(ⅴ)之間加入這樣的步驟，即從步驟(ⅳ)中所涉及的至少一個(gè)吸附區(qū)域中逆流地排放富含第二氣體成份的氣體，同時(shí)通過逆流地將富含第一成份的氣體導(dǎo)入步驟(ⅳ)中所涉及的至少一個(gè)吸附區(qū)域中而將該吸附區(qū)域部分地加壓，并且在步驟(ⅵ)和(ⅶ)之間加入這樣的步驟，即通過逆流地輸送富含第一成份的氣體進(jìn)入步驟(ⅵ)中所涉及的至少一個(gè)吸附區(qū)域，而對(duì)該吸附區(qū)域部分地加壓，同時(shí)在步驟(ⅵ)中所涉及的至少一個(gè)吸附區(qū)域內(nèi)繼續(xù)生產(chǎn)富含第一成份的氣體，并順流地將富含第一成份的氣體從此處排出。
本發(fā)明的工藝可以在一對(duì)或多對(duì)吸附區(qū)域中進(jìn)行，或者在三個(gè)或更多的串聯(lián)操作的吸附區(qū)域中進(jìn)行。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括在系統(tǒng)中進(jìn)行本發(fā)明的工藝過程，該系統(tǒng)包括一個(gè)氣體儲(chǔ)存器和一對(duì)或多對(duì)第一和第二吸附區(qū)域，對(duì)于各對(duì)第一和第二吸附區(qū)域，工藝步驟是(ⅰ)通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入到第一吸附區(qū)域，并且順流地將富含第一成份的氣體從此處排出，從而生產(chǎn)富含第一成份的氣體產(chǎn)品，同時(shí)通過順流地將氣體從第二吸附區(qū)域輸送到氣體儲(chǔ)存器中，從而使該第二吸附區(qū)域部分地減壓；(ⅱ)通過順流地將氣體從第一吸附區(qū)域輸送到氣體儲(chǔ)存器中而使該第一吸附區(qū)域部分地減壓，同時(shí)從第二吸附區(qū)域逆流地排放富含第二成份的氣體；(ⅲ)通過將氣體順流地輸出第一吸附區(qū)域并且逆流地輸入第二吸附區(qū)域而對(duì)第二吸附區(qū)域進(jìn)行清潔，同時(shí)逆流地從該區(qū)域排出富含第二成份的氣體；(ⅳ)從第一吸附區(qū)域中逆流地排放富含第二成份的氣體，同時(shí)通過逆流地將氣體從氣體儲(chǔ)存器輸送到第二吸附區(qū)域而使該區(qū)域部分地加壓；(ⅴ)通過逆流地將氣體從氣體儲(chǔ)存器輸送到第一吸附區(qū)域并且逆流地從第一吸附區(qū)域中排放氣體而對(duì)第一吸附區(qū)域進(jìn)行清潔，同時(shí)通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入到第二吸附區(qū)域中而使該第二吸附區(qū)域進(jìn)一步加壓；(ⅵ)通過逆流地將氣體從氣體儲(chǔ)存器輸送到第一吸附區(qū)域中而使該第一吸附區(qū)域部分地加壓，同時(shí)通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入第二吸附區(qū)域，并且順流地從此處排放富含第一成份的氣體，從而生產(chǎn)出富含第一成份的氣體產(chǎn)品；和(ⅶ)通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入到第一吸附區(qū)域中使該區(qū)域進(jìn)一步加壓，同時(shí)通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入第二吸附區(qū)域并且順流地從此處排放富含第一成份的氣體，從而繼續(xù)生產(chǎn)富含第一成份的氣體產(chǎn)品。
在一對(duì)或多對(duì)吸附區(qū)域中進(jìn)行的本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)更好的特點(diǎn)是，該工藝過程還包括在步驟(ⅰ)和步驟(ⅱ)之間加入了這樣的步驟，即通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入到第一吸附區(qū)域中并且順流地從此處排放富含第一成份的氣體，從而生產(chǎn)富含第一成份的氣體產(chǎn)品，同時(shí)逆流地從第二吸附區(qū)域中排放富含第二成份的氣體。在本實(shí)施例的一個(gè)更優(yōu)的特點(diǎn)中，該工藝過程還包括在步驟(ⅳ)和(ⅴ)之間加入這樣的步驟，即從第一吸附區(qū)域逆流地排放富含第二成份的氣體，同時(shí)通過逆流地將富含第一成份的氣體輸入到第二吸附區(qū)域中而使該吸附區(qū)域部分地加壓，并且在步驟(ⅵ)和(ⅶ)之間加入這樣的步驟，即通過逆流地將富含第一成份的氣體導(dǎo)入第一吸附區(qū)域而對(duì)該區(qū)域部分地加壓，同時(shí)通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入到第二吸附區(qū)域并且將富含第一成份的氣體順流地從此處排放，從而生產(chǎn)出富含第一成份的氣體產(chǎn)品。
在以成對(duì)的吸附容器進(jìn)行的實(shí)施例中，輸入氣體通常以第一預(yù)定壓力在步驟(ⅴ)中被導(dǎo)入到第二吸附區(qū)域，而在步驟(ⅶ)被導(dǎo)入到第一吸附區(qū)域，并且該輸入氣體通常以從第一預(yù)定壓力為基礎(chǔ)增加的一個(gè)第二預(yù)定壓力在步驟(ⅰ)中被導(dǎo)入到第一吸附區(qū)域，而在步驟(ⅵ)和(ⅶ)中被導(dǎo)入到第二吸附區(qū)域。第一預(yù)定壓力在約0.6至2巴的范圍內(nèi)較好，第二預(yù)定壓力在約1至5巴的范圍內(nèi)較好，并且至少在步驟(ⅱ)和(ⅲ)的一部分中第二吸附區(qū)域中的壓力以及至少在步驟(ⅳ)和(ⅴ)的一部分中第一吸附區(qū)域中的壓力，在約0.1至1巴的范圍內(nèi)較好。第一預(yù)定壓力最好在約0.8至1.2巴的范圍內(nèi)，而第二預(yù)定壓力最好在約1至2巴的范圍內(nèi)，并且至少在步驟(ⅱ)和(ⅲ)的一部分中第二吸附區(qū)域中的壓力以及至少在步驟(ⅳ)和(ⅴ)的一部分中第一吸附區(qū)域中的壓力，最好在約0.2至0.8巴的范圍內(nèi)。
在以成對(duì)的吸附容器進(jìn)行的實(shí)施例中的一個(gè)更好的特點(diǎn)是，所有的工藝步驟都是由一個(gè)單獨(dú)的泵裝置進(jìn)行的。該特點(diǎn)的一種形式是，該氣泵裝置用于將輸入氣體在(ⅰ)步驟中導(dǎo)入到第一吸附區(qū)域中，在(ⅵ)和(ⅶ)步驟中導(dǎo)入第二吸附區(qū)域，并且用于在將富含第二成份的氣體在步驟(ⅱ)和(ⅲ)中從第二吸附區(qū)域中排放，在步驟(ⅳ)和(ⅴ)中從第一吸附區(qū)域中排放。該特點(diǎn)的另一種形式是，該氣泵裝置用于將富含第一成份的氣體在步驟(ⅰ)中從第一吸附區(qū)域中排放，在步驟(ⅵ)和(ⅶ)中從第二吸附區(qū)域中排放，并且用于將富含第二成份的氣體在步驟(ⅱ)和(ⅲ)中從第二吸附區(qū)域中排放，在步驟(ⅳ)和(ⅴ)中從第一吸附區(qū)域中排放。
在本發(fā)明的任何實(shí)施例中，各種吸附區(qū)域可以包括不同的吸附劑。同樣，在任何實(shí)施例中，輸入氣體最好是空氣，當(dāng)輸入氣體是空氣時(shí)，第二成份最好是氮。
本發(fā)明的另一個(gè)更好的特點(diǎn)是，該系統(tǒng)中工藝過程是在一對(duì)吸附區(qū)域和一對(duì)氣體儲(chǔ)存器中進(jìn)行的。在此方面，在步驟(ⅰ)中從第二吸附區(qū)域順流送出的氣體被充入第一氣體儲(chǔ)存器；在步驟(ⅱ)中從第一吸附區(qū)域順流送出的氣體被充入第二氣體儲(chǔ)存器；在步驟(ⅳ)中逆流地輸送到第二吸附區(qū)域中的氣體是從第一和第二氣體儲(chǔ)存器中的一個(gè)儲(chǔ)存器所排出的氣體；而在步驟(ⅴ)和(ⅵ)中逆流地輸送到第一吸附區(qū)域中的氣體是從第一和第二氣體儲(chǔ)存器中的另一個(gè)儲(chǔ)存器中所排出的氣體。
本發(fā)明還包括一個(gè)設(shè)備的實(shí)施例，該設(shè)備包括一個(gè)用來將輸入氣體吸附分離的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)一對(duì)吸附區(qū)域，各區(qū)域都有一個(gè)入口和一個(gè)出口，且每個(gè)區(qū)域包含一種吸附劑，該吸附劑有選擇地吸附輸入氣體中的一種或多種成份；(b)一個(gè)氣體儲(chǔ)存容器；(c)有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口的氣泵裝置；(d)吸附區(qū)域抽氣管道裝置，該裝置將各吸附區(qū)域的入口與氣泵裝置的入口相連，吸附區(qū)域抽氣管道裝置包括閥裝置，以便切斷一個(gè)或兩個(gè)吸附區(qū)域入口與泵裝置入口之間的連通；(e)帶閥裝置的第一輸入氣體管道裝置，它將一個(gè)輸入氣體源與氣泵裝置的入口相連；(f)帶閥裝置的第二輸入氣體管道裝置，它將該輸入氣體源與各吸附區(qū)域的入口相連；(g)將氣泵裝置的出口與各吸附區(qū)域的入口連接的吸附區(qū)域輸入管道裝置，該吸附區(qū)域輸入管道裝置包括閥裝置，以便切斷氣泵裝置出口與一個(gè)或兩個(gè)吸附區(qū)域的入口之間的連通；(h)帶有閥裝置的抽氣排放管道裝置，它將氣泵裝置出口與抽氣排放處相連；(i)產(chǎn)品氣體管道裝置，該裝置將各吸附區(qū)域的出口與產(chǎn)品氣體排放處相連，該產(chǎn)品氣體管道裝置包括閥裝置，以便切斷一個(gè)或兩個(gè)吸附區(qū)域的出口與產(chǎn)品氣體排放處之間的連通；(j)帶有閥裝置的橫向管道裝置，它連接各吸附區(qū)域的出口；和(k)將各吸附區(qū)域出口與氣體儲(chǔ)存容器連接的中繼儲(chǔ)存管道裝置，該氣體儲(chǔ)存管道裝置包括閥裝置，以便切斷一個(gè)或兩個(gè)吸附區(qū)域出口與氣體儲(chǔ)存容器之間的連通。
一個(gè)較優(yōu)特點(diǎn)是，該設(shè)備還包括一個(gè)第二產(chǎn)品氣體管道裝置，該裝置將各吸附區(qū)域的出口與氣泵裝置的進(jìn)口相連，該第二產(chǎn)品氣體管道裝置包括閥裝置，以便切斷一個(gè)或兩個(gè)吸附區(qū)域的進(jìn)口與氣泵裝置入口之間的連通；該設(shè)備還包括產(chǎn)品氣體排放管道裝置，該裝置將氣泵裝置的出口與產(chǎn)品氣體排放處相連，抽氣排放管道包括閥裝置。在另一個(gè)較優(yōu)特點(diǎn)中，輸入氣體為環(huán)境空氣，而吸附區(qū)域含有從空氣中有選擇地吸附氮的吸附劑。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二吸附區(qū)域含有不同的吸附劑。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)帶有第一和第二氣體儲(chǔ)存容器；將第一吸附區(qū)域的出口與第一中繼氣體儲(chǔ)存容器相連的第一中繼儲(chǔ)存管道裝置，該第一中繼氣體儲(chǔ)存裝置的管道裝置包括閥裝置，以便切斷一個(gè)或兩個(gè)吸附區(qū)域出口與第一中繼氣體儲(chǔ)存容器之間的連通；還包括將第二吸附區(qū)域的出口與第二中繼儲(chǔ)存容器相連的第二中繼儲(chǔ)存管道裝置。


圖1是一個(gè)表示能夠用于一個(gè)本發(fā)明的實(shí)施例中的吸附系統(tǒng)的示意圖。
圖2A-2J是表示在圖1所示的吸附系統(tǒng)中所進(jìn)行的較優(yōu)吸附操作循環(huán)的步驟的示意圖，該系統(tǒng)采用一個(gè)壓縮/泵將輸入氣體充入吸附容器，并將已吸附氣體從這些容器中抽出。
圖3A-3J是表示在圖1所示的吸附系統(tǒng)中所進(jìn)行的較優(yōu)吸附操作循環(huán)的步驟的示意圖，該系統(tǒng)采用一個(gè)壓縮/泵將非吸附產(chǎn)品氣體從吸附容器中抽出，并將吸附的氣體從這些容器中抽出。
圖4A-4J是表示在圖1所示的吸附系統(tǒng)中所進(jìn)行的較優(yōu)吸附操作循環(huán)的步驟的示意圖，該系統(tǒng)采用一個(gè)壓縮/泵將輸入氣體充入吸附容器中并且將吸附的氣體從這些容器中抽出，并用一對(duì)貯氣罐來保存中繼儲(chǔ)存氣體；在各圖中用相同的標(biāo)識(shí)數(shù)字和字母表示相同或類似的部件。
從附圖中可以更好地理解本發(fā)明，在這些不同的附圖中，相同的標(biāo)識(shí)字母或數(shù)字被用來表示相同或類似的設(shè)備零件。為簡化起見，對(duì)于理解本發(fā)明不必要的輔助設(shè)備，包括壓縮機(jī)、熱交換器和閥，都已經(jīng)從圖中省略掉。
現(xiàn)在參考附圖，特別參考圖1，圖中顯示了一個(gè)吸附系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一對(duì)平行配置的吸附容器A和B、氣體儲(chǔ)存容器C和氣體壓縮機(jī)/泵P，以及用來輸送通過系統(tǒng)的各種氣體的帶閥管道。容器A和B可以有相同的尺寸，可或者容器B小于或大于容器A。在容器A和容器B中裝有一種吸附劑，對(duì)于輸入氣體中的另外一種或多種成份來說，這種吸附劑更容易吸附該輸入氣體中的其它的一種或多種成份。容器A和B可以裝有相同的吸附劑，也可以裝有不同的吸附劑。
儲(chǔ)氣罐C是一種傳統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器；如果需要，它也可以裝吸附劑。
泵P可以是氣體壓縮機(jī)、排氣機(jī)、泵等，只要在各種本工藝過程所經(jīng)歷的壓力之下，它能夠?qū)怏w送入容器并將氣體從容器中排放。氣泵A最好在正壓和負(fù)壓下都能有效地操作，因?yàn)樵诒景l(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，要用它將輸入氣體在大氣壓下或正壓下導(dǎo)入系統(tǒng)中，并且還要在吸附劑再生過程中對(duì)容器A和B抽氣。
在如圖1所示的系統(tǒng)中，帶有閥4的氣體輸入管線2將一個(gè)輸入氣體源連接到泵P的入口端。帶有閥8的廢氣排放管線6將泵P的出口與廢氣排放處相連。在閥8的上游，帶閥12的管線10將管線6連接到吸附容器入口多支管14上。多支管14經(jīng)過閥20和22與吸附容器入口管線16和18相連。分別帶有閥28和30的管線24和26將容器A和B的非吸附氣體出口連接到非吸附產(chǎn)品氣體排放管線32上。橫向管線34分別經(jīng)過閥36和38與管線24和26連接。帶有閥42的中繼儲(chǔ)氣罐供給管線40將罐C與管線34在閥36和38之間的地方連接起來。管線16和18分別經(jīng)過閥46和48將容器A和B的入口端連接到抽氣多支管44上。經(jīng)過帶有閥52的抽氣管線50，多支管44與輸入管線2相連。在閥8的下游，帶有閥56的泵廢氣支管線54將多支管44與廢氣排放管線6相連。泵輸入氣體支管線58經(jīng)過閥60將管線2連接到管線10，并且在閥56的上游經(jīng)過閥62將管線2連接到管線54上。
下面將對(duì)本發(fā)明的工藝過程進(jìn)行描述，根據(jù)圖2A-2J所示的操作循環(huán)，該工藝過程在圖1所示的系統(tǒng)中分離空氣的方法生產(chǎn)一種富含氧的非吸附的氣體產(chǎn)品。圖2B、2F和2I中所示的步驟是可選的，但它們將包括在所述的操作循環(huán)中，因?yàn)楸景l(fā)明的最有效的特點(diǎn)中包括了這些操作循環(huán)。在這個(gè)實(shí)施例中，容器A和B中裝有對(duì)氮有選擇性的吸附劑，如A型或X型的沸石。容器中可以包含第一床干燥劑，如活化鋁或硅膠體，以便從空氣中除去水份。如果鋁是活化的話，該干燥劑還可以除去空氣中的二氧化碳；換句話說，二氧化碳一般將在主吸附劑的最初部分中被吸附，這是由于它比氮更容易被上述的吸附劑吸附。泵P在操作循環(huán)中的各步驟中都工作。下面敘述的壓力和步驟過程僅僅是示例性的操作，以便通過所揭示的過程描述將空氣分離成富含氧和貧含氧的成份的吸附系統(tǒng)。然而，應(yīng)該理解的是這些說明不構(gòu)成限制。
在步驟1(圖2A)中，最初閥4、12、20、38和42打開，其它閥均關(guān)閉。氣壓為大氣壓的環(huán)境空氣由泵P通過管線2抽入系統(tǒng)并且被充入到容器A中，從而使容器A中壓力增加。當(dāng)容器A被加壓到一般在1至1.6巴的范圍內(nèi)的預(yù)想吸附壓力時(shí)，閥28打開并且富含氧的氣體產(chǎn)品通過管線24和32流出系統(tǒng)。該氧氣產(chǎn)品氣體一般儲(chǔ)存在儲(chǔ)存容器中，當(dāng)需要使用時(shí)，可從該處抽取該產(chǎn)品。在這些步驟中，容器B剛完成一個(gè)富含氧的氣體生產(chǎn)步驟，正經(jīng)歷其第一次減壓，并將容器B中的壓力減到約1至2巴的范圍。同樣，在此步驟中內(nèi)腔空間的氣體被順流地從容器B中排放到中繼儲(chǔ)存容器C中。此步驟一般持續(xù)約3至10秒。
完成步驟1之后，可選步驟2(圖2B)開始，在此步驟中閥38和42關(guān)閉而閥48和56打開。在此步驟中，在理想的吸附壓力下容器A中繼續(xù)順流地生產(chǎn)富含氧的氣體，同時(shí)容器B進(jìn)行其第二次減壓，在此步驟中容器B中的氣體通過管線18、54和6被排放到大氣中，從而進(jìn)一步將容器B中的壓力減到約1至1.8巴的范圍。該向大氣排放的步驟允許泵P連續(xù)地用來強(qiáng)制地使輸入空氣進(jìn)入容器A中。該步驟一般持續(xù)約0至10秒。
當(dāng)步驟2完成時(shí)，步驟3(圖2C)開始，在此步驟中閥8、36、42、48和52打開而其它的閥均關(guān)閉。容器A現(xiàn)在進(jìn)行其第一次減壓，通過管線24、34和40從其容器中排放內(nèi)腔空間的氣體至罐C中，將容器A中的壓力減至1到2巴的范圍。同時(shí)，采用泵P，通過管線18、50、2和6逆流地抽去容器B中的氣體，容器B進(jìn)行其第三次減壓，將壓力減至1.2到0.2巴的范圍。該步驟一般持續(xù)約3至15秒。
該工藝過程的下一個(gè)步驟為步驟4(圖2D)。在些步驟中，閥8、36、38、48和52打開，其它的閥均關(guān)閉。容器A進(jìn)行其第二次減壓，將壓力減至約0.8到1.8巴，同時(shí)通過將順流地流出容器A中的氣體逆流地送入并通過容器B，使容器B進(jìn)行清潔抽氣，同時(shí)連續(xù)從容器B中逆流抽出的氣體被排放到外部環(huán)境中，直至容器B中的壓力減至約0.2至1.0巴。該步驟完成了容器B中的吸附劑的再生。該步驟持續(xù)約4至15秒。
該工藝過程的下一個(gè)步驟是步驟5(圖2E所示)。在此步驟中，利用泵P，使容器A進(jìn)行操作循環(huán)中的第一次逆流抽氣，使壓力大約到0.2至1.2巴，而容器B進(jìn)行其第一次部分減壓，其方法是使從儲(chǔ)存容器C中流出的氣體逆流地進(jìn)入容器B中，直至容器B中的壓力到約0.3至1.0巴的范圍內(nèi)為止。在此步驟中僅有閥8、42、38、46和52打開。借助于泵P，通過管線16、50和2從容器A中抽出氣體，并通過管線6排放到環(huán)境中。該步驟一般持續(xù)約3至15秒。
該工藝過程的下一個(gè)步驟即步驟6(圖2F)，是可選擇的。在此步驟中，閥8、30、46和52打開，其它閥均關(guān)閉。由泵P通過管線16、50、2和6繼續(xù)逆流地從容器A中抽氣，至壓力為約0.2到1.0巴為止，同時(shí)通過管線32和26將富含氧的氣體產(chǎn)品逆流地送入容器B中，使容器B進(jìn)行其第二次部分減壓，至壓力為約0.4至1.0巴。該步驟持續(xù)約0到15秒。
在工藝過程的下一個(gè)步驟，步驟7中(圖2G)，只有閥8、22、36、42、46、52和60打開。從罐C流出的氣體逆流地進(jìn)入容器A中并且伴隨著由泵P通過管線16、50、2和6從容器中逆流地抽氣，使其最后的壓力為約0.2到1.0巴，同時(shí)容器B接受其工藝過程的第三次部分減壓，這是通過管線2、58，以及管線10的尾端和管線14及18將大氣中的空氣以大氣壓順流地導(dǎo)入該容器中而完成的。該步驟約持續(xù)4至15秒。
操作循環(huán)的第八步驟如圖2H所示。在該步驟中，容器A接受其操作循環(huán)的第一次部分加壓，同時(shí)容器B進(jìn)行其最后一次加壓并且開始生產(chǎn)富含氧的氣體產(chǎn)品。一般來說，對(duì)如此步驟，只有閥4、12、22、36和42在初始時(shí)打開，而通過管線40、34和24，容器A由來自儲(chǔ)存容器C的逆流氣流加壓到約0.3到1.0巴的壓力，同時(shí)容器B中的壓力升高到理想的吸附壓力(1到約1.6巴)，這是通過用泵將大氣空氣通過管線2、10、14和18順流地泵入該容器中而完成的。當(dāng)容器B中的壓力達(dá)到理想的吸附壓力時(shí)，閥30打開，富含氧的氣體產(chǎn)品通過管線32流到產(chǎn)品儲(chǔ)存器中。容器A繼續(xù)接受來自罐C的氣流。該步驟約持續(xù)3到15秒。
步驟9，由圖2I所示，是該工藝過程中的第三個(gè)可選步驟。在此步驟中，通過導(dǎo)入富含氧的氣體，容器A被進(jìn)一步加壓，同時(shí)容器B進(jìn)入了生產(chǎn)操作。在該步驟中，只有閥4、12、22、28和30打開。富含氧的氣體產(chǎn)品通過管線24逆流地進(jìn)入容器A中，直至容器A中的壓力達(dá)到約0.4到1.0巴為止，同時(shí)借助于泵P使輸入空氣以理想的吸附壓力繼續(xù)順流地充入容器B。該步驟持續(xù)約0到10秒。
該工藝過程的第十個(gè)步驟也即最后一個(gè)步驟由圖2J所示。在此步驟中，容器A由大氣空氣進(jìn)一步加壓，同時(shí)容器B繼續(xù)以理想的吸附壓力生產(chǎn)富含氧的氣體產(chǎn)品。對(duì)于此步驟，閥4、12、22、30、46和62打開，其它的閥均關(guān)閉。輸入空氣通過管線2、58、44和16，以大氣壓順流地流入容器A中，同時(shí)輸入空氣以理想的吸附壓力(約1.0到2巴)通過管線2、6、10、14和18順流地充入容器B，并且富含氧的氣體產(chǎn)品被從容器B中順流地排放并通過管線26和32被送到產(chǎn)品儲(chǔ)存處該步驟約持續(xù)4到10秒。
上述過程有很多不平常的特點(diǎn)。首先，該過程是不對(duì)稱的，即，由容器A執(zhí)行的步驟組與由容器B執(zhí)行的步驟組不同。部分地由于此原因，非吸附氣體產(chǎn)品不是連續(xù)地生產(chǎn)的。在圖2A-2J所示的工藝過程中，非吸附氣體產(chǎn)品僅在步驟1、2、8、9和10中生產(chǎn)。第二，該工藝過程的步驟被修改成提供了一個(gè)高能量效率的操作循環(huán)。這樣，在步驟7和10中，環(huán)境空氣被導(dǎo)入到吸附容器而沒有用泵P，在步驟2中，容器B在沒有泵P幫助的情況下進(jìn)行排氣。這樣使泵可以在這些步驟中用于其它操作。第三個(gè)重要特點(diǎn)是在該工藝過程中連續(xù)地使用泵P。由于泵P在該工藝過程中的每個(gè)步驟中都被使用，所以它從不會(huì)閑置。這就節(jié)省了大量的能量。在此方面，值得一提的是在步驟1、2、8、9和10中，泵P用來將輸入氣體送入吸附容器中，并且在步驟3、4、5、6和7中用來對(duì)吸附容器進(jìn)行抽氣。
執(zhí)行如圖3所示系列步驟1到10的工藝過程與執(zhí)行圖2所示的步驟1到10的工藝過程基本相同，不同之處在于在圖3的系統(tǒng)中，泵P用來在步驟1和2中從吸附器A中抽出富含氧的氣體，在步驟8、9和10中從吸附器B中抽出富含氧的氣體，同時(shí)在圖2的系列步驟中的步驟1、2、8、9和10中，泵P用來將新的輸入氣體送入各吸附器中。與圖2所示的系列步驟中的相應(yīng)步驟中那些吸附器所經(jīng)歷的壓力相比，容器A在步驟1和2中以及容器B在步驟8、9和10中將保持較小的壓力，除此之外，二者的結(jié)果是相同的。
圖4顯示了一個(gè)與圖2所示系統(tǒng)相類似的系統(tǒng)，所不同的是兩個(gè)中繼儲(chǔ)氣罐代替了圖2的系統(tǒng)中的一個(gè)罐。當(dāng)吸附系統(tǒng)包括兩個(gè)吸附器時(shí)，如圖1所示的系統(tǒng)，并且希望當(dāng)以不發(fā)生或很少地發(fā)生混合的方式將氣體導(dǎo)入儲(chǔ)氣罐時(shí)，圖4的系統(tǒng)特別有用。例如，當(dāng)導(dǎo)入儲(chǔ)氣罐的氣體處于塞狀流的條件下時(shí)，如當(dāng)儲(chǔ)氣罐被平行于流入或流出該儲(chǔ)氣罐的氣流的堵塞的隔板阻擋住時(shí)，就發(fā)生了這種情況。在向儲(chǔ)氣罐或從儲(chǔ)氣罐輸送氣體的過程中，塞狀流操作的優(yōu)點(diǎn)是從吸附容器的非吸附的出口端排放的氣體將是最純的非吸附的氣體，并且該氣體最后將返回到吸附容器中。因此，最純的非吸附的氣體將總是最靠近吸附容器中的非吸附氣體出口端；這樣相對(duì)于非吸附的氣體成份，在生產(chǎn)步驟中從吸附容器中排放的非吸附的氣體產(chǎn)品將總是最純的。
在圖4所示的實(shí)施例中，罐C用來讓氣體流入或流出容器A，而罐D(zhuǎn)用來讓氣體流入或流出容器B。然而，返回吸附容器的氣體并不必須返回原來盛該氣體的容器。例如，儲(chǔ)存在罐C中的來自容器A的氣體在步驟3(圖4C)中可以在步驟5(圖4E)中返回到容器B中，而且在步驟1(圖4A)中儲(chǔ)存在容器D中的氣體可以在步驟7和8中(圖4G和4H)返回到容器A中。
值得欣賞的是，在系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)的設(shè)備來監(jiān)視和自動(dòng)管理氣流，以便使該系統(tǒng)以有效的方式全自動(dòng)地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本發(fā)明將通過以下的實(shí)施例得以進(jìn)一步說明，除非申明，分?jǐn)?shù)、百分比和比率均以體積為基礎(chǔ)。
實(shí)施例1本實(shí)施例說明了采用圖2所示的步驟序列，用本發(fā)明的工藝過程，將空氣分離成富含氧的氣體和貧含氧氣的產(chǎn)品。本實(shí)施例用兩個(gè)相同的圓柱形吸附容器，其直徑為3英寸，長為33英寸。吸附容器中裝有X型的沸石，該沸石的硅對(duì)鋁的原子比率約為1并且已經(jīng)與鋰和稀土元素交換過離子。(詳細(xì)描述在美國專利5,464,467號(hào)中，該文件包括在本文的參考資料中)。該系統(tǒng)用來生產(chǎn)含90％體積氧氣的富含氧的氣體產(chǎn)品。在表中說明了以秒計(jì)算的步驟的持續(xù)時(shí)間，以及以絕對(duì)壓力巴計(jì)算的端壓力。步驟1到10分別對(duì)應(yīng)著圖2A到2J所說明的步驟。
表步驟 持續(xù)時(shí)間，秒 端壓力床A巴 端壓力床B巴1 61.30 1.222 41.54 1.053 10 1.23 0.584 91.00 0.555 70.61 0.726 30.56 0.847 90.57 1.008 30.75 1.179 30.81 1.3810 61.00 1.57
上述實(shí)施例的具體產(chǎn)品是43Nm3/Hr/m3(每小時(shí)每立方米吸附劑正常立方米的非吸附氣體產(chǎn)品)。產(chǎn)出率是(定義為在非吸附氣體產(chǎn)品中的氧摩爾數(shù)總量除以輸入氣體中氧摩爾數(shù)的總量)58％。計(jì)算的動(dòng)力消耗是0.334Kwh/Nm3O2(生產(chǎn)每正常立方米富含氧的氣體千瓦小時(shí))。
實(shí)施例2由圖4所示的美國專利5,122,164的傳統(tǒng)的10步操作循環(huán)重復(fù)實(shí)施例1的流程，使操作循環(huán)時(shí)間為60秒，壓力在1.5巴到0.49巴之間擺動(dòng)。具體產(chǎn)品為43Nm3/Hr/m3，產(chǎn)出率為58％，計(jì)算的動(dòng)力消耗是0.376Kwh/Nm3O2。
對(duì)實(shí)施例1和2進(jìn)行比較顯示出，相對(duì)于采用美國專利5,122,164所述的十步操作循環(huán)所獲得的產(chǎn)出率和動(dòng)力消耗來說，圖2所示的操作循環(huán)在相當(dāng)節(jié)省動(dòng)力消耗的條件下提供了基本相同的產(chǎn)出率。
雖然特別參考了具體設(shè)備和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但這些特點(diǎn)僅是本發(fā)明的實(shí)施例，并且可以考慮進(jìn)行各種改變。例如，對(duì)某些步驟的順序可以顛倒。這樣，圖2F、3F和4F所示的步驟可以分別放在圖2E、3E和4E所示的步驟之前，或者它們可以分別跟隨在圖2J、3J和4J所示的步驟之后，圖2I、3I和4I所示的步驟可以分別放在圖2H、3H和4H所示的步驟之前，或者它們可以分別跟隨在圖2J、3J和4J所示的步驟之后。另外，在一個(gè)步驟中在一個(gè)或兩個(gè)吸附器中發(fā)生的活動(dòng)可以與下一個(gè)步驟中在一個(gè)或兩個(gè)吸附器中發(fā)生的活動(dòng)重疊。例如，用儲(chǔ)存在罐C中的氣體對(duì)容器A進(jìn)行部分加壓，如圖2H、3H和4H所示，可以分別與如圖2I、3I和4I所示的容器A中產(chǎn)品回送步驟部分地重疊。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求的外延所限定。
權(quán)利要求
1．一種用來在一個(gè)系統(tǒng)中從一種包括第一成份和第二成份的輸入氣體中生產(chǎn)富含第一成份的氣體的工藝，該系統(tǒng)包括一個(gè)氣體儲(chǔ)存器和至少兩個(gè)吸附區(qū)域，各吸附區(qū)域包含一種吸附劑，所說吸附劑有選擇地吸附所說第二成份，包括重復(fù)地執(zhí)行下面的步驟(ⅰ)通過在一個(gè)所說吸附區(qū)域順流地導(dǎo)入輸入氣體并且順流地從該處排放富含第一成份的氣體，在系統(tǒng)的一個(gè)所說吸附區(qū)域生產(chǎn)富含第一成份的氣體，同時(shí)通過從系統(tǒng)的另一個(gè)吸附區(qū)域中順流地除去氣體并且將其儲(chǔ)存到氣體儲(chǔ)存器中，使系統(tǒng)中的該吸附區(qū)域部分地減壓；(ⅱ)通過順流地將氣體從一個(gè)所說吸附區(qū)域輸送到所說氣體儲(chǔ)存器，使一個(gè)所說吸附區(qū)域部分地減壓，同時(shí)從另一個(gè)所說吸附區(qū)域逆流地排放富含第二成份的氣體；(ⅲ)對(duì)系統(tǒng)的一個(gè)所說吸附區(qū)域進(jìn)行清潔，這是通過順流地將另一個(gè)所說吸附區(qū)域內(nèi)的氣體抽出并逆流地送入在該步驟(ⅲ)中被清潔的一個(gè)所說吸附區(qū)域來進(jìn)行的，與此同時(shí)，還逆流地從一個(gè)被清潔的吸附區(qū)域中抽出氣體；(ⅳ)從一個(gè)所說吸附區(qū)域內(nèi)逆流地排放富含第二成份的氣體，同時(shí)通過逆流地將氣體從儲(chǔ)存器輸送到至少另一個(gè)吸附區(qū)域，使該吸附區(qū)域部分地加壓；(ⅴ)對(duì)系統(tǒng)中不是在步驟(ⅲ)中被清潔的一個(gè)所說吸附區(qū)域進(jìn)行清潔，這是通過逆流地將氣體由所說氣體儲(chǔ)存器輸送到該吸附區(qū)域中，同時(shí)從一個(gè)在此步驟(ⅴ)被清潔的所說吸附區(qū)域中逆流地排放富含第二成份的氣體來完成的，同時(shí)還通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入在步驟(ⅳ)中被部分加壓的吸附區(qū)域而使該吸附區(qū)域進(jìn)一步加壓；(ⅵ)通過從氣體儲(chǔ)存器中將氣體逆流地輸送到系統(tǒng)的一個(gè)所說吸附區(qū)域內(nèi)而使該區(qū)域部分地加壓，同時(shí)順流地將輸入氣體導(dǎo)入一個(gè)不是在步驟(ⅰ)中所說的吸附區(qū)域的所說吸附區(qū)域中，以此來生產(chǎn)富含第一成份的氣體，并且順流地將富含第一成份的氣體從該處排放；(ⅶ)將輸入氣體順流地導(dǎo)入在步驟(ⅵ)中被加壓的吸附區(qū)域，從而使該吸附區(qū)域進(jìn)一步加壓，同時(shí)對(duì)于在步驟(ⅵ)中所涉及的所說吸附區(qū)域，順流地導(dǎo)入輸入氣體并順流地排放富含第一成份的氣體。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于該系統(tǒng)包括一個(gè)氣體儲(chǔ)存器和一對(duì)或多對(duì)第一和第二吸附區(qū)域，對(duì)于各對(duì)第一和第二吸附區(qū)域，工藝步驟是(ⅰ)通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入到所說第一吸附區(qū)域，并且順流地將富含第一成份的氣體從此處排出，從而生產(chǎn)富含第一成份的氣體產(chǎn)品，同時(shí)通過順流地將氣體從所說第二吸附區(qū)域中輸送到氣體儲(chǔ)存器中，從而使該第二吸附區(qū)域部分地減壓；(ⅱ)通過順流地將氣體從所說第一吸附區(qū)域輸送到所說氣體儲(chǔ)存器中而使該第一吸附區(qū)域部分地減壓，同時(shí)從所說第二吸附區(qū)域逆流地排放富含第二成份的氣體；(ⅲ)通過將氣體順流地輸出所說第一吸附區(qū)域并且逆流地輸入所說第二吸附區(qū)域而對(duì)該第二吸附區(qū)域進(jìn)行清潔，同時(shí)逆流地從所說第二吸附區(qū)域排出富含第二成份的氣體；(ⅳ)從所說第一吸附區(qū)域中逆流地排放富含第二成份的氣體，同時(shí)通過逆流地將氣體從所說氣體儲(chǔ)存器輸送到所說第二吸附區(qū)域而使該區(qū)域部分地加壓；(ⅴ)通過逆流地將氣體從所說氣體儲(chǔ)存器輸送到所說第一吸附區(qū)域并且逆流地從所說第一吸附區(qū)域中排放氣體，而對(duì)第一吸附區(qū)域進(jìn)行清潔，同時(shí)通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入到所說第二吸附區(qū)域中而使該第二吸附區(qū)域進(jìn)一步加壓；(ⅵ)通過逆流地將氣體從所說氣體儲(chǔ)存器輸送到所說第一吸附區(qū)域中而使該第一吸附區(qū)域部分地加壓，同時(shí)通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入所說第二吸附區(qū)域，并且順流地從此處排放富含第一成份的氣體，從而生產(chǎn)出富含第一成份的氣體產(chǎn)品；和(ⅶ)通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入到所說第一吸附區(qū)域中使該區(qū)域進(jìn)一步加壓，同時(shí)通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入所說第二吸附區(qū)域并且順流地從此處排放富含第一成份的氣體，從而繼續(xù)生產(chǎn)富含第一成份的氣體產(chǎn)品。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的工藝，其特征在于輸入氣體以第一預(yù)定壓力在步驟(ⅴ)中被導(dǎo)入到所說第二吸附區(qū)域，而在步驟(ⅶ)被導(dǎo)入到所說第一吸附區(qū)域，并且該輸入氣體以在第一預(yù)定壓力基礎(chǔ)上增加的一個(gè)第二預(yù)定壓力在步驟(ⅰ)中被導(dǎo)入到所說第一吸附區(qū)域，而在步驟(ⅵ)和(ⅶ)中被導(dǎo)入到所說第二吸附區(qū)域。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的工藝，其特征在于所說第一預(yù)定壓力在約0.6至2巴的范圍內(nèi)，所說第二預(yù)定壓力在約1至5巴的范圍內(nèi)。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的工藝，其特征在于所說第一預(yù)定壓力在約0.8至1.2巴的范圍內(nèi)，而所說第二預(yù)定壓力在約1至2巴的范圍內(nèi)。
6．根據(jù)權(quán)利要求4的工藝，其特征在于至少在步驟(ⅱ)和(ⅲ)的一部分中所說第二吸附區(qū)域中的壓力以及至少在步驟(ⅳ)和(ⅴ)的一部分中所說第一吸附區(qū)域中的壓力，在約0.1至1巴的范圍內(nèi)。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的工藝，其特征在于至少在步驟(ⅱ)和(ⅲ)的一部分中所說第二吸附區(qū)域中的壓力以及至少在步驟(ⅳ)和(ⅴ)的一部分中所說第一吸附區(qū)域中的壓力，在約0.2至0.8巴的范圍內(nèi)。
8．根據(jù)權(quán)利要求3的工藝，其特征在于所說的輸入氣體是空氣，而所說的第一預(yù)定壓力是大氣壓而且所說第二成份是氮。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的工藝，其特征在于所說第一和第二吸附區(qū)域包含不同的吸附劑。
10．根據(jù)權(quán)利要求3的工藝，其特征在于用一個(gè)氣泵裝置進(jìn)行步驟(ⅰ)至(ⅶ)；所說氣泵裝置用于將輸入氣體在(ⅰ)步驟中導(dǎo)入到所說第一吸附區(qū)域中，在(ⅵ)和(ⅶ)步驟中導(dǎo)入所說第二吸附區(qū)域，并且用于在將富含第二成份的氣體在步驟(ⅱ)和(ⅲ)中從所說第二吸附區(qū)域中排放，在步驟(ⅳ)和(ⅴ)中從所說第一吸附區(qū)域中排放；和所說氣泵裝置用于將富含第一成份的氣體在步驟(ⅰ)中從所說第一吸附區(qū)域中排放，在步驟(ⅵ)和(ⅶ)中從所說第二吸附區(qū)域中排放，并且用于將富含第二成份的氣體在步驟(ⅱ)和(ⅲ)中從所說第二吸附區(qū)域中排放，在步驟(ⅳ)和(ⅴ)中從所說第一吸附區(qū)域中排放。
11．根據(jù)權(quán)利要求2的工藝，其特征在于所說系統(tǒng)具有一對(duì)吸附區(qū)域；和在步驟(ⅰ)中從所說第二吸附區(qū)域順流送出的氣體被充入第一氣體儲(chǔ)存器；在步驟(ⅱ)中從所說第一吸附區(qū)域順流送出的氣體被充入第二氣體儲(chǔ)存器；在步驟(ⅳ)中逆流地輸送到所說第二吸附區(qū)域中的氣體是從所說第一和第二氣體儲(chǔ)存器中的一個(gè)儲(chǔ)存器所排出的氣體；而在步驟(ⅴ)和(ⅵ)中逆流地輸送到所說第一吸附區(qū)域中的氣體是從所說第一和第二氣體儲(chǔ)存器中的另一個(gè)儲(chǔ)存器中所排出的氣體。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的工藝還包括，在步驟(ⅰ)和步驟(ⅱ)之間加入了這樣的步驟，即通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入到在步驟(ⅰ)中的所說吸附區(qū)域中的一個(gè)所說區(qū)域，并且順流地從此處排放富含第一成份的氣體，從而生產(chǎn)富含第一成份的氣體產(chǎn)品，同時(shí)逆流地從在步驟(ⅰ)中所說吸附區(qū)域中的另一個(gè)所說區(qū)域中排放富含第二成份的氣體。
13．根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求12的工藝還包括，在步驟(ⅳ)和(ⅴ)之間加入這樣的步驟，即從步驟(ⅳ)中所說吸附區(qū)域中的一個(gè)所說吸附區(qū)域逆流地排放富含第二成份的氣體，同時(shí)通過逆流地將富含第一成份的氣體輸入到步驟(ⅳ)中所說吸附區(qū)域中的另一個(gè)所說吸附區(qū)域中，而使該吸附區(qū)域部分地加壓，并且在步驟(ⅵ)和(ⅶ)之間加入這樣的步驟，即通過逆流地將富含第一成份的氣體導(dǎo)入步驟(ⅵ)中所說的第一和第二吸附區(qū)域中的一個(gè)吸附區(qū)域而對(duì)該吸附區(qū)域部分地加壓，同時(shí)通過順流地將輸入氣體導(dǎo)入到在步驟(ⅵ)中所說吸附區(qū)域中的另一個(gè)所說吸附區(qū)域并且順流地將富含第一成份的氣體從此處排放，從而生產(chǎn)出富含第一成份的氣體產(chǎn)品。
14．一個(gè)用于分離輸入氣體的系統(tǒng)包括(a)一對(duì)吸附區(qū)域，各區(qū)域都有一個(gè)入口和一個(gè)出口，且每個(gè)區(qū)域包含一種吸附劑，該吸附劑有選擇地吸附所說輸入氣體中的一種成份；(b)一個(gè)氣體儲(chǔ)存容器；(c)有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口的氣泵裝置；(d)吸附區(qū)域抽氣管道裝置，該裝置將各吸附區(qū)域的入口與所說氣泵裝置的入口相連，所說吸附區(qū)域抽氣管道裝置包括閥裝置，以便切斷一個(gè)或兩個(gè)所說吸附區(qū)域的入口與所說氣泵裝置入口之間的連通；(e)帶閥裝置的第一輸入氣體管道裝置，它將一個(gè)輸入氣體源與所說氣泵裝置的入口相連；(f)帶閥裝置的第二輸入氣體管道裝置，它將所說輸入氣體源與各所說吸附區(qū)域的入口相連；(g)將所說氣泵裝置的出口與各吸附區(qū)域的入口連接的吸附區(qū)域輸入管道裝置，所說吸附區(qū)域輸入管道裝置包括閥裝置，以便切斷所說氣泵裝置出口與一個(gè)或兩個(gè)所說吸附區(qū)域的入口之間的連通；(h)帶有閥裝置的抽氣排放管道裝置，它將所說氣泵裝置的出口與抽氣排放處相連；(i)產(chǎn)品氣體管道裝置，該裝置將各吸附區(qū)域的出口與產(chǎn)品氣體排放處相連，該產(chǎn)品氣體管道裝置包括閥裝置，以便切斷一個(gè)或兩個(gè)所說吸附區(qū)域的出口與產(chǎn)品氣體排放處之間的連通；(j)帶有閥裝置的橫向管道裝置，它連接各所說吸附區(qū)域的出口；和(k)將各吸附區(qū)域出口與所說氣體儲(chǔ)存容器連接的中繼儲(chǔ)存管道裝置，該中繼氣體儲(chǔ)存管道裝置包括閥裝置，以便切斷一個(gè)或兩個(gè)所說吸附區(qū)域出口與氣體儲(chǔ)存容器之間的連通。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)還包括(a)第二產(chǎn)品氣體管道裝置，該裝置將各吸附區(qū)域的出口與所說氣泵裝置的進(jìn)口相連，所說第二產(chǎn)品氣體管道裝置包括閥裝置，以便切斷一個(gè)或兩個(gè)所說吸附區(qū)域的進(jìn)口與所說氣泵裝置入口之間的連通；和(b)產(chǎn)品氣體排放管道裝置，該裝置將所說氣泵裝置的出口與所說產(chǎn)品氣體排放處相連，所說抽氣排放管道包括閥裝置。
16．根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，還帶有第一和第二中繼氣體儲(chǔ)存容器，將所說第一吸附區(qū)域的出口與所說第一中繼氣體儲(chǔ)存容器相連的第一中繼儲(chǔ)存管道裝置，所說第一中繼氣體儲(chǔ)存裝置的管道裝置包括閥裝置，以便切斷一個(gè)或兩個(gè)所說吸附區(qū)域出口與所說第一中繼氣體儲(chǔ)存容器之間的連通，還包括將所說第二吸附區(qū)域的出口與所說第二中繼儲(chǔ)存容器相連的第二中繼儲(chǔ)存管道裝置，所說第二中繼氣體儲(chǔ)存裝置的管道裝置包括閥裝置，以便切斷一個(gè)或兩個(gè)所說吸附區(qū)域出口與所說第二中繼氣體儲(chǔ)存容器之間的連通。
全文摘要
一種在一對(duì)吸附容器中分離混合氣體中的成分的工藝過程和設(shè)備,它采用一個(gè)單獨(dú)的氣體壓縮機(jī)/氣泵將氣體送入或排出吸附容器。在該操作循環(huán)中該氣體壓縮機(jī)/氣泵連續(xù)操作。吸附操作循環(huán)是不對(duì)稱的,即在一個(gè)吸附器內(nèi)進(jìn)行的步驟序列不同于在另一個(gè)吸附器內(nèi)進(jìn)行的步驟序列。該設(shè)備包括一個(gè)中繼氣體儲(chǔ)存器,它用來暫時(shí)地儲(chǔ)存來自吸附容器的非吸附氣體出口端的氣體,這樣能夠在吸附操作循環(huán)的吸附劑再生步驟完成后對(duì)該吸附容器部分地加壓。
文檔編號(hào)B01D53/04GK1210747SQ9810947
公開日1999年3月17日 申請(qǐng)日期1998年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月23日
發(fā)明者董憲哲 申請(qǐng)人:美國Boc氧氣集團(tuán)有限公司