[发明专利]变压吸附法

说明书

技术领域

本发明涉及用适当的吸附剂通过选择性并绝热吸附和解吸通常认为不想要的杂质而分离气态组分的方法和设备。所涉及的方法通常称为变压吸附。专利文献中已描述了许多不同的系统，共同特征是通过紧密填充在压力容器(称为吸附器)中的至少一类吸附剂在高压下选择吸附除去至少一种夹杂组分。在吸附步骤期间，原料气在吸附器的入口端引入，在其出口端产生主产品。根据原料气的组成，吸附器可包含多于一类吸附剂，一层压一层地填充在不同的垂直区。本领域常用的吸附剂类型包括沸石分子筛、活性炭、硅胶或活性氧化铝。

技术背景

以下不同工艺步骤的描述中所用的术语顺向和逆向涉及吸附步骤期间原料气在吸附器内的流动方向。

通过逆向放压至最低压力使组分解吸产生放空气(dump gas)，在最低压力下用接近产品质量的气体逆向冲洗产生冲洗尾气，使吸附剂再生。

吸附后，在原料入口端关闭的情况下使吸附器顺向放压回收较低压力的接近产品质量的气体(以下称为副产品气)。此气体源于吸附器内的全部空隙空间和其中吸附剂的分级解吸。只要足够早地结束吸附步骤，则可在不想要组分的吸附前沿没有明显穿透的情况下通过所述顺向放压生产所述副产品气。

进行逆向终放压至最低压力，从而释放所述放空气。此放空气由至少一种解吸组分与一些产品组分的混合物组成。

吸附剂的冲洗在优选的最低压力下进行，使冲洗气(为所述副产品气的一部分)逆向流过吸附剂，然后收集富集至少一种解吸组分的冲洗气作为所述冲洗尾气。

放空气和冲洗尾气的混合气流作为尾气放空。关闭吸附器的入口，通过其出口引入(1)所述副产品气的剩余部分用于后面所述低水平充压，最后引入(2)一部分高压产品气(其分支)用于后面所述高水平充压，实现吸附器的充压。达到最高压力时，所包含的再生吸附剂将经历新的吸附步骤。

根据US3 430 418(J.L.Wagner)，不需附加的储气容器，最少需要四个吸附器连接操作，以致始终有至少一个吸附器用于从原料气中吸附杂质，同时其余吸附器中的吸附剂经历顺向和/或逆向放压、冲洗和充压的其它工艺步骤。

对于给定的原料气组成、原料气压力和要求的尾气压力的工艺条件，要使产品回收率最大，可对所述副产品气用于冲洗和低水平充压的分布进行一定的优化。产品回收率最大与尾气中产品组分的浓度最低一致，使用有限量的冲洗气满足此条件。如果所述有限量的冲洗气足以使吸附剂再生适度，则超过所述有限量冲洗气的任何量的可用副产品气都应以有用的方式利用。本发明的目的之一是改进用于吸附器低水平充压的所述过量的应用。

发明内容

图1示出放空和冲洗过程中各吸附器产生的尾气中产品组分的摩尔浓度，表明使用更多或更少冲洗气的作用。绘制出所述浓度值“C”随总尾气的百分率“Q”的变化。该图左侧所示放空气前端的组成与原料气的组成相同，因为它来自吸附器入口端及其连接管线的空隙。继续放空压力连续下降时，因解吸导致吸附剂的空隙释放气含有越来越多的杂质，导致C值下降。达到冲洗压力时，停止放空。此时产生循环过程中吸附器释放的总尾气的Qd百分率。在Qd和100％之间的量代表冲洗尾气，其中产品组分的浓度逐渐上升直至可用冲洗气已用尽和冲洗结束。显然使用的冲洗气越少，产生的冲洗尾气越少，所含产品组分也越少，产品回收率越高。然而，为有效地再生接近吸附器出口端的吸附剂，使吸附步骤前后的载荷差足够大，而使吸附剂的利用率在商业上可接受，仍需要足量的冲洗气。

通过提高内压回收率(定义为由副产品气实现的压力升高/总充压的压力升高)，则可用更少的所述副产品气补充部分冲洗。更好地控制回收率和副产品气用于低水平充压和冲洗的分布的方法之一描述在US3 564 816(L.B.Batta)中。根据此用于由4个吸附器组成的系统的描述，内压回收率提高，在实现更好的产品回收率方面用于冲洗的副产品气占总回收量的比例有效地降低。此系统中内压回收率增加是通过将释放的副产品末端用于吸附器的低水平充压而不用于继续冲洗所述吸附器实现的。