[发明专利]大规模变压吸附方法

说明书

本发明涉及到利用变压吸附(PSA)进行气体分离的方法，该方法大大地提高了分离处理的量。

PSA提供了一种有效而又经济的方法，用来对含有至少两种具有不同吸附特征的气体的多组分气流进行分离。吸附力较强的气体可以是杂质，该杂质被从吸附力较不强的气体(它被分离出来作为产品)中除去；或者，吸附力较强的气体可以是目标产物，它被从吸附力较不强的气体中分离出来的。例如，人们期望从含氢的原料流中去除一氧化碳和轻质烃，以制得纯净(99+％)的氢气流用于氢化裂解或其它催化方法，因为这些杂质可能会对催化剂或对反应产生副作用。另一方面，可能希望从原料流中回收吸附力较强的气体如乙烯，从而制得富含乙烯的产物。

在PSA方法中，一般将多组分气体在能吸附至少一种组分的升高的压力下供入到多个吸附区中的至少一个中，而使至少一种其它组分通过吸附区。在规定的时间内，送到吸附器的原料流被终止，吸附区被一个或多个并流的降压步骤降压，该降压步骤中压力被降至规定的水平，这就使留在吸附区的已分离的、吸附力较不强的组分或多个组分被排除而没有显著浓度的吸附力强的组分。然后，吸附区被逆流的减压步骤降压，该降压步骤中，吸附区的压力通过以与原料流方向呈逆流回收解吸气体而进一步地降低。最后，吸附区被经历了并流降压步骤的吸附床的流出物净化，并被再增压。再增压的最后阶段一般都伴随有产物，并常常被称作产物再增压。在多区系统中，一般都有附加步骤，上面所提到的那些可以分阶段地进行。其它的有US-A-3176444、US-A-3986849、US-A-3430418和3703068，描述了利用并流降压和逆流降压两者的的多区、绝热的PSA系统，这些专利的公开内容被全文引用。属于Fuderer等人和Wagner的上述专利在这里被引用。

已知不同种类的吸附剂适宜用在PSA系统中，对吸附剂的选择依赖于原料流的组成和其它本领域技术人员所公知的因素。一般地，适宜的吸附剂包括分子筛、硅凝胶、活性碳和活性铝土。对于某些分离，专门的吸附剂是有利的。PSA一般使用弱吸附剂并被用于分离，其中待分离成分的含量可从痕量至高于95％(摩尔)。当要回收高浓度的贵重原料、产物或重新使用的溶剂时，优选PSA系统。PSA循环是解吸时的压力远低于吸收时的压力的循环。在某些应用中，解吸在真空条件下进行——真空吸附(VSA)。为克服弱吸附剂所固有的低操作负载的问题，PSA循环一般具有短的循环时间——约为数秒到数分钟——以保持合理的吸附床尺寸。

建造现代化的气体处理设施的一个问题是设施的尺寸或在任何一个设施中待处理气体的量不断增加。现代化的气体处理设备的处理量一般大于约110,000标立方米/小时(1亿标立方英尺/天)。大多数的PSA容器的直径因要运到建造地方而受到限制，容器的直径一般限制在约4米(约13英尺)，容器的高度被吸附剂颗粒的压碎强度所限制。对于高于110,000标立方米/小时(1亿标立方英尺/天)的处理量，PSA方法配备有多列重复的设备，如泵、加热器、管线、阀、容器和压缩器。

本发明提供了一种方法，该方法克服了用于多种气体分离的PSA设备的处理量的传统的限制。现在，一个单一的完整操作工艺列的处理量可超过约110,000标立方米/小时(1亿标立方英尺/天)。该单一的完整操作序列可以包括10-20个吸附床。设备的减少来自于没有接受PSA领域中所遵循的原则：净化步骤的长度必须等于或小于吸附步骤的长度。申请人已经发现相对于吸附步骤而增加净化时间能显著地提高处理量，并且在回收率或性能上具有最小的损失。净化步骤的时间与吸收步骤的时间的比值优选大于1.0而小于2.0。这一发现的优点在于，现在可以用远地低于第二条平行设备列的建造费用的费用来建造大规膜PSA单元。

本发明的目的是提供一种用在单列设备内的大量气体处理单元的PSA方法。

本发明的目的是提供一种操作程序，它能克服对容器尺寸和吸附力的物理限制，以便能够处理大量进料而不会失去大规模气体分离系统的整体性能。