[发明专利]在包括脱水及/或二氧化碳的空气分离法中含锂FAU的应用

说明书

相关申请的交叉参考

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关于联合赞助研究或开发的声明

没有

发明背景

本发明涉及变压吸附(PSA)系统。更具体地说，涉及一种PSA系统在用含锂FAU吸附剂分离含氧和氮气体混合物及脱出进料中杂质诸如水及/或二氧化碳方面的应用。

PSA系统尤其适合于各种重要的工业应用。例如，高纯氧在各种工业诸如化学处理、钢厂、造纸厂、和铅和气体生产操作中的应用。

在PSA方法中，将含有易吸附组分和不易吸附组分如空气中的氮和氧组分的原料气混合物，诸如空气，在高吸附压力下输送通过能选择性吸附易吸附组分的吸附床进料端。使不易吸附的组分穿过吸附床，在吸附床出口端加以回收。而后，使吸附床减压到较低的脱附压力，脱附易吸附组分，并使之离开吸附床，然后再引入另外大量的原料气混合物，使该吸附床再增压，并按吸附-脱附-再增压的循环继续吸附床的操作。通常，但非唯一的是，采用多床系统进行这种PSA操作，各吸附床均采用PSA工艺程序，以一次循环为基准与该系统其它吸附床相关联，完成这种工艺程序。

对于回收空气中不易吸附组份高纯氧的PSA系统，各吸附床通常装填能选择性地吸附易吸附组分氮的吸附材料，而后，将吸附床从高吸附压力减压至较低的脱附压力，使吸附床选择性吸附的氮气脱附出来。在低压低于大气压力时，一般就称这种吸附为变真空吸附(VSA)。为简单起见，除另有注释外，以下本文的术语“PSA”均用于表示PSA及VSA两种系统。

除氮及氧外，原料气混合物可含诸如水及二氧化碳的杂质。一般看法认为，为避免使高容量主吸附剂对氮吸附性能中毒，必须脱出水及二氧化碳。这种脱出可利用单独的预处理材料或单独的预处理阶段来完成。

例如，Ackley在Canadian Patent Application(加拿大专利申请)No.2,234,924中披露，采用选自沸石类、活性氧化铝、活性碳及硅胶的材料，通过吸附床进料端预处理段，脱除原料流中一般为水及二氧化碳的杂质。其中教导锂-离子交换型沸石可用于该公开方法的主段。

Canadian Patent Application No.2,182,641披露了一种PSA系统，采用两层吸附材料，第一吸附层为NaX及第二吸附层为LiX。此外还披露，气体流在穿越沸石填料之前，可通过硅胶干燥层加以干燥。

U.S.Pat.No.5,810,909披露，在通过可包括锂-交换沸石的多层吸附剂层进行主分离之前，采用装有氧化铝的预处理区来排除水及二氧化碳。

同样，Rege等人的“用LiX沸石进行空气分离的范围”("Limitsfor Air Separation by Adsorption with LiX Zeolite"，见Ind.Eng.Chem.Res.(1997)，vol.36，pp.5358-5365)文章主张，在原料气进入LiX主床之前用预处理床来脱水及二氧化碳。

U.S.Pat.No.3,636,679披露了一种其中CaM用作唯一吸附剂的设备，该发明人还明确指出，注入空气不预处理脱水或CO₂。但是，CaA的空气分离性能不及锂交换过的FAU的。

U.S.Pat.No.5,133,784披露了在由同心环形筒组成的吸附床中流动为径向的一种设备。据称该设备适合于对气体混合物中至少一种组分如氧进行分离。氧化铝是所提及的唯一吸附剂。

U.S.Pat.No.5,203,887披露了用另一类型的吸附剂替换吸附床一部分锂离子交换型沸石。用包括两个串联排列的吸附床的吸附区来实现这一点。第一吸附床包括一种用锂交换至少80％的X-沸石，第二吸附床包括未交换过诸如NaX的常规X-沸石。但该专利未描述原料气的准确性质，也没有关于可将含二氧化碳及/或水的原料气注入至锂-离子交换型沸石中而不必预处理脱除二氧化碳及水的建议。

U.S.Pat.No.5,658,370披露了利用旋转径向流吸附床的几何结构，通过吸附剂选择性地吸附氮，从诸如空气的气体混合物中分离氮的一种方法，其中至少50％的吸附剂由至少一种其交换率达50-95％范围的锂-离子交换沸石组成。但该专利未谈及脱水及二氧化碳的问题。