[发明专利]多层歧管压力交变吸附装置和方法

说明书

技术领域

本发明公开的实施例涉及从流体混合物中分离流体，诸如从空气中分离氧气或氢净化，该分离是采用一种流体分离装置通过压力交变吸附(PSA)方法进行的，该装置具有多层歧管，诸如在高循环频率下工作的小型的、旋转压力交变吸附装置。还描述了窄通道吸附器，增强得足以使之与阀面直接接合，该吸附器适合用于压力交变吸附装置的各种实施例。

背景技术I.普通的PSA工艺

通过协调吸附器上的压力交变和流动逆转，利用压力交变吸附法实现从流体混合物中分离流体，相对于混合物中不易被吸附的组分来说，所使用的吸附器优先吸附较易被吸附的组分。流体在通过吸附器的第一方向，即从吸附器的第一端至第二端的流动期间，总压力升高，而在反方向流动期间，总压力下降。当重复该循环时，混合物中不易被吸附的组分富集在第一方向，而较易被吸附的组分富集在反方向上。

从吸附器的第二端输送出贫化易被吸附的组分和富集不易被吸附的组分而成的“轻质”产品。从吸附器的第一端排放更易被吸附的组分富集的“重质”产品。轻质产品通常是所需的净化的产品，例如在采用氮选择性沸石吸附剂进行氧气分离和氢净化时便是重要的实例。在采用氮选择性沸石吸附剂进行氮分离中，重质产品是一种所需的产品。典型的方式是：当该吸附器内的压力升高到较高的工作压力时，液料混合物进入吸附器的第一端，且从吸附器的第二端输送出轻质产品。在较低工作压力下，从吸附器的第一端排出重质产品。为了获得高纯度的轻质产品，在压力排放，即进行清洗、压力均衡或再增压工序后，把部分轻质产品或富集的不易被吸附的组分的流体作为“轻质回流”流体再次循环回到吸附器。

采用压力交变吸附法分离流体的普通工艺，使用平行工作的二个或更多个吸附器，在每个吸附器的每一端安装有方向阀，以交替方式将吸附器与压力源和接收器(sinks)连接，从而实现工作压力的变化和流动方向的改变。由于在吸附器交替地处于高压和低压过程中阀门的不可逆膨胀，基本的压力交变吸附工艺不能有效地利用施加给的能量。通过采用多步“轻质回流”工序和其它工艺改进措施，大多数采用的先进技术的常规压力交变吸附装置，其效率有所改进，这样，却大大提高了基于普通的二通阀的阀门逻辑复杂性。结果，装置的循环频率较低，通常是每分钟一次，少数商售设备的循环频率大于每分钟五次。此外，采用常规阀门和颗粒吸附剂的设备的循环频率不可能大幅提高，因此，吸附剂总量较大。

普通的压力交变吸附装置体积大、笨重，因而，需要一种更为小型的压力交变吸附技术。II.旋转PSA工艺技术

Siggelin(美国专利3,176,446)，Mattia(美国专利4,452,612)，Davidson和Lywood和Boudet(美国专利4,758,253)，Boudet等人(美国专利5,133,784)，Petit等人(美国专利5,441,559)，Keefer等人(美国专利6,051,050)，和Westmeier等人(前民主德国专利DD 259,794A1)公开了采用旋转吸附床构型的PSA装置。安装在定子组件上的多个角分隔吸附床用的孔，扫过具有进料、输送产品、废气排放和压力均衡功能的固定功能孔。所有这些装置均使用多个吸附床在同一个循环顺序地工作，利用多孔分配旋转阀来控制流体流到吸附床、控制流自吸附床流体流动和控制流体在吸附床之间的流动。

现有技术中，存在有三个吸附器平行工作的压力交变吸附装置和真空摆式吸附装置的众多实例。Hay(美国专利4,969,935)和Kumar等人(美国专利5,328,503)公开了真空吸附系统，其压缩机不连续工作、真空泵全天候地与三个吸附器之一连接。其它三个吸附器实例是由Tagawa等人(美国专利4,781,735)，Hay(美国专利5,246,676)，和Watson等人(美国专利5,411,528)提供的，可实现上述工作，但是后者中的每个实例，都存在轻质产品排放工序和轻质回流工序的次序出现某些不希望的倒置，从而工艺效率有所降低。Keefer(美国专利6,063,161)提供的实例是氢净化用的、旋转阀控制的、具有六个平行工作的吸附器的PSA装置。