[发明专利]通过压力摆动吸附生产高纯度氧

说明书

                      背景技术

对于将空气分离而回收富氮或富氧气体产品而言，压力摆动吸附是一种熟知的方法。一种特定的用途是：利用沸石吸附剂从空气中回收氧，从而得到包含高达95％体积氧的产品气体。由于相对于常规市售沸石吸附剂上的氮而言，氩和氧具有类似的吸附特性，因此，在这种产品纯度时，产品气体中的其余组份主要是氩气。相对于氧而言，氩的吸附选择性通常接近或低于这些吸附剂的统一基准(unity)。

在吸附空气分离领域中近来的研究工作表明：某些银-交换的沸石，特别是银-交换的X-型沸石，相对于氧而言，显示出对氩气的吸附选择性，这使之能够生产纯度在95％体积以上的氧。

在用于氧回收的压力摆动吸附中采用银交换的沸石已被本领域许多研究工作者报道。US5,226,933披露了压力摆吸附法，该方法使用从包含95％氧和5％氩的气体中分离氧的银-丝光沸石床，从而使氧的纯度达到至少约99.7％。US5,470,378描述了从包含氧和氩的原料气流中除去氩的方法，从而得到高纯度的氧气流。该方法使用包含银离子-交换型X-沸石的床，其中至少80％的有效离子位置被银占据。

日本专利申请公开H10-152305(申请号H8-311051)披露了一种用于氧气生产的压力摆动吸附装置，所述装置使用带氮吸附剂层的吸附柱，所述层选择性地从原料气中吸附氮气，所述原料气包含氮，氧和氩。氮吸附剂层包含至少一种银离子交换的X-型沸石。吸附柱可以包含一层以上，并且在所述柱的气体出口侧的层包含银离子交换的X-型沸石。据说氩比氧更易吸附，并且能够得到包含95％或更多氧的产品气体。

由空气生产高纯度氧的装置披露于EP0 761 282 A2中，其中，所述装置包含压力容器，在该压力容器中装载有优选吸附氮并且彼此有一定间隔的第一吸附剂床，优选吸附氩的第二吸附剂床。

N.D.Hutson等人在题为“作为空气分离用超吸附剂的混合阳离子沸石：Li_xAg_y-X”的文章(the AlChE Journal，1999年4月，第45卷，第2册，第724-734页)中披露了将银交换的Li-Na-X用于空气分离。利用Si/Al比为1.0的Li_94.2Na_0.7Ag_1.1-X沸石的单床，进行标准五步PSA法的模拟。该模拟方法使用22％氧和78％氮的原料气。在氧回收率为62.74％时，氧产品的纯度为96.42％。R.T Yang等人在PCT国际出版物WO00/40332中披露了类似的模拟结果。

N.D.Hutson等人在题为“对于混合Li，Ag-X-沸石中大气气体吸附的结构影响”(the AlChE Journal，2000年11月，第46卷，第11册，第2305-2317页)中描述了分离空气用的Li-Ag-X沸石的性能。

US4,880,443披露了从空气中回收氧的串联双-床吸附体系，其中氮选择性地吸附在包含沸石的第一床中，而氩选择性地吸附在包含碳分子筛的第二床中。

在气体工业中，通过压力摆动吸附由空气生产包含大于95％体积氧的高纯度氧同时相应地具有较高的氧回收率是一个重要的目的。对于某些市场而言，生产出97％体积和更高体积含量的高纯度氧是特别希望的。下面描述的并由随后的权利要求限定的本发明，采用多区压力摆动吸附法满足了这种需要，所述方法从空气中以大于97％的纯度回收氧，同时通过多区体系的选择性操作取得了较高的吸附剂利用率。

                       发明内容

本发明涉及组合的在前流程段(combined forward flow stage)，它是由原料气中回收氧的循环压力摆动吸附法中的一部分，所述原料气包含氧，氮和氩。所述组合的在前流程段包括：(a)将原料气输入第一吸附区，该吸附区包含与氧和氩相比选择性地吸附氮的吸附剂，并从中取出除氮的中间气体；(b)将除氮的中间气体输入包含吸附剂的第二吸附区，所述吸附剂与氩相比选择性地吸附氮，并且与氧相比选择性地吸附氩；(c)从第二吸附区取出富氧产品气体；和(d)终止原料气输入第一吸附区，并以与(c)相同的流动方向从第二吸附区中取出富氧减压气体。由第一吸附区发生氮穿透并且在氮穿透之后，氮被吸附在第二吸附区中。

从第一吸附区的氮可以穿透在(a)期间发生，并且氮在穿透之后可吸附在第二吸附区中。另外，从第一吸附区的氮可以穿透在(d)期间发生，并且氮能够在穿透之后吸附在第二吸附区中。