[发明专利]快速循环变压吸附系统的性能稳定性

权利要求书

1.一种用于制备氧气的变压吸附方法，包括：

(a)提供至少一个吸附剂容器，具有进料端和产物端，其中该容器包括与进料端相邻的第一层吸附剂材料和设置在第一层和产物端之间的第二层吸附剂材料，其中该第一层中的吸附剂可选择性地从包含水、氧气和氮气的混合物中吸附水，第二层中的吸附剂可选择性地从包含氧气和氮气的混合物中吸附氮气，第一层吸附剂材料的表面积与体积比为约5～约11cm^-1；

(b)将加压的包含至少氧气、氮气和水的进料气体引入到吸附剂容器的进料端，将气体接连通过第一层和第二层，将至少一部分水吸附在第一层中的吸附剂材料中，将至少一部分氮气吸附在第二层中的吸附剂材料中，其中该加压的进料气体在第一层中的空塔接触时间在约0.08～约0.50秒之间；以及

(c)从吸附剂容器的产物端取出富含氧气的产物气体。

2.权利要求1的方法，其中该第一层中的吸附剂材料包括活性氧化铝。

3.权利要求2的方法，其中该活性氧化铝具有约0.3mm～约1.0mm之间的平均粒径。

4.权利要求1的方法，其中该第二层中的吸附剂材料可选择性地从包含氮气和氧气的混合物中吸附氮气。

5.权利要求1的方法，其中在从吸附剂容器的产物端取出的产物气体中氧气的浓度为至少85体积％。

6.权利要求1的方法，其中该第一层的深度为总床高度的约10％～约40％之间。

7.权利要求6的方法，其中第一层的深度为约0.7cm～约13cm之间。

8.权利要求6的方法，其中该吸附剂容器为圆筒形，第一层和第二层的总深度与吸附剂容器的内直径之比为约1.8～约6.0之间。

9.权利要求1的方法，其中该变压吸附方法以重复循环的方式操作，包括至少一个进料步骤，其中将加压的进料气体引入吸附剂容器的进料端，从吸附剂容器的产物端取出富含氧气的产物气体；减压步骤，其中从吸附剂容器的进料端取出气体，以在第一和第二层中再生该吸附剂材料；和再加压步骤，其中通过在吸附剂容器中引入一种或多种再加压气体，对吸附剂容器进行加压，其中进料步骤的时间为约0.75秒～约30秒之间。

10.权利要求9的方法，其中该循环的总时间为约6秒～约60秒之间。

11.权利要求1的方法，其中该富含氧气的产物气体的流速为约1～约11.0标准升/分钟之间。

12.权利要求1的方法，其中该富含氧气的产物气体的流速为约0.4～约3.5标准升/分钟之间。

13.权利要求11的方法，其中在第一层中的吸附剂材料重量与在93体积％氧气产物纯度的以标准升/分钟计的产物气体的流量之比大于约44g/slpm。

14.权利要求1的方法，其中在吸附剂床和其容器壁之间的平均传热系数等于或大于约0.25BTU ft^-2 hr^-1^-1。

15.权利要求1的方法，其中该变压吸附方法以重复循环的方式操作，包括至少一个进料步骤，其中将加压的进料气体引入吸附剂容器的进料端，从吸附剂容器的产物端取出富含氧气的产物气体；减压步骤，其中从吸附剂容器的进料端取出气体，以在第一和第二层中再生该吸附剂材料；和再加压步骤，其中通过在吸附剂容器中引入一种或多种再加压气体，对吸附剂容器进行加压，和其中在预处理层中的最大轴向床温差等于或小于约70。

16.权利要求15的方法，其中使冷却空气越过吸附塔的外表面。

17.权利要求1的方法，其中在产物气体中回收的氧气量大于在加压的进料气体中氧气量的约35％。

18.权利要求1的方法，其中第二层中的吸附剂材料包括选自X型沸石、A型沸石、Y型沸石、菱沸石、发光沸石和斜发沸石中的一种或多种吸附剂。

19.权利要求17的方法，其中该吸附剂材料是锂交换X型沸石，其中至少约85％的活性部位阳离子是锂。