[发明专利]每相时间具有一个活动步骤的PSA方法

说明书

本发明涉及一种通过吸附处理气体的方法，在该类型中使用变压吸附处理单元(通常称为PSA单元)，更特别地使用至少5个吸附器的PSA单元。

一般而言，气相吸附方法可通过利用一种或多种吸附剂对包含一种或多种分子的气体混合物的各种构成分子的亲合性差异而从包含一种或多种分子的气体混合物中分离它们。吸附剂对分子的亲合性一方面取决于吸附剂的结构和组成，另一方面取决于所述分子的性质，尤其是其尺寸、其电子结构及其多极矩。吸附剂可例如为沸石、活性炭、任选掺杂的活性氧化铝、硅胶、碳基分子筛、金属有机结构、碱金属或碱土金属氧化物或氢氧化物，或多孔结构，其优选包含能与所述分子可逆地反应的物质，诸如胺、物理溶剂、金属配位剂、金属氧化物或氢氧化物的物质。

最常规的吸附剂材料呈颗粒形式(珠、棒、粉碎材料等)，还以结构化的形式存在，例如整料、轮、平行通道接触器、织物、纤维等。

可分成三种主要的吸附方法：丢弃-装载方法(lost-charge process)，变温吸附方法(称作TSA)，最后是PSA(变压吸附)方法。

在丢弃-装载方法(在这种情况下通常称为保护床)中，当所用的床饱和有杂质时，或者更通常地，当其可能不再充分发挥其保护作用时，新装载就位。

在TSA方法中，在使用结束时将吸附剂原位再生，即排出所阻止的杂质，从而使得所述吸附剂回复其大部分吸附能力且可重新开始纯化循环，其中必要的再生效果由于温度升高所导致。

最后，在PSA方法中，在生产阶段结束时通过解吸杂质而使吸附剂再生，这通过降低其分压而实现。该压力降低可通过降低总压力和/或通过用不含杂质或含有很少杂质的气体吹扫而实现。

本发明的焦点在于后一种PSA方法。

使用变压吸附方法来除去痕量杂质(例如在进料气体中具有小于1％的含量)和分离包含数十百分比的各种气体的混合物。在第一种情况下，通常存在纯化问题(例如气体干燥)，而在第二种情况下存在分离问题(例如由大气空气生产氧气或氮气)。在最复杂的情况下，在一个且同一个单元中当然可能存在纯化和分离。

在本发明的上下文中，术语“PSA”是指使用吸附剂所经历的压力在高压(称为吸附压力)和低压(称为再生压力)之间的循环变化的任何气体纯化和分离方法。因此，在不加区分下使用该上位名称PSA来指代下述循环方法(根据所用的压力水平或吸附剂回复其初始点所需的时间(循环时间)，通常也给出更具体的名称)：

-VSA方法，其中基本上在大气压下，优选在0.95-1.25巴(绝对)下实施吸附，且解吸压力低于大气压，通常为50-400毫巴(绝对)；

-MPSA或VPSA方法，其中在高于大气压的高压下，通常在1.5-6巴(绝对)下实施吸附，且在低于大气压的压力下，通常在200-600毫巴(绝对)下解吸；

-PSA方法本身，其中高压显著高于大气压，通常为3-50巴(绝对)，且低压显著高于或等于大气压，通常为1-9巴(绝对)；

-RPSA(快速PSA)方法，其压力循环时间通常小于1分钟；

-URPSA(超快PSA)方法，其压力循环时间为至多数秒钟的数量级。

应指出的是，这些不同名称并非标准化的，且各极限可变。需要重申的是，除非另有说明，本文所用的术语“PSA”涵盖所有这些变型。

还可指出的是，PSA方法中所利用的气体级分可对应于在高压下产生的级分，还有在低压下提取的级分，条件是所希望的成分是所述混合物的最易吸附的成分。

因此，吸附器开始吸附期，直至其负载有在高压下阻止的成分，然后通过在回复前减压并提取所吸附的化合物而再生，从而重新开始新的吸附期。然后，对所述吸附器实施“压力循环”，PSA方法的基本原理在于将这些循环彼此前后连接在一起；因此其是一种循环方法。吸附器回复其初始状态所需的时间称为循环时间。原则上，各吸附器遵循在时间上具有偏移量的相同循环，这称为相时间或者更简单地称为相。

因此存在如下关系式：相时间＝循环时间/吸附器的数量，可看到相数量等于吸附器的数量。

因此，该循环通常包括如下期间：

-生产或吸附，其中经由吸附器的一端引入进料气体，最易吸附的化合物优先被吸附，并经由第二端提取富含最不易吸附化合物的气体(产物气体)。吸附可在升高的压力、基本上恒定的压力或者甚至在稍微降低的压力下进行。

-减压，其中经由其至少一端从不再供入进料气体的吸附器中排出吸附剂中所含的一部分化合物和自由体积。以吸附期间的流体循环方向作为参比，减压可定义为顺向、逆向或者同时顺向和逆向。