[实用新型]降低空气流中的水、二氧化碳和一氧化二氮的水平的设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及在低温空气分离之前，从空气流中移除水、二氧化碳和一氧化二氮，并且可选地还移除烃。

背景技术

对空气进行低温分离需要预纯化步骤，以移除高沸点和有害的材料两者。主要的高沸点空气成分包括水和二氧化碳。如果不从环境进料空气中移除这些杂质，则水和二氧化碳可在分离工艺的冷区段中冻结，诸如热交换器和液氧(LOX)贮槽。这可引起压降、流量变化和运行问题。还必须回收各种有害材料，包括乙炔和其它烃。如果不移除，则高沸点的烃可集中在柱的LOX区段中，从而引起潜在的爆炸危险。

知道还应当移除氮。少量空气成分是一氧化二氮N₂O，它在环境空气中存在，大约为0.3 ppm(百万分率)。它具有与二氧化碳相似的物理属性，并且因此会引起潜在的运行问题，因为会在低温蒸馏设备的柱和热交换器中形成固体。另外，已知一氧化二氮会促进有机材料燃烧，并且对震动敏感。因而，一氧化二氮也会引起安全危险。诸如乙烯、乙炔、丁烷、丙烯和丙烷的烃是想要在低温空气分离之前移除的另外的杂质。

通常用吸附性清洁工艺来对空气进行预纯化。这些可通过下者来运行：US 4541851和5137548或U.Gemmingen的文献(“Designs of Adsorptive Driers in Air Separation Plants (空气分离装置中的吸附性干燥器的设计)”Reports on Technology(技术报告)54/1994，Linde)中描述的热摆动吸附(TSA)、US 4711645、US 5232474或C.W.Skarstrom的文献(“Heatless Fractionation of Gases over Solid Adsorbents(在固体吸附剂上的气体的无热分馏)”第II卷，95，N.W.Li(Ed)，1972年俄亥俄的克利夫兰的CRC出版社)中描述的压力摆动吸附(PSA)，或者那些工艺的变型，诸如US 5614000中描述的热加强式PSA(TEPSA) 或US 5855650中描述的TPSA。

一般而言，在使吸附剂周期性地再生的情况下通过在固体吸附剂上从空气中吸附污染性气体成分，来预纯化空气。在这样的方法中，供给空气，使其接触至少两层固体吸附剂，以吸附待移除的成分，该成分的浓度在吸附剂中逐渐增加。吸附剂中的各个移除的气体成分的浓度将是不均匀的，但将在吸附剂床的上游端处最高，而且将通过吸附剂中的质量传递区逐渐减小。如果工艺无限地进行，则质量传递区将在吸附剂床中逐渐向下游移动，直到待移除的成分从床的下游端穿透(break through)。在此之前，必须使吸附剂再生。

在压力摆动吸附(PSA)系统中，通过下者来完成这一点：使待处理的气体停止流入吸附剂中，对吸附剂减压，以及将其吸附在床上的成分含量低的再生气体流以与产品进料方向逆流的方式传送通过床。正被移除的成分在床联机时被吸附，吸附工艺将产生吸附热，从而使热脉冲向下游前进通过吸附剂。在再生工艺期间，必须供应热来对已经吸附在床上的气体成分进行解吸。在PSA中，一个目标是在热脉冲到达床的下游端之前开始再生；热脉冲的行进方向由于的再生气体的逆流而反向，并且使用由于吸附所述气体成分而产生的热来在再生期间对那个成分进行解吸。因而避免需要在再生步骤期间供应热。但是，用来避免热脉冲离开吸附剂床的短循环时间(典型地10-15分钟的进料时间)需要频繁地对床减压，在此期间，进料气体被排出且损失(“切换损失”)。另外，通常使用两个吸附剂床，在一个再生时另一个联机。必须在另一个床联机的短时间内对一个床进行减压和再生，并且迅速再加压可在进料和产品流中引起瞬时变化，这可不利地影响装置运行。

已知的备选程序是温度摆动吸附(TSA)。在TSA中，循环时间延长(典型地2-12小时的进料时间)，并且允许上面提到的热脉冲在进料或联机周期期间前进离开吸附剂床的下游端。为了实现再生，因此必须供应热来对吸附的气体构件进行解吸。为此，对使用的再生气体加热达一定时段，以产生以与正常进料方向逆流的方式移动通过床的热脉冲。这个经加热再生气体流的后面通常是冷却再生气体流，冷却再生气体流继续使热脉冲朝上游移动通过床。TSA的特征在于循环时间与PSA相比延长了。TSA是能量密集型的，因为必须供应被加热到诸如150-200℃的高温的再生气体，以便确保从床中解吸出被较强地吸附的成分。通常还预冷却待处理的空气，以便最大程度地降低必须吸附在床上的水量，从而进一步提高装置和能量成本。