[发明专利]具有主动控制的进料提升阀和被动控制的产物阀的装置和与其相关的用于摆动吸附方法的系统

说明书

本发明提供了用于进行摆动吸附方法的装置和系统。该摆动吸附方法可以涉及使物流通过吸附床单元，以处理所述进料物流以从所述物流除去某些污染物。在所述方法和系统中，主动控制的进料提升阀与被动控制的产物阀在相操作，以管理通过所述吸附床单元的物流的流动。

相关申请的交叉参考

本申请要求2015年10月27日提交的、标题为装置和与其相关的用于摆动吸附方法的系统的美国临时专利申请62/246,922的权益，所述在先申请的全部公开内容通过引用结合到本文中。

领域

本技术涉及与摆动吸附方法相关的系统。特别地，所述系统包括用于处理物流以从所述物流除去污染物的摆动吸附方法。

背景

气体分离在许多工业中是有用的，并且典型地可以通过使气体混合物流过优先吸附一种或多种气体组分而不吸附一种或多种其它气体组分的吸附剂材料来实现。所述未吸附的组分被作为分离产物回收。

一种具体类型的气体分离技术是摆动吸附，例如变温吸附(TSA)，变压吸附(PSA)，变分压吸附(PPSA)，快速周期变温吸附(RCTSA)，快速周期变压吸附(RCPSA)，快速周期变分压吸附(RCPPSA)，并且不限于此，还包括前面提到的方法的组合，例如变压和变温吸附。作为一个实例，PSA方法依赖于当气体组分处于压力下时所述气体组分更容易被吸附在吸附剂材料的孔结构或自由体积内的现象。特别地，气体压力越高，被吸附的容易吸附气体的量越大。当压力降低时，所述被吸附的组分被释放或者从所述吸附剂材料脱附。

所述摆动吸附方法(例如PSA和/或TSA)可以被用于分离气体混合物的气体组分，因为不同的气体组分往往不同程度地填充所述吸附剂材料的微孔。例如，如果气体混合物如天然气在压力下通过含有对二氧化碳比对甲烷更有选择性的吸附剂材料的吸附床单元或容器，那么至少一部分二氧化碳被所述吸附剂材料选择性地吸附，并且离开所述容器的物流富集了甲烷。当在所述吸附床上的吸附剂材料达到其吸附二氧化碳的容量的终点时，通过降低压力使所述吸附剂材料再生，由此释放被吸附的二氧化碳。然后，所述吸附剂材料典型地被吹扫和再次加压，然后开始另一个吸附周期。

所述摆动吸附方法典型地涉及吸附床单元，其包括吸附床，该吸附床被布置在一个壳体内并被构建以针对在所述单元内的周期的不同步骤保持流体处于各种压力。这些吸附床单元在所述床结构中利用不同的填充材料。例如，所述吸附床单元利用格子砖、卵石床或其它可获得的填料。作为改善措施，某些吸附床单元可以在所述床结构内利用工程填料。所述工程填料可以包括以特定构型提供的材料，例如蜂窝状物、陶瓷成型物、结构化的床等。

而且，各种吸附床单元可以用管和阀连接在一起，以在整个周期内管理流体的流动。统筹安排这些吸附床单元涉及使多个吸附床单元中的每一个的周期内各步骤与系统内的其它吸附床单元协调。一个完整的周期可以在数秒至数分钟内变化，随着它转移多个气体物流通过所述吸附床单元中的一个或多个。

相对于所述吸附床的可获得的界面横截面积来说，快速周期摆动吸附方法涉及显著的阀占用空间或布置面积。这种占用空间方面的约束被处理操作如为了随后的低温方法的脱水进一步复杂化，如果压力降应被最小化的话。如果没有最佳的安排，所要求的阀占用空间可以导致所述阀支配吸附床单元的大小，使得所述构型较不实际且昂贵。在使用阀占用空间(例如阀横截面积)方面，大的阀通常是不太有效的，因为对于某些类型的阀如提升阀来说流动发生在阀开孔的外围。这可以导致所述流动在整个吸附床的界面上差的分布。而且，就阀开孔轮廓来说大的提升阀是受限的，这限制了能够产生的流量剖面(flowprofiles)。