[发明专利]用于热增强变压吸附系统的加热器装置

说明书

本发明涉及一种温度增强变压吸附(TEPSA)工艺，其用于从气体混合物中移除至少两种成分，包括非强吸附的成分和较强吸附的成分，所述工艺包括使用一个单个加热器和至少两个吸附剂容器，在每个吸附剂容器中执行包括吸附阶段和后续再生阶段的反复循环。

技术领域

本发明涉及一种用于在低温蒸馏之前进行空气预净化的热增强变压吸附(TEPSA)工艺，其应用了单个加热器和至少两个吸附剂容器。本发明还涉及一种用于这种TEPSA工艺的装置。

背景技术

定期地需要通过在固体吸附剂上吸附而从气流中移除气体成分。具体地说，预净化步骤通常用于执行低温空气分离工艺时。因此，吸附剂的周期性再生是必须的，因为这种被移除的气体成分可具有内在价值，或者它们可能污染气体混合物中的气体成分。

在这种工艺中，传统进给的气体与包含在吸附剂容器中的固体吸附剂相接触，以便吸附有待移除的成分，并且这些成分逐渐地累积在吸附剂中。吸附剂中被移除的成分的浓度逐渐升高，并且如果该工艺继续足够的时期，吸附剂成分将突破吸附剂床的下游末端。在这发生之前，需要使吸附剂再生。

为了执行预净化步骤，应用了不同的工艺，例如变热吸附(TSA)、变压吸附(PSA)和热增强变压吸附(TEPSA)。

在PSA工艺中，通过使有待处理的气体停止流入吸附剂，使吸附剂减压，并且通常通过使在其吸附于床上的成分方面含量较低的再生气体以产物进给方向反向穿过床而完成解吸。

TSA工艺通常用于预净化低温空气分离单元(ASU)上游的空气。TSA工艺特征在于通常显著高于100ºC的吸附工艺的高温再生以及长的热再生时期。因为与TSA工艺相关联的热通量是强烈且超长的，热脉冲品质上的退化对于TSA解吸工艺具有极小的影响。由加热器提供给TSA工艺的热量主要用于解吸强吸附的成分，即水，其具有高的吸附热。

TSA工艺的一种变体是例如美国专利No.5,614,000中所述的TEPSA工艺。TEPSA是一种低温再生工艺，其温度通常低于100ºC，并且只有简短的加热。与TSA工艺相反，由加热器提供的热量用于移除“最不强”吸附的污染物，即CO₂。与TEPSA工艺相关联的热通量可能如所述是微弱的，所以在其朝着吸附剂的行程上即使微小的热损失都可能极大地降低由热脉冲携带的热的品质。

这与传统TSA工艺相反，传统TSA由高温控制，用于显著高于100ºC的再生以及显著大于10分钟的热再生时期。由于更极端的TSA工艺条件，在合理距离(例如离吸附剂容器20m或更远)内的加热器的位置对于再生工艺只有很小的影响，参见美国专利No.9,108,145。

在美国专利No.5,614,000以及美国专利No.8,734,571中描述了一种用于TEPSA的装置配置，其只包括用于提供热再生气体的单个外部加热器。这种配置只包括一个不定位在吸附剂容器附近的外部加热器，这种配置具有容易发生热损失的缺点，从而极大地降低了发送给吸附剂床的热脉冲品质(其理想地具有矩形形状)。

这是为什么在TEPSA工艺的实践中迄今为止没有应用这种配置，而是使用例如美国专利No.7,066,986中所述配置的原因。在这个文献中公开了一种用于TEPSA工艺的双床加热器装置，其中每个吸附剂容器具有单独的加热器。加热器以某一方式进行设置，使得每个吸附剂容器装备单独的加热器元件，其定位在吸附剂容器的入口喷嘴中。通过这种TEPSA装置可最大限度地减小上述缺点，例如热损失、变化的热脉冲品质等等。此外，最大限度地减小了在加热器和吸附剂床之间的距离，从而保持了在与吸附剂床接触之前的热脉冲品质。