[发明专利]用于与其相关的变吸附工艺的装置和系统

说明书

提供了用于执行变吸附工艺的装置和系统。该变吸附工艺可以包括使流通过吸附床单元以从流移除污染物例如水。作为该工艺的一部分，吸附床单元可以提供到吸附床单元内的吸附性材料的通路，而不必移除阀、导管和歧管中的一个或多个。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年3月18日提交的、发明名称为“用于与其相关的变吸附工艺的装置和系统(APPARATUS AND SYSTEM FOR SWING ADSORPTION PROCESSES REALTEDTEHRETO)”的美国临时专利申请62/310,289的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本技术涉及与改进变吸附工艺相关联的系统和方法。特别地，该系统涉及利用吸附床单元从进料流移除污染物的变吸附工艺。

背景技术

气体分离在许多工业中是有用的，并且通常可以通过使气体混合物在吸附性材料上流动而实现，所述吸附性材料优先吸附进料流中的一种或多种气体组分，而不吸附一种或多种其他的气体组分。未被吸附的组分作为独立产品被回收。通过吸附而分离气体组分是以各种不同的方法执行的常规技术。例如，吸附分离可以基于各种气体组分的平衡亲和能的差异(例如，平衡分离)或者基于气体组分的吸附动力学的差异(例如，动力学分离)。

一种特定类型的气体分离技术是变吸附例如变温吸附(TSA)、变压吸附(PSA)、变分压吸附(PPSA)、快速循环变压吸附(RCPSA)、快速循环变分压吸附(RCPPSA)，而且不限于前述工艺的组合，例如变压和变温吸附。作为示例，PSA工艺依赖于当气体组分处于压力下时某些气体组分更容易吸附在吸附性材料的孔隙结构内或自由容积内的现象。也就是说，气体压力越高，则吸附的易被吸附气体的量越大。当压力减小时，所吸附的气体组分从吸附性材料释放或解除吸附。

变吸附工艺(例如，PSA和TSA)可以用于分离气体混合物的气体组分，原因在于不同的气体组分倾向于以不同的程度填充吸附性材料的微孔隙。例如，如果诸如天然气这样的气体混合物在压力下经过吸附床单元(其可以被称为吸附床单元或容器)，该吸附床单元包含对二氧化碳比对甲烷更具选择性的吸附性材料，则二氧化碳的至少一部分会由吸附性材料选择性地吸附，并且离开吸附床单元的气体富含甲烷。当吸附性材料达到其吸附二氧化碳的容量的终点时，通过减小压力、由此释放所吸附的二氧化碳而使其再生。然后通常对吸附性材料进行吹扫和再加压。然后，将吸附性材料准备好进行另一次吸附循环。

变吸附工艺通常涉及吸附床单元，其包括布置在吸附床单元的壳体内的吸附性材料。这些吸附床单元在吸附床结构中使用不同的填充材料。例如，吸附床单元使用格子砖、卵石床或其他可用的填料。作为改进，一些吸附床单元可以在吸附床结构内使用工程填料。工程填料可以包括以特定配置例如蜂窝、陶瓷形式等提供的材料。工程填料可以由吸附性材料形成，或者可以是结构或支撑件上的涂层。

此外，各种吸附床单元可以与导管、歧管和阀联接在一起以管理流体的流动。安排这些吸附床单元涉及将每个吸附床单元的循环与系统中的其它吸附床单元的循环进行协调。完整的循环可以在数秒到数分钟之间变化，原因是该循环将多股气流传送通过一个或多个吸附床单元。

然而，由于若干要求严格的技术因素，变吸附工艺(例如快速循环吸附工艺)存在一些挑战。这些因素可以包括保持通过吸附床的低压降、到达吸附床和在吸附床内的良好流动分配以及在吸附床中浓度前沿的最小分散(例如，轴向散布)。此外，另一个因素可以包括快速循环时间，其涉及快速作用和低死区容积阀。最后，另一个因素可以是吸附床单元应当配置成在一定的压力下容纳吸附床，以支持快速作用阀并且使吸附床单元内的死区容积最小化。