[发明专利]利用环境CO2

说明书

本发明涉及一种通过监测环境CO₂水平来控制预纯化器循环时间的方法，以防止由于环境CO₂水平的极端瞬时变化导致的CO₂的穿透发生。本发明的所述方法不是仅通过预纯化器设计床容量进行操作，而是使用所述进料温度、压力和污染物组合物连续地更新用于所述污染物的床容量，计算在所述进料步骤期间被进料至所述预纯化器的所述污染物总量，并且估计扰动前沿速度，即来自环境水平的极端瞬时变化的所述污染物前沿将在所述吸附剂床内传播的所述速度。对扰动前沿速度的估计允许在开始经历CO₂的穿透之前更精确地估计进料步骤剩余的最长时间。这消除了不必要地过早地切换所述在线床的需求，并且有可能使所述离线床的再生风险缩短。

技术领域

本发明涉及一种用于通过监测环境CO₂水平来控制预纯化器循环时间的方法，以防止由于环境CO₂水平的极端瞬时变化导致的意想不到的CO₂的穿透发生。

背景技术

在低温工艺中，必须从进料气体流中去除二氧化碳、水和其他高沸点材料，因为它们将在低温下液化或固化，从而导致下游工艺中的压降和流动困难。还期望从进料气体中去除危险的和/或爆炸性的污染物，以降低其在后续工艺中积聚的风险。这些污染物通常使用循环吸附气体纯化工艺去除。

循环吸附气体纯化工艺通常采用两种一般类型的吸附系统中的一种，即：变温吸附(TSA)系统和变压吸附(PSA)系统。这些吸附系统通常含有两个或更多个吸附器，其含有用于从进料气体中去除杂质的吸附剂。通常将吸附器描述为在也被称为吸附状态或再生状态的生产状态下操作。处于生产状态的吸附器也被称为在线。处于再生状态的吸附器也被称为离线。在 TSA和PSA系统的生产状态下，进料气体流与吸附器中的吸附剂床接触以产生纯化气体流。吸附器可含有一种或多种吸附剂。给定吸附剂选择性吸附进料气体流中存在的一种或多种杂质。在空气为进料气体的工艺中，水和二氧化碳通常通过使进料气体与吸附水和二氧化碳的一种或多种吸附剂接触来去除。水吸附剂材料通常是硅胶、氧化铝或分子筛，并且二氧化碳吸附剂材料通常是分子筛，例如沸石。通常首先去除水，之后通过使进料流/空气穿过一个或多个吸附剂层来去除二氧化碳，该一个或多个吸附剂层是针对其对水和二氧化碳的选择性而选择的。在生产状态结束时，关闭进入吸附器的进料气体流。在TSA和PSA系统的再生状态下，负载污染物的吸附剂床暴露于再生气体流中，该再生气体流促进杂质从吸附剂中解吸并从吸附器中去除解吸的杂质(例如二氧化碳和水)，从而使吸附剂材料再生以供进一步使用。再生状态下的再生气体通常沿着处于生产状态的进料气流的逆流方向流动。在TSA系统中，所采用的再生气体是加热的再生气体，以高于进料气体的温度提供。通常，加热的再生气体的温度在约200℉至约600℉的范围内。加热的再生气体加热吸附剂并通过解吸杂质来促进吸附剂的再生。吸附剂在较高温度下具有较低的吸附能力。加热的再生气体用作热吹扫气体，该热吹扫气体用于从吸附器中去除解吸的杂质。之后进行冷却步骤，该步骤涉及使接近环境温度的再生气体流动，以冷却吸附剂，通过吸附剂床将热向前排出，并使其准备用于吸附步骤。空气分离设备中的PSA系统采用空气分离设备内产生的废气流作为再生气体。废气通常处于接近进料空气温度的温度下，并且在高于大气压力的压力下提供给 PSA系统，该压力足以克服压降并使废气能够排放到大气中。由于在较低压力下吸附能力较低，PSA中的吸附的杂质被解吸。PSA再生气体充当通过解吸杂质和从吸附器去除解吸的杂质而促进吸附剂再生的吹扫气体。

在低温空气分离设备中，循环吸附气体纯化系统能够包含一个或多个吸附器，称为预纯化单元或预纯化器，并且通过吸附进料空气中的杂质而产生用于低温下蒸馏的纯化空气。通过使用至少两个并联布置的吸附器，循环吸附气体纯化系统能够以连续模式操作；例如一个吸附器能够在吸附状态下操作，而另一个吸附器正在进行再生，并且在适用于吸附状态和再生状态的时间相同下在操作循环中它们的角色周期性地发生反转。通常，这样的系统含有基本上为圆柱形的吸附器，并且其轴线可以相对于进料流为轴向(垂直或水平)或径向类型。