[发明专利]使用平行六面体吸附器分离空气中所含气体的设备和方法

说明书

一种用于从空气中分离气体的设备在空气流的循环方向上包括：‑压缩装置(C)，其用于将该空气流压缩至1.15巴绝对值与2巴绝对值之间的压力P1，‑TSA吸附单元(A)，以及‑低温蒸馏单元(D)，‑其中该吸附单元包括至少两个吸附器A1和A2，每个吸附器具有水平布置的平行六面体外壳并且包括：‑空气流入口和出口，‑两个固定床吸附剂块，每个固定床吸附剂块也是平行六面体的，其中面与该外壳的面平行，以及‑一组体积，其允许该空气流水平地平行穿过这两个吸附剂块、经过这些吸附剂块中的每一个的整个截面并且贯穿其厚度。

本发明涉及一种用于分离空气中所含气体的设备以及使用所述设备分离空气中所含气体的方法。更具体地说，本发明涉及在通过低温蒸馏来分离大气空气之前净化所述空气。

已知大气空气含有必须在其被引入空气分离单元的冷箱的热交换器之前被去除的化合物，特别是水蒸气(H2O)、二氧化碳(CO2)、氮氧化物和碳氢化合物。

在不对空气进行此种处理以便去除其H2O和CO2杂质的情况下，当空气冷却至低温温度(典型地低于-150℃)时，这些杂质凝固，这可能导致装备特别是热交换器、蒸馏塔等被堵塞的问题。

此外，还通常至少部分地去除可能存在于空气中的碳氢化合物和氮氧化物杂质，以便防止其在一个或多个蒸馏塔的底部中浓度过高，并且因此减轻装备损坏的任何风险。

这种空气的预处理目前在适当时使用PSA(变压吸附)工艺或TSA(变温吸附)工艺进行。这些工艺的不同之处在于吸附剂的再生方式：如果所述再生是由于压力低于吸附压力而发生的，则为压力效应；或者当所述再生在高于吸附温度的温度下进行时，则为温度效应。应注意的是，TSA单元中也可能存在减压效应，并且在这种情况下可以使用各种名称。在本文件中，当使用温度效应进行再生时，使用术语“TSA”，无论是否存在与压力相关的附加效应。

常规地，TSA工艺空气净化循环包括以下步骤：

-在高于大气压的压力和环境温度下净化空气，如果在单元上游使用制冷装置，则温度任选地在5℃至10℃的量级，

-将吸附器减压至大气压，

-在大气压下使吸附剂再生，特别是使用来自空气分离单元并且通过交换器(通常是电加热器或蒸汽加热器)加热至一般在90℃与250℃之间的温度的不纯氮气，

-将吸附剂冷却至环境温度，特别是通过继续向其中引入来源于空气分离单元、但未被加热的所述废气，

-用大气空气或净化的空气、例如来源于在生产阶段的吸附器的空气对吸附器进行再加压。

通常，空气预处理设备包括交替运行的两个吸附器，即其中一个吸附器在生产阶段，而另一个在再生阶段。

除以上所描述的步骤外还可以添加附加步骤，如将这两个吸附器并联放置的步骤，改变持续时间的步骤，即从几秒钟至几分钟，或者在没有流体循环穿过吸附剂的情况下的等待步骤，例如在再生步骤结束时。

由于压力有利于捕获杂质，净化单元通常安装在压缩之后，即在大于 3巴绝对值(bar abs)的压力、经常在大于4.5巴绝对值的压力。此压力取决于为了空气分离所施加的低温循环。

最常用的循环是常规的双柱循环，其中空气被压缩至单一压力，该单一压力不计压头损失时对应于所谓的中压柱的操作压力，即非常普遍地在 4.5与6巴绝对值之间。