[其他]一种利用变压吸附改进的气体分离方法

说明书

本发明是关于一种将气体混合物进行分离的方法，此方法是将气体混合物通过吸附床，在吸附床里，吸附剂优选吸附气体混合物的第一个组分，然后才吸附气体混合物的第二个组分。更具体地说本发明是关于利用变压吸附（PSA）将气体混合物进行分离的方法，此法利用了一种比原料气易吸附组分浓度较高的气体将难吸附的组分从吸附床的进料端置换出来，随后至少在吸附床的两个不同位置排出气体，使吸附床同时减压。

早先人们应用PSA法的目的就是从基本上不可吸附的气体中除去少量易吸附的组分。PSA法这种应用的实例是从空气中除水，又称无热干燥，或从氢气中除去少量杂质。后来这一技术推广到气体混合物的主体分离方面，例如从含有30-90%（摩尔）的氢气和其他象一氧化碳和二氧化碳易吸附组分的气流中回收氢气，或者利用氮气在分子筛上的选择性吸附从空气中回收氧气。

美国专利3，430，418（Wagner）介绍了PSA法在多级吸附床系统中进行的情况，该系统至少具有四级吸附床。正如一般所知道的以及此专利所叙述的那样，PSA法通常是以循环的处理程序进行的，每个吸附床都包括有如下处理程序：（1）较高压力的吸附，从吸附床的产品端伴有产品气流释放出;（2）并流减压到中间压力，并从吸附床产品端释放出空隙空间气体;（3）逆流减压到较低的解吸压力;（4）清洗;和（5）再加压。在并流减压阶段释放出的空隙空间气体通常用于均衡压力，以及在较低的解吸压力下给每一个吸附床提供清洗气体。

大家都知道应用3级吸附床进行气体混合物分离的类似系统。比方说，请看美国专利3，738，087号（McCombs）。为完成一次循环，当使用给定的原料气流速时，吸附床进行1到5的步骤越快，则吸附床可以越小。如果两步同时进行，则吸附床的数目可以减少。或者循环的速度可以增加;因此可以降低造价。

美国专利4，589，888号（Hiscock等）公开了使特定的同时处理步骤进行有益的合并可以减少循环时间。由较高的吸附压力并流减压释放出的气体可同时用作压力均衡气和清洗气。并流减压也是在中间压力下进行，而逆流减压是同时在减压吸附床的相反的一端进行。

美国专利4，512，780号（Fuderer）公开了带有中间产品回收的变压吸附法。在多级吸附床系统的各吸附床之间使用置换步骤和压力均衡步骤，可从变压吸附法中回收三种产品。这个方法对于回收两种产品是有效的而且成本低。

PSA法首先用于只回收一种具有高纯度的重要组分的气体分离。例如，美国专利3，430，418号（Wagner）的方法或者美国专利4，589，888号（Hiscock等）的方法，能够从含有80摩尔氢和20摩尔一氧化碳的100摩尔的原料气中，分离出60摩尔纯度为99.999%的氢气，但是不能回收纯的一氧化碳;而20摩尔的一氧化碳和20摩尔的氢气仍各以50%的纯度混在一起。这两个方法没有一个能实现完全的分离。只能以高纯度回收一种难吸附的轻组分。

为了回收一种高纯度的易被吸附的“重”组分，需要另外的步骤，即，在减压前为把轻组分从吸附床中置换出去，则要用一种重组分清洗吸附床。前面的几篇专利已经描述过这种清洗步骤。这些方法所遇到的问题如下：（a）如果清洗完全，轻组分完全从吸附床中被置换出去，则可以获得纯的重组分，但是重组分的吸附带的前沿穿透轻组分，因此不能以高纯度回收到轻组分;（b）如果轻组分的置换不完全，可以得到如图2所示的重组分在吸附床的典型浓度分布图，如果这样的吸附床逆流减压，以在进料端回收主要的重组分，则吸附床中仍然存在的轻组分很迅速地到达进料端，因而，重组分的纯度下降。因此，在一个单级的PSA装置中用先有技术的方法同时获取两个高纯度的主要的组分，是行不通的。

例如利用两个独立的包括几个固定床的变压吸附处理装置，就可以获得象这样的完全分离。例如第一个装置可从含氢和一氧化碳的原料气中回收纯氢和含一氧化碳浓度为70%的富一氧化碳气体。此气体混合物经压缩，通过第二个可回收纯一氧化碳和富氢气体的变压吸附装置。富氢气体可以作为原料气加到第一个变压吸附装置中，然后被再循环。两个独立的PSA装置的结合可以产生极好的分离效果，具有很高的适应性。例如这种系统可以从含有双组分的气体混合物中回收99.8%以上的可吸附“轻”组分，如纯度达99.999%的氢，也基本上可以回收100%的较容易吸附组分，例如可回收纯度高于99.5%的一氧化碳。