[发明专利]双重吸附方法

说明书

本发明涉及采用变压吸附法(Pressure swing adsorption process)的气体分离，具体讲涉及采用所说方法提高两种被纯化的产品馏分的回收率。

变压吸附(PSA)法和系统，对于达到理想的分离和提纯其中含有易选择吸附组分(more selectively adsorbable component)和不易选择吸附组分(less selectively adsorbable componet)的进料气流来说在本领域中是众所周知的。当进料气体于较高吸附压力下在能够选择性吸附所说易选择吸附组分的吸附床上经过时，该易选择吸附组分被吸附。当该床压力随后降至较低吸附压力水平时，该易选择吸附组分从吸附剂中解吸。

PSA处理过程通常在包含一个以上吸附床的系统中进行，其中每个床按循环方式经历某种处理过程，包括：(a)较高吸附压力下进料——易选择吸附组分的吸附——不易选择吸附组分的排出，(b)不易选择吸附组分在较低压力下解吸和除去，一般从该床的进料端除去，以及(c)将该床再加压到所说的较高吸附压力下。PSA工艺特别适于各种工业用途中的空气分离操作，尤其是对于采用深冷空气分离设备可能不经济的相当小规模的操作。PSA工艺也十分适于空气或其它气体的干燥。

在这样的干燥用途中，将湿气体通到优先吸附作为其易选择吸附组分的水的吸附剂床进料端。由于水在该床的进料端被吸附剂除去，所以该床被水负载而丧失其对于经过其中的额外量湿气体的吸附能力。后续的气体(被除去水的)遇到相当干燥的吸附剂区域并从该床的出料端作为干燥的进料产物排出。当这样的干燥操作继续进行时，易选择吸附组分的吸附前沿或者传质区沿反向从进料端通过该床而移向其排料端，直到该吸附前沿达到排料端边缘或者该床几乎全部被水负载时为止。在能进行进一步干燥过程之前，该床必须再生，即必须使易选择吸附的水解吸并从床中除去。为干燥目的使用PSA工艺时，被选择性吸附的水可从床中除去，其中使该床从其较高的吸附压力减压至较低的解吸压力，一般采用使气体从该床进料端放出的逆流减压法，并且使一种干燥冲洗气体通过床从排料端流到其进料端。易选择吸附的水之吸附前沿因而被驱回到该床的进料端。在适当设计的系统中，当压力从较高吸附压力下降时，气体中水杂质浓度增加，即在顺流减压步骤中压力降低时气体从该床的排料端放出。随后为解吸和除去易选择吸附的水所需的吹扫气体量少于吸附期间被干燥的气体量。通常使用一部分干燥空气产品作为吹扫气体，而其余的干燥空气作为最终的产品气流从该系统中放出。

这样的传统PSA工艺适于这种干燥空气的用途，因为湿原料空气是自由得到的，而且空气的高回收率不是必须的。也就是说，吹扫之后废气流中空气的损失不是最为重要。然而，正如本领域中普通技术人员所知道的，对于必须加以回收且不得有显著损失的有价值气体的提纯来说，这种方法不可能是所希望的或者是令人满意的。

分离大量气体的典型PSA法是通过选择性吸附氮和少量杂质(如水和二氧化碳)而用空气生产氧的方法。这种分离使用的PSA法是一些传统方法，除了相当于水杂质的易选择吸附组分浓度很高之外，与上面对除去杂质所说的情况相似。这会导致缩短循环次数和需要在加压和减压步骤期间适当处理各种气体。用空气生产氧所使用的特定PSA工艺循环的代表性实例披露在Batta的第3,717,974号美国专利和Hisock等人的第4,589,888号美国专利之中。而且这种方法是令人满意的，至少部分是因为进料气体(即空气)是易于得到的，而且产品气体(即氧)的高回收率对于空气分离过程的经济可行性来说不是必须的。

在上面提及的应用中，即在空气干燥和空气分离以回收氧气产品的应用中，将易选择吸附或被较多吸附的组分与构成不易选择吸附组分的产品气体分离，即水与干燥产品空气分离或者氮气与氧气产品气体分离。这是典型的常规PSA工艺。这种工艺一般不能用于提纯易选择吸附的或者所谓重的组分。因此，所说的常规PSA工艺循环对于用空气生产氧气是令人满意的，但是对于用空气生产氮气却不能令人满意。虽然从床的进料端放出的气体富含氮气(与空气相比)，但是它对于大多数实际应用来说过于不纯。