[发明专利]制备富氧产物流的方法

说明书

本发明涉及由含氧、氮成分的混合气如空气，借助变压吸附（PSA）而获得富氧气的方法。

变压吸附系统及方法已被广泛使用于从混合气（包括空气）制备富氧流，且许多此种系统和方法已被采用。

在如此系统中利用相当短循环周期是有优点的，这是因为在更短的时间内能很好地利用分子筛材料吸附某一成分。短的循环周期一般使用更细的分子筛材料颗粒尺寸以减少扩散阻力。典型的短循环周期实例请见美国专利4194891及4194892。采用上述专利方法可增加氧气产量，但回收率相当低，仅为10-20%。

传统的真空PSA方法可得较高的氧气回收率（50-60%），但产率稍低。传统的三床PSA方法产率不很高;举一例子，床尺寸系数为2000-2600kg沸石/吨氧气/天。

最好，人们显然都希望借助更快的循环周期和更细的分子筛颗粒而获得高的产率及用传统的更经济简单的三床系统方法得到高的回收率。

本发明的PSA方法通过解决了已有技术的缺点而获得富氧产物，它具有高的氧气回收率及高的产率，且降低成本并保持简单操作。

本发明系统采用短循环周期而很好利用分子筛材料，仅需两个床，因而大大简化了已有技术中的高回收率的三床法。

正如后面所叙述，本发明的另一特征是利用连续或近于连续运行的真空泵和两个吸附塔系统以节省能耗。这一特征可通过进行部分或整体平衡过程来完成，在这过程中，来自第一塔的出口端的富氧流供给第二塔的出口端，同时从第一塔的入口端解吸出富氮气体。用这种方式，真空泵在至少部分平衡期间及剩余步骤期间一直运行着。因为真空泵在整个循环期间连续或几近连续运行，所以它的利用率和它的功率消耗达最佳。

因此，具有高回收率和产率的二床PSA法借助较细沸石分子筛料颗粒、如20-35筛目，甚至较大颗粒如8-12筛目在少于40秒、最好在15-25秒内的短循环时间内得以完成。使用真空解吸时，压力摆动范围小于300乇，最好200乇，而最大生产压力小于5psig、最好小于3psig。

在本发明的第一实施例中，该方法对每个完整的循环总共分6个步骤进行。在步骤第一至第三中，第一塔由真空泵连续抽真空，且在步骤4到步骤6中，用真空泵对第二塔进行抽真空。于是在该实施例中，真空泵在整个循环周期中一直在使用。在步骤1和4中，即压力平衡步骤中，气体经抽空从一个塔进入另一个塔;在步骤2和5中，不抽空的塔从产物贮器接收回充的气体;而在步骤3和6中，不抽空的塔接收馈入气体并产生产物，同时产物气体用来吹洗真空塔。

在本发明的第二个实施例中，该方法对每个完整的循环总共分8个步骤进行。在步骤1到4中，第一个塔由真空泵连续地抽真空，而在步骤5到8中，第二个塔由真空泵连续地抽真空。因此，在该实施例中，真空泵在整个循环周期中也一直在利用。在步骤1和5中，即压力平衡步骤中，气体经抽空从一个塔进入另一个塔;在步骤2和6中，不抽真空的塔从产物贮器接收回充气体;在步骤3和7中，不抽空的塔接收馈入气体并产生产物;而在步骤4和8中，不抽空的塔继续接收馈入气体并产生产物，同时产物气体用来吹洗真空塔。换言之，该实施例的循环周期，除了它包含不抽真空的塔产生产物而另一真空塔抽空而没有吹洗的步骤外，与第一实施例的循环是相同的。该实施例的循环比第一实施例的循环更有效。

在本发明的第三实施例中，该方法对每个完整的循环周期进行总共10个步骤。在步骤2到5中第一个塔由真空泵连续进行抽真空，而在步骤7至10中，第二个塔由真空泵连续进行抽真空。于是，在该实施例中，真空泵在操作循环周期的10个步骤中的8个步骤期间得到利用。在压力平衡步骤的步骤1和6中，气体从刚完成产物的塔进入另一塔;在步骤2和7，也是压力平衡步骤，其中气体从抽空的塔进入另一塔;在步骤3和8中，不抽空的塔从产物贮器接收回充气体;在步骤4和9中，不抽空的塔接收馈入气体并产生产物;在步骤5和10中，不抽空的塔继续接受馈入气体，同时产物气体用来吹洗真空塔。于是，该实施例的循环周期，除了它包含一个不抽真空的平衡步骤外，与第二实施例的循环周期是相同的。该实施例的优点在于在平衡过程中提供气体的床扰动更小，因为当床与床之间的压差达最大时，该床在平衡过程的早期并不承受两端的减压。

图1为本发明的示意流程图;

图2A-图2E表示本发明第一实施例的一个塔循环周期;

图3A-图3H表示本发明第二实施例的一个塔循环周期;

图4A-图4J表示本发明第三实施例的一个塔循环周期;

本发明的第一实施例的循环周期将参照图1所示流程图和图2的塔循环周期进行详细描述。