[发明专利]双产物变压吸附和膜操作的方法和系统

说明书

本发明涉及用变压吸附和膜气体分离的方法和系统分离气体。更具体地说，本发明涉及由此回收高纯产物和高纯第二产物气。

变压吸附(PSA)法及系统在很多工业应用中用来制造高纯气流。在这种方法中，通常是将含有较易被吸附的组分和不易被吸附的组分的进料气体混合物通入吸附剂床中，吸附剂床能在较高的吸附压力下吸附较易被吸附的组分。然后将吸附剂床减压到较低的解吸压力，以便从吸附剂材料中将较易吸附的组分解吸，并且从床中将其除掉，接着向床中补充加入进料气体混合物，继续床中的吸附一解吸循环操作。这种PSA方法通常在多床系统中进行，每个床都在循环的基础上按所要求的PSA操作程序操作，并且与系统中各床中进行的操作程序相互关连。

PSA系统通常在工业应用中用来从给定的进料气源中制得单种产物气流。就空气分离而言，PSA系统实现了所要求的氧和氮的分离，因为所用的吸附剂对于氧或是氮有更大的选择性。任何特定的吸附剂材料的吸附能力都在较高的压力下增加，在较低的压力下减小。在用来制造高纯氧产物的PSA方法和系统中，所用的吸附剂可以对所希望的氧产物或氮产物有更大的选择性。在所用的吸附剂是对氮有选择性的材料(例如沸石型分子筛)的系统中，产物氧在较高吸附压力的吸附阶段作为从床中除掉的不易吸附的组分而制得。当氧是用对氧有选择性的材料(例如碳分子筛)的系统中所要的产物时，产物氧在吸附剂床减压到较低的解吸压力时作为较易吸附的组分制得。在氮是所要产物的PSA方法和系统中，取决于PSA系统使用的是对氧还是对氮有选择性的吸附剂，有着类似的结果。

本领域的技术人员会理解，PSA系统固有地不能将任何给定的进料气流组分与进料气流的其它组分完全分开。一般来说，PSA分离产生的产物气流含有高百分含量的某一组分和少量的其余组分。从PSA系统中除掉的其它气流，即废气流，将含有输入的所有进料气流组分。吸附系统不能将输入的进料气流中的任何组分与其它组分完全分离这一事实，常常是为什么在PSA操作中存在所谓废气流的原因。相当常见的是，这种非产物废气流不含有百分含量高得足以有实际工业应用的任何给定组分。因此，此气流对于气体分离操作的最终用户没有重要价值。

在具有工业重要性的PSA空气分离技术中，仍然希望以分离的高纯气流的形式将废气流中最重要的组分回收，不管是氧或氮。这样的回收将会提高在日益增长的具有重要工业应用的领域中使用PSA操作的技术与经济可行性。例如，在用于空气分离制氧的典型的吸附方法中，废气流的平均氧纯度一般约为10％，废气流的其余90％主要由氮组成。与空气的成分相比，废气流的氧纯度比空气的降低了50％以上。因此，由这种废气流制得所要纯度的氮，所需的分离装置比处理进料空气流所需要的必然会小而便宜，因为空气中存在的氧已除掉了一半以上。另外，为将此废气流供给分离装置所需的任何压缩设备要比处理空气时所需的设备小，而且消耗的功率较少。但是，从废气流中捕集有价值组分的任何方法必须能经济地获得这一理想结果，以便使附加操作的花费不超过由于捕集了某组分而实现的节约。

因此，本发明的目的之一是用PSA系统实现进料气体混合物的分离和从PSA废气流中回收进料气体混合物中有价值的组分。

本发明的另一目的是提供一种PSA空气分离方法和系统，它能制得氧或氮产物，具有增强的回收高纯气流的装置，气流中含有废气流中最重要的组分。

考虑到这些目的及其它目的，本发明将详加叙述，在所附的权利要求中具体指出本发明的新特点。

本发明适当地捕集一部分PSA气体分离废气流，其中含有高浓度的非主产物废气流的所要组分，以便在可透膜系统内进一步处理时制得富集的第二产物气流。

下面参照附图说明本发明，图中包括PSA制氧系统的工艺流程图，其中将从PSA系统中回收的富氮废气通入到可透膜系统中，以制得富氮副产物气流。

本发明的目的最好是通过接收一部分PSA废气流来完成，该部分气流含有高浓度的所要组分作为富集的产物气流，它可以方便地通入到可透膜系统中进一步纯化。这一方法是可行的，因为发现PSA废气流的即时纯度在该废流产生期间有变化。因此，捕集废气流中浓度最高的部分会得到高纯气流，其中富集着否则将和PSA废气流一起排放掉的组分。