[发明专利]双产物压力回转吸附法及系统

说明书

本发明涉及用压力回转吸附法及系统分离气体。更具体地说，本发明涉及由其中回收高纯度的双产物。

压力回转吸附（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。就十分重要的空气分离而言，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。

因此，本发明的目的之一是提供一种双产物PSA空气分离方法和系统。

本发明的另一目的是提供一种PSA空气分离方法和系统，它能够在生产氧或氮产物的同时，生产出含有废气流中主要组分的高纯气流。

考虑到这些目的及其它目的，下面将详细说明本发明，本发明的新特点将在所附的权利要求中具体指出。

本发明适当地捕集PSA空气分离废气流中的某一部分，其中含有高浓度的非主产物废气流中的所要组分，从而制得富集的第二产物气流。本发明可用于PSA制氧系统和PSA制氮系统。

下面参照附图说明本发明，其中：

图1是一个PSA制氧系统的工艺流程图，它由PSA废气中回收富集的氮产物;和

图2是一个PSA制氮系统的工艺流程图，该系统由PSA废气中回收富集的氧产物。

本发明的目的是在PSA空气分离操作中通过回收废气流中含高浓度所要组分的那一部分作为富集的产物气流而实现的。这一方法是可行的，因为发现PSA废气流的即时纯度在废气流产生期间有变化。因此，捕集废气流中浓度最高的部分能得到一种高纯气流，其中富集着否则会与PSA废气流一起排放掉的组分。本发明可以用来在PSA制氧和PSA制氮系统中进行所希望的双产物回收。

在实施本发明时，监测废气流的即时纯度，每当其纯度符合或超过最低可接受水平时即将此气流捕集。当废气流的纯度水平低于上述的最低可接受水平时，将废气流象通常对PSA空气分离操作的所有废气一样地排放掉。为此，可以使用两个控制阀以导引废气流的流动。两个控制阀彼此反向操作，一个阀用来捕集废气流，另一个用来排放该气流。根据废气的即时纯度读数来操作阀门。

因为废气中的所要组分是以间歇的方式回收，所以使用一个缓冲槽来保持所要的富集组分作为双产物气流连续地流向最终用户。在缓冲槽的下游将该双产物气流压缩到所要求的操作压力。