[发明专利]带有多个逆流减压步骤的变压吸附/解吸方法

说明书

本发明总的来说涉及的是变压吸附(PSA)方法，特别涉及的是分离或净化气体的改进的PSA方法，其中采用了与逆流清洗步骤相结合的多个逆流减压步骤。

PSA方法给至少具有两种气体的多组分气流的分离提供了有效且经济的手段，所述气体具有不同的吸附特性。较易吸附的气体可以是杂质，将其从较不易吸附的气体中除去，后者做为产品气体排出，或者，较易吸附的气体可以是所需产物，将它从较不易吸附的气体中分离出来。例如，可以从含氢的进料气流中除去一氧化碳和轻质烃以产生纯化的(99+％)氢气流，来用于氢化裂解或其它的催化方法，其中这些杂质对催化剂或反应会产生不利影响。相似地，较易吸附的气体如乙烯可以从进料气流中回收以产生富乙烯的产物。

在PSA方法中，典型的是多组分气体送至一组吸附区的至少一个，在升高的压力下有效地吸附至少一种组分，即较易吸附的组分，同时至少一种其它组分即较不易吸附组分从中通过。在一限定的时间，终止向吸附器送入进料气流，并通过一或多个顺流减压步骤对吸附区减压，其中所述压力降低至一限定值，该压力下允许将仍存在于吸附区的已分离的、较不易吸附的一种组分或多种组分排出，所述组分中没有显著浓度的较易吸附组分。然后通过一个逆流减压步骤对吸附区减压，使吸附区的压力进一步降低，其中通过与进料气流方向呈逆向地排出解吸的气体。最后，吸附区进行清洗并再加压。这类的PSA方法在US-A-3,430,418；US-A-3,564,816和US-A-3,986,849中已公开，并在这些专利中进行了叙述，这些文献的内容这里引入做为参考，PSA方法一般在包括PSA系统的每个床中以顺序过程循环来进行。

通过将吸附床逆流减压至解吸压力，从吸附床中除去较易吸附的组分，即吸附物。优选的较低的解吸压力能在解吸步骤中更彻底除去吸附物。较低的脱附压力还可在吸附与解吸状态间提供更大的容量差别，因而增加了该过程的容量。然而，不常使用很低的解吸压力，即低于大气压的压力，是因为技术上的复杂性和与其相关的费用，例如真空泵及类似物。此外，在氢气纯化中常需要在适于进入燃料气总管的压力如20-100psia(138至690kPa)下提供解吸废气气流，也称为尾气。对应地，当在PSA过程中采用真空泵时，排出压力典型的是维持或高于燃料气压力。当不采用真空泵时，PSA氢气过程典型的是采用高于或等于燃料气压力的解吸压力。

EP-B-15413公开了一种变压吸附方法，其中采用了两阶段逆流解吸步骤来除去吸附组分，所述组分可达到低于一个大气压的压力。该专利公开了借助于喷气装置即喷射器产生解吸压力，还公开了将压力高于解吸压力、且是在该方法的过程中形成的气体或气体混合物用做驱动力，即用于喷气装置的动力气体。这种驱动力的实例包括：吸附流出气流、进料气流和来自第一逆流解吸步骤的流出气流。

US-A-4,813,980公开了一种多塔变压吸附方法，用来从重整炉尾气同时生产氨合成气和二氧化碳，所述尾气含有作为主要组分的氢气、氮气、和二氧化碳，并伴有微量甲烷、一氧化碳和氩气杂质。该PSA系统的特征是有两组吸附附床，其中CO₂在第一组即A床中吸附于吸附剂中，基本无CO₂的流出气排出送至第二组即B床的吸附剂，来除去微量杂质，同时排出H₂/N₂含量为NH₃合成的化学式计量的流出气。由第一组吸附剂回收的CO₂是高纯的，可用来与氨产品反应来生产尿素。第一组吸附剂床采用了两阶段逆流解吸步骤，其中在第一阶段通过排出所含的气体至接近环境压力来使吸附床减压。在第二解吸步骤抽空吸附剂床至低于一个大气压，进一步除去富含CO₂的流出气流。

现有技术的两阶段解吸步骤存在的一个问题是没有设置与两个解吸步骤相结合的逆流清洗步骤。因而，两个逆流解吸步骤在功能上相似于一个连续的逆流解吸步骤。在PSA方法中常采用逆流清洗步骤以进一步从吸附床中解吸吸附物，并除去在逆流解吸步骤后仍残留在吸附床的空隙中的吸附物。与不采用逆流清洗步骤的PSA吸附循环相比，采用逆流解吸步骤与逆流清洗步骤的PSA吸附循环典型的是提高了纯度、容量和回收率。例如，US-A-3,430,418和US-A-3,986,849公开了在PSA吸附循环中使用逆流清洗步骤的方法。事实上，US-A-4,813,980公开了在A床中有两个逆流解吸步骤，也公开了在B床使用了逆流清洗步骤，但仅是与单一阶段逆流解吸步骤相联用。