[发明专利]变压吸附法

说明书

本发明是关于一种分离气体的方法，具体而言，是关于利用变压吸附分离气体混合物中的一种或几种气体成份的方法。

通过变压吸附(PSA)分离混合气中各个成份的方法一般包括一系列步骤，其中包括吸附和吸附床再生这样的基本步骤。PSA法通常是在一伸长容器内进行，容器两端各有一进口和一出口，并装有一层吸附剂，该吸附剂对混合气中一种或几种成份的吸附能力强于对其它一种或几种成份的吸附能力。在吸附步骤中，混合气经容器入口进入容器并在升高压力下通过容器，其间吸附剂吸附了一部分混合气中富集有更容易被吸附的成分的气体，而另一部分气体，即富集有不易被吸附成份的气体流经容器，作为未吸附气体产物经出口排出容器。″随着吸附步骤的进行，构成被吸附部分每一成份前行端的吸附前锋形成并向容器出口端推移″。吸附步骤在最前面的吸附前锋到达出口端之前结束，以防止未吸附气体产物与更易被吸附成份掺杂在一起。随后，一般经容器入口排出其中的气体，使容器泄压，对其中的吸附剂进行再生。脱附气体部分可根据需要回收或排放。吸附和脱附过程希望按循环操作方式重复进行，以便使整个工艺呈基本上连续化的过程。

由于上述两步法工艺本身效率很低，导致生产能力小，产品纯度差，所以已进行了一些改进，以提高操作性能。该法工业上一般在并联设置的一组吸附容器内进行，且彼此非同时协调操作，大致形成连续化工艺过程。多床体系的一种特别适用的实施方案中，一对吸附容器并联设置，且在彼此相位相差180°下操作，即在一个容器进行吸附时，对另一容器内吸附剂进行再生。吸附步骤中容器内压力(吸附压)通常为大气压或高于大气压，例如，绝压约1-20巴之间，而进行吸附床再生的容器内压力降至稍低于吸附压的数值。

一种明显改进两床系统效率的改进措施是将空隙空间气体，即吸附剂颗粒之间空隙处的气体，从刚刚结束吸附步骤的容器内移到刚刚完成再生步骤的容器内。这一步骤本文通常称作″平衡作用″，因为泄压吸附床内的压力与再加压吸附容器内的压力倾向于接近一共同值。但实践中，平衡步骤不进行到达到实际上的压力均衡，因为这样可能使泄压床内被吸附成份脱附，并将该成份移到进行再加压容器内。

可采用几种方式实现一对并联操作吸附床之间的床平衡作用。一种工艺过程中，在两床出口之间建立了流体流通，空隙空间气体从一个容器的出口端流到另一容器的出口端(出口到出口平衡)。另一工艺过程中，将两床入口联系起来，从空隙空间气体从一容器入口端流到另一容器入口端(入口到入口平衡)。  第三种工艺过程中，泄压容器出口与再加压容器入口连结(出口到入口平衡)。实践中也将这些工艺结合在一起。一种非常有效的床平衡过程是同时进行出口到出口和入口到入口平衡。该工艺的优点是将两床的干扰减到最小，迅速输送气体并保证将第一吸附床内最纯的空隙空间气体输送到第二吸附床出口端，这样可在第二吸附床进入吸附步骤时，最大限度减少来自该床未吸附气体产物的掺混。US4925461更详细地讨论了这些工艺过程。

US5436536公开另一种分离氮与氧的PSA法，该法在两个或多个并联吸附容器内进行，其循环过程包括吸附床平衡期间，从系统排出一部分待从一容器输送到另一容器的气体。

利用PSA使混合气各成份的分离达到完美程度是很困难甚至是不可能的。尽管如此，由于产品收率和/或产物纯度方面即使很小的提高，也可对PSA法的总效率产生相当大的影响，所以一直在寻求提高PSA法中气体产物收率和纯度的改进措施。本发明提供的新的循环过程，提高了PSA系统产生的未吸附气流的纯度。

本发明采用一种新的变压吸附循环过程，该过程在并联设置的两个或几个吸附床组内并异相操作，即使一个或几个床进行吸附步骤，而另一个或几个床进行该循环的其它步骤，如吸附床再生。

根据本发明第一个优选实施方案，变压吸附法在相位相差180°下操作的一对并联设置的吸附床内以重复半循环方式进行，即一个吸附床进行吸附的同时，第二个吸附床进行脱附。在该方案最宽的范围内，该法半循环的第一步包括使待分离混合气(原料气)在选定的超大气压力下，流过第一床的吸附剂，该吸附剂更容易吸附混合气各成份中的至少一种成份。在更容易被吸附的一种或几种成份被吸附的同时，不易被吸附的(各)成份流经该床并作为未吸附气体产物排出。与此同时，第二吸附床通过逆流泄压进行吸附剂床再生。吸附剂床再生是通过将该床逆流泄压至大气压或，必要时，用真空装置泄压至负压实现的。再生期间，经历再生的吸附剂床最好用未吸附气体产物逆流吹扫。