[发明专利]动态清洗控制的变压吸附法

说明书

本发明涉及多床变压吸附法(PSA)，该方法包括为循环一部分的清洗期间，具体讲，本发明涉及一种在多床PSA系统的每个床控制循环进行的方法，以使由该方法生产的非吸附气体组成的变化减至最小。

多年来，一直采用PSA法分离气体混合物的各组分。PSA法在一延长的有原料气入口端和非吸附气出口端的容器中进行，且该容器中装有优先吸附气体混合物中的一种或几种组分的吸附剂。该气体混合物并流地(从原料气入口到非吸附气出口)通过该容器，由此从该气流中除去优先吸附的组分。富集了不优先吸附的一种或几种组分的产品气通过吸附床，并从非吸附气出口排出该吸附床。开始吸附组分积累在吸附床的入口处，随着吸附步聚的进行，吸附组分生成一吸附前沿，并向吸附床的非吸附出口逐渐移动。当吸附气体前沿到达吸附床的某一点处时，终止吸附步骤，该吸附床的吸附剂通过从吸附床中解吸吸附的组分进行再生。这通常是通过逆流放压解吸该吸附床，和/或用非吸附组分气逆流清洗该吸附床来完成。当吸附床再生达到要求程度时，就重复进行循环。

有代表性的PSA循环包括一加压步骤，吸附容器中的压力升高到进行该法的吸附步骤所要求的压力，这是通过将一种气体(常常是待分离气体混合物)引入该容器来完成的；一吸附或生产步骤；和一吸附床的再生步骤。该循环可以包括其它步骤，例如多级加压或放压步骤。

在传统的PSA法中，吸附步骤通常是在中等到高的压力，例如约5-约20巴的绝对压力(bara)的范围内进行，而吸附床的再生步骤常常是在大气压或低于大气压的压力下进行。这些方法通常是有效的，因此产生了始终如一的高纯度非吸附产品气。但是这些方法严重耗能，因为大部分的能量花费来将原料气加压到吸附步骤的操作压力。

近来已开发出了低吸附压力与再生压力比的低压PSA法。这些方法一般是在1-3巴的绝对压力(bara)的吸附压力下操作，而吸附床的再生压力为约大气压。利用低能设备例如鼓风机就能够将原料气容易地加压到这些压力，因为在大气压下再生吸附床不需要使用高能耗的真空产生设备。在这类低压PSA法中，通常是利用每个循环中产生的一部分非吸附产品气清洗吸附了气体组分的吸附床，以便提高方法的操作特性。

人们非常希望，在多床吸附系统方法的各个吸附床中生产的产品气的质量变化极微。但是当多床吸附系统以低的吸附压力与排气压力比的操作条件，如3bara/大气压用于进行吸附方法时，产品气的质量要经历明显的变化。当设备是用于中等或高的压力吸附时，这是不存在的问题，因为产品的质量随吸附压力的增加而降低。

美国专利4472 177号公开了从空气流中生产氧气和氮气的一种真空变压吸附法。按照这篇专利公开的方法，从在约大气压的空气中吸附氮气，产生的氧气作为非吸附产品气。在该方法的吸附步骤完成后，氮气通过吸附床从该吸附床的空隙空间冲洗出氧气。当在清洗气的排出气流中检测出低的氧气浓度时，就停止清洗步骤。

1994年1月28日申请的申请号为08/189008的共同未决美国专利申请公开了在PSA方法中防止清洗气过量损失的方法，该方法是通过分析来自该方法清洗气的排出废气流和当废气流中的清洗气浓度达到废气流的一预定容积时，终止清洗步骤。

由于低压吸附法的吸引力，人们长期寻求多床系统中降低产品质量变化的改进方法。本发明提出了实现一目标的高效率且费用经济的方法。

本发明包括在一PSA系统中，从含第一气体组分和第二气体组分的一气体混合物中回收第一气体组分的循环的PSA法，该PSA系统是由两个或几个优先吸附第二气体组分(与第一气体组分相比)的吸附剂床组成。该系统的吸附床平行设置，以至少一个吸附床是在吸附步骤，而至少另一个吸附床进行再生的异相方式操作。本发明方法的部分循环包括至少如下步骤：

(a)使气体混合物流入正好完成床再生的一个或几个吸附床，由此将吸附床加压到选定的吸附压力，一般在约大气压到约20bara的范围内，并产生了富集第一气体组分的非吸附产品气。与此同时，通过在一选定的比吸附压力低的排气压力下，从这些吸附床解吸富集了第二组分的气体，使该系统的一个或几个其它吸附床进行再生。在吸附床再生的至少部分期间内，被再生的吸附床用非吸附产品气进行清洗。重复步骤(a)，吸附步骤中的床和经历了再生步骤的床交替作用，直到系统的所有吸附床都进行了步骤(a)-(c)的部分循环为止，这样就完成了一个全部循环。上述的全部循环重复进行，因此本发明方法基本上是连续的循环。