[发明专利]等压移动床连续气体净化器

说明书

本发明总的来说涉及在连续和基本上等压的条件下使用吸附材料颗粒移动床分离气体混合物的方法和系统。更具体地说，本发明涉及在连续和基本上等压的条件下使用这种移动床吸附系统从气体特别是从将导入低温气体分离设备的空气中去除污染物的方法和系统。

在空气中净化和回收某些气体前，特别是用低温方法进行这种净化和回收时，必须将空气净化以便从中去除污染物诸如水和二氧化碳。季节性和每日的气候变化带来了从待处理的空气去除这类污染物的困难。

在使用低温气体分离设备处，空气中如二氧化碳和水蒸汽的浓度分别超过约0.25至约0.1ppm时，这些污染物就会在所述设备中热交换器的冷却装置上冷凝和/或冻结。结果，会引起设备热交换器通道的堵塞以及阻碍输入空气的流动。

净化空气常规的方法包括使用固定床吸附系统的间歇处理方法。这里，空气在约100psia(磅/英寸²，绝对压力)的压力和约室温或更低的温度下通过两张包含吸附材料的分开的床的第一张，直到第一张床的吸附材料载满了二氧化碳和水。这一般在约4-6小时的时间内出现，此时将导入空气的通过开关打到第二张床上。依此维持将输入空气的二氧化碳和水连续地去除。

当开关打到第二张床时，通过在低压(在约15-20psia的范围内)和升高的温度(在约150-500°F的范围内)下用清洗气(通常是来自低温空气分离系统的废气)清洗来再活化第一床的吸附材料。这种吸附和再活化处理的循环的压力和温度调节过程被分别称为变压吸附和变温吸附。通过各种现象-吸附和再活化的条件最佳化的努力来进行这些调节。在这些常规的净化系统中，输入空气通常在与吸附床接触前被冷却。这种冷却对维持空气中可重复使用的少量水是必需的。

这种固定床吸附系统存在着缺点，即由于这种系统的循环特征它是能量密集型的。固定床吸附系统也需要循环操作使用的阀、管道和附加容器带来的额外的基建费用。固定床吸附系统也需要大量的生产设备占地面积。

美国专利5336300(Yoshino)提供了使用移动床工艺分离主体气体的例子。该方法在一密封区使用了一种颗粒吸附剂来从混合气体中去除气态组分，然后将颗粒吸附剂转移到第二个密封区来将气态组分从颗粒吸附剂解吸出来。这种颗粒吸附剂得到了再活化，然后它们被送回到第一密封区。因为使用了不同密封区，该方法在不同压力下操作，其压力取决于具体密封区所起的功能。这可改善解吸效率。但是，吸附材料颗粒的磨损在操作时可能在压力变化处升高。该’300专利的系统也包括将吸附材料从一密封区转移到另一密封区的旋转阀。这些旋转阀增加了系统的复杂性和费用，并用因为它们转动时和阀的组互作用而导致吸附材料磨损的增加。

这些移动床主体气体分离器的另一缺点也是由于在两种不同压力(一种为吸附压力，另一种为解吸压力)操作而产生的相互于阀和管道需求方面的额外的基建费用以及伴随它的维持费用的增加。

尽管变压吸附和变温吸附从能量使用方面、从系统简单性。基建费用和减少能量方面都可以接受，但是消除变压吸附将是需要的。

因此就需要有在基本上等压的条件下使用移动床吸附系统将气体混合物分离成其组分气体。更具体地说将被污染的气体进行净化的方法和系统。在将污染气体诸如空气(特别是将导入低温分离设备的空气)中的污染物去除之外，所述气体中的污染物(如二氧化碳和水)以有效地利用费用和空间的方式基本上全部得以去除。

本发明涉及在基本上等压的条件下进行气体混合物的连续分离的方法和系统。这些方法和系统特别适合于利用吸附材料颗粒的移动床从受污染气体中除去污染物的情况。更具体地说，本发明提供了从空气特别是从将导入到低温空气分离设备的空气中去除污染物(如二氧化碳和水)的方法和系统。

例如，在本发明的主体分离方面，提供了在连续和基本上等压的条件下从气体混合物中分离一种或多种组分的方法。这种分离方法包括下列步骤：(a)在系统内的吸附段中装上一吸附材料；(b)将待分离的气体混合物和在吸附段中的吸附材料接触以吸附一种或多种在气体混合物中的组分；(c)用清洗气移除和再活化载满组分的吸附材料并将再活化的吸附材料返回到吸附段；和(d)回收一部分分离的气体。该方法也包括下列步骤：(e)在系统的第二个吸附段中装上一种吸附材料并且将从步骤(b)得到的经分离的气体混合物和在第二吸附段的吸附材料相接触以便从中吸附第二种组分；(f)用清洗气移除和再活化载满第二种组分的吸附材料并且将再活化的吸附材料送回到第二吸附段；和(g)回收经分离的气体。如上所述，该方法在连续和基本上等压的条件下操作。