[发明专利]空气的吸附分离方法

说明书

本发明涉及一种改进的从空气中分离氧气或氮气的方法，它是基于真空转换吸附(VSA)或压力真空转换吸附(PVSA)原理，利用优化的真空泵组解吸所吸附的空气组分。

在工业生产中，已经借助于分子筛沸石在环境温度下，大规模从空气中生产氧气。

这里是利用氮气和氧气对比，氮气被优先吸附的特点，即，空气中的氮气被吸附在沸石上；在空气流过沸石填料床后，可在填料床的出口收集作为产品的较弱吸附组分，如氧气和氩气。然后通过例如将填料床抽真空以解吸所吸附的氮气。在这种情况下，和众所周知的压力转换吸附法(PSA)相反，该方法被称为真空转换吸附(VSA)。连续的VSA法按下列过程运行：

a)例如在环境压力下，使空气穿过用来吸附的沸石填料床，并从出口处收集富O₂气体；

b)用真空泵，沿与空气流相反的方向，在入口处抽空填料床至大约100至400hPa的压力，还可同时用部分产品进行吹扫；

c)沿与空气流相反的方向用产品O₂充满填料床，至大约环境压力。在PSA法中，步骤a)在200-600kPa的压力下进行，而步骤b)在大约100kPa的压力下进行，同时用部分氧气吹扫。压力总是指绝对压力。)

由于有三个步骤，通常该过程在三个分设的沸石床简称吸附器中运行，它们通常是循环轮换使用。

已经公开的还有用真空再生的分离过程(如US397696)，其中两个吸附器和一个产品储存器以循环方式运行，或者用一个产品储存器与一个吸附器轮换使用。

吸附装置的经济效益受到基本投资的影响，例如，吸附剂量、真空泵的尺寸、尤其是运行费用，如真空泵的能耗。因此，每一项研究的目的都是在选择分子筛使用量、真空泵的尺寸和真空泵能耗之间进行优化。至今为止用于真空吸附的真空泵是带有正位移功能的两级或三级旋转活塞压缩机(见EP0158262)或具有正位移功能的水环泵。

可当作真空泵使用的别的压缩机是离心式压缩机(参阅例如EP575 591)。这种压缩机也称为离心鼓风机，具有可将反压对吸入压力的操作压力比加大到约2.6。但为了最佳的使用，也就是达到尽可能低的能耗，还需选择一定的吸入压力与排出压力之间的比值。人们称这一比值为最佳压力比7π。对于一般的离心鼓风机这一压力比π约在1.6到1.7。因此离心压缩机最佳地用作真空泵时，包括与之串联的消音器中的压力损失在内的反压力要等于1000hPa，并必须在吸入口维持625或588hPa的恒定压力。然而，由于在VSA装置中，抽真空压力在大约1分钟内从最大压力(P_Des-1)，通常为950hPa减小到最小压力(P_Des-min)，例如300hPa，考虑到降低能耗，不可能在一个生产阶段操作中只使用一个离心压缩机来使压力降低。

一种可能方式是在离心压缩机前设置一个节流部件，人为地产生压力差。然而，在压缩比Π为1.6时，优选地最小的抽真空压力只有625hPa。而且在抽真空过程中，由于气流在通过节流部件时降低了抽吸能力，所以造成了相当大的能量损失。如果希望利用离心压缩机，使抽真空压力小于压缩比π规定的压力，那么离心压缩机必须安装在抽吸管线上，并将有基本恒定抽吸能力的真空泵连接在离心压缩机的后面。具有有效恒定抽吸能力的真空泵的例子是那些有正位移功能的泵，如水环泵或注油式回转滑阀泵。旋转活塞压缩机是另一种正位移泵。

本发明的目的是提供一种节省能量的生产富氧气体的方法，该方法利用低能耗的真空泵。

已经发现，用VSA/PVSA方法，分离空气来生产富氧气体的情况下，在整个抽真空过程中，可联合使用离心压缩机和正位移真空泵，即，使它们并联运行间或转换成串联运行，或者在抽真空的时间只是串联运行，与传统的两级旋转活塞压缩机相比，这种运行方式有压力范围比较宽的优点。