[发明专利]使用氧气选择吸附剂生产氮气的方法

说明书

本发明涉及一种从最为优选气体和较少优选气体的混合物中分离出大量优选气体的选择吸附方法，特别涉及一种使用氧气选择吸附剂在平衡条件下从空气中生产氮气的方法

美国专利US2944627中，Skarstrom研究了原于变压吸附(PSA)方法和使用选择吸附剂从气体混合物中除去一种气体组份。该PSA方法中包括四个基本步骤：(1)吸附，(2)减压，(3)清洗，和(4)加压。该文献中有Skarstrom循环的几种变化。美国专利US5176722中Lemcoff等人描述了这样一种系统，其中在PSA循环中引入了床压力均衡法(顶—顶)和轻组份(产物)回填步骤。

在文献中可以发现许多原来PSA循环的变化。例如美国专利US5441558中Lee等人、美国专利US5346536中Kaneshige等人和美国专利US4925461中Gemba等人描述了生产N₂的PSA方法，其中包括顶—顶和底—底床均衡法步骤。使用碳分子筛(CMS)作为吸附剂。在PSA循环中顶—顶和底—底均衡步骤中的夹杂物提高了N₂的纯度并使CMS粉碎至最小。

现有技术中也有复杂的PSA方法。这种方法包括串联的多个吸附床(美国专利US4264340和US4013429中Sircar等人)或在同一个吸附床中多层吸附剂(Toussaint，美国专利US5203887；Schroter等人，美国专利US5275640)。Choe等人，美国专利US5382280公开了生产高纯度N₂的两阶段PSA方法，其中，第一阶段利用O₂速率选择吸附剂(例如CMS)除去大量的氧气和第二阶段利用O₂平衡选择吸附剂(例如有机金属配合物)除去痕量的氧气。

其它现有技术PSA方法(例如美国专利US5084075)使用了下面步骤：(1)高压吸附，(2)减压，(3)浓缩废物，即在低压下除去不纯的重组份(即容易吸附的组份)，和(4)加压除去轻组份(即不太容易吸附的组份)。一般在高压吸附步骤中除去产物。

其它现有技术PSA方法中，例如双向和反向变压吸附方法(例如美国专利US5085674，US4359328)分别公开了回收高纯度重组份的PSA方法。在反向PSA方法的情况下，使用下面步骤：(1)低压吸附，(2)加压，(3)浓缩废物，即在高压下除去不纯的轻组份，和(4)在低压下减压释放出重组份作为所希望的高纯度产品。在美国专利US5042994中，Smolarek描述的PSA方法包括可变体积氮气产物储存容器，其中通过监视该容器来确定用户所需产物的变化；而Lagree等人(美国专利US4810265)描述了一种能经济地回收空气中重组份(例如N₂)的改进PSA方法。在较高的吸附压力下(漂洗步骤)使用N₂共同清洗，和在该循环的较低压力下使用O₂逆流清洗和在逆流回填步骤中开始加压。

美国专利US5228888中Gmelin等人描述了一种生产N₂的PSA方法，其中空气通过颗粒大小为10-40目的粉碎沸石的床，由此吸附氧气和生产浓缩氮气产物。Sircar等人(美国专利US4013429)和Knaebel(美国专利US5032150)中描述了通过空气分馏获得高纯度N₂产物气体和O₂产物的PSA方法，其中使用氮气漂洗步骤。在美国专利US5084075中，Sircar描述了从空气中回收N₂的三床真空PSA(VPSA)方法，其中在该床减压回收重组份(N₂)之前不用氮气漂洗该吸附床。Sircar认为省略N₂漂洗步骤将减少能量消耗和PSA法的所要求的成本。

Wemer等A(美国专利US4599094)，Lagree等人(美国专利US4810265)，Wilson(美国专利US4359328)和Leavitt(美国专利US5074892和US5085674)已经公开了另一种作为主要产物的N₂和作为副产物的O₂的PSA生产方法。