[发明专利]用来制造－富氧气体的真空/压力变动吸附方法

说明书

本发明涉及一种用来从包括所期望的气体和所不期望的气体的混合物中制造富含一种所期望的气体产品的VPSA方法，特别是涉及一种在平衡条件下用氧气优先吸附剂从空气中制造富氧产品的VPSA方法。

在VPSA工艺中，将包含一可快速吸附的成分和非可快速吸附的成分的原料气体混合物输送到一个吸附床中，该吸附床能在较高吸附压力下吸附可快速吸附的成分。然后在对补充数量的原料气体混合物重新加压并引入到床上之前，对该床解压到较低解吸附压力以便将可快速吸附的成分解吸附并从床上除掉，因此循环吸附解吸附操作在床上连续进行。

这种VPSA工艺一般在多床系统下实施，每个床在循环基础上执行的VPSA工艺顺序与相关联的吸附系统的其它床执行的这种工艺顺序相同。在空气分离的VPSA系统中，所用的吸附剂能选择吸附作为可快速吸附成分的氮气，而氧气作为不易吸附的成分加以回收。沸石分子筛就是这种类型，它可用在VPSA工艺循环中以便用来制造氧气或氮气的所需气体，沸石分子筛在平衡的基础上操作其正面选择吸附氮气，氮气在床上从其原料端到其产品端成形并前进。在制造氮气的情况下，富氧空气流也可回收利用。

需要低成本方法从空气中以稳定速率来制造低纯度氧气。有用的低纯度氧气的例子例如含40％氧气的气体流，它可用作燃烧过程的氧化剂。这种气体流包含的氧气几乎为空气中包含的氧气的两倍，且其氮气与氧气的比率小于空气中氮气与氧气的比率的一半。由于对给定量的氧气有较少的氮气，所以在加热氮气时有较少的燃烧热量损失。而且排放的燃气也不多，燃烧器不需要很大，而且可达到较高的燃烧温度。

一般，通过两个步骤制造低纯度富氧，即制造高纯度的氧气后将其与空气混合以制造低纯度氧气流。一种用来制造适量低纯度富氧的改进方法公开于Campbell等的美国专利4867766和Re34434中。其中通过一变压吸附(PSA)系统来制造高纯度氧气(典型地约90至95摩尔百分比)，并且将该高纯度氧气与空气混合以制造低纯度氧气流。另外，用来制造低纯度氧气的早期方法作为已有技术在其中作了描述，它提出将高纯度氧气(典型地至少99.5摩尔百分比)与空气混合以制造低纯度氧气的气流。

Choe等的美国专利5382280描述的是为了从空气中制造氮气而使用一以平衡为基础的氧气选择吸附剂以便在工艺的第二级从气体流中除掉氧气，所述吸附剂具有兰格缪尔型1的形状，具有无限的选择性，它只能接原料中的1％至5％的氧气。Choe等还教导一种纯化步骤，即除掉单元中“存在的所有氧气”。这种整体纯化使得氧含量向纯化步骤的终端排气中的氧含量向纯化步骤的终端迅速降低。

Ruthven等描述了一种变压工艺以便从具有氦的混合物中浓缩氢，参见“通过变压工艺浓缩痕量组分”，Ruthven D.M.等，化学工程科学(OXFORD)，1994年1月第1号第49卷第51-60页。使用的吸附剂是沸石5A。变压循环在77K温度下运行。氢的等温线由“兰格缪尔表达式较佳表示”。该吸附剂吸附氢的能力远超过氦。然而，在恒压纯化步骤期间，在排气中的氢浓度迅速下降。

Ruthven等和Choe等都没有说明能通过解吸纯化步骤来运行变压循环以便利用几乎恒定地浓缩所述较强吸附的成分来制造稳定气流的有效尝试。

因此，本发明的一个目的是提供一种用来从包括所期望的气体和所不期望的气体的混合物中制造一种富含所期望的气体的产品的方法。

本发明的另一个目的是不需要首先制造高纯度氧气即可制造富氧产品。

本发明的又一个目的是通过可以避免混合步骤的工艺来制造富氧产品，该混合步骤会产生混合熵从而浪费能量。

本发明的再一个目的是通过一个工艺来制造富氧产品，该工艺可以在一个吸附循环内直接从空气中制造稳定产品流并可使用低压缩比压缩机。

一种真空/变压吸附方法，它用来从包括所期望的气体和所不期望的气体的原料混合物中萃取富有所述所期望的气体的气体混合物，所述方法利用一个吸附床，在平衡基础上，该吸附剂表现出对所述所期望的气体具有选择吸附特性，所述方法包括步骤：

1)在基本恒定的较高吸附压力下将原料气体混合物输送进入吸附床的进料端，以便使吸附床吸附原料气体中的氧气，同时使排放气体从吸附床的另一端排出，并且将部分气体送到一个高压平衡箱以便留作在纯化和产品加压步骤期间使用