[发明专利]用于分离混合气体的压力波动吸附工艺和装置

说明书

本申请对应于法国专利申请1997年6月9日9707117号，此处参考地结合了法国申请的公开。

本发明涉及用于分离混合气体的压力波动吸附(PSA)装置，该装置包括吸附器和至少一个输出容器。

单吸附器PSA系统通常包括单个容器(简单的或称为分离式的)或两个容器(也是简单的或称为分离式的)。在美国专利4，561，865号(申请人为Greene和Kellogg)、美国专利4，948，391号(申请人为VaccumOptics公司)、美国专利4，892，566号(申请人为Air Sep．公司)、美国专利5，370，728号(申请人为Praxair)、美国专利5，451，683号(申请人为Praxair)、美国专利5，565，018号(申请人为Praxair)、欧洲专利0663229号(申请人为Sumitomo Seika)、欧洲专利0743087号(申请人为L′Air Liquide)之中详细描述了各种例子。单容器的解决办法优先考虑的是设备的成本，但不可能对循环进行优化，也不能优化要存储的气体的体积。分离式的多容器的解决办法允许进行这种优化，但是在很高成本的价格下作出的。

本发明为此目的而提供用于分离的PSA装置和工艺，它在最小的成本下可完成这种优化。

为了做到这点，根据本发明的一个方面，该装置包括：

-具有混合气体的输入口和气体出口的吸附器；

-第一、第二和第三容器、第三容器具有入口和气体出口；

-在吸附器的出口与第一容器之间建立双向联通的第一装置；

-在吸附器的出口和第二容器之间建立双向联通的第二装置；以及

-建立从吸附器的出口到第三容器的单向联通的第三装置。

根据本发明的另一方面，应用这种装置的工艺包括：连续的生产工步、深增压工步、洗提工步及再增压工步，或：

-在生产工步中，在吸附器的出口处的气体产品被第二装置送至第二容器和被第三装置送至第三容器；

-在减压工步期间，气体被第一装置从吸附器的出口送至第一容器；以及

-在洗提工步和再增压工步期间，来自第一和第二容器的气体被第一和第二装置分别地顺序地送至吸附器的出口。

从实施例的下列描述中本发明的其它特点和优点将变得明显起来，实施例是通过举例方法(但没有一点限制)应用有关的附图来给出的，其中：

-图1是带有根据本发明的3个容器的单吸附器PSA装置的示意图；

-图2和3是根据本发明的循环例子。

在图1中，可见到用于分离混合气体的PSA装置，一般用于从大气(空气)中制取氧气，以及如稍后将看到的该装置包括：吸附器1和可分别与吸附器1的出口相联接的3个出口端容器2、3和4。吸附器1的入口6和带有如上面提到的美国专利4，561，865号中公开的输送阀或带有上面提到的欧洲专利0743087中描述的可逆转动机器的压缩／吸气单元7相联接。

第一容器2以含有阀9的管路8和出口5联接。第二容器3以配置有阀11的管路10和出口5相联接。

第三容器4包括出口12或产品出口，出口12可与用户的管线路相联接，而入口13和吸附器1的出口5相联接。

在图1中以破折(虚)线表示的实施例中，入口13通过装设有单向阀15的第一区段14A、然后通过第二区段14B与出口5相联接。该装置还包括用于控制第一(9)及第二(11)联通装置和单元7的顺序可编程序控制器(20)。

现将参考表示PSA循环的阶段的图2来描述这个装置的工作。

如在这个图2中将看到的，循环包括：

-a)生产阶段，在此阶段中，系统7向吸附器1输送要分离的混合气体的压力流体，已分离的生产气体被送至第二和第三容器3和4(阀11被打开而阀9关闭)。

-b)一步工序，在此工序中，前述生产阶段a)中的吸附器受到一个第一顺流减压，已降低纯度的被分离气体被送至第一储气器2(阀9被打开而阀11关闭)。这个阶段的压力小于到达生产阶段末尾时的压力，单向阀15保持关闭而减压气体没有到达产品容器4。

-c)逆流减压阶段，对循环的低压，借助于起到泵作用的系统7。

-d)利用来自第一容器2的中等纯度的气体，在循环的低压下的洗提阶段(阀9被重新打开)。

-e)利用来自第二容器3的高纯度气体的初始顺流再加压阶段(阀11被打开而阀9被关闭)，阀15防止容器4的气体回流到任何较低压力的区域。

-f)利用要分离的混合气体的第二增压阶段，不放出产品气体。