[发明专利]使用固体吸附剂的气体纯化方法

说明书

本发明涉及一种通过吸附至固体吸附剂而将一种组分或几种组分从气流中除去的方法，该吸附剂须不时的再生。

在这样的方法中，通入气流与固体吸附剂接触以吸附待除去的成分，这些成分逐渐在该吸附剂中累积。吸附剂内被除去成分的浓度将不断上升。吸附剂内被除去的气体成分的浓度不会是一致的，在吸附床的上游端浓度最高，且会通过吸附剂内的传质区逐渐降低。如果无限期的执行此过程，传质区将会在吸附床内逐渐向下游移动，直到待除去的成分从床的下游端穿透，在这发生之前，有必要再生吸附剂。

在变压吸附PSA系统中，是通过以下步骤完成的：停止将待处理气体通入吸附剂，对吸附剂床减压，和通常的让再生气流逆产品输送方向通过床，再生气压力一般低于待处理气体的压力，且再生气中在床中被吸附成分的含量低。

当床在线，被除去的成分被吸附时，吸附过程会产生吸附热，产生一个热脉冲通过吸附剂向下游移动。在再生过程中，必须提供热量以解吸已被吸附在床上的气体成分。在PSA中，目标是在上述的热脉冲已到达床的下游端之前，开始再生。热脉冲的方向被再生过程反转过来，且从该气体成分吸附中产生的热量被用于再生期间解吸该成分。因此避免了在再生步骤中不得不加入热量。

另一种方法是变温吸附(TSA)。在TSA中，循环时间被延长了，且上述的热脉冲被允许在进料或在线阶段内穿过吸附床的下游端。为了获得再生，必须提供热量以解吸被吸附气体成分。为了该目的，所用的再生气必须加热一段时间，以产生一个逆正常进料方向移动通过床的热脉冲。在加热的再生气流之后通常限有冷再生气流，这个冷再生气流朝上游端通过，连续置换热脉冲。与PSA相比，延长的循环时间是TSA的特点。

每一种方法都有它自己特有的优点和缺点。由于需要提供热量给再生气，TSA是很耗能的。再生气所需的温度一般是很高的，例如150℃至200℃，这就对系统的设计提出了要求，这会增加成本。一般来说，将会有多于一种不需要的气体成分在过程中被除去，通常这些成分中的一种或几种易于吸附，而其它的则不易。在TSA中所需的再生温度必须足够高以使易吸附组分解吸。通常，为了满足从气流中同时吸附不同成分的需要，优化的TSA系统会使用双层吸附床，它包括用于吸附易吸附成分(例如水)的第一层和用于吸附不易吸附成分(例如二氧化碳)的第二层。因此，为了从气流中除去水和二氧化碳，TSA系统通常会使用一种吸附床，这种床的第一层为氧化铝，用于除去水，第二层为13X分子筛，用于除去二氧化碳和其它微量成分。但是，与氧化铝相比，该方法经常在每一层中都使用沸石，因此需要高的再生温度，这个温度通常超过100℃实际上使吸附的水汽化离开沸石。为了将必须解吸的水量减到最小，经常预冷却一下待处理的空气，因此，将所含的水大量冷凝。

TSA系统中所用的高温导致需要保温容器吹扫预热器和入口端预冷器，且通常来说，高温要求系统有更严格和昂贵的机械规格(SPE-Cifiycation)。在运转过程中，有一笔与使用吹扫预热器有关的额外的能量消耗。

虽然PSA系统不需要高温避免了许多这样的缺点，作为PSA标志的短循环时间带来了自身的缺点。在每一个运转周期中，吸附剂要经历一个进行吸附的进料期跟着是解压，再生和再加压。在解压时，床内的进料气被排出并损失。以这种方式损失的进料气数量被称为“转换损失”。在PSA系统内的短循环时间导致了高转换损失。而且，因为循环短，再加压必须很快的进行。在实践中，有两个吸附床进行上面的运转循环，如果彼此之间分阶段的话它有一个是处在进料或在线，因而，可供再加压和再生的时间被另一床能用在其循环进料部分所需的时间所限制，依次，此时间又被短循环时间所限制。”这些限制意味着快速加压会引起进料与产品流内的短暂变化，这些变化系统对车间运转有不良影响，尤其是吸附系统下游过程的运转。

Skarstrom，C.W.在＂Heatless Fractionation of Gases over SolidAdsorbents＂，Vol.11.95.IV.W.Li(ED)C.R.C Press，Cleveland，Ohio 1972和US-A-4711645(Kumar)中描述了PSA。

Uon Gemmingen，U，在＂Designs of Adsorptive driers in air seperatonplants＂-Reports on Technology 54/1994-(Linde)描述了用低于正常温度，例如80至130℃及短循环时间的TSA。