[发明专利]组件式加压摆动吸附装置

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于将气体馏分从一种含有多种气体馏分的气体混合物中分离的装置。具体地，本发明涉及一种旋转阀气体分离系统，其中设有多个旋转吸附床以实行加压摆动吸附工艺以分离出气体馏分。

发明背景

加压摆动吸附(PSA)和真空加压摆动吸附(VPSA)是通过协调压力周期以及在一吸附床上反复流动而将气体馏分从气体混合物中分离，相对不易被吸附的成份而言，该吸附床更易吸附易被吸附的成份。当气体混合物在吸附床上从第一端流向第二端时，吸附床中气体混合物的总压力上升，当气体混合物从吸附床第二端流回到第一端时，总压力下降。当重复PSA或VPSA周期时，不易被吸附的成份集中在吸附床第二端附近，而较易被吸附的成份集中在吸附床第一端附近。因此，“轻质”产物(易被吸附成份已吸尽而富含不易被吸附成份的气体馏分)从吸附床第二端输出，“重质”产物(富含极易被吸附成份的气体馏分)从吸附床第一端排出。

用于执行加压摆动吸附或真空加压摆动吸附的传统系统采用平行的两个或多个固定吸附床，并且在各吸附床各端具有定向阀门以交替顺序将这些吸附床连接到压力源和汇集点上。然而，由于所需的阀门复杂，故这种系统的实施往往是困难且昂贵的。

而且，传统的PSA或VPSA系统不能够充分地利用所施加的能量，这是因为输入气体的增压是由一压缩机进行的，而其输出压力是周期中最高的压力。在PSA中，在压缩输入气体以增压时所消耗的能量然后又消耗在当吸附和高输入压力之间有瞬间压差时在阀门的节流中。类似地，在VPSA中，由真空泵建立周期中较低压力，并在此压力下排出气体时，能量又消耗在压力下降的吸附器的逆流排气过程中对阀门进行节流。在这两种系统中，进一步的能量消耗发生在消除、均化、并流排气以及产物加压或回充步骤中对所用的轻质回流气体进行节流过程中。

已经做出多种尝试来克服传统PSA或VPSA系统所存在的缺陷。例如，Siggelin(美国专利3，176，446)、Mattia(美国专利4，452，612)、Davidson和Lywood(美国专利4，758，253)、Boudet等人(美国专利5，133，784)、Petit等人(美国专利5，441，559)以及Schartz(PCT公开号94／04249)都揭示采用旋转分配阀的PSA装置，该旋转分配阀具有配有多个角度分隔吸附床的转子。与装在转子上的吸附床连通的开口越过用于气体进入、产物输送和压力平衡的固定口。然而，由于旋转组件的重量，这些现有技术的旋转分配阀对于大型PSA／VPSA是不实用的。而且，由于阀表面都远离吸附床端部，所以这些旋转分配阀具有相当大的、会使流体分布和聚集的死角容积。因此，现有的旋转分配阀流量分布性差，尤其是在高周期频率时更是如此。

Hay(美国专利5，246，676)和Engler(美国专利5，393，326)提出了多例真空摆动吸附系统，它可减少节流损耗以提高气体分离处理系统的效率。由Hay和Engler所启示的系统采用了多个真空泵以依次将各吸附床的压力向下降低，并且各泵压力在逐个下降，因此，各真空泵可将各吸附床中的压力减少到预定量。然而，在这些系统中，真空泵都经受到较大的压力变化，所以会对压缩机器加载并且引起总功率要求较大的波动。由于离心或轴向压缩机器在这些不稳定条件下不能工作，所以在这些系统中一般采用旋转叶片机械。然而，这些机械在稳定条件下比普通的离心压缩机／真空泵工作效率低。

因此，仍需要一种PSA／VSPA系统，该系统适用于大体积和高频生产，同时可降低现有装置所存在的能量损耗。

本发明的一个目的在于提出一种高效率地实施高频加压摆动吸附过程的旋转组件。

根据本发明，该旋转组件包括一定子和一可转动连接到定子上的转子。该定子包括第一定子阀表面，第二定子阀表面，多个向第一定子阀表面开口的第一功能腔，以及多个向第二定子阀表面开口的第二功能分隔区。该转子包括与第一定子阀表面连通的第一转子阀表面，与第二定子阀表面连通的第二转子阀表面，以及多个用于将吸附材料容纳在其中的流动通道。各所述流动通道包括一对相对端，以及多个设置在转子阀表面中且与流动通道端部连通的孔，还有用于将各流动通道周期地处于高、低压力之间不连续压力级的功能开口以保持流过第一和第二功能腔的气体均匀流动。