[发明专利]吸附分离气体混合物的方法和设备

说明书

本发明涉及一种借助包括依次完成的多个步骤的变压循环来实现的吸附分离气体混合物的方法，在此方法中，在循环的至少某个瞬间，压缩机的一个终端，从其中压力为第一压力P1的第一空间转换到其中压力为明显不同于第一压力P1的第二压力P2的第二空间。

本发明主要用来从大气制备氧气，在说明书的其余部分，将以优选实施例对这个用途作说明。

本发明可采用名种类型其中存在气压变化的吸附循环来实施，例如下列的循环：

-所谓的VSA(真空转换吸附)循环，其中的吸附基本上是在大气压下进行的，循环中的最小压力显著低于大气压，通常约为250-400毫巴。这些循环一般是采用含有三个吸附器的单位来实施的。

-超大气压循环，称作MPSA循环，它与先前的循环的不同之处在于吸附是在基本高于大气压下进行的，通常约为1.3-2巴。这些循环一般是采用含有二个吸附器的装置来实施的。

-所谓的PSA(变压吸附)循环，其中的吸附是在显著高于大气压下进行的，通常约为3-8巴，循环中的最小压力基本等于大气压。

在说明书的其余部分中，缩写词PSA将用来表示所有这些循环的通用术语。而且，所述的压力为绝对压力。

降低采用PSA制备氧气的费用的方法之一，主要是减少资金的投入，同时要保持能耗不变。

如果所述系统能在加速完成步骤进程的条件下维持其性能不变，则缩短循环时间也是属于这个方案的。实际上，这种缩短在于成比例地提高吸附剂的动力学，将压降维持在其原先的水平，并防止吸附剂颗粒磨损。

在采用小粒径吸附剂的同时以水平流方式经过吸附剂床层，可解决这些问题中的多数问题，近年来，这类工业装置有所增加。

但是，研究表明，现在所采用的循环，这些主要直接源于先前所采用的具有较长时间的循环，实际上在过渡阶段由一个步骤转换到下一个步骤过程中受到机器(空气压缩机或鼓风机、真空泵)操作的限制。

其原因是由于，将在后文中给出，与这些过渡相有关的附加能耗，对于传统的循环时间来说是低的，但对于短循环来说就变得很显著了。

这些现象的第一个实施例，可参见附图中的图1来说明，它为用于从大气制备氧气的PSA设备实施例的示意图。该设备包括：一个鼓风机1；三个吸附器A1-A3；输送空气到吸附器的管道2，它通过阀V11-V13，分别将鼓风机的出口端连接到吸附器的较低端或入口端；一个真空泵3，其出口端与周围大气相连；一个排放管道4，它通过阀V21-V23，分别将真空泵的入口连接到吸附器的入口上；和一个氧气流管道5，通过并联的分线箱连接在每个吸附器的上端或出口处，即每个分线箱6-1-6-3分别配置有用于制备氧气的阀V31-V33，每个分线箱7-1-7-3分别配置有阀V41-V43以重新加压吸附器。而且，管道5与图示中的氧气消耗环路8相连。

而且，该设备包括控制、调节和供电装置，由于是公知技术没有在图中画出，它们用来实施加图2所示循环。

图2为是用来说明一种采用图1设备进行的典型吸附循环的图表。

在图2中，其中，时间t图示在x-轴上，绝对压力P图示在y-轴上，带有箭头的线条表示气体气流的流动方向与目的地，以及流过吸附器的方向-如果箭头是沿y轴方向增加(在图表中是向上的)，则流过吸附器的气流称为顺流气流。如果向上的指示箭头低于吸附器中压力指示线，则气流将通过吸附器入口端流入吸附器；如果向上的指示箭头高于吸附器中压力指示线，则气流将通过吸附器出口端流出吸附器，入口端和出口端分别是生产阶段中要处理气体和排出气体的端口；如果箭头是沿y轴方向降低(在图表中是向下的)，则流过吸附器的气流称为逆流气流。如果向下的指示箭头低于吸附器中压力指示线，则气流将通过吸附器入口端流出吸附器；如果向下的指示箭头高于吸附器中压力指示线。则气流将通过吸附器出口端流入吸附器，入口端和出口端分别是生产阶段中要处理气体和排出气体的端口。

在图2中的循环，其周期T大约为270s，例如，主要含有三个连续步骤。循环可通过下述的对某一个吸附器而进行说明，如吸附器A1。至于其它的吸附器，循环起始时间分别位移T/3和2T/3,T表示整个循环的所需时间。

(a)在t=0-T/3期间：处于循环的基本上等压生产步骤，在接近大气压的高压P_M下进行。在这个步骤中，空气经阀V11输送到吸附器，从其入口流到出口，在出口处所制备的氧气从此流出。为了在随后的再加压步骤(c)中重新加压另一个吸附器，氧气的一部分经分流处理，其余的氧气输送到8中以供使用。