用于制氧的變壓吸附方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)總體上涉及大容量（例如，大于３５０噸Ｏ↓［２］／天）真空壓力吸附（ＶＰＳＡ）系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法采用包括四個(gè)床（４２、４４、４６、４８）、在任何給定時(shí)刻同時(shí)供給兩個(gè)床的至少一個(gè)壓縮機(jī)（３６、３８）、和單個(gè)真空泵（５２）的單套裝置。壓縮機(jī)和真空泵可以在１００％的時(shí)刻被利用。避免了使用符合產(chǎn)品質(zhì)量的氣體進(jìn)行清洗，預(yù)期具有Ｏ↓［２］生產(chǎn)率的大約１０－２０％的改進(jìn)和資本成本５－１０％的減少。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
當(dāng)前，從空氣制氧使用真空變壓吸附(VPSA)或變壓吸 附(PSA)系統(tǒng)技術(shù)。這些系統(tǒng)通常具有小于200噸02每天的生產(chǎn)量。 當(dāng)前，在將VPSA或PSA系統(tǒng)從空氣制氧的生產(chǎn)量從這種小規(guī)模(小于 200噸02每天)擴(kuò)展到大規(guī)模(大約350噸02每天或更高)方面具有 重建的興趣。0003在VPSA或PSA方法應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)將02從進(jìn)料混合物(例 如，空氣)分離需要的能量輸入通過(guò)進(jìn)料壓縮機(jī)和真空泵作為機(jī)械功提 供。該功的成本是VPSA或PSA方法的總體操作成本的重要部分。此外， 當(dāng)前VPSA或PSA技術(shù)與低溫蒸餾相比僅對(duì)小規(guī)模應(yīng)用是經(jīng)濟(jì)上有竟?fàn)?力的。對(duì)大規(guī)模應(yīng)用，為了使VPSA或PSA方法與低溫蒸餾相比變得有 成本竟?fàn)幜Γ枰倪M(jìn)的循環(huán)來(lái)才喿作PSA或VPSA方法。 根據(jù)本專利技術(shù)提供的方法和系統(tǒng)具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)。例如而不理 解為限制，本專利技術(shù)的系統(tǒng)和方法可以包括U)連續(xù)的進(jìn)料和產(chǎn)品制 成步驟；(2) —個(gè)壓縮機(jī)和一個(gè)真空泵的最小值；(3)壓縮機(jī)和真空 泵的100%利用率；(4)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)方法，由于連續(xù)的進(jìn)料和產(chǎn)品 制成步驟而實(shí)現(xiàn)的較小產(chǎn)品存儲(chǔ)/緩沖箱；(5)使用相同或不同壓縮機(jī)(例如，離心式和羅茨式)以壓縮VPSA方法的入口進(jìn)料的可選方式； (6)清洗氣體來(lái)自經(jīng)歷順流減壓步驟的另一床，且該清洗氣體直接轉(zhuǎn) 到經(jīng)歷清洗步驟的另 一 床而不使用任何附加的存儲(chǔ)箱；(7)夾在VP S A 循環(huán)的排空步驟之間的清洗步驟(即，VPSA循環(huán)在清洗步驟前后均有 排空步驟，以允許使用間隙氣體直接清洗另一床(而不需要附加的存儲(chǔ) 箱)或避免使用符合產(chǎn)品質(zhì)量的氣體用于清洗；(8)在VPSA方法的 快速循環(huán)淺吸附器中使用具有高內(nèi)在吸附率和最優(yōu)粒徑以增加質(zhì)量傳 送速率、高的02產(chǎn)品回收率、和低的床尺寸因子(BSF)的吸附劑；和 /或(9)四床VPSA過(guò)程的步驟全部集成，使得所有床都沒(méi)有空閑步驟。 作為本專利技術(shù)的結(jié)果，由于在大規(guī)模(〉350噸/天)的基礎(chǔ) 上使用單套裝置、少一個(gè)泵、較低的床尺寸因子(BSF)生產(chǎn)氧氣，且 避免使用符合產(chǎn)品質(zhì)量的氣體用于清洗，可提供02生產(chǎn)率或回收率的 大約10-20%的改進(jìn)和資本成本大約5-10%的減少。0029現(xiàn)在將參見圖2所示的四床VPSA系統(tǒng)、圖3所示的四床 VPSA循環(huán)、和表1所示的閥切換邏輯描述本專利技術(shù)。 在步驟4開始時(shí)，閥2和21保持打開以允許繼續(xù)從床42 生產(chǎn)產(chǎn)品。閥3和22保持打開且在床44中開始產(chǎn)品生產(chǎn)。閥14保持 打開，以繼續(xù)床46的排空。閥16打開，以允許床48泄壓給大氣。步驟5 在步驟5開始時(shí)，閥17和19打開，以允許均tf氣體/人床 42流入床46的頂部。閥3關(guān)閉且閥4打開，以允許進(jìn)料氣體從壓縮才幾 36 ( C2 )進(jìn)入床44的底部。閥22保持打開，以允許繼續(xù)從床44生產(chǎn) 產(chǎn)品。閥13關(guān)閉且閥5打開，以停止床46的排空且允許進(jìn)料氣體從壓 縮機(jī)38 (Cl )進(jìn)入床46的底部。閥16關(guān)閉且閥15打開以開始床48 的排空。步驟6 在步驟10開始時(shí)，閥10保持打開，以繼續(xù)床42的排空。 閥12打開，以允許床44泄壓給大氣。閥6和23保持打開以允許繼續(xù) 乂人床46生產(chǎn)產(chǎn)品。閥7和24保持打開且開始在床48中生產(chǎn)產(chǎn)品。步驟11 在步驟11開始時(shí)，閥10關(guān)閉且閥1打開，以停止床42 的排空且允許進(jìn)料氣體從壓縮機(jī)38(C1 )進(jìn)入床42的底部。閥12關(guān)閉 且閥ll打開，以開始床44的排空。閥17和19打開，以允"i午均衡氣體 從床46流入床42的頂部。閥7關(guān)閉且閥8打開，以允許進(jìn)料氣體從壓 縮機(jī)36 ( C2 )進(jìn)入床48的底部。閥24保持打開以允許繼續(xù)從床48生產(chǎn)產(chǎn)品。步驟10042] 在步驟12開始時(shí)，閥1保持打開且允許進(jìn)料氣體繼續(xù)從 壓縮機(jī)38 (Cl )進(jìn)入床42的底部。閥21打開，以允許產(chǎn)品增壓氣體進(jìn) 入床42的頂部。閥ll保持打開，以繼續(xù)床44的排空，同時(shí)接收清洗 氣體。閥19保持打開且閥18打開，以允許清洗氣體從床46流入床44。 閥8和24保持打開以允"i午繼續(xù)/人床48生產(chǎn)產(chǎn)品。閥17關(guān)閉。0043上述實(shí)施例采用兩個(gè)壓縮才幾來(lái)輸送進(jìn)料氣體給VPSA容 器。在優(yōu)選實(shí)施例中， 一個(gè)羅茨式壓縮機(jī)38 (Cl或壓縮機(jī)1)和一個(gè) 離心式壓縮機(jī)36 ( C2或壓縮機(jī)2 )將總進(jìn)料流輸送給集成的四床VPSA 方法。此外，在大規(guī)模02生產(chǎn)的優(yōu)選操作模式中，在VPSA方法中使 用徑向床。徑向床吸附器的附加細(xì)節(jié)由Ackley等的美國(guó)專利號(hào)6,506,234 Bl給出。0044參見圖3中的床42 (Bl)步驟，如果使用兩個(gè)不同的壓 縮機(jī)(例如，羅茨式和離心式)，那么在優(yōu)選操作模式中，在步驟1、 11和12中使用羅茨式壓縮機(jī)，而在步驟2、3和4中使用離心式壓縮才幾。 參見圖2和3,在VPSA循環(huán)的步驟1期間，總進(jìn)料(雙進(jìn)料VPSA方 法)的一部分經(jīng)由羅茨式壓縮機(jī)輸送給床42 (Bl),而離心式壓縮機(jī) 將總進(jìn)料的另一部分輸送給床48 (B4)。也注意到，在任何時(shí)刻，兩 個(gè)床同時(shí)地接收進(jìn)料氣體，且連續(xù)的產(chǎn)品制造在整個(gè)VPSA方法中存在。[0045表2給出了在床中使用氮?dú)膺x擇性吸附劑的操作條件和 VPSA方法性能的示例。在該表中，符號(hào)具有以下的意義TPD-噸(2000 lb)氧氣每天，kPa-1000Pa-壓力的S.I.單位(1.0 a加尸101.323kPa),s-時(shí)間單^f立牙少。0046此外，表2中的氮?dú)馄胶膺x擇性吸附劑是高度交換的 Li-X(>95 % Li)，如Chao等的美國(guó)專利號(hào)5,413,625和4,859,217公開的， 這兩個(gè)專利均通過(guò)參考在與此文相一致的程度上引入。雖然在這些專利 中公開了高度交換的LiX吸附劑，應(yīng)當(dāng)理解，吸附劑的層或吸附劑的混 合物可以4吏用且可以優(yōu)選地在VPSA方法的每個(gè)床4吏用(例如，當(dāng)在空 氣中有濕氣時(shí))，而不偏離本專利技術(shù)的范圍。用于本專利技術(shù)的各種吸附劑的 代表性示例包括「但不限于美國(guó)專利號(hào)6,027，548和6，790，260B2中爿>開的 這些吸附劑，這兩個(gè)專利均通過(guò)參考在與此文相一致的程度上引入。也 參見美國(guó)專利號(hào)6,743,745B2; 6,506,234Bl; 6,500,234; 6,471,748Bl;和 6，780,806。吸附劑可以為吸附劑的混合物或分層的吸附劑。優(yōu)選地，不 管它是單種吸附劑、吸附劑的混合物還是吸附劑的層，相同的吸附劑在 所有四個(gè)床中相同。表2:大規(guī)模(〉350 TPD)O2生產(chǎn)示例(圖2-3，操作條件和性能)。 四個(gè)床中的每個(gè)包括用于N2去除的Li-X沸石。下面顯示的結(jié)果,人-使用 包括0.934 % Ar、 78.12 % N2和20.95 % 02的干空氣的VPSA仿真和試-瞼 工場(chǎng)實(shí)驗(yàn)獲得。每個(gè)床中的吸附劑 Li-X進(jìn)料組分(N2/02/Ar) :78.12 %/20.95 % O2/0.934 %高壓 160kPa低壓 30kPa總進(jìn)泮+: 2.85xl06NCFH生產(chǎn)的02數(shù)量 3.58xl05NCFH ( 355TPD 02)氧氣純度 90%總氧氣回收率 60%床尺寸因子 3501b/TPD 02溫度 300K 上述VPSA方法集中于4吏用四VPSA床方法和系統(tǒng)乂人空氣 制氧。在本專利技術(shù)的可本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種真空變壓吸附（ＶＰＳＡ）方法，用于分離含有至少一種可吸附性較強(qiáng)的成分和至少一種可吸附性較弱的產(chǎn)品氣體成分的進(jìn)料供應(yīng)氣體，所述方法包括：將進(jìn)料供應(yīng)氣體連續(xù)地供應(yīng)到兩個(gè)吸附床中每個(gè)的進(jìn)料輸入端中，每個(gè)床包含優(yōu)先地吸附所述可吸附性較強(qiáng)的成分的至少一種吸附劑，且從吸附床的出口端提取所述至少一種可吸附性較弱的產(chǎn)品氣體成分；在由多個(gè)步驟形成的循環(huán)中進(jìn)行生產(chǎn)，在這些步驟中兩個(gè)床同時(shí)地處于進(jìn)料模式而另兩個(gè)床處于再生／回流模式，其中在所述方法期間任何時(shí)刻，僅一個(gè)床處于排空步驟。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：MSA巴克什，A羅辛斯基，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：普萊克斯技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]