專利名稱：原料氣的處理工藝及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理原料氣的一種工藝及設(shè)備。本發(fā)明特別是涉及一種使用至少三個吸附床來除去或至少降低原料氣中某種成分的水平以使其適用于該方法的后續(xù)加工和設(shè)備的變溫吸附(thermal swingadsorption，TSA)方法。本發(fā)明特別適用于在常規(guī)工藝和裝置不適用的情況下從大規(guī)模原料氣中除去一些成分。
背景技術(shù)：
在要對原料氣進行后續(xù)加工的情形下，通常在進行這種后續(xù)加工之前希望或必須除去原料氣中的某些成分。例如，在一種原料氣如空氣中可能存在的高沸點物質(zhì)如水和二氧化碳，在此混合物接下來在低溫下進行處理如冷凍處理之前必須除去。如果高沸點的物質(zhì)沒有除去，它們在接下來的處理中會液化或固化，從而導(dǎo)致在后續(xù)加工中壓力降低、流動困難或其它危害。在對原料氣進一步處理之前，將其中的危險物質(zhì)如爆炸性物質(zhì)適當?shù)爻?，以降低在后續(xù)加工中積聚的危險，從而防止危害。碳氫化合物氣體如乙炔就可能造成這種危害。
在氣體分離工藝中，通常是在分離器內(nèi)用主壓縮機(MAC)將氣體壓縮，接著冷卻并將由此冷凝出來的水除去。氣體可以用例如冷凍乙二醇來進一步冷卻。通過冷凝和分離冷凝物，在這一步驟中大部分水被除去。然后對氣體進行吸附處理，在此通過吸附將原料氣中需除去的成分除去，然后通向氣體分離單元。處理空氣時，常規(guī)是在經(jīng)處理的氣體進入后續(xù)分離工藝之前使原料氣通過所選的優(yōu)先吸附水和二氧化碳的單一吸附劑層或多個單獨的吸附劑層，先除去水再除去二氧化碳。
通過將不需要的成分吸附到固體吸附劑上，從而從原料中除去的幾種已知方法包括變溫吸附法(TSA)和變壓吸附法(PSA)、熱變壓吸附法(TPSA)和熱增強變壓吸附法(TEPSA)。在這些方法中，通常采用兩個并聯(lián)的吸附床，其中一個進行吸附操作時，另一個離線并再生，然后在操作循環(huán)中兩個吸附床的角色周期性交替。在吸附步驟中，吸附床稱為“在線”。
在TSA方法中，吸附步驟會產(chǎn)生吸附熱，引起一個熱脈沖通過吸附床傳向下游。在進氣或在線周期過程中，此熱脈沖可以從吸附床的下游末端穿出。經(jīng)過吸附后，原料氣流從吸附床關(guān)閉，然后吸附床降壓。吸附劑暴露在一股熱的再生氣體流中，通常是來自后續(xù)工藝的廢氣或其它氣體，該再生氣流將吸附劑上吸附的物質(zhì)氣提下來，使其再生以進一步使用。再生通常是以與吸附步驟相反的方向進行的。然后吸附床重新加壓，為重復(fù)吸附步驟作好準備。
PSA系統(tǒng)通常包括一個循環(huán)，其中吸附床在線，然后減壓、再生和在返回在線之前重新加壓。減壓包括釋放減壓氣體從而會導(dǎo)致消耗，通常稱為“轉(zhuǎn)換消耗”。在PSA系統(tǒng)中，再生氣體的壓力要低于原料氣的壓力。正是利用這種壓力的變化將吸附的成分從吸附劑上移去。然而，其循環(huán)時間，例如15到30分鐘，跟TSA系統(tǒng)中所使用的循環(huán)時間，例如2到20小時，相比，一般很短。因此PSA具有包括由于在線運轉(zhuǎn)與再生之間相對較頻繁的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生讓人難以接受的轉(zhuǎn)換消耗等某些缺陷，在大容量設(shè)備的運轉(zhuǎn)中更是如此。
US-A-5656065中記述了一種PSA方法，它采用了分階段循環(huán)操作的三個吸附床，以減少轉(zhuǎn)換消耗和改進后續(xù)工藝的原料氣流的連貫性。第三個吸附床的作用就在于允許一個其中一小股帶壓的原料氣流進入正在進行再生的吸附床的工藝循環(huán)。因此再加壓步驟相對較長，但好處在于使得處理過的氣體進入后續(xù)工藝的中斷縮短。
熱變壓吸附法(TPSA)也適用于用吸附法從原料氣中脫除某種成分。在TPSA系統(tǒng)中，在放了吸附介質(zhì)如活性氧化鋁或硅膠的第一區(qū)中，通常會發(fā)生某種非要求成分的吸附。第二種非要求成分吸附在第二區(qū)中。TPSA采用了兩步再生法，其中一種被吸附成分通過TSA脫附，另一種通過PSA脫附。在US-A-5885650和US-A-5846295中記述了一種TPSA方法。
在熱增強PSA(TEPSA)中，脫附是通過通入一種壓力低于原料氣但溫度高于它的再生氣體，并隨后用冷再生氣體替換熱的再生氣體而發(fā)生的。熱的再生氣體使得循環(huán)時間相對于PSA系統(tǒng)有所延長，從而由于吸附床內(nèi)由吸附產(chǎn)生的熱可以被熱再生氣體的熱部分取代而減少了轉(zhuǎn)換消耗。在US-A-5614000中記述了一種TEPSA方法。
TSA、TPSA和TEPSA系統(tǒng)都需要輸入熱能，且可能需要使用絕緣容器、再生氣體預(yù)熱器和入口端預(yù)冷器，而且通常高溫要求系統(tǒng)具有更嚴格和更高成本的機械規(guī)格。在運行中，預(yù)熱器的使用又會造成額外的能耗。
除非另有說明，“變溫吸附”一詞指的是其中輸入熱能來使吸附劑再生的吸附方法和這種方法的運行設(shè)備，它除TSA外還包括TPSA和TEPSA方法。
TSA設(shè)備一般包括一對吸附器。它們都裝有吸附劑。吸附器可以是包括立式、臥式和放射式在內(nèi)的任何常用類型。
TSA過程中常規(guī)的清洗可能會帶來問題，在使用較大容積吸附器時更是如此，這是由于所處理氣體的流動特性可能會因為避免吸附床過度液化和不能接受的壓力降低而具有局限性。另外，為解決這些問題特別是為適應(yīng)較大的流量而采取的容器幾何形狀的復(fù)雜設(shè)計本身又可能帶來進一步的問題。因而大的容器會帶來一定的問題，它的應(yīng)用有實際的局限性。
為解決流動問題，人們采用了輻流式吸附裝置，但是它們一般要比立式和簡單的臥式容器昂貴。對于放射式吸附床，為達到較高的流量需要床的高度與床的直徑的比率要較高。此外床體的有效厚度一般受床的直徑的限制，而床的直徑本身也受在工廠里制造和裝配時吸附器的運輸?shù)南拗啤４送?，床尺寸還受避免壓力降和流量不均勻的需要的限制。
在臥式吸附床中，床體厚度的降低以及有效床體長度與直徑的比率的升高也有實際限制，因此長臥式吸附床是不理想。
為增加容量，在TSA方法中可以使用“四床”結(jié)構(gòu)，其中兩床在線同時兩床再生，然后再生了的床被設(shè)置在線，而另外的用完的床被再生以提供高的生產(chǎn)能力。四個吸附床通常作為兩對床來運行，兩對吸附床的吸附/再生循環(huán)的階段需要協(xié)調(diào)。這樣就可以使用四個具有常規(guī)外形和設(shè)計的簡單吸附器來避免使用更大規(guī)模設(shè)備會遇到的壓力降和運輸難題。但是這種方法需要非常高的資金投入而且增加了大規(guī)模分離單元的設(shè)計復(fù)雜性。
US-A-5571309描述了一種吸附工藝，其中使高壓和低壓原料氣流通入多個吸附床中的每一個。各床以不同步循環(huán)運行。在單一的吸附循環(huán)期間，給定床的原料氣以低壓和高壓順序送入，并且必須在高壓和低壓供氣階段前要啟用一個再增壓階段。該方法尋求解決由單一吸附單元提供高壓和低壓產(chǎn)品流的問題。
US-A-5571309的方法沒有公開大規(guī)模處理原料氣而并不導(dǎo)致過度的復(fù)雜性和成本的方法，以避免或解決不能接受的高壓力降和原料氣流分布的技術(shù)難題，這些技術(shù)難題與常規(guī)TSA工藝的大規(guī)模運行相關(guān)。
現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)，例如不理想的流體流、床體流化和不能接受的壓力降等技術(shù)問題、以及包括成本、設(shè)計復(fù)雜性和大規(guī)模設(shè)備的運輸困難等經(jīng)濟和實際問題，可以通過采用一種使用至少三個吸附區(qū)的TSA方法來降低或避免，其中在使用中至少有兩個區(qū)總是在線，并且其中原料氣以在該工藝的吸附步驟中基本恒定的壓力被連續(xù)供入該工藝過程。每個吸附區(qū)重復(fù)經(jīng)過吸附和再生循環(huán)，在循環(huán)中每個區(qū)的階段跟其它區(qū)不同，使得在任何給定時間有至少兩個區(qū)在從原料氣中吸附某種成分，并有第三個區(qū)在再生，再生的吸附區(qū)在處于吸附階段的一個吸附區(qū)轉(zhuǎn)為離線再生時或之前要轉(zhuǎn)成在線。通過采取TSA方法，PSA方法所內(nèi)有的特性也避免了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個方面提供了一種降低原料氣中某種成分的水平的方法，它包括將原料氣通過至少三個平行變溫吸附區(qū)，其中每一區(qū)都裝有吸附劑且在一個吸附循環(huán)中運行，吸附循環(huán)包括除去或降低原料氣中某種成分水平的吸附步驟(并且在該循環(huán)中原料氣在吸附步驟中被連續(xù)供至吸附區(qū))、吸附區(qū)的減壓、使所吸附成分脫附的再生步驟和吸附區(qū)的重新加壓，其中每個區(qū)的吸附循環(huán)的階段都要跟其它區(qū)的吸附循環(huán)相協(xié)調(diào)，以便在吸附循環(huán)中任意一點，吸附步驟中的吸附區(qū)數(shù)目都要比不在吸附步驟的吸附區(qū)數(shù)目多。
合適的是，送入吸附步驟的氣體的壓力在給定的吸附循環(huán)中基本恒定。在給定的吸附循環(huán)的吸附步驟期間，原料氣的壓力適宜沒有不連續(xù)的變化。吸附循環(huán)優(yōu)選不包括多于一個的吸附步驟，但是如果確實包括了一個以上的吸附步驟的話，在一個以上的吸附步驟的每一個中的原料氣壓力最好與該循環(huán)中其它步驟中的壓力相同。
優(yōu)選的是，在不同的吸附循環(huán)中原料氣壓力不變，但是可以按需使用與在相同或不同吸附區(qū)的后續(xù)或先前吸附循環(huán)中的壓力不同的原料氣。
原料氣適宜在吸附區(qū)的上游進行分流，以產(chǎn)生多重原料氣流，供入于任意給定時間均在線的至少兩個吸附區(qū)中。
在再生步驟中，一種再生氣體適當通入正在再生的吸附區(qū)中，將吸附的成分脫附，從而使此吸附區(qū)再生以用于新的吸附循環(huán)中的隨后吸附步驟。
有利的是，跟現(xiàn)有工藝方法相比，在給定的設(shè)備規(guī)模下可以保證較高的加工量，而且能避免使用較大規(guī)模設(shè)備來達到相當生產(chǎn)量所帶來的高成本、流量波動和壓力降低等缺點。
本發(fā)明的第二個方面提供了對原料氣中某種成分進行變溫吸附所需的變溫吸附設(shè)備，此設(shè)備包含至少三個平行的適于放置吸附床的變溫吸附區(qū)，和控制原料氣在上述至少三個吸附區(qū)中的流動以使每個區(qū)都經(jīng)歷重復(fù)的吸附循環(huán)的設(shè)備，所述循環(huán)包括一個除去或降低原料氣中某種成分的水平的吸附步驟(并且在該循環(huán)中原料氣在吸附步驟中被連續(xù)供至吸附區(qū))、吸附區(qū)的減壓、使所吸附成分脫附的再生步驟和吸附區(qū)的重新加壓，并且其中每個區(qū)的吸附循環(huán)都要跟其它區(qū)的吸附循環(huán)相協(xié)調(diào)，以便在使用中，吸附步驟中的吸附區(qū)數(shù)多于不在吸附步驟中的吸附區(qū)數(shù)。
再生步驟適當包括向正在再生的吸附區(qū)中通入再生氣體。根據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)備還適當包括控制再生氣體的流動以使每個吸附區(qū)順續(xù)進行再生步驟的設(shè)備，和加熱再生氣體的加熱器。
控制原料氣流的裝置可以包括導(dǎo)管，該導(dǎo)管用于氣流在吸附區(qū)中流動或連接吸附區(qū)和連接每一吸附床至原料氣源和已去除或降低不需要成分的氣體自該裝置的出口，在所述導(dǎo)管中的閥門裝置可以操作以開關(guān)相應(yīng)的導(dǎo)管。尤其優(yōu)選的是，控制氣流的裝置包括的閥門控制裝置被程序化，以順序操作閥門裝置，產(chǎn)生所需的操作吸附循環(huán)。
該裝置還適當包括控制用于再生、減壓和再加壓的氣流的裝置。
在優(yōu)選實施方案中，吸附區(qū)由常規(guī)吸附器限定。優(yōu)選所述裝置包括三個吸附器。
作為實際的優(yōu)點，使用三個各自具有兩個較大吸附器的每一個的一半容量的吸附器，需要的吸附劑比所述的兩個具有兩倍容量的吸附器少約25％。在常規(guī)運行兩個床的大吸附器系統(tǒng)時，一次只有一個床體在線。但是，在運行三吸附器系統(tǒng)時，在給定的時間三吸附器中有兩個在線，提供相當?shù)奶幚砹?。此外，通過將原料氣分為兩股流同時送入兩個吸附器中，與常規(guī)裝置相比，設(shè)備所需的管道和閥門的尺寸將會減小，并產(chǎn)生明顯的成本效益，這是因為閥門成本一般隨其尺寸而顯著增加。
優(yōu)選地，在本發(fā)明裝置中實施本發(fā)明的方法。
適當?shù)?，至少兩個吸附區(qū)處于吸附步驟中，且在吸附循環(huán)期間的任意時刻至少一個是處于再生步驟。優(yōu)選地，在吸附循環(huán)期間的任意時刻，處于吸附步驟中的吸附區(qū)數(shù)目是恒定的，以便有利地提供相對恒定的原料氣處理量并減少在下游工藝中的流量浮動。理想的是，在循環(huán)期間的任意時刻，處于吸附步驟中的吸附區(qū)數(shù)目比吸附區(qū)總數(shù)少一個，以便在任意時刻只有一個區(qū)處于再生步驟，以使原料氣的處理量最大。
在優(yōu)選實施方案中，每一區(qū)的吸附循環(huán)開始的時間不同于其它區(qū)的吸附循環(huán)開始的時間，并且對于所有的吸附區(qū)而言，每一區(qū)的吸附循環(huán)持續(xù)時間基本相同。另外更優(yōu)選的是，每一區(qū)的吸附步驟與其它區(qū)的吸附步驟的持續(xù)時間基本相同。更優(yōu)選的是，吸附步驟與吸附循環(huán)的持續(xù)時間之比不低于吸附區(qū)數(shù)目減一與吸附區(qū)數(shù)目之比。
作為參比，在此所述的吸附循環(huán)被認為是起始于吸附步驟，隨后是減壓、再生步驟和再加壓。
原料氣包含需要的成分和需要通過吸附而從原料氣中除去的成分。例如，原料氣可含有二氧化碳和水。原料氣可以是天然氣或合成氣，且在優(yōu)選實施方案中，原料氣是空氣。經(jīng)處理之后，使該氣適當進入冷凍分離的下游工藝，尤其是為了回收氧和/或氮。
當原料氣含有二氧化碳和水時，通過與第一種吸附劑接觸而對其進行適當處理，以便在適當?shù)卦诘诙N吸附劑上除去二氧化碳之前除去水。合適的吸附劑包括鋁土、硅膠、活性鋁土、浸漬鋁土和分子篩例如X型、A型和LSX沸石。優(yōu)選沸石的硅鋁比為1.0-1.25。水吸附劑材料優(yōu)選為硅膠、活性鋁土或浸漬鋁土，而二氧化碳吸附劑材料可以是分子篩例如沸石。沸石可以是粘合的或非粘合的。優(yōu)選沸石是鈉交換的沸石X、鈉交換的沸石Y或鈣交換的沸石X。需要時，在單個床體中可以使用一種以上的吸附劑，例如作為許多分列的層。
優(yōu)選地，水吸附劑和二氧化碳吸附劑被設(shè)置在復(fù)合床中，二氧化碳吸附劑在水吸附劑的下游，雖然在需要是可以使用分列的床。
優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的TSA工藝的運行是利用至少三個平行的流路和理想地是與吸附區(qū)相同數(shù)目的流路，以使該工藝是以循環(huán)的方式運行，該循環(huán)方式包括用不同步循環(huán)的單獨流路吸附和脫附，以提供通過所述至少三個吸附區(qū)的所述工藝原料氣的假連續(xù)流。這種設(shè)置對于降低成本和工藝設(shè)計的復(fù)雜性也是有益的。
適當?shù)厥窃?50至80℃、優(yōu)選0至60℃、尤其是5至50℃的溫度下將原料氣送入吸附步驟。合適的原料氣壓力至少為100000N/m2，優(yōu)選200000至4000000N/m2，更優(yōu)選200000至3000000N/m2，理想的是200000至2000000N/m2。在吸附步驟中，原料氣被以連續(xù)的方式供入吸附區(qū)中。
在所述工藝中，將原料氣送入吸附區(qū)并使之與適宜為床體型式的吸附劑接觸。當混合物通過吸附劑時，待吸附的組分被吸附，隨后其余的氣體通出吸附區(qū)。在工藝過程中，待吸附氣體的前鋒在吸附劑中形成并從中通過。隨后按需要終止吸附步驟，加熱吸附區(qū)，并任選地對其進行減壓，通過向該區(qū)中通入再生氣體而在再生期間清除吸附的氣體。
所述吸附步驟適宜以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的常規(guī)方式操作。
優(yōu)選地，再生氣體包括由下游工藝循環(huán)的氣體，例如來自空氣分離設(shè)備的干燥且不含二氧化碳的富氮廢氣流。優(yōu)選再生氣體包括氧、氮、甲烷、氫、氬、及其混合物。
吸附劑的再生適宜利用再生氣體在高于床吸附溫度的溫度下、適宜在0-400℃、優(yōu)選40-200℃的溫度下進行。
適宜的是，再生壓力為10000-2000000N/m2，優(yōu)選20000-1500000N/m2。尤其理想的是，再生壓力不超過原料氣壓力的50％。
再增壓可通過經(jīng)由待再生的床體向上游輸送原料氣或向下游輸送處理過的氣體而進行。再增壓氣體的壓力高于吸附區(qū)的壓力。
優(yōu)選地，以再生氣體對原料氣的摩爾流率為0.05-0.8、更優(yōu)選為0.1-0.5運行該工藝。
適宜的是，在TSA工藝和TPSA工藝中，原料氣向吸附區(qū)的送氣時間為6-1000分鐘，優(yōu)選為70-300分鐘。在TEPSA工藝中，原料氣向吸附單元區(qū)的適宜送氣時間為10-150分鐘，優(yōu)選為20-80分鐘。
有利的是，在使用中，當吸附劑在立式或臥式吸附器中為獨立式時，流體流量適宜不超過床體流化發(fā)生時的流量的90％，理想地是不超過70％。
本發(fā)明也允許使用具有不同于其它氣體的特性的獨立原料氣。在被送入吸附循環(huán)時，每種氣體可具有不同的組成或具有不同的性質(zhì)例如流量、壓力、溫度和速度。在這些情況下，每一吸附區(qū)的設(shè)計均考慮到了不同原料的最極端條件，從而使不同的原料可在每一床體間循環(huán)并于其間再生。在給定的吸附循環(huán)中，盡管吸附循環(huán)彼此間的原料氣組成或性質(zhì)可能不同，但原料氣的組成和性質(zhì)不變，并且該氣被連續(xù)送入吸附區(qū)。
本發(fā)明在優(yōu)選實施方案中還提供一種變溫吸附裝置，其包括至少三個吸附器，與每一吸附器流體連通的原料氣入口組件，與呈平行通道排列的所述至少三個吸附器流體連通的出口組件，使原料氣通過每一吸附器并通向出口組件的流控裝置，和包括與所述出口組件流體連通從而使再生氣體能通入每一吸附器的導(dǎo)管和加熱再生氣體的加熱器的再生組件，所述流控裝置和再生組件的排列方式使得每一吸附器在使用中反復(fù)經(jīng)歷一個吸附循環(huán)，該循環(huán)包括吸附步驟、減壓、再生步驟和再增壓，并且每一吸附器的吸附循環(huán)與所有其它吸附器的循環(huán)不協(xié)同，前提是在使用中的任意時間至少有兩個吸附器處于吸附步驟，并且所述流控制裝置在吸附步驟期間將原料氣連續(xù)送入吸附區(qū)中。
本發(fā)明可與其它常規(guī)的氣體分離設(shè)備和其它用于氣體分離的裝置結(jié)合使用。本發(fā)明也可應(yīng)用于其它領(lǐng)域，包括間接用途，例如在船用中解決儲氧的安全間題。對于出于經(jīng)濟、安全或其它因素使得向下游工藝連續(xù)送氣具有重要性的應(yīng)用領(lǐng)域，本發(fā)明提供了優(yōu)勢.例如，對為下游的費-托或甲醇制備工藝可靠供氧的要求十分重要，而本發(fā)明通過可在常規(guī)模式下操作而提供了安全性，即在第三吸附器失靈的情況下例如當遇緊急情況時或當工藝定期停歇時利用一對床體。


圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的兩床TSA工藝操作的常規(guī)循環(huán)。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的方法和圖2的裝置的操作循環(huán)。
具體實施例方式
圖1和3中，“D”表示減壓，“R”表示再增壓，“REGEN”表示再生。圖1中示出了常規(guī)TSA工藝循環(huán)，其中第一床的吸附劑在線，接納原料氣并吸附該氣中的至少一種不需要的成分，隨后將經(jīng)處理過的原料通向下游，任選地用于進一步處理。第一床在線的同時，對第二床順序進行減壓、通過在線時使再生氣體以相對原料氣反流通過所述床體而進行再生、然后進行再增壓。至少在再生的起始階段對再生氣體進行加熱，以提供通過整個第二床體并對吸附的不需要的成分進行脫附的熱脈沖。然后對第二床體進行再增壓。再增壓之后，將第二床轉(zhuǎn)至在線運行，而使第一床離線并對之進行減壓、再生和再增壓處理。
常規(guī)的TSA工藝一般的循環(huán)時間為幾個小時，而常規(guī)的PSA工藝的循環(huán)時間為幾十分鐘。因此，利用下游的經(jīng)處理的氣體來對正在進行再生的床體進行再增壓不會對下游物流的連續(xù)性產(chǎn)生與PSA工藝中相同程度的不利影響。
示于圖2中的用于本發(fā)明的裝置包括平行排列的三個吸附劑床1、2和3。每一床體均通過相應(yīng)的入口閥4、5和6連接連至原料氣源8的入口歧管7。床體1、2和3中的每一個的入口端還通過相應(yīng)的排氣閥10、11和12連接至第一排氣歧管9。床體1、2和3中的每一個的出口通過相應(yīng)的出口閥13、14和15連至出口歧管16，該出口歧管16連接下游處理裝置比如空氣分離裝置的冷箱17。將來自例如空氣分離裝置的再生氣體于輸入端18通過加熱器19供至圖2裝置中，所述加熱器19周期性啟動以提供再生氣體的熱脈沖并且連接床體1、2和3中的每一個的出口端，使反流清洗流通過相應(yīng)的入口閥20、21和22。床體1、2和3的出口通過閥門23、24和25彼此互連，以允許來自出口歧管16的再增壓氣流。以已知的方式提供適當?shù)目刂剖侄?未示出，但以新的順序)對控制閥的操作進行控制，以提供分階段進行的床體1、2和3的吸附循環(huán)。
床體1、2和3的運行階段示于圖3中，該圖中示出了一個吸附循環(huán)。正是這一循環(huán)得以重復(fù)進行。圖3中可見，在每一床的在線或進料期間，其它床中的至少一個也同時在線。每一床順序進行在線、減壓(D)、再生和再增壓(R)操作。當在ta第一床1被離線時，使經(jīng)過在tc被減壓、再生和再增壓的再生的床2在線。這期間，第三床3在線(該床在第一床1的吸附步驟期間于tc時開始在線)，隨后在第二床的吸附步驟期間在使第一床1在線后于tb被離線。被離線后，第一床隨后被減壓、再生和再增壓，然后使其于tb在線，此時使第三床離線并對其進行減壓、再生和再增壓。
當使一床離線而使另一床在線時，會產(chǎn)生兩床均在線的短時交錯時間，這使閥門的機械開合操作得以進行。
適當調(diào)整各床的循環(huán)，以使各床在線期內(nèi)有例如10-20秒的交錯期。在這些交錯期內(nèi)，可進行排氣以維持處理過的氣體有恒定輸出。
易于理解的是，在示于圖2的裝置的變體中可同時包括另外的床體。
以下參照下列非限制性實施例和

本發(fā)明。
實施例1-6和對比例A1-A12通過模擬，對示于圖2并按圖3所示分階段進行吸附循環(huán)的利用立式床體的本發(fā)明的TSA系統(tǒng)的效力進行評估。
根據(jù)示于圖1的常規(guī)TSA循環(huán)模擬常規(guī)工藝的雙床和兩對床的操作，其中為對比而使所述的床體交替在線和離線。
以1000000Nm-2、600000Nm-2和300000Nm-2對三組運行進行了模擬。
使用密度為640kg/m3的沸石13X作為吸附劑。交替利用小吸附劑珠和大吸附劑珠進行模擬運行，小珠直徑為1.0至2.4mm，大珠直徑為2.4至5mm。
洗氣對空氣的摩爾比(P/A)為0.15，接觸時間定為7秒，原料氣的溫度為15℃。床體直徑為5米。在給定壓力下各運行的床體流化率近似恒定并低于70％。使用的最大再生溫度為140℃。
結(jié)果示于表1-3中。
表1-1000000Nm-2的立式床

DP(空氣)是指在線操作時的壓力降，DP(熱洗氣)是指再生步驟期間的壓力降。
表2-600000Nm-2的立式床

表3-300000Nm-2的立式床

由以上結(jié)果可見，在實施例1-6中，通過加入第三床并且使各吸附循環(huán)不同步進行，可以獲得與常規(guī)的雙床系統(tǒng)相比顯著更高的空氣流量并與常規(guī)的四床系統(tǒng)相當?shù)目諝饬髁?。用三床而非四床，可以獲得資本和可變成本的巨大節(jié)省。
實施例7和8以及對比例B1和B2在與實施例1-6和A1-A12相同的條件下，對5米直徑和2米深的立式床進行了一系列模擬。壓力為600000Nm-2。
結(jié)果示于表4中。
表4

對于給定的空氣流量根據(jù)本發(fā)明進行操作，使得可以利用長度比在常規(guī)工藝中可用的更短的立式床體?；蛘撸瑢τ诮o定的床體長度，本發(fā)明使得可以獲得比常規(guī)工藝顯著更高的處理量。
實施例9和對比例C1在與實施例1-6和A1-A12相同的條件下，對5米直徑和1.2米深的裝有小珠尺寸吸附劑的放射式床進行了一系列模擬。壓力為600000Nm-2。
結(jié)果示于表5中。

對于給定的空氣流量根據(jù)本發(fā)明進行操作，使得可以利用長度比在常規(guī)工藝中可用的顯著更短的放射式床體?；蛘撸瑢τ诮o定的床體長度，本發(fā)明使得可以獲得比常規(guī)工藝顯著更高的處理量。
權(quán)利要求
1.一種降低原料氣中某種成分含量的方法，包括向至少三個平行的變溫吸附區(qū)中通入原料氣，其中每一區(qū)均含有吸附劑并且在吸附循環(huán)中運行，所述循環(huán)包括除去或降低原料氣中所述成分含量的吸附步驟并且在該循環(huán)的吸附步驟中原料氣被連續(xù)送入吸附區(qū)、吸附區(qū)減壓、使吸附的成分脫附的再生步驟和吸附區(qū)的再增壓，其中每一區(qū)的吸附循環(huán)相對于其它各區(qū)的吸附循環(huán)而分階段進行，以便在所述吸附循環(huán)中的任意時刻，處于吸附步驟的區(qū)數(shù)多于未處于吸附步驟的區(qū)數(shù)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中將所述的已從中除去不需要的成分的原料氣供至下游的冷凍分離工藝。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中所述的原料氣選自合成氣、天然氣和空氣。
4.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述的吸附劑選自鋁土、硅膠、活性鋁土、浸漬鋁土和分子篩。
5.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述的不需要的成分包括二氧化碳和水，所述的吸附劑包括選自硅膠、活性鋁土、浸漬鋁土和鋁土的第一種吸附劑和包括沸石的第二種下游吸附劑。
6.權(quán)利要求5的方法，其中沸石選自硅鋁之比為1.0-1.25的X型、A型、LSX型沸石。
7.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述的原料氣的溫度為-50至80℃。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述的原料氣的溫度為5至50℃。
9.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中吸附劑的再生是在0至400℃的溫度下進行的。
10.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中通過再生氣體對吸附劑進行再生，再生氣體與原料氣的摩爾比為0.05-0.8。
11.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中再生氣體的壓力為10000-2000000N/m2。
12.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中原料氣的壓力至少為100000N/m2。
13.權(quán)利要求12的方法，其中原料氣的壓力為200000-4000000N/m2。
14.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中原料氣的溫度為5至50℃，壓力為200000-4000000N/m2。
15.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中輸入吸附步驟的氣體的壓力基本恒定。
16.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中吸附區(qū)的再增壓是通過將一種較高壓力的氣體由吸附區(qū)的上游供入該區(qū)而進行的。
17.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中所有吸附區(qū)的吸附循環(huán)持續(xù)時間基本相同。
18.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中吸附步驟與吸附循環(huán)的持續(xù)時間之比不低于吸附區(qū)的數(shù)目減一與吸附區(qū)的數(shù)目之比。
19.前述權(quán)利要求中任一項的方法，有三個吸附區(qū)。
20.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中在循環(huán)期間的任意時刻處于吸附步驟的區(qū)數(shù)比吸附區(qū)的總數(shù)少一。
21.一種對原料氣的某種成分進行變溫吸附的變溫吸附裝置，該裝置包括適宜容納吸附劑床的至少三個平行變溫吸附區(qū)和控制原料氣流通過所述的至少三個區(qū)以使每一床經(jīng)歷重復(fù)的吸附循環(huán)的裝置，所述循環(huán)包括除去或降低原料氣中所述成分含量的吸附步驟并且在該循環(huán)的吸附步驟期間原料氣被連續(xù)送入吸附區(qū)、吸附區(qū)減壓、對吸附的成分進行脫附的再生步驟和吸附區(qū)的再增壓，其中每一區(qū)的吸附循環(huán)相對于其它各區(qū)的吸附循環(huán)而分階段進行，以便在使用中，處于吸附步驟的區(qū)數(shù)多于未處于吸附步驟的區(qū)數(shù)。
22.一種變溫吸附裝置，包括至少三個吸附器，與每一吸附器流體連通的原料氣入口組件，與呈平行通道排列的所述至少三個吸附器流體連通的出口組件，使原料氣通過每一吸附器并通向出口組件的流控裝置，和包括與所述出口組件流體連通從而使再生氣體能通入每一吸附器的導(dǎo)管和加熱再生氣體的加熱器的再生組件，所述流控裝置和再生組件的排列方式使得每一吸附器在使用中反復(fù)經(jīng)歷一個吸附循環(huán)，該循環(huán)包括吸附步驟、減壓、再生步驟和再增壓，并且每一吸附器的吸附循環(huán)與所有其它吸附器的循環(huán)不同步，前提是在任意時間至少有兩個吸附器處于吸附步驟，并且所述流控裝置在吸附步驟期間將原料氣連續(xù)送入吸附區(qū)。
23.權(quán)利要求21或22的裝置，其中吸附區(qū)由選自臥式、立式和放射式的床體容器限定。
24.權(quán)利要求21-23中任一項的裝置，其中控制原料氣流的裝置包括導(dǎo)管，其用于氣流在吸附區(qū)中的流動或連接吸附區(qū)和連接每一吸附床至原料氣源和已去除或減少不需要成分的氣體由該裝置的出口，在所述導(dǎo)管中的閥門裝置可以操作以開關(guān)相應(yīng)的導(dǎo)管。
25.權(quán)利要求21-24中任一項的裝置，其中控制原料氣流的裝置包括的閥門控制裝置被程序化，以順序開動閥門裝置，產(chǎn)生所需的操作吸附循環(huán)。
26.權(quán)利要求21-25中任一項的裝置的用途，用于權(quán)利要求1-20中任一項限定的方法中。
全文摘要
一種用于降低原料氣如空氣中某種成分含量的方法，包括使所述氣體通入裝有吸附劑的至少三個平行的變溫吸附區(qū)并按吸附循環(huán)運行。每一吸附區(qū)的循環(huán)均相對其它區(qū)的循環(huán)而分階段進行，以便在循環(huán)期間的任意時刻，處于吸附步驟的吸附區(qū)數(shù)多于未處于循環(huán)步驟的吸附區(qū)數(shù)。變溫吸附裝置，具有至少三個平行的變溫吸附區(qū)和控制原料氣流通過吸附區(qū)以使每一床體經(jīng)歷重復(fù)循環(huán)的裝置，所述循環(huán)與其它吸附器的循環(huán)不協(xié)同，前提是在使用中的任意時間至少有兩個吸附器處于吸附步驟。
文檔編號F25J3/08GK1475296SQ0313323
公開日2004年2月18日 申請日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月19日
發(fā)明者M·卡爾巴斯, M 卡爾巴斯, P·希金博塔姆, 鴆┧ 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司