r>[0028] 使用较高压力的又一个结果在于，二氧化碳吸附将比在较低压力下更有利;并且 结果，将需要较少的分子筛吸附剂来吸附二氧化碳，并且将二氧化碳空气中的含量降低至 对于空气分离所需的预定的、必须的低水平。在此处已由发明人发现的是，在吸附二氧化碳 所需的分子筛吸附剂上的此类减少将大致随着压力的每次增大而减小，直到压力为 400psia到60化Sia之间的范围内。例如，化X的体积将在此压力范围内减少17%到23%之间。 随着压力增大，在60化Sia之上，将不存在吸附二氧化碳所必需的分子筛吸附剂的量上的实 质减少。在此类较高压力下，将仅存在24%的进一步减少。尽管本论述内容已集中于使用氧 化侣层和分子筛层两者的吸附剂床，但相同的论述内容将应用于仅利用了分子筛吸附剂的 吸附剂床。
[0029] 此处将注意到的是，尽管在本文中和在权利要求中论述了水蒸气和二氧化碳除 去，但将理解的是，其它杂质（例如，一氧化二氮、乙烘和其它碳氨化合物)也将通过吸附剂 或多种吸附剂来除去。然而，水蒸气和二氧化碳W远高于此类其它杂质的浓度出现，并且因 此将对所需的吸附剂的量具有最大的影响。
[0030] 如可领会的那样，尽管吸附剂的成本将降低，但电功率的放空成本将线性地增加。 然而，由压力下降引起的成本将减少，因为此压力下降变为在较高压力下对空气进行加压 的成本的较小部分。运可在图4中见到。再次地，在4(K)psia至化OOpsia之间的此压力范围内， 总功率消耗将为最小的。
[0031] 然而，在较高压力下简单地操作吸附剂床将并非必定在4(K)psia到eOOpsia的压力 范围内允许成本降低，因为各个吸附剂床的壁厚度将必须比在较低压力下的壁厚度更大， W经得起较高的床压力。在此方面，在吸附剂床尺寸上的限制在于穿过床的气体的速度必 须不超过将发生床流化的水平。然而，在较高压力下，运是协作地作用的，因为气体密度增 大。由于穿过任何封闭通路(例如，管，或就那点而论，吸附剂床)的流为密度、速度和横截面 流动面积的乘积，当密度增大时，对于恒定的流动速率，速度必须减小。同样地，在高压力 下，吸附剂床的所需直径将在小于较低压力下的所需直径，因为作为直径的函数的吸附剂 床的截面面积将为较小的，W提供将避免床流化的空气的气体速度。因此，如果吸附剂床的 直径减小至将空气的空气速度设置为低于否则将发生吸附剂床流化的水平的最小直径或 最小截面流动面积，则金属(典型地，钢)的厚度将为最小的，W便含有吸附剂的压力容器的 制造成本对于此压力范围将为最小的。
[0032] 尽管本发明已参考优选实施例来描述，但本领域中的技术人员将想到的是，可在 不脱离如在所附权利要求书中阐明的本发明的精神和范围的情况下做出诸多改变和添加。
【主权项】
1. 一种用于空气分离装备的多级空气压缩系统，其包括： 一系列压缩级，以压缩空气； 所述压缩级具有压缩机、在所述压缩机之间的级间冷却，以冷却所述空气并除去水蒸 气； 变温吸附单元，以吸附水蒸气和二氧化碳，并且包括吸附床，所述吸附床具有由分子筛 形成的至少一种吸附剂； 所述变温吸附单元位于所述压缩级的中间位置上，使得空气压力在进入所述吸附剂床 中时为大约400psia到大约600psia之间，并且水蒸气已通过所述空气的级间冷却或后冷却 而从所述空气除去至250ppmv到500ppmv之间的水平；以及 各个所述吸附剂床尺寸确定为包含一定体积的所述至少一种吸附剂，其足够使所述水 蒸气和二氧化碳降低至预定水平，并且具有将使所述空气的空气速度设为在将发生吸附剂 床流化的水平以下的水平的最小横截面流动面积。2. 根据权利要求1所述的多级空气压缩系统，其中，所述至少一种吸附剂为包含在各个 所述吸附剂床内的两层中的氧化铝吸附剂和所述分子筛吸附剂。3. 根据权利要求1或权利要求2所述的多级空气压缩系统，其中，所述压缩级具有高速 永磁电机，以驱动所述压缩机。4. 根据权利要求3所述的多级空气压缩系统，其中： 所述一系列压缩级包括压缩级的初始系列和与所述压缩级的所述初始系列成流动连 通的两个增压器压缩级，以产生用于加热由所述空气分离装备产生的加压流的第一增压空 气流，以及用于在涡轮膨胀器内膨胀来向所述空气分离装备提供制冷的第二增压空气流； 以及 所述变温吸附单元位于所述一系列压缩级与所述两个增压器压缩级之间。5. -种用于空气分离装备的压缩空气的方法，其包括： 在一系列压缩级中压缩所述空气； 在位于所述压缩级的中间位置上的变温吸附单元内吸附所述空气中的水蒸气和二氧 化碳，使得水蒸气和二氧化碳在大约400psia到大约600psia之间的空气压力下吸附； 在吸附所述水蒸气和二氧化碳之前将水蒸气从所述空气除去，使得所述空气在进入所 述变温吸附单元时具有250ppmv到500ppmv之间的水蒸气，所述水蒸气由位于所述变温吸附 单元的上游的压缩级内的所述空气的级间冷却或后冷却来除去； 在由分子筛形成且以足够的体积包含在各个所述吸附剂床中的至少一种吸附剂内吸 附所述水蒸气和二氧化碳，以使所述水蒸气和二氧化碳降低至预定水平；以及 将穿过各个所述吸附剂床的所述空气的空气速度设成低于将由于各个所述吸附剂床 的最小横截面流动面积而引起吸附剂床流化的水平，在所述最小横截面流动面积以下将发 生吸附剂床流化。6. 根据权利要求5所述的方法，其中： 所述至少一种吸附剂为氧化铝吸附剂和分子筛吸附剂；以及 所述空气通入所述氧化铝吸附剂的层中，并且然后通入所述分子筛吸附剂的层中。7. 根据权利要求6或权利要求7所述的方法，其中，所述压缩机由高速永磁电机驱动。8. 根据权利要求7所述的方法，其中： 所述空气在所述一系列压缩级的压缩级的初始系列中最初地压缩，并且然后在与所述 压缩级的所述初始系列成流动连通的两个增压器压缩级中压缩，以产生用于加热由所述空 气分离装备产生的加压流的第一增压空气流，以及用于在涡轮膨胀器内膨胀来向所述空气 分离装备提供制冷的第二增压空气流;并且 在位于所述一系列压缩级与所述两个增压器压缩级之间的位置处的所述变温吸附单 元内吸附所述水蒸气和二氧化碳。
【专利摘要】一种用于空气分离装备的空气压缩系统及方法，在其中，空气在一系列压缩级中压缩，并且变温吸附单元吸附水蒸气和二氧化碳。变温吸附单元位于压缩级的位置处，使得在进入吸附剂床中时空气压力为在大约400psia至大约600psia之间。该单元的各个吸附剂床具有最小横截面流动面积，该最小横截面流动面积将空气的空气速度设置为在将发生吸附剂床流化的水平之下的水平。此操作允许吸附剂床的制造成本降低，因为需要较少的吸附剂和较小的吸附剂床，同时功率消耗将为最小的。
【IPC分类】F25J3/00
【公开号】CN105431697
【申请号】CN201380026320
【发明人】M.哈施, M.C.约翰逊, J.罗亚尔
【申请人】普莱克斯技术有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2013年4月23日
【公告号】CA2870071A1, CA2870071C, EP2861917A2, US8647409, US9393517, US20130312427, US20150283497, WO2013176816A2, WO2013176816A3