专利名称：：等压移动床连续气体净化器的制作方法
技术领域：
：本发明总的来说涉及在连续和基本上等压的条件下使用吸附材料颗粒移动床分离气体混合物的方法和系统。更具体地说，本发明涉及在连续和基本上等压的条件下使用这种移动床吸附系统从气体特别是从将导入低温气体分离设备的空气中去除污染物的方法和系统。在空气中净化和回收某些气体前，特别是用低温方法进行这种净化和回收时，必须将空气净化以便从中去除污染物诸如水和二氧化碳。季节性和每日的气候变化带来了从待处理的空气去除这类污染物的困难。在使用低温气体分离设备处，空气中如二氧化碳和水蒸汽的浓度分别超过约0.25至约0.1ppm时，这些污染物就会在所述设备中热交换器的冷却装置上冷凝和/或冻结。结果，会引起设备热交换器通道的堵塞以及阻碍输入空气的流动。净化空气常规的方法包括使用固定床吸附系统的间歇处理方法。这里，空气在约100psia(磅/英寸2，绝对压力)的压力和约室温或更低的温度下通过两张包含吸附材料的分开的床的第一张，直到第一张床的吸附材料载满了二氧化碳和水。这一般在约4-6小时的时间内出现，此时将导入空气的通过开关打到第二张床上。依此维持将输入空气的二氧化碳和水连续地去除。当开关打到第二张床时，通过在低压(在约15-20psia的范围内)和升高的温度(在约150-500°F的范围内)下用清洗气(通常是来自低温空气分离系统的废气)清洗来再活化第一床的吸附材料。这种吸附和再活化处理的循环的压力和温度调节过程被分别称为变压吸附和变温吸附。通过各种现象-吸附和再活化的条件最佳化的努力来进行这些调节。在这些常规的净化系统中，输入空气通常在与吸附床接触前被冷却。这种冷却对维持空气中可重复使用的少量水是必需的。这种固定床吸附系统存在着缺点，即由于这种系统的循环特征它是能量密集型的。固定床吸附系统也需要循环操作使用的阀、管道和附加容器带来的额外的基建费用。固定床吸附系统也需要大量的生产设备占地面积。美国专利5336300(Yoshino)提供了使用移动床工艺分离主体气体的例子。该方法在一密封区使用了一种颗粒吸附剂来从混合气体中去除气态组分，然后将颗粒吸附剂转移到第二个密封区来将气态组分从颗粒吸附剂解吸出来。这种颗粒吸附剂得到了再活化，然后它们被送回到第一密封区。因为使用了不同密封区，该方法在不同压力下操作，其压力取决于具体密封区所起的功能。这可改善解吸效率。但是，吸附材料颗粒的磨损在操作时可能在压力变化处升高。该’300专利的系统也包括将吸附材料从一密封区转移到另一密封区的旋转阀。这些旋转阀增加了系统的复杂性和费用，并用因为它们转动时和阀的组互作用而导致吸附材料磨损的增加。这些移动床主体气体分离器的另一缺点也是由于在两种不同压力(一种为吸附压力，另一种为解吸压力)操作而产生的相互于阀和管道需求方面的额外的基建费用以及伴随它的维持费用的增加。尽管变压吸附和变温吸附从能量使用方面、从系统简单性。基建费用和减少能量方面都可以接受，但是消除变压吸附将是需要的。因此就需要有在基本上等压的条件下使用移动床吸附系统将气体混合物分离成其组分气体。更具体地说将被污染的气体进行净化的方法和系统。在将污染气体诸如空气(特别是将导入低温分离设备的空气)中的污染物去除之外，所述气体中的污染物(如二氧化碳和水)以有效地利用费用和空间的方式基本上全部得以去除。本发明涉及在基本上等压的条件下进行气体混合物的连续分离的方法和系统。这些方法和系统特别适合于利用吸附材料颗粒的移动床从受污染气体中除去污染物的情况。更具体地说，本发明提供了从空气特别是从将导入到低温空气分离设备的空气中去除污染物(如二氧化碳和水)的方法和系统。例如，在本发明的主体分离方面，提供了在连续和基本上等压的条件下从气体混合物中分离一种或多种组分的方法。这种分离方法包括下列步骤(a)在系统内的吸附段中装上一吸附材料；(b)将待分离的气体混合物和在吸附段中的吸附材料接触以吸附一种或多种在气体混合物中的组分；(c)用清洗气移除和再活化载满组分的吸附材料并将再活化的吸附材料返回到吸附段；和(d)回收一部分分离的气体。该方法也包括下列步骤(e)在系统的第二个吸附段中装上一种吸附材料并且将从步骤(b)得到的经分离的气体混合物和在第二吸附段的吸附材料相接触以便从中吸附第二种组分；(f)用清洗气移除和再活化载满第二种组分的吸附材料并且将再活化的吸附材料送回到第二吸附段；和(g)回收经分离的气体。如上所述，该方法在连续和基本上等压的条件下操作。在本发明的气体净化方面，提供了在连续和基本上等压的条件下净化污染气体诸如空气的方法。这种净化方法包括下列步骤(a)在系统的吸附段中装上一吸附材料；(b)将待净化的污染气体与吸附段中的吸附材料接触以便吸附污染气体中的污染物；(c)用清洗气移除和再活化载满污染物的吸附材料并且将再活化的吸附材料送回吸附段；和(d)回收经净化的气体。所述污染气体净化方法可选地还包括下列步骤(e)在系统的第二个吸附段装上吸附材料并且将来自步骤(d)的净化气体和第二吸附段中的吸附材料接触以便从中吸附第二种污染物；(f)用清洗气移除和再活化载满第二种污染物的吸附材料并且将再活化后的吸附材料送回到第二吸附段；和(g)回收进一步净化后的气体。如上所述，该方法在连续且基本上等压的条件下操作。在本发明的所述系统实施方案中，提供了在连续且基本上等压的条件下从气体混合物中分离一种或多种组分的系统。这种分离系统包括(a)含有附材料移动床的吸附区；(b)将待分离的气体混合物和吸附区中的吸附材料移动床接触的装置，从而，吸附材料渐渐载满所述气体混合物中的一组分；(c)用于将来自吸附区的载满所述组分的吸附材料再活化的解吸区；(d)将再活化后的吸附材料从解吸区送回吸附区的装置；和(e)回收部分分离的气体的装置。如上所述，该系统在连续且基本上等压的条件下操作。此外，提供了在连续且基本上等压的条件下净化污染气体的系统。这种净化系统包括(a)含吸附材料移动床的吸附区；(b)将污染气体和吸附区中的吸附材料移动床接触的装置，吸附材料逐渐载满气体中的一污染物得到一净化气体；(c)用于将来自吸附区的载满所述污染物的吸附材料再活化的解吸区；(d)将再活化的吸附材料从解吸区送回吸附区的装置；和(e)从吸附区回收净化气体的装置。该系统还可包括(f)含吸附材料移动床的第二吸附区；(g)将所述净化气体和第二吸附区的吸附材料移动床接触的装置，吸附材料逐渐载满气体中的第二种污染物得到进一步净化的气体；(h)将来自第二吸附区的载满污染物的吸附材料再活化的第二解吸区；(i)将再活化后的吸附材料从第二解吸区送回第二吸附区的装置；和(j)从第二吸附区回收经进一步净化的气体的装置。如上所述，该系统在连续且基本上等压的条件下操作。本发明的益处具体可从吸附材料颗粒移动床的使用中看到，整个系统运作中均使用了基本上等压的条件，清洗需求降至最小。此外，空气中大部分主要污染物(如二氧化碳和水)在分开的吸附床上吸附有助于达到最佳的气体净化以及最佳的分离气体混合物的效果。通过使用较少的阀、较少的管道、较少的容器和简化的控制系统，这些益处带来了基建费用的降低。通过实施本发明，也降低了维持费用。图1描绘了一个吸附-再活化通道的按照本发明的系统的流程图。图2描绘了两个吸附-再活化通过的按照本发明的系统的流程图。图3描绘了降低清洗要求因而提高效能的按照本发明的系统的示意图。图4描绘了进一步降低清洗要求从而进一步提高效能的按照本发明的系统的示意图。图5是在13X分子筛上作为清洗气负荷函数的水负荷(1磅/水1磅清洗气流)和温度的曲线图。在该图中，■代表在13X分子筛子1％的水预载；◆代表在13X分子筛上1.5％的水预载；▲代表在13X分子筛上2％的水预载。图6是作为清洗气负荷的函数的分子筛上二氧化碳的负荷(1磅/水1磅清洗气流)和温度的曲线图。在该图中，■代表每磅13X分子筛0.00001磅二氧化碳；◆代表每磅13X分子筛0.00002磅二氧化碳；▲代表每磅13X分子筛0.00003磅二氧化碳。在图3和4中，细流线代表空气流，粗流线代表吸附材料颗粒流。在本发明一优选的方面，提供了在连续和基本上等压的条件下净化污染气体的方法，该方法通过使污染气体和吸附材料颗粒移动床接触来从污染气体中去除污染物。该方法包括在一系统内的吸附段装置一吸附材料颗粒流动床。待净化的污染气体和该吸附段的吸附材料接触而从污染气体中吸附污染物。然后将所得的载满污染物的吸附材料从吸附段转移到再活化段，在那里被吸附的污染物从吸附材料中去除，从而将吸附材料再活化。所吸附的污染物可回收。得到的经净化的气体也被回收。在分离气体混合物而不是净化污染气体的主体分离情况下，可以这种方式除去气体混合物的一种或多种组分，得到分离或部分分离的气体。从吸附段(本文中也称为“第一吸附段”)排出的已从中除去污染物(本文中也称为“第一种污染物”)的净化气体然后可选地在第二吸附段中与一吸附材料相接触，从而将净化气体中的第二种污染物吸附到吸附材料上。然后将来自第二吸附段的载满污染物的吸附材料转移到第二再活化段，在那里将第二种污染物从吸附材料中除掉，从而将吸附材料再活化。进一步净化后的气体从第二吸附段回收，它基本上都不含第一种污染物和第二种污染物。在本发明的这种将化污染气体的两阶段情况下，大部分第一种污染物和小部分第二种污染物在第一吸附段被吸附，小部分第一种污染物和大部分第才种污染物在第二吸附段被吸附。同样，在分离气体混合物的情况下，所分离气体混合物的第一种和第二种组分也可以这种方式去除。此外，大部分第一种污染物和小部分第二种污染物可在第一再活化段从载满污染物的吸附材料上除去，而大部分第二种污染物和小部分第一种污染物可在第二再活化段从载满污染物的吸附材料上除去。同样，所分离气体混合物的第一和第二种组分可以同样方式去除。如上所述，这种和吸附材料颗粒的再活化相联系的从待净化气体中去除污染物是通过使用清洗气来达到的。在本发明的污染气体净化方法中，少量的净化气体或深净化气体可供作清洗气。按照所用清洗气体温度的不同，可用较小量的净化气体或深净化气体作为清洗气来有效地再活化吸附材料颗粒。当然，从吸附材料颗粒中除去的污染物包含于所用清洗气中，作为排空流排掉。通过使用较高的清洗气温度，用同样体积的清洗气可从吸附材料颗粒除去更大浓度的污染物。因此，较小体积的清洗气被作为排空流排掉。本发明的另一方面提供了在连续和基本上等压的条件下净化污染气体和分离气体混合物的系统。这里根据净化污染气体的情况讨论，这种系统包括含有吸附材料的吸附区。该系统也包括将来自吸附区的载满污染物的吸附材料再活化的再活化(或解吸)区。将待净化污染气体送到吸附区，然后回收得到的部分净化的气体。将再活化的吸附材料从解吸区送回吸附区。这样，在吸附区提供了再活化吸附材料的连续供应以从通过的气体中去除污染物。可选地，可以二段系统的方式建立第二吸附-再活化通道来净化气体。这种深净化可通过将净化气体导入到第二吸附区来达到。在该第二吸附区后面，包括有用于将来自第二吸附区的载满污染物吸附材料再活化的第二再活化(或解吸)区。净化气体被送到第二吸附区同时深净化气体被回收。尽管本发明一般可应用于气体混合物的分离、特别是污染气体的净化、尤其是将进行低温分离的空气的净化，为简洁起见，本发明将按照污染气体的净化来描述，特别是按照从空气去除二氧化碳和水蒸汽的情况来描述。在一个以上吸附-再活化通道上去除污染气体中的污染物特别是需要从中去除一种以上污染物时的情况属本发明的范围之内。在两个以上吸附-再活化通道上去除污染气体中的污染物特别是需要从中去除二种以上污染物时的情况也属本发明的范围内。在后一种情况下，可能需要建立各自通道来去除每一种污染物(或其主要部分)，并且在各个通道之间建有适当的连接装置。如果需要，可用和再活化(解吸)区相连的适当的回收装置从吸附材料颗粒上回收吸附的污染物。现在本发明将参照图1和2来详细加以描述。正如本文后面要详细描述的那样，待净化污染气体一般含有约少于总污染气体量10％、优选少于约5％的一种或多种污染物。在图1和2中，来自空气压缩机(未绘出)的压缩空气原料流11以约90-100psaia的压力通过翅叶冷却器12。在本发明的整个运作中维持该压力的基本恒定。翅叶冷却器12用于将压缩时升温的空气流11冷却至约为环境温度。通过伸入到区14的分布器13将压缩空气(尽管也可使用更低温的空气，但一般使用处于或接近环境温度下的空气)连续送到塔1中。在进入水吸附器15前，空气流11在作为喷混室的在水吸附器15的第一塔盘151下面的空区区域14中分布。本发明的等压移动床连续气体净化器装配了移动床形式的吸附材料颗粒，诸如流化盘系统、活塞或流动系统、多层活塞式流动系统、等以及其混合形式。在系统的吸附段内，优选使用流化盘系统。这种系统有效地增加了待净化气体通过的通道长度。在系统的再活化段，优选使用多层活塞式流动系统。移动床材料可调节成与待将化空气逆流、顺流或错流的方式流动，但优选逆流方式。通过调节吸附材料颗粒的流速而不是提供更大的吸附床，本发明的等压移动床连续气体净化器避免了已知的由于气候变化引起的固定床净化系统的问题。例如，在空气中水含量比较低的冬天，可用较低流速的吸附材料颗粒去除空气中的水，而在湿热的夏天气候条件下，则一般需要用较高流速的吸附材料颗粒来去除空气中的水蒸气。通过改变吸附材料颗粒的流速，可将约同样体积的空气净化到同样的程度而不会增加额外的基建费用诸如过大固定吸附床的费用。本发明运作所用的恒压可以是常压，也可以是大于约1个大气压、约3个大气压或约6个大气压的压力。如上所述，空气流在水吸附器15的流化盘151-158中和吸附材料颗粒150逆流接触。这样，空气中所含的水被流化吸附材料颗粒150吸附。参照图2，它显示由于空气与吸附材料颗粒150和相互作用而产生的吸附热，空气流16是以一升高的温度流出水吸附器15的。升温的空气流16通过翅叶冷却器12时被冷却。这种中间冷却为来自翅叶冷却器12的冷却空气流17通过分布器171进入塔1作好了准备。分布器171位于本身在流化盘181-188上含有吸附材料颗粒180的二氧化碳吸附器18的底部。尽管冷却后的空气流17可在它处导入到塔1中，但优选在水吸附器15和二氧化碳解吸器18之间塔1的一中间点导入。在空气污染物去除的程度相同的情况下，本发明比常规的填充固定床使用较少的吸附材料。更具体地说，空气流通过了具有可和其本身吸附段相匹配深度的移动床吸附段。相反，吸附材料颗粒填充固定床的深度可能是本发明吸附段所用吸附材料颗粒移动床有效深度的五倍或五倍以上。在移动床系统中的吸附材料颗粒的尺寸也明显比在填充固定床中的吸附材料颗粒小。因为较小粒径带来较大表面积，颗粒-空气间的接触可更为有效，在移动床系统中吸附速率可更大。吸附度也可更大。此外，在两张填充固定床中所用的吸附材料总是可能达到本发明的等压移动床连续气体净化器的吸附段所用吸附材料量的约十倍。因此相对来说，本发明只使用了约20％的吸附材料颗粒。如上所述，在空气流中的大部分第一种污染物(和小部分第二种污染物)可在一移动床中去除，在该空气流中的大部分第二种污染物(和小部分第一种污染物)可在第二移动床中去除。在空气净化的情况下，大多数水被第一种吸附床吸附，大多数二氧化碳被第二种吸附床吸附。这种部分选择性的吸附可用于首先去除大部分对吸附材料具较大亲和性的污染物。这样，第二吸附区可去除仍残留的那一小部分污染物，而没有必要明显增大吸附床的尺寸。这种尺寸的增大通常只带来吸附效率的小量增加。如果需要，这种部分选择性吸附也可针对不同污染物采用不同吸附材料颗粒。适用的吸附材料包括硅石、活性氧化铝、活性炭、沸石、分子筛等及其混合物。例如硅胶或活性氧化铝可在第一移动床作为去除水的吸附剂，沸石可在第二移动床作为去除二氧化碳和痕量水的吸附剂。在附图的图2中，在通过二氧化碳吸附器18后，从本发明的等压移动床连续气体净化器的塔1出来的净化空气19可导入到低温度空气分离设备(未画出)中蒸馏出一种或多种组分(如氩气、氧气和氮气)。少量(最高约10％)净化空气19从二氧化碳吸附器18导出后被用作二氧化碳解吸器111和水解吸器113的清洗气19a用于再活化在其各自的吸附区(18和15)所用的饱和的吸附材料颗粒。正象从图3和图4可看出以及后文献讨论的，清洗气可循环使用，优选循环回待净化气体中。正如以图1和2可看到的那样，可将排空流20排放，排空流含有从吸附材料颗粒中去除下来的污染物。在本发明中，吸附材料颗粒(包括塔的水蒸气去除段和二氧化碳去除段)可以与所要净化的空气逆流接触的方式流动。尽管逆流流动是优选的，但正如上面所述，吸附材料颗粒也可以顺流接触或错流接触的方式流动。来自水解吸器113底部的吸附材料颗粒被引到盘158，逐渐向下到盘151而横过水吸附器15的流化盘系统。然后这些吸附材料颗粒150(现已载满水)下行通过降液管159到达下一盘水平或到达升液器112的底部。位于连续盘的另一端的降液管的出口可以(并优选)具有大于所述盘的深度从而使吸附材料收集到沿塔上升的空气流并对这种空气流提供阻力。然后使用常规的传递装置115如气动装置或机械装置来将载满水的吸附材料颗粒150传送到水解吸器113的顶部。当吸附材料颗粒150以和来自二氧化碳解吸器111通过塔1上升的清洗气逆流接触的方式流动时，可通过加热器(未画出)将它们加热。来自水吸附器15的吸附材料颗粒以和清洗气逆流流动的方式被传送直至它们到达水解吸器113的底部。在这里，吸附材料颗粒被再活化(随着吸附水在水解吸器113中被去除)并被送回到水吸附器15的盘158用于恒压连续空气处理。同样，用于等压连续移动床气体净化器的二氧化碳通道中的吸附材料颗粒也遵循这种方式，以和待处理空气逆流流动的方式移动。这种吸附材料颗粒可采用和用于吸附水所用吸附材料颗粒相同的材料，也可采用对二氧化碳具有更大亲和力的不同的材料。适合吸附材料的例子是本领域众所周知的，其中一些已在上面指出。来自二氧化碳解吸器111底部的吸附材料颗粒180被导入到二氧化碳吸附器的盘188，在那里通过降液管189它们逐盘下降到盘181从而横过二氧化碳吸附器18的流化盘系统。这些吸附材料颗粒180(现已载满二氧化碳)然后降到升液管114的底部。然后再使用常规的传送装置116诸如气动或机械装置将载满二氧化碳的吸附材料颗粒180送到二氧化碳解吸器111的顶部。这些吸附剂颗粒180可通过加热器(未画出)加热以及通过与之逆流接触的从二气化碳解吸器111通过塔1上升的清洗气加热。更具体地说，吸附材料颗粒180从二氧化碳吸附器18被输送到二氧化碳解吸器111中。进入二氧化碳解吸器111后，清洗气和吸附材料颗粒以逆流接触的方式流动。这样吸附材料颗粒被再活化(随着所吸附的二氧化碳在二氧化碳解吸器111中被去除)，并且被送回到二氧化碳吸附器18的盘188上进行等压连续空气处理。在图3中，画出了清洗气被循环使用的本发明的另一情况。循环所用清洗气降低了吸附材料颗粒再活化时所用清洗气的净量。由于获得了更大量的净化空气(通过使用较少的用于再活化吸附材料颗粒的清洗气)，这种降低提高了净化器系统的效率。因此也将能量需要降至最低。尽管本发明的等压移动床连续气体净化器(稳态型操作)和填充固定床净化器(间隙型操作)均使用清洗气来再活化吸附材料颗粒-带走其上所载的污染物-在常规方法和系统中，通常使用废气。但是在本发明中，清洗气包括一部分净化气，优选情况下清洗气实际上全为净化气。达到吸附材料再活化所需的清洗气量部分取决于进行再活化处理的温度。在常规系统诸如填充固定床中，必须首先将大量吸附材料颗粒加热以再活化吸附床，然后在吸附步骤开始前冷却。考虑到填充固定床大的尺寸和较大的深度，这种方法是低效而易贵的。但是在本发明中，因为操作中解吸器维持热的状态，经再活化的吸附剂和输入清洗气之间的热交换的热损失降至最小。因此清洗气流也降至最低程度。因而，在固定床吸附系统中清洗的能量需求比在本发明所用的移动床吸附系统中为高。例如，清洗气流为约5％，优选在约0.1-1.5％范围内的净清洗气流考虑了包括清洗流和排空流的空气流，见例如下面的图3和表1的1、6、7和8列，和图4及表2的1、6、7和8列。参照图3，常规空气21通过压缩机22加压。正加固压的空气在23处和再循环空气220混合而形成空气流24。空气流24的温度通过冷却器25降低而形成空气流26。空气流26通过截流其冷凝液28的脱水器27而形成空气流29。空气流29进入吸附器210和吸附材料颗粒235逆流接触。从吸附器210(因为它从空气中吸附掉了大部分水汽，所以也称为主吸附器或粗吸附器)出来的空气流分成清洗流211和通过二氧化碳通道或本方法或系统的第二段的空气流221。当空气流221通过吸附器222时，清洗流211通过去除主体污染物(即水汽)而将在主解吸器216中的吸附材料颗粒再活化。吸附器222(也称为痕量吸附器，因为它从空气中去除了小部分或痕量的水蒸汽)除去了几乎所有(即大部分)空气流221中所含的二氧化碳。从吸附器222出来的空气流分成清洗流223和空气流233，每股流均净化到含少于约1ppm、优选少于约0.1ppm(体积计)的水蒸汽以及少于约1ppm、优选少于约0.25ppm(体积计)的二氧化碳的水平。空气流223的其余部分被用作清洗气，用来再活化本发明的净化器的二氧化碳去除部分中的吸附材料颗粒。脱掉基本上所有其水份和二氧化碳污染物的空气流233可作为净化空气回收，如需要，然后可通到低温空气分离设备中。空气流29中约99％以上水蒸汽的去除可通过主吸附器210中的吸附完成。吸附材料颗粒235的流，诸如约4-20(优选约13)孔径的分子筛与空气流逆流接触向下流到吸附器210。进入主吸附器210的吸附材料颗粒235可具有和含约3-20ppm水的空气相平衡的残留水负载。由于根据其水蒸汽含量净化空气，因此可得到含有约10ppm水蒸汽的空气(流211和221)和载有约0.20磅水/磅分子筛的13X分子筛。吸附材料颗粒236从主吸附器210被传送到主解吸器216(两者均称为“主”是因为它们处理了大部分水蒸汽)中，在解吸器216中清洗流215以和236逆流接触的形式流动。加热器214将清洗流213加热到足以使空气含有载满的吸附材料颗粒236的显热和蒸发热的温度。吸附材料颗粒234从脱水蒸汽的主解吸器216出来进入热交换器212。在热交换器212中，空气流211和吸附材料颗粒234逆流接触而从中除去显热。这种热交换使吸附材料颗粒在排出被交换器212前冷却，同时也通过将清洗气211预热成温热的清洗流213来保存显热。附加热也可通过加热器214提供到清洗流213上(得到加热的清洗流215)以补偿差的热效率和提供用于吸附材料颗粒236再活化的足够能量。为了将这些升压流再循环，冷的潮湿流217从主解吸器216中排出并且和从热交换器231排出的清洗流232(见下面表1中的第7列)混合。得到的气体混合物218通过鼓风机219鼓风从而使流220可在混合处23和流24混合以用作再循环和进一步处理。空气流221进入痕量吸附器222并通过吸附材料颗粒239去除二氧化碳。残留即痕量的水蒸汽也由痕量吸附器222中的吸附材料239从空气流221中去除。在去除了二氧化碳和水蒸汽后，空气流223从痕量吸附器222排出，其大部分作为净化空气233回收。净化空气233可被传送到低温空气分离设备(未画出)中。清洗气223被导入到热交换器224中和热的经再活化的吸附材料颗粒238逆流接触而得到冷的再活化的吸附材料颗粒239和被加热的气流225。如上所述，吸附材料颗粒239进入痕量吸附器222中，将空气流221中的大部分二氧化碳和残留即痕量的水蒸汽去除。在主吸附器210中吸附材料颗粒235去除了空气中的小部分二氧化碳。从痕量吸附器222出来后，吸附材料颗粒240[现已载满二氧化碳(大量)和水汽(痕量)]被传送到热交换器231中。在热交换器231中，从热空气流225分流而来的空气流230和载满污染物的吸附材料颗粒240逆流接触，从而将它们预热。空气流232从热交换器231排出。来自热交换器231的经加热的吸附材料颗237进入痕量解吸器228再活化，在那里它们和清洗气227逆流接触而除去二氧化碳。因为贯穿于本发明的方法和系统中所用的升高的压力，大部分清洗流作为流218通过鼓风机219形成流220而再循环，优选循环回待净化的污染气体中。可利用位于痕量解吸器228内的传热装置(未画出)将附加热提供到所述处理中以将显热和吸附热提供给清洗气227。在吸附材料颗粒237和清洗气227之间的传热和传质完成后，二氧化碳和水蒸汽杂质作为清洗流229排空。因为清洗流229非常热，可能需要通过例如在一热交换器(未画出)中逆着流229预热清洗气225来回收这种能量。流225可能在进入痕量解吸器228前在加热器226中进一步加热(到约650°F的温度)。经再活化的吸附材料颗粒238然后可转移到热交换器224中和清洗气223进行热交换，这样冷却了作为吸附材料颗粒239进入痕量吸附器222的吸附颗粒。下面表1列出了在由圆圈数表示的图3各点处所绘系统中工艺变量的一个例子。这些表1所示工艺变量说明适合的工艺操作条件和适合的热交换器和加热器的使用使清洗气(流213和流223)的总流量即下面表1中流6和8之和为待净化空气的约2.5％。排放清洗气(流229)的净流量即所述表1中的流6可低至总空气流量的约0.5％。表1质量平衡和工艺操作条件在图4所绘的本发明的情况下，清洗气的净流量进一步得到降低(从上面表1流6的空气流量的0.5％降至下面表2流6的低于约0.02％)，从而增加了产出净化空气的量。为简要起见，下面只描述这种将清洗流进一步降低的具体运作。在图4中，主吸附器/解吸器流程类似于图3所示情况。流程上的变化大多数可从进出解吸器329的流量看出。经加热再活化的来自解吸器329的吸附材料颗粒324进入热交换器324和从空气流321进入其中的吸附器322出来的冷的清洁清洗流323进行热交换。流323作经净化的空气330分流出来。经加热的清洗流325和冷的经再活化的吸附材料颗粒343从热交换器324导出。载满污染物的吸附材料颗粒344被导入到热交换器331中。和图3相反，因为循环清洗流337含约95％二氧化碳，所以图4所示系统使用了一小的排空流339来排出二氟化碳和水。升高温度的清洗流可显著降低其用于吸附材料颗粒的再活化的用量。清洗流337以和从热交换器331排邮的热的吸附材料颗粒341逆流流动的方式导入到痕量解吸器329中。从痕量解吸器329出来的吸附材料颗粒342是洁净的；但是空隙空间充满着周过的或脏的清洗气。热的吹扫空气流328(如清洗流包括可燃气则为氮气流)被用作补偿气来替代痕量解吸器329中吸附材料颗粒空隙空间的脏的清洗气，然后脏的清洗气作为排空流339通过阀340排放。清洗流332通过鼓风机333鼓风，作为流334进入热交换器326中。在热交换器326中，经加热的清洁流325和经加热的清洗流334之间发生交换。这种交换产生了加热的清洁流327和仍热的清洗流335。经加热的清洁流327进入热交换器331和冷的载满污染物的吸附材料颗粒344逆流接触。经加热的清洗流335从热交换器326排出并进入加热器336。在加热器336中，经加热的清洗流335被进一步加热到足以将吸附材料颗粒341再活化的温度(例如在约800-1000°F的范围内)。从加热器336排出清洗流337，它进入痕量解吸器329以去除大量的二氧化碳和痕量水。阀340控制离开系统的排空流339(排空的清洗气)的量(见下面表2的第6列)。冷的流338从热交换器331导出并且和潮湿的流317混合(见下面表2的第7列)。得到的气态混合物318通过鼓风机319再循环和重新导入到原料流34中。下面表2列出了在由圆周数表示的图4各点处所示系统中工艺变量的一个例子。这些表2所示的工艺变量说明尽管再循环清洗流的流量提高到空气流量的约5％，即下面表2的流8，但通过将清洗流337加热到更高的温度如约800-1000°F的温度，在这种较高温度下操作的系统的净清洗气需求即所述表2的流6降低到总空气流量的约0.02％。表2质量平衡和工艺操作条件</tables></tables>图5和图6显示了在和不同浓度(y轴)和不同温度(x-轴)的清洗气流接触时13X分子筛的平衡曲线。当和表明排空清洗气流6的量显著降低的图4所示的实施方案一并考虑时，这些图中所含的资料可能是特别有用的。图5和6帮助建立解吸器的两个关键参数；清洗流的量及其温度。这两个图显示在清洗流中的污染物浓度可能伴随着解吸温度的提高而提高。这反过来降低了清洗流量。一般的设计程序是首先测定在达到净化气流所需的净度水平所需的吸附剂上的污染物预载。下一步是选择可接受高的解吸温度来最大限度减小清洗流。在图5和6中，水蒸汽和二氧化碳在13X分子筛上的具体浓度分别和给定的清洗气浓度相平衡。例如，为使用13X分子筛来从气体除去水蒸汽以获得干燥气体(例如含约0.1ppm水蒸汽)，测定了在分子筛上水分的低预载容量(如约1.5％)。所去除的水蒸汽越多(从而提供更干燥的气体)，分子筛的预载容量应为越低。这样，在测定了分子筛预载条件后，图5和6可用来测定在选择温度下的清洗流量。图5和6所示的平衡曲线可用来设计本发明方法和系统的适用的解吸或再活化流程，其中从气体中去除水蒸汽和/或二氧化碳的具体目标已确定。图5和6显示，对于每种13X分子筛的预载条件，清洗气中污染物负载温度上升而增加。例如，图5显示对于13X分子筛上有1.5％预载水分的预选条件下，在800°F下清洗气中的水分浓度将为0.004磅水/磅清洗气(A点)。在更高温度下，水分浓度会增加，从而需要较少的清洗流。同样在图6中，B点显示在800°F的温度下使用100％浓度CO2最大限度减低了清洗流量，在该点13X分子筛将被再活化到小于约0.003磅CO2/磅分子筛的负载率。例如，在需要最大限度减少排空流(即图4中的流339)之处，清洗流应实际为纯的二氧化碳。在这些条件下(点B，图6)，解吸温度应为约800°F。正如从图5点A可看到的，在该温度下，在13X分子筛上的水分预载在约0.4％的清洗气浓度下只为约1.5％。因此，对于需要减少排空流的痕量解吸区的有效运作来说，痕量解吸器329应该在至少约800°F的温度下运作。在空气处理领域的技术人员可容易地根据具体的应用情况适当选择本文所述的各变量。当然，吸附材料颗粒的类型、孔径、其粒径、在水蒸汽吸附器和二氧化碳吸附器所用的塔盘数等的选择可由本领域技术人员根据所掌握的具体应用资料来作出。这种选择并不背离本文所述以及下面的权利要求书所定的本发明的精神。权利要求1.净化污染气体的方法，所述方法包括下列步骤(a)在一系统内的吸附段装配一吸附材料；(b)将待净化的污染气体在所述吸附段与所述吸附材料接触以吸附污染气体中的污染物；(c)用一清洗气移除和再活化载满污染物的吸附材料并将再活化后的吸附材料送回所述吸附段；和(d)回收经净化气体，其中所述方法在连续和基本上等压的条件下操作。2.按照权利要求1的方法，进一步包括下列步骤(e)在系统内的第二吸附段装配上一吸附材料并使来自步骤(d)的净化气体与在所述第二吸附段的所述吸附材料接触以从中吸附第二种污染物；(f)用清洗气移除和再活化所述第二种载满污染物的吸附材料，并将经再活化的吸附材料送回到所述第二吸附段；和(g)回收深净化的气体。3.按照权利要求1的方法，其中待净化污染气体含有占总污染气体不到约10％的一种或多种污染物。4.按照权利要求2的方法，其中所述待净化污染气体是空气。5.按照权利要求2的方法，其中所述污染物是水蒸汽，它在经净化气体中的含量少于约1ppm(体积)，第二种污染物是二氧化碳，它在经净化气体中的量少于约1ppm(体积)。6.按照权利要求2的方法，其中第一种污染物是水蒸汽，它在经净化气体中的含量少于约0.1ppm(体积)，第二种污染物是二氧化碳，它在经净化气体中的量少于约0.25ppm(体积)。7.按照权利要求2的方法，其中移动床形式的吸附材料流选自流化盘、活塞式流动及其混合形式。8.按照权利要求2的方法，其中大部分所述污染物和小部分第二种污染物在所述吸附段被吸附，大部分第二种污染物和小部分所述污染物在所述第二吸附段被吸附。9.按照权利要求2的方法，其中所述等压是约6个大气压。10.按照权利要求2的方法，其中所述污染物通过与步骤(b)的吸附材料逆流接触而被吸附，所述第二种污染物通过与步骤(e)的吸附材料逆流接触而被吸附。11.按照权利要求2的方法，其中载满所述污染物的吸附材料通过和步骤(c)的清洗气逆流接触而被再活化，载满所述第二种污染物的吸附材料通过和步骤(f)的清洗气逆流接触而被再活化。12.按照权利要求2的方法，其中至少一部分清洗气被再循环和导入到待净化气体中。13.按照权利要求11的方法，其中至少一部分清洗气被用来再活化载满所述污染物的吸附材料，其余部分的清洗气被用来加热载满所述污染物的吸附材料。14.按照权利要求13的方法，其中一控制部分的用于再活化载满所述污染物的吸附材料的清洗气被排空，剩余部分的清洗气使用鼓风装置循环并导入到加热装置中，同时其中一适量的补偿气流被用来代替排空清洗气的量。15.按照权利要求13的方法，其中一热交换器被用来改变所述吸附材料的温度。16.按照权利要求14的方法，其中清洗气包括一部分净化气和一部分深净化气。17.按照权利要求11的方法，其中自来载满所述污染物的吸附材料的热被回收和用于预热清洗气。18.按照权利要求2的方法，其中来自步骤(c)的经再活化的吸附材料被导入到所述第一吸附段，来自步骤(f)的经再活化的吸附材料被导入到所述第二吸附段。19.净化污染气体的系统，包括(a)含吸附材料移动床的吸附区；(b)将污染气体和所述吸附区中吸附材料移动床接触的装置，从而所述吸附材料变得载满所述气体的污染物，并得到净化气体；(c)用清洗气将来自所述吸附区的载满污染物的吸附材料再活化的解吸区；(d)将所述再活化的吸附材料从所述解吸区送回到所述吸附区的装置；(e)从所述吸附区回收净化气体的装置；(f)含吸附材料移动床的第二吸附区；(g)将所述净化气体与在所述第二吸附区的吸附材料移动床接触的装置，从而所述吸附材料变得载满所述气体的第二种污染物，并得到深净化气体；(h)用清洗气将来自所述第二吸附区的载满污染物的吸附材料再活化的第二解吸区；(i)将所述再活化的吸附材料从所述第二解吸区返回到所述第二吸附区的装置；和(j)从所述第二吸附区回收所述深净化气体的装置，其中所述系统在连续和基本上等压的条件下操作。全文摘要本发明涉及在连续和基本上等压的条件下用吸附材料颗粒移动床从气体混合物中分离一种或多种组分的方法和系统。同样也可在连续和基本上等压条件下通过用这种吸附材料颗粒移动床去除污染气体中的一种或多种污染物来净化污染气体。文档编号B01D53/08GK1154261SQ96122698公开日1997年7月16日申请日期1996年10月24日优先权日1996年10月24日发明者C·J·海姆,A·阿查里亚,B·A·明比奥勒,J·J·卡林斯,E·A·尼帕斯,W·E·维维尔申请人:普拉塞尔技术有限公司