氩气纯化方法

专利名称：氩气纯化方法
技术领域：
本发明涉及一种氩气纯化的有效和有经济效益的系统和方法，具体地是用于从低温空气分离工厂的进料气中纯化氩气的压力振动吸附(PSA)方法。
背景技术：
在生产氧气和氮气的低温空气分离工厂运行中，可以回收含有约为1-5体积％氧气和约1体积％的氮气的粗氩气流。为了除去氧气和氮气，而进一步纯化该种粗氩气物流，一般采用的方法之一是让过量的氢气与氧气反应。由于该方法中气体物流被加热到高的反应温度，然后冷却到低温除去过量的氢气和残余的氮气，因而需要消耗大量的能量。另外，这种方法在氢气获取和运输受限的地方是不实用。另一种是仅仅基于低温蒸馏的方法，由于氧气和氩气之间相对挥发度的差异细微，需要使用巨大的或超阶的氩气柱。其它方法包括使用固体电解液膜，双床串联真空压力振动吸附(VPSA)方法，吸气/脱氧系统，以及温度振动吸附(TSA)。
低温精馏空气生产氧气、氮气和/或氩气在先有技术的方法中是众所周知的。典型地，使用三阶低温方法，其中，进料空气在双柱系统中分成氮气和氧气，该双柱系统使用高压柱中顶部氮气蒸气将低压柱中富含氧气的底部液体再沸腾。来自低压柱的含氩流体通入氩气侧臂柱，生产氩气产品。例如，Bonaquist和Lockett的美国专利5 440884公开一种三阶低温精馏系统，其采用与氩侧臂柱相连的双柱系统，生产高纯(＞99.999％)氩气。为了制取高纯氩气，需使用巨大的或超阶氩气柱。根据美国专利5 440 884，大型氩气柱优选分成两个独立氩气柱，在双主柱上游加反萃取柱，以抑制氩气柱顶部冷凝器和低压柱的热力学不可逆性。
最近，Jain等人的美国专利No.5601634公开一种低温振动吸附方法，从气-液两相混合物生产高纯氮。根据他们的发明，每个吸附床含有在两相混合物的泡点和露点之间的温度下对氮气和/或氧气具有选择性的一种或多种的吸附剂。在此发明的最有效的实施方案中，每个吸附床包含一个氮气吸附剂层，其后紧接一个氧气吸附剂层。另外，根据此发明，氮选择吸附剂是X-型沸石或丝光沸石，而氧选择性吸附剂层是碳分子筛或4A沸石。
Kovak等发明的美国专利5 159 816公开了通过低温吸附生产高纯氩(氧和氮分别小于5ppm)方法，其中粗氩气流流过优先吸附氮气的吸附剂床，随后通过优先吸附氧气的另一床。该方法通过维持气体低空速通过吸附床，限制进料气(粗氩气)中氮和氧分别低于0.8mol％和0.5mol％来进行，不必冷冻。
而且，Bligh等的美国专利4 239 509也公开了一种低温(-250°F)方法，其经由温度振动吸附(TSA)纯化粗氩气，其中含氩气、氧气和氮气的进料混合物通过几步，即通过把粗氩气穿过由5A和/或13X分子筛围成的第一床，并与4A沸石的第二床进行热接触，而5A和/或13X沸石有器壁与所述4A沸石隔开，这样把氮气的含量减少到痕量(＜0.15体积％)，然后把留下的氧气和氩气与残余的氮一起通过第二床得到高纯氩气。经过在-250°F下的吸附步骤后，将180°F的氮气作为冲洗气再生吸附床。
然而，上述方法得到的氩气产品纯度很低，而且产率很低。其它的先有技术包括例如美国专利4 477 265，其公开了对低温空气分离工厂的精馏柱出来的富氩物料中氧气和氮气进行吸附的方法。根据此专利，通过选择性吸附串联的吸附柱(床)中的氧气和氮气等杂质，从含少量氧气和氮气的粗氩气流分离并回收高纯氩气。在优选实施方案中，该系统使用了串联的两分离吸附柱，其中第一柱包含氮气平衡选择性吸附剂(例如沸石)，用于除去氮气，第二床含有氧气速率选择性吸附剂(例如碳分子筛)，用于除去氧气。通过催化氢化其中的残余氧气可进一步纯化回收的氩气。
在文献中可以发现，原始PSA循环的许多不同变化。例如，Kaneshige等的美国专利5 346 536介绍了用于氮气生产的PSA方法，其中在PSA循环中包含顶到顶和底到底床均衡化步骤，并使用了碳分子筛(CMS)作为吸附剂。在PSA循环中包含顶到顶和底到底床均衡化步骤加强了N2纯化和CMS的粉碎最少。另外，McCombs等的美国专利4 263 018提出了在床-床均衡化步骤中使用不间断进料。例如，根据McCombs等，在底到底床均衡化步骤中，同时向PSA处理过程不间断进料。
前述所有方法资金成本都很高，和/或能量消耗巨大。因此，需要提供高效的方法从进料气中回收高纯氩以及氧气和氮气。

发明内容
本发明涉及真空压力振动吸附(VPSA)方法，用于氩气纯化以获得高纯(＞99.999％)氩气。此处介绍的VPSA方法用于与低温空气分离工厂成一体化，其中来自低温工厂的粗氩连续向VPSA系统进料，用于氩气纯化。对于生产高纯氩气，与低温工厂整体化的VPSA法比三阶低温方法具有几个重要的优点，这在例如美国专利No.5440884中有描写，并在此作为参考。例如，由于氩气和氧气的相对挥发度的差别小，使用三阶低温方法生产高纯氮气需要巨大或超阶的氩气柱。然而，在低温方法中通过结合VPSA方法生产高纯(＞99.999％)氩，对于获得相近氩气回收率，在氩气侧臂柱中需要的平衡阶数显著减少，导致与生产高纯氩气的超阶侧臂柱相关的资金成本大大减少。
VPSA/低温混杂法的另一个优点是，获得高纯氩气不需要后续纯化。例如，在现有技术方法的后续纯化方法中使用氢气脱氧，在粗氩气流中所含的杂质(氧气)可以通过脱氧方法和低温方法相结合除去。这样，在粗氩气流中所含的氧气与过量氢气反应生成水。这种氢气脱氧方法的内在缺陷是水和未反应物(例如氢气)污染所需产品(氩气)。因此，经过脱氧过程后，可能还需要附加的纯化单元。另外，由于对所需纯化一般需要巨大数量的氢气，这种氢气脱氧方法花费太高，并且在氢气获得和运输不便的地方受到限制。而且，应注意到，前述缺点中大多数在O2吸气剂脱氧方法中也存在。
与现有技术的PSA/低温混杂法，诸如在美国专利4 477 265所介绍的方法相比，这一新型VPSA/低温混杂法的另一个优点是在VPSA循环中步骤新颖。例如，本发明的双床VPSA方法在床-床均衡期间，没有进料中断。根据本发明，在底-底床均衡步骤期间，压力升高的床也同时接受进料气。另外，如果粗氩气中含氮气，则使用N2平衡选择吸附剂除去N2，而第二层吸附剂优选是氧选择吸附剂诸如碳分子筛，置于N2平衡选择吸附剂层之上，用来进行氩-氧分离。相同容器中，从粗氩中除去N2和O2的吸附剂层排列与美国专利4 477 265中介绍的双床串联不同。而且，本发明的优选运行模式中，该VPSA方法用氧气速率选择性吸附剂如CMS来分离氩-氧混合物。而且，运行的优选模式中，本发明的新循环在冲洗步骤前后使用了逆流排空，获得了高产率的高纯氩气。注意前述现有技术工艺中，冲洗步骤在逆流排空之后，紧接冲洗步骤是加压。我们发现，用氩逆流冲洗后排空床导致在排空结束后床中更低的吸附相负载，即再生后床上更低的残余物负载，就会需要更少的吸附剂，该方法的效率也会更高。而且，根据本发明，双床VPSA方法不需要任何储存容器，以便在床-床均衡步骤期间储存进料气(粗氩)，这样所需资金成本就更低。这种床-床均衡步骤对使床的流化作用、CMS的粉碎作用最小和增加氩气的回收是很重要的。由于是从低温空气分离工厂连续进料(粗氩)，因此设计了双床PSA方法，在床-床均衡步骤期间用于处理连续进料。然而，现有技术工艺中，除了美国专利4 263 018，在床-床均衡期间PSA方法的进料被中断，或使用的床超过两个，或需要附加储罐处理连续进料。另外，尽管现有技术的PSA/低温混杂法使用氧气速率选择性吸附剂诸如4A沸石(美国专利4 239 509)或碳分子筛(美国专利4477 265)，但在本发明PSA柱循环的新颖步骤明显不同于现有技术的工艺方法。
最后，该新型VPSA/低温方法的优选运行方式中，可以使用静水压头压力压缩低温方法的粗氩气流到VPSA方法所需的高压。这样，用于进料压缩的大部分或全部能量来自于静水压头。由于排除了粗氩压缩机的需要，在高纯氩气的生产中减少了附加成本。另外，通过再循环VPSA方法的废气流到低温装置，其中通常损失的氩气基本上得到回收。


本发明的VPSA方法将参考附图和特别优选的实施方案加以介绍图1是在具体的碳分子筛上氮气和氧气吸附等温线；图2是相同的碳分子筛上氮气和氧气吸附速率；图3是本发明的VPSA方法的示意图；
图4是本发明的双床VPSA系统和工艺方法的示意图；和图5和图5A是同步底-底床均衡的物流路径和截阀设置。
具体实施例方式
从图1和图2可以注意到，含氧和氩混合物分离取决于氧的吸附速率比氩更快，即O2/Ar的动力学选择性。因此，要获得有效的PSA方法，精确调节PSA循环每一步的工艺运行条件和时间是很重要的。例如，如果分配给进料加压的时间太多，那么就可以观察到O2/Ar动力学选择吸附性会显著下降，这样，PSA方法的性能就会显著下降。
参照图3，图解了本发明的VPSA方法。本发明的VPSA方法是独立地或协同地实施下列步骤的。
第一步进料(粗氩)加压(FP)。
第二步恒高压吸附和产品制造(AD)。
第三步继续恒压吸附和产品制造(AD)，同时将部分产品膨胀并用于冲洗(PG)另一床。
第四步继续恒压吸附和产品制造(AD)。
第五步同步顶-顶床均衡化(A床TEQDN＝柱顶向下平衡)和底-底床均衡化(A床BEQDN＝柱底向下平衡)，升高另一个床的压力。
第六步冲洗步骤前逆流放气(BD)/排空(EV)。
第七步冲洗步骤前继续逆流放气(BD)/排空(EV)。
第八步逆流冲洗(PG)。
第九步冲洗步骤后逆流放气(BD)/排空(EV)。
第十步同步顶-顶床均衡化(A床TEQUP＝柱顶向上平衡)和底-底床均衡化(A床BEQUP＝柱底向上平衡)，降低另一个床的压力。另外，升高压力的床也同时接收进料气。
通过介绍双床VPSA方法的运行，可以举例说明本发明的基本特征。然而，可以预想，采用本发明，可以使用一个或更多的双床。现在参照图3-5，在一个循环中公开该PSA方法的运行。
此处描述的VPSA方法(见图4)由两床10和12组成，它们每一个都填满了一层或多层吸附剂(A&B)。氩气进口导管14分别向进料阀22和24，以及床进口26和28提供了压缩的粗氩。一对排气阀30和32连接导管34和床进口26和28，此导管34安到任选的真空泵36上。
床10和12中的产品出口导管38和40，经过阀42和44连接产品导管46，并且通过控制阀48连接产品储罐50。导管52和阀54和56分别把储罐50的产品气输进床10和12。导管52供给任何额外需要用于回流的气体(例如，冲洗和产品加压)。
出口导管38和40进一步经过阀58和60相连，分别把从顺流减压步骤获得的气体导入均衡控制装置62(例如四通阀)。同样地，出口导管26和28进一步经过阀72和74相连，分别把从逆流减压步骤获得的气体导入均衡控制装置63。例如，图5A显示了在底-底床均衡化步骤期间，控制单元63(例如四通阀)的运行，其中床12进行底-底床均衡回落步骤，而床10同时进行均衡上升步骤和进料加压。图5B中，床10和床12交换了角色，即床10现在降低压力，而床12现在同时进行底-底床均衡上升气体和进料气体。注意到，图5A和5B中的检测阀仅仅准许床压力上升的床同时可接收进料气。
图4&5中的所有阀是借助于计算机系统程序逻辑(未显示)电子操纵的。本发明的实践中，所需冲洗的气体首先取自另一床。然而，如果需要附加的冲洗气体，则从产品储罐50，经过导管52获取更高纯气体。
冲洗步骤完成后，在任何加压之前引入另一次逆流排空(见图3)。如果空隙气体(例如图3第五步)不足以满足第10步进行的对另一床加压。则从产品储罐50获取附加气体以实现所需目标压力。另一选择，在第10步(图3)，来自储罐50的附加气体可以减少把床加压到吸附压力所需的时间。
再参考图3-5，现在描述双床VPSA方法，举例说明循环各步骤中的阀门开与关。在此描述中，除非明确说明某步处于打开状态，所有阀门被认为在循环各步中是关闭的。
第一步(FP)在一床的一端以粗氩气形式进料。在该实施例中，阀门22(见图4)打开用进料气体加压床10。同时，阀门32打开，第二床12进行排空。从排空床12排出的部分或所有排出物再循环到低温过程中。
第二步(AD)如第一步中阀门22和32保持开着。另外，阀门42也被打开。当第一床10达到产品传送压力时，阀门48打开并进行控制，使产品传送步骤中该床压力保持恒定。一些产品保存在储罐50中，其余产品传送过储存箱50，输送给用户。第二床12在此期间仍进行排空。
第三步(AD)阀门22，32，42和48如第二步所描述的进行操作。第一床10传送产品。阀门58和60打开，使用均衡控制回路62，将来自第一床10的产品引入第二床12作为冲洗气。一个次优选模式是打开并控制阀门56，使储罐50的一些气体进入第二床12作为冲洗气。
第四步(AD)阀门56，58和60关闭，并中断冲洗。阀门22，32，42和48按照第二步所描述地操作。第一床10产出产品。第二床12再进行排空。
第五步(EQ)在该步骤中，采用如下与连续进料同步的顶-顶和底-底均衡化。阀门22，32，42和48关闭。打开阀门58和60进行顶-顶均衡化，流量控制装置62控制从高压床10传送到低压床12的气体数量。同样地，打开阀门72和74进行底-底均衡化。流量控制装置63控制从高压床10传送到低压床12的气体数量。阀门24也打开，让进料在均衡化期间进入低压床12。
第六步(EV)阀门58，60，72和74关闭。打开阀门30排空第一床10。如第五步通过阀门24加压第二床并连续进料。从排空床10排出的一些或全部排出物再循环到低温系统。
第七步(EV)阀门24和30如第六步保持打开。第一床10仍进行排空。另外，打开阀门44。当第二床12达到产品产出压力时，打开阀门48，并在产品产出期间控制床压保持恒定。一些产品留在储罐50中；此气体可以在下一步作冲洗之用。其余产品传过储罐50，送向用户。
第八步(PG)阀门24，30，44和48如第七步所描述地操作。第二床12产出产品。阀门58和60打开，使用均衡控制回路62，引入来自第二床12的产品冲洗第一床10。一个不很优选的方式是打开并控制阀门54，使一些来自储罐50的气体引入第一床10用作冲洗气。
第九步(EV)阀门54，58和60关闭，冲洗中断。阀门24，30，44和48如步骤7中所述地操作。第一床10再进行排空。第二床12产出产品。
第十步(EQ)该步中，如下完成与连续进料同步顶-顶和底-底均衡化。阀门24，30，44和48关闭。打开阀门58和60实现顶-顶均衡化。流量控制装置62控制从高压床12传送到低压床10的气体数量。同样，打开阀门72和74进行底-底均衡化，流量控制装置63控制从高压床12传送到低压床10的气体数量。阀门22也打开，让进料在均衡化期间进入低压床10。
图5A和5B展示了同步进料和底-底床均衡化的情况。为了清晰起见，仅仅显示了与进料同步的底部均衡回路。然而，只需对图5A和5B作细微的修改，类似的结构就可用于顶-顶床均衡化回路。如图5A和5B所示，使用一个四通阀维持通过检测阀的正确流动路径。然而，该回路也能包含其它定向装置如，例如控制阀、孔板或质量流量控制器。正如图5A所示，并与上述第五和第十步所描述的方法一致，来至高压床(B)的气体传过阀门74，然后依照C-D-B-A的次序穿过四通阀63后再穿过阀门72。将四通阀定向，以便使流量控制装置处于适当位置。在该情况中，穿过阀门22，连续进料进入低压床(A)。图5B显示了相反流向。高压床(A)的气体流经阀门72，然后依照A-D-B-C的次序穿过四通阀73后再传送过阀门74。与此同时，连续进料经过阀门24进入低压床(B)。按这种方式，流向由一个单回路进行适当控制。
下文中表1和2给出了操作条件，以及分别使用氧气速率选择性(例如碳分子筛CMS)和氧平衡选择性(例如，IC2)吸附剂的VPSA法性能的例子。表中符号具有如下意义TPD＝吨(2000 lb)氩/天，kPa 1000Pa＝压力的S.I.单位(1.0atm.＝101.325kPa)，s＝以秒计的时间单位，kW＝千瓦。而且，在表2中标有IC2的化合物一般是Co{3，5-diButsal/(EtO)(CO2Et)Hmal-DAP}的缩写，它是钴(II)和螯合配体的二价阴离子形成的络合物，该螯合配体由乙氧基-亚甲基-二乙基丙二酸酯和3，4-二氨基-吡啶按1∶1缩合，随后残余的伯胺基团3，5-二叔丁基水杨醛进行希夫式碱缩合制备。
表1在图3-5中描述的一个实施例，在双床PSA方法中使用单层O2速率选择性吸附剂，例如碳分子筛(CMS)。下列显示的结果是从PSA模拟获得的，并使用实验室规模PSA方法进行实验确证。
吸附剂 碳分子筛(CMS)循环时间(s) 88进料组成98.5％Ar和1.5％O2高压240kPa低压28kPa进料速率9.0975×103NCFH氩气纯度99.9998％氩气回收率 40％床尺寸因子 1050 lb/TPD温度(K) 300表2一个实施例，在双床PSA方法中使用单层O2平衡选择性吸附剂，例如IC2。下列显示的结果是从PSA模拟获得的。
吸附剂 IC2循环时间(s)28进料组成 98.5％Ar和1.5％O2高压 240kPa低压 28kPa进料速率 2.15×105NCFH氩气纯度 99.9998％氩气回收率 67.12％床尺寸因子 7.1 1b/TPD功率 1.46kW/TDP温度(K)300从表1和2注意到分别使用O2速率选择性吸附剂和O2平衡选择性吸附剂的双床PSA方法的氩气回收率和床尺寸因子。用O2平衡选择性吸附剂代替CMS，增强了Ar的回收率(67％相对于CMS的40％)，床尺寸因子显著减少(7.1 lb/TDP相对于CMS的1050 lb/TDP)。
在图4中显示的平衡控制回路62和63可以采用许多形式。在这些回路中必须包含检测阀。在这种情况下，每个平衡控制装置可能由两个平行的回路组成，其中每个回路含有一个检测阀和流量控制装置，例如控制阀或计量阀、一个孔板和一个质量流量控制器。如图5A和5B所示，使用一个四通阀63维持正确流路通过检测阀。该回路也可以包含其它定向装置，例如控制阀、孔板或质量流量控制器。
基于与图3-5相关的上述VPSA循环，可以作若干修改以改变一步或几步，而不背离本发明的应用或一般特点。例如，在VPSA循环中，如上所述进料和底-底床均衡化步骤可同步进行，或采用不连续步骤。而且，如果循环中低压标准小于1.0atm，即使用了真空泵用于排空的PSA循环，则把逆流放气的第一部分再循环到低温过程中放在进行逆流减压之前，然后当重组分在随后排空步骤中开始解附时，多余的解附气体的一些或全部要么再循环进入低温工厂的精馏柱或作为废气排放，或送到低温工厂的空气鼓风机室。而且，与现有的大多数PSA方法不一样，本发明的循环在吸附床均衡化步骤中可以进行连续进料。
另外，在运行优选方式中，仅仅需要两个吸附剂床来处理连续进料。而且，需要在冲洗步前后使用排空步骤，以达到更高的生产率和更高纯产品。另一运行方式包括使用来自储罐50的产品气体进行加压。产品加压可以在同步顶-顶和底-底均衡化步骤(A床图3的第十步)期间进行，或作为床-床均衡化步骤之后的一个独立步骤。而且，如上述，同步进料或床均衡化也可以是不连续步骤。例如，进料步骤在均衡化步骤之后。然而，在运行的优选方式中，均衡化步骤期间，压力升高的床也同时接收进料(见图3和5)。而且，同步顶-顶和底-底床均衡化步骤能够分成不连续步骤，或作为同步步骤之前的不连续步骤。例如，可以先进行顶-顶床均衡步骤，然后进行同步顶-顶和底-底均衡化步骤。
另外，在应用本发明的VPSA循环时，可以使用不止一层的吸附剂来纯化粗氩气流。例如，如果低温工厂的粗氩气流含有N2和O2，则可使用两层或更多层吸附剂来除去N2和O2，其中除N2的吸附剂层放在床的靠近进料口的一端，而除去O2的吸附剂层放在床的靠近产品端的一端，或者相反。例如，见图4，吸附剂A可以是O2的选择吸附剂，吸附剂B为N2选择性吸附剂。另外，吸附剂A和B可以混合一起以单层放置于每个床中。
本发明的其它重要特点包括选择PSA方法的运行条件，例如高压、低压、顺流降压步骤的端压等，选择PSA循环每步所分配的时间，循环每步执行的次序，用于冲洗和产品加压的回流气体纯度，及用于冲洗和产品加压的气体数量。
运行双床VPSA循环(见图3-5)的另一方式，是在床均衡化步骤期间使用附加储罐捕获气体运行该方法，由此排除了床同步化的需要。而且，方法也可以用所有冲洗气体来自储罐50的方式运行。另外，使用多个储罐使本方法可以更为灵活。例如，图3所示循环各步不必占据固定的时间。这样，使用物理变量诸如压力和组成很容易确定各步分配的时间，由此调节方法相应于温度、压力和产品的不同需求。由于使用附加储罐不需要床-床间气体转移，则能够独立运行每床，并把工艺过程作为单床装置的集合。然而，为了正确计算尺寸和分享压缩机和真空泵，需要每个床的整体循环需要与其它床的循环有一些同步运行。
尽管此处描述的本发明利用了顶部和底步具有浅碟头的圆柱吸附剂床，气体在轴向上流动，但也可以采用其它床结构。例如，可使用径向床以减小压降，同时降低能耗。另外，如果在PSA中使用两种或更多种吸附剂，不同吸附剂床可以串联联接代替在单床内层状布置。另外，其它O2速率选择性吸附剂诸如斜发沸石、丝光沸石和4A沸石，或平衡选择性吸附剂例如IC2(过渡元素配合物或“TEC”)通过VPSA用于氩-氧分离。其它优选的TEC类包括Co{Me2Ac2H2malen}(4-PyOLi)；Co{Me2Ac2H2maltmen}(4-PyOLi)；和Co{Me2H2H2malophen}；Co{Me2Ac2H2malen}(4-PyOLi)(MeOH)；和Co{Me2Ac2H2maltmen}(4-PyOLi)。
这些TECs在共同未决的共同转让美国专利申请S/N09/225 052(Stephenson等)和S/N 09/458 066(Zhang等)中有介绍。
尽管VPSA方法仅仅只作几处修改，但PSA方法的其它修改可以很容易进行而不违背本发明的基本特点。
另外，关于氩气纯化的VPSA循环已有介绍，其中具体实施方案也已显示，其它实施方案被认为是根据已公开特征的修正，也在本发明的范围之内。例如，PSA循环并不限于跨大气真空压力振动吸附(VPSA)循环，也可以使用超大气压或低于大气压PSA循环。另外，本发明的PSA方法也可用于分离其它混合物。
根据本发明的上述描述，本领域的技术人员将认识到，对本发明可以作修改而不脱离其中的精神实质。因此，不要认为本发明的范围仅限于举例说明和描述的具体实施方案。
权利要求
1.一种纯化方法，其在双床压力振动吸附柱循环中，纯化加压的粗进料气，该进料气中含有非优先吸附的第一气体和少量的一种或多种选择性吸附的第二气体，本方法包括以下步骤(1)提供第一和第二床，每床装有用于第二气体的吸附剂；(2)向第一床的第一端引入粗进料气加压所述床，并从第二床的第一端排空该床；(3)在加压的第一床中，从粗进料气中吸附第二气体，生产纯化的第一气体产品气体，并从第一床的第二端把产品气体传送到产品气体储存容器；(4)把产品气体引入第二床的第二端，从其第一端冲洗第二床；(5)完成第二床冲洗后，从其第一端排空第二床；(6)中断第二床的排空，中止从第一床向产品储存容器产出产品气体，在第一端与第一端和第二端与第二端均衡化中，使第一床和第二床在其第一和第二端同时均衡压力，由此降低第一床压力和升高第二床压力，同时向第二床第一端引入粗氩进料气；(7)中止步骤(6)的压力均衡化，并从第一床的第一端排空第一床；(8)在加压的第二床中，从粗进料气中吸附第二气体，生产纯化的第一气体产品气体，并从第二床的第二端把这些产品气体传送到产品气体储存容器；(9)把产品气体引入第一床的第二端，从其第一端冲洗第一床；(10)完成第一床冲洗后，从其第一端排空第一床；和(11)中断第一床的排空，中止从第二床向产品储存容器传送产品气体，在第一端与第一端和第二端与第二端均衡化中，使第一床和第二床在其第一和第二端同时均衡压力，由此降低第二床压力和升高第一床压力，同时向第一床第一端引入粗氩进料气。
2.权利要求1的方法，其是连续的，并在(11)步后，该方法从(2)步到(11)步继续循环。
3.在用于纯化含有非优先吸附的第一气体和少量的一种或多种选择性吸附的第二气体的加压粗进料气的压力振动方法中，其改进包括使用两床，每床装有用于第二气体的吸附剂，并在工艺过程中，连续提供粗进料气体给两床中的一床，并且每个床在冲洗后，按第一端与第一端和第二端与第二端均衡化，在两床的第一端和第二端同时进行压力均衡化。
4.一种用于纯化的系统，其在双床压力振动吸附柱循环中，纯化加压的粗进料气，该进料气中含有非优先吸附的第一气体和少量的一种或多种选择性吸附的第二气体，本系统包括(1)装有吸附剂的第一和第二床；(2)向第一和第二床的第一端供给粗氩进料气流的进料装置；(3)允许和禁止把粗进料气流向第一和第二床的第一端供给的装置；(4)允许和禁止排空第一和第二床的装置；(5)允许或禁止冲洗第一和第二床的装置；(6)允许或禁止在第一和第二床第一端之间均衡压力的第一压力均衡控制装置；(7)产品气体储存容器；(8)允许和禁止把产品气体从第一和第二床的第二端传送到产品气体储存容器的装置；和(9)允许和禁止在第一和第二床第二端之间均衡压力的第二压力均衡控制装置。
5.一种用于纯化的方法，其在双床压力振动吸附柱循环中，纯化加压的粗氩进料气，该粗氩进料气含有氩气和少量氧气和氮气，本方法包含以下步骤(1)提供第一和第二床，每床装有用于氧气和氮气的吸附剂；(2)向第一床的第一端引入粗氩进料气加压所述床，并从第二床的第一端排空该床；(3)在加压的第一床中，从粗氩进料气中吸附氧气和氮气，生产纯化的氩气的产品气体，并从第一床的第二端把产品气体传送到产品气体储存容器；(4)把产品气体引入第二床的第二端，从其第一端冲洗第二床；(5)完成第二床冲洗后，从其第一端排空第二床；(6)中断第二床的排空，中止从第一床向产品储存容器传送产品气体，在第一端与第一端和第二端与第二端均衡化中，使第一床和第二床在其第一和第二端同时均衡压力，由此降低第一床压力和升高第二床压力，同时向第二床第一端引入粗氩进料气；(7)中止步(6)的压力均衡化，并从第一床的第一端排空第一床；(8)在加压的第二床中，从粗氩进料气中吸附氧气和氮气，生产纯化的氩气的产品气体，并从第二床的第二端把这些产品气体传送到产品气体储存容器；(9)把产品气体引入第一床的第二端，从其第一端冲洗第一床；(10)完成第一床冲洗后，从其第一端排空第一床；和(11)中断第一床的排空，中止从第二床向产品储存容器传送产品气体，在第一端与第一端和第二端与第二端均衡化中，使第一床和第二床在其第一和第二端同时均衡压力，由此降低第二床压力和升高第一床压力，同时向第一床第一端引入粗氩进料气。
6.权利要求5的方法，其是连续的，并在(11)步后，该方法从(2)步到(11)步继续循环。
7.权利要求5的方法，其中粗氩进料气含有约97.5％的氩，约1.5％的氧和约1％的氮。
8.权利要求5的方法，其中产品气体含＞99.999％的氩。
9.在用于纯化含有氩气和少量氧气和氮气的粗氩进料气的压力振动方法中，其改进包括使用两床，每床装有用于氧气和氮气的吸附剂，并在工艺过程中，连续提供粗氩进料气给两床中的一床，并且每个床在冲洗后，按第一端与第一端和第二端与第二端均衡化，在两床的第一端和第二端同时进行压力均衡化。
10.一种用于纯化的系统，其在双床压力振动吸附柱循环中，纯化加压的粗氩进料气，该进料气含有氩气和少量氧气和氮气，本系统包括(1)装有用于氧气和氮气的吸附剂的第一和第二床；(2)把粗氩进料气流提供给第一和第二床的第一端的进料装置；(3)允许和禁止把粗氩进料气流向第一和第二床的第一端供给的装置；(4)允许和禁止排空第一和第二床的装置；(5)允许或禁止冲洗第一和第二床的装置；(6)允许或禁止在第一和第二床第一端之间均衡压力的第一压力均衡控制装置；(7)产品气体储存容器；(8)允许和禁止把产品气体从第一和第二床的第二端传送到产品气体储存容器的装置；和(9)允许和禁止在第一和第二床第二端之间均衡压力的第二压力均衡控制装置；
全文摘要
一种从含第一气体和第二气体的粗进料气中纯化第一气体,优选氩气,的压力振动方法和系统,其使用双吸附床,并在工艺过程中连续加入粗进料气进入床中,并且每个床在冲洗后,在顶与顶和底与底端均衡化中,使两床同时进行压力均衡化。
文档编号B01D53/047GK1362607SQ0114403
公开日2002年8月7日 申请日期2001年12月27日 优先权日2000年12月29日
发明者M·S·A·巴克斯, A·B·斯图尔特 申请人:普莱克斯技术有限公司