改进的变压吸附过程的制作方法

专利名称:改进的变压吸附过程的制作方法
本发明涉及气体混合物中易吸附组份的回收，特别是用变压吸附法从空气中回收氮气。
许多化工生产过程、炼油、金属冶炼和其它工业部门都需要用高纯氮气来进行清洗，复盖和提供金属加工环境以及用于其它目的。上述这些设备也常用富氧气体来达到各种目的。显然，可以用各种众所周知的空气分离技术来制取氮气和氧气。在许多场合，变压吸附法(PSA)特别适用于多种用途的空气分离，它尤其适用于小规模生产，因为建造规模小的低温空气分离装置在经济上是不可取的。
在变压吸附过程中，使原料气体混合物通过吸附剂床层。原料气体混合物由易吸附组份和难吸附组份组成。在较高的吸附压强下，上述床层能够选择性地吸附其中的易吸附组份。然后，床层减压至较低的解吸压强，使上述易吸附组份解吸。在加入另外的原料气体混合物之前，从床层中移出上述组份，如此在上述床层中继续进行吸附-解吸循环。本领域的熟练技术人员会很容易了解到变压吸附法通常采用多床系统。在这种系统中，每个床层都经历变压吸附过程的一系列操作，并在循环周期内，与其它床层中进行的一系列操作密切相关。
为了改进变压吸附过程，特别是为了减少投资费用，增加可靠性和降低操作费用，以及降低单位数量产品的能耗，已经作了很多尝试。这些总目标中的一个具体目标是在生产高纯度产品的同时，能够生产相当纯度的副产品，用来分离空气和其它气体的Batta专利(美国专利3636679号)公开了将变压吸附循环应用于两个或更多个床层。从床层的两端同时分别加入原料气体和产品气体，使处于较低的解吸压强的床层局部增压。接着单独加入原料气体，使床层进一步增压至较高的吸附压强。然后，从床层的气体排放口排出难吸附组份，使床层伴流减压排放气体的一部分作为产品气体回收，其余部分用于压强平衡和用作系统中其它床层的吹扫气体。然后，再继续进行循环操作。在加入另外的原料气体使床层部分增压之前，从原料气体入口排出气体，使床层逆流降压接着进行吹扫。该专利方法已成功地应用于空气分离过程，从空气中制取不易吸附氧气。可是Batta专利不适用于制取空气中易吸附的组份，例如氮气，作为高纯度产品气体。
然而，为了制取易吸附组份作为产品气体，还有其它各种方法。这些过程经常采用真空循环。在循环过程中，在低于大气压强的解吸压强下，气体混合物中的易吸附组份从床层中解吸出来。例如，Tamura专利(美国专利3797201号)公开了一种空气分离过程。该过程在常压下将空气加入到吸附剂床层中。该吸附剂床层能够选择性地吸附其中易被吸附的氮气。然后，进行真空解吸回收上述氮气作为产品气体。为了提高氮气产品的纯度，Tamura提出在吸附阶段开始时，首先从床层的气体排放口采出富氧气体直到上述气体排放口进行吸附切换时为止，然后，在逆流真空解吸和增压之前，用氮气在较高的吸附压强下进行伴流吹扫。虽然，用这个方法能够制得高纯度的氮气产品，但是由于可使用的压强和能量效益方面的原因，使得副产氧气的销路不暢，使这个方法在应用上受到了限制。类似的循环过程也见于Sircar等人的专利(美国专利4013429号和4264340号)。他们采用两个吸附系列，每个系列包括一个预处理床层和一个主体分离床层以及一组储槽，后者用来调节各步骤之间间歇物流的体积变化。
真空解吸同样见于Miwa等人的专利(美国专利4070164号)。它包括空气的净化干燥预处理和循环操作。该循环包括(1)用原料空气使床层增压至四个大气压;(2)在上述压强下，用氮气进行伴流吹扫，从床层的气体排放口采出富氧气体;(3)从床层的原料气入口采出富氮气体，逆流减压至常压;(4)从床层的原料气入口采出富氮气体，真空晚附至约0.3大气压。虽然用这个方法得到的氮气回收率很低，但是，将两个逆流减压阶段采出的气体合并，可以从系统中回收恒流率的高纯度氮气。在Armond专利(美国专利4，129，424号)中也公开了这四个相同的操作步骤，并规定在床层压强基本等于原料气体中氮气分压的条件下，进行伴流吹扫。与在较高的压强下进行吹扫相比，这大大减少了为使床层饱和所需要的吹扫气体量。但是，在加入原料空气后，必须包括一个伴流排气步骤，使床层的压强降至吹扫气体本身的压强。
尽管技术上有了这些成就，仍然需要进一步开发变压吸附法以制取空气中的氮气，-空气中被选择性地吸附的组份，在制取高纯度和高回收率的所需产品的同时，得到有使用价值的富氧副产品。懂技术的人们也将理解技术上同样需要有这样一个过程，能够在以高的纯度和高的回收率制取气体混合物中易吸附组份的同时，以较高的回收率获得难吸附组份作为副产品。
因此，本发明的一个目的是提供了一种改进的变压吸附法。
本发明的第二个目的是提供一种用变压吸附技术从空气中回收氮气的过程。
本发明的第三个目的是使空气通过变压吸附系统，高纯度、高回收率地制取易吸附组份-氮气。
本发明的最后一个目的是提供一个变压吸附过程，它能够高纯度高回收率地制取气体混合物中易吸附组份，同时较多地回收被增浓的难吸附组份作为副产气体。
以下将叙述以这些和其它一些为目的的本发明的细节。本发明的新颖特点将在后面的权利要求
中具体指出。
变压吸附过程的步骤包括(1)增压;(2)伴流吹扫;(3)逆流减压至较低的解吸压强，因而提高了气体混合物中易吸附组份的回收率和纯度。为此目的，在较高压强下，用易吸附组份进行伴流吹扫，其中一部分从床层中采出的副产气体作为难吸附组份副产气体被回收，另外一部分从气体排放口加入至床层，同时从床层的原料气入口加入原料气体，使床层增压。在床层部分增压后，从原料气入口加入第三部分采出的副产气体。在逆流减压阶段，从床层的原料气入口采出的气体紧接着被用作伴流吹扫气体。在不同的实施例中可得到回收率高、纯度高的易吸附组份产品气体，同时还可得到回收率较高的难吸附组份富集副产气体。
在这里叙述和申请专利权的本发明能够以优良的方式实现它的目的，即希望能够从原料空气中分离和回收高纯度的易吸附组份-氮气。并且也以较高的回收率回收富氧副产气体混合物，即原料空气中难吸附组份，这进一步提高了本发明在变压吸附过程方面的实用性。下文将指出，本发明除了用于上述的空气分离外，还能够用于多种用途的气体分离，即用变压吸附法回收气体混合物中易吸附组份作为目的产品。不过，为了方便起见，以下只引用以回收氮气作为目的产品的空气分离操作来说明本发明过程的各个步骤以及可允许的调整。
能够实现本发明目的、适用于空气分离、并允许做某些调整的本发明变压吸附循环，包括(1)、增压，使每个吸附剂床层从低于大气压的较低的解吸压强增至较高的吸附压强;(2)、伴流吹扫，即在上述较高吸附压强下，从床层的原料气入口加入易吸附组份气体，从床层的气体排放口采出增浓了的难吸附组份气体;(3)、逆流减压，即从床层的原料气入口采出增浓了的易吸附组份气体，与此同时，床层被减压至上述的低于大气压的较低的解吸压强。采用此处公开和申请专利权的变压吸附循环、并做某些具体的调整，能制得纯度高，收率高的易吸附组份-氮气，同时可以得到较高回收率的富氧副产气体。
床层开始处于低于大气压的较低的解吸压强，回收易吸附组份氮气产品后，用原料气体和采出的副产气体将床层的压强由上述较低的解吸压强增至较高的吸附压强。从床层原料气入口和气体排放口同时或先后将气体加入正待增压的床层，使床层的压强从上述的低于大气压的较低的解吸压强增至上述的吸附压强，在该压强下进行氮气伴流吹扫。在一个实施例中，原料空气通入床层的原料气入口，使床层增压，同时将上述采出的副产气体通入上述床层的气体排放口，有时称之为“氧气回填”。在一个适宜的实施例中，从床层的气体排放口加入上述采出的副产气体，首先使床层部分增压，例如增压至总压的20%或更小，然后同时从床层的原料气入口和气体排放口继续使床层增压。也可以采用上述“氧气回填”方法，使床层增压至中等程度压强，然后加入原料空气，使床层进一步增压至所需要的较高的吸附压强。另外，将按下文所述方法得到的富氮再循环气体通入床层的原料气入口，在中等至最高吸附压强的范围内进行吸附。在加入再循环气体期间，可以停止将原料空气加入床层。
在逆流减压和从床层的原料气入口采出氮气之前，在较高的吸附压强下，将伴流吹扫气体-氮气从床层的原料气入口加入床层，从床层的气体排放口置换出副产气体。不过，这种采出的副产气体中的一部分不从系统中移除，而是按上述方法，从床层的气体排放口加入至正在增压的床层。由于在上述较高吸附压强下，从床层的原料气入口加入伴流吹扫氮气以及从该床层的气体排放口采出副产气体，将增加采出的副产气体中的氮含量，这是十分有益的。当氮气伴流吹扫继续进行时，在采出的副产气体中氮的浓度将达到预先给定的值对于一定的应用场合，氮的浓度可以按需要适当给定，这将是十分有益的。这个浓度值最好是这样的，即采出的副产气体中的氧浓度约小于上述副产气体中的氧浓度的30%，最好小于或等于空气中的氧浓度。
当采出的副产气体中氮的浓度达到预先给定的浓度后，从床层的原料气入口继续加入其余的伴流吹扫氮气，使床层基本上仍处于上述的较高的吸附压强下。与先前采出的富氧副产气体不同，从床层气体排放口采出的富氮气体不再作为副产气体回收或将其从床层的气体排放口加入，使床层增压。相反，将这部分氮浓度高于预定值的被置换出来的气体送入吸附系统中的另一个床层的原料气入口进行再循环。该床层处于上述的中等压强至上述的较高吸附压强范围内。待完成伴流吹扫步骤后，即在伴流吹扫期间采出的气体浓度达到所需要的终值时，例如氮浓度达到约95%或99%时，使床层从较高的吸附压强逆流减压至较低的压强。从床层的气体入口采出富氮气体。这种富氮气体可用氮气伴流吹扫气体和(或)产品气体。在实施本发明时，床层应进行逆流减压，为此采取抽真空减压的办法，使床层从上述步骤中已达到的较低的压强降至上述的低于大气压的压强。在此期间，从床层的原料气入口采出已解吸了的高纯度气体。在本发明的一个具体的实施例中，它可用作产品氮气和(或)伴流吹扫气体。从床层中采出氮气并真空减压至低于大气压强后，床层处于补充加料状态，此时可分别从气体排出口和原料气入口加入副产气体和原料空气。上述操作步骤在循环周期内不断重复可保证吸附系统的连续操作。
在实施本发明时，在伴流吹扫阶段采出的氮气浓度高于预定值的补加气体，可以在床层增压阶段或在较高的吸附压强下，在开始用氮气进行伴流吹扫之前，进入系统另一床层的原料气入口进行再循环。例如，在一个实施例中，将氮气浓度高于预定值的上述补加气体再循环，与原料空气一起或在加入原料空气后从床层的原料气入口加入床层，使床层的压强增至较高的吸附压强。在另一个实施例中，在往床层中加入伴流吹扫氮气前，在较高的吸附压强下，从床层的原料气入口加入上述补加气体进行再循环。
本发明能有利地应用于吸附系统中，从空气中选择性地吸附氮气或从气体混合物中选择性地吸附其它易吸附组份。这里至少要使用两个吸附剂床层，每个床层都应经历本公开和权利要求
中所提出的循环过程，并以适当的顺序与系统中的其它床层相连接，以保证这种系统能够进行连续的气体分离操作。在本发明通常推荐选用的实施例中，采用三个或四个吸附剂床层。不言而喻，为了强化已选用的具体系统的操作，在实施本发明的过程中允许作一些调整。例如，在一个实施例中，在给定的时间内，原料气体不是进入一个床层，而是进入几个床层以利于操作。
下面的表格说明本发明用于空气分离和氮气产品回收的循环过程，它表示本发明的一个具体的实施例-三床吸附体系操作过程。
表床层号 操作步骤1 增压 伴流吹扫 两步逆流减压2 伴流吹扫 两步逆流减压 增压3 两步逆流减压 增压 伴流吹扫在表中，对于每个床层，Pr表示增压步骤，其中原料空气从原料气入口进入床层，从系统中另一个床层的气体排放口采出的部分富氧副产气体，从床层的气体排放口加入该床层，使床层的压强增至中等程度。这以后从上述床层的原料气入口加入补加的原料空气，使床层的压强进一步增加，然后用从上述的另一个床层采出的循环气体完成床层的增压，达到较高的吸附压强，或在较高的吸附压强下，将上述循环气体加入床层。上述压强是进行伴流吹扫时的操作压强。CO-P表示在较高的吸附压强下进行的上述伴流吹扫步骤。这里，在逆流减压步骤中回收的氮气被用作伴流吹扫气体，从床层的原料气入口加入并从床层的气体排放口置换出富氧副产气体。一部分上述副产气体从床层的气体排放口加入至一个正在被增压的床层，而另一部分则作为副产气体或废气直到达到预先给定的氮气浓度为止。然后，继续进行上述的伴流吹扫步骤，置换出氮浓度高于预先给定值的补充气体并循环进入正在增压的床层的原料气入口，条件是(1)在用原料空气使床层增压至较高的吸附压强，和(或)(2)为了完成上述的增压步骤停止加入原料空气时，和(或)(3)在进行上述伴流吹扫步骤前或开始时。BD/Evac表示两步逆流减压步骤，第一步使床层减压至低于上述的较高的吸附压强，第二步进一步使床层减压至低于大气压强，从床层的原料气入口采出高纯度氮气和伴流吹扫气体。可见，在本发明的这种三床系统实施例中，其中一个床层用原料空气和按上述方法加入的副产气体增压，与此同时，第二个床层处于伴流吹扫步骤，第三个床层则处于逆流减压步骤。首先用排气方法使床层降至较低的压强，然后，抽真空使床层进一步降至低于大气压的解吸压强。如果吸附压强的上限为大气压，那么两步顺序减压可合并为抽真空。在本发明类似的四床系统实施例中，每个床层类似地经过这样一系列步骤。第三个床层逆流减压至低于上述吸附压强上限时，从床层原料气入口采出的由氮气组成的排放气体，常被用作伴流吹扫气体，虽然它或其中的一部分可以作为高纯度的氮气产品回收。与此同时，第四个床层通过抽真空进一步逆流减压至低于大气压强的解吸压强。从该床层原料气入口采出的补充气体由高纯度氮气组成，可作为氮气产品回收，虽然它或其中的一部分可用作伴流吹扫气体。
在逆流减压或排气时，从较高的吸附压强降至较低的压强，用采出的富氮气体作为伴流吹扫氮气来置换处于较高吸附压强的床层中的氧副产品是适宜的，因为如使用随后减压得到的气体作为伴流吹扫气体时，需要更多的再增压以达到较高的吸附压强。在这种情形下，在抽真空进一步减压至低于大气压强的解吸压强时，采出的高纯度氮气可作为所需氮气产品回收。不过如上所述，在后一步采出的氮气可用于伴流吹扫，而在最初的逆流减压过程中采出的上述氮气可作为产品气体回收，或者将上述每步逆流减压过程中采出的气体的一部分作为产品气体回收，而将其余部分作为伴流吹扫气体。
虽然，可以根据所要求的分离程度，所选用的具体的吸附剂以及与给定的气体分离操作相关的条件，改变本发明变压吸附过程中各步骤所选择的压强，但是，必须使床层压强经抽真空逆流减压降至低于大气压的压强，使原料气体混合物中高纯度的氮或易吸附组份有效地解吸并回收。虽然，在本发明的各种实用实施例中，吸附压强的上限都超过了大气压强，但是，应该指出，在所述的过程中，选用的吸附压强的上限接近大气压强时也属于本发明的范畴。在这种情况下，每个床层在伴流吹扫后，最初被逆流减压至较低压强，其值必然低于大气压强，但仍然高于比大气压强低的解吸压强，这是在进一步逆流减压时达到的最终压强。在某些实施例中，用原料空气和(或)循环富氧副产气体使床层最初增压达到中等压强，其值可能大于或等于大气压强，虽然，在某些实施例中，它可能低于大气压强，因为在这些实施例中，吸附压强的上限约等于大气压强。在各种实用的实施例中，所采用的吸附压强的上限将达到约2.2大气压，最好为约2大气压，尽管也可采用更高的压强，例如4大气压或更高。如果在逆流解吸时，上述的较低压强约为大气压强和最初增压时的中等压强高于大气压强，那么低于大气压强的解吸压强可以约等于0.14大气压或更低，一般在0.14-0.24大气压范围内。
以下例子将表明实施本发明可能得到的好处，但是这些例子并未限定权利要求
中所确认的本发明的范围。例如在上表中所说明的那种三床系统，床层高8英呎，直径2英呎，每个床层中装有8英磅13X分子筛。这种分子筛能够选择性地吸附空气中的氮气。总循环时间为6分钟，包括增压、伴流吹扫和逆流减压(即排气和抽真空)步骤，每一步骤为2分钟。在增压步骤中，用100秒的时间连续加入原料空气，同时从床层的气体排放口加入副产气体进行“氧气回填”，而后，用20秒时间继续加入原料空气。在此20秒内，在伴流吹扫时采出的氮浓度高于预先给定值的副产气体也与原料空气一起加入至床层。在减压步骤中，最初15秒进行逆流减压或者排气，从床层原料气入口采出的富氮气体一部分用作伴流吹扫气体，其余部分作为产品气体回收。接着，用105秒时间进行真空减压，使床层压强降至低于大气压强的解吸压强。所采用的压强范围为0.22大气压(即上述的解吸压强)至2.2大气压(即上述的吸附压强上限)。在上述压强范围内进行伴流吹扫，而排气步骤一直进行到床层压强达到大气压强时为止。所用的原料空气为实验室用的空气，即纯氧和纯氮的混合物。采用上述过程可得到纯度为99.9%、原料气中氮的回收率大于98%的产品氮气，所得到的副产气体为纯度达90%的富氧气体。在另一个实施例中，操作条件类似于上述的三床系统，可得到纯度为99.8%、回收率大于99%的氮气产品，副产气体为纯度达93.6%的氧气。
本领域的熟练技术人员将会理解，本发明能够使用任何一种作为商品出售的吸附剂，只要这些吸附剂能够从由易吸附组份与难吸附组份组成的气体混合物中选择性地吸附其中的易吸附组份即可。在这些吸附剂中有代表性的例子是众所周知的分子筛、例如13X，5A，10X和沸石。为了进行气体分离，在实施本发明时可以很方便地选用这些吸附剂。不言而喻，除了上述的以高回收率从空气中分离出高纯度氮气外，本发明还可以很有利地用以分离其他许多气体，只要在吸附系统中含有能够从其它难吸附组份中选择性地吸附易吸附组份的吸附剂成份即可。因此，本发明可用于其它有用的气体分离场合以获得高纯度、高回收率的易吸附组份产品。典型的例子有一氧化碳和氮、二氧化碳和甲烷、甲烷和氮以及乙烷和乙烯。还应指出，对于空气分离，实施本发明时得到的富氧副产气体含有90%以上的纯氧，而无须把吸附剂换成对氧有选择性的吸附剂。与传统的变压吸附制氧过程相比，这是实施本发明时获得的一个附带的好处。
在不超越在权利要求
中规定的本发明的范围的情况下，可以对过程的具体细节进行各种修改和调整。在本发明的某个特定的应用场合中，在完成“氧气回填”步骤后，从床层的原料气入口加入再循环流出气体，直到上述流出气体达到一定的所需要的氮浓度为止。在这种情况下，可以将在这段时间内采出的气体从系统中排放掉，例如，把它作为废气或者按需要进行处理。在另一个实施例中，(它未必作为上述实施例的对比方案)当加入循环气体时暂时停止将原料空气加入至正在增压的床层，直到从床层中基本上置换出所有的滞留氧气为止。在系统中可装入一个干燥器，从而得到干燥的氮气或其它需要的产品，这也属于本发明的范畴。例如，可以将氮气产品加压到需要的最终压强和用传统的方法进行干燥。还应指出，原料空气在加入系统之前也可进行预干燥，而不是干燥氮气产品本身。这样在系统中的任何气体物流，例如产品氮气、原料空气或伴流吹扫气体，均可作为干燥器的吹扫气体。如果在气体分离后再进行干燥，那么，进入吸附剂床层的原料气将是含有水分的，床层的前部区域将只起干燥区的作用而不起气体分离的作用。因此，在这种情况下，有效的分离区多少要小于全床层。床层内的干燥区一般小于全床层的50%。在减压时，原来被吸附的水份也将解吸出来，并与产品氮气一起离开系统。
在开发变压吸附技术用以回收空气中的氮气和分离其它气体方面，本发明取得了人们所希望的、明显的进展，其中包括高纯度、高回收率地从气体混合物中制取所需的易吸附组份。能以较高的回收率制取富集副产气体，例如氧气，是实施本发明的另一个优点。将此处公开和申请专利权的过程的各个步骤进行新的组合，包括上述的“氧气回填”和伴流吹扫气体循环使得产品的纯度和回收率均可大大提高。在生产各种工业用途的高纯度氮气和满足工业界需要的重要的气体分离方面，本发明以突出的优点为开发人们所需要的变压吸附技术作出了贡献。
勘误表
权利要求
1.从空气中选择性地吸附氮气并回收高纯度的氮气产品的绝热变压吸附系统，在该系统中至少含有两个吸附剂床层，每个床层按循环周期，经过一系列操作步骤，包括a)在床层的原料气入口加入原料空气。在此之前或与此同时将从系统中另一个床层的气体排放口采出的付产气体，从该床层的气体排放口加入至床层，使床层的压强从低于大气压的解吸压强增至中等压强；b)从上述床层的原料气入口加入原料空气，同时从上述床层的气体排放口加入或不加入付产气体，使床层的压强从中等压强增至较高的吸附压强；c)在上述较高吸附压强下，从床层的原料气入口加入伴流吹扫氮气，从床层的气体排放口置换出付产气体。从正在由解吸压强增压的床层的气体排放口加入一部分上述付产气体。上述伴流吹扫步骤一直进行到当上述付产气体中氮的浓度达到予先给定的值时为止。上述付产气体中氮的浓度是不断增加的。d)在上述流出气体中，氮的浓度达到上述给定值后，在上述较高吸附压强下从床层的原料气入口加入补充的伴流吹扫氮气。这种补充置换出的流出气体中的氮气浓度高于予先给定的值。将这部分气体送入系统中一个正在从中等压强增压至较高的吸附压强的和(或)处于较高的吸附压强的床层的原料气入口，进行再循环。e)使上述床层逆流减压，从较高的吸附压强降至较低的压强，从床层的原料气入口采出富氮气体。它被用作伴流吹扫氮气和(或)氮气产品；f)通过抽真空使上述床层进一步从上述较低压强逆流减压至低于大气压的解吸压强，从床层的原料气入口采出解吸的高纯度氮气产品和(或伴流吹扫气体；g)在循环周期内，重复步骤A-F。在步骤B或步骤A和B期间将补充的原料空气加入至正在增压的床层。因此，上述系统可方便地制得高纯度、高回收率的氮气产品和较高回收率的富氧气体付产品。
2.按照权利要求
1的过程，其中上述的较高吸附压强大于大气压强。
3.按照权利要求
2的过程，其中上述较低压强接近大气压强。
4.按照权利要求
2的过程，其中上述较高吸附压强高达约4.2大气压，上述低于大气压强的解吸压强约为0.035大气压。
5.按照权利要求
4的过程，其中上述较高吸附压强约为2.1大气压，上述低于大气压强的解吸压强约为0.14大气压。
6.按照权利要求
5的过程，其中上述较低压强接近大气压强。
7.按照权利要求
1的过程，其中上述较高吸附压强约为大气压强。
8.按照权利要求
1的过程，其中氮浓度比预先给定值高的上述流出副产气体再循环，与原料空气一起从床层原料气入口加入至床层，使床层从上述中等压强增至较高的吸附压强。
9.按照权利要求
8的过程，其中上述较高吸附压强大于大气压强，上述较低压强接近大气压强。
10.按照权利要求
9的过程，其中上述较高吸附压强约为2.1～2.2大气压，上述低于大气压的较低压强约为0.4～0.24大气压。
11.按照权利要求
8的过程，其中上述较高吸附压强约为大气压强。
12.按照权利要求
1的过程，其中氮浓度高于预先给定值的上述流出付产气体，在加入上述伴流吹扫氮气之前，从床层的原料气入口加入至处于较高吸附压强的床层，进行再循环。
13.按照权利要求
12的过程，其中上述较高吸附压强大于大气压强，上述较低压强接近大气压强。
14.按照权利要求
13的过程，其中上述较高吸附压强约为2.1～2.2大气压，上述的低于大气压的较低压强为0.14～0.24大气压。
15.按照权利要求
12的过程，其中上述较高吸附压强约为大气压强。
16.按照权利要求
1的过程，其中在床层的原料气入口加入原料空气之前和同时，从最初处于解吸压强的该床层的气体排放口加入富氧付产气体。
17.按照权利要求
16的过程，其中上述较高吸附压强大于大气压强。
18.按照权利要求
17的过程，其中上述较低压强接近大气压强。
19.按照权利要求
16的过程，其中上述较高吸附压强约为大气压强。
20.按照权利要求
1的过程，其中上述的吸附系统包括三个吸附剂床层。
21.按照权利要求
1的过程，其中上述的吸附系统包括四个吸附剂床层。
22.按照权利要求
20的过程，当上述三床系统的循环过程按步骤G连续操作时，其中一个床层按步骤A和B，用原料空气和付产气体进行增压，与此同时第二个床层按步骤C和D进行伴流吹扫，第三个床层按步骤E和F进行逆流减压。
23.按照权利要求
22的过程，其中上述较高吸附压强大于大气压强。
24.按照权利要求
22的过程，其中上述较高吸附压强接近大气压强。
25.按照权利要求
22的过程，其中在从床层的原料气入口加入原料空气的同时，从上述的气体排放口将富氧付产气体加入最初处于解吸压强的床层。
26.按照权利要求
25的过程，其中氮浓度高于预先给定值的上述付产气体进行再循环，与原料空气一起从床层的原料气入口加入，使床层的压强从中等程度压强增至较高吸附压强。
27.按照权利要求
21的过程，当上述四床系统按步骤G连续操作时，其中一个床层按步骤A和B，用原料空气和副产气体进行增压，与此同时第二个床层按照步骤C和D进行伴流吹扫，第三个床层按步骤E进行逆流减压，第四个床层按步骤F，抽真空进一步进行逆流减压。然后将原料空气加入至抽真空后的第四个床层使其增压，此时第一个床层进行伴流吹扫，第二个床层进行逆流减压，第三个床层抽真空进一步进行逆流减压。
28.按照权利要求
27的过程，其中上述较高吸附压强大于大气压强。
29.按照权利要求
27的过程，其中上述较高吸附压强接近大气压强。
30.按照权利要求
27的过程，其中富氧气体从最初处于解吸压强的床层气体排放口加入，同时，从上述床层的原料气入口加入原料空气。
31.按照权利要求
27的过程，其中氮浓度大于预先给定值的上述付产气体进行再循环，与原料空气一起从床层的原料气入口加入，使床层的压强从上述的中等压强增至上述的较高吸附压强。
32.按照权利要求
27的过程，其中氮浓度大于预先给定值的付产气体进行再循环，在加入伴流吹扫氮气之前，从处于较高吸附压强的床层原料气入口加入。
33.按照权利要求
1的过程，并包括在开始从床层的原料气入口进行再循环之前，从系统中排放出上述付产气体，直到其达到所需的氮浓度时为止。
34.按照权利要求
1的过程，并包括当上述付产气体从床层的原料气入口进行再循环时，暂时停止将原料气加入床层。
35.按照权利要求
34的过程，其中上述付产气体被用来完成床层增压，直至达到上述较高吸附压强，而不必进一步将原料空气加入床层。
36.用于选择性地吸附气体混合物中易吸附组分，并回收上述组分作为高纯度产品的绝热变压吸附系统，在吸附系统中至少有两个吸附剂床层，在循环周期内每个床层经历一系列操作步骤，包括a)在原料气体混合物从床层原料气入口加入之前和(或)同时，将从系统中另一个床层的气体排放口采出的富集的难吸附组分付产气体，从上述床层的气体排放口单独加入床层内，使床层的压强从解吸压强提高到中等程度压强。b)在从床层的气体排放口加入或不加入付产气体的情况下，从上述床层的原料气入口加入原料气体混合物，使床层的压强从中等压强增至较高吸附压强;c)在上述较高吸附压强下，从床层的原料气入口加入易吸附组分伴流吹扫气体，使富集难吸附组分的流出气体从床层的气体排放口置换出来，其中一部分难吸附组份的流出付产气体，从床层的气体排放口加入，使床层的压强从上述解吸压强开始增压。上述伴流吹扫步骤一直进行到当上述易吸附组分在上述流出付产气体中的浓度达到予先给定的值时为止。其中，在上述难吸附组分的流出付产气体中，上述易吸附组分浓度是不断增加的。d)在上述流出气体中，易吸附组份的浓度达到予先给定值后，在上述较高吸附压强下，从床层的原料气入口加入伴流吹扫气体。将易吸附组份浓度高于予先给定值的被置换气体，送入体系中另一个正在从中等压强增压至较高吸附压强的床层的原料气体入口，进行再循环。e)使上述床层从较高吸附压强逆流减压至较低压强，从床层的原料气入口采出高纯度的易吸附组分，它可用作易吸附组分伴流吹扫气体和(或)易吸附组分产品气体。f)进一步使床层从上述较低压强逆流减压至更低的解吸压强，从床层的原料气入口采出已解吸的高纯度的易吸附组分气体产品，和/或伴流吹扫气体。g)在循环周期内重复步骤A-F，在步骤B或步骤A和B加入补充的原料气体混合物，使床层增压。因此，上述系统可获得高纯度，高回收率的易吸附组分气体产品，以及较高回收率的富集的难吸附组分气体。
37.按照权利要求
36的过程，其中上述较高吸附压强大于大气压强。
38.按照权利要求
36的过程，其中上述较高吸附压强接近大气压强。
39.按照权利要求
36的过程，其中在原料气体混合物从床层的原料气入口加入之前和同时，从最初处于解吸压强下的床层气体排放口加入难吸附组分气体。
40.按照权利要求
36的过程，其中原料气体混合物包括一氧化碳和氮。
41.按照权利要求
36的过程，其中原料气体混合物包括二氧化碳和甲烷。
42.按照权利要求
36的过程，其中原料气体混合物包括甲烷和氮。
43.按照权利要求
36的过程，其中原料气体混合物包括乙烷和乙烯。
44.按照权利要求
36的过程，其中易吸附组分的浓度高于予先给定值的付产气体进行再循环，与原料气体混合物一起从床层的原料气入口加入，使床层压强由中等压强增至较高吸附压强。
45.按照权利要求
44的过程，其中上述较高吸附压强大于大气压强，上述较低压强接近大气压强。
46.按照权利要求
44的过程，其中上述较高吸附压强约为大气压强。
47.按照权利要求
36的过程，其中在加入易吸附组分伴流吹扫气体之前，在较高吸附压强下，易吸附组分浓度高于予先给定值的上述流出付产气体进行再循环，从床层的原料气入口加入至床层。
48.按照权利要求
47的过程，其中上述较高吸附压强大于大气压强，上述较低压强接近大气压强。
49.按照权利要求
47的过程，其中较高吸附压强约为大气压强。
专利摘要
将原料气体通入变压吸附系统，其中每个床层经历一个循环过程，包括(1)增压、(2)在较高吸附压强下伴流吹扫、(3)逆流减压(在一些实施例中包括抽真空减压至低于大气压强的解吸压强)。在伴流吹扫和逆流减压时采出的流出气体进行再循环，用于增压和伴流吹扫步骤，这有利于回收原料气中易吸附组分，以获得高纯度和高回收率。增浓了的难吸附组分也以较高的回收率被回收，作为副产气体。这个过程用于分离和回收空气中的氮气产品十分有利。
文档编号B01D53/04GK86102340SQ86102340
公开日1986年9月3日 申请日期1986年3月7日
发明者罗伯特·加里·沃纳, 霍默·费伊 申请人:联合碳化公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan