专利名称：用于分离混合气体的压力波动吸附工艺和装置的制作方法
本申请对应于法国专利申请1997年6月9日9707117号，此处参考地结合了法国申请的公开。
本发明涉及用于分离混合气体的压力波动吸附(PSA)装置，该装置包括吸附器和至少一个输出容器。
单吸附器PSA系统通常包括单个容器(简单的或称为分离式的)或两个容器(也是简单的或称为分离式的)。在美国专利4，561，865号(申请人为Greene和Kellogg)、美国专利4，948，391号(申请人为VaccumOptics公司)、美国专利4，892，566号(申请人为Air Sep．公司)、美国专利5，370，728号(申请人为Praxair)、美国专利5，451，683号(申请人为Praxair)、美国专利5，565，018号(申请人为Praxair)、欧洲专利0663229号(申请人为Sumitomo Seika)、欧洲专利0743087号(申请人为L′Air Liquide)之中详细描述了各种例子。单容器的解决办法优先考虑的是设备的成本，但不可能对循环进行优化，也不能优化要存储的气体的体积。分离式的多容器的解决办法允许进行这种优化，但是在很高成本的价格下作出的。
本发明为此目的而提供用于分离的PSA装置和工艺，它在最小的成本下可完成这种优化。
为了做到这点，根据本发明的一个方面，该装置包括-具有混合气体的输入口和气体出口的吸附器；-第一、第二和第三容器、第三容器具有入口和气体出口；-在吸附器的出口与第一容器之间建立双向联通的第一装置；-在吸附器的出口和第二容器之间建立双向联通的第二装置；以及-建立从吸附器的出口到第三容器的单向联通的第三装置。
根据本发明的另一方面，应用这种装置的工艺包括连续的生产工步、深增压工步、洗提工步及再增压工步，或-在生产工步中，在吸附器的出口处的气体产品被第二装置送至第二容器和被第三装置送至第三容器；-在减压工步期间，气体被第一装置从吸附器的出口送至第一容器；以及-在洗提工步和再增压工步期间，来自第一和第二容器的气体被第一和第二装置分别地顺序地送至吸附器的出口。
从实施例的下列描述中本发明的其它特点和优点将变得明显起来，实施例是通过举例方法(但没有一点限制)应用有关的附图来给出的，其中-
图1是带有根据本发明的3个容器的单吸附器PSA装置的示意图；-图2和3是根据本发明的循环例子。
在图1中，可见到用于分离混合气体的PSA装置，一般用于从大气(空气)中制取氧气，以及如稍后将看到的该装置包括吸附器1和可分别与吸附器1的出口相联接的3个出口端容器2、3和4。吸附器1的入口6和带有如上面提到的美国专利4，561，865号中公开的输送阀或带有上面提到的欧洲专利0743087中描述的可逆转动机器的压缩／吸气单元7相联接。
第一容器2以含有阀9的管路8和出口5联接。第二容器3以配置有阀11的管路10和出口5相联接。
第三容器4包括出口12或产品出口，出口12可与用户的管线路相联接，而入口13和吸附器1的出口5相联接。
在图1中以破折(虚)线表示的实施例中，入口13通过装设有单向阀15的第一区段14A、然后通过第二区段14B与出口5相联接。该装置还包括用于控制第一(9)及第二(11)联通装置和单元7的顺序可编程序控制器(20)。
现将参考表示PSA循环的阶段的图2来描述这个装置的工作。
如在这个图2中将看到的，循环包括-a)生产阶段，在此阶段中，系统7向吸附器1输送要分离的混合气体的压力流体，已分离的生产气体被送至第二和第三容器3和4(阀11被打开而阀9关闭)。
-b)一步工序，在此工序中，前述生产阶段a)中的吸附器受到一个第一顺流减压，已降低纯度的被分离气体被送至第一储气器2(阀9被打开而阀11关闭)。这个阶段的压力小于到达生产阶段末尾时的压力，单向阀15保持关闭而减压气体没有到达产品容器4。
-c)逆流减压阶段，对循环的低压，借助于起到泵作用的系统7。
-d)利用来自第一容器2的中等纯度的气体，在循环的低压下的洗提阶段(阀9被重新打开)。
-e)利用来自第二容器3的高纯度气体的初始顺流再加压阶段(阀11被打开而阀9被关闭)，阀15防止容器4的气体回流到任何较低压力的区域。
-f)利用要分离的混合气体的第二增压阶段，不放出产品气体。
这样一种安排可减小储存容器的尺寸，同时通过在增高气体纯度情况下分离气体来实现洗提／再加压工序。
作为一种改型，管路14B可包括额外增加(或取代单向阀15)一种受控制器20控制的第三电子阀16，以便在生产阶段a)期间只把产品气体连续地最先送至容器3，和最终仅送至容器4，在工序a)范围外阀16保持关闭。
作为又一个改型，如图1上的虚线所表示的，连结有单向阀15的下游区段14A可和出口5相联接，不是直接联接，但是通过第二容器3及其联接管路10联接的(在这种情况下管路14B部分被省略了)。
在图3中，表示了从图2的循环移置过来的循环，表达的是这后一个改型的循环。
在生产阶段a)中，所有的生产气体被送至小的第二容器(3)，并且然后从该处送至第三容器4。在阶段e)中，刚一打开阀11，装在第二容器3内气体为实现它的初始逆流再增压而流回到吸附器1，单向阀15防止了向第三容器4中的产品气体的上游方向的任何回流。
作为一种改型，图3所示的循环设有包括利用要分离的单种混合气体来进行的再增压的中间工序f)，当阀11开启时，生产阶段a)直接导向初始再增压阶段e)。
虽然本发明是联系实际的实施例作的描述，但不局限于那些方面，相反地容许改型和变型，这对技术人员将是明显的。
权利要求
1．一种用于分离混合气体的PSA装置，包括-具有用来供给混合气体的入口(6)和气体出口(5)的吸附器(1)；第一、第二和第三容器(2，3，4)，第三容器(4)具有气体入口(13)和气体出口(12)；为在吸附器(1)的出口(5)与第一容器(2)之间建立双向联通的第一装置(8，9)；为在吸附器的出口与第二容器(3)之间建立双向联通的第二装置(10；11)；以及为在吸附器的出口至第三容器(4)建立单向联通的第三装置(14B；14A，15；16；14C)。
2．根据权利要求1的装置，其特征在于，进一步包括用于控制所说的第一和第二装置的装置(20)，用来建立联通关系，以便相继地驱动第一装置和然后第二装置。
3．根据权利要求1的装置，其特征在于，进一步包括用于第二和第三装置的控制装置(20)，用来建立联通关系，以便顺序地驱动第二和第三装置。
4．用于分离根据权利要求1的装置中的混合气体的一种PSA工艺，包括连续的生产工序，减压工序，洗提工序和再压缩工序，其中-在生产工序(a)期间，吸附器(1)的出口(5)处产生的气体被第二装置送至第二容器(3)以及被第三装置送至第三容器(4)；-在再增压工序(b)期间，来自吸附器(1)的出口(5)的气体被第一装置送至第一容器(2)；以及-在洗提工序(d)和再压缩工序(e)期间，来自第一和第二容器的气体被第一和第二装置顺序地分别送至吸附器出口。
5．根据权利要求4的工艺，其特征在于，减压工序包括对低循环压力的逆流减压的最终工序(c)。
6．根据权利要求4的工艺，其特征在于，进一步包括利用要分离的单种混合气体进行的顺流再增压的中间工序(f)。
7．根据权利要求4的工艺，其特征在于，最终减压工序(c)接续在第一容器的减压工序(b)之后。
8．根据权利要求4的工艺，其特征在于，混合气体是空气。
全文摘要
本发明的装置包括:吸附器(1)和3个出口端容器(2—4),用来分别地建立吸附器与洗提容器(2)及与减压容器(3)之间的双向联通的第一(8、9)和第二(10,11)装置,以及用来建立吸附器至产品容器(4)的单向联通的第三装置(14A;15;16)。
文档编号B01D53/053GK1205910SQ9810982
公开日1999年1月27日 申请日期1998年6月9日 优先权日1998年6月9日
发明者普莱雷·珀蒂, 菲力普·安德烈亚尼, 克里斯廷·莫纳雷奥 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司