具有改進的高純度產物回收率的變壓吸附工藝的製作方法
2023-08-10 21:58:21
專利名稱：具有改進的高純度產物回收率的變壓吸附工藝的製作方法
背景技術：
變壓吸附是用於分離大量氣體混合物和純化含有低濃度的不希望組份的氣流的公知方法。為了更廣範圍的原料氣、操作條件、產物純度和產物回收率，已經對這種方法進行了發展和修改。許多變壓吸附系統利用兩個或更多以循環順序運行的吸附劑床，以在所選擇的床經歷包含吸附、降壓、排空、淨化、壓力均化、再增壓和別的相關步驟的不同步驟時維持不變的產物流速。人們要求採用了眾多工藝步驟的多吸附劑床以獲得對諸如氫、碳氧化物類、合成氣、輕質烴和類似物的有價值氣體產物的高純度和/或回收率。為了包括可攜式醫學氧集中器的各種應用，採用了這些工藝步驟的多吸附劑床也被用來從空氣中回收氧。
這些變壓吸附工藝中的許多部分地在低於大氣壓的壓力下運行，它們在本領域申被描述為諸如真空變壓吸附(VSA)或壓力-真空變壓吸附(PVSA)工藝。在本說明書中，不管運行壓力水平如何，變壓吸附(PSA)被用作描述所有類型的循環吸附系統的通用術語。
在變壓吸附工藝循環中，需要用於淨化和再增壓步驟的氣體由別的工藝步驟獲得的氣體供應。再增壓可以通過利用最終產物氣、床間壓力均化獲得的中間氣、原料氣或它們的結合來實現。可以通過來自別的床的中間減壓氣和/或通過最終產物氣來提供淨化。
原料再增壓被公開於有代表性的美國專利第4,406,675號和第5,540,758號中，以及歐洲專利公開第0354259號中。產物氣用於淨化和/或再增壓的使用存在於代表性的美國專利第5,328,503號、第5,411,578號、第5,429,666號和第5,656,067號中。美國專利第5,330,561號和第5,203,888號公開了採用了增壓原料氣或產物氣的床再增壓。
為了增加產物回收率，人們期望在變壓吸附工藝中最小化用來淨化和再增壓的產物氣的量。由於原料氣組成、產物純度要求以及產物回收率要求，在許多情況下這可能很困難。在大多數變壓吸附工藝中，例如，在產物純度和產物回收率之間有一個折衷，其中增加的產物純度是由產物回收率的降低來實現的。在本領域中有對允許在更高產物純度水平下增加的產物回收率的改進的工藝循環的需求，這種需求由下述的發明提出並定義於隨後的權利要求中。
發明內容
本發明的第一個實施方式包括在變壓吸附工藝中採用在循環工藝步驟下運行的多個平行吸附劑床(adsorbent bed)以從包含至少一種較弱可吸附組份(less strongly adsorbable component)和至少一種較強可吸附組份(morestrongly adsorbable component)的原料氣混合物中回收較弱可吸附組份的工藝步驟，其中每個吸附劑床有原料端(feed end)和產物端(product end)，其中每個床至少經受原料/產物步驟(feed/product step)、一個或更多減壓步驟、其中富集了較弱可吸附組份的淨化氣被引入到床的產物端並且淨化排出氣(purge effluent gas)被從床的原料端抽出的淨化步驟、以及一個或更多再增壓步驟。工藝步驟包含在除第二吸附劑床中原料/產物步驟期間之外的任何時間，把至少一部分從第一吸附劑床抽出的淨化排出氣引入到第二吸附劑床的原料端。
另一個實施方式涉及用於從包含至少一種較弱可吸附組份和至少一種較強可吸附組份的原料氣混合物中回收較弱可吸附組份的變壓吸附工藝，其中工藝包括在許多個吸附劑床中實施循環工藝步驟，每個床有原料端、產物端和選擇性吸附較強可吸附組份的吸附材料(adsorbent material)，在循環工藝步驟中每個床依次運行，該循環工藝步驟包括原料/產物步驟、其中氣體在減壓時被從床中抽出的一個或更多減壓步驟、其中富集了較弱可吸附組份的淨化氣被引入到床的產物端並且淨化出氣被從床的原料端抽出的淨化步驟，以及其中氣體在增壓時被引入床中的一個或多個再增壓步驟。一個再增壓步驟包含在除第二吸附劑床中原料/產物步驟期間之外的任何時間，把至少一部分從第一個床的原料端抽出的淨化排出氣引入到第二個床的原料端。
一個可選實施方式包括用於分離包含至少一種較強可吸附組份和至少一種較弱可吸附組份的原料氣的變壓吸附工藝，該工藝包含步驟(1)把原料氣引入含有優先吸附較強可吸附組份的吸附材料的第一吸附劑床的原料端，從第一吸附劑床的產物端抽出富集了較弱可吸附組份的產物氣；(2)持續把原料氣引入第一吸附劑床並從第一吸附劑床抽出產物氣，以及把一部分產物氣引入第二吸附劑床的產物端經歷再增壓步驟；(3)停上把原料氣引入第一吸附劑床和從第一吸附劑床抽出產物氣，從它的產物端抽出減壓氣，以及把從它的產物端抽出的減壓氣引入第三吸附劑床的產物端經歷再增壓步驟；
(4)抽出來自第一吸附劑床產物端的另外的減壓氣並把從那抽出的減壓氣引入第四吸附劑床的產物端經歷淨化步驟；(5)排空來自第一吸附劑床原料端的氣體；(6)在持續從其原料端排空氣體時把淨化氣引入第一吸附劑床的產物端，以及把至少一部分從其原料端排空的氣體引入第四吸附劑床的產物端經歷再增壓步驟；(7)把再增壓氣引入第一吸附劑床產物端，其中再增壓氣由從第三吸附劑床抽出經歷了減壓步驟的減壓氣提供；(8)把另外的減壓氣引入第一吸附劑床產物端，其中另外的減壓氣由一部分從第四吸附劑床抽出經歷了原料/產物步驟的產物氣提供，以及把淨化排出氣引入第一吸附劑床原料端，其中淨化排出氣由至少一部分從第二吸附劑床的原料端排空的經歷了淨化步驟的氣體提供；以及(9)以循環方式重複步驟(1)至(8)。
本發明的一個相關實施方式包括用於分離包含至少一種較強可吸附組份和至少一種較弱可吸附組份的原料氣的變壓吸附系統，該系統包含(a)眾多吸附容器(adsorber vessel)，每個吸附容器有原料端、產物端以及含有至少一種適於選擇吸附較強可吸附組份的吸附劑的吸附材料床；(b)管線和閥，其適於把原料氣引入每個吸附容器的原料端並從每個吸附容器的產物端抽出富集了較弱可吸附組份的產物氣；以及(c)管線和閥，其適於把來自第一吸附容器產物端富集了較弱可吸附組份的減壓氣轉移到第二吸附容器產物端並在除第三吸附容器中原料/產物步驟期間之外的任何時間把來自第二吸附容器原料端的淨化排出氣轉移進第三吸附容器原料端。
本發明的另一個相關實施方式包括用於分離包含至少一種較強可吸附組份和至少一種較弱可吸附組份的原料氣的變壓吸附系統。該系統包含(a)四個吸附容器，每個吸附容器有原料端、產物端以及含有至少一種適於選擇吸附較強可吸附組份的吸附劑的吸附材料床以及(b)管線和閥，其適於(1)把原料氣引入第一吸附容器的原料端並從第一吸附容器的產物端抽出富集了較弱可吸附組份的產物氣；(2)把一部分富集了較弱可吸附組份的產物氣轉移進第二吸附容器的產物端；(3)從第一吸附容器的產物端抽出減壓氣並把抽出的減壓氣引入第三吸附容器的產物端；(4)從第一吸附容器的產物端抽出減壓氣並把抽出的減壓氣引入第四吸附容器的產物端；(5)利用真空泵或鼓風機(blower)從第一吸附容器的原料端抽出氣體並把抽出的氣體作為廢氣排放；(6)把淨化氣引入第一吸附容器的產物端，其中當從原料端排空第一吸附容器並把至少一部分排空的淨化排出氣引入第四吸附容器的原料端時，淨化氣由第二吸附容器提供；(7)通過把再增壓氣引入第一吸附容器的產物端增壓第一吸附容器，其中再增壓氣由第三吸附容器提供；以及(8)通過把從第四吸附容器獲得的產物氣引入第一吸附容器的產物端並把淨化排出氣引入第一吸附容器的原料端來增壓第一吸附容器，其中淨化排出氣獲自第二吸附容器。
圖1是本發明實施方式的PSA循環步驟期間氣流到達和離開吸附劑床的示意圖。
圖2是在圖1實施方式的PSA循環步驟中的兩個時間區間之中四個吸附劑床之間氣流關係的示意圖。
圖3是對於實施例1，2和3在任何給定床的入口端的壓力對比時間圖表。
具體實施例方式
本發明的實施方式利用變壓吸附工藝循環來分離氣混合物，其中至少一部分來自吸附劑床經歷了淨化步驟的淨化排出氣被用來在除別的吸附劑床原料/產物步驟期間之外的任何時間再增壓另一個吸附劑床。例如，利用眾多按照改進的工藝循環運行的吸附室，該工藝可以用來增加空氣中高純度氧的回收率。
在當前公開中，術語產物氣意思是從吸附劑床抽出並被送到(有或沒有中間存儲)終端使用的有足夠產物純度的氣體。原料/產物步驟的定義為把原料氣引入床的原料端和從床的產物端抽出產物氣。雖然在這個步驟期間壓力可能增加，然而這個步驟不同於下面定義的再增壓步驟。減壓的定義為伴隨著降低床壓力氣體從吸附劑床的抽出。可以通過從超大氣壓力(superatomos pheric pressure)直接向大氣排氣或把氣體轉移到處於更低壓力的另外的處理容器或封閉體積中來獲得減壓。也可以通過排空(evacuation)獲得減壓，它被定義為通過真空泵或鼓風機從床抽出氣體。排空可以在床壓的任何範圍進行，但是一般在負壓下，也就是真空下進行。再增壓被定義為在除原料/產物步驟其間之外的任何時間把氣體引入包含吸附劑床的容器，伴隨著增加床壓。
來自一個容器的減壓氣被用作另一個容器中的增壓氣的轉移在本領域通常被稱為壓力均化(pressureequalization)，但是兩個床中的壓力在這個步驟的末端不一定變的相同。
淨化(purge)被定義為當淨化排出氣從容器原料端抽出時淨化氣到容器產物端的引入。淨化可以在降低床壓時、增加床壓時、固定床壓時或它們的任意結合時進行。當有益產物是較弱可吸附組份時，在負大氣壓力(subatmosphericpressure)下淨化一般最有效。淨化氣(當被用於變壓吸附工藝來從包含至少一種較弱可吸附組份和至少一種較強可吸附組份的原料氣混合物中回收較弱可吸附組份時)被定義為任何富集了較弱可吸附組份的氣體。淨化排出氣中較強可吸附組份的濃度比在淨化氣中高。淨化增壓被定義為在除原料/產物步驟期間之外的任何時間把至少一部分來自吸附劑床的原料端經歷了淨化步驟的淨化排出氣轉移到另一個床的原料端經歷再增壓步驟。
應用於變壓吸附工藝中的氣流的術語「富集」意思是氣流含有比在原料氣中該組份的濃度高的組份濃度。空隙空間氣被定義為吸收容器中包含於空隙或粒間體積的未吸附氣體，包含管線和容器死體積中未被吸收劑佔用的氣體。大氣空氣是直接從環境大氣獲得的未壓縮空氣。
亨利選擇性定律描述了給定吸收劑對在包含兩種組份的氣體混合物中從第二組份分離出第一組份的選擇性。亨利選擇性定律被定義為在選定條件下第一組份吸附在吸附材料上的亨利定律常數與在同樣條件下第二組份吸附在同樣吸附材料上的亨利定律常數的比率。亨利定律常數被定義為描述作為氣體壓力函數的吸附的組份量的等溫線的起始斜率，優選在2 3℃的參考溫度下。
術語「較強可吸附的」和「較弱可吸附的」，當被用來描述通過變壓或真空變壓吸附工藝來分離的氣體混合物中的組份時，描述了在吸附劑床中吸附材料上的氣體混合物中的細份的相對吸附性能。在平均的工藝溫度和壓力下，吸附材料對較強可吸附組份(作為純組份)的平衡吸附能力比對較弱可吸附組份(作為純組份)的平衡吸附能力強。
這裡所用的非限定冠詞「一個」(「a」)和「一個」(「an」)當被用於記載於說明書和權利要求中的本發明實施方式中的任何特徵時表示一個或更多。除非特別指出這種限定的情況下，「一個」(「a」)和「一個」(「an」)的使用並不限定其意思為單個特徵。在單個名詞或多個名詞或名詞句前的限定冠詞「the」表示一個特別指定的特徵或多個特別指定的特徵並且可能具有一個或多個內涵，這依賴於使用它的上下文。形容詞「任何」(「any」)表示一個、一些或不加選擇的任何量的全部。位於第一實體和第二實體之間的術語「和/或」表示(1)第一實體、(2)第二實體和(3)第一實體和第二實體這三者之一。
這裡所用的通用術語「變壓吸附」(PSA)適於所有在最大和最小壓力之間運行的吸附分離系統。最大壓力典型地是超大氣壓的，最小壓力可以是超大氣壓的或負(低於)大氣壓的。當最小壓力是低於大氣壓並且最大壓力是超大氣壓時，系統一般被稱為壓力真空變壓吸附(PVSA)系統。當最大壓力處於或低於大氣壓並且最小壓力低於大氣壓時，系統一般被稱為真空變壓吸附(VSA)系統。
在所有實施方式中，原料氣包含至少一種較強可吸附組份和至少一種較弱可吸附組份，以及通過對較強可吸附組份的吸附而相對於原料氣產物氣富集了較弱可吸附組份。通過下述的減壓、排空和淨化步驟把較強可吸附組份從吸附劑上除去。原料氣可以低於、處於或高於大氣壓。
可以採用眾多以循環步驟運行的吸附劑床來實施本發明的實施方式並用其分離任何包含較強可吸附組份和較弱可吸附組份的氣體混合物。這些實施方式可以用於包括PVSA和VSA的任何PSA分離工藝中。因此用來再增壓的淨化排出氣的使用可以應用於任何PSA、VSA或PVSA用於任何氣體混合物的分離。下述的特定實施方式特別適於從空氣中或別的帶有氬和/或氮的氧混合物中回收氧產物，這些實施方式可以提供純度在97體積％以上和可能在99體積％以上的氧氣產物。
本發明一個示範性實施方式採用了四個吸附劑床，通過表1的循環步驟和表2的圖表對其進行了闡釋。對於第一床下面的表1給出了每個循環步驟的說明，其中第一至第四床相應於表2的床1至4。
表1循環步驟說明
表2循環圖表
在步驟4和/或步驟4之後步驟5之前的至少一部分期間可以採用一個可選排放步驟(blowdown step)，其中廢氣被從床的原料端直接排放到大氣中直到床達到接近大氣壓，在這一點排空步驟5開始。
圖1顯示了床1的示意流量圖來闡釋該床經歷了順序的重複步驟1至8。在如圖2所示的交錯的時間周期(time period)期間，床2，3和4經歷同樣的步驟順序。圖2闡釋了在時間周期T1和T2期間床1，2，3和4之間的氣流關係。在時間周期T3至T8期間，四個床之間類似的氣流關係順序發生。採用適當的壓力/真空變壓吸附系統可以實施這個工藝循環，該系統包含原料壓縮機或鼓風機、真空泵或鼓風機、吸附劑、四個吸附容器、管線和流動控制系統。這種PVSA系統在吸附氣體分離領域中是眾所周知的。如果可以獲得適當壓力下的原料氣，那麼就不需要原料壓縮機或鼓風機。可以通過本領域公知的任何適當的閥和多頭管系來控制原料氣、產物氣和床間氣流。例如，系統可以利用多個控制器操縱的球閥來影響適當的循環步驟。可選的，一個或更多旋轉閥可以用於這個目的。例如，這裡可使用的示範性的旋轉閥例子描述於2005年8月5日提出的美國專利申請系列第10/197,859號中，通過參考將該申請結合於此。
雖然上面的實施方式闡釋了採用四個床的PVSA循環，然而包含使用來自一個床的淨化排出氣來再增壓別的床的特徵的別的循環也是可行的。例如，在有適當的循環步驟下可以使用兩或三個床，但是可能需要一個或更多氣體存儲罐。如果期望另外的壓力均化步驟，那麼可以使用超過四個床。
上述工藝特別適於從空氣或帶有氬和/或氮的別的氧混合物中回收高純氧(即包含超過97體積％氧)，其中淨化排再增壓步驟容許至少10％的氧回收。另外，使用淨化排出氣來再增壓床減少了用來再增壓的產物氣的量。由於產物氣處於比淨化排出氣高的壓力，淨化排出再增壓的採用節約了壓縮能並降低了整個工藝的能量需求。同樣，上述工藝容許使用與PVSA系統中一般使用的吸附劑相比具有較低的氧亨利定律選擇的吸附劑來從空氣或別的含氧氣體中回收氧。本發明各個實施方式使用的吸附劑對於較強可吸附組份相對較弱可吸附組份來說可以具有低於大約2.0，可能低於大約1.5的亨利定律選擇性。在分離空氣獲得高純度氧產物中，較強可吸附組份是氬，較弱可吸附組份是氧。
上述工藝可以使用任何選擇性吸附氮和/或氬的吸附劑或吸附劑的複合來從空氣或別的帶有氬和/或氮的氧混合物中回收氧。用於本工藝來從這些氣體混合物的任何一個中回收氧的示範性吸附劑床可以包含包括活性氧化鋁、NaX、NaKLSX(低二氧化矽X)或其結合的吸附劑的組合作為除去水、二氧化碳和別的雜質的預處理區，接著是非必需的LiX或LiLSX沸石的層，然後是AgLiLSX沸石的層。可以用於本工藝的示範性的AgLiLSX沸石層被公開於美國專利第6，432，170號中，通過參考將其結合於此。
在用於從空氣中回收高純度氧的本實施方式進展期間，我們意識到在淨化步驟的後半段期間淨化排出氣中的氧濃度比在環境空氣中高。由於真空泵可以在任何期望的排放壓力運行，如上所述的那樣排放放的淨化排出氣可以用來再增壓。至少一部分淨化排出氣被用來在除該床的原料/產物步驟之外的任何時間來再增壓吸附劑床，如果希望的話，所有淨化排出氣可以用來再增壓。
在一個典型的用來從空氣中回收氧的PVSA工藝中，淨化與原料比(P/F)被維持在或接近選定的設計值，該值依賴於包括氧純度的不同的操作參數。淨化與原料比(P/F)被定義為在一個循環期間從床的原料端抽出的實際氣體體積與在該循環期間被引入到床的原料端的實際氣體積之比。實際體積被定義為利用摩爾流速、溫度和壓力的即時值對特定步驟的全過程積分的值。可以參考圖1把(P/F)比解釋為在步驟5和6期間從床1的原料端抽出的實際氣體體積之和與在步驟1，2和8期間被引入床1的原料端的實際氣體體積之和的比。
從空氣中回收氧中的淨化與原料比通常大於大約1.5並且對於高於97體積％得氧產物純度可能大於大約2.5。所需的P/F比隨產物純度增加而增加。僅僅通過排出排空流或通過排排空流和淨化排出流的第一部分(其可能具有低氧濃度)，可以維持期望的P/F比。然後淨化排出流的剩餘部分可以用來再增壓。除了在原料/產物步驟把原料氣引入床中期間之外，使用全部或一部分淨化排出流用於再增壓有助於把比原料氣氧濃度高的氣流再循環入床中。通過使用淨化排出再增壓一定程度上抵消了對於具有低選擇性吸附劑為了高純度產物採用高P/F比對氧產物回收率的消極影響。
在表1和2的循環中，通過同時把淨化排出氣引入床的原料端和把產物氣引入床的產物端來實施再增壓步驟8。可選的，產物端再增壓的實施完全可以在淨化氣再增壓之前或之後，或者如期望的那樣產物端再增壓的周期可以與淨化氣再增壓的周期重疊。
下面的實施例闡釋了本發明的實施方式，但是並沒有把本發明限定於其中描述的任何具體的細節。
實施例1用SIMPAC模擬了VPSA工藝，SIMPAC是一種細緻的吸附工藝模擬裝置。SIMPAC考慮了多組份吸附等溫線、各種物質轉移模型、多個吸附層以及總的工藝流程圖。SIMPAC的更多詳情討論於Kumar等人的化學工程科學(ChemicalEngineering Science)，49卷，18期，3115-3125頁。該實施例中的循環類似於表1和2中描述的循環，但是沒有淨化再增壓，也就是說，步驟6期間從床排空的所有淨化氣流出被排改而不是用來再增壓另一個床。用等價實際體積的原料氣代替步驟8中的淨化再增壓流以在床入口端維持類似的壓力經歷。每個循環步驟具有1.75秒的持續時間，總循環時間為14秒。四個吸附劑床的每一個具有42.7毫米的直徑，其包含位於惰性材料的原料端代表用來除去水和二氧化碳的吸附劑的厚度為43毫米的第一層、厚度為25毫米的LiLSX第二層以及厚度為145毫米的40％Ag-交換的LiLSX第三層。採用2.57大氣壓的最大空氣原料壓力和5.05的原料端壓力比(最大原料壓比最小排空壓)，系統在31℃的原料溫度下運行，獲得1.28標準升/分(Slpm)的純度為99.0摩爾％的氧。淨化與原料比(上面定義的)為3.33，氧氣產物回收率是20.85％。
實施例1中每個給定床入口端的壓力經歷列於圖3中。
實施例2重複實施例1對表1和2描述的循環的模擬，其中包括步驟8的淨化再增壓而不是原料再增壓。淨化與原料比類似，為3.30。氧回收率增加到23.43％。
實施例2中每個給定床入口端的壓力分布圖列於圖3中。
實施例3按照表1和2中描述的循環運行四床中試VPSA裝置以獲得循環的試樣結果數據。每個循不步驟具有1.75秒的持續時間。中試裝置由以環形模式排列的6個柱體組成，每個柱體的原料和產物端帶有電磁閥排。閥與柱體環內的金屬圓筒連接。通道相交於圓筒內以確保所有柱體間相等的流動路徑。該元件是完全儀表的以保證物質平衡閉合併提供溫度、壓力和各種流的流速。可變程序邏輯控制器操作循環並記錄數據。每個床包含於具有42.7毫米內徑的柱體中。四個吸附劑層設置於每個柱體中，包括位於原料端包含厚度為26毫米的20×28目Alcan活性性氧化鋁的第一層、包含厚度為17.0毫米平均粒徑為0.6毫米的NaX沸石的第二層，包含具有25毫米的厚度和0.4毫米的平均粒徑的低鋰矽石X沸石的第三層以及包含厚度為145.0毫米的AgLiLSX(平均粒徑為0.4毫米的40％銀離子交換的鋰低低矽石X沸石)的第四層。
採用37磅/平方英寸(絕對壓力)大氣壓的最大空氣原料壓力和5.5的原料端壓力比(最大原料壓比最小排空壓)，中試裝置在接近31℃的原料著床溫度下運行，獲得0.70標準升/分(S1pm)的純度為98.9摩爾％的氧。氧產物回收率是15.5％。
實施例3中每個給定床入口端的壓力分布圖列於圖3中。
權利要求
1.一種變壓吸附工藝中的工藝步驟，其採用以循環工藝步驟運行的多個平行吸附劑床以從包含至少一種較弱可吸附組份和至少一種較強可吸附組份的原料氣混合物中回收較弱可吸附組份，其中每個吸附劑床有原料端和產物端，其中每個床至少經受原料/產物步驟、一個或更多減壓步驟、其中富集了較弱可吸附組份的淨化氣被引入到床的產物端並且淨化排出氣被從床的原料端抽出的淨化步驟，以及一個或更多再增壓步驟，其中所述工藝步驟包含在除第二吸附劑床中原料/產物步驟期間之外的任何時間，把至少一部分來自第一吸附劑床的淨化排出氣引入到第二吸附劑床的原料端。
2.權利要求1的工藝，其中淨化氣由從第三吸附劑床的產物端抽出的再增壓氣提供。
3.權利要求1的工藝，其中通過泵從第一吸附劑床的原料端抽出淨化排出氣並且至少一部分泵排放被引入到第二吸附劑床的原料端。
4.權利要求3的工藝，其中在至少一部分工藝步驟期間，第二吸附劑床中的壓力比第一吸附劑床中的壓力大。
5.權利要求4的工藝，其中在至少一部分工藝步驟期間，第一吸附劑床中的壓力低於大氣壓。
6.權利要求1的工藝，其中每個吸附劑床包含具有低於大約2.0的亨利定律選擇性的吸附劑，其中所述亨利定律選擇性是對於所述較強可吸附組份相對所述較弱可吸附組份來說的。
7.權利要求6的工藝，其中所述較強可吸附組份相對較弱可吸附組份的亨利定律選擇性低於大約1.5。
8.一種變壓吸附工藝，用於從包含至少一種較弱可吸附組份和至少一種較強可吸附組份的原料氣混合物中回收較弱可吸附組份，其中該工藝包含在多個吸附劑床中實施循環工藝步驟，每個床有原料端、產物端和選擇性吸附所述較強可吸附組份的吸附材料，在循環工藝步驟中每個床依次運行，該循環工藝步驟包括原料/產物步驟、其中氣體在減壓時被從床中抽出的一個或更多減壓步驟、其中富集了較弱可吸附組份的淨化氣被引入到床的產物端並且淨化排出氣被從床的原料端抽出的淨化步驟，以及其中氣體在增壓時被引入床中的一個或多個再增壓步驟，其中一個再增壓步驟包含在除第二吸附劑床中原料/產物步驟期間之外的任何時間，把至少一部分從第一個床的原料端抽出的淨化排出氣引入到第二個床的原料端。
9.權利要求8的工藝，其中通過從第三吸附劑床的產物端抽出的減壓氣，淨化氣被提供給第一床的產物端。
10.權利要求8的工藝，其中通過泵從第一吸附劑床的原料端抽出淨化排出氣並且至少一部分泵排放被引入到第二吸附劑床的原料端。
11.權利要求10的工藝，其中在至少一部分工藝步驟期間，第二吸附劑床中的壓力比第一吸附劑床中的壓力大。
12.權利要求11的工藝，其中在至少一部分工藝步驟期間，第一吸附劑床中的壓力低於大氣壓。
13.權利要求8的工藝，其中吸附材料包含對於較強可吸附組份相對較弱可吸附組份來說具有低於大約2.0的亨利定律選擇性的吸附劑。
14.權利要求13的工藝，其中所述較強可吸附組份相對較弱可吸附組份的亨利定律選擇性低於大約1.5。
15.一種變壓吸附工藝，用於分離包含至少一種較強可吸附組份和至少一種較弱可吸附組份的原料氣，該工藝包含步驟(1)把原料氣引入含有優先吸附較強可吸附組份的吸附材料的第一吸附劑床的原料端，從第一吸附劑床的產物端抽出富集了較弱可吸附組份的產物氣；(2)持續把原料氣引入第一吸附劑床並從第一吸附劑床抽出產物氣，以及把一部分產物氣引入第二吸附劑床的產物端經歷再增壓步驟；(3)停止把原料氣引入第一吸附劑床和從第一吸附劑床抽出產物氣，從它的產物端抽出減壓氣，以及把從它的產物端抽出的減壓氣引入第三吸附劑床的產物端經歷再增壓步驟；(4)抽出來自第一吸附劑床產物端的另外的減壓氣並把從那抽出的減壓氣引入第四吸附劑床的產物端經歷淨化步驟；(5)排空來自第一吸附劑床原料端的氣體；(6)在持續從其原料端排空氣體時把淨化氣引入第一吸附劑床產物端，以及把至少一部分從其原料端排空的氣體引入第四吸附劑床的產物端經歷再增壓步驟；(7)把再增壓氣引入第一吸附劑床的產物端，其中再增壓氣由從第三吸附劑床抽出經歷了減壓步驟的減壓氣提供；(8)把另外的減壓氣引入第一吸附劑床產物端，其中另外的減壓氣由一部分從第四吸附劑床抽出經歷了原料/產物步驟的產物氣提供，以及把淨化排出氣引入第一吸附劑床原料端，其中淨化排出氣由至少一部分從第二吸附劑床原料端排空的經歷了淨化步驟的氣體提供；以及(9)以循環方式重複步驟(1)至(8)。
16.權利要求15的工藝，其中原料氣包含氧、氮和氬。
17.權利要求16的工藝，其中原料氣是空氣並且產物氣包含至少97摩爾％的氧。
18.權利要求16的工藝，其中原料氣是空氣並且產物氣包含至少99摩爾％的氧。
19.權利要求16的工藝，其中原料氣中至少10％的氧被回收於產物氣中。
20.權利要求16的工藝，其中吸附材料包含一種或更多選自由銀交換絲光沸石、銀交換X沸石、銀交換低矽X沸石以及部分銀交換鋰低矽X沸石組成的組的吸附劑。
21.權利要求16的工藝，其中吸附材料包含對於氬相對氧來說具有低於大約2.0的亨利定律選擇性的吸附劑。
22.權利要求16的工藝，其中氬相對氧的亨利定律選擇性低於大約1.5。
23.一種變壓吸附系統，用於分離包含至少一種較強可吸附組份和至少一種較弱可吸附組份的原料氣，包含(a)多個吸附容器，每個吸附容器有原料端、產物端以及含有至少一種適於選擇吸附較強可吸附組份的吸附劑的吸附材料床；(b)管線和閥，其適於把原料氣引入每個吸附容器的原料端並從每個吸附容器的產物端抽出富集了較弱可吸附組份的產物氣；以及(c)管線和閥，其適於把來自第一吸附容器產物端富集了較弱可吸附組份的減壓氣轉移到第二吸附容器產物端並在除第三吸附容器中原料/產物步驟期間之外的任何時間把來自第二吸附容器原料端的淨化排出氣轉移進第三吸附容器原料端。
24.權利要求23的變壓吸附系統，包含管線和閥，其適於把一部分富集了較弱可吸附組份的產物氣轉移進第三吸附容器的產物端。
25.權利要求23的變壓吸附系統，包含泵，其適於把來自第二吸附容器原料端的淨化排出氣轉移進第三吸附容器原料端。
26.一種變壓吸附系統，用於分離包含至少一種較強可吸附組份和至少一種較弱可吸附組份的原料氣，包含(a)四個吸附容器，每個吸附容器具有原料端、產物端以及含有至少一種適於選擇吸附較強可吸附組份的吸附劑的吸附材料床以及(b)管線和閥，其適於(1)把原料氣引入第一吸附容器的原料端並從第一吸附容器的產物端抽出富集了較弱可吸附組份的產物氣；(2)把一部分富集了較弱可吸附組份的產物氣轉移進第二吸附容器的產物端；(3)從第一吸附容器的產物端抽出減壓氣並把抽出的減壓氣引入第三吸附容器的產物端；(4)從第一吸附容器的產物端抽出減壓氣並把抽出的減壓氣引入第四吸附容器的產物端；(5)利用真空泵或鼓風機從第一吸附容器的原料端抽出氣體並把抽出的氣體作為廢氣排放；(6)把淨化氣引入第一吸附容器的產物端，其中當從原料端排空第一吸附容器並把至少一部分排空的淨化排出氣引入第四吸附容器的原料端時，淨化氣由第二吸附容器提供；(7)通過把再增壓氣引入第一吸附容器的產物端增壓第一吸附容器，其中再增壓氣由第三吸附容器提供；以及(8)通過把從第四吸附容器獲得的產物氣引入第一吸附容器的產物端並把淨化排出氣引入第一吸附容器的原料端來增壓第一吸附容器，其中淨化排出氣獲自第二吸附容器。
27.權利要求26的變壓吸附系統，包含泵，其適於把來自第一吸附容器原料端的淨化排出氣轉移進第四吸附容器原料端。
28.權利要求27的變壓吸附系統，其中吸附劑適於從空氣中選擇性吸附氮和氬，且具有對於氬相對氧來說低於大約2.0的亨利定律選擇性。
29.權利要求27的變壓吸附系統，其中吸附材料包含一種或更多選自由銀交換絲光沸石、銀交換X沸石、銀交換低矽X沸石以及部分銀交換鋰代矽X沸石組成的組的吸附劑。
全文摘要
變壓吸附工藝中的工藝步驟，其採用以循環工藝步驟運行的多個平行吸附劑床以從包含至少一種較弱可吸附組份和至少一種較強可吸附組份的原料氣混合物中回收較弱可吸附組份，其中每個吸附劑床有原料端和產物端，其中每個床至少經受原料/產物步驟、一個或更多減壓步驟、其中富集了較弱可吸附組份的淨化氣被引入到床的產物端並且淨化排出氣被從床的原料端抽出的淨化步驟，以及一個或更多再增壓步驟。工藝步驟包含在除第二吸附劑床中原料/產物步驟期間之外的任何時間，把至少一部分來自第一吸附劑床的淨化排出氣引入到第二吸附劑床的原料端。
文檔編號B01D53/053GK101088591SQ20071011033
公開日2007年12月19日 申請日期2007年6月13日 優先權日2006年6月13日
發明者R·D·懷特利 申請人:氣體產品與化學公司