專利名稱:一種利用變壓吸附改進的氣體分離方法
本發(fā)明是關于一種將氣體混合物進行分離的方法，此方法是將氣體混合物通過吸附床，在吸附床里，吸附劑優(yōu)選吸附氣體混合物的第一個組分，然后才吸附氣體混合物的第二個組分。更具體地說本發(fā)明是關于利用變壓吸附(PSA)將氣體混合物進行分離的方法，此法利用了一種比原料氣易吸附組分濃度較高的氣體將難吸附的組分從吸附床的進料端置換出來，隨后至少在吸附床的兩個不同位置排出氣體，使吸附床同時減壓。
早先人們應用PSA法的目的就是從基本上不可吸附的氣體中除去少量易吸附的組分。PSA法這種應用的實例是從空氣中除水，又稱無熱干燥，或從氫氣中除去少量雜質。后來這一技術推廣到氣體混合物的主體分離方面，例如從含有30-90%(摩爾)的氫氣和其他象一氧化碳和二氧化碳易吸附組分的氣流中回收氫氣，或者利用氮氣在分子篩上的選擇性吸附從空氣中回收氧氣。
美國專利3，430，418(Wagner)介紹了PSA法在多級吸附床系統(tǒng)中進行的情況，該系統(tǒng)至少具有四級吸附床。正如一般所知道的以及此專利所敘述的那樣，PSA法通常是以循環(huán)的處理程序進行的，每個吸附床都包括有如下處理程序(1)較高壓力的吸附，從吸附床的產品端伴有產品氣流釋放出;(2)并流減壓到中間壓力，并從吸附床產品端釋放出空隙空間氣體;(3)逆流減壓到較低的解吸壓力;(4)清洗;和(5)再加壓。在并流減壓階段釋放出的空隙空間氣體通常用于均衡壓力，以及在較低的解吸壓力下給每一個吸附床提供清洗氣體。
大家都知道應用3級吸附床進行氣體混合物分離的類似系統(tǒng)。比方說，請看美國專利3，738，087號(McCombs)。為完成一次循環(huán)，當使用給定的原料氣流速時，吸附床進行1到5的步驟越快，則吸附床可以越小。如果兩步同時進行，則吸附床的數目可以減少?；蛘哐h(huán)的速度可以增加;因此可以降低造價。
美國專利4，589，888號(Hiscock等)公開了使特定的同時處理步驟進行有益的合并可以減少循環(huán)時間。由較高的吸附壓力并流減壓釋放出的氣體可同時用作壓力均衡氣和清洗氣。并流減壓也是在中間壓力下進行，而逆流減壓是同時在減壓吸附床的相反的一端進行。
美國專利4，512，780號(Fuderer)公開了帶有中間產品回收的變壓吸附法。在多級吸附床系統(tǒng)的各吸附床之間使用置換步驟和壓力均衡步驟，可從變壓吸附法中回收三種產品。這個方法對于回收兩種產品是有效的而且成本低。
PSA法首先用于只回收一種具有高純度的重要組分的氣體分離。例如，美國專利3，430，418號(Wagner)的方法或者美國專利4，589，888號(Hiscock等)的方法，能夠從含有80摩爾氫和20摩爾一氧化碳的100摩爾的原料氣中，分離出60摩爾純度為99.999%的氫氣，但是不能回收純的一氧化碳;而20摩爾的一氧化碳和20摩爾的氫氣仍各以50%的純度混在一起。這兩個方法沒有一個能實現(xiàn)完全的分離。只能以高純度回收一種難吸附的輕組分。
為了回收一種高純度的易被吸附的“重”組分，需要另外的步驟，即，在減壓前為把輕組分從吸附床中置換出去，則要用一種重組分清洗吸附床。前面的幾篇專利已經描述過這種清洗步驟。這些方法所遇到的問題如下(a)如果清洗完全，輕組分完全從吸附床中被置換出去，則可以獲得純的重組分，但是重組分的吸附帶的前沿穿透輕組分，因此不能以高純度回收到輕組分;(b)如果輕組分的置換不完全，可以得到如圖2所示的重組分在吸附床的典型濃度分布圖，如果這樣的吸附床逆流減壓，以在進料端回收主要的重組分，則吸附床中仍然存在的輕組分很迅速地到達進料端，因而，重組分的純度下降。因此，在一個單級的PSA裝置中用先有技術的方法同時獲取兩個高純度的主要的組分，是行不通的。
例如利用兩個獨立的包括幾個固定床的變壓吸附處理裝置，就可以獲得象這樣的完全分離。例如第一個裝置可從含氫和一氧化碳的原料氣中回收純氫和含一氧化碳濃度為70%的富一氧化碳氣體。此氣體混合物經壓縮，通過第二個可回收純一氧化碳和富氫氣體的變壓吸附裝置。富氫氣體可以作為原料氣加到第一個變壓吸附裝置中，然后被再循環(huán)。兩個獨立的PSA裝置的結合可以產生極好的分離效果，具有很高的適應性。例如這種系統(tǒng)可以從含有雙組分的氣體混合物中回收99.8%以上的可吸附“輕”組分，如純度達99.999%的氫，也基本上可以回收100%的較容易吸附組分，例如可回收純度高于99.5%的一氧化碳。
英國專利1，536，995號(Benkmann)敘述了一個既適合于回收難吸附組分又適合于回收易吸附組分的PSA法。此法基于Benkmann的圖2所示的串級循環(huán)雙吸附床。原料氣加入下吸附床，該吸附床吸附了更容易吸附的組分。加料步驟后，緊接著就是共清洗步驟，在此步驟中難吸附組分即“輕”組分在下吸附床中被再循環(huán)的“重”組分氣流置換出來，因此在這一步驟結束時，下吸附床只含有“重”組分。這時自動閥切斷上吸附床和下吸附床之間的聯(lián)系，(逆流)減壓從下吸附床回收重組分產品。與此同時，上吸附床也減壓和清洗以除去所有的重組分。上下吸附床的步驟順序是聯(lián)鎖的，不能獨立循環(huán)。此系統(tǒng)的適應性減小，而復雜性增加。此系統(tǒng)的問題是需要一組串聯(lián)的雙吸附床;如果過程的條件例如進料氣的組成改變，則不可能改變兩吸附床的體積比，即，此系統(tǒng)具有較低的適應性。兩吸附床的上端含有較多的空隙空間氣體，這種氣體增加了減壓損耗和壓縮機的功率;也增加了壓力降。
工業(yè)上仍舊要求進一步減少PSA所需要的主要設備的數量和提高這種設備的效率。本發(fā)明用一個簡單、較經濟和較有適應性的系統(tǒng)實現(xiàn)了高質量的氣體分離，從而滿足了這一方面的要求。由于本發(fā)明是以低的壓縮功率要求來實現(xiàn)氣體分離的，因此簡化了系統(tǒng)，降低了費用。這種低壓縮功率的要求是通過需要較少置換氣來實現(xiàn)的?，F(xiàn)已知有提供高純度產品的置換循環(huán);然而本發(fā)明是以較低的能量消耗來提供這樣的產品。
本發(fā)明是一固定床變壓吸附法，此方法把混合原料氣流至少分離成兩股產品氣流。本方法包括下列步驟A)將原料氣送入吸附床并進行吸附，以選擇性地吸附易被吸附的組分;
B)清洗吸附床，使用含有較高濃度的易被吸附組分的氣體作為清洗氣，置換存留在吸附床中的原料氣;
C)至少從吸附床的兩個不同地點排出氣體，使吸附床減壓;和D)吸附床重新加壓。
優(yōu)選的實施例也包含并流減壓和清掃步驟。并流減壓可以在清洗步驟前、后或與清洗步驟同時進行。
圖1是描述實施本發(fā)明的設備示意圖。
圖2是再描述圖1中的某一個吸附床的條件示意圖。
圖3和圖4說明了在一個吸附床中完成步驟A)，B)和C)時的條件。
圖5說明了多端減壓的情況。
本發(fā)明包括利用變壓吸附法進行氣體純化和分離的方法，此方法利用單級多個吸附床實現(xiàn)二組分的分離。此方法的步驟包括至少含有兩個組分的氣體混合物在吸附床上的吸附。吸附床有一個輸入端即進料端和一個輸出端即產品端。兩個組分中一個比另一個更容易吸附。
在加壓下使吸附進行到傳質前沿處于吸附床內理想位置為止。傳質前沿是已吸附氣體組分的吸附劑和未吸附的吸附劑之間的分界帶。典型的易吸附組分是二氧化碳、甲烷或一氧化碳。典型的難吸附組分是氮氣或氫氣。吸附步驟可以按需要地進行，直到傳質前沿至少通過吸附床的一半為止。
當吸附步驟進行到吸附床吸附足夠量時，就用含有較高濃度的易吸附組分的氣體置換氣體混合物。這一步驟就使位于吸附床進料端的難吸附組分被置換到吸附床的產品端。置換步驟對于形成高純度的產品氣是至關緊要的，因為這一步基本上將難吸附組分從吸附床中除去了。而且置換步驟可保證吸附床的已吸附(Charged)區(qū)實質上只含有易吸附組分，吸附床的未吸附(uncharged)區(qū)只含有難吸附組分。
在接著的并流減壓步驟，吸附前沿進一步朝著輕產品端前進。較輕的組分從吸附床中被置換出來。圖3說明了吸附床內輕組分(氦)和重組分(甲烷)的雙組分氣體混合物的氣體組成。曲線A、B和C分別表示了吸附、置換和并流減壓步驟完成時的氣體組成分布圖。在A、B和C的每個步驟中，甲烷前沿朝著輕產品端前移，而較多的氦從吸附床中被置換出來，在輕產品端被回收。因此圖3說明了置換步驟在并流減壓步驟之前進行的情況。
在圖4中，曲線A、B和C表示了在吸附、并流減壓和置換步驟完成時的甲烷的百分摩爾濃度。并流減壓流出氣體一般用于其他吸附床再加壓。如果進料氣吸附壓力高，則對并流減壓步驟特別有利，因為這樣的減壓實質上減少了所需的置換氣體量。在原料氣處于中等和較低的壓力情況下，循環(huán)可能相當有效，而不需要單獨的并流減壓步驟。原料氣、置換氣的相對量，并流減壓步驟的最終壓力以及吸附床的尺寸，是這樣選擇的，即在步驟C完成時，主要的重組分的前沿應保持在吸附床內，而輕產品端基本上只含純的輕組分。
下面參照圖3和圖4，步驟的順序是在圖3中，吸附→置換→減壓在圖4中，吸附→減壓→置換。
考慮圖3和圖4的情況，是將等量的原料氣和置換氣送到吸附床內。此外，原料氣的起始壓力和終壓相同。圖3步驟順序的優(yōu)點是，較輕的組分是在最高的壓力下得到的，最終的濃度分布圖略陡些。圖4步驟順序的優(yōu)點是，需要較低壓力的置換氣。此外為了節(jié)省時間，步驟B和步驟C同時進行也是可能的。在上述兩種情況下，在步驟C完成時，吸附床的進料端只含有相當純的易吸附組分，吸附床的產品端只含有難吸附的“輕”組分。
根據本發(fā)明，然后至少從吸附床的兩個不同點同時排出氣體，使吸附床減壓。從吸附床的側面排氣口，或從吸附床的進料端或從這兩點回收可吸附的組分。而從吸附床的輕產品端則回收相當純的難吸附組分。通過固定開度但手可調節(jié)的或控制的閥，可以進行這樣的兩端減壓或三端減壓。例如可以利用位于輕產品端的固定開度的閥(fixed position valves)和位于另一氣體排出口的往復壓縮機。適當調節(jié)或控制閥門的開度，在吸附床中在傳質前沿/吸附前沿/附近就能夠建立零流平面。當過程條件改變時，例如原料氣組成改變時，調節(jié)閥門的開度或壓縮機的抽氣速度很容易改變零流平面的位置。
“兩端減壓”(DED)的含義并不局限于如圖5A所示的吸附床同時并流和逆流減壓的情形。如果提供側面排氣口，當整個吸附床并流減壓時，也能夠建立零流平面。圖5B說明了這種情形。圖5B表明，吸附床在側面排氣口以上的部分朝著輕產品端減壓，而吸附床在側面排氣口以下的部分則朝著側面排氣口減壓。吸附床上下兩部分都是并流減壓，在側面排氣口得到純的重組分。根據圖5B所示的這種類型的減壓，有些氣體可能流過“零流平面”，朝向輕產品端流形成“極小流平面”。由于不適當地調節(jié)流速，有可能會出現(xiàn)這種情況，但是為了保證更穩(wěn)定的控制和在過程條件受到微小擾動的情況下保證不會有主要的輕組分漏到側面排氣口，也可以有意地產生上述那種出現(xiàn)極小流平面的情況。
在說明書和權利要求
書中所使用的“并流減壓”是指僅在一個位置從吸附床中排出氣體的減壓。更精確地說，是從輕產品端除去氣體。
如圖5C所示，在吸附床的三個不同點同時排出氣體也是可能的。這樣，在吸附床內就建立了兩個零流平面。
必須強調指出，沒有前面對吸附床的清洗，也就是說不將輕組分從進料端置換出來，僅靠DED本身是不能實現(xiàn)兩個主要的組分很好的分離的。只有置換步驟和DED步驟相結合才能產生令人滿意的結果。此外，與代表現(xiàn)有技術的美國專利4，589，888號(Hiscock)相比較時(此專利技術不能實現(xiàn)主要組分的完全分離)，就顯示出本發(fā)明的明顯差別。
在兩端減壓步驟完成時，吸附床可以用純氫氣從產品端進行清掃，清掃的廢氣或簡稱之為“純廢氣”可用作燃料氣，或者經壓縮后加到原料氣中去。另外，吸附床也可以再加壓而去掉清掃步驟。
在兩端減壓期間回收的一部分易吸附氣體可以很方便地再壓縮，并用于置換步驟中。
循環(huán)是用吸附床再加壓完成的。也需要指出，為了能夠實現(xiàn)本發(fā)明的實際應用，常規(guī)的變壓吸附裝置可以很容易進行改裝。例如可以使用并聯(lián)組成的多級吸附床。本技術領域：
內的一般技術人員是可以確定使氣體進行最佳分離的傳質前沿的最佳位置的，而不必作過多的實驗。
參考圖1，圖1示出了一單級的PSA系統(tǒng)。在此實施例中示出了7、8、9和10四個單級吸附床為一組的并聯(lián)系統(tǒng)，但是在高效率循環(huán)時也可以使用5至12個單級吸附床。
含有易吸附的第一組分和難吸附的第二組分的原料氣在加壓下經由總管2和吸附床各自的進料支管3、4、5和6，加入吸附床7、8、9和10的進料端，直到建立起圖2所示的濃度分布圖為止。然后原料氣被通過管20從下游加入的氣體所置換。管20中的氣體在通過總管23到達各自的置換支管24、25、26和27進行循環(huán)之前，最好在壓縮機21中壓縮到吸附壓力。另外，被壓縮的氣體也可以經由管22循環(huán)到其他吸附裝置?！爸亍睔怏w產品可以作為最終產品沿管20、22或23而在任何一點從系統(tǒng)中除去。
管23中的下游氣體含有高濃度的第一個組分，因此下游氣體進入吸附床7、8、9和10的進料端就使得存留在吸附床進料端的任何難吸附組分朝著吸附床的產品端移動。用下游氣體置換原料氣可稱之為“清洗”或“并流清洗”，為了得到相當純的“重組分”產品，這種置換是必須的。
下面兩個實施例是用于說明本發(fā)明的，而不是對本發(fā)明作出限制，至于本發(fā)明的保護范圍將在權利要求
書中概括說明。
實施例1A.8千克分子的含有70%(摩爾)氫、5%(摩爾)一氧化碳、1%(摩爾)甲烷和24%(摩爾)二氧化碳的原料氣通到一高度為8米的吸附床中，該吸附床裝有厚度為6米的活性炭和厚度為2米的13X型分子篩。吸附床直徑為1米。原料氣溫度35℃，壓力2.2兆帕(MPa)。
B.在吸附步驟A完成后，1.6千克分子的含有98.5%(摩爾)二氧化碳、0.5%(摩爾)一氧化碳、0.6%(摩爾)甲烷和0.4%(摩爾)氫的氣體在2.2兆帕壓力下通到吸附床的進料端。在步驟A和置換步驟B期間，99.999%的純氫氣從輕組分產品端，即從吸附床頂部排出。
C.然后該吸附床進行兩步并流減壓，從2.2兆帕降到0.8兆帕，而在吸附床頂端所得到的99.996%的氫氣用于使其他吸附床再增壓。這一步驟結束時，吸附床在直到約6米的高度范圍內實際上不含氫氣。
D.然后該吸附床減壓到0.12兆帕，亦即1.2巴(Bar)，同時提取出純度為98.5%的二氫化碳(在進料端)，和提取出純度為99.992%的氫氣(在頂端)。該氫氣流用于清掃另一個吸附床，而從在進料端得到的3千克分子的二氧化碳中取1.6千克分子壓縮到2.2兆帕，用于另一吸附床的步驟B，而余下1.4千克分子二氧化碳作為純度98.5%CO2產品。
E.然后該吸附床用步驟D從另一吸附床得到的壓力為0.12兆帕的氫氣清掃，而排出進料端的清掃流出物含0.52千克分子的二氧化碳、0.08千克分子的甲烷、0.4千克分子的一氧化碳和0.4千克分子的氫。這種清掃流出物可用作燃料氣或其他的用途。
F.然后該吸附床用氫氣兩級加壓，也就是說用步驟C所得到的氫氣加壓到1.5兆帕，最后用步驟A和步驟B所得到的一部分氫氣加壓到約2.2兆帕。
在這個實施例中，8摩爾的原料氣被分成5.2摩爾純度為99.999%的氫氣、1.4摩爾純度為98.5%的二氧化碳和1.4摩爾的燃料氣。在用8個單級床進行的一次循環(huán)中，能夠達到320千克分子/時的處理速度。如果沒有步驟B和D，使用只有單級吸附床的單級PSA裝置進行上述的分離是不可能的。
實施例2
A.含有66%(摩爾)氫、30%(摩爾)一氧化碳、3.7%(摩爾)二氧化碳和0.3%(摩爾)水的原料氣在2兆帕的壓力下通到活性炭吸附床的進料端。在輕產品端，吸附排出氣是99.998%的氫氣。
B.然后該吸附床并流減壓到0.8兆帕。
C.含有28%(摩爾)二氧化碳、0.8%(摩爾)水、70.5%(摩爾)一氧化碳和0.7%(摩爾)氫的氣體送入吸附床的進料端。步驟B和C所得到的氫氣用于使其他吸附床增壓。在步驟C結束時，基本上全部氫氣都是從在進料端和位于從進料端算起的占吸附床總高度70%處的側面排出口之間的這一部分吸附床中置換出來的。可是吸附床最后余下的30%高度部分仍含有氫氣，也就是含有CO-H2的前沿，并且吸附床最后8%的高度部分含有純度為99.99%的氫氣。與此同時CO2的前沿只是在吸附床18%的高度處，也就是說接近進料端。
D.然后該吸附床從0.8兆帕減壓到0.1兆帕，在三個不同點同時排出氣體(1)純度為99.99的氫氣從輕產品端排出，將用于清掃另一個吸附床;
(2)純度為99%的一氧化碳在側面排出口排出，用作一氧化碳產品;
(3)含有28%二氧化碳和70.5%一氧化碳的氣體從進料端排出，將用于另一個吸附床的清洗，也就是用于氫氣的置換。
在實施步驟D的期間，在吸附床內建立了兩個零流平面，也就是說在進料端以上吸附床20%的高度處建立了一個零流平面，在進料端以上約70%的高度處建立了另一個零流平面。在吸附床高度為0和20%之間的部分逆流減壓，在吸附床高度為20%和70%之間的部分朝側面排出口并流減壓，吸附床最后余下的高度部分朝輕產品端減壓(請看圖5C)。
E.然后該吸附床用純度99.99%由步驟D得到的氫氣進行清掃，清掃出的流出物含有25%(摩爾)的二氧化碳、1%水、38%一氧化碳和36%氫，送出作燃料，或另作他用。
F.該吸附床用氫氣再加壓到2兆帕。
在實施例2中，原料氣流分成三股氣流(1)92%的氫氣以純度為99.998%的氫氣回收;
(2)81%的一氧化碳以純度為99%的一氧化碳回收;
(3)殘余的氫氣和一氧化碳以及基本上全部的二氧化碳和H2O。
將例2的步驟D再分成下列兩步，也能夠獲得相同的分離效果(D1)將該吸附床并流減壓，壓力由0.8兆帕減小到0.26兆帕，在輕產品端和側面排出口同時分別取出氫氣和一氧化碳;
(D2)進一步使該吸附床減壓，壓力由0.26兆帕減小到0.1兆帕，而同時在頂端排出氫氣，在進料端排出含28%二氧化碳和70.5%一氧化碳的氣體，也就是說進行二端減壓(DED)。
將步驟D分為D1和D2可能需要增加一個吸附床，但是一氧化碳產品壓縮機和氣體置換壓縮機可以更容易設計，它們的工作會更加平穩(wěn)。
使用包括九個單級吸附床的PSA系統(tǒng)能有效地進行上述分離吸附床號 步驟1 吸附
2 吸附3 并流減壓1，2均壓4 置換5 兩端減壓16 兩端減壓27 清掃8 均壓-再加壓29 均壓1和最終再加壓效率稍差但價格低廉的PSA系統(tǒng)可以進行同樣的分離，它可能含有六個單級吸附床床號 步驟1 吸附2 置換和同時并流減壓均壓1和23 三端減壓4 清掃5 均壓-再加壓26 均壓1和最終再加壓通常在單級吸附床裝置中傳質前沿可能會引起一些問題。例如，如果傳質前沿24從吸附床27被置換出來，這就使傳質前沿24朝右運動(如圖2所示的曲線)，因而造成難吸附產物變得不純。這是由于吸附床已被吸附物質飽和，而后吸附物質溢入較純的流出產物中的緣故。開始逆流減壓時，如果使傳質前沿仍留在吸附床內，則也可能會出現(xiàn)產品的不純。這種情況的一個例子包括了物質在箭頭29表示的方向上的流動。位于吸附床27的產品端的難吸附物質26在流出吸附床27進料端時與易吸附物質25相混合。
吸附床27的進料端和該吸附床的產品端同時減壓時，就可以避免不純。這時吸附床就是進行所謂的兩端減壓即“DED”。易吸附物質25沿著箭頭29的方向流動，而難吸附的物質沿箭頭28的方向流動。因此從吸附床27的進料端得到了相當純的易吸附物質，從該吸附床的產品端得到了相當純的難吸附物質。
圖2是兩端減壓開始時濃度分布的一個實例。當兩端減壓開始進行時，建立了零流平面30。吸附床中的物質逆流或沿箭頭29的方向向零流平面30的左邊流動吸附床中的物質并流或沿箭頭28的方向向零流平面30的右邊流動;在零流平面30的兩邊，流速逐漸增加，在吸附床的兩端達最大值。
控制吸附床兩端的流速很重要，因為吸附床兩端的相對流速決定了零流平面30的位置。在吸附床兩端減壓期間，兩端流速不同，因為吸附床進料端的流出物的體積比產品端流出物的體積大。
吸附床這種卸料差別的原因是雙重的。首先吸附床吸附了易吸附組分的部分比較大。其次在相同的壓力下與吸附床結合的可吸附物質量要比難吸附物質量多。因此，在吸附床兩端同時減壓時，釋放出的可吸附物質量要比難吸附物質量多。
控制兩端的相對流速很容易做到。例如，可以在管15和20形成的總管上，也可在11、12、13和14各自的進氣支管上或16、17、18和19排氣支管上安裝具有臨界流量的固定開度閥。另外，可以使用容量型壓縮機來代替這種固定開度閥。一旦吸附床減壓到解吸壓力，則兩端減壓就完成了。
在兩端減壓結束時，吸附床最好應進行清掃。通常是用難吸附氣體進行這種逆流清掃。清掃流出物既可用作燃料，也可以壓縮后再加入原料氣中。然后該吸附床準備用作另外的吸附循環(huán)，可以再加壓而無需清掃步驟。
循環(huán)操作中，常常很難控制原料氣與共清洗氣的流速和循環(huán)時間，以使圖2中的傳質前沿24的濃度分布在每次循環(huán)中都在嚴格相同的位置。增加原料氣和共清洗氣的流速或者吸附時間，傳質前沿24就會逐漸地以并流的方式朝著吸附床的產品端移動。相反，減少原料氣和共清洗氣的流速或吸附時間會引起傳質前沿24朝著吸附床的進料端逆流移動。
根據本發(fā)明，已經確定為了獲得對吸附床內傳質前沿24位置實際穩(wěn)定的控制，在兩端減壓前最好至少應用一個小的傳質前沿定位步驟和并流減壓步驟，使得傳質前沿以并流的方式朝著吸附床的產品端移動。當前沿離吸附床的產品端太遠時，可以在吸附床的側面排出口排出一些氣體。例如這種側面排出口可以是一個市售的排泄閥。
吸附床所選用的吸附劑是一類物質，這一類物質包括硅膠、沸石分子篩、活性炭、活性氧化鋁及其混合物。本領域內的技術人員都可以認識到，在本發(fā)明的方法中，實際上選擇任何一種吸附劑都能使用。
適于分離的氣體混合物通常都有兩個或兩個以上的組分，其中一個組分易吸附，而另一個難吸附。常常認為可分離的氣體組分一個是“較重”物質，另一個是“較輕”物質，這種看法常常是很有益的。氣體組分的這種特征會因所使用吸附劑的類型而變化。
本發(fā)明對于兩組分的氣體混合物以及更復雜的氣體混合都是很有用的。比方說，本發(fā)明利用多級循環(huán)處理可以把空氣分離成各種不同的組分。也就是說，多級循環(huán)處理可以進行到分離出純組分為止。在第一次循環(huán)中，復雜的氣體混合物通到吸附床內。然后用含有最易吸附組分的氣體混合物作為置換氣體，對吸附床進行“共清洗”，使得難吸附組分向上游移動。然后兩端減壓時，易吸附組分從吸附床的進料端分出，而難吸附組分從吸附床的產品端分出。然后進行后面的循環(huán)，進一步分離第一次循環(huán)的兩種產物。
權利要求
1.一種用于固定床吸附系統(tǒng)中，易吸附組分與難吸附組分的氣體分離方法，此方法包括如下步驟a)在吸附壓力下把原料氣體混合物通到吸附床內，以從原料氣中選擇吸附組分，該吸附床具有進料端和產品端；b)用具有較高濃度易吸附組分的氣體置換吸附床內的原料氣，由此從吸附床的一部分置換出難吸附組分；c)從吸附床的至少兩個不同的位置同時釋出氣體，使吸附床減壓，在吸附床的產品端回收相當純的難吸附組分，至少從吸附床的幾個不同位置中的某一個位置回收易吸附組分；和d)使吸附床再加壓。
2.根據權利要求
1的方法，其特征是減壓步驟是從吸附床的進料端和產品端同時釋出氣體。
3.根據權利要求
1的方法，其特征是減壓步驟是從吸附床的側面排出口和產品端同時釋出氣體。
4.根據權利要求
1的方法，其特征是減壓步驟進一步包括了從吸附床的產品端和側面排出口同時釋出氣體的步驟和從進料端和產品端同時釋出氣體的步驟。
5.根據權利要求
1的方法，其特征是減壓步驟是同時從吸附床的進料端、產品端和側面排出口釋出氣體。
6.根據權利要求
1的方法，其特征是在再加壓步驟之前還包括用難吸附組分清掃吸附床的步驟。
7.根據權利要求
6的方法，其特征是用在減壓步驟時從產品端得到的釋出氣作為清掃氣，進行清掃步驟。
8.根據權利要求
1的方法，其特征是吸附步驟和置換步驟都是在基本上相同的壓力下進行的。
9.根據權利要求
1的方法，其特征是在同時釋出氣體使吸附床減壓的步驟之前，還包括由側面排出口使吸附床減壓的步驟。
10.根據權利要求
1的方法，其特征是在同時減壓步驟之前還包括在并流方向使吸附床減壓的步驟。
11.根據權利要求
10的方法，其特征是在置換步驟之前進行并流減壓步驟。
12.根據權利要求
10的方法，其特征是，并流減壓步驟是與置換步驟同時進行的。
13.根據權利要求
10的方法，其特征是在置換步驟之后進行并流減壓步驟。
14.根據權利要求
1的方法，其特征是，置換步驟是使用固定開度閥進行的。
15.根據權利要求
1的方法，其特征是，置換步驟是使用容量壓縮機進行的。
16.根據權利要求
10的方法，其特征是，并流減壓步驟還包括用從產品端得到的氣體使其他的吸附床再加壓的步驟。
17.根據權利要求
11的方法，其特征是，并流減壓步驟還包括用從產品端得到的氣體使其他的吸附床再加壓的步驟。
18.根據權利要求
10的方法，其特征是，為了使傳質前沿保持在吸附床內，在同時減壓的步驟中產生最大的分離效率，并流減壓步驟應該繼續(xù)進行到足夠低的壓力。
19.根據權利要求
10的方法，其特征是，置換步驟還包括使從進料端回收得到的第一個組分通到吸附床內的步驟。
20.根據權利要求
19的方法，其特征是，第一個組分包括一氧化碳、二氧化碳或甲烷和第二個組分包括氫或氮。
21.根據權利要求
20的方法，其特征是，吸附床所用的吸附劑是從沸石分子篩、活性炭、硅膠、活性氧化鋁及其混合物組成的一組物質中選出的一種。
22.氣體純化的一種方法，此方法包括如下步驟a)在壓力下將原料氣混合物通到固定吸附床內，該混合物首先流過進料端，接著流過吸附床，然后流出產品端，該混合物至少包括兩個組分，其中第一個組分比第二個組分容易吸附，第一個組分選擇吸附在吸附床上;b)用含有較高濃度的第一個組分的氣體置換出吸附床內的原料氣混合物，借此第二組分從進料端被置換出去。c)降低壓力使吸附床兩端同時減壓，而從吸附床的進料端回收相當純的第一組分，從產品端回收相當純的第二組分。
23.根據權利要求
22的方法，為使傳質前沿位于吸附床內，在同時減壓步驟之前還包括并流減壓步驟。
24.根據權利要求
23的方法，其特征是，并流減壓步驟是在置換步驟之前進行。
25.根據權利要求
22的方法，其特征是，并流減壓步驟與置換步驟同時進行。
26.根據權利要求
23的方法，其特征是，并流減壓步驟是在置換步驟之后進行。
27.根據權利要求
23的方法，其特征是，并流減壓步驟還包括在產品端降低壓力的步驟。
28.根據權利要求
23的方法，其特征是，并流減壓步驟還包括在位于吸附床側面排出口處降低壓力的步驟。
29.根據權利要求
28的方法，其特征是，置換步驟還包括從吸附床進料端回收的第一組分再通入吸附床的步驟。
30.根據權利要求
29的方法，其特征是，此方法還包括吸附床在同時減壓步驟之后進行再加壓的步驟。
31.根據權利要求
30的方法，其特征是，第一組分包括一氧化碳、氧或甲烷，而第二組分包括氫或氮。
32.根據權利要求
31的方法，其特征是，吸附床所用的吸附劑是從沸石分子篩、活性炭、硅膠、活性氧化鋁及其混合物中選出的某一種。
33.根據權利要求
1的方法，其特征是，吸附床的數目至少是4個。
34.根據權利要求
1的方法，其特征是，吸附床的數目是5個。
35.根據權利要求
1的方法，其特征是，吸附床的數目是6個。
36.根據權利要求
35的方法，其特征是，在任何給定的時間內選擇吸附組分的步驟至少在一個吸附床中進行。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種變壓吸附法，此法用單級吸附床實現(xiàn)了雙組分氣體的純化。吸附床在壓力下通入氣體混合物，此混合物的某些組分比另外一些組分容易被吸附。本方法使吸附床兩極分化，結果吸附床的一端含有易吸附組分。而另一端含有難吸附組分。當吸附床吸附了氣體，它兩端就同時減壓，因而從兩端分別回收了被分離組分。
文檔編號B01D53/047GK87107532SQ87107532
公開日1988年8月3日 申請日期1987年12月11日
發(fā)明者安德里扎·富達拉 申請人:聯(lián)合碳化公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan