[发明专利]具有多个阀门的变化吸附方法相关的设备和系统

说明书

提供的是用于进行变化吸附方法的设备和系统。这种变化吸附方法可以包括将料流送过吸附剂床单元来从该料流中除去污染物例如水。作为该方法的一部分，该吸附剂床单元可以包括另外的空间，用于该吸附剂床单元的阀门。多个阀门固定在包括吸附剂床的外壳上。该多个阀门的每个具有处于吸附剂床的界面横截面区域内的阀门横截面区域，以及界面横截面区域的长宽比，即吸附剂床的长度除以吸附剂床的宽度的比大于2。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年10月27日提交的，标题为APPARATUS AND SYSTEM FOR SWINGADSORPTION PROCESSES RELATED THERETO的美国临时专利申请62/246920的权益，其整个内容通过引用并入本文。

领域

本技术涉及与增强的变化吸附方法相关的系统和方法。具体地，所述系统涉及利用吸附剂床单元从供料流中除去污染物的变化吸附方法。

背景

气体分离在许多工业中是有用的，并且通常可以通过将气体混合物流过吸附剂材料(其优先吸附一种或多种气体组分，同时不吸附一种或多种其他气体组分)来完成。未被吸附的组分作为分离产物来回收。通过吸附分离气体组分是常规的方案。吸附性分离可以基于各种气体组分的平衡亲和性的差异(例如平衡分离)或者基于气体组分的吸附动力学差异(例如动力学分离)。

一种具体类型的气体分离技术是变化吸附，例如变温吸附(TSA)，变压吸附(PSA)，部分变压吸附(PPSA)，快速循环变压吸附(RCPSA)，快速循环部分变压吸附(RCPPSA)，并且不限于此还有前述方法的组合，例如变压和变温吸附。作为实例，PSA方法依靠这样的现象，即，当气体组分处于压力下时，该气体组分更容易吸附在吸附剂材料的孔结构或者自由体积内。换言之，气体压力越高，所吸附的容易吸附的气体组分的量越大。当降低压力时，所吸附的气体组分从吸附剂材料释放或者解吸。

变化吸附方法(例如PSA和TSA)可以用于分离气体混合物的气体组分，这归因于不同的气体组分倾向于以不同的程度填充吸附剂材料的微孔。例如，如果气体混合物(例如天然气)在压力下送过吸附剂床单元(其可以称作吸附床单元，其含有吸附剂材料，该材料对于二氧化碳的选择性大于它对甲烷的选择性)，则至少一部分的二氧化碳被该吸附剂材料选择性吸附，并且离开该吸附剂床单元的气体富含甲烷。当该吸附剂材料达到它吸附二氧化碳的能力的终点时，它通过降低压力，由此释放吸附的二氧化碳而再生。该吸附剂材料然后通常进行清扫和重新加压。然后，该吸附剂材料准备用于另一吸附循环。

所述变化吸附方法通常包括吸附剂床单元，其包括布置于该吸附剂床单元外壳内的具有吸附剂材料的吸附剂床。这些吸附剂床单元在床结构中利用不同的填充材料。例如，该吸附剂床单元可以利用格子砖，卵石床或者其他可利用的填料。作为增强，一些吸附剂床单元可以在吸附剂床结构内利用工程化填料。该工程化填料可以包括以特定结构提供的材料，例如蜂窝，陶瓷形式等。

此外，各种吸附剂床单元可以与管道和阀门结合在一起来控制流体的流动。将这些吸附剂床单元组合在一起包括将每个吸附剂床单元的循环与系统中其他吸附剂床单元相配合。完整的循环可以从数秒变化到数分钟，因为它将多个气态流转移穿过一个或多个的吸附剂床单元。

然而，变化吸附方法具有某些挑战，这归因于几个苛刻的技术因素，例如快速循环吸附方法。所述因素包括保持穿过吸附剂床的低的压力降，在吸附剂床内提供良好的流动分布和使得吸附剂床中浓度向前的分散(例如轴向扩展)最小化。此外，另一因素可以包括快速循环时间，其需要快速作用和低死体积阀门。最后，又一因素可以包括吸附剂床单元应当配置来包括处于各种压力的吸附剂床，来支撑快速作用阀门，和使得该吸附剂床单元内的死体积最小化。