[发明专利]快速循环变压吸附方法和用于其中的吸附层压板

说明书

快速循环变压吸附(RCPSA)空气净化方法、设备和装置，用于在低温空气分离之前从进料空气流中除去水、二氧化碳、一氧化二氮和一种或多种烃中的至少一种。

技术领域

下列内容通常涉及快速循环变压吸附(RCPSA)空气净化方法和用于所述方法份吸附层压片材。特别地，下列内容涉及在低温空气分离之前从进料空气流中除去水、二氧化碳、一氧化二氮和一种或多种烃中的至少一种。

背景技术

空气的低温分离需要预先纯化步骤来除去高沸点和有害物质。主要的高沸点空气成分包括水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)。如果没有实现从环境进料空气中去除这些杂质，那么H₂O和CO₂将在分离过程的冷区(例如热交换器和液氧(LOX)贮槽)中冻结。这会导致压力下降，流量变化，并导致运行问题。另外，高沸点烃如果未被除去，则会浓缩在塔的LOX部分以产生易燃混合物，从而导致潜在的爆炸危险。还希望在引入空气分离单元(ASU)之前除去存在于包括诸如乙烯、乙炔、丁烷、丙烯和丙烷等烃的进料空气中的各种有害物质。这些材料可以集中在ASU内并与氧气或浓缩空气形成易燃混合物。

为避免这些杂质在设备中累积，必须从系统中清除产生的液氧的一部分以避免这些杂质的浓缩。这种液氧吹扫减少了植物的总体回收率，并降低了其他高沸点组分如氩、氪和氙的可能回收率。

也已知在低温分离之前应除去氮氧化物。空气中的微量成分是氧化亚氮(N₂O)，它在环境空气中的浓度约为0.3ppm。它具有与二氧化碳类似的物理性质，因此由于低温蒸馏设备的塔和热交换器中形成固体而带来潜在的操作问题。另外，已知N₂O可促进有机材料的燃烧并且对冲击敏感。因此在低温蒸馏之前从空气中去除N₂O具有许多优点。首先，它改善了空气分离单元(ASU)的整体安全操作。其次，它可以减少液氧吹扫，从而提高氧气和稀有气体的回收率。第三，它允许使用需要高含量N₂O去除的下流再沸器。与热虹吸式再沸器相反，下流再沸器更有效并且降低了氧气生产所需的总功率。因此，一氧化二氮也具有显着的安全隐患，因此在低温蒸馏之前从空气中除去痕量N2O具有重大意义。

空气的预净化通常通过吸附清理过程进行，其中污染气体组分吸附在固体吸附剂上，同时周期性再生吸附剂。这些方法包括变压吸附(PSA)(美国专利5,232,474)，温度增强变压吸附(TEPSA)(美国专利5,614,000)或变温吸附(TSA)(美国专利4,541,851和5,137,548)。不需要再生的热能在PSA工艺中与TEPSA或TSA工艺相反。

当低温空气分离设备中有足够的废气(净化气)时，PSA工艺由于其简单性，较低的投资成本和较低的运行成本而通常是空气预纯化的首选。PSA通常涉及气体混合物在吸附材料上的协调压力循环。在通过吸附床的第一方向的流动间隔期间总压力升高，并且在吸附剂再生期间在反向流动的间隔期间总压力升高。随着循环的重复，不易吸附的组分在第一方向上集中，而更容易被吸附的组分在相反方向上集中。

通常，这些系统设计用于从环境空气中除去总H₂O和CO₂。通常情况下，这些系统运行，直到二氧化碳达到一定的穿透水平(时间平均10-100ppb)。因此，在大多数工厂中，CO₂穿透水平的测量用于确保工厂的可靠运行(即没有运行问题)。