[发明专利]用于净化高流量气流的方法和设施

说明书

本发明涉及一种用于通过吸附来净化高流量气流的方法和设施，净化设施包括具有水平布置的平行六面体外壳的至少一个吸收器并且包括：‑气流入口和出口，‑两个固定床层吸附剂块，这两个固定床层吸附剂块各自具有同样的平行六面体形状，这两个固定床层吸附剂块的表面平行于该外壳的表面，以及‑一组体积，其允许气流在并行但相反的方向上横穿这两个吸附剂块，该横穿在这些吸附剂块中的每一者的整个截面上以及其整个厚度上水平地发生。

本发明涉及一种用于高流量气流(即从数千到数万Nm³/h)的低压净化的方法以及装置。更具体地说，本发明涉及通过保护床层净化气体，或者通过TSA循环或甚至在一些情况下通过准等压PSA循环来分离/净化气体流体。

在所有这些情况下，实施吸附现象，不管此现象是可逆的(物理吸附)还是不可逆的(化学吸附)。

一般来说，可以使用气相吸附方法以通过利用一或多种吸附剂对含有一种或多种分子的气体混合物的不同组成分子的亲和力差异，来将所述分子从该混合物中分离。吸附剂对分子的亲和力一方面取决于吸附剂的结构和成分，而另一方面取决于分子的性质，特别是其大小、其电子结构以及其多极矩。吸附剂可以是例如沸石、活性炭、任选掺杂的活性氧化铝、硅胶、碳分子筛、有机金属结构、碱或碱土金属氧化物或氢氧化物，或优选含有能够与分子反应的物质的多孔结构，例如，比如胺、物理性溶剂、金属络合剂、金属氧化物或氢氧化物。

较常规的吸附剂材料是呈颗粒的形式(珠子、棒条、粉碎材料等)，但它们也可以呈结构化形式，比如整料、轮子、平行通道接触器、织物、纤维等。

吸附方法主要有3类：牺牲载荷法、TSA(变温吸附)法，以及最后PSA(变压吸附)法。

在牺牲载荷法中，在这种情况下通常使用术语“保护床层”，当正在使用的载荷充满杂质时，或更一般地说，当载荷无法再充分发挥其保护作用时，引入新的载荷。不同于再生法(TSA、PSA)，载荷的材料可能不可逆转地附着杂质。

在TSA型方法中，吸附剂在使用结束时就地再生，即排出所捕获的杂质，使得所述吸附剂恢复其大部分吸附能力，并且可以重新开始净化循环，其中主要再生效果是由于温度的升高。

最后，在PSA型方法中，在生产阶段结束时，吸附剂通过杂质的解吸来再生，杂质的解吸是借助于其局部压力的降低来实现。此压力降低可以通过总压力的降低和/或通过用不含或含少量杂质的气体进行冲洗来实现。此处在PSA领域中仅对后一种情况感兴趣。更具体地说，PSA于是涉及将流体的组分转移到另一等同或甚至更大的流中。此举可以涉及例如回收转移到方法气体中的废气中所含有的具有高经济价值的产物。吸附和再生压力于是可以是接近的。

要净化的流体只是穿过保护床层。为了最好地使用活性材料，通常将所述材料收纳在串联操作的两个吸附器中，其中第二吸附器含有前区，而第一吸附器几乎饱和。在杂质渗入之前，第一吸附器的载荷将已经由新载荷代替，并且一组阀门将使吸附器中的载荷的循环次序反转。因此，最好地使用了活性材料。

按照惯例，TSA法循环包括以下步骤：

a)在超大气压力和环境温度下通过使流体循环穿过吸附剂块来净化/分离流体；

b)将吸附器减压到大气压；

b)通过循环借助于交换器加热到通常在60℃与250℃之间的范围内的温度的气体来再生吸附剂，该交换器通常为电加热器或蒸汽加热器类型；

d)在环境温度下冷却吸附剂，特别是通过继续向其中引入所述未加热再生气体来冷却吸附剂；

e)用要净化/分离的气体或通过处理过的气体来对吸附器重新加压。

可向上文所述的那些步骤添加另外的步骤，诸如将两个吸附器并行放置的步骤，其中放置持续不同的持续时间，即从几秒到若干分钟；或甚至等待没有流体循环穿过吸附剂的步骤，例如在再生步骤结束时。