[发明专利]分离前的空气预净化

说明书

本发明涉及空气进入传统的分离装置之前将其所含的、不希望有的诸气体杂质加以除去的方法。

通过空气的低温分离制造氮气和氧气的传统空气分离装置（ASU_S）基本上由二级蒸馏塔组成，塔在很低的温度下作业。由于温度极低，需要从输入到（ASU_S）的压缩空气中除去水汽和二氧化碳。否则的话，ASU的低温段将被冻结，使得需要仃产来加热堵塞段以将引起麻烦的冻结气体的固块挥发清除，这要很大的代价。一般认为，为了防止ASU的冻结，输入的压缩空气中的水汽和二氧化碳的含量各必须低于0.1ppm和1.0ppm。

空气预净化的方法和设备必须具有能力来持续符合上述的杂质含量要求，最好使含量再低一些，而方式必须有效。由于净化的成本是直接加到ASU产品气体的成本上，故强调这一点尤为必要。

目前空气预净化的工业方法包括逆向热交换器法，温度摆动吸附法和压力摆动吸附法。前二种方法已由威尔逊等人在IOMABROADCASTER1-2月，1984，15-20页中有所阐述。

逆向热交换器通过交替冷冻和蒸发交换器通路上的水汽和二氧化碳而将它们除去。这类系统需要大量的产品气体，一般为50%或更多，用来清洗交换器内的各通路，或谓之再生。因此，产品的产率仅限于输入气的50%左右。由于这个显然的缺点，加之特征的机械和噪声问题，用作预净化手段的逆向热交换器法近年来已被逐步淘汰。

在温度摆动吸附法（ASU）预净化中，杂质在低温下，一般约5℃下除去，而再生是在高温下，例如约150～250℃下进行。用于再生的产品气体的量一般只占12～15%，表明比逆向热交换器法有了很大改进。然而，TSA方法既需要冷冻装置以激冷输入气体又需要加热装置来加热再生气体。因此，它们在总成本和能耗上都是有缺点的。

压力摆动吸附法（PSA），由于吸附和再生都是在环境温度下进行，因此是对TSA的引入注目的改进。一般而言，PSA法实质上需要比TSA法更多的再生气体。对低温分离的产品要求有高回收率时，这不能不说是一个缺点。当PSA气体预净化装置与低温ASU装置耦合时，从低温段出来的废气，其基本上不含水气和二氧化碳被用作再生气体。

这种PSA预净化法在德国公开专利（DE）3，045，451号（1981）中已有阐述。该法在5至10℃，883KPa（9公斤/厘米²）吸附压力和98KPa（1标准大气压）再生压力下操作。输入气体在压力下先通过一层13X沸石粒子以除去极大部分的水气和二氧化碳，然后再通过一层活性氧化铝粒子除去剩余的低浓度水汽和二氧化碳。这样的吸附层的次序要求能减少PSA床中的温度影响，亦即减少吸附时在PSA床中的温度降。一个与此德国专利相类似的方法由TOMOMURA等人在化学工学论文集（KAGAKU KOGAKU RONBUNSHU），13（5）（1987）中作过探讨。后法在28～35℃，0.65MPa吸附压和0.11MPa再生压下操作。该法的筛化率为7.1 Sm³/min/m³，排气损失为6.3%。活性氧化铝占有床的40%。采用的相对吸附剂粒径是：13X沸石2.4～4.8毫米;和活性氧化铝为2～4毫米。

日本公开专利说明书昭59-4414（1984）阐述了一种PSA预净化法，其中分离床和吸附剂被用于水汽和二氧化碳的脱除。含有活性氧化铝或硅胶的水汽脱除塔通过低压清洗加以再生，而含13X沸石的二氧化碳脱除塔仅由抽气加以再生而不经清洗。在某些具有高产品回收率的方法中使用真空泵被认为是正确的。与传统的TSA预净化装置（PPU）相比较，此法需要的再生气体量是比较高的（25%）。

日本公开专利说明书昭57-99316（1982）阐述了一种方法，其中输入气、排气和清洗气都通过一只热交换器，从而使吸附和脱吸几乎在同一温度下进行。该法声称优点是减少了再生气体的需要量。

在日本公开专利说明书昭55-95079（1980）阐述的方法中，空气被用PSA加以二级处理除去水汽和二氧化碳，从PSA装置中出来的干空气产品被用于清洗第一级，从ASU来的不纯氮气用于清洗第二级。该法声称在总的氮气回收率方面具有优点。

欧洲专利申请No.232，840（1987）阐述了利用活性氧化铝除去水气和用沸石除去二氧化碳的PSA法。据称使用活性氧化铝可以在较低的温度下除去水汽，因此，二氧化碳的吸附也在较低温度下进行，吸附和脱吸接近于室温下进行。