[发明专利]提纯进料空气流的方法

说明书

本发明涉及提纯含有水蒸汽、二氧化碳等杂质的气体流的方法和设备。

在工业上，氧和氮主是由空气精馏而制得的。从由精馏的空气进料中除去水蒸汽和二氧化碳是必要的。在现代空气精馏分离工厂中，这种提纯是由吸附来实现的。压缩空气的进料流先通过第一层吸附剂，优先吸附水蒸汽，然后通过第二层吸附剂，优先吸附二氧化碳。一般是当一对这种吸附层用来提纯原料空气时，另外一对正在再生，以使得总是至少有一对吸附层可用于提纯原料气体。

空气分离厂有一种倾向，就是要求尽量满足日益增长的氧的需求。结果，对初级吸附阶段的需要变得越来越大。

实际上，出于多种原因，对可装有吸附层的容器尺寸有限制。因此，一般每天至少生产1000吨的大型空分厂可能需要几个吸附罐。所以，需要改进吸附方法，以便使单位体积床层的吸附操作的生产率能增大。

在通常的提纯空气吸附方法中，空气流自下而上垂直地流过第一吸附粒子层，该层粒子优先吸附水蒸汽，然后通过第二吸附粒子层，该层粒子优先吸附二氧化碳，过快的气流速度将使吸附层流态化。因此，对空气速度有一个极限，结果，通入选定尺寸的吸附剂容器中的空气流量也就有个极限。

一旦吸附剂层吸满了被吸附的杂质，一般用比较热的再生气体反向通过床层来进行床层的再生。由于二氧化碳倾向于比水蒸汽吸附得更弱一些，因此在再生气体通过了吸附了二氧化碳的床层之前，是不会达到吸附了水的床层之上的，这就造成在再生阶段会出现无效。所以再生热能会有浪费，而过多的再生时间会长于按其它方式可能的时间。

在美国专利4,627,856中公开了一种改进的再生步骤。在美国专利申请4,627,856中叙述的这个方法中，有一个下床层，它又由低层的氧化铝凝胶和高层沸石13X分子筛组成，还有一个上床层由沸石13X分子筛组成。在吸附阶段水蒸汽在下床层的低层被吸附。二氧化碳的吸附在下床层的高层开始，而在上床层完成。用热气体进行的再生是将此气体从上至下先经过上床层，然后通过下床层。经过选定的时间间隔以后，当上床层再生完成时，将再生气体从旁路绕开此床层直接通过下床层。这就达到了减少再生时间和节省热能。然而，美国专利申请4,627,856并没有对改进提纯方法吸附期的问题提出建议。

按照本发明，提供一种含有水蒸汽和二氧化碳等杂质的原料气流的提纯方法，它包括依次反复进行的如下二步骤：

a)将进料气流依次自下面上地通过含有优先从该气流中吸附水蒸汽的第一种吸附剂的第一粒子床，然后再自上而下地通过含有优先从该气流中吸附二氧化碳的第二种吸附剂的第二粒子床；和

b)将再生气体以与进料气流流动方向相反的方向通过每一床层，通过使原先被吸附的水蒸汽和二氧化碳发生解吸，而使床层再生。

本发明也提供了提纯进料气流用的设备，它依次包括一个含有能优先从进料气流中吸附水蒸汽的第一种吸附剂的第一粒子床；一个含有能优先从进料气流中吸附二氧化碳的第二种吸附剂的第二粒子床；使进料气流自下面上流过第一床，和自上而下流过第二床，使得能发生水蒸汽和二氧化碳吸附的装置；使再生气体自上面下通过第一床、自下而上通过第二床，使得原先被吸附的水蒸汽和二氧化碳被解吸的装置。

第一床和第二床最好装在同一容器中。如有必要，一个容器中可装有多于一对床，其排列方式要让一对床再生时，另一对用于提纯进料气体。这些床可以垂直地排在容器中，因此该容器有一个垂直的纵轴，也可以按另外方式水平排放，这样该容器就有一个水平的纵轴。

进料气体较好是空气。

第一床所有的粒子平均粒度较好大于第二床。粒子尺寸越大，则通过第一床的可容许气流速度就越高。在恒定的平均粒子尺寸下，随着气流速度增加，第一床单位体积吸附水蒸汽的速率也增大。虽然单位体积第一床的水蒸汽吸附能力随粒子尺寸增大而增加，当第一种吸附剂包含有活化氧化铝时，这不会有特别明显的影响。(在另外情况下，第一种吸附剂可以是例如二氧化硅)。活化氧化铝的平均粒子尺寸较好为2.5-3.8mm。

在此第一床中最好基本没有二氧化碳被吸附。虽然活化铝或氧化硅吸收水蒸汽优于吸附二氧化碳，只要足够的吸附剂可以得到，两者都能够吸附二氧化碳。

希望在第一床中完成水蒸汽的吸附。