[发明专利]变压吸附空气预纯化器

说明书

本发明涉及气流的纯化。更具体地说，本发明涉及在进料空气的低温分离前从中去除污染物的变压吸附空气预纯化器。

在将所述原料空气低温分离成其主成份即氮气、氧气、氩气等前、将原料空气中存在的污染物除掉是必要的。需要去除的空气的主要污染物是水、二氧化碳和烃类。因为水和二氧化碳比空气的主成份具有高得多的沸点，所以它们可能在低温空气分离设备内的热交换通道的表面冷凝和结垢。如果不将进入低温空气分离装置的烃类如乙炔从原料空气流中去除，那么它们可能在所述低温装置中积累并在氧气的存在下有可能在低温装置中产生爆炸。

当污染物在高压及中等温度下出现时，已发现可以使用吸附剂材料来吸附水、二氧化碳和烃类。可使用变压吸附(PSA)方法以便于用这种吸附材料来在高压下从原料空气流中选择性吸附污染物直至吸附材料已被这些污染物差不多饱和。然后通过在低压下用无污染物的气流清洗吸附材料来将污染物从吸附剂材料中解吸。这种无污染物气流一般是主要含不同量的氧气和氮气的来自低温设备的废气流。在这种吸附/解吸方法的吸附部分中，一般在原料空气中存在的水最强地被吸附材料选择性地吸附，二氧化碳次之，而烃污染物则较其它污染物弱。

吸附材料从原料空气吸附污染物的能力受较高温度吸附条件的负面影响。在这方面，应指出由于原料空气的压缩热和由于用于冷却压缩原料空气的从空气冷却塔热交换器获得的中温冷却水的使用，进入PSA空气预纯化器的空气温度可能高于环境温度10-15°F。当存在于压缩空气中的水被PSA系统中的吸附材料吸附时，热被产生、释放并转移到原料空气流中，升高其温度和周边吸附材料的温度。因此所述吸附材料吸附二氧化碳和烃类以及附加量的水的能力受到水的最初吸附的负面影响。相反，当水从吸附材料解吸时，除去了低压清洗气流的热，依此冷却了低压清洗气流并降低了其将污染物从吸附材料解吸的效能。

PSA空气预纯化器一般使用两个或多个吸附器从而可使输往低温空气分离设备的去污染物后的进料空气保持相对稳定。为了弥补这种在较高温度下所下降的吸附材料的吸附能力，一般采用这种吸附材料的降低的操作容量。但是由于需要更大量的吸附材料以及吸附器体积的增加，这不必要地导致了操作费用的增加。这也可能导致较高温的空气进入下游设备而可能出现不利影响。在另一种方法中，可使用外部热交换器装置，在一吸附器中的所述操作的解吸阶段排出的冷的清洗气被用来冷却输入到另一个正被用来从原料空气流吸附污染物的吸附器的进口进料空气流中。但是该方法也需要另外的基础设备而需要增加吸附系统的总耗费。

从进入低温空气分离设备的进料空气流中去除污染物的另外方法包括变温吸附(TSA)系统的使用，TSA利用温度和压力两者作为驱动力来使得污染物交替地吸附和解吸。反向热交换器也可用来使水和二氧化碳结冰凝固，使它们结棱在热交换器表面。由于从低温设备出来的流体会将进料空气污染物解吸和重新气化并将它们清洗到大气中，所以在低温设备中热交换器的交替的流进和流出允许持续运行。

可以看到为达到按需要从低温空气分离设备的原料空气中去除上述污染物；这种另外的方法同样需要相对高的基建和/或操作费用。因此在本领域需要发展能更经济地将通到低温空气分离设备的污染物去除的空气预纯化器。也同样需要发展用于其它气流纯化的经济的预纯化器。

本发明的目的是提供能经济地从进料气流中去除污染物的预纯化器。

本发明的另一个目的是提供能经济地从通到低温空气分离设备的进料空气中去除污染物的空气预纯化器。

考虑了这些目的和其它目的，本发明将在下文中详细描述，其新的特征在所附的权利要求书中具体指出。

当水在PSA处理的解吸步骤从在PSA空气或其它气体预纯化器吸附材料床解吸并传递到正通到处于PSA处理的吸附状态的预纯化器的污染空气或其它原材料气流中时，结合使用积分交流换热器和PSA空气或其它气流预纯化器以保证获得有利的冷却效果。

本发明将进一步参照附图即本发明的PSA空气预纯化器的整个内部构置的侧视图来说明。

本发明的目的可通过在PSA空气预纯化器容器中使用积分交流换热器来达到。该容器构成允许吸附一解吸PSA处理顺序的解吸步骤时发生的致冷由高热容材料贮存。然后在所述PSA空气预纯化器中随后的吸附步骤，这样冷却的高热容材料可用来冷却通过PSA空气预纯化器容器的交流换热器部分的污染进料空气流。