[发明专利]压力周期性交替变化吸附过程的调节控制

说明书

本发明涉及压力周期性交替变化的吸附设备的操作，更确切地说涉及在压力周期性交替变化的吸附设备中调节非吸附产品气体的生产率而产品气体的纯度没有显著改变的一种方法。

吸附广泛应用在气体混合物组分的分离过程中。一般来说，当吸附剂优先吸附与混合物中其他组分相应的组分时，此吸附技术可用于通过选择吸附剂从气体混合物中将所需组分分离出来。通过使用优先吸附氮或者优先吸附氧的吸附剂，使此过程在使氮和氧分离方面是成功的。

典型的压力周期性交替变化吸附(PSA)系统是以循环过程运行的，其中含有吸附剂的吸附容器由于原料气体被加压至工作压力，当原料气体通过吸附容器时通过吸附原料气体中的各种组分被分离出来，并且使吸附剂再生以去除其从吸附容器中所吸附的组分。所需的组分可以集中在非吸附部分，也可集中在吸附部分。当使用多个床时，可使用一个或更多的压力平衡步骤来平衡充满着吸附部分的床与进行再生的床之间的压力，其中再生床中所吸附的组分浓度显著减小。

一般PSA设备的尺寸是满足气体使用者对产品气体数量和质量的需求的。使用者所需的产品气体需求量经常不是恒定的，并且在商业运行的过程中经常随时间变化波动。为了适应使用者的需求，设备被设计成以使用者规定的纯度生产使用者所需的预定最大量的产品气体。

产品气体的需求量可以随时间的变化增加或减少，这可能发生在PSA系统的商业操作中。例如，系统一般在正常工作时间比在低于正常水平的工作时间需要以更高的速度产生产品气体。人们已经尝试了许多在保持产品纯度的同时满足这种变化的需求量的方法。有时所应用的减少和降低产品量的措施包括排放过量的产品气体、延长循环时间、储存过量产品气体或暂时关闭系统。

Wagner发明的美国专利第3,703,068号公开了一种多床PSA系统，其中通过使产品流动和压力产生波动来控制连续床的升压速度。

Pfetruszewski发明的美国专利第4,140,495号公开了通过不断地促进循环并使循环系统并行运行而不是使它们逆流运行来调节分离的产品气体的量的情况。

Sebastian等发明的美国专利第4,197,096号公开了使用可变速率的压缩机泵来使产品需用量与供应的产品相应的情况。    

Leitgeb发明的美国专利第4,323,370号公开了根据产品气体变化的需求量来改变吸附期的时间长度以及来自吸附器的产品气体的流量的情况。所确定的流速和吸附循环时间是作为所期望的产品气体的纯度的函数，而不是作为系统产出的实际产品的函数。

Armond等发明的美国专利第4,576,614号公开了在多床系统中通过改变床的平衡时间来减少产品量的情况。

Shiley等发明的美国专利第5,258,056号公开了通过感知产品需求量的变化来改变PSA系统中不被吸附的气体的产品气体流量，并由此改变送入系统的原料气体的流量的情况。

对于确定了流速的气体产品来说，原料流速的变化会引起所不希望的产品气体纯度的变化，这种情况是已知的。这种纯度漂移的产生是由于供气流速的变化影响了原料气体与吸附材料接触的方式，如减小了原料气与吸附床接触的时间。结果原料流速的变化将以牺牲产品的纯度为代价改变气体生产的速度。

可以通过在一个固定的循环时间改变产品流速来完成对PSA系统中产品气体纯度的控制，这也是已知的。产品的流速设置在高于消费者所需的水平上，同时原料气体的流速也通过节流或自动控制被固定。

使用调压容器的总量控制形式的纯度控制公开在欧洲专利公布第0135921中。

Miller等发明的美国专利第4,693,730号公开了一种产品纯度控制压力周期性交替变化的吸附过程，其中检测顺流降压流出物的特性并由此进行修正。任何能有效地改变产品气体中杂质浓度的措施都可采用，这些措施包括调整吸附时间来控制每个吸附床的杂质量，调整顺流降压终端的压力来控制每个吸附床产品出口处杂质的渗入和/或调整从每个吸附床接收的纯气体的量来控制再生的程度。

欧洲专利公布第0207686号公开了通过控制循环时间的变化来控制氧浓度的情况，其中在用过的或大体上用过的床被净化前，另一个吸附床代替了它们。

Gunderson发明的美国专利第4,725,293号公开了通过原料流速的微小变化来控制纯度并同时允许产品流量按顾客的选择变化的情况。

Umeki发明的并颁发给Umeki的美国专利第4,494,966号公开了一种两容器PSA过程，它包括吸附、床平衡和床再生步骤，其中在平衡步骤过程是关闭的并对床进行抽吸。