[发明专利]通过吸附使气体混合物分离的工艺和装置

说明书

本发明涉及用来分离气体混合物特别是生产氢的一种工艺，它利用具有n(n＞1)个吸附器的一整套装置通过压力变动吸附(PSA)来分离，在每个吸附器中按顺序循环执行下列阶段，经过T/n时间后，循环从一个吸附器转至另一个，其中T代表循环的周期：

(a)在高循环压力下的一基本恒压的吸附阶段，

(b)吸附器的一再生阶段，它包括经与另一吸附器平衡压力而进行的至少一个第一减压步骤(b1)，和接着进行的减压至低循环压力的减压步骤(b3),(b4)，和

(c)一压力上升阶段，它包括经与处在步骤(b1)期间的另一吸附器平衡压力而进行的至少一个再加压步骤(c1)，和利用产品气体在高循环压力下的一最终再加压步骤(c3)，

在步骤(a)期间排放出一基本恒定的产品气体流量，将其并引入在步骤(c)期间的一吸附器内和/或引入涉及该步骤(c)的一辅助容器(capacity)内，

在下文中，术语“进口”和“出口”代表在吸附阶段内吸附器的进口和出口端；表述“顺流”代表在该吸附阶段期间在吸附器内气体循环的方向，而表述“逆流”代表循环的反方向。

在用来提纯氢的PSA循环中，压力平衡的目的是减少要制造的气体的损失。这样，为了回收在吸附阶段末接近吸附剂出口的氢，再生阶段包括至少一个第一顺流减压步骤，该减压是通过与处于第一逆流再加压步骤的另一吸附器平衡压力而进行。考虑到简单起见，该循环具有一单个平衡步骤，在跟随通过平衡进行第一减压的多个减压步骤期间，从吸附器提取的气体通常用于冲洗在低循环压力下的另一吸附器然后作为剩余气体提取。

这样，在平衡压力下仍存在于吸附器中的气体被认为是损失。实际上，压力越高，在一吸附器中包含的气体量越大。因此，平衡压力越低，氢的损失越少，也就是说提取产量越高。

在PSA整套装置中施加的另一约束是它们应以一基本恒定的产品流量生产。为此目的，在以恒定的流量供给整套装置情况下(通常是在生产氢的整套装置情况下)，已经提出在吸附阶段期间以一恒定的产品气体流量排放，通过同时与第一再加压气体平衡压力而将该气体逆流供给在第一再加压步骤期间的吸附器。然而，本方法导致平衡压力上升，这减少了上面所述的产量。

还提出了将一辅助容器引入到制造工序中以便基本消除生产流量的变化。然而这种方案的严重缺陷是：如果所需的使用压力仅略低于在出口处来自吸附器的产品气体的压力，仍需一很大容积的辅助容器。

本发明的一个目的是通过利用一小容积的辅助容器能够获得一基本恒定的产品流量和一很满意的产量。

为此目的，本发明提供一上述类型的分离工艺，其特征在于：

-在阶段(a)的第一步骤(a1)期间(步骤(a1)周期与步骤(b1)周期相同)，排放的产品气体流进辅助容器，和

-在该阶段的跟随步骤(a1)的第二步骤(a2)期间，排放的气体进入处于中间再加压步骤(c2)的一个吸附器中，该吸附器同时与辅助容器连通，

-气体混合物向整套装置供给的流量基本上恒定。

根据本发明的工艺可包括下列特征中的一个或多个：

-在步骤(a1)期间，辅助容器只与向其供应产品气体的吸附器连通，和

-在步骤(c2)期间，在吸附器和辅助容器之间进行平衡压力。

本发明的另一目的是提供实施上述工艺的一整套装置。

该类型的整套装置包括n个吸附器，n＞1，一组管线、换向及控制元件和一可与该整套装置的一生产线路相连的辅助容器，其特征在于辅助容器平行于生产线路布置且可与每个吸附器的产品出口端相连。

参见附图来描述本发明的一实施例。

图1是本发明的整套装置图，

图2是该整套装置的操作循环图。

图1所示的整套装置是用来在一生产线路1中，在较高压力下以基本恒定的流量生产氢，该压力典型的约为25至30巴。利用四个吸附器2A至2D从一气体供给混合物中通过选择吸附进行这种生产。该供给气体是例如蒸汽转化的合成气，该合成气通过供气线路3以一恒定流量引入。

该整套装置还包括一残余气体的排气管线4，在吸附器出口之间的连接线路5，和通过线路7平行地与线路1连接的一辅助容器6。线路8与线路7连接以便使容器6与吸附器出口连通。

线路1通过支线9与吸附器出口连通，每个该支线9安装有一截止阀10。类似的，线路8通过支线11与吸附器出口连通，每个该支线11安装有一截止阀12。