[发明专利]用于双床真空变压吸附系统的回转阀

说明书

本发明涉及用于从空气中选择吸附氮气生产富氧气流的真空变压吸附系统，特别涉及用多点阀操作此系统的设备和方法。

近年来利用真空变压吸附(VPSA)系统分离空气生产氧气或氮气已变得在经济上有吸引力。此类系统所采用的循环一般时间相对较短。VPSA系统的改进涉及缩短每个步骤的时间。此时间缩短使工艺阀的操作在成功操作新循环中相当关键。已发现开关工艺阀所需时间是重要因素。目前可用于此类操作的自动阀在其响应循环需要的能力方面受限制。

目前使用众多的VPSA系统。这些系统一般采用多个分开的双点阀按具体循环引导流体的流动。这些阀通过复杂且昂贵的管道系统相互连接。结果，这些VPSA系统的辅助投资成本高，系统最优化受阀的物性限制，导致操作成本高。

例如，US5 549 733公开了一种用于由空气生产氧气的真空型循环，其设备中包括六个独立的自动阀来控制循环。另一例US5 223 004中，通过压力变化再生吸附剂且使用两个吸附器的此类气体吸附分离方法也包括至少六个自动阀控制循环的流动、压力和定时。US5 144 440中公开的以三床法利用真空变压吸附系统生产富氧空气的方法使用多个单独的自动阀。有两个阀件用旋塞引导流动的阀组件公开在US5 114 441中用于氧浓缩器系统。US5 122 164中公开的双床变压吸附法使用六个自动阀控制循环，以及两个自动阀用于均压步骤。因此希望省去VPSA系统中与进料和真空系统相连的所有或多数阀底部滑动管道和转换阀。

考虑到现有技术的这些问题和不足，因此，本发明的目的之一是提供一种利用更少的阀从流体如空气中选择性去除所要组分如氮气的系统。

本发明另一目的是提供进一步省去连接系统组成部分的多余管道的这种系统。

本发明再一目的是提供循环时间和效率改进的VPSA系统。

本发明再另一目的是提供一种使用较少能量的VPSA系统。

本发明的其它目的和优点部分是显而易见的，部分由说明书中体现。

本发明实现了上述和其它目的和优点，这些目的和优点对于本领域技术人员是显而易见的，一方面，本发明涉及从流体混合物中分离组分的设备，包括在第一压力下的流体源、在与所述第一压力不同的第二压力下的流体源、和至少一个室，该室包含从所述流体中选择吸附一组分的吸附剂。所述设备还包括可操作地通过第一流动通道与所述第一压力流体相连并通过第二流动通道与所述第二压力流体相连的阀。所述阀还通过第一流动端口与所述室相连，通过第二流动端口与放空口相连。所述阀有多个位置同时使所述第一和第二流动通道与所选流动端口互连。阀处于第一位置适于使所述第一或第二流动通道与所述第一流动端口相连，以提供在所述第一或第二压力流体和所述室间形成流动。阀处于第二位置适于使所述第一或第二流动通道与所述第二流动端口相连，以提供在所述第一或第二压力流体和所述放空口间形成流动。

另一方面，本发明提供一种从流体混合物中分离组分的设备，包括进料流体源、真空源、及第一和第二室，每个室均包含从所述流体中选择吸附一组分的吸附剂。优选地，所述进料流体源包括进料空气源，所述室包含从空气中选择吸附氮气的吸附剂床。所述设备还包括可操作地与通过第一流动通道与所述进料流体源或真空源相连、通过第一流动端口与所述第一室相连和通过第二流动端口与所述第二室相连的阀。所述阀有多个位置同时使所述第一流动通道与所选流动端口互连。阀处于第一位置适于使所述第一流动通道与所述第一流动端口相连，以提供在所述流体源或所述真空源与所述第一室之间的流动通道。阀处于第二位置适于使所述第一流动通道与所述第二流动端口相连，以提供在所述第二流体源或所述真空源与所述第二室之间的流动通道。

优选地，所述阀有两个阀部分。第一阀部分可操作地与所述进料流体源相连，第二阀部分可操作地与所述真空源相连。在第一位置，所述阀同时使所述流体源与所述第一室相连并使所述真空源与所述第二室相连。在第二位置，所述阀同时使所述流体源与所述第二室相连并使所述真空源与所述第一室相连。所述阀可进一步包括与通至大气的放空口相连的第三流动端口。