动态清洗控制的变压吸附法的制作方法

专利名称：动态清洗控制的变压吸附法的制作方法
技术领域：
本发明涉及多床变压吸附法(PSA)，该方法包括为循环一部分的清洗期间，具体讲，本发明涉及一种在多床PSA系统的每个床控制循环进行的方法，以使由该方法生产的非吸附气体组成的变化减至最小。
多年来，一直采用PSA法分离气体混合物的各组分。PSA法在一延长的有原料气入口端和非吸附气出口端的容器中进行，且该容器中装有优先吸附气体混合物中的一种或几种组分的吸附剂。该气体混合物并流地(从原料气入口到非吸附气出口)通过该容器，由此从该气流中除去优先吸附的组分。富集了不优先吸附的一种或几种组分的产品气通过吸附床，并从非吸附气出口排出该吸附床。开始吸附组分积累在吸附床的入口处，随着吸附步聚的进行，吸附组分生成一吸附前沿，并向吸附床的非吸附出口逐渐移动。当吸附气体前沿到达吸附床的某一点处时，终止吸附步骤，该吸附床的吸附剂通过从吸附床中解吸吸附的组分进行再生。这通常是通过逆流放压解吸该吸附床，和/或用非吸附组分气逆流清洗该吸附床来完成。当吸附床再生达到要求程度时，就重复进行循环。
有代表性的PSA循环包括一加压步骤，吸附容器中的压力升高到进行该法的吸附步骤所要求的压力，这是通过将一种气体(常常是待分离气体混合物)引入该容器来完成的；一吸附或生产步骤；和一吸附床的再生步骤。该循环可以包括其它步骤，例如多级加压或放压步骤。
在传统的PSA法中，吸附步骤通常是在中等到高的压力，例如约5-约20巴的绝对压力(bara)的范围内进行，而吸附床的再生步骤常常是在大气压或低于大气压的压力下进行。这些方法通常是有效的，因此产生了始终如一的高纯度非吸附产品气。但是这些方法严重耗能，因为大部分的能量花费来将原料气加压到吸附步骤的操作压力。
近来已开发出了低吸附压力与再生压力比的低压PSA法。这些方法一般是在1-3巴的绝对压力(bara)的吸附压力下操作，而吸附床的再生压力为约大气压。利用低能设备例如鼓风机就能够将原料气容易地加压到这些压力，因为在大气压下再生吸附床不需要使用高能耗的真空产生设备。在这类低压PSA法中，通常是利用每个循环中产生的一部分非吸附产品气清洗吸附了气体组分的吸附床，以便提高方法的操作特性。
人们非常希望，在多床吸附系统方法的各个吸附床中生产的产品气的质量变化极微。但是当多床吸附系统以低的吸附压力与排气压力比的操作条件，如3bara/大气压用于进行吸附方法时，产品气的质量要经历明显的变化。当设备是用于中等或高的压力吸附时，这是不存在的问题，因为产品的质量随吸附压力的增加而降低。
美国专利4472 177号公开了从空气流中生产氧气和氮气的一种真空变压吸附法。按照这篇专利公开的方法，从在约大气压的空气中吸附氮气，产生的氧气作为非吸附产品气。在该方法的吸附步骤完成后，氮气通过吸附床从该吸附床的空隙空间冲洗出氧气。当在清洗气的排出气流中检测出低的氧气浓度时，就停止清洗步骤。
1994年1月28日申请的申请号为08/189008的共同未决美国专利申请公开了在PSA方法中防止清洗气过量损失的方法，该方法是通过分析来自该方法清洗气的排出废气流和当废气流中的清洗气浓度达到废气流的一预定容积时，终止清洗步骤。
由于低压吸附法的吸引力，人们长期寻求多床系统中降低产品质量变化的改进方法。本发明提出了实现一目标的高效率且费用经济的方法。
本发明包括在一PSA系统中，从含第一气体组分和第二气体组分的一气体混合物中回收第一气体组分的循环的PSA法，该PSA系统是由两个或几个优先吸附第二气体组分(与第一气体组分相比)的吸附剂床组成。该系统的吸附床平行设置，以至少一个吸附床是在吸附步骤，而至少另一个吸附床进行再生的异相方式操作。本发明方法的部分循环包括至少如下步骤(a)使气体混合物流入正好完成床再生的一个或几个吸附床，由此将吸附床加压到选定的吸附压力，一般在约大气压到约20bara的范围内，并产生了富集第一气体组分的非吸附产品气。与此同时，通过在一选定的比吸附压力低的排气压力下，从这些吸附床解吸富集了第二组分的气体，使该系统的一个或几个其它吸附床进行再生。在吸附床再生的至少部分期间内，被再生的吸附床用非吸附产品气进行清洗。重复步骤(a)，吸附步骤中的床和经历了再生步骤的床交替作用，直到系统的所有吸附床都进行了步骤(a)-(c)的部分循环为止，这样就完成了一个全部循环。上述的全部循环重复进行，因此本发明方法基本上是连续的循环。
(b)在一个或几个吸附床的吸附床的再生期间，定期测定特殊事件发生时来自被再生的吸附床的废气流中第一气体组分的浓度和在一个或几个吸附床的再生过程的初期特殊事件发生时排出这些吸附床的气流中的第一气体组分浓度之间的绝对差值，和(c)以降低吸附床中第一气体组分浓度之间绝对差值的这一方式，定期地调整一个或一个或几个吸附床和一个或几个其他吸收床两者的清洗期间的持续时间。
在一个优选的实施方案中，第一气体组分是氧气，第二气体组分是氮气，而在另一个优选的实施方案中，第一气体组分优选是氮气，第二气体组分优选是氧气。在许多优选的实施方案中，被处理的气体混合物优选是空气。
本方法的特殊事件可能是排出进行再生的吸附床气流中的第一组分的极限浓度或在清洗期间开始后，时间特殊期间行程的现象。在一优选的实施方案中，特殊事件是被再生的吸附床排出气流中第一组分极限浓度的现象。在许多优选的实施方案中，特殊事件是被再生吸附床排出气流中第一组分最大浓度的现象。
在每个吸附床的再生步骤期间，或选定的吸附床的再生步骤期间可以测定排出物流中非吸附气体组分浓度之间的绝对差值。同样，在每个吸附床的再生期间，或在选定吸附床的再生期间，可以调节清洗期间的持续时间。而且，绝对差值的测定可以比清洗期间的调节进行得更频繁。在调节步骤(c)中起作用的再生期间，可分成固定数量或可变数量的再生期间，其中不进行清洗期间的调节。在一优选的实施方案中，当在步骤(b)中测定的绝对差值超过一选定值时，只调节清洗期间。
当一个吸附床正进行再生和另一个床正在进行再生的初期时，排气流中非吸附气体绝对差值的测定是根据测量值比较。在吸附床连续再生期间，或在吸附床不连续再生期间这种比较是以测量值为基础进行的。同样，清洗期间的调节可以在吸附床的再生期间紧接的进行绝对差值测定的后续再生期间中，或在吸附床的某些后来的再生期间中起作用。
对该系统的一个吸附床，或对二个或几个吸附床来说，都可以进行清洗期间的调节。在一个优选的实施方案中，这种调节是对两个吸附床进行的。而在两个以上的吸附床情况下，是在顺序地操作中进行的，优选调节两个最不同的吸附床，即这两个吸附床中排放气流中非吸附气的浓度差是最大的。
在步骤(a)前，本发明方法还可以有其它的步骤，进入再生期间的吸附床的部分放压步骤和进入吸附步骤的吸附床通过使前一个吸附床的气体流入后一个吸附床(吸附床均压)的部分加压步骤。在步骤(a)前，本发明方法也可以有附加步骤，进入吸附步骤的吸附床通过使第一组分富集气流入该吸附床(产品回填)的部分加压步骤，与此同时，进入再生期间的吸附床通过从这些吸附床排出气体的部分放压步骤，而且本发明方法可以有如下的这些步骤，即产品气回填步骤前的吸附床的均压步骤，和步骤(a)前的产品气回填步骤。
本发明方法优选在一对两个吸附床或多对的两个吸附床中进行。
当被处理的气体是空气时，吸附剂优选一种含成的或天然的沸石。用于分离空气的优选吸附剂是选自X型和A型沸石的合成沸石。该沸石可以有可交换的阳离子，离子选自周期表IA族、IIA族、IIIA族、IIIB族和镧系元素离子。优选的沸石是选自锂交换的X型沸石、钙交换的X型沸石、锂和钙交换的X型沸石和它们的组合的X型沸石。
在本发明最优的实施方案中，本发明的方法是一从空气中回收氧气富集气的PSA法，该方法是在由两个装有优选吸附氮气(与氧气相比)的吸附剂的吸附床组成的系统中进行的，这两个吸附床平行设置，以一个吸附床吸附，而另一个吸附床进行再生的异相方式操作。该最优选方法的步骤包括(a)在压力为约大气压至约3巴(绝对)的吸附压力下，将空气通过第一吸附床，由此产生氧气富集气作为非吸附的产品气，同时在一低于上述吸附压力的压力下，通过从第二吸附床解吸氮气使第二吸附床再生，在至少部分的再生期间用氧富集气清洗第二吸附床，在至少部分再生期间，监测排出第二吸附床的气流中的氧气浓度；(b)重复步骤(a)至(c)，第一吸附床和第二吸附床交替作用。
(b)定期地测定在一给定的再生期间排出第二吸附床气流中氧的最大浓度与在前面再生期间，排出第一吸附床的气流中氧的最大浓度之间的绝对差值；和(c)以降低在现在再生期间排出第二吸附床的气流中氧的最大浓度和在随后的再生期间排出第一吸附床气流中氧的最大浓度之间的绝对差值的方式调节后来的吸附床再生期间的在一个或二个吸附床中清洗步骤的持续时间。
参考本发明列举的实施方案和附图的下述描述，就会更清楚地理解本发明，其中

图1是利用本发明方法从气体混合物中适宜回收一种气体的PSA系统的一个实施方案的简图；和图2是表示在本发明的PSA法的一个循环内排出气流中氧浓度的变化与在一般PSA法的一个循环内排出气流中氧浓度的变化的比较。
理解本发明必须用的设备，阀件和管件均包括在附图中。
利用包括平行设置的两个或两个以上内装吸附剂的容器的任何变压吸附系统且异相操作都可实施本发明。例如，该系统可由一对吸附床、多对吸附床组成，在一个吸附循环中，不同的位相交替互换，或按顺序作为一套操作三个或三个以上的吸附床。该系统以重复循环操作，当系统的每个吸附床一通过吸附循环顺序的每个步骤时，一个循环就完成了。本文中所使用的术语“部分循环”是说明循环的一部分，其中一个吸附床按顺序地通过本发明方法的全部步骤。当本发明方法在两个可任意互换的吸附床中进行时，部分循环是一个循环的1/2，当本发明法在用串联的三个吸附床运行时，部分循环是一个循环的三分之一。在部分循环中，有一个吸附床在再生期间。
吸附循环步骤包括(如一个最小的循环)一个吸附床的加压步骤、一个吸附或生产步骤和一个吸附床的再生步骤。加压步骤可在一级或几级中进行，包括一个吸附床的一级或几级的均压步骤，其中从正好完成吸附步骤的吸附床的并流膨胀气逆流地引入正好完成再生步骤的吸附床；作为第二级，是产品气的回填步骤，其中非吸附的产品气逆流地引入进行加压的吸附床，和原料气的加压步骤，其中被处理的气体混合物并流地引入该吸附床。优选的循环包括例如一个第一加压步骤，一个吸附床的均压步骤，和作为一最后的加压步骤，一原料气加压步骤。产品气的回填加压步骤可以被均压步骤，或原料气加压步骤取代，或它可以夹在吸附床的均压步骤和原料气加压步骤之间。用同样的方式，吸附床的再生可以利用多级放压步骤进行，包括上述的吸附床均压加压步骤的配对物，和逆流放压或排气步骤。
就本发明而论，吸附循环的关键步骤是清洗或冲洗步骤。在该步骤期间，从非吸附产品气贮存容器或从另一个加压或生产步骤的吸附床得到的非吸附产品气通过在低压下正进行再生的吸附床。该步骤在原料气加压步骤开始时或开始后可以开始，并可以继续吸附床再生步骤的剩余部分的部分或全部。
本发明的方法使得可能一致地生产组成一致的非吸附产品气，同时，在清洗期间保持损失的非吸附气体量减至最小。在吸附床再生期间通过检测在特殊事件发生时排出吸附容器的清洗气流中的非吸附气的浓度来完成。如上所述该事件可能是在一个吸附床的再生期间，清洗排出气流中非吸附气的极限浓度现象，即在清洗排出气流中非吸附气的最大浓度现象或非吸附气的最小浓度现象，即在清洗排出气流中解吸气的最大浓度现象。在该清洗步骤发生后，该事件也可以是时间特定期的行程，或甚至表示来自一个吸附床清洗排出气流中的非吸附气浓度与时间的关系曲线存在的一拐点的现象。
优选的事件是清洗排出气流中非吸附气体最大浓度的现象。利用这种事件，对PSA法的部分循环之间或部分循环中出现的非吸附产品气纯度的不一致性进行迅速修正。
本发明的方法可以用于被一种吸附剂从易吸附的任何其它气体中分离不易被吸附的任何气体。通过本发明的方法可以实现分离的典型实例包括氧气-氮气的分离，二氧化碳-甲烷或二氧化碳-氮气的分离、氢气-氩气的分离和烯烃-烷烃的分离。本发明的方法特别适用于从含氮气和含氧气的气体例如空气中分离氮气或氧气，特别是在分离过程中，与氧气相比，吸附剂易吸附氮气。
虽然本发明可以在较高压力，例如在高达约20bara或更高的压力下进行吸附步骤的PSA法中使用，但是在吸附步骤压力不超过5bara的压力的PSA法中使用最有利。总的来说本发明施用于在压力正好在大气压以上至约5bara的进行吸附的PSA法中产生有利的结果，且最适用于压力为约1.25-约3bara的吸附压力的PSA法中。低压吸附法是优选的。因为利用一低能耗设备例如鼓风机就能够将到达系统的原料气压力容易地提高到进行吸附步骤所要求的压力范围。吸附床的再生步骤是在低于吸附压力的压力下进行，虽然吸附床的再生步骤可以在200mbara(绝对)或更低这样低的压力下进行，但是优选避免在真空下进行，而且在约大气压或大气压以上的压力下进行吸附床的再生步骤，以避免使用高能耗的真空产生设备。本发明方法的吸附与再生的压力比通常为约1.1-约3，优选约1.2-2.5以绝对压力计。
进行吸附步骤的温度并不关键，一般来说，温度可以在约-50℃-约100℃或更高的范围内变化。本发明方法的最佳吸附温度尤其取决于所使用的特殊吸附剂，方法进行中的压力和具体的待分离的气体。
为方便起见，本发明以用于使用优选吸附氮气(相对于氧气)的吸附剂，在一两床系统中分离富氧产品气来详细描述，在该两床系统中，吸附床以1/2循环交替异相180°操作，因此一个吸附床进行吸附，而另一个吸附床进行再生。但是，应当理解，这样的系统仅是适用于实施本发明方法的系统的一个实例。图1示出了适用于实施本发明的一个系统。现参看图1，图1示出了包括平行吸附装置A和B的一个吸附系统，其中的每个吸附装置内装吸附剂，该吸附剂优选选择吸收空气中的氮气，富氧产品气贮存收集器C、氧气传感器D和程序逻辑控制器(PLC)E。通过加料管2向吸附床A和B提供原料空气。管2连接加料管4和6，它们又分别与吸附床A和B的原料入口连接。在这4和6上分别安装了阀8和10，因此原料空气可以任意地直接进入吸附床A和B。在它们的非吸附产品气出口端处，吸附床A和B分别与富氧产品气排放管12和14连接。管12和14上分别安装阀16和18，用于从吸附床A和B中的任一个中选择性除去富氧产品气。管12和14在阀16和18之间的一点处与管20连接。管20又与富氧产品气贮存收集器C连接。通过管20的富氧产品气的流量由阀21控制。富氧产品气可以从贮存收集器C排放到产品气贮罐，或如果需要，通过管22可排放到一最后用途的应用处。
经管24向吸附床A和B提供富氧产品气的清洗气，管24以分别经过阀28和30与管12和14的流体相通的方式设置。管24上设置减压部件26，以将非吸附产品气的压力降到清洗步骤进行的压力。
吸附床A和B的非吸附气产品端经吸附床的均压管32连通，经管32的气体的流动可以通过打开阀34来实现。
所示出的系统设置吸附床排气管36，因此解吸的富氮废气可以从吸附床A和B排出。排气管36分别经阀38和40与管4和6连通。
氧气传感器D经测试管42测量管36中废气的氧气浓度，测量可连续地进行，或按一频率选定的时间例如约0.01-约5秒进行测试，它经管44向PLCE传递收集的模拟信息。氧气浓度可以是瞬时值或是一平均值。平均值时(如果使用平均值)所使用的取样频率和样品的数量是这样选择，使收集的浓度信息的灵敏度和精确度都最佳化。PLCE分析从氧气浓度传感器D收集的信息，并通过连接PLCE与阀门的管向系统的各个阀门发送信号，由此控制这些阀门的开和关。经管48发送的信号控制阀8和10的运转；经管50发送的信号控制阀38和40的运转；通过管52发出的信号控制阀34的运转；通过管54发送的信号控制阀28和30的运转；通过管56发送的信号控制阀16和18的运转；和通过管58发送的信号控制阀21的运转。
在本发明的方法中，PLCE通过比较一选定部分循环中从系统的一个吸附床清洗排出气流中非吸附气的浓度与比该选定部分循环早的一部分循环中从系统的另一吸附床的清洗排出气流中的非吸附气体浓度进行绝对差值的测定。该早的部分循环可以是紧跟前选定的部分循环的部分循环，或可以是紧跟前选定部分循环的部分循环前的一个部分循环。在本发明优选的实施方案中，测定是依据相继部分循环的清洗排出气流中非吸附气浓度的比较。本发明的方法提供最新的数据信息，因此是最可靠的。
PLCE可以设置成以几种方式的任何一种方式对选定的阀门进行调节。例如，设置成仅对清洗阀门28和30进行调节，因此只改变清洗步骤的持续时间，或调节阀门8、10、16、18、28和30改变一给定部分循环中的生产步骤的持续时间和清洗步骤的持续时间。当对连续地顺序相继通过部份循环的三个或三个以上的吸附床系统中的一个以上吸附床进行同时调节时，优选对该循环的再生步骤期间，来自各个吸附床的清洗排出气流中，非吸附气的浓度最偏离非吸附气平均浓度的那些吸附床进行调节。如果需要，也可采用其它的调节组合方式。
调节可以在部分循环的一特定程序或随机地进行。例如，阀门的调节可以在一个跟随测定浓度差的部分循环中进行，或者在浓度差测定后，在每第二个部分循环或每第三个部分循环等进行。调节甚至可在间隔的部分循环中进行，即调节可在被固定数量的部分循环部分的部分循环中进行，在该固定数量的部分循环中不进行调节；或在可变间隔的部分循环中进行，即调节可在被不进行调节的可变数目循环分开的部分循环中进行。在任何情况下，优选0-约5个部分循环不进行调节，分开的这些部分循环的要进行调节。
只当来自系统的不同吸附床的清洗排出气流中非吸附气浓度之间不一致超过选定的值时，设置PLCE对一个吸附床的清洗持续时间进行调节，或对PSA法的各个步骤进行调节。修正非吸附气纯度不一致性的这种方法相对于其它的方法是优选的，因为它产生少量的修正，过量修正的机会很少。
下表示出了许多吸附循环的一个，其中，本发明可以有利地使用。该循环的每个步骤详细地进行了描述，就像这应用于图1所示的设备从空气中生产富氧气体那样。
表1步骤 吸附床 A 吸附床 B1 均 压 均 压2 原料气加压 排气放压3 原料气加压 清洗/排气4 生 产 清洗/排气5 生 产 排 气6 均 压 均 压
7排气放压原料气加压8清洗/排气 原料气加压9清洗/排气 生 产10 排 气 生 产在步骤1开始时，图1中的吸附床A正好完成循环的再生阶段，而吸附床B正好完成循环的重产阶段；这样吸附床A中的压力处于循环压力最低点，吸附床B中的压力处于循环压力最高点。在步骤1期间，阀34开启，而系统的其它阀门都关闭。放压气经管32并流地流出吸附床B，并逆流入吸附床A，因此部分加压吸附床A。该步骤的目的是将一些压能贮存在正好完成了生产步骤的吸附床中，并且在这个吸附床再生前，回收一些吸附床B内较富氧的空隙空间气。虽然这个步骤设计成一个均压步骤，但是该步骤不必须继续到实现吸附床A和B之间完成均压。
当步骤1完成时，阀34关闭，阀8和40开启。步骤2，原料气加压/排气放压步骤开始，现在吸附床A经管2、阀8和管4，新鲜原料气并流入吸附床A进一步进行部分加压。
同时，从吸附床B的吸附剂逆流解吸的富氮气经管6、阀40和管36排出。
当步骤2完成时，阀8和40保持开启，阀16和30打开，压力控制器26调节流过管24的富氧气体的压力达希望的清洗压力，然后步骤3开始。在步骤3期间，全部其它阀门都保持关闭。在该步骤期间，吸附床A用新鲜原料气继续加压，直到吸附床A的压力达到所要求的吸附压力。与此同时，在清洗压力下，用富氧气流经管12、阀16、管20和24、阀30、管14及进入吸附床B，吸附床B的逆流清洗开始。清洗气通过吸附床B，与从吸附床B内的吸附剂解吸的富氮气体一起经管6、阀40和管36排出系统。
当吸附床A加压到所要的吸附压力时，步骤3结束，步骤4开始。在步骤4期间，阀8、16、30和40保持开启，阀21打开。所有其它阀门保持关闭。现在在吸附床A产生富氧产品气，并通过管12、阀16、管20和阀21输送到容器C。与此同时，吸附床B通过经管24，阀30与管14进入吸附床B的低压富氧产品气继续清洗，并通过管6、阀40与管36从吸附床B出来进入大气。
当吸附床B清洗达所要求程度时，步骤4终止。在这时，阀30关闭，而阀8、16、21和40保持开启。通过吸附床B的清洗气流停止，但是吸附床B通过开启的阀40和管36继续排气。与此同时，原料空气继续进入吸附床A，富氧产品气继续从吸附床A出来流到容器C。当原料空气通过吸附床A时，吸附床A中吸附的氮气前沿向前移动，并接近该吸附床的非吸附产品气的出口。当该吸附前沿到达吸附床A的某一点时，通过关闭阀8、16、21和40终止步骤5。终止点在吸附床的非吸附产品气出口附近最佳，结果吸附系统可以最高的效率操作。吸附床A氮气的实质性的穿透要避免，以防止将富氧产品气的纯度降到低于可接受的最小值。在步骤5终结时，本发明方法循环的第一半就完成了。
在步骤1-5期间，通过阀门键控操作在各个上述步骤期间的相应阀门，在吸附床A和B中进行相反的作用，完成循环的第二半。这样，在步骤6期间，仅开启阀32，均压气从吸附床A流到吸附床B；在步骤7期间，只打开阀10和38，新鲜的原料空气通过管2和6流入吸附床B，而吸附床A进行逆流排气放压；在步骤8期间，只打开阀10、18、28和38，吸附床B用新鲜原料气加压到操作压力，而吸附床A进行清洗和排气；在步骤9期间，只打开阀10、18、21、28和38，吸附床B继续生产富氧产品气，而吸附床A继续进行清洗和排气；和在步骤10期间，只打开阀10、18、21和38，吸附床B继续生产富氧产品气，而吸附床A进行最后排气。在步骤10结束时，现在的循环就完成了，开始下一个循环，吸附床A进行吸附，吸附床B进行再生。
上面的循环是一典型的操作循环，它尽可能生产较高纯度例如93％(V.)或更高纯度的富氧产品气流。当这种方法改变时，循环通过除去一些均压步骤(步骤1和6)和/或通过加入一些产品气回填步骤来改变。在这些变化中，通过均压步骤以前提供的均压可以通过产品气回填步骤和/或原料气加压步骤来提供。而且，如果需要，从容器C可以提供步骤3和8的全部的清洗/排气操作的清洗气。
本发明的关键步骤是在每个部分循环的清洗/排气和最后排气步骤期间，测量通过管36的废气中的氧气浓度。这种测量优选在这些步骤期间连续地进行，尽管这不是十分必要，但是在特殊事件发生期间测量废气中的氧气浓度是重要的事情。这种事件可以是气流中极限氧气浓度的现象，对本发明的目的来说，这是以在包括清洗/排气和一部分循环的最后排气步骤期间出现的最大氧气浓度或最小氧气浓度来定义的。该事件也可以是该部分循环的清洗步骤开始后时间特殊期间行程。对本发明的目的来说，术语“事件”是表示在一部分循环期间废气流中最大氧气浓度的现象，在一个部分循环期间废气流中最小氧气浓度现象或在一个部分循环的清洗程序开始后，时间特殊期间的行程。
在一个部分循环期间，在事件发生的精确时间测量氧气浓度传送到PLCE。PLCE就将现部分循环期间的测量值与在紧接的现循环的前一部分循环期间相应的测量值进行比较。然后PLCE调节该部分循环清洗步骤的总持续时间，随后的现部分循环立即转向倾向于减少该现部分循环的标准测量值与紧接的前部分循环测量值之间的差。调节必须提前或延伸直接跟随现部分循环的该部分循环的清洗程序开始时间和/或结束时间。对本发明方法的每个部分循环重复这种方法，这样就形成了动态控制的吸附法。
优选的事件是在一部分循环的清洗和排气步骤期间氧气浓度极限值的现象，而最优选的事件是最大氧气浓度值的现象。最大值的用途是提供最迅速地减少相继部分循环之间氧气浓度的差。
可以估计到，一个部分循环清洗程序的持续时间的变更必须会改变一个部分循环一个或几个其它的步骤和/或该部分循环的持续时间。例如，一个部分循环清洗程序持续时间的增加，将要求缩短以前清洗程序的排气阶段和/或后续清洗程序的排气阶段的程度和/或增加全体部分循环的持续时间。在优选的实施方案中，优选调节多个排气阶段的持续时间，并保持总体部分循环时间为常数。
吸附循环可包含吸附和再生基本步骤外的几个步骤。例如，在多级阶段中使吸附床放压是有利的，利用第一次放压的产品气部分加压一个吸附床，利用第二次放压的产品气部分加压吸附系统中的另一吸附床。
人们将会意识到，利用一般的设备监控和自动调节本系统内气体的流量都在本发明范围内，因此，本系统可以用一种有效的方式完全自动连续地运行。
本发明通过下面的实施例作进一步说明，除非另有说明，其中的份、百分数和比率均以体积为基准。
实施例1这个试验是在类似于图1所示的系统的一个两床实验室规模的PSA系统中进行，利用大气压下的空气为原料气。床中所使用的吸附剂是UOP出售的UOP PSA O2HP13X沸石。整个PSA系统是在控制环境下保持20℃(原料气温度)恒温下密封。操作循环与表1描述的循环类似。循环的持续时间为120秒，分配如下步骤1和6为5秒；步骤2和7为6秒；步骤3和8为24秒；步骤4和9为25秒；步骤5和10为0秒(即步骤5和10省略)。生产步骤在吸附压力为0.5巴(表压)(表压)和排气压力为大气压(0巴表压)下进行。
在试验进行期间，步骤2、3、7、和8的持续时间响应PLC的读数自动调节。在清洗/排气步骤期间，氧气传感器测量排气中的氧气浓度。将相继半个循环排气流中的最大氧气浓度进行比较，调节上述步骤的持续时间，使朝向减少下半个循环清洗/排气步骤的最大氧气浓度差值。达到稳定的状态条件。特定状态的结果在表II列出。在试验运行的一个循环期间排气流中氧气浓度的图形在图2中以曲线A示出。
表II氧气纯度，％ 92.1比产品气，Nm3/m34.9氧气收率，％ 22.6实施例2重复实旋例1的方法步骤，只是不企图进行调节在清洗/排气步骤期间出现的最大氧气浓度的差。不能够建立稳态条件，在试验期间，氧产品气的纯度在60％和90％间波动。在一个循环期间排气流中氧气浓度的图形以曲线B示于图2。
图2表明利用本发明在一低压PSA法中得到的益处。如图2所示，当使用本发明的方法步骤时系统排气流中氧气浓度的变化很小(曲线A)这是与不使用本发明的方法步骤时排气流中氧气浓度变化比较而言的。
虽然本发明已经具体参考了具体的吸附和具体的试验进行了描述，这些特点仅是本发明举例说明。例如，吸附循环可包括两个床以上的均压步骤，并且在使用PSA法分离除氧气和氮气以外气体混合物时，也可以使用本发明。而且，各个步骤的持续时间和操作条件可以改变。本发明的范围仅由附加的权利要求的范围限制。
权利要求
1.在一由两个或几个吸附床为一组组成的系统中，从一含第一和第二组分的气体混合物中回收第一组分富集气的一种循环PSA方法，吸附床中的吸附剂，与第一气体组分相比，优选吸附第二气体组分，所述的吸附床平行设置，并以至少一个吸附床进行吸附，而至少另一个吸附床进行再生的异相方式操作，该PSA法包括如下步骤(a)使上述气体混合物流入上述至少一个吸附床，将上述至少一个吸附床加压到一选定的吸附压力，并将产生的第一组分富集气作为非吸附的产品气，同时周在一选定排气压力下解吸的第二组分富集气再生上述的至少另一个吸附床，在至少一部分再生期间，用第一组分富集气清洗上述的至少另一个吸附床；(b)重复步骤(a)，上述的至少一个吸附床和上述的至少另一个吸附床交替作用，直到上述系统的所有吸附床都经历步骤(a)为止；(c)定期地测定在上述的至少另一个吸附床选定的再生期间特殊事件发生时排出上述至少另一个吸附床的气流中的第一组分的浓度和在上述的至少一个先于上述的至少另一个吸附床上述选定的再生期间的吸附床的再生期间，特殊事件发生时排出上述至少一个吸附床的气流中的第一组分浓度之间的绝对差值；和(d)以降低上述绝对差值的方式定期地调节在上述的至少一个吸附床和上述至少另一个吸附床的一个或几个中的清洗持续时间。
2.权利要求1的方法，其中上述的组包括一对或几对交替操作的吸附床。
3.权利要求1或2的方法，其中上述的特殊事件是排出进行再生的一个吸附床的气流中第一组分的极限浓度，或是一个吸附床在开始清洗步骤后时间特别期间的行程现象。
4.权利要求3的方法，其中上述的特殊事件是排出进行再生吸附床的气流中第一组分的极限浓度的现象。
5.权利要求4的方法，其中上述的特殊事件是排出进行再生吸附床的气流中第一组分的最大浓度的现象。
6.权利要求1或2的方法，其中步骤(c)中进行的再生期间被分成固定数目的再生期间，其中步骤(c)不进行。
7.权利要求6的方法，其中期间的上述固定数目为0-约5。
8.权利要求1或2的方法，其中在步骤(c)中进行的再生期间被分成可变数目的再生期间，其中步骤(c)不进行。
9.权利要求1或2的方法，其中先于上述另一个吸附床的上述选定的再生期间的上述至少一个吸附床的上述再生期间和上述另一个吸附床的上述选定的再生期间是吸附床的连续再生期间。
10.权利要求1或2的方法，其中上述至少另一吸附床的上述选定的再生期间和执行步骤(d)的调整中的再生期间是吸附床的相继再生期间。
11.权利要求9的方法，其中上述至少另一吸附床的上述选定再生期间和执行步骤(d)的调整中的再生期间是吸附床的相继再生期间。
12.权利要求1或2的方法，其中上述的第一组分是氧气，第二组分是氮气。
13.权利要求1或2的方法，其中上述第一组分是氮气第二组分是氧气。
14.权利要求1或2的方法，其中在步骤(a)之前，上述至少一个吸附床部分加压，上述至少另一个吸附床部分放压，这是通过从上述的至少另一个吸附床到上述的至少一个吸附床的气体流动来实现的。
15.权利要求1或2的方法，其中在步骤(a)之前，上述的至少一个吸附床通过第一组分富集气流入其中部分加压，而上述的至少另一个吸附床通过从中排出气体部分放压。
16.权利要求14的方法，其中在步骤(a)之前，上述的至少一个吸附床通过第一个组分富集气流入其中进一步加压，而上述的至少另一个吸附床通过从中排气进一步放压。
17.权利要求1或2的方法，其中上述的组包括至少三个吸附床，在一个循环中顺序地操作，步骤(c)和(d)循环地进行，每个吸附床定期地起上述一个吸附床和上述另一个吸附床的作用。
全文摘要
在两床系统中用空气生产均匀纯度的氧气的变压吸附法中吸附床异相操作。吸附循环包括加压/生产步骤和吸附床再生步骤，进行再生的吸附床用其中作为非吸附产品气的富氧气的低压气进行清洗。定期监测清洗气排出气中氧气浓度，将在选定清洗步骤排出气中最大氧气浓度与在先清洗步骤排出气中最大氧气浓度比较，并以降低连续清洗步骤中氧气浓度之间差值的方式，利用差值对选定的清洗步骤后的清洗步骤持续时间和定时进行调节。
文档编号B01D53/047GK1139586SQ9610419
公开日1997年1月8日 申请日期1996年3月15日 优先权日1995年3月15日
发明者谭子明 申请人:美国Boc氧气集团有限公司