本发明专利技术涉及一种通过真空变压吸附用于处理含氮进料混合物(E)的方法，其中在压力下暂时沿主流动方向引导所述进料混合物通过填充有吸附剂材料的吸附单元(100)。在此设置为，所述吸附剂材料在沿所述主流动方向的第一区域(110)中主要或仅以第一吸附体(111)的形式提供，所述吸附剂材料在沿所述主流动方向的位于所述第一区域(110)下游的第二区域(120)中主要或仅以第二吸附体(121)的形式提供，至少所述第二吸附体(121)作为复合体提供，所述复合体具有由非多孔的非吸附材料形成的内芯(C)和具有所述吸附剂材料或由所述吸附剂材料形成的外层(S)，并且所述第二吸附体(121)具有的吸附剂材料占本体体积的比例比所述第一吸附体(111)的更小。对应的装置(10)同样是本发明专利技术的主题。主题。主题。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于处理气体混合物的方法和装置
[0001]说明书
[0002]本专利技术涉及一种用于通过变压吸附，特别是通过真空变压吸附处理气体混合物的方法，以及根据相应的独立权利要求的前序部分的对应的装置。
技术介绍
[0003]已知通过低温分解空气来制备液态或气态的空气产物，例如不同聚集态和纯度的氧，并且例如在H.
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W.(出版商)，Industrial Gases Processing，Wiley
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VCH，2006年，特别是第2.2.5节“Cryogenic Rectification”中所述。
[0004]作为低温分解空气的替代方案，也可以借助变压吸附(英语：Pressure Swing Adsorption，PSA)，特别是借助真空变压吸附(英语：Vacuum Pressure Swing Adsorption，VPSA)从空气中获得不同纯度的气态氧。与普通PSA相比，VPSA的区别是在亚大气压水平下进行解吸。在VPSA中，可以以较低的能耗实现较高的氧产率。关于对应方法的特征和优点，参考专业文献。例如，吸附方法的基础知识可以在A.Gabelman，Adsorption Basics:Part 1，CEP Journal，2017年7月，第48至53页，和A.Gabelman，Adsorption Basics:Part 2，CEP Journal，2017年8月，第38至45页中找到。
[0005]借助PSA和VPSA分解空气基于空气组分在吸附剂上的不同吸附强度。借助PSA或VPSA，可以特别地从空气中获得具有例如约90至95摩尔百分比的氧含量的富氧气体混合物。
[0006]尽管本专利技术在下文中主要针对借助VPSA处理空气进行描述，但是根据本专利技术提出的措施原则上也可以与通过VPSA处理除空气以外的气体混合物一起使用。本专利技术特别适用于氮含量大于40摩尔百分比的富氮气体混合物，但不限于对应的气体混合物。
[0007]通常在PSA或VPSA中使用多孔吸附剂进行吸附。PSA或VPSA中气态进料混合物中所含可吸附组分的各自的吸附比例取决于进料混合物的压力和吸附剂的选择性。因此，在将对应的进料混合物供给至PSA或VPSA之前，使其经受压缩。
[0008]用于借助PSA或VPSA处理空气的吸附单元在穿流方向上通常包括两个相继的吸附剂层或填料或填料区段。第一相对较短的层在此用于去除水和其他可强烈吸附的空气组分，例如常见的空气湿度和微量的二氧化碳。该第一层沿流动方向跟随第二层，该第二层用于去除氮。在该第二层中，如在吸附方法中常见的那样，通常形成平衡区(英语：Equilibration Zone)和沿流动方向邻接平衡区的传质区(英语：Mass Transfer Zone)。例如，Gabelman(见上文)在第50页的“Mass transfer considerations”一节中对这些区域的形成作了进一步的解释。
[0009]不同的吸附剂或吸附剂材料(也见下文)可用于吸附，如同样从所引用的专业文献中已知的那样。对应的吸附剂材料可以在此例如以球或丸(以下简称“吸附体”)的形式提供，其直径通常在1至3mm之间。该直径是影响对应吸附单元的分离特性的主要变量之一。
[0010]直径较小时，通常会改善传质，然而经由吸附剂材料的压力损失相对较大。较大的颗粒导致较低的压力损失，但表现出较差的动力学性能。因此，吸附体直径的选择通常是压
力损失和吸附动力学之间权衡的结果。
[0011]最近开发的其他形式的吸附体，特别是所谓的核壳复合体，旨在改善传质，而不会对通过吸附单元的压力损失产生负面影响。与基本上均质地由多孔吸附剂材料形成的经典吸附体不同，核壳复合体是具有由(至少基本上)非多孔的非吸附材料形成的内芯和由相应的吸附剂材料形成的外层的复合吸附体。应理解的是，当下文提及“非多孔的”和“非吸附的”材料时，这种材料可以具有较小的孔隙率和吸附能力，但是与被称为“多孔的”和“吸附的”材料相比明显更小。然而，内芯通常由完全非多孔的材料形成，例如石英颗粒。替代地，在下文中也使用术语“惰性”芯。
[0012]例如由EP 1 080 771 B1已知一种气体分离方法，包括供给气态混合物，该气态混合物包含至少两种具有不同吸附特性的组分，进入包含至少一种吸附剂材料的垫的吸附容器中，所述至少一种吸附剂材料能够优选地吸附所述气态混合物中的至少一种气态组分，并且使所述气态混合物在这样的条件下经受，该条件允许将所述气态混合物中的优选地可吸附的气态组分吸附在所述吸附剂材料上并且与所述气态混合物中的非吸附组分分离，所述气态混合物通过所述吸附剂容器，其中所述吸附剂容器中的至少一种吸附剂材料包含复合颗粒，所述复合颗粒具有由非多孔的非吸附材料构成的内部固体不渗透芯和包含所述吸附剂材料的至少一个外层。
[0013]在图4中示出了对应的复合体，在此处就应该对其进行参考。进一步的解释可以在下面找到。在制备核壳复合体时，可以精确地确定颗粒直径(D，参见图4)以及外层的厚度(h)。为此，必须对应地选择内芯的直径(d)。以这种方式，可以生产具有可变外层厚度或吸附剂材料与芯之间的可变体积比的核壳复合体。在此获得的质量比取决于芯的密度。体积比是恒定的几何尺寸，并且与芯的所选材料无关。因此，术语“本体体积”在下文中用于对应的吸附体。本体体积在此表示对应的吸附体(包括整个外层和整个内层)的被外层的外部边界包围的体积。
[0014]与仅需去除痕量杂质的其他气体混合物的净化不同，在处理空气或类似气体混合物以获得氧时面临的挑战是，待去除的组分以高浓度存在或甚至是主要成分。由于高氮含量，在上述用于去除氮的层中形成的平衡区非常大，而随后的传质区相对较短并且其特征在于陡峭的浓度梯度。对于这两个区域，在相应的特性方面得出部分相反的目标，然而，这些目标在常规方法中不能令人满意地实现。
[0015]因此，本专利技术的目的是在通过变压吸附，特别是通过真空变压吸附处理气体混合物，特别是空气方面创造改进的可能性，并克服现有技术的缺点。
技术实现思路
[0016]所述目的通过根据相应独立权利要求的前序部分的用于通过变压吸附，特别是通过真空变压吸附处理气体混合物，特别是富氮气体混合物如空气的方法和对应的装置来实现。优选的实施方案是从属权利要求和以下说明的主题。
[0017]下面将首先对在描述本专利技术及其优点时所使用的一些术语以及基本技术背景进行进一步的解释。
[0018]如果在此提及“PSA”或“VPSA”，则这既应理解为对应的方法或对应的方法步骤，也应理解为被设计用于执行这种方法或方法步骤的技术装置，即吸附单元。
[0019]在PSA或VPSA中使用的吸附剂位于对应的吸附容器中，其中对于连续生产操作通常使用两个或更多个吸附容器。在此，在吸附循环中为吸附容器交替地装载来自气态压缩进料混合物的待吸附组分，并且在解吸或再生循环中再生，其中在这两个循环之间也可以各自存在另外的时间段，在所述另外的时间段中既不进行装载也不进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过变压吸附用于处理气态含氮进料混合物(E)的方法，其中在压力下暂时沿主流动方向引导所述进料混合物通过填充有吸附剂材料的吸附单元(100)，其特征在于，所述吸附剂材料在沿所述主流动方向的第一区域(110)中主要或仅以第一吸附体(111)的形式提供，所述吸附剂材料在沿所述主流动方向位于所述第一区域(110)下游的第二区域(120)中主要或仅以第二吸附体(121)的形式提供，至少所述第二吸附体(121)作为复合体提供，所述复合体具有由非多孔的非吸附材料形成的内芯(C)和具有所述吸附剂材料或由所述吸附剂材料形成的外层(S)，并且所述第二吸附体(121)具有的吸附剂材料占本体体积的比例比所述第一吸附体(111)的更小。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一吸附体(111)也作为复合体提供，所述复合体具有由非多孔的非吸附材料形成的内芯和具有所述吸附剂材料或由所述吸附剂材料形成的外层，其中，所述外层在所述第一吸附体(111)中占据本体体积的比例比在所述第二吸附体(121)中占据的更大。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多孔的吸附材料的体积比例在所述第二吸附体(121)中为所述本体体积的50％至60％，并且在所述第一吸附体(111)中为所述本体体积的70％以上。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一吸附体以均质的吸附体的形式提供，所述吸附体具有所述吸附剂材料或由所述吸附剂材料形成。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一吸附体具有大于2mm的直径。6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述吸附剂材料选自活性氧化铝、沸石、具有中孔的材料、碳分子筛及其混合物组成的组。7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述内芯(C)具有选自金属、金属氧化物、混合氧化物、致密陶瓷氧化物，例如堇青石、钙钛矿、烧结粘土，例如高岭土、凹凸棒土、二氧化硅、氧化铝、二氧化硅
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氧化铝、二氧化硅
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氧化镁、二氧化硅
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氧化锆、二氧化硅
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氧化钇、二氧化硅
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氧化铍和二氧化硅
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【专利技术属性】
技术研发人员：E，
申请(专利权)人：林德有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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