变压吸附方法的运行和优化技术

一种变压吸附方法，该方法包括在进料期间向吸附剂容器进口引入原料气混合物，其中原料气混合物包含较强强吸附组分和较弱强吸附组分，吸附剂容器包括吸附材料床，该床选择性地吸附较强强吸附组分，和在进料期间的至少一部分期间内从吸附剂容器的出口抽出富集较弱强吸附组分的产物气体，其中定义为Ｋｔ↓［进料］Ｖ↓［ａｄｓ］／Ｖ↓［进料］的无因次循环补偿传质系数保持为约２３－约２５０，其中Ｋ是最靠近吸附材料床产物端的吸附剂中较强强吸附组分扩散的线性驱动力传质系数，ｔ↓［进料］是进料期间的持续时间，Ｖ↓［ａｄｓ］是包含吸附材料床的吸附剂容器段的空体积，和Ｖ↓［进料］是在进料期间引入吸附剂容器进口的原料气混合物的体积，和其中Ｖ↓［进料］定义为ＮＲＴ／Ｐ↓［ａｄｓ］，其中Ｎ是在ｔ↓［进料］进料期间引入吸附剂容器进口的原料气混合物的摩尔数，Ｒ是通用气体常数，Ｔ是在吸附剂容器进口处的原料气混合物的平均绝对温度，和Ｐ↓［ａｄｓ］是在吸附剂容器进口处的原料气的绝对压力。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变压吸附方法。
技术介绍
变压吸附是广泛地用于加工和制造工业的一种重要的气体分离工艺。变压吸附用于从粗加工气流中回收高纯度气体产物，例如在制氢中，或作为拖入式大气源气体产物或就地低温空气分离工艺的替代。变压吸附工艺已经高度开发，用于多种气体混合物的分离，包括，例如，用于提供氧气和氮气产物的空气分离。对于空气中更小产物体积的分离应用，变压吸附工艺可使用单一吸附床和一个或多个储气罐以提供稳定产物流以及用于加压和吹洗的气体。在更大的产物体积下，与重叠循环并联操作的多重吸附床用于产生稳定产物气体流以及提供用于加压和吹洗的气体。可以运行变压吸附工艺，其中最大和最小循环压力两个都高于大气压，其中最大循环压力高于大气压，最小循环压力是大气压，其中最大循环压力高于大气压，最小循环压力低于大气压，或其中最大循环压力接近大气压，最小循环压力低于大气压。后两种工艺已经在本领域被描述为真空-变压吸附(VPSA)和真空变压吸附(VSA)。为了本公开内容的目的起见，通用术语“变压吸附”或PSA用于描述采用压力对吸附剂能力的影响来分离气体混合物的任何循环气体吸附工艺。用于一般PSA工艺的压力可以是高于大气压的、低于大气压的、大气压，或其组合。PSA工艺技术在过去的十年中已经有了显著的改进。复杂的工艺循环和改进的吸附剂导致更有效和更经济操作的PSA装置，特别用于空气分离、从合成气回收氢气和一氧化碳，从炼油厂和石油化工厂气体物流中回收和氢气和轻质烃。需要进一步的完善，也是PSA技术用户的不断追求。PSA工艺性能的两个重要量度是给定生产率所要求的吸附剂数量和所需产物从原料气混合物的回收率。减少吸附剂需要量的已知方法是降低循环时间的同时保持恒定的压力包封。然而，减少循环时间可能会对回收率产生消极影响。同样，减少循环时间可导致由于形成高气体速度所引起的严重问题，包括高的压降、流化和吸附剂材料的磨损。因此，需要有一种方法来选择PSA系统的最佳操作条件，使得可以在与快速循环相关的低吸附剂需要量和与快速循环相关的潜在消极效果之间达到适当的折衷。如下所述和由随后的权利要求定义的，本专利技术提供了一种达到此折衷的简单方法。
技术实现思路
本专利技术涉及一种变压吸附方法，该方法包括在进料期间向吸附剂容器进口引入原料气混合物，其中原料气混合物包含较强强吸附(morestrongly adsorbable)组分和较弱强吸附(less strongly adsorbable)组分，吸附剂容器包括吸附材料床，该床选择性地吸附较强强吸附组分，在进料期间的至少一部分时间内从吸附剂容器的出口抽出富集较弱强吸附组分的产物气体，其中定义为Kt进料Vads/V进料的无因次循环补偿传质系数保持为约23-约250，其中K是最靠近吸附材料床产物端的吸附剂中较强强吸附组分扩散的线性驱动力传质系数，t进料是进料期间的持续时间，Vads是包含吸附材料床的吸附剂容器段的空体积，V进料是在进料期间引入吸附剂容器进口的原料气混合物的体积，其中V进料定义为NRT/Pads，其中N是在进料期间t进料引入吸附剂容器进口的原料气混合物的摩尔数，R是通用气体常数，T是在吸附剂容器进口处的原料气混合物的平均绝对温度，Pads是在吸附剂容器进口处的原料气的绝对压力。较强强吸附组分可以是氮气和较弱强吸附组分可以是氧气。Kt进料Vads/V进料的数值可以保持为约23-约100。吸附材料可包括一种或多种沸石，含有或不含粘结剂材料，上述沸石选自CaA、NaX、CaX、BaX、LiX、NaLSX、CaLSX、BaLSX和LiLSX沸石。较强强吸附组分可以是一氧化碳，较弱强吸附组分可以是氢气。在此实施方案中，Kt进料Vads/V进料可以保持为约66-约250。吸附材料可包括一种或多种沸石，含有或不含粘结剂材料，沸石选自CaA、NaX、CaX、BaX、LiX、NaLSX、CaLSX、BaLSX和LiLSX沸石。典型地，进料期间的持续时间为约7-约120秒和吸附材料包括平均粒径为约1.2-约1.6mm的粒子。更具体地说，进料期间的持续时间可以为约3-约60秒和吸附材料可包括平均粒径为约0.8-约1.2mm的粒子。进料期间的持续时间可以为约0.25-约30秒和吸附材料可包括平均粒径为约0.3-约0.8mm的粒子。该方法可进一步包括吹洗期间，在此期间将吹洗气体引入吸附剂容器和通过吸附材料床以解吸较强强吸附组分，其中(ΔP/P)吹洗的数值保持为小于约0.3，其中ΔP是在吹洗期间结束时整个吸附材料床的压降和P是在吹洗期间结束时吸附材料床中的最小绝对压力。吸附材料床可包括两种或多种吸附剂。在另一个实施方案中，本专利技术包括运行变压吸附工艺的方法，该方法包括(a)在进料期间，t进料期间在原料气流量下向吸附剂容器进口引入原料气混合物，其中原料气混合物包括较强强吸附组分和较弱强吸附组分，吸附剂容器包括吸附材料床，该床有选择地吸附较强强吸附组分，在进料期间至少一部分期间从吸附剂容器出口抽出富集较弱强吸附组分的产物气体；(b)通过从中抽出减压气体，将吸附剂容器减压；(c)在吹洗期间吹洗吸附材料床，其中将吹洗气体在吹洗气体流量下引入吸附剂容器并通过吸附材料床以解吸较强强吸附组分；和(d)以循环方式重复(a)到(c)。可以通过选择定义为Kt进料Vads/V进料的无因次循环补偿传质系数的所需数值和调节原料气流量、进料期间的持续时间，或调节原料气流量和进料期间的持续时间两者以保持Kt进料Vads/V进料的所需数值来控制变压吸附工艺的运行，其中K是最靠近吸附材料床产物端的吸附剂中较强强吸附组分扩散的线性驱动力传质系数，t进料是进料期间的持续时间，Vads是包含吸附材料床的吸附剂容器段的空体积，V进料是在进料期间引入吸附剂容器进口的原料气混合物的体积，其中V进料定义为NRT/Pads，其中N是在t进料进料期间引入吸附剂容器进口的原料气混合物的摩尔数，R是通用气体常数，T是在吸附剂容器进口的原料气混合物的平均绝对温度，Pads是在吸附剂容器进口的原料气的绝对压力。Kt进料Vads/V进料的所需数值可以为约23-约250。在此实施方案中，较强强吸附组分可以是氮气和较弱强吸附组分可以是氧气。Kt进料Vads/V进料的所需数值可以为约23-约100。吸附材料可包括一种或多种沸石，含有或不含粘结剂材料，该沸石选自CaA、NaX、CaX、BaX、LiX、NaLSX、CaLSX、BaLSX和LiLSX沸石。较强强吸附组分可以是一氧化碳和较弱强吸附组分可以是氢气。在此实施方案中，Kt进料Vads/V进料的所需数值可以为约66-约250。吸附材料可包括一种或多种沸石，含有或不含粘结剂材料，该沸石选自CaA、NaX、CaX、BaX、LiX、NaLSX、CaLSX、BaLSX和LiLSX沸石。可以控制吹洗气体流量使得(ΔP/P)吹洗保持为小于约0.3，其中ΔP是在吹洗期间结束时整个吸附材料床的压降和P是在吹洗期间结束时吸附材料床中的最小绝对压力。吸附材料床可包括两种或多种吸附剂。附图说明图1是举例说明变压吸附工艺生产率与线性驱动力传质系数的关系图。图2是举例说明变压吸附工艺被标度的生产率与无因次循环补偿传质系数的关系图。图3是举例说明变压吸附工艺不同KVa本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：D·R·格雷厄姆，R·D·怀特利，R·L·奇昂，小E·L·韦斯特，T·C·戈登，M·J·拉布达，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：