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    • 3. 发明专利
    • 於快速循環變壓吸附系統中的執行穩定性 PERFORMANCE STABILITY IN RAPID CYCLE PRESSURE SWING ADSORPTION SYSTEMS
    • 于快速循环变压吸附系统中的运行稳定性 PERFORMANCE STABILITY IN RAPID CYCLE PRESSURE SWING ADSORPTION SYSTEMS
    • TWI318132B
    • 2009-12-11
    • TW096137059
    • 2007-10-03
    • 氣體產品及化學品股份公司
    • 馬修.詹姆斯.拉布達提蒙斯.克里斯多夫.戈登羅吉.帝.懷特利克雷.E.史坦葛瓦特
    • B01DC01B
    • C01B13/0259A61M16/101B01D53/0473B01D2253/104B01D2253/108B01D2253/30B01D2256/12B01D2257/102B01D2257/80B01D2259/40062B01D2259/4146B01D2259/4533C01B2210/0046C01B2210/0051C01B2210/0062
    • 用於製備氧氣的變壓吸附方法,包括(a)提供至少一個吸附劑容器,具有與該容器的進料端相鄰的第一層吸附劑和與第一層相鄰的第二層吸附劑,其中第一層的表面積與體積比為約5~約11 cm -1 ;(b)將加壓的包含至少氧氣、氮氣和水的進料氣體引入到進料端,將至少一部分水吸附在第一層中的吸附劑中,將至少一部分氮氣吸附在第二層中的吸附劑中,其中該加壓的進料氣體在第一層中的空塔接觸時間在約0.08~約0.50秒之間;以及(c)從吸附劑容器的產物端取出富含氧氣的產物氣體。 Pressure swing adsorption process for producing oxygen comprising (a) providing at least one adsorber vessel having a first layer of adsorbent adjacent the feed end of the vessel and a second layer of adsorbent adjacent the first layer, wherein the surface area to volume ratio of the first layer is in the range of about 5 to about 11 cm -1 ; (b) introducing a pressurized feed gas comprising at least oxygen, nitrogen, and water into the feed end, adsorbing at least a portion of the water in the adsorbent in the first layer and adsorbing at least a portion the nitrogen in the dasorbent in the second layer, wherein the superficial contact time of the pressurized feed gas in the first layer is between about 0.08 and about 0.50 sec; and (c) withdrawing a prouduct gas enriched in oxygen from the product end of the adsorber vessel. 【創作特點】 本發明的一種實施方式涉及一種用於製備氧氣的變壓吸附方法,包括:(a)提供至少一個吸附劑容器,具有進料端和產物端,其中該容器包括與進料端相鄰的第一層吸附劑材料和設置在第一層和產物端之間的第二層吸附劑材料,其中該第一層中的吸附劑可選擇性地從包含水、氧氣和氮氣的混合物中吸附水,第二層中的吸附劑可選擇性地從包含氧氣和氮氣的混合物中吸附氮氣,第一層吸附劑材料的表面積與體積比為約5~約11 cm -1 ;(b)將加壓的包含至少氧氣、氮氣和水的進料氣體加入到吸附劑容器的進料端,將氣體接連通過第一層和第二層,將至少一部分水吸附在第一層中的吸附劑材料中,將至少一部分氮氣吸附在第二層中的吸附劑材料中,其中該加壓的進料氣體在第一層中的空塔接觸時間在約0.08~約0.50秒之間;以及(c)從吸附劑容器的產物端取出富含氧氣的產物氣體。該加壓的進料氣體可以是空氣。
      第一層中的吸附劑材料可以包括活性氧化鋁,其可以具有約0.3 mm~約1.0 mm的平均粒徑。第二層中的吸附劑材料可以可選擇性地從包含氮氣和氧氣的混合物中吸附氮氣。在從吸附劑容器的產物端取出的產物氣體中氧氣的濃度可以為至少85體積%。第一層的深度可以為總床高度的約10%~約40%,第一層的深度可以為約0.7 cm~約13 cm。該吸附劑容器可以為圓筒形,第一層和第二層的總深度與吸附劑容器的內徑之比可以為約1.8~約6.0之間。
      該變壓吸附方法可以以重複循環的方式操作,包括至少一個進料步驟,其中將加壓的進料氣體引入吸附劑容器的進料端,從吸附劑容器的產物端取出富含氧氣的產物氣體;減壓步驟,其中從吸附劑容器的進料端取出氣體,以在第一和第二層中再生該吸附劑材料;和再加壓步驟,其中通過在吸附劑容器中引入一種或多種再加壓氣體,對吸附劑容器進行加壓,其中進料步驟的持續時間可以為約0.75秒~約30秒。該循環的總持續時間可以在約6秒和約60秒之間。
      該富含氧氣的產物氣體的流速可以為約1~約11.0標準升/分鐘,更特別地,可以為約0.4~約3.5標準升/分鐘。在第一層中的吸附劑材料重量與在93體積%氧氣產物純度的以標準升每分鐘計的產物氣體的流量之比可以大於約44 g/slpm。在吸附劑床和其容器壁之間的平均熱傳效率可以等於或大於約0.25 BTU ft -2 hr -1 ℉ -1 。
      該變壓吸附方法可以以重複循環的方式操作,包括至少一個進料步驟,其中將加壓的進料氣體引入吸附劑容器的進料端,從吸附劑容器的產物端取出富含氧氣的產物氣體;減壓步驟,其中從吸附劑容器的進料端取出氣體,以在第一和第二層中再生該吸附劑材料;和再加壓步驟,其中通過在吸附劑容器中引入一種或多種再加壓氣體,對吸附劑容器進行加壓,其中在預處理層中的最大軸向床溫差可以等於或小於約70℉。可以使冷卻空氣越過吸附塔的外表面。
      申請專利範圍第1項的方法,其中在產物氣體中回收的氧氣量大於在加壓的進料氣體中氧氣量的約35%。第二層中的吸附劑材料可以包括選自X型沸石、A型沸石、Y-型沸石、菱沸石、發光沸石和斜發沸石中的一種或多種吸附劑。該吸附劑材料可以是鋰交換X型沸石,其中至少約85%的活性部位陽離子是鋰;SiO2與Al2O3的摩爾比可以在約2.0~約2.5的範圍內。
    • 用于制备氧气的变压吸附方法,包括(a)提供至少一个吸附剂容器,具有与该容器的进料端相邻的第一层吸附剂和与第一层相邻的第二层吸附剂,其中第一层的表面积与体积比为约5~约11 cm -1 ;(b)将加压的包含至少氧气、氮气和水的进料气体引入到进料端,将至少一部分水吸附在第一层中的吸附剂中,将至少一部分氮气吸附在第二层中的吸附剂中,其中该加压的进料气体在第一层中的空塔接触时间在约0.08~约0.50秒之间;以及(c)从吸附剂容器的产物端取出富含氧气的产物气体。 Pressure swing adsorption process for producing oxygen comprising (a) providing at least one adsorber vessel having a first layer of adsorbent adjacent the feed end of the vessel and a second layer of adsorbent adjacent the first layer, wherein the surface area to volume ratio of the first layer is in the range of about 5 to about 11 cm -1 ; (b) introducing a pressurized feed gas comprising at least oxygen, nitrogen, and water into the feed end, adsorbing at least a portion of the water in the adsorbent in the first layer and adsorbing at least a portion the nitrogen in the dasorbent in the second layer, wherein the superficial contact time of the pressurized feed gas in the first layer is between about 0.08 and about 0.50 sec; and (c) withdrawing a prouduct gas enriched in oxygen from the product end of the adsorber vessel. 【创作特点】 本发明的一种实施方式涉及一种用于制备氧气的变压吸附方法,包括:(a)提供至少一个吸附剂容器,具有进料端和产物端,其中该容器包括与进料端相邻的第一层吸附剂材料和设置在第一层和产物端之间的第二层吸附剂材料,其中该第一层中的吸附剂可选择性地从包含水、氧气和氮气的混合物中吸附水,第二层中的吸附剂可选择性地从包含氧气和氮气的混合物中吸附氮气,第一层吸附剂材料的表面积与体积比为约5~约11 cm -1 ;(b)将加压的包含至少氧气、氮气和水的进料气体加入到吸附剂容器的进料端,将气体接连通过第一层和第二层,将至少一部分水吸附在第一层中的吸附剂材料中,将至少一部分氮气吸附在第二层中的吸附剂材料中,其中该加压的进料气体在第一层中的空塔接触时间在约0.08~约0.50秒之间;以及(c)从吸附剂容器的产物端取出富含氧气的产物气体。该加压的进料气体可以是空气。 第一层中的吸附剂材料可以包括活性氧化铝,其可以具有约0.3 mm~约1.0 mm的平均粒径。第二层中的吸附剂材料可以可选择性地从包含氮气和氧气的混合物中吸附氮气。在从吸附剂容器的产物端取出的产物气体中氧气的浓度可以为至少85体积%。第一层的深度可以为总床高度的约10%~约40%,第一层的深度可以为约0.7 cm~约13 cm。该吸附剂容器可以为圆筒形,第一层和第二层的总深度与吸附剂容器的内径之比可以为约1.8~约6.0之间。 该变压吸附方法可以以重复循环的方式操作,包括至少一个进料步骤,其中将加压的进料气体引入吸附剂容器的进料端,从吸附剂容器的产物端取出富含氧气的产物气体;减压步骤,其中从吸附剂容器的进料端取出气体,以在第一和第二层中再生该吸附剂材料;和再加压步骤,其中通过在吸附剂容器中引入一种或多种再加压气体,对吸附剂容器进行加压,其中进料步骤的持续时间可以为约0.75秒~约30秒。该循环的总持续时间可以在约6秒和约60秒之间。 该富含氧气的产物气体的流速可以为约1~约11.0标准升/分钟,更特别地,可以为约0.4~约3.5标准升/分钟。在第一层中的吸附剂材料重量与在93体积%氧气产物纯度的以标准升每分钟计的产物气体的流量之比可以大于约44 g/slpm。在吸附剂床和其容器壁之间的平均热传效率可以等于或大于约0.25 BTU ft -2 hr -1 ℉ -1 。 该变压吸附方法可以以重复循环的方式操作,包括至少一个进料步骤,其中将加压的进料气体引入吸附剂容器的进料端,从吸附剂容器的产物端取出富含氧气的产物气体;减压步骤,其中从吸附剂容器的进料端取出气体,以在第一和第二层中再生该吸附剂材料;和再加压步骤,其中通过在吸附剂容器中引入一种或多种再加压气体,对吸附剂容器进行加压,其中在预处理层中的最大轴向床温差可以等于或小于约70℉。可以使冷却空气越过吸附塔的外表面。 申请专利范围第1项的方法,其中在产物气体中回收的氧气量大于在加压的进料气体中氧气量的约35%。第二层中的吸附剂材料可以包括选自X型沸石、A型沸石、Y-型沸石、菱沸石、发光沸石和斜发沸石中的一种或多种吸附剂。该吸附剂材料可以是锂交换X型沸石,其中至少约85%的活性部位阳离子是锂;SiO2与Al2O3的摩尔比可以在约2.0~约2.5的范围内。