CN103534002A - 具有以正常和调低模式操作的工艺循环的大规模变压吸附系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用新的且先进的循环从含有氢气的进料气体(即，合成气体)获得提高的氢气回收率的大规模变压吸附系统(即，十二至十六床范围)。

Description

具有以正常和调低模式操作的工艺循环的大规模变压吸附系统
发明领域
本发明涉及利用新的且先进的循环从含有氢气的进料气体(即，合成气体)来获得提高的氢气回收率的大规模变压吸附系统(即，十二至十六床范围)。该大规模设备每天产生100-190百万标准立方英尺氢气。更特别地，通过新开发的工艺循环，十二-十六床PSA系统提供更好的分离，更低的吸附剂要求(即，更低的床尺寸因素(BSF))以及更低的资金和运营成本。设计本发明的循环用于具有十二至十六床的PSA系统。然而，还提供了新循环，其中十二床PSA系统可以调低模式操作，其中一个或更多个床处于离线，本文也称为“调低模式”。此外，本发明涉及PSA的床中所采用的新的吸附层。
发明背景
在化学处理工业中，仍然存在对由流出物处理的诸如氢气的高纯度气体的需求。这些流出物是来自天然气或石油(naptha)的蒸气甲烷重整、烃类的催化重整、异构化处理等的含有氢气的气体混合物(即，合成气体)，所述流出物被输送至PSA以供进一步加工。这一不断增长的需求需要开发出用于从各种进料混合物生产氢气(H2)的高效的分离工艺(例如，PSA)。为了获得高效的PSA分离工艺，必须同时降低PSA系统的资金和运营成本。一些减少PSA系统成本的方式包括降低吸附剂库存，减少PSA床的数量，并在PSA处理中使用先进的循环。前述减少PSA系统成本的方式构成本发明的要素。
众所周知，常规PSA系统可分离含有具有不同吸附特征的成分的进料混合气体。例如，在典型的PSA系统中，使多成分气体在升高的压力下流至多个吸附床的至少一个，以吸附至少一种被强吸附的成分同时至少一种成分通过。在氢气PSA的情况下，氢气是通过床的最弱吸附的成分。在规定的时间，中止进料步骤并以一个或更多个步骤将吸附床并流减压，以一个或更多个步骤逆流净化，并以一个或更多个步骤逆流减压以使基本上纯的氢气产物能以高回收率离开床。步骤的次序不限于前述次序，并且两个或更多个步骤的组合可作为单个步骤的一部分而被实施。
在相关领域中，美国专利第6,379,431号涉及变压吸附方法，包括具有多个床的设备以及在整个工艺中同时逆流净化至少两个床。本专利公开了用于十二床PSA系统的工艺循环，其具有三个或四个床同时进料，以及三个或四个均衡步骤。特别地，这些是12-3-3/4和12-4-4循环。在12-3-3/4循环中，该3/4均衡步骤意指第四均衡不是实际的均衡步骤(即，其中两个床相通的均衡步骤)。实际上，均衡步骤与提供净化步骤重叠。另一方面，12-4-4循环的特征是保持步骤，其通常使PSA性能降低。同样，美国专利第6,379,431号并未遵循在该PSA循环中净化步骤期间的顺序回流方案(sequential reflowing protocol)，其总是导致氢气回收率降低。
美国专利第6,210,466号公开克服了对于多种气体分离的PSA单元能力的历史局限性的16-4-4PSA循环。现在可以在单个综合工艺系列中实现超过约11万标准立方米每小时（100百万标准立方英尺每天）的容量。相应的重要的设备减少导致与PSA工艺中接受的原理偏离，即净化步骤的时长必须等于或小于吸附步骤的时长。本专利公开了相对于吸附步骤增加净化时间，并结合从其它一个或多个吸附床向一列吸附床中的任何吸附床提供净化气体，并且在提供-净化步骤期间，其它吸附床同时提供净化气体至进行基本上所有的净化步骤的吸附床，使得单个列可以在容量方面提供显著的增加，而回收率或性能方面的损失最小。所述的益处是那些非常地大规模的PSA单元现在可以构造为单列的设备，成本显著低于两个或更多平行列设备的成本。
美国专利第6,565,628B2号涉及通过减少需要的压力均衡时间来减少变压吸附方法中循环时间的方法。本文件公开了十四和十六床PSA系统，其具有尤其是用于十四床系统的14-3-5、14-3-4和14-4-4循环，以及用于十六床系统的16-4-4、16-4-4/5和16-4-5循环。与具有5个平行床同时进料以及五个床到床均衡步骤的本发明的十四床PSA系统循环相比，所有这些循环具有更低的生产量和回收率。此外，对于十六床PSA系统，本发明的循环与现有PSA循环相比具有较高的生产量和较高的回收率。
除了循环以外，相关领域还讨论了床中所利用的作为改善氢气PSA系统中产物回收率的工具的常规吸附剂材料。例如，美国专利第6,814,787号涉及由含有重烃(即，具有至少六个碳的烃类)的进料气流生产经纯化的氢气的PSA设备和工艺。设备包括至少一个含有至少三层的床。分层的吸附区含有具有占床总长度的2至20%的低表面积吸附剂(20至400m2/g)的进料端，随后是占床总长度的25至40%的中间表面积吸附剂层(425至800m2/g)以及占床总长度的40至78%的高表面积吸附剂最终层(825至2000m2/g)。
美国专利第6,027,549号公开了用于除去二氧化碳然后使用具有在560-610kg/m3(35-38lb/ft3)范围内的堆密度和1-3mm直径范围内的粒度的活性碳的PSA工艺。然而，当五床PSA工艺中使用35至38lb/ft3范围内的堆密度来产生氢气时，仅达到回收率方面最小的优势(约0.2%)。
美国专利第6,340,382号涉及从混合物纯化氢气的PSA工艺，所述混合物通过氧化铝(Al2O3)层以除去水分，然后通过活性碳层以除去二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和甲烷(CH4)，并最终通过CaX沸石层以除去氮(N2)，以生产高纯度H2(>99.99%)。CaX中至少90%Ca被SiO2/Al2O3=2.0交换。
由本发明的受让人共有的美国专利第7,537,742B2号涉及用于氢气PSA系统的吸附剂的最佳组合。将各吸附剂床分为四个区。第一区含有用于除去水的吸附剂。第二区含有强的和弱的吸附剂的混合物以除去大多数的杂质如CO2。第三区含有高堆密度(>38lbm/ft3)吸附剂以除去含有氢气的进料混合物中存在的剩余的CO2和大部分CH4和CO。第四区含有具有高亨利定律(Henry’s law)常数的吸附剂，所述吸附剂用于N2和残余杂质的最终净化以生产所需高纯度的氢气。
美国专利第6,402,813B2号描述通过将杂质吸附在由几种不同活性碳的组合所形成的碳吸附剂上的气体混合物的纯化。特别地，描述了用于纯化气体，例如氢气、氮气、氧气、一氧化碳、氩气、甲烷或含有这些成分的气体混合物的PSA工艺。将待纯化的气流通过碳层，其中碳层的顺序为使得以下条件的至少一个存在：(1)密度(D)使得D1<D2，(2)比表面积(SSA)使得SSA1>SSA2，3)平均孔径(MPS)使得MPS1>MPS2，以及(4)孔体积使得PV1>PV2。更特别地，本专利涉及使用至少两层活性碳的工艺，其中第一层碳的密度小于第二层碳，第一碳的比表面积高于第二碳，并且其平均孔径也高于第二碳。
为了克服相关领域PSA系统的缺点，本发明的目的是以正常操作，以及调低模式为十二床PSA引入新的且先进的PSA循环。用于十二床PSA系统的这些循环包括较大量的平行进料(即，在吸附中的床)和/或床到床均衡步骤，其提供至少部分改善的氢气回收率和生产量性能。本发明的另一目的是设计循环以包括使用顺序回流方案以便改善再生步骤，由此导致优良的性能。本发明提供以下特征：(1)不需要另外的贮罐；(2)无无用步骤；(2)连续PSA尾气(废气)流；以及(4)比相关领域循环更高的回收率。
本发明的另一目的是改进各床中的吸附剂系统以含有至少三层吸附剂(例如，氧化铝、活性碳和沸石)，其中活性碳和沸石成分基于粒度来分层并且能够另外改善氢气回收率。因此，已经发现有效的PSA分离工艺，其具有高氢气回收率，较低的吸附剂需求(即，更低的床尺寸因素(BSF))，以及较低的资金和运营成本。此外，当一个或更多个床由于诸如阀故障的操作原因或由于减少的要求(本文称为“调低”或“调低模式”)而处于离线时，该工艺应当操作有效。
本发明的又一目的是提供替代十二床PSA循环，以及用于十四和十六床PSA系统的新的操作循环以增加氢气回收率和生产量。
发明概述
本发明提供变压吸附方法，其用于在多床系统中将含有一种或更多种强的可吸附成分的加压进料气体供应与至少一种较不强的可吸附产物气体分离。将进料气体供应至含有固体吸附剂材料的吸附剂床的进料端，该进料端优先吸附强的可吸附成分并使最不强的可吸附产物成分从吸附剂床的出口端撤走。这是在由以下步骤组成的PSA循环中来实施的，其中连续进料气体依次且并流流过各吸附剂床以使用连续进料气体、加压步骤、压力均衡步骤、泄料步骤和净化步骤来产生气体产物。
该工艺的产物气体优选为氢气，但是该工艺可被扩展至其它分离工艺，例如氦气纯化、天然气升级、由合成气体生产CO2或在供应进料中或在用于同时生产H2和CO2的其它PSA工艺中由含有CO2的其它来源生产CO2。本发明的新的特征之一是将新的且先进的循环引入具有十二至十六个床的PSA系统。该十二床PSA循环具有四个均衡步骤，同时四个床平行进料以实现提高的H2回收率。该循环可被进一步改进，并且以具有相对较小的生产量减少的调低模式来操作PSA系统，由此使PSA系统能用少至五个床进行操作。此外，新PSA工艺循环利用顺序回流方案来改善再生步骤，以及PSA系统的总体性能。
本发明的另一新的特征是可在床中利用的分层的吸附剂。碳和/或沸石成分的这些分层配置与另一层类似的吸附剂材料在粒度上不同。合并的床材料的这些分层配置和PSA循环提供协同效应，其氢气回收率和生产量相比常规PSA循环整体改善1-2%。
在本发明的第一示例性的实施方案中，提供了用于分离加压供应进料气体的变压吸附方法。在十二床吸附剂系统中将含有一种或更多种强的可吸附成分的进料气体与至少一种较不强的可吸附产物气体成分分离，以产生富含较不强的可吸附成分的产物气体的连续流以及富含强的可吸附成分的废气的连续流，其中所述工艺循环具有包括四个床到床均衡步骤的二十四个步骤，同时四个床在生产中。
在本发明的其它示例性的实施方案中，变压吸附系统在调低模式，仅有九、八、七、六或五个床在线和在生产中。在这些实施方案中，本文描述了工艺循环。
在本发明的又一替代示例性的实施方案中，将十二床PSA工艺循环改进为具有包括五个床到床均衡步骤的二十四个步骤，同时三个床在生产中。
在本发明的进一步示例性的实施方案中，PSA系统可按比例增大以包括PSA系统/阀组(skid)/系列(train)中的十四或十六个床。提供了新的循环，其中十四床PSA循环具有包括五个床到床均衡的二十八个步骤，而五个床在生产中。十六床PSA循环具有包括六个床到床均衡步骤的三十二个步骤，同时六个床在生产中。
附图简述
由本发明的优选实施方案的以下详细描述结合附图将更好地理解本发明的目的和优点，其中：
图1说明根据本发明的一方面的先进的床配置/分层；
图2A是N2和CO的相对吸附速率对图1中所示沸石层的颗粒直径的曲线图；
图2B是CO2和CH4的相对吸附速率对图1中所示碳层的颗粒直径的曲线图；并且
图3是利用本发明的循环的说明性十二床H2PSA系统/阀组(skid)。
发明详述
本发明公开了以正常和调低模式用于十二床PSA系统中采用的高效PSA工艺/循环的完整组合。当以正常模式(即，十二床在线)操作时，该大规模PSA系统达到每天约100-190百万标准立方英尺(MMSCFSD)的氢气产物。尽管本文所述的PSA工艺/循环是关于氢气的生产，本领域技术人员应理解这些循环适用于来自各种进料混合物的任何氢气的分离工艺，而与来源无关。
参考下面的表1，将用于十二床PSA系统的新的且先进的循环与用于十二床PSA系统的常规循环以正常操作条件和调低模式进行对比。后者自然包括调低模式的十二床PSA系统。本文利用的命名是指该循环，例如在12-4-4循环中，第一个数字是指PSA系统中床的数量，第二个数字是指平行进料(即，在任一时刻处理进料)的床的数量，而最后一个数字是指以特定循环进行床到床均衡的床的数量。
表1
Figure GDA0000419919420000061
如由表1可见，常规12-3-4PSA循环定义了利用十二床的工艺次序，其具有三个床在任一时刻处理进料，并且具有四个床到床均衡步骤。本发明中提出的新循环是12-4-4循环，其特征是四个平行进料，导致较高的氢气生产量。表1中提出的剩余的循环相当于所谓的调低或特殊操作模式，其中必须用较少床来操作该工艺。本发明的所有调低循环由于较大量的平行进料和/或床到床均衡步骤而提供改善的工艺性能。下文详述了各种循环以及它们的操作模式。
本发明的另一方面涉及装载至氢气PSA床中以提高氢气回收率的吸附剂。已发现，获得了三层吸附剂（其中各层被再分为含有相同吸附剂，但具有不同粒度的两层），对于含氢气进料气体中存在的特定杂质具有最佳吸附和解吸动力学。该先进的吸附剂分层配置因此导致氢气回收率的改善。
典型的氢气PSA方法利用三种不同吸附剂，该吸附剂以诸如(1)氧化铝；(2)活性碳和(3)沸石的顺序自底部至顶部装载于该容器中。有五种主要杂质将通过吸附方法除去。氧化铝吸附进料气体中含有的水分。活性碳层通常被设计为处理二氧化碳和烃类，例如甲烷，乙烷和丙烷。沸石的功能是除去一氧化碳、氮气、氩气及未被置于沸石上游的活性碳清除的残余甲烷。在Baksh等(美国专利第7,537,742B2号)中讨论了各PSA床中吸附剂层的其它细节，该专利由本发明的受让人共有，并通过引用整体并入本文。
图1说明了本发明的每个PSA床中的吸附剂层。第二、三、四和五层的吸附性能通过优化吸附剂的粒度来微调用以实现最佳PSA工艺性能。例如，除了粒度不同以外，第二层和第三层是相同的(即，均为相同的碳材料)。同样，第四层和第五层相同(即，均为相同的沸石材料)，但它们的粒度不同。吸附剂容器的设计和配置使得其能够吸附五种不同成分。理想地，第1层吸附水分，第2层吸附二氧化碳，第3层吸附甲烷，第4层吸附一氧化碳并且第5层吸附氮。本领域技术人员将认识到当吸附剂被完全利用时工艺回收率将会最大化。使用三层设计，本领域技术人员仅有三个自由度以按大小排列吸附剂用于除去五种成分。本发明方法再增加两个自由度，因此使得有可能与本发明的循环组合实现较高的氢气回收率。
吸附剂粒度的调节影响吸附和解吸附方法的速率–吸附容量与粒度无关。吸附方法中的扩散阻力是吸附剂材料颗粒中所有扩散阻力的总和。粒度的改变可能会或可能不会影响总扩散阻力，这取决于受粒度影响的扩散现象的贡献水平。
在一个实施方案中，图1的第四层和第五层中使用CaX(2.3)沸石。将所述层按大小排列，使得第四层优选吸附一氧化碳并且第五层优选吸附氮气。参考图2A显示了对于氮气和一氧化碳相对吸附速率依赖于颗粒直径。采用零长度柱(ZLC)技术来获得图2A中描绘的数据。参见，J.A.C.Silva和A.E.Rodrigues,Gas.Sep.Purif.，第10卷，第4期，第207-224页，1996。
相对吸附速率的值是实际吸附速率与标准速率值的比例。标准速率值对应于得到提高的PSA工艺性能必须的所需最小速率。如果将相同粒度(例如，2.5mm)用于工艺中的两层，则符合对氮速率的需求。然而，由图2A可确定，CO相对吸附速率仅为所需最小值的40%。因此，需要降低第四层中的沸石粒度以便增加一氧化碳吸附的速率。在该特定示例性的实施方案中1.5mm的值符合一氧化碳速率的设计规范。显然也可通过减少第五层中的粒度来增加氮气速率。结果，仅能实现微小的工艺改善，因为氮气吸附速率已经高于所需的最小值。另一方面；工艺性能可能遇到床中压力下降增加的问题。对于该特定实例，优选的分层是：第五层的粒度大于2mm且小于3mm，而第四层的粒度大于0.5mm且小于2mm。
第二碳层和第三碳层也会被填入不同尺寸的碳颗粒。再次采用ZLC技术来测量碳材料上二氧化碳和甲烷的吸附速率。通过标准速率标准化的速率数据概括于图2B中。在小于2.25mm的粒度下，甲烷的速率令人满意。然而，需要较小颗粒来获得二氧化碳的合理速率。通过检查图2B中的数据，用于除去二氧化碳的优选碳粒度小于1.5mm，而用于甲烷的优选碳粒度小于2.0mm。因此对于该特定实例的分层是：第三层的粒度大于1.0mm且小于2.0mm，而第二层的粒度大于0.5mm且小于1.5mm。
现在参考各种示例性的实施方案来描述本发明的新的PSA循环。在本发明的一个实施方案中，新的PSA系统采用二十四个步骤、十二个吸附剂床PSA循环，除了净化、泄料和产物加压步骤以外，该循环具有四个均衡步骤(本文称为“12-4-4PSA循环”)。该PSA系统包括连续供应进料气体至同时在吸附阶段的至少四个床。这四个床分离含有一种或更多种强的可吸附成分的加压供应进料气体并使得较不强的可吸附氢气产物气体(即，废气)离开该床。
在本发明的另一实施方案中，PSA系统可在十一床中以调低模式利用。用于十一床的PSA循环将包括二十二个步骤，其中四个床在吸附中并且除了净化和产物加压步骤以外具有四个床到床均衡步骤(本文称为“11-4-4PSA循环”)。
在本发明的进一步实施方案中，PSA系统具有十个床并且在循环中采用二十个步骤，其中四个床同时在吸附阶段，并且除了净化和产物加压步骤以外每个床具有至少三个与另一个床的均衡步骤(本文称为“10-4-3PSA循环”)。
在本发明的另一实施方案中，PSA系统可在九个床中以调低模式利用。用于九个床的PSA循环将包括十八个步骤，其中三个床在吸附中并且除了净化和产物加压步骤以外具有四个均衡步骤(本文称为“9-3-4PSA循环”)。
在本发明的进一步实施方案中，PSA系统具有八个床并且在循环中采用十六个步骤，其中三个床同时在吸附阶段，并且除了净化和产物加压步骤以外每个床具有至少三个与另一个床的均衡步骤(本文称为“8-3-3PSA循环”)。
在又一实施方案中，PSA系统具有七个床并且在循环中采用二十一个步骤，其中两个床同时在吸附阶段，并且除了净化和产物加压步骤以外每个床具有至少三个均衡步骤(即，与系统中的另一个床)(本文称为“7-2-3PSA循环”)。
在另一实施方案中，PSA系统具有六个床并且在循环中采用十八个步骤，其中两个床同时在吸附阶段，并且除了净化和产物加压步骤以外每个床具有至少三个床到床均衡步骤(本文称为“6-2-3PSA循环”)。
在进一步实施方案中，PSA系统具有五个床并且在循环中采用十五个步骤，其中两个床同时在吸附阶段，并且除了净化和产物加压步骤以外每个床具有至少两个床到床均衡步骤(本文称为“5-2-2PSA循环”)。这些后面的循环(即9-3-4PSA循环、8-3-3PSA循环、7-2-3PSA循环、6-2-3PSA循环和5-2-2PSA循环)在共同待决的且共同拥有的U.S.Atty.Docket No.13066中详细讨论，其通过引用并入本文。
参考图3以及表2和3，说明了12-4-4PSA循环的操作模式。特别地，以各吸附容器中列举的顺序来依次实施12-4-4PSA循环的步骤的次序。
表2：12-4-4PSA循环图
Figure GDA0000419919420000091
应理解，为该12-4-4PSA循环提供的命名与本文讨论的所有循环相同，其中：
A1=第一吸附步骤
A2=第二吸附步骤
A3=第三吸附步骤
A4=第四吸附步骤
A5=第五吸附步骤
A6=第六吸附步骤
A7=第七吸附步骤
A8=第八吸附步骤
E1=第一均衡下降
E2=第二均衡下降
E3=第三均衡下降
E4=第四均衡下降
PPG1=第一提供净化气体
PPG2=第二提供净化气体
PPG3/BD1=第三提供净化气体/第一泄料
BD2=第二泄料
PG3=使用来自PPG3步骤的气体净化
PG2=使用来自PPG2步骤的气体净化
PG1=使用来自PPG1步骤的气体净化
E4’=均衡上升(使用来自E4步骤的气体)
E3’=均衡上升(使用来自E3步骤的气体)
E2’=均衡上升(使用来自E2步骤的气体)
E1’=均衡上升(使用来自E1步骤的气体)
PP=产物加压
在一些循环中，由于可能需要特定循环，将采用以下另外的命名：
E5=第五均衡下降步骤
E6=第六均衡下降步骤
E5’=第五均衡上升(使用来自E5步骤的气体)
E6’=第六均衡上升(使用来自E6步骤的气体)
在表2中，行对应于PSA系统中的特定床，而列表示步骤编号。一个循环次序的持续时间(一行)称为总循环时间或循环时间(CT)。各床的循环时间是恒定的。也可由表2推测床中循环步骤的相对位移（shift）。该位移等于CT的1/12，因为在该特定循环中有十二个床。为了完全规定12-4-4PSA循环，必须指定步骤1和2的步骤时间–例如t1和t2，因为该循环具有二十四个步骤。然后将基本块的持续时间定义为t1+t2。采用上述循环周期性，CT=12*(t1+t2)，由此，奇数步骤的持续时间等于t1且偶数步骤的持续时间等于t2。因此，该循环中有二十四个步骤，并且用两个步骤来补偿各床的操作模式。
现在，关于进行整个PSA循环(即，CT)的一个床，描述12-4-4PSA循环次序。图3中描绘了具有十二个并联的床的代表性的PSA系列/阀组系统，并且在本文中用其来说明该实施方案。该系统包括72个开/关阀和26个控制阀，7个集合管及相关配管和配件。利用控制阀来控制某些工艺步骤期间的流速或压力，而开/关阀允许PSA系统中各个床之间相通。阀命名利用使得该阀标签编号前两个数字相当于床编号并且最后位数表示集合管编号。通过交叉引用床和集合管牌号，各阀具有独有的标签编号–这些阀称为循环阀。为了清楚的目的，以两个零开头的阀标签编号(例如产物压力控制阀002)或再加压控制阀007与任何床–工艺阀均不相关。
下面的表3中说明了代表图3的12-4-4PSA循环中的步骤的阀次序，其中阀图规定了PSA循环的特定步骤中各阀的位置或活动(即，打开=O，关=C，而CV=在打开位置的控制阀，其采用位置来改变流速)。
表3.12-4-4PSA循环阀图
Figure GDA0000419919420000111
步骤1-8(A1-A8)：床1在第一吸附步骤(A1)中开始工艺循环。在高压下将进料气体混合物从第一集合管(即，进料集合管)引入床1的底部。打开阀011(即，XV-011)和012(即，XV-012)，同时关闭所有其它床1阀(例如，01x)。在下文，参照阀标签编号，而不使用前缀XV。在第一步骤中，除了床1以外，床10、床11和床12正在处理进料。因此，同样将打开阀101、102、111、112、121和122。进料混合物从床1的底部流至顶部(尽管步骤1中床9和床10中的情况也是如此)。在本申请通篇中，将容器中的该向上流向称为关于进料并流流动。在吸附步骤期间，杂质被吸附于吸附剂上并将高纯度氢气收集于第二产物集合管中。使用控制阀002来控制吸附或进料/生产步骤中床中的压力。在该12-4-4循环的步骤一至八期间床1保持在吸附步骤中。
步骤9(E1)：床1进行第一床到床均衡步骤(E1)同时床6经由第一集合管逆流接收均衡气体–步骤(E1’)。参见图3。有时，该床到床均衡步骤是指并流减压步骤。打开床1阀017、018和床6阀067和068，同时关闭所有其它床1和床6的阀(01x)和(05x)。通过控制阀018来控制(E1)-(E1’)步骤的速率。
步骤10(E2)：床1进行第二均衡步骤(E2)。由于经由第六集合管进行步骤(E2’)使并流气体从床1流至床7，床1的压力下降。在该步骤10结束时两个床中的压力相等。完全打开阀016、076和078，同时阀018控制(E2)–(E2’)步骤的速率。
步骤11(E3)：床1执行第三均衡下降步骤(E3)。该步骤使用用于该12-4-4循环的第二和第三均衡步骤的第六号均衡集合管。完全打开阀016、086和088，而阀018控制(E3)–(E3’)步骤的速率。
步骤12(E4)：床1进行第四均衡步骤(E4)，经由第五号集合管传送气体至床9。完全打开阀015、095和098，而阀018控制(E4)–(E4’)步骤的速率。
步骤13(PPG1)：在该步骤中，床1并流传送净化气体至净化步骤(PG1)中的床。如上面的表2中所示，在该步骤期间净化的床是利用第5号集合管的床10。随后，打开床1阀015，而控制阀018控制(PPG1)步骤的速率。
(PPG3)步骤和(PPG1)步骤于在奇数循环步骤(即步骤1、3、5等)期间同时出现。因此，必须将单独的集合管用于各PPG1和PPG3气体以便遵守顺序回流方案。净化气体无法混合，以便使富含氢气的净化气体(PPG1)与贫氢气净化气体(PPG3)保持分离。因为(PPG1)气体来自比(PPG2)或(PPG3)气体压力更高的床，其含有低水平的杂质–富含氢气的净化气体。为了将吸附剂再生最大化，贫氢气体应当用于第一(步骤17–(PG3)步骤)，然后较富含氢气的气体例如步骤18–(PG2)步骤中的PPG2气体和最后步骤19–(PG1)步骤中的PPG1气体。称为顺序回流方案的该概念始终得到最高质量-转移驱动力，导致更有效的再生工艺。
步骤14(PPG2)：在该步骤中，床1并流传送净化气体至净化步骤(PG2)中的床11。PPG2和PPG3步骤均利用第三号集合管。打开阀013，并使用控制阀018来控制该提供净化步骤PPG2和PPG3(后者在步骤15中)的速率。
步骤15(PPG3/BD1)：该步骤的目的是为使用第三集合管的床12提供净化气体并同时在并流步骤(AD、EQ、PPG)期间通过容器底部除去容器中所吸附的杂质。为实现这两个重叠步骤，打开阀013，并使用阀018来控制(PPG3)步骤的速率，而阀014控制(BD1)步骤的速率。控制(PPG3)步骤和重叠(BD1)步骤期间的相对流动，从而在PSA工艺中达到最小净化气体要求。
步骤16(BD2)：此时在循环中，容器中的压力太低而无法留住杂质。因此，杂质被解吸附并通过阀014逆流导引至缓冲罐。在该步骤期间，与床1有关的所有其它阀均是关闭的。
步骤17(PG3)：如表2中所指定，这是净化步骤(PG3)。床1通过第三集合管接收来自(PPG3)步骤中的床(即，床2)的净化气体。完全打开阀013、018，而在净化步骤期间通过阀014来控制床压力。
步骤18(PG2)：在该步骤中，床1经由第三集合管从PPG2步骤中的床3接收净化气体。完全打开阀013和018，同时在净化步骤期间通过阀014来控制床压力。
步骤19(PG1)：在该步骤中，床1通过第五集合管从(PPG1)步骤中的床(即，床4)接收净化气体。完全打开阀015和018，同时在净化步骤期间通过阀014来控制床压力。
步骤20(E4’)：是指定为(E4’)步骤的第一均衡上升以参考接收气体的床。(E4)和(E4’)步骤中的床相互作用使得床5的内容物被转移至床1直至两个床中的压力均衡。完全打开阀055、015和018，而控制阀058的活动提供控制速率的方法。
步骤21(E3’)：在该第二均衡上升步骤(E3’)步骤中，床1接收来自床6的气体。完全打开阀016、066和018，而控制阀068的活动提供控制速率的方法。
步骤22(E2’)：在该步骤中，床1接收来自床7的气体，同时完全打开阀016、076和018，而控制阀078的活动提供控制速率的方法。
步骤23(E1’)：这是最后均衡上升步骤，其中床1接收来自床8的气体。完全打开阀017、087和018，而控制阀088的活动提供控制速率的方法。
步骤24(PP)：关于床1的循环描述中的最后步骤是产品加压“PP”步骤。使用来自第二集合管的一部分产物气体以通过使用控制阀007来进一步升高床中的压力。在该步骤期间，完全打开阀017和018。
PSA系统中的十二床中的每一个均可以以相同方式描述循环的基本功能性。然而，一旦规定了一个床的步骤次序，则其它床的步骤次序将遵循相同顺序，并且相对时间位移将为CT的1/12或(t1+t2)(即，与进行第一步骤中的第一吸附(A1)的床1相比，床2开始第三步骤中的第一吸附(A1))。
描述循环图的替代方式是提供关于单元块的持续时间内所有床的信息。例如，通过规定表2中12-4-4PSA循环的步骤1和步骤2中的所有循环步骤，已经定性规定床、阀和集合管之间的所有可能的相互作用。相同次序以等于t1+t2的时间段周期性地重复进行。
该新方法将被用于解释本发明的创新11-4-4PSA循环的功能性。这是十二床H2PSA工艺的第一种调低模式。如果是为了维护目的，床中的一个需要维修，该床与工艺分离并且氢气生产将使用用十一床操作的工艺循环继续。与相关领域11-3-3循环(未显示)相比，在生产量和回收率方面，该新11-4-4循环提供更好的性能。
因为11-4-4PSA循环具有二十二个步骤并利用十一床，将单元块规定为两个步骤的持续时间t1+t2，其中总循环时间CT=11*(t1+t2)。通过描述前两个步骤的所有事件和相互作用完全规定了循环。为了说明性目的，应该一起利用图3与下面的表4。
表4：11-4-4循环图
(12床H2PSA系统调低至11床操作模式)
Figure GDA0000419919420000141
步骤1：四个床正在处理进料(吸附步骤)，即床1、床9、床10和床11。随后，阀011、012、091、092、101、102、111和112在打开位置。床8和床2相互作用使得床8通过第七集合管传送均衡气体至床2。为实现(E1)–(E1’)步骤，打开阀087、027、028，并使用阀088来控制速率。进行第三均衡步骤下降(E3)的床7通过第六集合管输送气体至床3。打开阀076、036、038，而阀078控制(E3)–(E3’)步骤的速率。床6提供净化气体以净化床4。通过阀068来控制(PPG1)步骤的速率，同时完全打开阀063、043、048。阀044控制床4中的压力。床5在该11-4-4PSA循环的步骤1中的泄料(BD)步骤中。解吸的杂质通过控制阀054离开该床。
步骤2：四个床正在处理进料(即，吸附步骤)，即床1、床9、床10和床11。随后，阀011、012、091、092、101、102、111和112在打开位置。床2在产品加压步骤(PP)中(即，部分产品气体通过第七号集合管再循环回到工艺以升高床2中的压力。打开阀027和028，同时阀007控制该步骤的速率。床8和床3相互作用使得床8通过第六集合管传送均衡气体至床3以实现(E2)–(E2’)步骤。打开阀086、036、038，并使用阀088来控制速率。利用第五集合管，床7和床4正在进行(E4)–(E4’)步骤。打开阀075、045、048，并使用阀078来控制速率。床6提供净化气体以净化床5。通过阀068来控制(PPG2)步骤的速率，同时完全打开阀063、053、058，同时阀054控制床5中的压力。如以上关于12-4-4PSA循环所讨论，在该循环中也遵循顺序回流方案，其中首先利用贫氢气体(PPG2)并且对于表4中任何床均采用最后净化步骤中的富含氢气的气体(PPG1)。
步骤3：特征是与步骤1相同的床、阀和集合管相互作用，并且次序将前进一个单元块。因此，在步骤3中将打开的阀是：吸附步骤床2、床10、床11和床1-阀021、022、101、102、011、012、021和022。在(E1)–(E1’)步骤中，床9和床3是相通的-打开阀097、037、038并使用阀098来控制速率。在(E3)–(E3’)步骤中，床8和床4是相通的–打开阀086、046、048，而阀088控制速率。在(PPG1)–(PG1)步骤中，床7至床5相通-打开阀078、073、053、058和使用控制阀054来控制速率。同时，床6在泄料步骤中，利用控制阀064。
如果设备操作员需要分离PSA系统中另外的床(即，调低PSA系统)，可利用本发明的创新10-4-3PSA循环。该循环的特征是四个平行进料和三个床到床均衡步骤。其为二十个步骤循环，并借助利用十个床，通过两个步骤的持续时间t1+t2和CT=10*(t1+t2)来规定单元块。通过描述前两个步骤的所有事件和相互作用完全规定了循环。为了说明性目的，应该一起利用图3与下面的表5。
表5：10-4-3循环图
(12床H2PSA系统调低至10床运行模式)
Figure GDA0000419919420000151
步骤1：四个床正在处理进料(即，吸附步骤)，即床1、床8、床9和床10。随后，将打开阀011、012、081、082、091、092、101和102。床7和床2相互作用使得床7经由第七集合管传送均衡气体至床2。为实现(E1)–(E1’)步骤，阀077、027、028在打开位置，并使用阀078来控制速率。床6进行第三均衡步骤下降(E3)，经由第六号集合管输送气体至床3。打开阀066、036、038，并使用阀068来控制(E3)–(E3’)步骤的速率。床5提供贫氢气的净化气体以净化床4。通过阀058来控制(PPG2)步骤的速率，同时完全打开阀053、043、048，而阀044控制床4中的压力。
步骤2：四个床正在处理进料(吸附步骤)，即床1、床8、床9和床10。随后，阀011、012、081、082、091、092、101和102在打开位置。床2在产物加压步骤(PP)中(即，部分产物气体再循环回到工艺以升高床2压力)。打开阀027和028，同时阀007控制该步骤的速率。床7和床3相互作用使得床7经由第六集合管传送均衡气体至床3。为实现(E2)–(E2’)步骤，打开阀076、036、038，并使用阀078来控制速率。床6向床4提供富含氢气的净化气体。通过阀068来控制(PPG1)步骤的速率，同时完全打开阀063、043、048，而阀044控制床4中的压力。床5在泄料(BD)步骤中，其中解吸的杂质通过控制阀054离开该床。如表5中所示，10-4-3循环遵循顺序回流方案。
替代和新的12-3-5PSA循环具有二十四个步骤并且采用十二个床。因此，将单元块规定为两个步骤的持续时间t1+t2以及总循环时间CT=12*(t1+t2)。该循环的特征是三个平行进料和五个床到床均衡。通过描述前两个步骤的所有事件和相互作用，参考图3和表6中的循环图完全规定了循环。
表6：12-3-5循环图(替代12床H2PSA系统操作)
Figure GDA0000419919420000161
步骤1：三个床正在处理进料(吸附步骤)，即床1、床11和床12。随后，阀011、012、111、112、121和122在打开位置。床10和床2相互作用使得床10经由第七号集合管传送均衡气体至床2。为实现(E1)–(E1’)步骤，阀107、027、028在打开位置，并使用阀108来控制速率。床9正在通过经由第六号集合管输送气体至床3来进行第三均衡步骤下降(E3)。打开阀096、036、038，并使用阀098来控制(E3)–(E3’)步骤的速率。床8通过经由第五集合管输送传送气体至床4来进行第五均衡步骤下降步骤(E5)。阀085、045、048在打开位置，而阀088控制(E5)–(E5’)步骤的速率。床7提供净化气体至床5，并通过阀078来控制(PPG2)步骤的速率。完全打开阀073、053、058，并利用阀054来控制床5中的压力。同时，床6在泄料(BD)中，而解吸的杂质通过控制阀064离开该床。
步骤2：三个床正在处理进料(吸附步骤)，即床1、床11和床12。随后，阀011、012、111、112、121和122在打开位置。床2在产物加压步骤(PP”)中(即，部分产物气体再循环回到工艺以升高床2压力)。打开阀027和028，同时阀007控制该步骤的速率。床10和床3相互作用使得床10通过第六集合管传送均衡气体至床3。为实现(E2)–(E2’)步骤，打开阀106、036、038，并采用阀108来控制速率。床9通过经由第五集合管输送气体至床4来进行第四均衡步骤下降(E4)。打开阀095、045、048，而阀098控制(E4)–(E4’)步骤的速率。床8和床7提供净化气体至床5和床6。通过阀078和088来控制(PPG)步骤的速率。完全打开阀083、073、063、053、068、058，并分别使用阀054和064来控制床5和床6中的压力。当使用图3中所示的具有工艺/阀组的12-3-5循环时，在第三集合管中混合PPG1和PPG3气体，因此在这种情况下不遵循顺序回流。然而，可通过加入另一净化集合管至PSA系统来避免PPG1和PPG3气体的混合以实行顺序回流方案。
尽管上面讨论的PSA系统的性能与在正常操作和调低中的十二床PSA循环有关，设备可按比例增大以增加生产能力至约150MMSCFD的氢气。在一个此类PSA系统中，可将床的数量增加至十四。本文提供的新的和发明循环是具有二十八个步骤的14-5-5PSA循环。通过两个步骤的持续时间t1+t2定义循环单元块，并且总循环时间CT=14*(t1+t2)。通过描述前两个步骤的所有事件和相互作用完全规定了循环。表7中的循环图显示了循环步骤。图3，虽然用于十二床工艺，结合上面采用的命名在本文用于说明十四床系统的目的(假定两个另外的床被加至工艺布置图)。
表7：大设备14-5-5循环图
(14床H2PSA系统操作)
Figure GDA0000419919420000181
步骤1：五个床正在处理进料(吸附步骤)，即床1、床11、床12、床13和床14。随后，阀011、012、111、112、121、122、131、132、141和142在打开位置。床10和床2相互作用使得床10经由第七集合管输送均衡气体至床2。为实现(E1)–(E1’)步骤，打开阀107、027、028，并使用阀108来控制速率。进行第三均衡步骤下降(E3)的床9经由第六集合管传送气体至床3。阀096、036、038在打开位置，并采用阀098来控制(E3)–(E3’)步骤的速率。床8通过经由第五集合管传送气体至床4来进行第五均衡步骤下降(E5)。阀085、045、048在打开位置，而阀088控制(E5)–(E5’)步骤的速率。床7提供净化气体至床5。通过阀078来控制(PPG2)步骤的速率。完全打开阀073、053、058，并利用阀054来控制床5中的压力。床6在步骤1中的泄料(BD)步骤中，而解吸的杂质通过控制阀064离开该床。
步骤2：五个床正在处理进料，即床1、床11、床12、床13和床14。随后，阀011、012、111、112、121、122、131、132、141和142在打开位置。床2在产物加压步骤(PP)中(即，部分产物气体再循环回到工艺以升高床2压力)。阀027和028在打开位置，同时阀007控制该步骤的速率。床10和床3相互作用使得床10通过第六集合管传送均衡气体至床3。为进行(E2)–(E2’)步骤，阀106、036、038在打开位置，并使用阀108来控制速率。床9通过经由第五集合管传送气体至床4来进行第四均衡步骤下降(E4)。打开阀095、045、048，而阀098控制(E4)–(E4’)步骤的速率。床8和床7提供净化气体至床5和床6。通过阀078和088来控制(PPG1)和(PPG3)步骤的速率，同时完全打开阀073、083、063、053、068、058，并分别使用阀054和064来控制床5和床6中的压力。在这种情况下，(PPG1)和(PPG3)步骤共用第三集合管，因此，不遵循顺序回流方案。然而，应理解可采用另外的集合管以便符合顺序回流方案。
在又一示例性的实施方案中，可能按比例增大设备甚至进一步至十六床PSA系统，通过本发明的创新循环，因此增加生产能力至约200MMSCFD氢气。新的16-6-6PSA循环具有三十二个步骤，特征是六平行进料和六个床到床均衡步骤。将循环单元块规定为两个步骤的持续时间t1+t2，总循环时间CT=16*(t1+t2)。通过描述前两个步骤的所有事件和相互作用完全规定了循环。表8中的循环图显示了循环步骤。图3，虽然用于十二床工艺，在本文中用于说明十六床系统的目的，其中四个另外的床和又一个集合管(本文应当称为第九集合管)将被加至工艺布置。上面利用的阀命名将适用。
总之；十六床工艺在进料端需要16个床，2个集合管，在床的产物端需要6个集合管，以及每床九个阀。表8中的循环图显示了循环步骤。
表8：大设备16-6-6循环图
(16床H2PSA系统操作)
Figure GDA0000419919420000191
步骤1：六个床正在处理进料(吸附步骤)，即床1、床12、床13、床14、床15和床16。随后，阀011、012、121、122、131、132、141、142、151、152、161和162在打开位置。床11和床2相互作用使得床11通过第七集合管传送均衡气体至床2。为进行(E1)–(E1’)步骤，阀117、027、028在打开位置，并使用阀118来控制速率。床10通过经由第六集合管输送传送气体至床3来进行第三均衡步骤下降(E3)。打开阀106、036、038，并使用阀108来控制(E3)–(E3’)步骤的速率。床9通过经由第五集合管输送气体至床4来进行第五均衡步骤下降(E5)。阀095、045、048在打开位置，而阀098控制(E5)–(E5’)步骤的速率。床8正在通过第九集合管提供净化气体至床5。通过阀088来控制(PPG1)步骤的速率。完全打开阀089、059、058，并使用阀054来控制床5中的压力。在(PPG3)步骤中，床7正在经由新的三号集合管净化床6。打开阀073、063、068，阀078控制(PPG3)步骤的速率并且阀064控制床6中的压力。
步骤2：六个床正在处理进料，即床1、床12、床13、床14、床15和床16。随后，阀011、012、121、122、131、132、141、142、151、152、161和162在打开位置。床2在产物加压步骤(PP)中(即部分产物气体再循环回到工艺以升高床2压力)。打开阀027和028，同时阀007控制该步骤的速率。床11和床3相互作用使得床11经由第六集合管传送均衡气体至床3。为实现(E2)–(E2’)步骤，阀116、036、038在打开位置，并使用阀118来控制速率。床10通过经由第五集合管传送气体至床4来进行第四均衡步骤下降(E4)。阀105、045、048在打开位置，而阀108控制(E4)–(E4’)步骤的速率。床9和床5相互作用使得床9通过第九集合管传送均衡气体至床5。为进行(E6)–(E6’)步骤，打开阀099、059、058，并使用阀098来控制速率。床8提供净化气体至床6。通过阀088来控制(PPG2)步骤的速率。完全打开阀083、063、068，并采用阀064来控制床6中的压力。床5在该步骤2中的泄料“BD”步骤中，同时解吸的杂质通过控制阀054离开该床。
经数学模型获得以新设计的12-4-4、14-5-5和16-6-6循环操作的大PSA系统的性能(即，十二个或更多个床)。各循环的结果总结于表9中。该模型假定以下进料气体组成用于所有循环：73.87%氢气、0.23%氮气、3.31%一氧化碳、16.37%二氧化碳、5.94%甲烷和0.3%水。进料气体温度为100℉并且进料气体压力为360psig。
表9：H2PSA循环和相应的工艺性能
Figure GDA0000419919420000201
注释1：MMSCFD表示每天百万标准立方英尺的气体，其中假定标准条件为1个大气压和温度70℉；
注释2：1Psig是压力的单位，相当于6894.757帕斯卡；1lbs是质量单位，相当于0.4535924kg；K相当于1开氏度(Kelvin)温度的SI单位；ft表示距离1英尺等于0.3048米；
注释3：TPD H2表示每天氢气吨数(2000lbs)；以及
注释4：BSF(床尺寸因素)是所有床中吸附剂的总质量与每天的日生产的氢气吨数的比例(参见注释3)
如表9中所示，12-4-4、14-5-5和16-6-6PSA循环的回收率超过90.0%。这比Xu等(美国专利第6,379,431B1号)中讨论的现有技术12-4-4循环高两个或更多个百分点。参见表9。该提高的氢气回收率转变为每年生产并出售数百万美元的其它气体。
尽管本发明已参考其具体实施方案得以详细描述，但对本领域技术人员来说将显然的是可进行各种变更和修饰并且可采用等同形式，而不背离所附权利要求的范围。

Claims (26)

1.一种变压吸附方法，其用于在十二床变压吸附系统中将含有一种或更多种强的可吸附成分的加压供应进料气体与至少一种较不强的可吸附产物气体成分分离，以产生富含较不强的可吸附成分的产物气体的连续流和富含强的可吸附成分的废气的连续流，其中所述方法循环具有四个床到床均衡步骤，床中的四个在生产中，并且在净化步骤期间利用较不强的可吸附产物气体的增加浓度的净化气体。
2.根据权利要求1所述的变压吸附，其中所述变压吸附循环包括至少二十四个步骤。
3.根据权利要求1所述的变压吸附，其根据以下循环图：
Figure FDA0000419919410000011
其中：
A1=第一吸附步骤
A2=第二吸附步骤
A3=第三吸附步骤
A4=第四吸附步骤
A5=第五吸附步骤
A6=第六吸附步骤
A7=第七吸附步骤
A8=第八吸附步骤
E1=第一均衡下降
E2=第二均衡下降
E3=第三均衡下降
E4=第四均衡下降
PPG1=第一提供净化气体
PPG2=第二提供净化气体
PPG3/BD1=第三提供净化气体/第一泄料
BD2=第二泄料
PG3=使用来自PPG3步骤的气体净化
PG2=使用来自PPG2步骤的气体净化
PG1=使用来自PPG1步骤的气体净化
E4’=均衡上升(使用来自E4步骤的气体)
E3’=均衡上升(使用来自E3步骤的气体)
E2’=均衡上升(使用来自E2步骤的气体)
E1’=均衡上升(使用来自E1步骤的气体)
PP=产物加压。
4.根据权利要求1所述的变压吸附方法，其中所述较不强的可吸附产物气体是氢气。
5.根据权利要求1所述的变压吸附方法，其中含有一种或更多种强的可吸附成分的供应进料气体选自烃类、二氧化碳、一氧化碳、氩气、氮气、氦气和水蒸气。
6.根据权利要求1所述的变压吸附方法，其中各吸附剂床含有以该特定顺序布置的在层中配置的氧化铝、碳和沸石材料以用于进料气体处理。
7.根据权利要求6所述的变压吸附方法，其中所述碳和沸石层各自被再分为具有不同粒度的两层。
8.根据权利要求7所述的变压吸附方法，其中所述供应进料气体遇到的所述再分的碳层的第一层具有约0.5至1.5mm的粒度以及对于所述二氧化碳杂质的吸引力。
9.根据权利要求7所述的变压吸附方法，其中所述供应进料气体遇到的所述再分的碳层的第二层具有约2.0至3.0mm的粒度以及对于所述甲烷杂质的吸引力。
10.根据权利要求7所述的变压吸附方法，其中所述供应进料气体遇到的所述再分的沸石层的第一层具有约0.5至2.0mm的粒度以及对于所述一氧化碳杂质的吸引力。
11.根据权利要求7所述的变压吸附方法，其中所述供应进料气体遇到的所述再分的沸石层的第二层具有约2.0至3.0mm的粒度以及对于所述氮杂质的吸引力。
12.一种变压吸附方法，其用于在十一床变压吸附系统中将含有一种或更多种强的可吸附成分的加压供应进料气体与至少一种较不强的可吸附产物气体成分分离，以产生富含较不强的可吸附成分的产物气体的连续流以及富含强的可吸附成分的废气的连续流，其中所述方法循环具有四个床到床均衡步骤，同时床中的四个在生产中，并且在净化步骤期间利用较不强的可吸附产物气体的增加浓度的净化气体。
13.根据权利要求12所述的变压吸附，其中所述PSA循环包括至少两个步骤。
14.根据权利要求12所述的变压吸附，其根据以下循环图：
其中：
A1=第一吸附步骤
A2=第二吸附步骤
A3=第三吸附步骤
A4=第四吸附步骤
A5=第五吸附步骤
A6=第六吸附步骤
A7=第七吸附步骤
A8=第八吸附步骤
E1=第一均衡下降
E2=第二均衡下降
E3=第三均衡下降
E4=第四均衡下降
PPG1=第一提供净化气体
PPG2=第二提供净化气体
BD=泄料
PG2=使用来自PPG2步骤的气体净化
PG1=使用来自PPG1步骤的气体净化
E4’=均衡上升(使用来自E4步骤的气体)
E3’=均衡上升(使用来自E3步骤的气体)
E2’=均衡上升(使用来自E2步骤的气体)
E1’=均衡上升(使用来自E1步骤的气体)
PP=产物加压。
15.一种变压吸附方法，其用于在十床变压吸附系统中将含有一种或更多种强的可吸附成分的加压供应进料气体与至少一种较不强的可吸附产物气体成分分离，以产生富含较不强的可吸附成分的产物气体的连续流以及富含强的可吸附成分的废气的连续流，其中所述方法循环具有三个床到床均衡步骤，床中的四个在生产中，并且在净化步骤期间利用较不强的可吸附产物气体的增加浓度的净化气体。
16.根据权利要求15所述的变压吸附，其中所述PSA循环包括至少二十个步骤。
17.根据权利要求15所述的变压吸附，其根据以下循环图：
Figure FDA0000419919410000041
其中：
A1=第一吸附步骤
A2=第二吸附步骤
A3=第三吸附步骤
A4=第四吸附步骤
A5=第五吸附步骤
A6=第六吸附步骤
A7=第七吸附步骤
A8=第八吸附步骤
E1=第一均衡下降
E2=第二均衡下降
E3=第三均衡下降
PPG1=第一提供净化气体
PPG2=第二提供净化气体
BD=泄料
PG2=使用来自PPG2步骤的气体净化
PG1=使用来自PPG1步骤的气体净化
E3’=均衡上升(使用来自E3步骤的气体)
E2’=均衡上升(使用来自E2步骤的气体)
E1’=均衡上升(使用来自E1步骤的气体)
PP=产物加压。
18.一种变压吸附方法，其用于在十二床变压吸附系统中将含有一种或更多种强的可吸附成分的加压供应进料气体与至少一种较不强的可吸附产物气体成分分离，以产生富含较不强的可吸附成分的产物气体的连续流以及富含强的可吸附成分的废气的连续流，其中所述方法循环具有五个床到床均衡步骤，床中的三个在生产中，并且在净化步骤期间利用较不强的可吸附产物气体的增加浓度的净化气体。
19.根据权利要求18所述的变压吸附，其中所述PSA循环包括至少二十四个步骤。
20.根据权利要求18所述的变压吸附，其根据以下循环图：
Figure FDA0000419919410000051
其中：
A1=第一吸附步骤
A2=第二吸附步骤
A3=第三吸附步骤
A4=第四吸附步骤
A5=第五吸附步骤
A6=第六吸附步骤
E1=第一均衡下降
E2=第二均衡下降
E3=第三均衡下降
E4=第四均衡下降
E5=第五均衡下降
PPG1=第一提供净化气体
PPG2=第二提供净化气体
PPG3=第三提供净化气体
BD=泄料
PG3=使用来自PPG3步骤的气体净化
PG2=使用来自PPG2步骤的气体净化
PG1=使用来自PPG1步骤的气体净化
E5’=均衡上升(使用来自E5步骤的气体)
E4’=均衡上升(使用来自E4步骤的气体)
E3’=均衡上升(使用来自E3步骤的气体)
E2’=均衡上升(使用来自E2步骤的气体)
E1’=均衡上升(使用来自E1步骤的气体)
PP=产物加压。
21.一种变压吸附方法，其用于在十四床变压吸附系统中将含有一种或更多种强的可吸附成分的加压供应进料气体与至少一种较不强的可吸附产物气体成分分离，以产生富含较不强的可吸附成分的产物气体的连续流以及富含强的可吸附成分的废气的连续流，其中所述方法循环具有五个床到床均衡步骤，床中的五个在生产中，并且在净化步骤期间利用较不强的可吸附产物气体的增加浓度的净化气体。
22.根据权利要求21所述的变压吸附，其中所述PSA循环包括至少二十八个步骤。
23.根据权利要求21所述的变压吸附，其根据以下循环图：
Figure FDA0000419919410000061
其中：
A1=第一吸附步骤
A2=第二吸附步骤
A3=第三吸附步骤
A4=第四吸附步骤
A5=第五吸附步骤
A6=第六吸附步骤
A7=第七吸附步骤
A8=第八吸附步骤
A9=第九吸附步骤
A10=第十吸附步骤
E1=第一均衡下降
E2=第二均衡下降
E3=第三均衡下降
E4=第四均衡下降
E5=第五均衡下降
PPG1=第一提供净化气体
PPG2=第二提供净化气体
PPG3=第三提供净化气体
BD=泄料
PG3=使用来自PPG3步骤的气体净化
PG2=使用来自PPG2步骤的气体净化
PG1=使用来自PPG1步骤的气体净化
E5’=均衡上升(使用来自E5步骤的气体)
E4’=均衡上升(使用来自E4步骤的气体)
E3’=均衡上升(使用来自E3步骤的气体)
E2’=均衡上升(使用来自E2步骤的气体)
E1’=均衡上升(使用来自E1步骤的气体)
PP=产物加压。
24.一种变压吸附方法，其用于在十六床变压吸附系统中将含有一种或更多种强的可吸附成分的加压供应进料气体与至少一种较不强的可吸附产物气体成分分离，以产生富含较不强的可吸附成分的产物气体的连续流以及富含强的可吸附成分的废气的连续流，其中所述方法循环具有六个床到床均衡步骤，床中的六个在生产中，并且在净化步骤期间利用较不强的可吸附产物气体的增加浓度的净化气体。
25.根据权利要求24所述的变压吸附，其中所述PSA循环包括至少三十二个步骤。
26.根据权利要求24所述的变压吸附，其根据以下循环图：
Figure FDA0000419919410000081
其中：
A1=第一吸附步骤
A2=第二吸附步骤
A3=第三吸附步骤
A4=第四吸附步骤
A5=第五吸附步骤
A6=第六吸附步骤
A7=第七吸附步骤
A8=第八吸附步骤
A9-A12=第九至第十二吸附步骤
E1=第一均衡下降
E2=第二均衡下降
E3=第三均衡下降
E4=第四均衡下降
E5=第五均衡下降
E6=第六均衡下降
PPG1=第一提供净化气体
PPG2=第二提供净化气体
PPG3=第三提供净化气体
BD=泄料
PG3=使用来自PPG3步骤的气体净化
PG2=使用来自PPG2步骤的气体净化
PG1=使用来自PPG1步骤的气体净化
E6’=均衡上升(使用来自E6步骤的气体)
E5’=均衡上升(使用来自E5步骤的气体)
E4’=均衡上升(使用来自E4步骤的气体)
E3’=均衡上升(使用来自E3步骤的气体)
E2’=均衡上升(使用来自E2步骤的气体)
E1’=均衡上升(使用来自E1步骤的气体)
PP=产物加压。
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