CN1051475C - 变压吸附法 - Google Patents

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Abstract

利用变压吸附，在一组吸附容器内分离混合气的各成份。在第一吸附床内进行半循环吸附的第一步，同时在第二吸附床进行逆流脱附。第一步结束时，第一床逆流排空，作为第一床平衡步骤，第一和第二床进行出口到出口平衡或出口到入口和出口两者的平衡过程。排空步骤可先于或与第一床平衡步骤同时进行。第二平衡步骤中，两床同时进行入口到入口和出口到出口平衡。再用未吸附气体产物对第二床进一步加压。然后重复该半循环过程，只是用第一床代替第二床，反之亦然。

Description

变压吸附法
本发明是关于一种分离气体的方法，具体而言，是关于利用变压吸附分离气体混合物中的一种或几种气体成份的方法。
通过变压吸附(PSA)分离混合气中各个成份的方法一般包括一系列步骤，其中包括吸附和吸附床再生这样的基本步骤。PSA法通常是在一伸长容器内进行，容器两端各有一进口和一出口，并装有一层吸附剂，该吸附剂对混合气中一种或几种成份的吸附能力强于对其它一种或几种成份的吸附能力。在吸附步骤中，混合气经容器入口进入容器并在升高压力下通过容器，其间吸附剂吸附了一部分混合气中富集有更容易被吸附的成分的气体，而另一部分气体，即富集有不易被吸附成份的气体流经容器，作为未吸附气体产物经出口排出容器。″随着吸附步骤的进行，构成被吸附部分每一成份前行端的吸附前锋形成并向容器出口端推移″。吸附步骤在最前面的吸附前锋到达出口端之前结束，以防止未吸附气体产物与更易被吸附成份掺杂在一起。随后，一般经容器入口排出其中的气体，使容器泄压，对其中的吸附剂进行再生。脱附气体部分可根据需要回收或排放。吸附和脱附过程希望按循环操作方式重复进行，以便使整个工艺呈基本上连续化的过程。
由于上述两步法工艺本身效率很低，导致生产能力小，产品纯度差，所以已进行了一些改进，以提高操作性能。该法工业上一般在并联设置的一组吸附容器内进行，且彼此非同时协调操作，大致形成连续化工艺过程。多床体系的一种特别适用的实施方案中，一对吸附容器并联设置，且在彼此相位相差180°下操作，即在一个容器进行吸附时，对另一容器内吸附剂进行再生。吸附步骤中容器内压力(吸附压)通常为大气压或高于大气压，例如，绝压约1-20巴之间，而进行吸附床再生的容器内压力降至稍低于吸附压的数值。
一种明显改进两床系统效率的改进措施是将空隙空间气体，即吸附剂颗粒之间空隙处的气体，从刚刚结束吸附步骤的容器内移到刚刚完成再生步骤的容器内。这一步骤本文通常称作″平衡作用″，因为泄压吸附床内的压力与再加压吸附容器内的压力倾向于接近一共同值。但实践中，平衡步骤不进行到达到实际上的压力均衡，因为这样可能使泄压床内被吸附成份脱附，并将该成份移到进行再加压容器内。
可采用几种方式实现一对并联操作吸附床之间的床平衡作用。一种工艺过程中，在两床出口之间建立了流体流通，空隙空间气体从一个容器的出口端流到另一容器的出口端(出口到出口平衡)。另一工艺过程中，将两床入口联系起来，从空隙空间气体从一容器入口端流到另一容器入口端(入口到入口平衡)。  第三种工艺过程中，泄压容器出口与再加压容器入口连结(出口到入口平衡)。实践中也将这些工艺结合在一起。一种非常有效的床平衡过程是同时进行出口到出口和入口到入口平衡。该工艺的优点是将两床的干扰减到最小，迅速输送气体并保证将第一吸附床内最纯的空隙空间气体输送到第二吸附床出口端，这样可在第二吸附床进入吸附步骤时，最大限度减少来自该床未吸附气体产物的掺混。US4925461更详细地讨论了这些工艺过程。
US5436536公开另一种分离氮与氧的PSA法，该法在两个或多个并联吸附容器内进行，其循环过程包括吸附床平衡期间，从系统排出一部分待从一容器输送到另一容器的气体。
利用PSA使混合气各成份的分离达到完美程度是很困难甚至是不可能的。尽管如此，由于产品收率和/或产物纯度方面即使很小的提高，也可对PSA法的总效率产生相当大的影响，所以一直在寻求提高PSA法中气体产物收率和纯度的改进措施。本发明提供的新的循环过程，提高了PSA系统产生的未吸附气流的纯度。
本发明采用一种新的变压吸附循环过程，该过程在并联设置的两个或几个吸附床组内并异相操作，即使一个或几个床进行吸附步骤，而另一个或几个床进行该循环的其它步骤，如吸附床再生。
根据本发明第一个优选实施方案，变压吸附法在相位相差180°下操作的一对并联设置的吸附床内以重复半循环方式进行，即一个吸附床进行吸附的同时，第二个吸附床进行脱附。在该方案最宽的范围内，该法半循环的第一步包括使待分离混合气(原料气)在选定的超大气压力下，流过第一床的吸附剂，该吸附剂更容易吸附混合气各成份中的至少一种成份。在更容易被吸附的一种或几种成份被吸附的同时，不易被吸附的(各)成份流经该床并作为未吸附气体产物排出。与此同时，第二吸附床通过逆流泄压进行吸附剂床再生。吸附剂床再生是通过将该床逆流泄压至大气压或，必要时，用真空装置泄压至负压实现的。再生期间，经历再生的吸附剂床最好用未吸附气体产物逆流吹扫。
随着第一步的完成，停止原料气流入第一床，并逆流排出该床内的一部分气体，并在第一床的平衡步骤中，将该床内另一部分气体经两床出口端送入第二吸附床，这样使第二床部分升压。第一床的逆流排空可在该床平衡步骤之前进行；或者，可与该床平衡步骤同时开始，但先结束；或者，可继续进行到平衡步骤结束止。第一床平衡步骤期间，没有气体经两床入口从第一吸附床送入第二吸附床。
完成第一平衡步骤后，进行第二吸附床的平衡步骤，其间空隙空间气体同时经吸附床出口(上到上)和吸附床入口(下到下)从第一吸附床输送到第二吸附床。该第二平衡过程中，无气体从第一吸附床排空。
床平衡过程结束时，如果该半循环不包括其它步骤，则通过将原料气并流送入第二吸附床，将该床加压至选定的超大气压力。当第二床达到吸附操作压力时，该法的第一个半循环过程结束。第二吸附床准备开始进行吸附步骤，而第一床则准备进行床再生步骤。
重复上述步骤，即使第二吸附床处于上述半循环中第一吸附床的位置，而第一床处于该半循环中第二床位置，进行循环的第二个阶段。重复该循环过程以形成一基本上连续化的方法。
本发明第二个优选实施方案中，第一半循环工艺过程与第一优选实施方案中的第一半循环过程相同，只是第一平衡步骤包括将空隙空间气体经第一容器出口送出并同时经第二容器的入口和出口送入第二吸附床；第二半循环与第一优选实施方案中的第二半循环相同，只是第一平衡步骤包括将空隙空间气体经第二容器出口送出该容器，并同时经第一容器入口和出口送入第一吸附床。本发明方法该第二优选方案中，逆流排空步骤可与第一平衡步骤同时进行或先于该步骤进行。
本发明上述最宽实施方案的一种变换形式中，在床平衡后，用未吸附气体产物进一步对被再加压的吸附床加压，使其压力接近进行吸附步骤的选定的超大气压力。该加压过程通过将未吸附气体产物逆流送入吸附床至达到所需压力实现的。
上述实施方案最优选工艺过程中，通过在半循环中包括第一平衡步骤；第二平衡步骤；产物回填步骤；和原料气加压步骤来完成吸附床加压过程的。上述第一平衡步骤中，两床的两出口端可连结，或者第一床出口端连结第二床的出口端和入口端；上述第二平衡步骤中，两床的两出口端连结，且两床的两入口端连结；上述产物回填步骤中未吸附气体逆流流入待加压吸附床；上述原料气加压步骤中，通过将原料气并流流入吸附床，将待加压床内压力升至上述选定的超大气压。
本发明方法吸附步骤中的压力为超大气压力，一般在高于约1巴(绝压)到约20巴(绝压)之间，优选约4-约14巴(绝压)。吸附法一般在约-50℃到约100℃，通常约0-50℃温度下进行。
图1是实施本发明优选方案的两吸附器示意图；
图2a-2h示出在两吸附床吸附系统中进行本发明第一优选实施方案的各步骤。
图3a-3h示出在两吸附床的吸附系统中进行本发明第二优选实施方案的各步骤。
本发明是分离两种或更多成份气体混合物的一种新的改进的变压吸附循环过程。该法在并联的两个或多个吸附器内进行，其优点是能够生产出较常规吸附循环法纯度更高的未吸附气体产物。该循环过程特别适宜在相位相差180°下操作的两个吸附床系统内进行。该循环过程包括其中一吸附床生产，即吸附的同时，第二吸附床再生的步骤；一逆流排空步骤；至少两个床到床压力平衡步骤；和一吸附床再加压步骤。本发明新的循环法包括接在吸附步骤后的逆流排空步骤，使操作人员生产出的未吸附气体产物的纯度高于常规循环法的产物纯度，这是由于从吸附体系中排出了吸附循环结束时吸附容器内一部分最不纯的气体，即其组成与原料气组成差别不大的气体。
优选在刚刚结束其循环的吸附容器的进料端气体组成最不纯(指未吸附气体产物的纯度)的时候进行逆流排空步骤。这种情况下，排空步骤是在吸附器入口端气体组成发生很大改变之前，或在该气体输送至第一吸附器之前进行。这样，可在吸附步骤完成之后，即进行任何吸附床平衡步骤之前立即进行排空，或者，也可按照与本发明半循环中第一吸附床平衡步骤至少部分重叠进行的方式进行排空。此外，排空步骤时间可长可短，或与第一吸附床平衡步骤进行的时间相等。由于吸附床压力随排空步骤和床平衡步骤的进行而降低，所以每一转换方式的结果不同。优选实施方案中，排空和第一床平衡步骤同时开始，但排空步骤进行的时间短于或等于第一平衡步骤的时间。吸附床经排空步骤后压力降到绝压约1.3×104-6.5×105Pa(100-5000乇)，优选约2.6×104-2.6×105Pa(200-2000乇)。
本发明方法可用于分离任何气体混合物。特别适用于将混合气如空气中的氮与氧分离开，该吸附过程使用一种更易吸附氮的吸附剂，或用一种更易吸附氧的吸附剂。
本发明方法使用的吸附剂可是下述任何吸附剂，即该吸附剂更容易吸附混合气中需要吸附的那种成份，而不容易吸附混合气中不需要吸附的一种或几种其它成份。可用于本发明的典型的吸附剂包括硅胶，活性氧化铝，活性碳，分子筛，如碳分子筛(CMS)及天然和合成沸石。天然沸石包括发光沸石，八石沸石，毛沸石，斜发沸石，菱沸石，等等，合成沸石包括A型沸石，如3A、4A、5A型沸石等，X型沸石如10X、13X型沸石等，和Y型沸石。本发明方法所用具体的吸附剂取决于需要分离的混合气的各成份，但对吸附剂的选择不属于本发明部分。如果需要从氧-氮混合气如空气中吸附氧，优选用CMS或4A型沸石作吸附剂，如需要从同样或类似混合气中吸附氮，优选用5A、10X或13X型沸石作吸附剂。为简化讨论，本发明将详细说明用CMS作吸附剂，从空气中吸附氧的过程。该吸附过程在动力学吸附条件下进行，且该法的有效性依赖于待处理气体中不同成份的吸附速率不同。由于CMS对氧比对氮的吸附能力强，在较短的吸附时间内，就可以从氧-氮混合气选择吸附氧。
可利用附图进一步说明本发明。附图中包括各种物流管线，以便说明本发明的几个方面。为简便起见，省略了与本发明无直接关系且对理解本发明不是必不可少的有关的工艺设备、阀门、测量仪表等。不同附图中使用同样的附图标记表示相同的或相似的部分。
对照附图1所示的实施方案，该图用于说明本发明上述各个实施方案所采用的一种吸附系统。图1所示的主要容器是并联的吸附器A和B以及富集氮气的缓冲器C。为进行下面的说明，容器A和B内装有CMS。吸附系统装有空气进料管2，该管经管线4连到吸附器A的入口端，并经管线6连到吸附管B的入口端。经管线2，6流入吸附器A和B的气流分别由阀门8和10控制。在吸附器A和B的未吸附气体产物出口端，两吸附器分别经未吸附气体产物排放管线14和16与氮产物管线12连结。经管线14和16流入管线12的气流分别由阀18和20控制。管线12的输出端与容器C连接。管线22将缓冲器连到下游储存或最终应用处。出口端平衡交叉连接管线24连接管线14和16。经管线24的流动由阀26和28控制。回填/吹扫交叉连接管线30连接管线14和16至回填/吹扫管线32，该管线又与容器C入口端连接。阀34和36分别控制经管线30到容器A和B的流动。入口端平衡交叉连接管线38连接管线4和6。阀40和42控制流经管线38的流动。出口到入口平衡管线44顶端与管线24在阀26和28之间的点连接，而其下端与管线38在阀40和42之间的点连接。阀46控制经管线44的流动。排空交叉连接管线48将管线4和6连接到排空管线50。阀52和54分别控制从管线4到50的流动和从管线6到50的流动。管线50连到大气压排空管线56且其入口与真空泵60连接。阀58控制经管线56的流动。管线62将废气从真空泵60排入大气。
图2说明上述第一优选实施方案的各个步骤，该方案中床平衡过程包括第一平衡步骤，其中容器A和B出口到出口平衡，以及第二平衡步骤，其中两容器入口到入口和出口到出口平衡。
从半循环的第一步骤开始说明第一优选实施方案，其中容器A内吸附床吸附时，容器B内吸附床再生。该步骤示于图2A。整个步骤中阀8、18、36(当循环中包括吹扫步骤时)和54打开，阀58在该步骤前部分打开，其它所有阀在整个步骤期间关闭。利用压缩机(未示出)压到所需吸附压力的空气经管线2和4进入容器A。随空气流过容器A，CMS吸附氧气，而氮气流过吸附床。富集氮气的未吸附气体产物流经管线14流出容器A，并经管线12流入缓冲器C。在此期间，由容器B内CMS床吸附的富氧气体由CMS上脱附，并经管线6逆流排出。容器B最好先经管线56泄压至约大气压，再关闭阀58，开动真空泵60进一步排空。脱附的富氧气流经管线6、48、50由真空泵60抽出，并经管线62排入大气。容器B排空期间，最好用低压富氮气经管线32、30和16吹扫该容器。
容器B排空后，容器A内的吸附前锋到达预定点，吸附步骤停止，开始进行图2B所示的第一排气和第一平衡步骤。该第一排气步骤称作″第一次排气″是因为所述的循环包括在真空泵排空吸附器之前的第二次常压排气步骤。该步骤中，关闭阀8、18、36和54，打开阀26、28、52和58。容器A未吸附气体产物出口附近的气体经管线14、24和16输送到容器B，由此使容器B部分加压；容器A入口部分的气体经管线4、48、50和56排入大气。如前所述，排气步骤的时间可长可短，也可等于第一平衡步骤的时间。
第一平衡步骤结束时，关闭阀52和58，打开阀40和42，进行第二平衡步骤。该步中，如图2c所示，容器A未吸附气体产物出口端的额外气体经管线14、24和16输入容器B，而气体由容器A入口端经管线4、38和6输入容器B入口端，由此使容器进一步加压。
预定量的气体从容器A输入容器B后，关闭阀26、28、40和42，开始未吸附产物回填步骤。打开阀36，使富氮气体经管线32、30和16，在产物压力下流入容器B，由此进一步提高该容器压力。与此同时，打开阀52和58，使容器A经管线4、48、50和56基本上排气至大气压力。由图2D所示的该步骤结束了该法第一个半连续过程。
该法第二个半循环过程包括上述所有步骤，只是容器B进行吸附和泄压，容器A再生和再加压。图2E所示第二半循环的第一步，阀10，20，34和52在该步骤全过程中打开，阀58在该步骤前部分打开，其它所有阀在整个步骤中关闭。超大气压力下的空气流入容器B，同时富氮气体产物从容器B流入容器C，容器A排空，且优选按上述方式吹扫。
第一步结束后，进行图2F所示的第一次排气/平衡步骤，其间打开阀26、28、54和58，关闭其它所有阀。来自容器B顶部的空隙空间气体经管线16、24和14流入容器A，同时空隙空间气体经管线6，48，50和56从容器B入口端排入大气。
接下来进行图2G所示第二个半循环的第二平衡步骤。在该步骤中，只打开阀26，28，40和42，平衡气从容器B顶端经管线16，24和14流到容器A顶端；并经管线6，38和4从容器B底部流到容器A底部。
当需要量的平衡气从容器B流到容器A时，停止第二平衡步骤，进行第二半循环的最后一步。其间用富氮气体在未吸附产物气体贮存压力下对容器A进一步加压，而容器B基本上排空至大气压力。这一步是通过关闭阀26，28，40和42，打开阀34，54和58进行的。该步由图2H示出。
前述第二优选实施方案示于图3A-3H。该方案中，图3A，3C，3D，3E，3G和3H所示步骤分别与图2A，2C，2D，2E，2G和2H所示步骤相同。两方案工艺过程中唯一区别表现在图3B和3F所示步骤，即循环的第一平衡步骤。
该实施方案第一半循环的第一平衡过程中，空隙空间气体从容器A出口端输送至容器B入口端和出口端。通过打开阀26，28，42和46实现该过程。在此期间，容器A下部的一部分空隙空间气体通过阀52和58打开至所需的一段时间排至大气。此步骤中其它所有阀门仍关闭。该方案第二半循环的第一平衡步骤期间，通过打开阀26，28，40和46，使空隙空间气体从容器B出口端流到容器A入口端和出口端；通过打开阀门54和58，使容器B下部分的一部分空隙空间气体排到大气，其它所有阀门处于关闭状态。
作为第二优选实施方案的一种转换形式，第一平衡步骤可分两段进行，第一阶段阀46关闭并在第二阶段打开。第二阶段中，必要时可关闭连结被泄压容器出口到被再加压容器出口的阀门。这样，容许最纯净的气体从被泄压容器流入被再加压的容器的出口端。这种转换形式的优点是，最纯的气体流到被再加压容器顶部，然后纯度稍差的气流流到接收容器底部。任何情况下，第二平衡步骤，即进行出口到出口和入口到入口的平衡步骤接在第一平衡步骤之后。
应当理解，利用常规设备调控或自动调节体系内气体的流动，使其可完全自动有效地连续运行，仍在本发明范围之内。
通过下面的实施例进一步说明本发明。除另有说明外，份数、百分数和比率都是以体积为基准。
                   实施例
该例由4个试验构成，每个试验整个半循环期为120秒，且各运行一段足以保证稳态条件的时间。试验在一对并联竖直设置的圆筒形吸附器内进行，该容器直径76cm，高约2.1m。每一容器内装有530升直径约2mm的商业级碳分子筛球粒。吸附容器配备有管线和阀门，足以进行据本发明优选方案的试验。两吸附床在位相相差180°下操作，即一容器进行吸附的同时另一容器进行床再生。两床的所有排空都经过容器原料气入口。原料气是空气，被压缩至约8.4巴压力。床再生期间，进行床再生的容器内的压力通过将吸附床排气至大气压而降至约1巴。吸附过程在约18℃温度下进行。实验1和2根据本发明方法进行，实验3和4是对比实验。在每一半循环过程的再生步骤期间，用低压未吸附气体产物逆流吹扫被再生的吸附床。
实验1的每一半循环过程包括115秒原料加压和吸附/床再生步骤，1秒排空/平衡步骤，其间两床经出口到出口连接平衡和吸附床排气至大气泄压，2秒的入口到入口和出口到出口平衡步骤及2秒的未吸附产物逆流回填步骤。
实验2的每一半循环过程包括115秒的原料加压和吸附/床再生步骤，1秒的排空/平衡步骤，其间通过气流从泄压床的出口端到再加压床的入口和出口端达到二床平衡，还包括2秒入口到入口，出口到出口平衡步骤，2秒的逆流非吸附产物回填步骤。
实验3的每一半循环过程包括116秒的原料加压和吸附/床再生步骤，2秒的排空/平衡步骤，其中通过入口到入口平衡达到床间平衡，和2秒的未吸附产物逆流回填步骤。
实验4的每一半连续过程包括116秒的原料加压和吸附/床再生步骤，2秒的排空/平衡步骤，其中通过入口到入口和出口到出口连接达到床间平衡，和2秒的未吸附产物逆流回填步骤。
上述4个实验的结果列于下表。
 实验  N2收率％   O2杂质含量，ppm
  1    18.5     67
  2    18.6     63
  3    17.2     119
  4    18.0     72
表中结果说明，据优选方案进行的实验(实验1和2)的结果好于对比实验的结果。实验1和2的未吸附产物收率高于两对比实验的收率。此外，最好的对比实验，即实验4的杂质含量比实验1高7％，比实验2高14％。
尽管已特别参照具体的设备排列形式，具体的吸附循环过程和具体实验说明了本发明，但这些特征只是对本发明的举例说明，应理解有各种变换形式。例如，吸附循环可包括两个以上的床平衡步骤，吹扫步骤和/或未吸附产物回填步骤可按需要保留或去掉。此外，各个步骤的时间及操作条件可以改变。本发明范围只由所附权利要求的范围决定。

Claims (16)

1、一种采用变压吸附法在一组容器内连续分离混合气各成份的方法，各容器内有一吸附剂床，一入口端和一出口端，所述吸附剂对所述混合气中第一种成份的吸附能力强于其对第二种成份的吸附能力，该法包括作为第一个半循环过程的各步骤：
(a)所述混合气在选定的超大气压力下并流通过第一容器，由此吸附富集第一种成份的馏份，并经其出口端排出富集第二种成份的气体产物，同时利用使第二容器逆流泄压将富集第一种成份的馏份从第二容器内解吸；
(b)停止所述混合气流入第一容器；
(c)从第一容器逆流排出混合气；
(d)通过使来自第一容器出口端的气体流入第二容器出口端，对第二容器部分加压；
(e)通过使气体同时从第一容器出口端流入第二容器出口端和从第一容器入口端流入第二容器入口端，对第二容器进一步加压；
(f)通过使混合气并流流入而使第二容器加压至选定的超大气压力；和作为第二个半循环过程的(a)-(f)的重复步骤，只是所述第一和第二容器的作用相反。
2、权利要求1的方法，还包括在(d)步期间，使气体从第一容器出口流入第二容器入口。
3、权利要求1的方法，还包括在(d)步和(e)步之间，使气体从第一容器出口端流入第二容器入口端。
4、权利要求1或2的方法，还包括在(e)步和(f)步之间，通过使富集第二种成份的气体产物逆流流入而对第二容器进一步加压。
5、权利要求1或2的方法，其中(c)步至少部分地先于(d)步进行。
6、权利要求1或2的方法，其中(c)步和(d)步至少部分重叠。
7、一种采用变压吸附法，在一组容器内连续分离混合气各成份的方法，各容器内有一吸附剂床，一入口端和一出口端，所述吸附剂对混合气中第一种成份的吸附能力强于其对第二种成份的吸附能力，该法包括作为第一个半循环过程的下述步骤：
(a)所述混合气在选定超大气压力下并流通过第一容器，由此吸附富集第一种成份的馏份，并经其出口端从所述容器排出富集第二种成份的气体产物，同时利用使第二容器逆流泄压，将富集第一种成份的馏份从第二容器内脱吸；
(b)停止所述混合气流入第一容器；
(c)从第一容器逆流排出混合气；
(d)通过使来自第一容器出口端的气体流入第二容器进口端和出口端，对第二容器部分加压；
(e)通过使气体同时从第一容器出口端流入第二容器出口端和从第一容器入口端流入第二容器入口端，对第二容器进一步加压；
(f)通过使富集第二种成份的气体产物逆流流入而将第二容器进一步加压；
(g)通过使混合气并流流入而使第二容器加压至选定的超大气压力；
和作为第二个半循环过程的(a)-(g)的重复步骤，只是所述第一和第二容器的作用相反。
8、权利要求1、2或7中任一项的方法，其中选定的超大气压力为高于绝压1巴至绝压20巴。
9、权利要求8的方法，其中所述容器内温度保持在-50至100℃。
10、权利要求1、2或7中任一项的方法，其中(a)步骤期间，第二容器内压力降到绝压1.3×104-6.5×105Pa。
11、权利要求1、2或7中任一项的方法，其中所述气体是空气。
12、权利要求11的方法，其中所述选定的超大气压力为4-14巴。
13、权利要求11的方法，其中所述容器内温度保持在0-50℃。
14、权利要求11的方法，其中(a)步骤期间，第二容器内压力降到绝压2.6×104-2.6×105Pa。
15、权利要求11的方法，其中第一种成份是氧气，第二种成份是氮气。
16、权利要求11的方法，其中第一种成份是氮气，第二种成份是氧气。
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5985003A (en) * 1994-06-02 1999-11-16 Nippon Sanso Corporation Oxygen production process by pressure swing adsorption separation
US5704964A (en) * 1994-12-27 1998-01-06 Nippon Sanso Corporation Pressure swing adsorption process
SE517561C2 (sv) * 1996-03-04 2002-06-18 Aga Ab Förfarande och anordning för framställning av en gas genom separation från en gasblandning
US5702504A (en) * 1996-03-07 1997-12-30 Praxair Technology, Inc. Vacuum pressure swing adsorption process
US5733359A (en) * 1996-06-19 1998-03-31 The Boc Group, Inc. Pressure swing adsorption process turndown control
US5814130A (en) * 1996-09-27 1998-09-29 The Boc Group, Inc. Process and apparatus for gas separation
US5807423A (en) * 1996-09-27 1998-09-15 The Boc Group, Inc. Process and apparatus for gas separation
US5814131A (en) * 1996-09-27 1998-09-29 The Boc Group, Inc. Process and apparatus for gas separation
FR2756752B1 (fr) * 1996-12-05 2001-09-14 Air Liquide Procede et installation de traitement d'un melange gazeux par adsorption a variation de pression
US5738709A (en) * 1996-12-20 1998-04-14 Air Products And Chemicals, Inc. Nitrogen PSA with intermediate pressure transfer
FR2761616B1 (fr) * 1997-04-02 1999-05-07 Air Liquide Procede et installation de separation d'un melange gazeux par adsorption
US5846294A (en) * 1997-04-23 1998-12-08 The Boc Group, Inc. Pressure swing adsorption process and apparatus
US5882380A (en) * 1997-05-14 1999-03-16 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure swing adsorption process with a single adsorbent bed
FR2767717B1 (fr) * 1997-08-28 1999-10-01 Air Liquide Granulometrie et epaisseur de lit d'une unite psa
US6183537B1 (en) * 1997-11-04 2001-02-06 Praxair Technology, Inc. Rotary blowers for pressure swing adsorption process and system
FR2776939B1 (fr) * 1998-04-07 2000-05-19 Air Liquide Procede de production d'oxygene par adsorption a variation de pression transatmospherique
US6156100A (en) * 1999-02-01 2000-12-05 Fantom Technologies, Inc. Method and apparatus for concentrating a gas using a single stage adsorption zone
US6162283A (en) * 1999-02-01 2000-12-19 Fantom Technologies Inc. Method and apparatus for concentrating a gas using a single stage adsorption zone
US6217635B1 (en) * 1998-11-09 2001-04-17 Fantom Technologies Inc. Method and apparatus for concentrating a gas using a single stage adsorption chamber
US6113672A (en) * 1999-01-21 2000-09-05 The Boc Group, Inc. Multiple equalization pressure swing adsorption process
US6183538B1 (en) * 1999-02-09 2001-02-06 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure swing adsorption gas flow control method and system
US6156101A (en) * 1999-02-09 2000-12-05 Air Products And Chemicals, Inc. Single bed pressure swing adsorption process and system
US6500235B2 (en) * 2000-12-29 2002-12-31 Praxair Technology, Inc. Pressure swing adsorption process for high recovery of high purity gas
US6527831B2 (en) * 2000-12-29 2003-03-04 Praxair Technology, Inc. Argon purification process
US6503297B1 (en) 2001-02-07 2003-01-07 The Boc Group, Inc. Adsorption processes
JP3553568B2 (ja) 2001-08-29 2004-08-11 日本酸素株式会社 酸素・窒素混合ガスより窒素分離するための吸着剤とそれを用いた窒素製造方法
US6626980B2 (en) * 2001-09-21 2003-09-30 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Mixed matrix membranes incorporating chabazite type molecular sieves
DE10152359A1 (de) * 2001-10-24 2003-05-08 Linde Ag Molsiebstation
US6709486B2 (en) * 2002-04-08 2004-03-23 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure swing adsorption process with controlled internal depressurization flow
US6641645B1 (en) 2002-06-13 2003-11-04 Air Products And Chemicals, Inc. Vacuum swing adsorption process with controlled waste gas withdrawal
US7637989B2 (en) * 2003-12-31 2009-12-29 Merits Health Products Co., Ltd. Rapid cycle pressure swing adsorption oxygen concentration method and mechanical valve for the same
CN1250321C (zh) * 2004-06-11 2006-04-12 成都天立化工科技有限公司 一种两段全回收变压吸附气体分离方法
US7717985B2 (en) * 2006-07-26 2010-05-18 Donaldson Company Sorption systems with naturally occurring zeolite, and methods
KR100861550B1 (ko) * 2008-06-10 2008-10-02 (주)원하이테크 유량제어밸브를 통해 기체의 농도를 제어하는 농축기체발생장치 및 농축기체 발생방법
US8177886B2 (en) * 2009-05-07 2012-05-15 General Electric Company Use of oxygen concentrators for separating N2 from blast furnace gas
US20120024150A1 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 David Moniot Biogas Conditioning System and Method
US9339045B2 (en) 2011-07-18 2016-05-17 Carrier Corporation Control of atmosphere within a closed environment
EP3345673B1 (en) 2011-07-18 2020-03-25 Carrier Corporation Refrigerated transport container with movable sorbent bed for controlling inner air
CN103717288B (zh) 2011-07-18 2016-08-17 开利公司 具有单个流动转向致动器的再生洗涤器系统
CN113041782B (zh) * 2021-03-15 2021-12-17 西南化工研究设计院有限公司 一种气体变压吸附分离提纯系统及其分离提纯方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6379714A (ja) * 1986-09-24 1988-04-09 Kuraray Chem Kk 高純度窒素製造方法
EP0380723A1 (en) * 1989-02-01 1990-08-08 Kuraray Chemical Co., Ltd. Process for separating nitrogen gas by pressure swing adsorption system
EP0561340A1 (en) * 1992-03-17 1993-09-22 Kuraray Chemical Co., Ltd. Process for separating nitrogen gas
CN1126631A (zh) * 1994-08-09 1996-07-17 气体产品与化学公司 利用内部物流控制制取高纯氮的变压吸附
JPH1056113A (ja) * 1997-05-12 1998-02-24 Goto Seisakusho:Kk ヒートシンクを備えた樹脂封止型半導体装置及びその製造方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH417534A (de) * 1964-07-01 1966-07-31 Exxon Research Engineering Co Adsorptionsverfahren
GB1449864A (en) * 1973-10-24 1976-09-15 Boc International Ltd Adsorption system
GB1559325A (en) * 1976-02-27 1980-01-16 Boc Ltd Gas separation
US4256469A (en) * 1978-11-06 1981-03-17 Linde Aktiengesellschaft Repressurization technique for pressure swing adsorption
GB2073043A (en) * 1980-03-31 1981-10-14 Boc Ltd Separation of a gaseous mixture
ZA811931B (en) * 1980-03-31 1982-05-26 African Oxygen Ltd Process and apparatus for the separation of gaseous mixture
JPS5922625A (ja) * 1982-07-27 1984-02-04 Osaka Oxgen Ind Ltd 一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含む混合ガスより窒素ガスを吸着法により除去する方法
JPS607920A (ja) * 1983-06-29 1985-01-16 Hitachi Ltd 非凝縮性混合ガスの分離方法
DE3338494A1 (de) * 1983-10-22 1985-05-02 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Adsorptionsverfahren
GB2161717B (en) * 1984-07-20 1987-11-04 Boc Group Plc Improved apparatus for the separation of a gaseous mixture
FR2584307B1 (fr) * 1985-07-08 1989-10-20 Air Liquide Procede de traitement d'un melange gazeux par adsorption
US5051115A (en) * 1986-05-21 1991-09-24 Linde Aktiengesellschaft Pressure swing adsorption process
JPS63166702A (ja) * 1986-12-26 1988-07-09 Osaka Oxygen Ind Ltd 酸素ガス濃縮法
US4756723A (en) * 1987-03-04 1988-07-12 Air Products And Chemicals, Inc. Preparation of high purity oxygen
JP2683806B2 (ja) * 1988-03-17 1997-12-03 住友精化株式会社 濃縮酸素回収方法
US5002591A (en) * 1988-10-14 1991-03-26 Vbm Corporation High efficiency PSA gas concentrator
US5137549A (en) * 1988-10-14 1992-08-11 Vbm Corporation Two stage super-enriched oxygen concentrator
US4857083A (en) * 1988-10-25 1989-08-15 Air Products And Chemicals, Inc. Vacuum swing adsorption process with vacuum aided internal rinse
US5154737A (en) * 1990-01-12 1992-10-13 Vbm Corporation System for eliminating air leakage and high purity oxygen of a PSA oxygen concentrator
DE69124276T2 (de) * 1990-03-29 1997-05-07 Boc Group Inc Verfahren zur Herstellung eines mit Sauerstoff angereicherten Produktstroms
US5176722A (en) * 1990-06-19 1993-01-05 The Boc Group, Inc. Pressure swing adsorption method for separating gaseous mixtures
DE69207266T2 (de) 1991-05-31 1996-07-18 Philips Electronics Nv Bildwiedergaberöhre mit Konvergenzkorrekturanordnung
US5258056A (en) * 1991-09-27 1993-11-02 The Boc Group, Inc. PSA system with product turndown and purity control

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6379714A (ja) * 1986-09-24 1988-04-09 Kuraray Chem Kk 高純度窒素製造方法
EP0380723A1 (en) * 1989-02-01 1990-08-08 Kuraray Chemical Co., Ltd. Process for separating nitrogen gas by pressure swing adsorption system
EP0561340A1 (en) * 1992-03-17 1993-09-22 Kuraray Chemical Co., Ltd. Process for separating nitrogen gas
CN1126631A (zh) * 1994-08-09 1996-07-17 气体产品与化学公司 利用内部物流控制制取高纯氮的变压吸附
JPH1056113A (ja) * 1997-05-12 1998-02-24 Goto Seisakusho:Kk ヒートシンクを備えた樹脂封止型半導体装置及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
ZA959624B (en) 1996-06-11
AU691985B2 (en) 1998-05-28
EP0714690B1 (en) 1999-10-06
CN1132657A (zh) 1996-10-09
EP0714690A3 (en) 1997-01-15
CA2162346A1 (en) 1996-05-31
JPH08224428A (ja) 1996-09-03
EP0714690A2 (en) 1996-06-05
AU3782395A (en) 1996-06-06
CA2162346C (en) 2000-01-04
KR960016945A (ko) 1996-06-17
US5520720A (en) 1996-05-28
DE69512609D1 (de) 1999-11-11

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