CN1262332C - 原料气的处理工艺及设备 - Google Patents

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Abstract

原料气的处理工艺和设备，一种用于降低原料气如空气中某种成分含量的方法，包括使所述气体通入装有吸附剂的至少三个平行的变温吸附区并按吸附循环运行。每一吸附区的循环均相对其它区的循环而分阶段进行，以便在循环期间的任意时刻，处于吸附步骤的吸附区数多于未处于循环步骤的吸附区数。变温吸附装置，具有至少三个平行的变温吸附区和控制原料气流通过吸附区以使每一床体经历重复循环的装置，所述循环与其它吸附器的循环不协同，前提是在使用中的任意时间至少有两个吸附器处于吸附步骤。

Description

原料气的处理工艺及设备
技术领域
本发明涉及处理原料气的一种工艺及设备。本发明特别是涉及一种使用至少三个吸附床来除去或至少降低原料气中某种成分的水平以使其适用于该方法的后续加工和设备的变温吸附(thermal swingadsorption，TSA)方法。本发明特别适用于在常规工艺和装置不适用的情况下从大规模原料气中除去一些成分。
背景技术
在要对原料气进行后续加工的情形下，通常在进行这种后续加工之前希望或必须除去原料气中的某些成分。例如，在一种原料气如空气中可能存在的高沸点物质如水和二氧化碳，在此混合物接下来在低温下进行处理如冷冻处理之前必须除去。如果高沸点的物质没有除去，它们在接下来的处理中会液化或固化，从而导致在后续加工中压力降低、流动困难或其它危害。在对原料气进一步处理之前，将其中的危险物质如爆炸性物质适当地除去，以降低在后续加工中积聚的危险，从而防止危害。碳氢化合物气体如乙炔就可能造成这种危害。
在气体分离工艺中，通常是在分离器内用主压缩机(MAC)将气体压缩，接着冷却并将由此冷凝出来的水除去。气体可以用例如冷冻乙二醇来进一步冷却。通过冷凝和分离冷凝物，在这一步骤中大部分水被除去。然后对气体进行吸附处理，在此通过吸附将原料气中需除去的成分除去，然后通向气体分离单元。处理空气时，常规是在经处理的气体进入后续分离工艺之前使原料气通过所选的优先吸附水和二氧化碳的单一吸附剂层或多个单独的吸附剂层，先除去水再除去二氧化碳。
通过将不需要的成分吸附到固体吸附剂上，从而从原料中除去的几种已知方法包括：变温吸附法(TSA)和变压吸附法(PSA)、热变压吸附法(TPSA)和热增强变压吸附法(TEPSA)。在这些方法中，通常采用两个并联的吸附床，其中一个进行吸附操作时，另一个离线并再生，然后在操作循环中两个吸附床的角色周期性交替。在吸附步骤中，吸附床称为“在线”。
在TSA方法中，吸附步骤会产生吸附热，引起一个热脉冲通过吸附床传向下游。在进气或在线周期过程中，此热脉冲可以从吸附床的下游末端穿出。经过吸附后，原料气流从吸附床关闭，然后吸附床降压。吸附剂暴露在一股热的再生气体流中，通常是来自后续工艺的废气或其它气体，该再生气流将吸附剂上吸附的物质气提下来，使其再生以进一步使用。再生通常是以与吸附步骤相反的方向进行的。然后吸附床重新加压，为重复吸附步骤作好准备。
PSA系统通常包括一个循环，其中吸附床在线，然后减压、再生和在返回在线之前重新加压。减压包括释放减压气体从而会导致消耗，通常称为“转换消耗”。在PSA系统中，再生气体的压力要低于原料气的压力。正是利用这种压力的变化将吸附的成分从吸附剂上移去。然而，其循环时间，例如15到30分钟，跟TSA系统中所使用的循环时间，例如2到20小时，相比，一般很短。因此PSA具有包括由于在线运转与再生之间相对较频繁的转换产生让人难以接受的转换消耗等某些缺陷，在大容量设备的运转中更是如此。
US-A-5656065中记述了一种PSA方法，它采用了分阶段循环操作的三个吸附床，以减少转换消耗和改进后续工艺的原料气流的连贯性。第三个吸附床的作用就在于允许一个其中一小股带压的原料气流进入正在进行再生的吸附床的工艺循环。因此再加压步骤相对较长，但好处在于使得处理过的气体进入后续工艺的中断缩短。
热变压吸附法(TPSA)也适用于用吸附法从原料气中脱除某种成分。在TPSA系统中，在放了吸附介质如活性氧化铝或硅胶的第一区中，通常会发生某种非要求成分的吸附。第二种非要求成分吸附在第二区中。TPSA采用了两步再生法，其中一种被吸附成分通过TSA脱附，另一种通过PSA脱附。在US-A-5885650和US-A-5846295中记述了一种TPSA方法。
在热增强PSA(TEPSA)中，脱附是通过通入一种压力低于原料气但温度高于它的再生气体，并随后用冷再生气体替换热的再生气体而发生的。热的再生气体使得循环时间相对于PSA系统有所延长，从而由于吸附床内由吸附产生的热可以被热再生气体的热部分取代而减少了转换消耗。在US-A-5614000中记述了一种TEPSA方法。
TSA、TPSA和TEPSA系统都需要输入热能，且可能需要使用绝缘容器、再生气体预热器和入口端预冷器，而且通常高温要求系统具有更严格和更高成本的机械规格。在运行中，预热器的使用又会造成额外的能耗。
除非另有说明，“变温吸附”一词指的是其中输入热能来使吸附剂再生的吸附方法和这种方法的运行设备，它除TSA外还包括TPSA和TEPSA方法。
TSA设备一般包括一对吸附器。它们都装有吸附剂。吸附器可以是包括立式、卧式和放射式在内的任何常用类型。
TSA过程中常规的清洗可能会带来问题，在使用较大容积吸附器时更是如此，这是由于所处理气体的流动特性可能会因为避免吸附床过度液化和不能接受的压力降低而具有局限性。另外，为解决这些问题特别是为适应较大的流量而采取的容器几何形状的复杂设计本身又可能带来进一步的问题。因而大的容器会带来一定的问题，它的应用有实际的局限性。
为解决流动问题，人们采用了辐流式吸附装置，但是它们一般要比立式和简单的卧式容器昂贵。对于放射式吸附床，为达到较高的流量需要床的高度与床的直径的比率要较高。此外床体的有效厚度一般受床的直径的限制，而床的直径本身也受在工厂里制造和装配时吸附器的运输的限制。此外，床尺寸还受避免压力降和流量不均匀的需要的限制。
在卧式吸附床中，床体厚度的降低以及有效床体长度与直径的比率的升高也有实际限制，因此长卧式吸附床是不理想。
为增加容量，在TSA方法中可以使用“四床”结构，其中两床在线同时两床再生，然后再生了的床被设置在线，而另外的用完的床被再生以提供高的生产能力。四个吸附床通常作为两对床来运行，两对吸附床的吸附/再生循环的阶段需要协调。这样就可以使用四个具有常规外形和设计的简单吸附器来避免使用更大规模设备会遇到的压力降和运输难题。但是这种方法需要非常高的资金投入而且增加了大规模分离单元的设计复杂性。
US-A-5571309描述了一种吸附工艺，其中使高压和低压原料气流通入多个吸附床中的每一个。各床以不同步循环运行。在单一的吸附循环期间，给定床的原料气以低压和高压顺序送入，并且必须在高压和低压供气阶段前要启用一个再增压阶段。该方法寻求解决由单一吸附单元提供高压和低压产品流的问题。
US-A-5571309的方法没有公开大规模处理原料气而并不导致过度的复杂性和成本的方法，以避免或解决不能接受的高压力降和原料气流分布的技术难题，这些技术难题与常规TSA工艺的大规模运行相关。
现在我们发现，例如不理想的流体流、床体流化和不能接受的压力降等技术问题、以及包括成本、设计复杂性和大规模设备的运输困难等经济和实际问题，可以通过采用一种使用至少三个吸附区的TSA方法来降低或避免，其中在使用中至少有两个区总是在线，并且其中原料气以在该工艺的吸附步骤中基本恒定的压力被连续供入该工艺过程。每个吸附区重复经过吸附和再生循环，在循环中每个区的阶段跟其它区不同，使得在任何给定时间有至少两个区在从原料气中吸附某种成分，并有第三个区在再生，再生的吸附区在处于吸附阶段的一个吸附区转为离线再生时或之前要转成在线。通过采取TSA方法，PSA方法所内有的特性也避免了。
发明内容
本发明的第一个方面提供了一种降低原料气中某种成分的水平的方法，它包括将原料气通过至少三个平行变温吸附区，其中每一区都装有吸附剂且在一个吸附循环中运行，吸附循环包括除去或降低原料气中某种成分水平的吸附步骤(并且在该循环中原料气在吸附步骤中被连续供至吸附区)、吸附区的减压、使所吸附成分脱附的再生步骤和吸附区的重新加压，其中每个区的吸附循环的阶段都要跟其它区的吸附循环相协调，以便在吸附循环中任意一点，吸附步骤中的吸附区数目都要比不在吸附步骤的吸附区数目多。
合适的是，送入吸附步骤的气体的压力在给定的吸附循环中基本恒定。在给定的吸附循环的吸附步骤期间，原料气的压力适宜没有不连续的变化。吸附循环优选不包括多于一个的吸附步骤，但是如果确实包括了一个以上的吸附步骤的话，在一个以上的吸附步骤的每一个中的原料气压力最好与该循环中其它步骤中的压力相同。
优选的是，在不同的吸附循环中原料气压力不变，但是可以按需使用与在相同或不同吸附区的后续或先前吸附循环中的压力不同的原料气。
原料气适宜在吸附区的上游进行分流，以产生多重原料气流，供入于任意给定时间均在线的至少两个吸附区中。
在再生步骤中，一种再生气体适当通入正在再生的吸附区中，将吸附的成分脱附，从而使此吸附区再生以用于新的吸附循环中的随后吸附步骤。
有利的是，跟现有工艺方法相比，在给定的设备规模下可以保证较高的加工量，而且能避免使用较大规模设备来达到相当生产量所带来的高成本、流量波动和压力降低等缺点。
本发明的第二个方面提供了对原料气中某种成分进行变温吸附所需的变温吸附设备，此设备包含至少三个平行的适于放置吸附床的变温吸附区，和控制原料气在上述至少三个吸附区中的流动以使每个区都经历重复的吸附循环的设备，所述循环包括一个除去或降低原料气中某种成分的水平的吸附步骤(并且在该循环中原料气在吸附步骤中被连续供至吸附区)、吸附区的减压、使所吸附成分脱附的再生步骤和吸附区的重新加压，并且其中每个区的吸附循环都要跟其它区的吸附循环相协调，以便在使用中，吸附步骤中的吸附区数多于不在吸附步骤中的吸附区数。
再生步骤适当包括向正在再生的吸附区中通入再生气体。根据本发明所述的设备还适当包括控制再生气体的流动以使每个吸附区顺续进行再生步骤的设备，和加热再生气体的加热器。
控制原料气流的装置可以包括导管，该导管用于气流在吸附区中流动或连接吸附区和连接每一吸附床至原料气源和已去除或降低不需要成分的气体自该装置的出口，在所述导管中的阀门装置可以操作以开关相应的导管。尤其优选的是，控制气流的装置包括的阀门控制装置被程序化，以顺序操作阀门装置，产生所需的操作吸附循环。
该装置还适当包括控制用于再生、减压和再加压的气流的装置。
在优选实施方案中，吸附区由常规吸附器限定。优选所述装置包括三个吸附器。
作为实际的优点，使用三个各自具有两个较大吸附器的每一个的一半容量的吸附器，需要的吸附剂比所述的两个具有两倍容量的吸附器少约25％。在常规运行两个床的大吸附器系统时，一次只有一个床体在线。但是，在运行三吸附器系统时，在给定的时间三吸附器中有两个在线，提供相当的处理量。此外，通过将原料气分为两股流同时送入两个吸附器中，与常规装置相比，设备所需的管道和阀门的尺寸将会减小，并产生明显的成本效益，这是因为阀门成本一般随其尺寸而显著增加。
优选地，在本发明装置中实施本发明的方法。
适当地，至少两个吸附区处于吸附步骤中，且在吸附循环期间的任意时刻至少一个是处于再生步骤。优选地，在吸附循环期间的任意时刻，处于吸附步骤中的吸附区数目是恒定的，以便有利地提供相对恒定的原料气处理量并减少在下游工艺中的流量浮动。理想的是，在循环期间的任意时刻，处于吸附步骤中的吸附区数目比吸附区总数少一个，以便在任意时刻只有一个区处于再生步骤，以使原料气的处理量最大。
在优选实施方案中，每一区的吸附循环开始的时间不同于其它区的吸附循环开始的时间，并且对于所有的吸附区而言，每一区的吸附循环持续时间基本相同。另外更优选的是，每一区的吸附步骤与其它区的吸附步骤的持续时间基本相同。更优选的是，吸附步骤与吸附循环的持续时间之比不低于吸附区数目减一与吸附区数目之比。
作为参比，在此所述的吸附循环被认为是起始于吸附步骤，随后是减压、再生步骤和再加压。
原料气包含需要的成分和需要通过吸附而从原料气中除去的成分。例如，原料气可含有二氧化碳和水。原料气可以是天然气或合成气，且在优选实施方案中，原料气是空气。经处理之后，使该气适当进入冷冻分离的下游工艺，尤其是为了回收氧和/或氮。
当原料气含有二氧化碳和水时，通过与第一种吸附剂接触而对其进行适当处理，以便在适当地在第二种吸附剂上除去二氧化碳之前除去水。合适的吸附剂包括铝土、硅胶、活性铝土、浸渍铝土和分子筛例如X型、A型和LSX沸石。优选沸石的硅铝比为1.0-1.25。水吸附剂材料优选为硅胶、活性铝土或浸渍铝土，而二氧化碳吸附剂材料可以是分子筛例如沸石。沸石可以是粘合的或非粘合的。优选沸石是钠交换的沸石X、钠交换的沸石Y或钙交换的沸石X。需要时，在单个床体中可以使用一种以上的吸附剂，例如作为许多分列的层。
优选地，水吸附剂和二氧化碳吸附剂被设置在复合床中，二氧化碳吸附剂在水吸附剂的下游，虽然在需要是可以使用分列的床。
优选的是，根据本发明的TSA工艺的运行是利用至少三个平行的流路和理想地是与吸附区相同数目的流路，以使该工艺是以循环的方式运行，该循环方式包括用不同步循环的单独流路吸附和脱附，以提供通过所述至少三个吸附区的所述工艺原料气的假连续流。这种设置对于降低成本和工艺设计的复杂性也是有益的。
适当地是在-50至80℃、优选0至60℃、尤其是5至50℃的温度下将原料气送入吸附步骤。合适的原料气压力至少为100000N/m2，优选200000至4000000N/m2，更优选200000至3000000N/m2，理想的是200000至2000000N/m2。在吸附步骤中，原料气被以连续的方式供入吸附区中。
在所述工艺中，将原料气送入吸附区并使之与适宜为床体型式的吸附剂接触。当混合物通过吸附剂时，待吸附的组分被吸附，随后其余的气体通出吸附区。在工艺过程中，待吸附气体的前锋在吸附剂中形成并从中通过。随后按需要终止吸附步骤，加热吸附区，并任选地对其进行减压，通过向该区中通入再生气体而在再生期间清除吸附的气体。
所述吸附步骤适宜以本领域技术人员已知的常规方式操作。
优选地，再生气体包括由下游工艺循环的气体，例如来自空气分离设备的干燥且不含二氧化碳的富氮废气流。优选再生气体包括氧、氮、甲烷、氢、氩、及其混合物。
吸附剂的再生适宜利用再生气体在高于床吸附温度的温度下、适宜在0-400℃、优选40-200℃的温度下进行。
适宜的是，再生压力为10000-2000000N/m2，优选20000-1500000N/m2。尤其理想的是，再生压力不超过原料气压力的50％。
再增压可通过经由待再生的床体向上游输送原料气或向下游输送处理过的气体而进行。再增压气体的压力高于吸附区的压力。
优选地，以再生气体对原料气的摩尔流率为0.05-0.8、更优选为0.1-0.5运行该工艺。
适宜的是，在TSA工艺和TPSA工艺中，原料气向吸附区的送气时间为6-1000分钟，优选为70-300分钟。在TEPSA工艺中，原料气向吸附单元区的适宜送气时间为10-150分钟，优选为20-80分钟。
有利的是，在使用中，当吸附剂在立式或卧式吸附器中为独立式时，流体流量适宜不超过床体流化发生时的流量的90％，理想地是不超过70％。
本发明也允许使用具有不同于其它气体的特性的独立原料气。在被送入吸附循环时，每种气体可具有不同的组成或具有不同的性质例如流量、压力、温度和速度。在这些情况下，每一吸附区的设计均考虑到了不同原料的最极端条件，从而使不同的原料可在每一床体间循环并于其间再生。在给定的吸附循环中，尽管吸附循环彼此间的原料气组成或性质可能不同，但原料气的组成和性质不变，并且该气被连续送入吸附区。
本发明在优选实施方案中还提供一种变温吸附装置，其包括：至少三个吸附器，与每一吸附器流体连通的原料气入口组件，与呈平行通道排列的所述至少三个吸附器流体连通的出口组件，使原料气通过每一吸附器并通向出口组件的流控装置，和包括与所述出口组件流体连通从而使再生气体能通入每一吸附器的导管和加热再生气体的加热器的再生组件，所述流控装置和再生组件的排列方式使得每一吸附器在使用中反复经历一个吸附循环，该循环包括吸附步骤、减压、再生步骤和再增压，并且每一吸附器的吸附循环与所有其它吸附器的循环不协同，前提是在使用中的任意时间至少有两个吸附器处于吸附步骤，并且所述流控制装置在吸附步骤期间将原料气连续送入吸附区中。
本发明可与其它常规的气体分离设备和其它用于气体分离的装置结合使用。本发明也可应用于其它领域，包括间接用途，例如在船用中解决储氧的安全问题。对于出于经济、安全或其它因素使得向下游工艺连续送气具有重要性的应用领域，本发明提供了优势。例如，对为下游的费-托或甲醇制备工艺可靠供氧的要求十分重要，而本发明通过可在常规模式下操作而提供了安全性，即在第三吸附器失灵的情况下例如当遇紧急情况时或当工艺定期停歇时利用一对床体。
附图说明
图1表示现有技术的两床TSA工艺操作的常规循环。
图2为根据本发明的装置的示意图。
图3表示根据本发明的方法和图2的装置的操作循环。
具体实施方式
图1和3中，“D”表示减压，“R”表示再增压，“REGEN”表示再生。图1中示出了常规TSA工艺循环，其中第一床的吸附剂在线，接纳原料气并吸附该气中的至少一种不需要的成分，随后将经处理过的原料通向下游，任选地用于进一步处理。第一床在线的同时，对第二床顺序进行减压、通过在线时使再生气体以相对原料气反流通过所述床体而进行再生、然后进行再增压。至少在再生的起始阶段对再生气体进行加热，以提供通过整个第二床体并对吸附的不需要的成分进行脱附的热脉冲。然后对第二床体进行再增压。再增压之后，将第二床转至在线运行，而使第一床离线并对之进行减压、再生和再增压处理。
常规的TSA工艺一般的循环时间为几个小时，而常规的PSA工艺的循环时间为几十分钟。因此，利用下游的经处理的气体来对正在进行再生的床体进行再增压不会对下游物流的连续性产生与PSA工艺中相同程度的不利影响。
示于图2中的用于本发明的装置包括平行排列的三个吸附剂床1、2和3。每一床体均通过相应的入口阀4、5和6连接连至原料气源8的入口歧管7。床体1、2和3中的每一个的入口端还通过相应的排气阀10、11和12连接至第一排气歧管9。床体1、2和3中的每一个的出口通过相应的出口阀13、14和15连至出口歧管16，该出口歧管16连接下游处理装置比如空气分离装置的冷箱17。将来自例如空气分离装置的再生气体于输入端18通过加热器19供至图2装置中，所述加热器19周期性启动以提供再生气体的热脉冲并且连接床体1、2和3中的每一个的出口端，使反流清洗流通过相应的入口阀20、21和22。床体1、2和3的出口通过阀门23、24和25彼此互连，以允许来自出口歧管16的再增压气流。以已知的方式提供适当的控制手段(未示出，但以新的顺序)对控制阀的操作进行控制，以提供分阶段进行的床体1、2和3的吸附循环。
床体1、2和3的运行阶段示于图3中，该图中示出了一个吸附循环。正是这一循环得以重复进行。图3中可见，在每一床的在线或进料期间，其它床中的至少一个也同时在线。每一床顺序进行在线、减压(D)、再生和再增压(R)操作。当在ta第一床1被离线时，使经过在tc被减压、再生和再增压的再生的床2在线。这期间，第三床3在线(该床在第一床1的吸附步骤期间于tc时开始在线)，随后在第二床的吸附步骤期间在使第一床1在线后于tb被离线。被离线后，第一床随后被减压、再生和再增压，然后使其于tb在线，此时使第三床离线并对其进行减压、再生和再增压。
当使一床离线而使另一床在线时，会产生两床均在线的短时交错时间，这使阀门的机械开合操作得以进行。
适当调整各床的循环，以使各床在线期内有例如10-20秒的交错期。在这些交错期内，可进行排气以维持处理过的气体有恒定输出。
易于理解的是，在示于图2的装置的变体中可同时包括另外的床体。
以下参照下列非限制性实施例和附图说明本发明。
实施例1-6和对比例A1-A12
通过模拟，对示于图2并按图3所示分阶段进行吸附循环的利用立式床体的本发明的TSA系统的效力进行评估。
根据示于图1的常规TSA循环模拟常规工艺的双床和两对床的操作，其中为对比而使所述的床体交替在线和离线。
以1000000Nm-2、600000Nm-2和300000Nm-2对三组运行进行了模拟。
使用密度为640kg/m3的沸13X作为吸附剂。交替利用小吸附剂珠和大吸附剂珠进行模拟运行，小珠直径为1.0至2.4mm，大珠直径为2.4至5mm。
洗气对空气的摩尔比(P/A)为0.15，接触时间定为7秒，原料气的温度为15℃。床体直径为5米。在给定压力下各运行的床体流化率近似恒定并低于70％。使用的最大再生温度为140℃。
结果示于表1-3中。
表1-1000000Nm-2的立式床
  例   珠尺寸   床数   床高(m)   空气流量(Nm3/h)   DP.Pa/m(空气)   DP.Pa/m(热洗气)
A1 小 2 1.06 100,000 3533 2755
  1   小   3   1.06   200,000   3533   7073
A2 小 4 1.06 200,000 3533 2755
  A3   大   2   1.06   150,000   3509   1687
2 大 3 1.06 300,000 3509 5143
A4 大 4 1.06 300,000 3509 1687
DP(空气)是指在线操作时的压力降，DP(热洗气)是指再生步骤期间的压力降。
表2-600000Nm-2的立式床
  例   珠尺寸   床数   床高(m)   空气流量(Nm3/h)   DP.Pa/m(空气)   DP.Pa/m(热洗气)
  A5   小   2   1.4   80000   4000   2100
  3   小   3   1.4   160000   4000   5158
  A6   小   4   1.4   160000   4000   2100
  A7   大   2   1.4   120000   3830   1200
  4   大   3   1.4   240000   3830   3567
  A8   大   4   1.4   240000   3830   1200
表3-300000Nm-2的立式床
  例   珠尺寸   床数   床高(m)   空气流量(Nm3/h)   DP.Pa/m(空气)   DP.Pa/m(热洗气)
  A9   小   2   2.47   50000   3619   1183
  5   小   3   2.47   100,000   3619   2755
  A10   小   4   2.47   100,00   3619   1183
  A11   大   2   2.47   70,0000   2808   562
  6   大   3   2.47   140,000   2808   1518
  A12   大   4   2.47   140,000   2808   562
由以上结果可见，在实施例1-6中，通过加入第三床并且使各吸附循环不同步进行，可以获得与常规的双床系统相比显著更高的空气流量并与常规的四床系统相当的空气流量。用三床而非四床，可以获得资本和可变成本的巨大节省。
实施例7和8以及对比例B1和B2
在与实施例1-6和A1-A12相同的条件下，对5米直径和2米深的立式床进行了一系列模拟。压力为600000Nm-2。
结果示于表4中。
表4
  例   珠尺寸   床数   空气流量(Nm3/h)   床长度(m)   DP.Pa/m(空气)   DP.Pa/m(热洗气)
B1 小 2 1000,000 34 3711 1515
7 小 3 1000,000 16 3711 4379
B2 大 2 1000,000 34 1711 571
8 大 3 1000,000 16 1700 5391
对于给定的空气流量根据本发明进行操作，使得可以利用长度比在常规工艺中可用的更短的立式床体。或者，对于给定的床体长度，本发明使得可以获得比常规工艺显著更高的处理量。
实施例9和对比例C1
在与实施例1-6和A1-A12相同的条件下，对5米直径和1.2米深的装有小珠尺寸吸附剂的放射式床进行了一系列模拟。压力为600000Nm-2。
结果示于表5中。
例 空气流量(Nm3/h) 床长度(m) 床数 DP.Pa/m(空气) DP.Pa/m(热洗气)
  C1   1000,000   30   2   4180   2618
  9   1000,000   15   3   4180   6828
对于给定的空气流量根据本发明进行操作，使得可以利用长度比在常规工艺中可用的显著更短的放射式床体。或者，对于给定的床体长度，本发明使得可以获得比常规工艺显著更高的处理量。

Claims (29)

1.一种降低原料气中某种成分含量的方法，所述原料气选自空气、天然气或合成气，并且所述成分是所述原料气的成分，该成分会影响所述原料气中的成分气体的冷冻分离，所述方法包括向至少三个平行的变温吸附区中通入原料气，其中每一区均含有吸附剂并且在吸附循环中运行，所述循环包括除去或降低原料气中所述成分含量的吸附步骤并且在该循环的吸附步骤中原料气被连续送入吸附区、吸附区减压、使吸附的成分脱附的再生步骤和吸附区的再增压，其中每一区的吸附循环相对于其它各区的吸附循环而分阶段进行，以便在所述吸附循环中的任意时刻，处于吸附步骤的区数多于未处于吸附步骤的区数。
2.权利要求1的方法，其中将所述的已从中除去不需要的成分的原料气供至下游的冷冻分离工艺。
3.权利要求2的方法，其中所述的原料气是空气，并且通过所述方法从所述空气除去二氧化碳和水。
4.权利要求1-3中任一项的方法，其中所述的吸附剂选自铝土、硅胶、活性铝土、浸渍铝土和分子筛。
5.权利要求1-3中任一项的方法，其中所述的不需要的成分包括二氧化碳和水，所述的吸附剂包括选自硅胶、活性铝土、浸渍铝土和铝土的第一种吸附剂和包括沸石的第二种下游吸附剂。
6.权利要求5的方法，其中沸石选自硅铝之比为1.0-1.25的X型、A型、LSX型沸石。
7.权利要求1-3中任一项的方法，其中所述的原料气的温度为-50至80℃。
8.权利要求7的方法，其中所述的原料气的温度为5至50℃。
9.权利要求1-3中任一项的方法，其中吸附剂的再生是在0至400℃的温度下进行的。
10.权利要求1-3中任一项的方法，其中通过再生气体对吸附剂进行再生，再生气体与原料气的摩尔比为0.05-0.8。
11.权利要求1-3中任一项的方法，其中再生气体的压力为10000-2000000N/m2。
12.权利要求1-3中任一项的方法，其中原料气的压力至少为100000N/m2。
13.权利要求12的方法，其中原料气的压力为200000-4000000N/m2。
14.权利要求1-3中任一项的方法，其中原料气的温度为5至50℃，压力为200000-4000000N/m2。
15.权利要求1-3中任一项的方法，其中输入吸附步骤的气体的压力基本恒定。
16.权利要求1-3中任一项的方法，其中吸附区的再增压是通过将一种较高压力的气体由吸附区的上游供入该区而进行的。
17.权利要求1-3中任一项的方法，其中所有吸附区的吸附循环持续时间基本相同。
18.权利要求1-3中任一项的方法，其中吸附步骤与吸附循环的持续时间之比不低于吸附区的数目减一与吸附区的数目之比。
19.权利要求1-3中任一项的方法，有三个吸附区。
20.权利要求1-3中任一项的方法，其中在循环期间的任意时刻处于吸附步骤的区数比吸附区的总数少一。
21.一种包括对原料气的某种成分进行变温吸附的变温吸附装置的气体分离设备，该变温吸附装置与气体分离装置连接并用于净化所述原料气以及为气体分离装置提供净化的原料气，该变温吸附装置包括适宜容纳吸附剂床的至少三个平行变温吸附区和控制原料气流通过所述的至少三个区以使每一床经历重复的吸附循环的装置，所述循环包括除去或降低原料气中所述成分含量的吸附步骤并且在该循环的吸附步骤期间原料气被连续送入吸附区、吸附区减压、对吸附的成分进行脱附的再生步骤和吸附区的再增压，其中每一区的吸附循环相对于其它各区的吸附循环而分阶段进行，以便在使用中，处于吸附步骤的区数多于未处于吸附步骤的区数，其中所述变温吸附装置具有净化的原料气出口，该出口与所述气体分离装置的原料气进口连接。
22.权利要求21的设备，其中吸附区由选自卧式、立式和放射式的床体容器限定。
23.权利要求21或22的设备，其中控制原料气流的装置包括导管，其用于气流在吸附区中的流动或连接吸附区和连接每一吸附床至原料气源和所述气体分离装置的出口，在所述导管中的阀门装置可以操作以开关相应的导管。
24.权利要求21或22的设备，其中控制气流的装置包括的阀门控制装置被程序化，以顺序开动阀门装置，产生所需的操作吸附循环。
25.一种包括变温吸附装置的气体分离设备，该变温吸附装置与气体分离装置连接并用于净化所述原料气以及为气体分离装置提供净化的原料气，所述变温吸附装置包括：至少三个吸附器，与每一吸附器流体连通的原料气入口组件，与呈平行通道排列的所述至少三个吸附器流体连通的出口组件，使原料气通过每一吸附器并通向出口组件的流控装置，和包括与所述出口组件流体连通从而使再生气体能通入每一吸附器的导管和加热再生气体的加热器的再生组件，所述流控装置和再生组件的排列方式使得每一吸附器在使用中反复经历一个吸附循环，该循环包括吸附步骤、减压、再生步骤和再增压，并且每一吸附器的吸附循环与所有其它吸附器的循环不同步，前提是在任意时间至少有两个吸附器处于吸附步骤，并且所述流控装置在吸附步骤期间将原料气连续送入吸附区，其中所述变温吸附装置具有净化的原料气出口，该出口与所述气体分离装置的原料气进口连接。
26.权利要求25的设备，其中吸附区由选自卧式、立式和放射式的床体容器限定。
27.权利要求25或26的设备，其中流控装置包括导管，其用于气流在吸附区中的流动或连接吸附区和连接每一吸附床至原料气源和所述气体分离装置的出口，在所述导管中的阀门装置可以操作以开关相应的导管。
28.权利要求25或26的设备，其中流控装置包括的阀门控制装置被程序化，以顺序开动阀门装置，产生所需的操作吸附循环。
29.权利要求21-28中任一项的设备的用途，用于权利要求1-20中任一项限定的方法中。
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