TWI331545B - Pressure swing adsorption process with improved recovery of high-purity product - Google Patents

Description

1331545 5 9 九、發明說明： 發明所屬之技術領域 本發明係關於一種用於分離大量氣體混合物和純化含 有低濃度的不希望組份的氣流的變壓吸附方法。 ' 先前技術 變壓吸附是用於分離大量氣體混合物和純化含有低濃 φ 度的不希望組份的氣流的公知方法。爲了更廣範圍的原料 氣、操作條件、産物純度和產物產量，已經對這種方法進 行了發展和修改。許多變壓吸附系統利用兩個或更多以循 • 環順序運行的吸附劑床，以在所選擇的床經歷包含吸附、 ' $壓、排空、淨化、壓力均化、再增壓和別的相關步驟的 不同步驟時維持不變的産物流速。人們要求採用了衆多操 7步驟的多吸附劑床以獲得對諸如氫、碳氧化物類、合成 乳、輕質烴和類似物的有價值氣體産物的高純度和/或產 # * :爲了包括攜帶型醫學氧集中器的各種應用，採用了這 —操作步驟的多吸附劑床也被用來從空氣中回收氧。 k二變壓吸附方法中的許多部分地在低於大氣壓的壓 . 力下運行，它們在本領域中被描述爲諸如真空變壓吸附 (VSA)或壓力-真空變壓吸附（PVSA)方法。在本說明書 不s運仃壓力水平如何，變壓吸附（psA)被用作松 述所有類型的循環吸附系統的通用術語。 β 〃在變壓吸附方法循環中，需要用於淨化和再增壓步 乳體由別的操作步驟獲得的氣體供應。再增麼可以通過利 1331545 用最终産物氣、床間壓力均化獲得的申間氣、原料氣或它 們的結合來實現。可以通過來自別的床的中間減壓氣和/或 $過最終産物氣來提供淨化。 原料再增壓被公開於有代表性的美國專利第4，4〇6， 675號和第5, 540, 758號中，以及歐洲專利公開第〇354259 號中。產物氣用於淨化和/或再增壓的使用存在於代表性的 美國專利第5,328,503號、第5,41卜578號、第5,429, 666號和第5, 656, 067號中。美國專利第5 , 33〇 , μ 號和第5, 203, 888號公開了採用了增壓原料氣或産物氣 的床再増壓。 爲了增加産物產量，人們期望在變壓吸附方法中最小化 用來淨化和再增壓的産物氣的量。由於原料氣組成、産物 吨度要求以及産物產量要求，在許多情況下這可能很困 難:在大多數變壓吸附方法中，例如，在産物純度和産物 產量之間有-個折衷，纟中増加的産物純度是由産物產量 的降低來實現的。在本領域中有對允許在更高産物純度水 平下増加的産物產量的改進的方法循環的需求，這種需求 &下14的發明提出並定義於隨後的中請專利範圍中。 發明内容 本發明的第一個實施古斗、】 脚耳苑方式包括在變壓吸附方法中採用 在循環操作步驟下運杆&夕 、， 連订的夕個平行吸附劑床（adsorbent bed) 以從包含至少一種較弱可吸附組份(less strongly —c〇mponent)和至少一種較強可吸附組份—代 6 1331545 strongly adsorbable component)的原料氣混合物中回收較 弱可吸附組份的操作步驟，其中每個吸附劑床有原料端 (feed end)和産物端（product end) ’其中每個床至少經受原 料/産物步驟（feed/product step)、一個或更多減壓步驟、其 中富集了較弱可吸附組份的淨化氣被引入到床的産物端並 且淨化排出氣（purge effluent gas)被從床的原料端抽出的淨 化步驟、以及一個或更多再增壓步驟。操作步驟包含在除 第二吸附劑床中原料/產物步驟期間之外的任何時間，把至 少一部分從第一吸附劑床抽出的淨化排出氣引入到第二吸 附劑床的原料端。 另一個實施方式涉及用於從包含至少一種較弱可吸附 組份和至少一種較強可吸附組份的原料氣混合物中回收較 弱可吸附組份的變壓吸附方法，其令方法包括在許多個吸 附劑床中實施循環操作步驟，每個床有原料端、産物端和 選擇性吸附較強可吸附組份的吸附材料（ads〇rbent materiai)，在循環操作步驟中每個床依次運行，該循環操 作步驟包括原料/產物步驟、其中氣體在減壓時被從床中抽 出的—個或更多減壓步驟'其中富集了較弱可吸附组份的 淨化氣被引人到床的產物端並且淨化排出氣被從床的原料 淨化㈣’以及其中氣體在增料被引人床中的 個或多個再增壓步驟一個再增壓步驟包含在除第二吸 附劑床中原料/産物步驟期間之外的任何時間，把至少―部 :從第-個床的原料端抽出的淨化排出氣引入到第二個床 7 1331545 中另外的減壓氣由一部分從第四吸附劑床抽出經歷了原料 /産物步驟的産物氣提供’以及把淨化排出氣引入第一吸附 劑床原料端’其中淨化排出耽由至少一部分從第二吸附劑 床的原料端排空的經歷了淨化步驟的氣體提供；以及 (9) 以循環方式重複步驟（1)至（8)。 本發明的一個相關實施方式包括用於分離包含至少一 種較強可吸附組份和至少一種較弱可吸附組份的原料氣的 變壓吸附系統，該系統包含： (a) 衆多吸附容器（adsorbervessel)，每個吸附容器 有原料端、産物端以及含有至少一種適於選擇吸附較強可 吸附組份的吸附劑的吸附材料床； (b) 管線和閥’其適於把原料氣引入每個吸附容器 的原料端並從每個吸附容器的産物端抽出富集了較弱可吸 附組份的産物氣；以及 (c) 管線和閥’其適於把來自第一吸附容器産物端 虽集了較弱可吸附組份的減壓氣轉移到第二吸附容器産物 端並在除第三吸附容器中原料/産物步驟期間之外的任何 時間把來自第二吸附容器原料端的淨化排出氣轉移進第三 吸附容器原料端。 本發明的另一個相關實施方式包括用於分離包含至少 —種較強可吸附組份和至少一種較弱可吸附組份的原料氣 的變壓吸附系統。該系統包含： (a)四個吸附容器，每個吸附容器有原料端、産物端以 及含有至少一種適於選擇吸附較強可吸附組份的吸附劑的 9 1331545 吸附材料床以及 (b)管線和閥，其適於： (1 )把原料氣引入第— 吸附容器&附谷器的原料端並從第一 及附办益的産物端抽出富 (7) . ^ ^較弱可吸附組份的産物氣； 12) 把—部分富集 it ^ ~ ^ m ^ — 吸附組份的産物氣轉移 進第一及附谷器的産物端； (3)從第一吸附容器

^ ., ^ , 厘物鳊抽出減壓氣並把抽出 的減壓乳引入第三吸附容器的產物端； )㈣％ ^ 4 11的産物端抽出減壓氣並把抽出 的減壓氣引入第四吸附容器的產物端·， ⑴利用真空聚或鼓風機（Μ〇叫從第一吸附容器的 原料端抽出氣體並把抽出的氣體作爲廢氣排放； (6)把淨化氣引入第一吸附容器的産物端，其中當從 原料端排空第一吸附容器並把至少一部分排空的淨化排出 氣引入第四吸附容器的原料端時，淨化氣由第二吸附容器 提供； (7)通過把再增壓氣引入第一吸附容器的産物端增 壓第一吸附容器’其中再增壓氣由第三吸附容器提供；以 及 (8) 通過把從第四吸附容器獲得的産物氣引入第— 吸附容器的産物端並把淨化排出氣引入第一吸附容器的原 料端來增壓第一吸附容器，其中淨化排出氣獲自第二吸附 容器。 1331545 實施方式 本發明的實施方式利用變壓吸附方法循環來分離氣體 ,合物’纟中至少一部分來自吸附劑床經歷了淨化步驟的 淨化排出氣被用來在除別的吸附劑床原料/産物步驟期間 之外的任何時間再增壓另-個吸附劑床。例如，利用衆曰多 按照改進的方法循環運行的吸附室’該方法可以用來增加 空氣中高純度氧的產量。 ,田月〗A開中，術浯産物氣意思是從吸附劑床抽出並被 $到（有或沒有中間儲存）終端使用的有足夠産物純度的 氣體。原料/産物步驟的^義爲把原料氣引人床的原料端和 從床的産物端抽出産物氣。雖然在這個步驟期間壓力可能 '曰力而這個步驟不同於下面定義的再增壓步驟。減壓 的定義爲伴隨著降低床壓力氣體從吸附劑床的抽出。可以 通過從超大氣壓力（superatomospheric pressure)直接向大 氣排氣或把氣體轉移到處於更低壓力的另外的處理容器或 封閉體積中來獲得減壓。也可以通過排空（eva謙ti〇n)獲得 2壓，它被定義爲通過真空泵或鼓風機從床抽出氣體。排 空可以在床壓的任何範圍進行，但是一般在負壓下，也就 是真二下進行。再增壓被定義爲在除原料/産物步驟其間之 外的任何時間把氣體引入包含吸附劑床的容器，伴隨著增 力床壓來自一個容器的減壓氣被用作另一個容器尹的增 壓氣的轉移在本領域通常被稱爲壓力均化（pressure equalization)，但是兩個床中的壓力在這個步驟的末端不一 定變的相同。 1331545 淨化（purge)被定義爲當淨化排出氣從容器原料端抽出 時淨化氣到容器産物端的引入。淨化可以在降低床壓時、 增加床壓時、固定床壓時或它們的任意結合時進行。當有 益産物是較弱可吸附組份時，在負大氣壓力 (subatmospheric pressure)下淨化一般最有效。淨化氣（當 被用於變壓吸附方法來從包含至少一種較弱可吸附組份和 至少一種較強可吸附組份的原料氣混合物中回收較弱可吸 附組份時）被定義爲任何富集了較弱可吸附組份的氣體。 淨化排出氣中較強可吸附組份的濃度比在淨化氣中高。淨 化再增壓被定義爲在除原料/産物步驟期間之外的任何時 間把至少一部分來自吸附劑床的原料端經歷了淨化步驟的 淨化排出氣轉移到另一個床的原料端經歷再增壓步驟。 應用於變壓吸附方法中的氣流的術語“富集，，意思是 氣μ含有比在原料氣中該組份的濃度高的組份濃度。空隙 空間氣被定義爲吸收容器中包含於空隙或粒間體積的未吸 附氣體’包含管線和容器死體積中未被吸收劑佔用的氣 大氣二氣是直接從環境大氣獲得的未壓縮空氣。 了利選擇性定律描述了給定吸收劑對在包含

兩種組份 二組份分離出第一組份的選擇性。亨 爲在選定條件下第一組份吸附在吸附 數一在同樣條件下第二組份吸附在同 定律常數的比率。亨利定律常數被定 力函數的吸附的組份量的等溫線的起 1331545 術語“較強可吸附的” # “較弱可吸附的，，，當被用來 描述通過變壓或真空變壓吸附方法來分離的氣體混合物中 的組份時，描述了在吸附劑床中吸附材料上的氣體混合物 .+的組份的相對吸附性能。在平均的方法溫度和壓力下， 吸附材料對較強可吸附組份（作爲純組份）的平衡吸附能 ，力比對較弱可吸附組份（作爲純組份）的平衡吸附能^。 這裏所用的非限定冠詞個”（“a”）和“一個” 籲 （“an”）當被用於記載於說明書和巾請專利範圍中的本 發明實施方式中的任何特徵時表示一個或更多。除非特別 指出這種限定的情況下’ “一個，，（“a” ）和“一個” - (“an” ）的使用並不限定其意思爲單個特徵。在單個名 詞或多個名詞或名詞句前的限定冠詞“ the，，表示一個特 別指定的特徵或多個特別指定的特徵並且可能具有一個或 多個内涵，這依賴於使用它的上下文。形容詞“任何” (“ any” ）表示一個、一些或不加選擇的任何量的全部。 # 位於第一實體和第二實體之間的術語“和/或”表示（j ) 第一實體、（2)第二實體和（3)第一實體和第二實體這三 者之一。 這裏所用的通用術語“變壓吸附，，（pSA)適於所有在 最大和最小壓力之間運行的吸附分離系統。最大壓力典型 • 地是超大氣壓的，最小壓力可以是超大氣壓的或負（低於） 大氣壓的。當最小壓力是低於大氣壓並且最大壓力是超大 氣壓時，系統一般被稱爲壓力真空變壓吸附（PVSA )系統。 當最大壓力處於或低於大氣壓並且最小壓力低於大氣壓 13 1331545 時’系統一般被稱爲真空變壓吸附（VSA )系統。 在所有貫施方式中’原料氣包含至少一種較強可吸附組 伤和至/ 種較弱可吸附組份，以及通過對較強可吸附組 份的吸附而相對於原料氣產物氣富集了較弱可吸附組份。 通過下述的減壓、排空和淨化步驟把較強可吸附組份從吸 附劑上除去。原料氣可以低於、處於或高於大氣壓。 可以採用衆多以循環步驟運行的吸附劑床來實施本發 月的實施方式並用丨分離任何包含較強可吸附組份和較弱 可吸附組份的氣體混合物。這些實施方式可以用於包括 和VSA的任何pSA分離方法中。因此用來再增壓的 淨化排出氣的使用可以應用於任何psA、心或ΜΑ用 ==體混合物的分離。下述的特定實施方式特別適於 H中或別的帶有氩和/或氮的氧混合物巾回收氧產 辦這些實施方式可以提供純度在97體積％ 99體積％以上的氧氣產物。 和了此在 本發明一個示範性實祐 表16^„ 貫包方式抓用了四個吸附劑床，通過 表1的循環步驟和表2的 戾的®表對其進行了闡釋。對於第一 床下面的表1給出了每 r母個痛環步驟的說明，其中第—至第 四床相應於表2的床！至4。 至第 循環步驟說明 步驟數 循環步驟 說 明 1 原料/產物 把原料氣引入第一床的原料端並從第一床的産 物端抽出產物氣 2 原料/産物+提 供産物再增壓 把原料氣引入第一床的原料端，從第一床的產物 端抽出産物氣，以及利用一部分産物氣來再增壓 第二床經歷步驟8 3 提供壓力均化 從第一床的産物端抽出減壓氣並把抽出氣引入 第三床的産物端經歷步驟7 4 提供淨化 從第一床的産物端抽出減壓氣並把抽出氣引入 第四床的産物端經歷步驟6 5 排空 通過使用真空泵或鼓風機從第一床的原料端抽 出氣體並把抽出氣作爲廢氣排放 6 接受淨化+排 空/提供淨化再 增壓 把淨化氣引入第一床的産物端，其中當從原料端 排空第一床並把至少一部分排空的淨化排出氣 引入到第四床的原料端經歷步驟8時，淨化氣由 第二床經歷步驟4提供 7 接受壓力均化 通過把再增壓氣引入第一床的産物端來增壓 一床，其中再增壓氣由經歷步驟3的第三床提供 8 接受産物再增 壓+接受淨化 再增壓 通過把步驟2中獲自第四床的産物氣引入第二^ 的産物端並把淨化排出氣引入第一床的原料端 來増壓第一床，其中所述淨化排出氣獲自經歷步 驟6的第三床 1331545 A 2 循環圖表 -----—. 床 ---— 循環步驟 1 —^ 1 —-- 2 3 4 5 6 7 8 2 7 8 1 2 3 4 5 6 3 5 6 7 8 1 2 3 4 4 3 4 5 6 7 8 1 2 時間區間 ---—____ T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 在步驟4和/或步驟4之後步驟5之前的至少一部分期 間T以核用—個可選排放步驟（bi〇wd〇wn step)，其中廢氣 被從床的原料端直接排放到大氣中直到床達到接近大氣 壓’在這一點排空步驟5開始。 圖1顯示了床1的示意流量圖來闡釋該床經歷了順序的 重複步驟1至8。在如圖2所示的交錯的時間周期（time penod)期間，床2，3和4經歷同樣的步驟順序。圖2闡釋 了在時間周期T1和T2期間床1，2，3和4之間的氣流關 係。在時間周期丁3至丁8期間，四個床之間類似的氣流關 係順序發生。採用適當的壓力/真空變壓吸附系統可以實施 适個方法循環，該系統包含原料壓縮機或鼓風機、真空泵 或鼓風機、吸附劑、四個吸附容器、管線和流動控制系統。 匕種PVSA系統在吸附氣體分離領域中是衆所周知的。如 果可以獲得適當壓力下的原料氣，那麼就不需要原料壓縮 機或鼓風機。可以通過本領域公知的任何適當的閥和多頭 1331545 峰 e系來控制原料氣、產物氣和床間 剎田^加w 例如，系統可以 】用夕個控制器操縱的球閥來影響適當的循環步驟。可選 的’-個或更多旋轉閥可以用於這個目的。例如這裏可 使用的示範性的旋轉閥例子描述於㈣5年8月5日提出的 美國專财請系列帛1()/197 ’ 859號中，通過參考將該申 請結合於此。 雖然上面的實施方式闡釋了採用四個床的ΜΑ循 環’然而包含使用來自-個床的淨化排出氣來再增壓別的 床的特徵的別的循環也是可行的。例如，在有適當的循環 步驟下可以使用兩或三個床，但是可能需要一個或更多氣 體儲存槽。如果期望另外的壓力均化步驟，那麼可以使用 超過四個床。 上述方法特別適於從空氣或帶有氯和/或氣的別的氧混 合物中回收高純氧（即包含超過97體積％氧），其中淨化 排出再增壓步驟容許至》10%的氧回收。另外，使用淨化 排出氣來再增壓床❹了用來再增壓的産減的量。由於 産物氣處於比淨化排出氣高的壓力…淨化排出再增壓的採 用節約了壓縮能並降低了整個方法的能量需求。同樣，上 述方法容許使用與PVSA系統中一般使用的吸附劑相比具 有較低的1亨利定律選擇十生的吸附劑來從空氣或別的含氧 氣體中回收氧。本發明各個實施方式使用的吸附劑對於較 強可吸附組份相對較弱可吸附組份來說可以具有低於大約 2.0，可能低於大約1<5的亨利定律選擇性。在分離空氣獲 得高純度氧産物中，較強可吸附組份是氬，較弱可吸附組 1331545 份是氧。 上述方法可以使用任何選擇性吸附氮和/或氬的吸附劑 或吸附劑的複合來從空氣或別的帶有氬和/或氮的氧混合 物中回枚氧。用於本方法來從這些氣體混合物的任何一個 中回收氧的示範性吸附劑床可以包含：包括活性氧化鋁、 NaX、NaKLSX (低二氧化石夕χ) 5戈其結合的吸附劑的組合

作爲除去水、二氧化碳和別的雜質的預處理區，接著是非 必需的LiX或LiLSX沸石的層，然後是AgULSX沸石的 層。可以用於本方法的示範性的A Lsx 美國專利第6,432，17〇號中，通過參考將其結合於^。、 在用於從空t中回收高純度氧的纟實施方式進展期 間’我們意識到在淨化步驟的後半段期間淨化排出氣中的 氧濃度比在環境空氣中高。由於真空泵可以在任何期望的 排放壓力運行，如上所述的那樣排放的淨化排出氣可以用 來再增壓。至少-部分淨化排出氣被用來在除該床的原料/ 産物步驟之外的任何時間來再增壓吸附劑床，如果希望的 話’所有淨化排出氣可以用來再增壓。

在-個典型的用來從空氣中回收氧的pvsA方法中，淨 化與原料比（P/F)被維持在或接近選定的設計值，讓值依 賴於包括氧純度的不同的操作參數。淨化與原料比（听） 被定義爲在-個循環期間從床的原料端抽出的實際氣 積與在該循環期間被引人到床的原料端的實際氣體體 比。實際體積被定義爲利用摩爾流速、溫度和屡 值對特定步驟的全過程積分的值。可以參考圖…p/J 1331545 ♦ 6期間從床1的原料端抽出的實際氣 1 ’ 2和8期間被引入床1的原料端的 比。 從工Ό回收氧中的淨化與原料比通常大於大約5並 且對於高於97體積％得氧產物純度可能大於大約2 5。所 需的P/F比隨産物純度增加而增加。僅僅通過排出排空流 或通過排出排空流和淨化排出流的第-料（其可能具有

比解釋爲在步驟5和 體體積之和與在步驟 貫際氣體體積之和的 低氧濃度)，可以維持期望的p/F比。然後淨化排出流的剩 餘部分可以用來再增壓。除了在原料/産物步驟把原料氣引 入床中期間之外’冑用全部或一部分淨化排出流用於再增 壓有助於把比原料氣氧濃度高的氣流再循環人床中。通過 使用淨化排出再增|^程度上抵消了對於具有低選擇性 吸附劑爲了高純度産物採用高p/F比對氧産物產量極 影響。 在表1和2的循環中，通過同時把淨化排出氣引入床的 原料端和把產物氣引入床的産物端來實施再增壓步驟8。 I選的，産物端再增壓的實施完全可以在淨化氣再增壓之 前或之後，或者如期望的那樣產物端再增壓的周期可以與 淨化氣再增壓的周期重疊。 下面的實施例闡釋了本發明的實施方式，但是並没有把 本發明限定於其中描述的任何具體的細節。 實施例1 用SIMPAC模擬了 VPSA方法，SIMPAC是一種細緻的 吸附方法模擬裝置。SIMPAC考慮了多組份吸附等溫線、 1331545 各種物質轉移模型、多個吸附層以及總的方法流程圖。 SIMPAC的更多詳情討論於Kumar等人的也曼 (Chemical Engineering Science)，49 卷，18 期，3ΐΐ5·3ΐυ 頁。該實施例中的循環類似於表W 2中描述的循環，但5 是沒有淨化再增壓，也就是說，步驟6期間從床排空的； 有淨化氣流出被排放而不是用來再增壓另一個床。用等價 實際體積的原料氣代替步驟8中的淨化再增壓流以在床2 口端維持類似的壓力經歷。每個循環步驟具有175秒的持 續時間，總循環時間爲14秒.四個吸附劑床的每一個具有 42.7毫米的直徑，*包含位於惰性材料的原料端代表用來 除去水和二氧化碳的吸附劑的厚度爲43毫米的第一層、厚 度爲25毫米的LiLSX第二層以及厚度爲145毫米的挑 Ag-交換的LiLSX第三層。採用2 57大氣壓的最大空氣原 料壓力和5.05的原料端壓力比（最大原料壓比最小i排空' 壓），系統在3TC的原料溫度下運行，獲得128標準升^分 ⑶Pm)的純度爲99.〇摩爾％的氧。淨化與原料比（上面 定義的）爲3.33，氧氣産物產量是2〇 85〇/^ 實施例1中每個給定床入口端的壓力經歷列於圖3中。 實施例2 重複實施例1對表丨和2描述的循環的模擬，1中包括 步驟8的淨化再增壓而不是原料再增壓。淨化與原料比類 似，爲3 3 0。氧產量増加到2 3.4 3 %。 實施例2中每個給定床入口端的壓力分佈圖列於圖3 中。 20 實施例3 按照表1和2中描述的循遌.審> ^ 備每運仃四床中試VPSA裝置以 獲得循環的試樣結果資料。每 咸士 母個循環步驟具有1.75秒的持 續時間。申試裝置由以環形模 t模式排列的ό個柱體組成，每 ㈣㈣㈣和産物端帶有電磁閥排。閥與柱體環内的金 请連接。通道相交於圓筒内以確保所有柱體間相等的 流動路徑°該元件是完全儀錶的以保證物質平衡閉合並提 供溫度、壓力和各種流的流速。可變程式邏輯控制器操作 循環並記錄資料。每個床包含於具有42.7毫米内徑的柱體 中》四個吸附劑層設置於每個柱體中，包括位於原料端包 含厚度爲26毫米的20X28目活性氧化鋁的第一層、 包含厚度爲）7.0毫米平均粒徑爲〇 6毫米的μ沸石的第 一層’包含具# 25毫米的厚度和〇4毫米的平均粒徑的低 鐘石夕石X滞石的第三層以及包含厚度爲145 〇毫米的

AgLiLSX(平均粒徑肖〇 4毫㈣鄉銀離子交換的鐘低石夕 石X沸石）的第四層。 採用37傍/平方英寸（絕對壓力）大氣壓的最大空氣原料 壓力和5.5的原料端壓力比（最大原料壓比最小排空壓）， 中試裝置在接近3 It：的原料著床溫度下運行，獲得〇7〇標 準升/分（Slpm)的純度爲98·9摩爾％的氧。氧産物產量是 15.5%。 實施例3中每個給定床入口端的壓力分佈圖列於圖3 圖式簡單說明 1331545 圖1是本發明實施方式的PSA循環步驟期間氣流到達 和離開吸附劑床的示意圖。 圖2是在圖1實施方式的PSA循環步驟中的兩個時間 區間’之中四個吸附劑床之間氣流關係的示意圖。 圖3是對於實施例1，2和3在任何給定床的入口端的 壓力對照時間圖表。 主要元件之符號說明 1，2, 3, 4..吸附劑床

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Claims (1)

1331545 十、申請專利範圍：行年？月细修(<)正替換I 年月修正> 1、-種變麼吸附方法，其採用以循環操作步驟運行的 多個平行吸附劑床以從包含至少—種較弱可吸附組份和至 少-種較強可吸附組份的原料氣混合物收較弱可吸附 組份，其中每個吸附劑床有原料端和產物端，其中每個床 至少經受原料/産物步驟、一個或更多減壓步驟、其中富集 了較弱可吸附組份的淨化氣被引入到床的産物端並且淨化 排出氣被從床的原料端抽出的淨化步驟，以及一個或更多 再增壓步驟，其特徵在於一操作步驟，所述操作步驟包含 把至少一部分來自第一吸附劑床的原料端的淨化排出氣引 入到第二吸附劑床的原料端以再增壓第二吸附劑床。 2如申凊專利範圍帛i項的方法其中淨化氣由從第 二吸附劑床的産物端抽出的減壓氣提供。 3如申凊專利範圍第1項的方法，其中通過泵從第一 吸附劑床的原料端抽出淨化排出氣並且至少一部分泵排放 被引入到第二吸附劑床的原料端。 4、 如申請專利範圍第3項的方法，其中在至少一部分 操作步驟期間’第二吸附劑床中的壓力比第一吸附劑床中 的壓力大。 5、 如申請專利範圍第4項的方法，其中在至少一部分 操作步驟期間，第一吸附劑床中的壓力低於大氣壓。 6、 如申請專利範圍第1項的方法，其中每個吸附劑床 包含具有低於大約2〇的亨利定律選擇性的吸附劑，其中 所述7利疋律選擇性是對於所述較強可吸附組份相對所述 23 1331545 (2010年7月修正；) 較弱可吸附組份來說的。 7'如申請專利範圍第6項的方法，其中所述較強可吸 附組份相對較弱可吸附組份的亨利定律選擇性低於大約

8、一種變壓吸附方法，用於從包含至少一種較弱可吸 附組份和至少一種較強可吸附組份的原料氣混合物中回收 較弱可吸附組份’其中該方法包含：在多個吸附劑床中實 施循環操作步驟，每個床有原料端、産物端和選擇性吸附 所述較強可吸附組份的吸附材料，在循環操作步驟中每個 床依次運行，該循環操作步驟包括原料/産物步驟其中氣 體在減壓時被從床中抽出的一個或更多減壓步驟、其中富 集了較弱可吸附組份的淨化氣被引人到床的産物端並且淨 化排出氣被從床的原料端抽出的淨化步驟，以及其中氣體 在增壓時被引入床中的-個或多個再增屋步驟，其中一個 再增壓步驟包含把至少一部分從篦 Λ 丨刀從第一吸附劑床的原料端抽

出的淨化排出氣引入到第二吸附劑床的原料端以再增厘第 二吸附劑床。 9、如申請專利範圍第8項的方法，其中通過從第三吸 附劑床的産物端抽出的減麗氣提供淨化氣給第一床的産物 端。 10如中。月專利範圍第8項的方法，其中通過泵從第一 吸附劑床的原料端抽出淨化排出氣並且至少-部分泵排放 被引入到第二吸附劑床的原料端。 11、如巾請專利範圍第1()項的方法，其中在至少一部 24 1331545 (2010年7月修正) 第一吸附劑床中的壓力比第一吸附劑床 分操作步驟期間， 中的壓力大。 12、 如申請專利範圍第11項的方法，其中在至少一部 分操作步驟期間，第一吸附劑床中的壓力低於大氣壓。 13、 如申請專利範圍第8項的方法，其中吸附材料包含 對於較強可吸附組份相對較弱可吸附組份來說具有低於大 約2.0的亨利定律選擇性的吸附劑。 14、 如申請專利範圍第13項的方法，其中所述較強可 吸附組份相對較弱可吸附組份的亨利定律選擇性低於大約 種變壓吸附方法’用於分離包含至少一種較強可 吸附組份和至少一種較弱可吸附組份的原料氣，該方法包 含步驟： (1 ) 把原料氣引入含有優先吸附較強可吸附組份的 吸附材料的第一吸附劑床的原料端，從第一吸附劑床的 産物端抽出富集了較弱可吸附組份的産物氣； (2 ) 持續把原料氣引入第一吸附劑床並從第一吸附 劑床抽出産物氣’以及把一部分産物氣引入第二吸附劑 床的産物端經歷再增壓步驟； (3) 停止把原料氣引入第一吸附劑床和從第一吸附 劑床抽出産物氣，從它的産物端抽出減壓氣，以及把從 它的産物端抽出的減壓氣引入第三吸附劑床的産物端 經歷再增壓步驟； (4) 抽出來自第一吸附劑床產物端的另外的減壓氣 25 (2010年7月修正) 並把從那抽出的減壓氣引入第四吸附劑床的産物端經 歷淨化步驟； (5)排空來自第一吸附劑床原料端的氣體； (6 )在持續從其原料端排空氣體時把淨化氣引入第一 吸附劑床産物端，以及把至少一部分從其原料端排空的 氣體引入第四吸附劑床的原料端經歷再增壓步驟； (7)把再增壓氣引入第一吸附劑床的産物端，其中再 增壓氣由從第三吸附劑床抽出經歷了減壓步驟的減壓 氣提供； (8 )把另外的減壓氣引入第一吸附劑床産物端，其中 另外的減壓氣由一部分從第四吸附劑床抽出經歷了原 料/産物步驟的産物氣提供，以及把淨化排出氣引入第— 吸附劑床原料端，其中淨化排出氣由至少一部分從第二 吸附劑床原料端排空的經歷了淨化步驟的氣體提供；以 及 (9)以循環方式重複步驟至（8)。 16、如申請專利範圍第15項的方法，其中原料氣包含 氧、氣和氬。 其中原料氣是空 其中原料氣是空 其中原料氣中至 17、如申請專利範圍第16項的方法 氣並且産物氣包含至少97摩爾0/。的氧。 18 '如申請專利範圍第16項的方法 氣並且産物氣包含至少99摩爾0/〇的氧。 19、如申請專利範圍第16項的方法 少10%的氧被回收於産物氣中。 1331545 日修(吏)正替肖胃 20、知由·^由 '―*1---- J (2010年7月修正) 申§月專利範圍第16項的方法，| 含一種或其中吸附材料包 次更夕選自由銀交換絲光沸石、銀 交換低妙X、·& TT 換X ’弗石、銀 交換低硬X 4；ε以及部分銀 吸附劑。 夕χ'弗石組成的組的 s月寻刊範圍第 含對於氬相對氧來說W… *中吸附材料e 乳來說具有低於大約2 G的亨 的吸附劑。 ^ %伴Γ3

22、如申請專利範圍第“項的方法 亨利定律選擇性低於大約15。 其中虽j相對氧的 一種較強可 ，包含： 、産物端以 23、一種變壓吸附系統，用於分離包含至少 吸附組伤和至少一種較弱可吸附組份的原料氣 (a)多個吸附容器，每個吸附容器有原料端 及含有至少一種適於選擇吸附較強可吸附組份的吸附 劑的吸附材料床； ⑻管線和Μ，其適於把原料氣引入每個吸附容器的原 • 料端並從每個吸附容器的産物端抽出富集了較弱可吸 附組份的産物氣；以及 (c)管線和閥，其適於把來自第一吸附容器産物端富集 了較弱可吸附組份的減壓氣轉移到第二吸附容器産物 . 端並把來自第二吸附容器原料端的淨化排出氣轉移進 - 第二吸附容器原料端以再增壓第三吸附劑床。 24、如申請專利範圍第23項的變壓吸附系統，包含管 線和閥，其適於把一部分富集了較弱可吸附組份的産物氣 轉移進第三吸附容器的産物端。 27 1331545 f伴7月u日修{更)正替換頁 - ___J (2010年7月修正) 25、 如申請專利範圍第23項的變壓吸附系統，包含泵， 其適於把來自第二吸附容器原料端的淨化排出氣轉移進第 三吸附容器原料端。 26、 一種變壓吸附系統，用於分離包含至少一種較強可 吸附組份和至少一種較弱可吸附組份的原料氣，包含： (a) 四個吸附容器’每個吸附容器具有原料端、産 物端以及含有至少一種適於選擇吸附較強可吸附組份 的吸附劑的吸附材料床以及 (b) 管線和閥，其適於： (1) 把原料氣引入第一吸附容器的原料端並從 第一吸附容器的産物端抽出富集了較弱可吸附組份 的產物氣； (2) 把一部分富集了較弱可吸附組份的産物氣 轉移進第二吸附容器的産物端； (3) 從第一吸附容器的産物端抽出減壓氣並把 抽出的減壓氣引入第三吸附容器的産物端； (4) 從第一吸附容器的産物端抽出減壓氣並把 抽出的減壓氣引入第四吸附容器的産物端； (5) 利用真空泵或鼓風機從第一吸附容器的原 料端抽出氣體並把抽出的氣體作爲廢氣排放； (6) 把淨化氣引入第一吸附容器的産物端，其中 當從原料端排空第一吸附容器並把至少一部分排空 的淨化排出氣引入第四吸附容器的原料端時，淨化 氟由第二吸附容器提供； 28 1331545 (2010年7月修正) ⑺ 通過把再增壓氣引入第一吸附容器的産物 端增壓第一吸附容器，其中再增壓氣由第三吸附容 器提供；以及 (8) 通過把從第四吸附容器獲得的産物氣引入 • 第一吸附容器的産物端並把淨化排出氣引入第一吸 * 附容器的原料端來增壓第一吸附容器，其中淨化排 出氣獲自第二吸附容器。 I 27、如申請專利範圍第26項的變壓吸附系統，包含果， 其適於把來自第一吸附容器原料端的淨化排出氣轉移進第 四吸附容器原料端。 28、 如申請專利範圍第27項的變壓吸附系統，其中吸 附劑適於從空氣中選擇性吸附氮和氬，且具有對於氮相對 氧來說低於大約2.0的亨利定律選擇性。 29、 如申請專利範圍第27項的變壓吸附系統，其中吸 附材料包含一種或更多選自由銀交換絲光沸石 銀交換X Φ 沸石、銀交換低矽X沸石以及部分銀交換鋰低矽χ沸石组 成的組的吸附劑。 ' 29