专利名称：空气的提纯方法
技术领域：
本发明涉及深冷空气分离中的原料空气的前处理提纯方法。本申请基于2009年3月11日于日本申请的特愿2009-0587 号主张优先权，并在此援引其内容。
背景技术：
在通过蒸馏从空气分离为氮气、氧气、氩气等的深冷空气分离法(cryogenic air separation)中，为了进行蒸馏，作为将原料空气冷却至极低温的工序的前阶段，需要从空气中去除水、二氧化碳及其他微量杂质(烃类、氮氧化物等)。这一步骤被称为空气的前处 511 ^ (air prepurification)。例如，在将包含所述杂质的空气直接冷却至极低温时，水、二氧化碳及氮氧化物有可能凝固而导致配管等的堵塞，或者烃类在液态氧储存槽内浓缩，有可能成为阻碍进行安全作业的原因。在深冷空气分离法的前处理提纯中使用吸附法已被普遍实施。作为基于吸附的一种前处理提纯，使用变温吸附法(TSA法)。这是通过具有多个吸附筒的前处理提纯装置进行的。在吸附筒中，于原料空气的流入口侧填充用于去除水的吸附剂(例如活性氧化铝、硅胶、K-A型沸石、Na-A型沸石等)，于其下游侧填充用于去除二氧化碳的吸附剂(例如Na-X型沸石等)。在TSA法中，通过使用该前处理提纯装置，交替进行在相对较低的温度下吸附原料空气中的杂质的吸附工序以及在相对较高的温度下进行的吸附剂的再生工序，从而连续提纯空气。其他方法具有变压吸附法(PSA法)。其与TSA法同样地使用具有多个吸附筒的前处理提纯装置进行提纯。在PSA法中，通过交替进行在相对较高的压力下吸附原料空气中的杂质的吸附工序以及在相对较低的压力下进行的吸附剂的再生工序，从而连续提纯空气。在PSA法中也与TSA法同样地在吸附筒的空气的流入口侧填充用于去除水的吸附剂 (例如活性氧化铝、硅胶、K-A型沸石、Na-A型沸石等)，在其下游侧填充选择性地吸附二氧化碳的吸附剂(例如Na-X型沸石等)。一般而言，现有的TSA法包括以下工序。a将已被加压的空气导入吸附筒中，并从所述空气中去除杂质的吸附工序b吸附工序结束后，将吸附筒内减压至大气压的减压工序c减压工序结束后，加温不含杂质的净化气体并导入吸附筒中，从而加热再生吸附剂的加热工序d加热工序结束后，使不含杂质的净化气体未经加温而被导入吸附筒中，从而将吸附筒内冷却至可进行吸附操作的温度的冷却工序e冷却工序结束后，由提纯空气加压已被冷却的吸附筒的充压工序在将加压空气导入吸附筒中而进行的所述空气中的杂质的去除中，如前所述，使用适于应吸附成分的吸附剂。吸附剂具有在高操作压力和低操作温度下吸附容量增加的特性。因此，由吸附筒处理的空气优选为高压力、低温度。为了得到这种优选条件，以往是原料空气通过空气压缩机被压缩至规定的压力之后，通过后冷却器被冷却至约40°C，进而使用冷冻机被冷却至5 15°C后导入吸附筒中。但在近年来，出于希望得到环保型装置的目的，由日本专利3416391号提出了一种不使用采用氟的冷冻机(氟冷冻机)而进行前处理提纯的方法。不使用冷冻机的条件下的空气提纯存在困难的一面。即，需要对大量包含在空气中的水进行处理。由于温度越高则空气中的饱和水分量越多，因此如果不使用冷冻机，而在后冷却器中水成为饱和状态的空气未被充分冷却，则会导致大量的水流入吸附筒中。进而， 因吸附剂吸附水时产生的吸附热，造成空气被进一步加温，其下游侧的吸附剂在60°C以上的高温下吸附二氧化碳。所述日本专利第3416391号公报所述的发明通过以下的(1) (3)解决这种恶劣条件。(1)通过缩短循环时间来降低负荷量(2)选择二氧化碳吸附量大的吸附剂(3)再生时的加热温度与再生气体量的最佳化但是，在使用TSA法的原料空气的前处理提纯在加热再生吸附剂的加热工序(C) 和冷却吸附剂的冷却工序(d)中需要大量的净化气体。这种净化气体优选为洁净的空气。一般而言，在深冷空气分离法中，虽然是在获得产品气体(氮气、氧气、氩气等)的蒸馏工序中产生的气体，但未成为产品的气体(废氮气， 或者被称为废气)被用作前处理提纯装置的净化气体。这是由于通过使用废气，与另行制造去除水和二氧化碳等杂质的空气相比，不会花费成本。根据基于所述日本专利3416391号公报所述的发明的技术，即使在不进行使用冷冻机冷却至5 15°C的工序的前处理提纯中，在空气压力为700kPa(绝对(Absolute))、流入吸附筒的空气温度为40°C、循环时间为2小时的条件下，吸附剂可在约45%的再生气体率(再生气体率=在前处理提纯中使用的净化气体流量/原料空气流量)和200°C的加热温度下再生。另一方面，就产品收率来说，在当前的技术水平下，从仅将氮气作为产品的单塔方式的深冷空气分离法中的蒸馏性能来看，产品收率被说为60%左右。另外，在可将氧气和氮气作为产品的双塔方式(double column process)的深冷空气分离法中，产品收率被说为 80%左右。但是，由于深冷空气分离法的产品收率依赖于深冷空气分离整体的流程和操作压力等的条件，因此这里所示的数值为估算值。在前述不使用冷冻机的前处理提纯中，再生气体率为45%。再生气体率的数值小则能够提高深冷空气分离法中的产品收率。由于前处理提纯为深冷空气分离法所必需的工序，因此从原料空气量中减去前处理提纯所需的再生气体量(前处理提纯所使用的净化气体量)的余量为产品量即通过深冷空气分离装置所能得到的产品的总量。例如，设原料空气量为100%，再生所需的气体量为45%，则产品量为从原料空气量100%中减去再生所需的气体量45%的值或者其以下。S卩，产品量为55%以下。
因此，当前的状况是前处理提纯的当前的性能限制深冷空气分离法整体的生产性能的提高。近年来，因深冷空气分离法中的流程的改良等使蒸馏性能提高，预计通过分离能够得到的气体的产品收率上升。然而，由于前处理提纯仍然需要大量的净化气体，且前处理提纯需要来自蒸馏工序的一定量的废气，因此产生无法得到与经过提高的蒸馏性能相应的充分的产品收率的问题。在特开昭60-139311号公报所述的发明中公开一种将原始空气(某种程度含有水和二氧化碳)作为净化气体来使用的方法。在该发明中记载有“对全部加热升温工序或者部分加热升温工序供给通常的空气(原始空气)以作为吸附剂的再生气体，或者与氮气等并行供给”。另外，在示出该实施例的第3图中记载有从吸附筒的提纯气体出口端供给作为再生用气体(净化气体)的空气。但是，近年来使用的高性能的二氧化碳吸附剂由于吸附水分而导致对二氧化碳的吸附能力的显著的下降。因此，如特开昭60-139311号公报所述的发明，将某种程度包含水和二氧化碳的原始空气作为部分或全部净化气体来使用的方法被认为无法在使用高性能的二氧化碳吸附剂的情况下采用。专利文献1 日本专利；3416391号专利文献2 日本特开昭60-139311号公报
发明内容
本发明的目的在于在使用深冷空气分离法中的基于TSA法的原料空气的前处理提纯中，通过降低吸附剂的再生时的净化气体，并降低用作净化气体的来自深冷分离装置的废气的使用量来提高产品收率。本发明的发明人对现有方法中的吸附剂的再生进行详细的研究，结果得知使水分脱离所需的热量占再生所需的全部再生热量的约70% (在空气压力为600kPa(A)，空气温度为40°C下评价)。另外判明，若包含水分吸附用的活性氧化铝的显热，则会变为约80%。即判明由于水分的脱离中使用很多热量，换言之使用很多净化气体，因此在原料空气的提纯中，为了降低再生气体率，需要研究水分吸附剂的再生方法。基于上述见解而做出的本发明为深冷空气分离中的原料空气的前处理提纯方法， 其特征在于，该方法为使用多个吸附筒，以交替进行吸附与加热再生的方式切换这些吸附筒， 通过总是使任意一个吸附筒处于吸附工序中而连续提纯原料空气的方法，包括以下a到e 的工序，a吸附工序，将已加压的原料空气导入到从原料空气的流入侧按顺序以层状填充有吸附原料空气中的水的水分吸附剂与吸附二氧化碳的二氧化碳吸附剂的吸附筒，并从所述空气中至少去除水和二氧化碳；b减压工序，吸附工序结束后，将吸附筒内减压至大气压；c加热工序，加热再生已被减压至大气压的吸附筒中的所述水分吸附剂和二氧化碳吸附剂；d冷却工序，将不含水和二氧化碳的未被加温的净化气体导入到所述吸附筒，并将所述水分吸附剂和二氧化碳吸附剂冷却至能够进行吸附操作的温度；e充压工序，由已被提纯的空气加压已被冷却的所述水分吸附剂和二氧化碳吸附剂，所述加热工序c为并行实施整体加热工序与部分加热工序的工序，其中，整体加热工序，将不含水和二氧化碳的已被加热的净化气体供给到所述吸附筒的提纯空气的流出侧，从而加热所述二氧化碳吸附剂和所述水分吸附剂；部分加热工序，将已被加热的原始空气供给到所述二氧化碳吸附剂的层与所述水分吸附剂的层之间，从而加热所述水分吸附剂。进而，优选地，用于进行工序c的所述部分加热工序的原始空气的供给温度为 60 250O。另外，优选地，用于进行工序c的所述整体加热工序的净化气体的供给温度为 100 250 。优选地，用于进行工序c的所述部分加热工序的原始空气的供给量为在前处理提纯装置中处理的空气量的5 15%。本发明的原料空气的提纯方法能够使用于深冷空气分离方法的原料空气的前处理提纯。根据本发明，在深冷空气分离中的TSA法的原料空气的前处理提纯中，能够降低吸附剂的再生时所使用的净化气体的量，并能够提高产品收率。另外，由于本发明的吸附剂的再生能力优异，因此即使导入吸附筒中的空气为未通过氟冷冻机等而被冷却的空气，也能够充分地进行吸附和再生，且不会对环境造成负担。
图1是表示用于实施本发明提纯方法的提纯装置一例的结构示意图。
具体实施例方式下面说明本发明的优选例，但本发明并不仅局限于这些例子。在不脱离本发明宗旨的范围内，能够进行结构的增加、省略、代替以及其他变更。本发明的特征在于在加热再生的工序中，组合实施将已被加热的原始空气供给到水分吸附剂层的部分加热工序以及将不含杂质的已被加热的废气作为净化气体供给到二氧化碳吸附剂层的整体加热工序。这里，在部分加热工序中的已被加热的原始空气的供给仅对水分吸附剂的填充部分进行。另外，在部分加热工序中再生水分吸附剂的过程中，将不含杂质的已被加热的废气作为净化气体供给到二氧化碳吸附剂的填充部分。据此，能够与部分加热工序同时实施再生二氧化碳吸附剂的整体加热工序。在这些工序中，二氧化碳吸附剂仅通过已被加热的净化气体加热，但水分吸附剂由已被加热的原始空气、净化气体、或者原始空气与净化气体的混合气体加热。这里，在实施水分吸附剂的部分加热工序的过程中，也能够同时加热二氧化碳吸附剂。根据本发明，不会延迟二氧化碳吸附剂层的加温，而能够毫无浪费地使用在深冷空气分离中的蒸馏工序中总是持续输出的废气。能够更加高效地再生吸附剂。在本发明中，部分加热工序所使用的原始空气可以任意选择，也可以从原料空气压缩机的低压部分导出一部分。另行准备部分加热用的空气鼓风机等也没有问题。虽然通过从水分吸附剂层与二氧化碳吸附剂层的边界部供给已被加热的原始空气来进行部分加热工序，但由于空气中的水分有可能降低二氧化碳吸附剂的吸附能力，因此优选不让加热工序用的原始空气与二氧化碳吸附剂接触。因此，也可以从两吸附剂层的边界部分中略微进入水分吸附剂层侧的部分或从水分吸附剂层中供给原始空气。或者也可以将水分吸附剂量保持通常的需要量，进一步在二氧化碳吸附剂层的吸附剂边界侧增加若干量的二氧化碳吸附剂保护用的水分吸附剂。进而，也可以组合这些。另外，用于进行整体加热工序的不含杂质的净化气体从二氧化碳吸附剂层的提纯气体出口端供给。部分加热工序用的原始空气的压力只要为足以通过水分吸附剂层而流动的压力即可。整体加热工序用的不含杂质的净化气体的压力可如下确定。S卩，向二氧化碳吸附剂层中供给净化气体，且相当于再生气体流的下游部侧的水分吸附剂层进行基于原始空气的加热(部分加热)。由于这些情况，将部分加热用空气的压力加上二氧化碳吸附剂层部分的压力损失，进而再加上由于配管等的压力损失部分的压力作为整体加热工序用的净化气体的压力。在所述加热再生吸附剂的工序中，用于进行水分吸附剂填充部分的部分加热工序的原始空气的理想的供给温度为60 250°C，更优选为80 100°C。作为用于进行部分加热工序的已被加热的原始空气，从原料空气压缩机的低压部分导出部分空气而使用最为有效，且能够有效地利用进行原料空气的压缩时的压缩热。这里，当再生所使用的原始空气的量较小时，优选为温度较高；量较多时，温度较低也可以。在加热再生所述吸附剂的工序中，用于进行整体加热工序的所述不含杂质的净化气体的理想的供给温度为100 250°C，更优选为130 210°C。若为100°C以下，则无法充分进行再生 ’若为250°C以上，则加热用加热器的容量过大，成为成本上升的原因。在加热再生吸附剂的工序中，用于进行水分吸附剂填充部分的部分加热工序的原始空气的理想的供给量为在前处理提纯中处理的原料空气量的5 15%。若少于该量，则无法显现原始空气加热的效果。若多于该量，则会对原料空气压缩机的吐出量造成影响。参照图1具体说明本发明的提纯方法。从大气中通过管道1取入的空气通过空气压缩机2被压缩为规定的压力(500 SOOkPa(A))之后，通过后冷却器3被冷却至约40°C。被冷却的压缩空气由排液分离器(未图示)分离冷凝水，并包含冷却温度下的饱和水分而进入前处理提纯装置。进入前处理提纯装置的压缩空气的温度在本发明中被任意选择。前处理提纯装置由两台吸附筒如、恥构成，通过以交替进行吸附与加热再生的方式切换这些吸附筒，使某个吸附筒总是处于吸附工序，从而能够连续提纯原料空气。在吸附筒fe中进行吸附工序a的过程中，由吸附筒恥进行基于工序b e的再生工序。吸附筒的数量可以根据需要变更。此外，在以下的说明中，仅就吸附筒fe说明各工序，由于吸附筒恥交替进行同样的工序，因此省略其说明。对于吸附筒恥所使用的各器具的名称也使用相同数值带b的附图标记记载，并省略其说明。在吸附筒fe中，在其原料空气导入侧填充有活性氧化铝、硅胶、K-A型沸石或者 Na-A型沸石等水分吸附剂20a，且在其提纯空气导出侧填充有Na-X型沸石等二氧化碳吸附剂21a。两吸附剂层之间被分离，并形成较小的空隙。在该空隙中设置有用于导入用于部分加热的加热原始空气的管道26a。(吸附工序)在吸附工序中，通过打开阀4a，原料空气进入吸附筒5a，另外通过打开阀4b，进入吸附筒恥。当吸附筒如处于吸附工序时，从阀如进入的空气通过水分吸附剂20a被去除水分，接着通过二氧化碳吸附剂21a被去除二氧化碳及其他微量杂质。已被提纯的空气从阀6a经由管道7，被引导至收纳有用于液化及蒸馏空气的蒸馏塔的所谓冷箱8。由前处理提纯装置输出的提纯空气的水分、二氧化碳的含量一般分别为 lppm、0. Ippm 以下。(减压工序)在吸附筒如的吸附工序结束之后，关闭_^、6a，并打开阀9a。通过打开阀9a，保持在吸附筒fe中的气体经由静噪器(未图示)释放到大气中，筒内的压力被减压至接近大气压。(加热工序)*部分加热在筒内被减压至接近大气压之后，打开阀18a，已被加热的原始空气从管道25经过管道26a供给到吸附筒fe。由于阀9a被打开，原始空气向吸附筒fe的水分吸附剂20a 侧供给，因此进行水分吸附剂20a的加热，废气从吸附筒输出并经由阀9a释放至大气中。此外，设置在二氧化碳吸附剂与水分吸附剂之间的管道26a的末端可以接近或接触于水分吸附剂，或者设置在水分吸附剂之中。*整体加热通过打开阀13、阀14a，来自冷箱8的废气经由管道11进入加热设备12，并被加热至规定温度，且通过阀14a，作为净化气体导入到吸附筒fe。通过将已被加热的废气作为净化气体来使用，从而按照二氧化碳吸附剂21a、水分吸附剂20a的顺序进行加热，并进行吸附剂的再生，再生所使用的废气经由被打开的阀9a 释放至大气中。本发明的加热工序具有以下特征在水分吸附剂层中为了进行部分加热而被供给的原始空气与为了进行整体加热而向二氧化碳吸附剂21a的提纯气体出口端供给的净化气体(来自于冷箱8的废气)在吸附筒的中途汇合。此外，本发明在加热工序中，只要在吸附筒的中途产生汇合，则能够实施错开时间进行加热工序中的部分加热与整体加热等改变，而这种改变包含在本发明的精神范围内。 部分加热与整体加热可以其中某一个在先，或同时开始，也可以某一个先结束供给，或同时结束。优选同时结束供给。(冷却工序)水分吸附剂20a的最下部(原料空气的流入口)的吸附剂的温度上升至规定的温度(90 130°C )之后(确定净化气体量、加热设备容量以使温度在规定的时间内上升)， 为了冷却工序，关闭阀13，并打开阀15。由于通过所述操作，净化气体不被加热而通过阀1 供给到吸附筒fe，因此吸附剂逐渐被冷却。排气从阀9a向大气释放。(充压工序)冷却工序结束时，阀9a、Ha、15关闭，阀17a打开。流过管道7的已被提纯的部分空气经由管道16回到吸附筒fe，并被充压至下一次吸附工序的操作压力。若充压结束，则关闭阀17a，且再次打开阀^、6a，以开始从工序a开始的新的循环。使用如图1所示的提纯装置的提纯方法为使用层状填充有吸附原料空气中的水的水分吸附剂20a、20b与吸附二氧化碳的二氧化碳吸附剂21a、21b的可为多个的吸附筒 fe、5b，并切换使用它们而连续提纯原料空气的方法。包括吸附工序、减压工序、加热工序、 冷却工序、充压工序，加热工序并行实施整体加热工序，将不含水和二氧化碳的经过加热的净化气体供给到所述二氧化碳吸附剂的原料空气的流出侧，从而加热所述二氧化碳吸附剂和所述水分吸附剂；以及部分加热工序，通过对所述二氧化碳吸附剂的层与所述水分吸附剂的层之间供给经过加热的原始空气，从而加热所述水分吸附剂。下面示出具体例。在此示出通过动态仿真研究的结果。前处理TSA流程的仿真程序包括以下假定。(1)气体遵循理想气体法则；(2)不产生吸附筒半径方向的浓度和温度分布；(3)各吸附剂层内的气流设为仅考虑轴向的扩散的平推流模型；(4)吸附速度设为线性推动力(LDF)模型；(5)原料空气的组成设为水分、二氧化碳、氮气、氧气这四种成分。基于这些假定推导出基础方程式。在此使用的仿真程序的详细内容在“日本氧气技报” No. 22，13-18 (2003)中公开。(比较例1)在以下条件下，仿真出现有的前处理提纯方法。
吸附筒条件筒径1. !水分吸附剂层的填充高度0.808m二氧化碳吸附剂层的填充高度0. 655m原料空气条件700kPa(A)，40°C，5800Nm7h作为现有的前处理提纯方法，在两筒式前处理提纯装置中，以各筒中的吸附工序2 小时、再生工序2小时(减压、加热、冷却、充压)的2小时切换进行了计算。此外，净化气体假定为不含水分和二氧化碳的提纯气体。在加热工序和冷却工序中均导入相同的流量，并进行两吸附剂的再生。在不同的净化气体的流量及净化气体的温度条件下进行计算，从而在各个条件下，调查了在吸附工序中水分和二氧化碳分别从水分吸附剂和二氧化碳吸附剂穿透的状况。(结果)反复进行在缓慢地减少净化气体的流量并改变净化气体温度的条件下的计算，调查了水分从水分吸附剂层穿透的状况以及二氧化碳从二氧化碳吸附剂层穿透的状况
结果是，水分不从水分吸附剂层穿透以及二氧化碳不从二氧化碳吸附剂层穿透的条件为作为净化气体流量的下限为^UONm3A(再生气体率=净化气体流量/原料空气流量=45% )，此时的再生气体温度为210°C。在本研究中的前处理提纯装置的条件下，若进一步减少净化气体的流量，则即使提高净化气体的温度，再生所需的热量也无法充分地传递到位于净化气体流动方向的下游侧的水分吸附剂而导致无法再生。此外，在该计算中，判明水分吸附剂层的最下部(空气流入口)的吸附剂的温度上升至90 130°C为吸附剂的再生结束，甚至不产生水、二氧化碳的穿透的基准。(实施例1)在与比较例1相同的吸附筒的条件下，仿真了本发明的方法。吸附筒条件筒径1. !水分吸附剂层的填充高度0.808m二氧化碳吸附剂层的填充高度0. 655m原料空气条件700kPa(A) AOV, 5800Nm3/h实施例1在两筒式前处理提纯装置中，以各筒中的吸附工序2小时、再生工序2小时(减压、加热、冷却、充压)的2小时切换进行计算。净化气体假定为不含水分和二氧化碳的提纯气体，加热工序和冷却工序中均导入相同的流量，并进行两吸附剂的再生。在加热工序中，并行实施将已被加热的原始空气供给到水分吸附剂层的部分加热工序以及将已被加热的不含杂质的净化气体供给到二氧化碳吸附剂层的整体加热工序。在本实施例中，在将已被加热的原始空气的温度与流量分别固定为80°C、580Nm7 h的基础上，在不同的净化气体的流量或者加热工序中的净化气体的温度条件下进行计算。 而且，调查在各个条件下的吸附工序中水分和二氧化碳从各自的吸附剂层穿透的状况。(结果)反复进行在缓慢地减少净化气体的流量并改变净化气体温度的条件下的计算，以调查水分从水分吸附剂层穿透的状况以及二氧化碳从二氧化碳吸附剂层穿透的状况。结果是，水分不从水分吸附剂层穿透以及二氧化碳不从二氧化碳吸附剂层穿透的条件为与比较例1相同的净化气体温度210°C以及作为净化气体流量下限的2030Nm3/h (再生气体率=净化气体流量/原料空气流量=35% )0根据本发明，与现有工序相比较，能够使净化气体的流量削减580Nm3/h。可知，由于能够减少来自于深冷分离装置的废气，能够相应地使产品气体增量。(比较例2、在以下与比较例1不同的条件下，仿真出现有的前处理提纯方法。吸附筒条件筒径4. !水分吸附剂层的填充高度0.945m二氧化碳吸附剂层的填充高度0. 657m原料空气条件550kPa(A)，40°C，50000Nm3/h作为与比较例1不同的现有的前处理提纯方法，在两筒式前处理提纯装置中，以各筒中的吸附工序2小时、再生工序2小时(减压、加热、冷却、充压)的2小时切换，并在上述条件下进行计算。净化气体假定为不含水分和二氧化碳的提纯气体，加热工序和冷却工序中均导入相同的流量，并进行两吸附剂的再生。另外，在不同的净化气体流量或加热工序中的净化气体的温度条件下进行计算， 以调查在各个条件下在吸附工序中水分和二氧化碳分别从各自的吸附剂层穿透的状况。(结果)减少净化气体的流量，并在各流量下改变净化气体的温度，以调查水分从水分吸附剂层穿透以及二氧化碳从二氧化碳吸附剂层穿透的状况。结果是，水分不从水分吸附剂层穿透以及二氧化碳不从二氧化碳吸附剂层穿透的条件为作为净化气体流量的下限为27000Nm7h (再生气体率=净化气体流量/原料空气流量=)，此时的净化气体温度为210°C。在本前处理提纯装置的条件下，若进一步减少净化气体流量，则即使提高净化气体的温度，再生所需的热量也无法充分地传递到位于净化气体流动方向的下游侧的水分吸附剂而导致无法再生。(实施例2)在与比较例2相同的吸附筒的条件下，仿真出本发明的方法。吸附筒条件塔径4. !水分吸附剂层的填充高度0.945m二氧化碳吸附剂层的填充高度0. 657m原料空气条件550kPa(A)，40°C，50000Nm7h在两筒式前处理提纯装置中，设各筒中的吸附工序2小时、再生工序2小时(减压、加热、冷却、充压)的2小时切换。净化气体假定为不含水分和二氧化碳的提纯气体，加热工序和冷却工序中均导入相同的流量，并进行两吸附剂的再生来进行了计算。此外，在加热工序中，并行实施将已被加热的原始空气供给到水分吸附剂层的填充部分的部分加热工序以及将已被加热的不含杂质的净化气体供给到二氧化碳吸附剂层的填充部分的整体加热工序。在本实施例中，在将已被加热的原始空气的温度与流量分别固定为200°C、 5000Nm3/h的基础上，在不同的净化气体流量或者加热工序中的净化气体的温度条件下进行计算。并调查在各自的条件下在吸附工序中水分和二氧化碳从各自的吸附剂层穿透的状况。(结果)减少净化气体的流量，并在各流量下提高净化气体的温度，以调查水分从水分吸附剂层穿透的状况以及二氧化碳从二氧化碳吸附剂层穿透的状况。结果是，水分不从水分吸附剂层穿透以及二氧化碳不从二氧化碳吸附剂层穿透的条件为与比较例1相同的再生气体温度210°C以及作为净化气体流量的下限的22500Nm3/ h (再生气体率=净化气体流量/原料空气流量=45% )。与现有的工序相比较，根据本发明能够将净化气体的流量削减4500Nm3/h，能够使产品气体相应地增量。产业上的利用可能性在深冷空气分离中的基于TSA法的原料空气的前处理提纯中，通过降低吸附剂再生时的净化气体所使用的废气而提高产品收率。
符号说明1 管道2 空气压缩机3 后冷却器4a、4b 阀5a、5b 吸附筒7 管道8 冷箱 820a、20b水分吸附剂21a、21b 二氧化碳吸附剂12 加热设备25 管道26a、26b 管道
权利要求
1.一种深冷空气分离中的原料空气的前处理提纯方法，其特征在于，该方法为使用多个吸附筒，以交替进行吸附与加热再生的方式切换这些吸附筒，通过总是使任意一个吸附筒处于吸附工序中而连续提纯原料空气的方法，包括以下a到e的工序，a吸附工序，将已被加压的原料空气导入到从原料空气的流入侧按顺序以层状填充有吸附原料空气中的水的水分吸附剂与吸附二氧化碳的二氧化碳吸附剂的吸附筒，并从所述空气中至少去除水和二氧化碳；b减压工序，吸附工序结束后，将吸附筒内减压至大气压；c加热工序，加热再生已被减压至大气压的吸附筒中的所述水分吸附剂和二氧化碳吸附剂；d冷却工序，将不含水和二氧化碳的未被加温的净化气体导入到所述吸附筒，并将所述水分吸附剂和二氧化碳吸附剂冷却至能够进行吸附操作的温度；e充压工序，由已被提纯的空气加压已被冷却的所述水分吸附剂和二氧化碳吸附剂， 所述加热工序c为并行实施整体加热工序与部分加热工序的工序，其中， 整体加热工序，将不含水和二氧化碳的已被加热的净化气体供给到所述吸附筒的提纯空气的流出侧，从而加热所述二氧化碳吸附剂和所述水分吸附剂；部分加热工序，将已被加热的原始空气供给到所述二氧化碳吸附剂的层与所述水分吸附剂的层之间，从而加热所述水分吸附剂。
2.根据权利要求1所述的深冷空气分离中的原料空气的前处理提纯方法，其特征在于，用于进行工序c的所述部分加热工序的原始空气的供给温度为60 250°C。
3.根据权利要求1所述的深冷空气分离中的原料空气的前处理提纯方法，其特征在于，用于进行工序c的所述整体加热工序的净化气体的供给温度为100 250°C。
4.根据权利要求1所述的深冷空气分离中的原料空气的前处理提纯方法，其特征在于，用于进行工序c的所述部分加热工序的原始空气的供给量为在前处理提纯中处理的空气量的5 15%。
5.一种深冷空气分离方法，包括权利要求1所述的原料空气的前处理提纯方法。
全文摘要
深冷空气分离中的原料空气的前处理提纯方法，包括(a)将加压的原料空气导入到从原料空气的流入侧按顺序填充有水分吸附剂和二氧化碳吸附剂的吸附筒，并去除水和二氧化碳的吸附工序；(b)将吸附筒内减压至大气压的工序；(c)包括加热二氧化碳吸附剂和水分吸附剂的整体加热工序以及加热水分吸附剂的部分加热工序且加热再生已被减压的吸附筒中吸附剂的工序；(d)将未被加温的净化气体导入到所述吸附筒，并冷却所述吸附剂的冷却工序；以及(e)由已被提纯的空气加压已被冷却的吸附剂的充压工序。
文档编号F25J3/04GK102348489SQ20108001126
公开日2012年2月8日 申请日期2010年2月25日 优先权日2009年3月11日
发明者中村守光, 川井雅人, 武井宏之 申请人:大阳日酸株式会社