CN106461323A - 具有热吸收的低温纯化 - Google Patents
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Abstract
一种用于使用在低于或等于‑50℃的温度下运行的包含至少两个吸附器的吸附单元、低温蒸馏单元、交换器和压缩机来纯化气体进料流的方法，其中用于再生这些吸附器所需的热量是至少部分地源自在流体的压缩过程中由该压缩机产生的热量的至少一部分。
Description
本发明涉及一种用于使用吸附单元和低温蒸馏单元来纯化进料气流的方法。
吸附是一般通过低温促进的现象。例如，对于ASU(空气分离设备)，CO2在分子筛上的停止在-100℃下比在20℃下大了最高达5倍，并且比对于丙烷的停止大了约3倍左右。
再生需要补充热量，该补充热量扰乱了设备的冷冻平衡，如果吸附发生在负温度下在话。其能源成本可能甚至更大，因为温度低。
在根据现有技术的方法中，吸附在正温度下进行，并且用于再生的热量(多余热量)被排放到大气中，而不会影响该低温部分的冷冻平衡。
从那里开始，面临的一个问题是在低温分离方法中提供低温纯化，该低温分离方法已经知道如何管理当其达到冷冻平衡时，至少等于这些吸附器的再生所需要的热增益。
本发明的一个解决方案是一种用于使用在低于或等于-50℃的温度下运行的包含至少2个吸附器的吸附单元、低温蒸馏单元、交换器和压缩机来纯化进料气流的方法，其中，用于再生这些吸附器所需的热量是至少部分地源自在流体的压缩过程中由该压缩机产生的热量的至少一部分。
视情况而定，根据本发明的方法可以具有以下特征中的一项或多项：
-所述方法包括通过该吸附单元实施的吸附步骤，其中该吸附步骤在负温度下进行；
-所述方法包括，根据第一替代方案，以下连续步骤(图1)：
a)将进料气流1在交换器2中冷却至低于-50℃、优选低于-100℃的温度；
b)将冷却的气流3送到吸附单元4中，在这里至少一种杂质X被至少部分地吸附，以便回收贫杂质X的气流5；
c)将贫杂质X的气流5引入到交换器2中以便冷却到低于-50℃、优选低于-150℃的温度；
d)将该贫杂质X并且被冷却的气流5送到低温蒸馏单元7中，在这里将该气流分离成至少2个流8和9；
e)将流9的一部分引入到该交换器中以便再加热到高于-150℃、优选高于-100℃、更优选高于-50℃的温度，理想地到接近在步骤a)结束时进料气流1的温度的温度，
之后在压缩机10中以大于1.2的压缩比进行压缩；
f)将压缩流9送到吸附单元4中，以便再生这两个吸附器之一；
其中在步骤e)中的压缩导致流9的至少20℃的温度上升，并且从而提供再生这些吸附器中的至少一个所需的热量输入；
-所述方法包括，根据第二替代方案，以下连续步骤(图2)：
a)将进料气流1在交换器2中冷却至低于-50℃、优选低于-100℃的温度；
b)将冷却的气流3送到吸附单元4中，在这里至少一种杂质X被至少部分地吸附，以便回收贫杂质X的第一流5；
c)将贫杂质X的气流5在压缩机10中以大于1.2的压缩比进行压缩，之后在交换器2中冷却至低于-50℃、优选低于-150℃的温度；
d)将该贫杂质X、被压缩并且被冷却的气流5送到低温蒸馏单元7中，在这里将该气流分离成至少2个流8和9；
e)将流9的一部分引入到该交换器中以便再加热到高于-150℃、优选高于-100℃、更优选高于-50℃的温度，理想地到接近在压缩步骤c)结束时进料气流5的温度的温度，
f)将再加热的流9送到吸附单元4中，以便再生这两个吸附器中的至少一个；
其中在步骤c)中的压缩导致贫杂质X的气流5的至少20℃的温度上升，并且从而间接地经由交换器2提供再加热流9的一部分所需的以及因此在步骤f)中再生这两个吸附器中的至少一个所需的热量输入；
-这些吸附器包括单床，优选分子筛；
-该进料气流是空气，并且该杂质X选自H2O、CO2、N2O、CnHm、NOx；
-该进料气流包含水并且所述方法包括，在步骤a)之前，将该进料气流预纯化的步骤，该预纯化步骤使得有可能消除该水的至少一部分。
-该预纯化步骤是通过在环境温度下吸附进行的；
-该预纯化步骤的吸附是在氧化铝、硅胶或分子筛类型的单床上进行的。
本发明将在具有冷压缩机的ASU上进行说明。该冷压缩机将再加热压缩气体的热增益引入到冷箱中。该设备的天然冷冻平衡使得有可能管理该热增益。热气体的一部分将经由与另一流体热交换而被直接或间接使用以便进行再生的加热阶段。这发生而没有真正的能量损耗，因为它不干扰(或几乎不干扰)该设备的冷冻平衡。
图1表示根据本发明的方案的第一替代方案。
将空气1在交换管线2中冷却(例如，低至-120℃)，然后穿过在低温(-120℃)下的吸附剂4的床，然后重新引入(任选略热，由于吸附)到交换管线2中进行最终冷却，之后送到蒸馏部分7中。
将残余氮气9的一部分从该交换管线中约-120℃抽出，然后在冷压缩机10中压缩，在这里将其加热到例如-80℃的温度，然后送到被再生的吸附剂床中。由压缩提供的热量构成再生的加热阶段所需的热量输入。将该氮气在吸附剂4的床中冷却，然后在约-120℃的温度下送至交换管线2以额外再加热至环境温度。
吸附温度可以优先地接近在冷增压器中的“自然的”入口温度，即由该方法所决定的温度，好像具有常规环境温度纯化一样。
可以看出，该再生的加热阶段不干扰(或几乎不干扰)该设备的冷冻平衡，该加热阶段是通过由冷压缩提供的自然热输入进行的。因此，在进行低温纯化中不存在能量损耗。
关于根据该第一替代方案的方法的再生的冷却阶段中，将残余氮气的一部分从该交换管线中约-120℃抽出，然后首先进入被再生的床中(冷却阶段)，之后进行压缩，然后送到该交换管线中以额外再加热至环境温度。
观察到该加热和冷却阶段在不同的压力下进行，要求使该床适应正确压力的中间阶段。
图2表示根据本发明的方案的第二替代方案。
将空气1部分冷却至-120℃，然后穿过吸附剂4的床，之后冷压缩10，在这里将该空气加热到-80℃的温度，然后送回更热交换管线2进行最终冷却，之后送到蒸馏部分7中。
将残余氮气9的一部分在交换管线2中再加热，最高达接近冷压缩空气温度的温度，例如-80℃，从而间接地回收由空气的压缩引入的热量。由此再加热到-80℃的氮气通过穿过吸附剂4的床进行再生的加热阶段，在该吸附剂床中将该氮气冷却到-120℃，然后送到交换管线2中以额外再加热至环境温度。
吸附温度可以优先地接近在冷增压器中的“自然的”入口温度，典型地约氧气的蒸发平台(plateau)的温度，例如对于具有冷增压器的常规单机器布局(对于在40bar下加压的氧气是约-120℃)。
再次，可以看出，该再生的加热阶段不干扰(或几乎不干扰)该设备的冷冻平衡，该加热阶段是通过由冷压缩(在这种情况下间接地)提供的自然热输入进行的。因此，在进行低温纯化中不存在能量损耗。
关于根据该第二替代方案的方法的再生的冷却阶段，将残余氮气的一部分在接近冷压缩机的入口的温度(大约-120℃)下离开该交换管线，穿过吸附剂床以便将其冷却，然后送到该交换管线中以额外再加热至环境温度。在这种情况下，加热和冷却阶段在相同压力下进行。
Claims (8)
1.一种用于使用在低于或等于-50℃的温度下运行的包含至少2个吸附器的吸附单元、低温蒸馏单元、交换器和压缩机来纯化进料气流的方法，其中，用于再生这些吸附器所需的热量是至少部分地源自在流体的压缩过程中由该压缩机产生的热量的至少一部分，并且所述方法包括由该吸附单元实施的吸附步骤，其中该吸附步骤在负温度下进行。
2.如权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述方法包括以下连续步骤：
a)将该进料气流(1)在交换器(2)中冷却至低于-50℃的温度；
b)将该冷却的气流(3)送到该吸附单元(4)中，在这里至少一种杂质X被至少部分地吸附，以便回收贫杂质X的气流(5)；
c)将该贫杂质X的气流(5)引入到该交换器(2)中以便冷却到低于-50℃的温度；
d)将该贫杂质X并且被冷却的气流(5)送到该低温蒸馏单元(7)中，在这里将该气流分离成至少2个流(8)和(9)；
e)将该流(9)的一部分引入到该交换器中以便再加热到高于-150℃的温度，之后在压缩机(10)中以大于1.2的压缩比进行压缩；
f)将该压缩流(9)送到该吸附单元(4)中，以便再生这两个吸附器之一；
其中在步骤e)中的压缩导致该流(9)的至少20℃的温度上升，并且从而提供再生这些吸附器中的至少一个所需的热量输入。
3.如权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述方法包括以下连续步骤：
a)将该进料气流(1)在交换器(2)中冷却至低于-50℃的温度；
b)将该冷却的气流(3)送到该吸附单元(4)中，在这里至少一种杂质X被至少部分地吸附，以便回收贫杂质X的第一流(5)；
c)将该贫杂质X的气流(5)在该压缩机(10)中以大于1.2的压缩比进行压缩，之后在该交换器(2)中冷却至低于-50℃的温度；
d)将该贫杂质X、被压缩并且被冷却的气流(5)送到该低温蒸馏单元(7)中，在这里将该气流分离成至少2个流(8)和(9)；
e)将该流(9)的一部分引入到该交换器中以便再加热到高于-150℃的温度；
f)将该再加热的流(9)送到该吸附单元(4)中，以便再生这两个吸附器中的至少一个；
其中在步骤c)中的压缩导致该贫化合物X的气流(5)的20℃的温度上升，并且从而间接地经由该交换器2提供再加热该流9的一部分所需的以及因此在步骤f)中再生这两个吸附器中的至少一个所需的热量输入。
4.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，这些吸附器包括单床，优选分子筛。
5.如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，该进料气流是空气，并且该杂质X选自H2O、CO2、N2O、CnHm、NOX。
6.如权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，该进料气流包含水并且所述方法包括，在步骤a)之前，将该进料气流预纯化的步骤，该预纯化步骤使得有可能消除该水的至少一部分。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该预纯化步骤是通过在环境温度下吸附进行的。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该预纯化步骤的吸附是在氧化铝、硅胶或分子筛类型的单床上进行的。
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