变温吸附系统的周期性高温再生的制作方法
专利名称：变温吸附系统的周期性高温再生的制作方法
背景技术：
现有技术中教导了将污染物从气流中除去的变温吸附(TSA)系统。TSA系统通常包括以下步骤的重复循环(i)将气流与选择用于保留污染物的吸附剂接触，从而从气流中吸附至少一部分污染物，其中该步骤(i)在初始温度下进行；(ii)加热所述吸附剂至再生温度，从而将步骤(i)中吸附的至少部分污染物脱附；以及(iii)在开始一个新的循环之前，将吸附剂冷却至初始温度。
所述再生温度通常为40℃-400℃，但是一经选定，该温度在不同循环之间通常保持基本恒定。参见例如US5531808，US5689974，US5906675，US6106593，US6373939以及EP1226860。
典型地，TSA系统中的吸附床包括干燥剂层(例如硅胶或矾土)以除去水，这是因为，水对吸附剂吸附污染物的能力产生不良影响，即使是在ppm水平时。尽管采用了干燥剂，但是TSA系统中仍然存在水进入吸附剂的问题。特别是就在启动之前，当吸附剂初始于湿的外周空气中装载时，或者当设备故障而水穿过干燥剂层进入吸附剂层时，该问题的确存在。以往，出现这种情况时要求将吸附剂丢弃，并装载新的吸附剂。
本发明通过周期性加热吸附剂至第二再生温度从而解决了水进入的问题，所述第二再生温度高于第一再生温度。在采用的TSA吸附剂对水尤其敏感的情况下，本发明特别有用，例如所述吸附剂含有沸石分子筛。
现有技术中还教导了将污染物从气流中除去的变压吸附(PSA)系统。PSA系统通常包括以下步骤的重复循环(i)使气流经过含有吸附剂的容器，所述吸附剂被选择用于保留污染物从而从气流中吸收至少一部分污染物，其中该步骤(i)在初始升高的压力下进行；(ii)对含有吸附剂的容器进行减压，从而将步骤(i)中吸附的至少部分污染物脱附；以及
(iii)在开始一个新的循环之前，将含有吸附剂的容器重新加压至所述初始升高的压力。
可以看出，TSA系统的吸附剂再生是通过变温实现的，而PSA系统的吸附剂再生是通过变压实现的。因此，PSA系统不包括对吸附剂的周期性加热。
US5931022教导了一种PSA系统，该系统包括对吸附剂的非循环性加热。尤其是，US5931022教导了在50-300℃之间对吸附剂进行周期性地加热，从而解决水进入吸附剂的问题。在US5931022中，采用包括了矾土的吸附剂来去除CO2。本领域技术人员将意识到，至少与对本发明尤其适用的沸石分子筛类型的吸附剂相比，矾土易于脱水。
US4481018教导了采用X类型沸石除去N2的PSA系统。该专利认识到再生气体流速对于确保沸石的良好N2容量的重要性，所述沸石典型地是Ca交换的X型沸石。该专利的表V中显示了再生气体流速或接触时间对CaX的N2容量的重要性。当再生气体接触时间为9秒(0.15分钟)时，CaX的N2Henry定律常数为2.4mmol/g/atm。当再生气体接触时间增加至27秒(0.45分钟)时，所述N2Henry定律常数降至1.6mmol/g/atm，减少了33％。US4481018没有教导如本文实施例4所述的再生气体接触时间对CO2容量的影响。
发明概述本发明提供了一种经改进的用于从气流中除去污染物的变温吸附方法。本发明的关键在于，通过周期性地对吸附剂加热，加热所达到的温度高于通常再生循环所采用的温度，解决了水进入吸附剂的问题。
发明详述本发明涉及一种用于从气流中除去污染物的变温吸附(TSA)方法，所述方法包括以下步骤的重复循环(i)将气流与选择用于保留污染物的吸附剂接触，从而从气流中吸附至少一部分污染物，其中该步骤(i)在初始温度下进行；(ii)加热所述吸附剂至第一再生温度，从而将步骤(i)中吸附的至少部分污染物脱附；以及(iii)在开始一个新的循环之前，将吸附剂冷却至初始温度。
本发明对上述方法进行了改进，以解决水进入吸附剂的问题。所述改进包括周期性加热的步骤，其中将吸附剂周期性地加热至高于第一再生温度的第二再生温度。
在本发明的一个实施方式中，第一再生温度为40-200℃，而第二再生温度为200-400℃。在另一实施方式中，第二再生温度比第一再生温度至少高50℃。
本发明的周期性加热步骤的频率定为与水进入事件的频率相匹配，例如当吸附剂恰好在启动之前初始地于湿的外周空气装载时，或者当设备发生故障时。因此，本发明的另一实施方式是就在启动之前和/或就在设备发生故障之后进行所述周期性加热的步骤。在另一实施方式中，本发明的周期性加热步骤的频率由CO2临界点的阈值控制(例如，当时间平均CO2临界值超过50-100ppb)。
沸石吸附CO2或N2O的能力对水进入吸附剂尤其敏感。因此，本发明的另一实施方式为所述吸附剂包括沸石(例如NaX，NaLSX，CaX，CaLSX，5A和它们的无粘结剂型)，污染物包括CO2和/或N2O。
在本发明的另一实施方式中，所述吸附剂为层状系统，其中包括干燥剂层(例如矾土，碱处理的矾土、硅胶、防水凝胶、矾土/沸石复合物以及它们的混合物)和吸附剂层。在另一实施方式中，可以采用多个吸附剂层，其中每一层选择地用于除去不同的污染物。例如，当需要同时除去CO2和N2O时，所述吸附剂可以包括第一CO2选择吸附剂层(例如NaX沸石)和第二N2O选择吸附剂层(例如CaX沸石)。在另一实施方式中，所得到的干燥且不含有污染物的气体为在低温分离单元中蒸馏成其构成组分(即O2、N2、Ar等)的气流。
本发明中原料气流的温度适当地为-80至100℃(优选0-60℃，更优选为10-50℃)，而压力适当地至少为100000N/m2(优选200000-3000000N/m2，以及更优选为200000-1500000N/m2)。所述再生压力适当地为10000-3000000N/m2(优选为50000-1000000N/m2，但是不论何种情况，优选不超过进料压力的50％)。在本发明的周期性加热步骤之前，再生气体和原料气体的摩尔比适当地为0.05-0.8，优选0.2-0.5。
以下例子验证了本发明的其它实施例的有效性。
实施例1NaX沸石广泛地用于在将空气进行低温蒸馏得到其构成组分之前，除去其中的痕量的CO2。商业级NaX沸石的本身的水负荷量通常为1.5重量％。下面的表1显示了商业级NaX沸石的残余水量和再生温度的关系(通过600℃下的失重来测定)。该表同时还显示了相对平衡CO2容量，其由空气中的临界值确定(100psig，25℃，空气中含有400ppm的CO2)。
表1
典型地，希望在尽可能低的再生温度下运行TSA系统。目的是减少系统的能源要求。典型的TSA再生温度为200℃。如表1所示，NaX沸石在200℃的再生将沸石的残余水量减少至1.6重量％，其基本上为卖方提供的产品的本身水负荷量。然而，如果初始装载的NaX可以在300℃进行再生，则残余水负荷将减少至1.2重量％，该系统的CO2容量将提高26％(0.78/0.62)。更惊人的是，如果再生温度可以达到400℃，则水负荷量降至0.4重量％，CO2容量比200℃下再生的材料增加61％(1.0/0.62)。由于所选择的TSA设计为2层的系统(干燥剂层再加上吸附剂层)，因此不再需要初始的高温再生，除非设备发生故障。本发明的优势在于，吸附剂起到在高温下(超过200℃)再生后的材料的功能，但是在该温度下只需要再生一次，这是因为，干燥剂在先层(pre-layer)使水不能进入吸附剂中。
实施例2对商业上可以购得的CaX沸石(通常用于将N2O从周围空气中除去)重复实施例1。由于CaX比NaX更加强烈地吸收水份，其性能受高的再生温度的影响更加显著。
表2
在200℃的再生温度下，CaX比材料原本的水负荷量高得多。因此，如果具有200℃再生系统的设备发生故障，该系统将不能恢复其初始的CO2容量。如果在300℃进行再生，CO2容量增加39％(0.71/0.51)。在400℃的再生温度下，CO2容量增加96％(1.0/0.51)。同样，仅仅一次高温再生，就可以实现这些大的容量增加。
本领域技术人员将认识到，沸石吸附剂易于受湿热蒸汽的影响，在热脱水阶段易于丧失能力。实施例3和实施例4说明了恢复沸石的CO2容量比恢复其N2容量需要的再生流量低，或者接触时间短。在现有技术中并没有意识到这一点。更低的再生流量导致更低的再生成本和更短的再生时间。
实施例3在该实施例中，商业级CaX沸石在不同的氮气流速下在400℃下进行再生。再生完全后(16小时)，冷却样品，在30℃下测量氮气吸附等温线。所得结果参见表3。
表3
所述相对N2容量定义为给定流速下的Henry定律常数(初始等温线的斜率)与在最高线性再生速度下得到的Henry定律常数的比值。表3的结果显示了，在高的线性再生流速(短接触时间)下得到高的N2容量。然而，当再生线速度低于0.37ft/sec(再生接触时间为1.8)时，N2容量减少了。这表明如果需要CaX的最佳N2容量，则再生流速不应低于大约0.37ft/sec。
实施例4实施与上述实施例3相同的实验，但是此次测量CO2的容量而不是N2的容量。在25℃以及100psig下，CO2在空气中的临界值为400ppm，由此测定CO2容量。结果见表4。
表4
在接种菌丝体后的第96、144、168、186.5、244及284小时，从培养物取样获得数个样品，随后藉由一常规方法进行过滤，以移除大部分之不溶性物质。以氨水将所获得之滤出物的pH值调整至7，并进行湿热灭菌。令所得样品接受MTT比色分析，其中HeLa、AGS、Hep G2及MCF-7细胞是在1,000、3,000、3,000及3,000个细胞/孔之初始浓度下进行测试。利用未经接种之培养基来作为MTT分析之负对照组。结果示于表4与图4中。
表4
表4与图4显示出，经由将振荡速率及pH值设定于实施例2及3中所述之优选范围内，可将依据本发明之樟芝培养法成功地扩大规模至160升之体积。
实施例5在合成培养基中制备樟芝培养物之滤出物将被培养在PDA平板培养基上之樟芝CCRC 930032的整个菌丝体切成小块，随后在无菌状态下，于一均质机(Osterizer)中，利用50ml再生条件下不能保持。
实施例6实施与上述实施例5相同的实验，但是此次所测试的吸附剂为商业级的NaX沸石，“标准”再生温度为150℃，如TSA方法所示。
表6
表6的结果显示，当NaX沸石在200或300℃下进行初始再生，接下来在较低的150℃“标准”TSA再生温度下再生时，CO2容量与高温再生之后的一致。表6的最后一列显示，在初始高温再生之后在较低再生温度下进行再生，其CO2容量没有改变。这是因为，吸附在沸石上的CO2为物理吸附，当加热至超过100℃的温度时很容易脱附。在实施例5中，在初始的高温再生温度之后进行一系列较低的、标准的再生温度进行再生后，矾土吸附剂不能保持其高的CO2容量。在300℃下再生之后的样品又在30℃下进行3个再生周期之后，仅仅保持了初始容量的1.5％。
上述例子包括了从原料气流中除去CO2和N2O，但是应当认识到，本发明适合从任意原料气流中除去任意组分。例如，本发明适于在通过低温蒸馏分离空气之前，从空气中除去痕量烃类。痕量烃类包括但不限于，甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙稀和更高沸点的烃类，例如C4+烃类(包括饱和、不饱和以及芳香烃类)。可以采用与除去CO2和/或N2O相同的吸附剂以除去所述痕量污染物，或者采用不同的优化用于除去所述残余的痕量污染物的吸附剂。作为另一个例子，本发明适用于从包括氢气和一氧化碳的合成气流中除去水和CO2的TSA系统。
权利要求
1.一种变温吸附方法，用于从气流中除去污染物，所述方法包括以下步骤的重复循环(i)将气流与选择用于保留污染物的吸附剂接触，从而从气流中吸收至少一部分污染物，其中步骤(i)在初始温度下进行；(ii)加热吸附剂至第一再生温度，从而使步骤(i)中吸收的至少部分污染物脱附；以及(iii)在开始一个新的循环之前，冷却吸附剂至初始温度；改进包括周期性的加热步骤，其中吸附剂被周期性地加热至第二再生温度，该温度高于第一再生温度。
2.如权利要求1所述的方法，其中第一再生温度为40-200℃，第二再生温度为200-400℃。
3.如权利要求1所述的方法，其中第二再生温度比第一再生温度至少高50℃。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述周期性加热的步骤就在启动之前进行。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述周期性加热的步骤就在设备发生故障之后进行。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述周期性加热步骤的频率由CO2临界点的阈值水平控制。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述吸附剂包括沸石，污染物包括CO2。
8.如权利要求7所述的方法，其中步骤(ii)涉及将吸附剂与线速度至少为0.1ft/sec的再生气流接触。
9.如权利要求8所述的方法，其中再生气体为干燥的富含N2的气体。
10.如权利要求7所述的方法，其中污染物进一步包括N2O。
11.如权利要求10所述的方法，其中吸附剂包括用于除去CO2污染物的第一NaX沸石层，以及用于除去N2O污染物的第二CaX沸石层。
12.如权利要求1所述的方法，其中吸附剂层状叠加于干燥剂层上。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述方法生成干燥的、不含污染物的气流，然后该气流在低温空气分离单元中进行蒸馏得到其构成组分。
全文摘要
描述了一种经改进的变温吸附方法，其对吸附剂进行周期性地加热，其加热达到的温度高于正常再生循环所采用的温度，从而解决了水进入吸附剂的问题。
文档编号B01D53/04GK1680000SQ200510054370
公开日2005年10月12日 申请日期2005年3月10日 优先权日2004年3月10日
发明者W·P·施密德特, S·R·奥维尔, M·A·卡尔巴西, T·C·戈登 申请人:气体产品与化学公司
背景技术：
现有技术中教导了将污染物从气流中除去的变温吸附(TSA)系统。TSA系统通常包括以下步骤的重复循环(i)将气流与选择用于保留污染物的吸附剂接触，从而从气流中吸附至少一部分污染物，其中该步骤(i)在初始温度下进行；(ii)加热所述吸附剂至再生温度，从而将步骤(i)中吸附的至少部分污染物脱附；以及(iii)在开始一个新的循环之前，将吸附剂冷却至初始温度。
所述再生温度通常为40℃-400℃，但是一经选定，该温度在不同循环之间通常保持基本恒定。参见例如US5531808，US5689974，US5906675，US6106593，US6373939以及EP1226860。
典型地，TSA系统中的吸附床包括干燥剂层(例如硅胶或矾土)以除去水，这是因为，水对吸附剂吸附污染物的能力产生不良影响，即使是在ppm水平时。尽管采用了干燥剂，但是TSA系统中仍然存在水进入吸附剂的问题。特别是就在启动之前，当吸附剂初始于湿的外周空气中装载时，或者当设备故障而水穿过干燥剂层进入吸附剂层时，该问题的确存在。以往，出现这种情况时要求将吸附剂丢弃，并装载新的吸附剂。
本发明通过周期性加热吸附剂至第二再生温度从而解决了水进入的问题，所述第二再生温度高于第一再生温度。在采用的TSA吸附剂对水尤其敏感的情况下，本发明特别有用，例如所述吸附剂含有沸石分子筛。
现有技术中还教导了将污染物从气流中除去的变压吸附(PSA)系统。PSA系统通常包括以下步骤的重复循环(i)使气流经过含有吸附剂的容器，所述吸附剂被选择用于保留污染物从而从气流中吸收至少一部分污染物，其中该步骤(i)在初始升高的压力下进行；(ii)对含有吸附剂的容器进行减压，从而将步骤(i)中吸附的至少部分污染物脱附；以及
(iii)在开始一个新的循环之前，将含有吸附剂的容器重新加压至所述初始升高的压力。
可以看出，TSA系统的吸附剂再生是通过变温实现的，而PSA系统的吸附剂再生是通过变压实现的。因此，PSA系统不包括对吸附剂的周期性加热。
US5931022教导了一种PSA系统，该系统包括对吸附剂的非循环性加热。尤其是，US5931022教导了在50-300℃之间对吸附剂进行周期性地加热，从而解决水进入吸附剂的问题。在US5931022中，采用包括了矾土的吸附剂来去除CO2。本领域技术人员将意识到，至少与对本发明尤其适用的沸石分子筛类型的吸附剂相比，矾土易于脱水。
US4481018教导了采用X类型沸石除去N2的PSA系统。该专利认识到再生气体流速对于确保沸石的良好N2容量的重要性，所述沸石典型地是Ca交换的X型沸石。该专利的表V中显示了再生气体流速或接触时间对CaX的N2容量的重要性。当再生气体接触时间为9秒(0.15分钟)时，CaX的N2Henry定律常数为2.4mmol/g/atm。当再生气体接触时间增加至27秒(0.45分钟)时，所述N2Henry定律常数降至1.6mmol/g/atm，减少了33％。US4481018没有教导如本文实施例4所述的再生气体接触时间对CO2容量的影响。
发明概述本发明提供了一种经改进的用于从气流中除去污染物的变温吸附方法。本发明的关键在于，通过周期性地对吸附剂加热，加热所达到的温度高于通常再生循环所采用的温度，解决了水进入吸附剂的问题。
发明详述本发明涉及一种用于从气流中除去污染物的变温吸附(TSA)方法，所述方法包括以下步骤的重复循环(i)将气流与选择用于保留污染物的吸附剂接触，从而从气流中吸附至少一部分污染物，其中该步骤(i)在初始温度下进行；(ii)加热所述吸附剂至第一再生温度，从而将步骤(i)中吸附的至少部分污染物脱附；以及(iii)在开始一个新的循环之前，将吸附剂冷却至初始温度。
本发明对上述方法进行了改进，以解决水进入吸附剂的问题。所述改进包括周期性加热的步骤，其中将吸附剂周期性地加热至高于第一再生温度的第二再生温度。
在本发明的一个实施方式中，第一再生温度为40-200℃，而第二再生温度为200-400℃。在另一实施方式中，第二再生温度比第一再生温度至少高50℃。
本发明的周期性加热步骤的频率定为与水进入事件的频率相匹配，例如当吸附剂恰好在启动之前初始地于湿的外周空气装载时，或者当设备发生故障时。因此，本发明的另一实施方式是就在启动之前和/或就在设备发生故障之后进行所述周期性加热的步骤。在另一实施方式中，本发明的周期性加热步骤的频率由CO2临界点的阈值控制(例如，当时间平均CO2临界值超过50-100ppb)。
沸石吸附CO2或N2O的能力对水进入吸附剂尤其敏感。因此，本发明的另一实施方式为所述吸附剂包括沸石(例如NaX，NaLSX，CaX，CaLSX，5A和它们的无粘结剂型)，污染物包括CO2和/或N2O。
在本发明的另一实施方式中，所述吸附剂为层状系统，其中包括干燥剂层(例如矾土，碱处理的矾土、硅胶、防水凝胶、矾土/沸石复合物以及它们的混合物)和吸附剂层。在另一实施方式中，可以采用多个吸附剂层，其中每一层选择地用于除去不同的污染物。例如，当需要同时除去CO2和N2O时，所述吸附剂可以包括第一CO2选择吸附剂层(例如NaX沸石)和第二N2O选择吸附剂层(例如CaX沸石)。在另一实施方式中，所得到的干燥且不含有污染物的气体为在低温分离单元中蒸馏成其构成组分(即O2、N2、Ar等)的气流。
本发明中原料气流的温度适当地为-80至100℃(优选0-60℃，更优选为10-50℃)，而压力适当地至少为100000N/m2(优选200000-3000000N/m2，以及更优选为200000-1500000N/m2)。所述再生压力适当地为10000-3000000N/m2(优选为50000-1000000N/m2，但是不论何种情况，优选不超过进料压力的50％)。在本发明的周期性加热步骤之前，再生气体和原料气体的摩尔比适当地为0.05-0.8，优选0.2-0.5。
以下例子验证了本发明的其它实施例的有效性。
实施例1NaX沸石广泛地用于在将空气进行低温蒸馏得到其构成组分之前，除去其中的痕量的CO2。商业级NaX沸石的本身的水负荷量通常为1.5重量％。下面的表1显示了商业级NaX沸石的残余水量和再生温度的关系(通过600℃下的失重来测定)。该表同时还显示了相对平衡CO2容量，其由空气中的临界值确定(100psig，25℃，空气中含有400ppm的CO2)。
表1
典型地，希望在尽可能低的再生温度下运行TSA系统。目的是减少系统的能源要求。典型的TSA再生温度为200℃。如表1所示，NaX沸石在200℃的再生将沸石的残余水量减少至1.6重量％，其基本上为卖方提供的产品的本身水负荷量。然而，如果初始装载的NaX可以在300℃进行再生，则残余水负荷将减少至1.2重量％，该系统的CO2容量将提高26％(0.78/0.62)。更惊人的是，如果再生温度可以达到400℃，则水负荷量降至0.4重量％，CO2容量比200℃下再生的材料增加61％(1.0/0.62)。由于所选择的TSA设计为2层的系统(干燥剂层再加上吸附剂层)，因此不再需要初始的高温再生，除非设备发生故障。本发明的优势在于，吸附剂起到在高温下(超过200℃)再生后的材料的功能，但是在该温度下只需要再生一次，这是因为，干燥剂在先层(pre-layer)使水不能进入吸附剂中。
实施例2对商业上可以购得的CaX沸石(通常用于将N2O从周围空气中除去)重复实施例1。由于CaX比NaX更加强烈地吸收水份，其性能受高的再生温度的影响更加显著。
表2
在200℃的再生温度下，CaX比材料原本的水负荷量高得多。因此，如果具有200℃再生系统的设备发生故障，该系统将不能恢复其初始的CO2容量。如果在300℃进行再生，CO2容量增加39％(0.71/0.51)。在400℃的再生温度下，CO2容量增加96％(1.0/0.51)。同样，仅仅一次高温再生，就可以实现这些大的容量增加。
本领域技术人员将认识到，沸石吸附剂易于受湿热蒸汽的影响，在热脱水阶段易于丧失能力。实施例3和实施例4说明了恢复沸石的CO2容量比恢复其N2容量需要的再生流量低，或者接触时间短。在现有技术中并没有意识到这一点。更低的再生流量导致更低的再生成本和更短的再生时间。
实施例3在该实施例中，商业级CaX沸石在不同的氮气流速下在400℃下进行再生。再生完全后(16小时)，冷却样品，在30℃下测量氮气吸附等温线。所得结果参见表3。
表3
所述相对N2容量定义为给定流速下的Henry定律常数(初始等温线的斜率)与在最高线性再生速度下得到的Henry定律常数的比值。表3的结果显示了，在高的线性再生流速(短接触时间)下得到高的N2容量。然而，当再生线速度低于0.37ft/sec(再生接触时间为1.8)时，N2容量减少了。这表明如果需要CaX的最佳N2容量，则再生流速不应低于大约0.37ft/sec。
实施例4实施与上述实施例3相同的实验，但是此次测量CO2的容量而不是N2的容量。在25℃以及100psig下，CO2在空气中的临界值为400ppm，由此测定CO2容量。结果见表4。
表4
在接种菌丝体后的第96、144、168、186.5、244及284小时，从培养物取样获得数个样品，随后藉由一常规方法进行过滤，以移除大部分之不溶性物质。以氨水将所获得之滤出物的pH值调整至7，并进行湿热灭菌。令所得样品接受MTT比色分析，其中HeLa、AGS、Hep G2及MCF-7细胞是在1,000、3,000、3,000及3,000个细胞/孔之初始浓度下进行测试。利用未经接种之培养基来作为MTT分析之负对照组。结果示于表4与图4中。
表4
表4与图4显示出，经由将振荡速率及pH值设定于实施例2及3中所述之优选范围内，可将依据本发明之樟芝培养法成功地扩大规模至160升之体积。
实施例5在合成培养基中制备樟芝培养物之滤出物将被培养在PDA平板培养基上之樟芝CCRC 930032的整个菌丝体切成小块，随后在无菌状态下，于一均质机(Osterizer)中，利用50ml再生条件下不能保持。
实施例6实施与上述实施例5相同的实验，但是此次所测试的吸附剂为商业级的NaX沸石，“标准”再生温度为150℃，如TSA方法所示。
表6
表6的结果显示，当NaX沸石在200或300℃下进行初始再生，接下来在较低的150℃“标准”TSA再生温度下再生时，CO2容量与高温再生之后的一致。表6的最后一列显示，在初始高温再生之后在较低再生温度下进行再生，其CO2容量没有改变。这是因为，吸附在沸石上的CO2为物理吸附，当加热至超过100℃的温度时很容易脱附。在实施例5中，在初始的高温再生温度之后进行一系列较低的、标准的再生温度进行再生后，矾土吸附剂不能保持其高的CO2容量。在300℃下再生之后的样品又在30℃下进行3个再生周期之后，仅仅保持了初始容量的1.5％。
上述例子包括了从原料气流中除去CO2和N2O，但是应当认识到，本发明适合从任意原料气流中除去任意组分。例如，本发明适于在通过低温蒸馏分离空气之前，从空气中除去痕量烃类。痕量烃类包括但不限于，甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙稀和更高沸点的烃类，例如C4+烃类(包括饱和、不饱和以及芳香烃类)。可以采用与除去CO2和/或N2O相同的吸附剂以除去所述痕量污染物，或者采用不同的优化用于除去所述残余的痕量污染物的吸附剂。作为另一个例子，本发明适用于从包括氢气和一氧化碳的合成气流中除去水和CO2的TSA系统。
权利要求
1.一种变温吸附方法，用于从气流中除去污染物，所述方法包括以下步骤的重复循环(i)将气流与选择用于保留污染物的吸附剂接触，从而从气流中吸收至少一部分污染物，其中步骤(i)在初始温度下进行；(ii)加热吸附剂至第一再生温度，从而使步骤(i)中吸收的至少部分污染物脱附；以及(iii)在开始一个新的循环之前，冷却吸附剂至初始温度；改进包括周期性的加热步骤，其中吸附剂被周期性地加热至第二再生温度，该温度高于第一再生温度。
2.如权利要求1所述的方法，其中第一再生温度为40-200℃，第二再生温度为200-400℃。
3.如权利要求1所述的方法，其中第二再生温度比第一再生温度至少高50℃。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述周期性加热的步骤就在启动之前进行。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述周期性加热的步骤就在设备发生故障之后进行。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述周期性加热步骤的频率由CO2临界点的阈值水平控制。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述吸附剂包括沸石，污染物包括CO2。
8.如权利要求7所述的方法，其中步骤(ii)涉及将吸附剂与线速度至少为0.1ft/sec的再生气流接触。
9.如权利要求8所述的方法，其中再生气体为干燥的富含N2的气体。
10.如权利要求7所述的方法，其中污染物进一步包括N2O。
11.如权利要求10所述的方法，其中吸附剂包括用于除去CO2污染物的第一NaX沸石层，以及用于除去N2O污染物的第二CaX沸石层。
12.如权利要求1所述的方法，其中吸附剂层状叠加于干燥剂层上。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述方法生成干燥的、不含污染物的气流，然后该气流在低温空气分离单元中进行蒸馏得到其构成组分。
全文摘要
描述了一种经改进的变温吸附方法，其对吸附剂进行周期性地加热，其加热达到的温度高于正常再生循环所采用的温度，从而解决了水进入吸附剂的问题。
文档编号B01D53/04GK1680000SQ200510054370
公开日2005年10月12日 申请日期2005年3月10日 优先权日2004年3月10日
发明者W·P·施密德特, S·R·奥维尔, M·A·卡尔巴西, T·C·戈登 申请人:气体产品与化学公司
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