[发明专利]用于在低压下分离空气气体的系统和方法

说明书

一种空气气体分离设备在空气流的循环方向上包括：‑压缩装置(1)，该压缩装置使得能够将该空气流压缩到1.15巴绝对值和2巴绝对值之间的压力P1，‑TSA型吸附单元(2)，以及‑低温蒸馏单元(3)，‑其中该吸附单元包括至少两个吸附器A和B，每个吸附器具有水平地布置的平行六面体壳体并且包括：‑空气流入口和空气流出口，‑固定床吸附剂块，该固定床吸附剂块同样为平行六面体形状，该固定床吸附剂块的面平行于该壳体的面；以及‑一组体积，该组体积允许该空气流在该吸附剂块的整个截面上并贯穿其整个厚度水平地穿过该吸附剂块。

本发明涉及一种用于航空气体分离的设备以及使用所述设备进行航空气体分离的工艺。更具体地，本发明涉及在通过低温蒸馏来分离大气空气之前净化所述空气。

已知的是，大气空气含有在其被引入空气分离单元的冷箱的热交换器之前必须去除的化合物，特别是水蒸气(H2O)、二氧化碳(CO2)、氮氧化物和碳氢化合物。

事实上，在没有对空气进行此类处理以去除其H2O和CO2杂质的情况下，当空气冷却到低温温度(典型地低于-150℃)时，这些杂质凝固，这会导致特别是换热器、蒸馏塔等装备堵塞的问题。

此外，还通常至少部分地去除空气中可能存在的碳氢化合物和氮氧化物杂质，以防止其在(多个)蒸馏塔的底部中浓度过高，以及因此减轻装备损坏的任何风险。

空气的这种预处理目前在适用时使用PSA(变压吸附)工艺或TSA(变温吸附)工艺进行。这些工艺的不同之处在于吸附剂的再生方式：如果所述再生是由于压力低于吸附压力而发生，则再生方式为压力效应，或者当再生发生在高于吸附温度的温度时，再生方式为温度效应。应注意的是，在TSA单元中也可以具有减压效应，并且在这种情况下可以使用各种名称。在本文件中，当温度效应用于再生时使用术语“TSA”，无论是否存在与压力相关的附加效应。

常规地，TSA工艺空气净化循环包括以下步骤：

如果在单元的上游使用制冷装置，则在高于大气压力下和可能在5℃到10℃的量级的环境温度下净化空气

a)将吸附器减压降至大气压力，

b)在大气压力下使吸附剂再生，特别是使用来自空气分离单元的不纯氮气并通过交换器(通常是电加热器或蒸汽加热器)加热到通常在90℃和250℃之间的温度，

c)将吸附剂冷却至环境温度，特别是通过继续在其中引入来自空气分离单元、但未加热的所述废气，

d)用例如来自处于生产阶段的吸附器的大气空气或净化空气对吸附器进行再加压。

通常，空气预处理设备包括交替运行的两个吸附器，即吸附器之一处于生产阶段，同时另一个处于再生阶段。

可以添加上述步骤的附加步骤，比如将两个吸附器并行放置不同持续时间(即从几秒到几分钟)的步骤，或例如在再生步骤结束时没有流体循环通过吸附剂的等待步骤。

由于压力有助于阻止杂质，净化单元通常在压缩后、即在大于3巴绝对值的压力下、经常在大于4.5巴绝对值的压力下安装。此压力取决于为空气分离选择的低温循环。

最常用的循环是常规的双塔循环，其中空气被压缩到单一压力，该单一压力不计压头损失时对应于所谓的中等压力塔的操作压力，即非常普遍地在4.5巴绝对值和6巴绝对值之间。