[发明专利]压力摆动式气体分离器

说明书

压力摆动式气体分离器包括一个吸附材料垫，该垫能选择性地吸附混合气体中的至少一种组分。压力摆动式气体分离器能利用这种选择吸附作用去除混合气体中的某种气体，以便或者得到一种含较高浓度的选择吸附性气体的混合气体，或者得到一种含浓度较低的选择吸附性气体的混合废气。在这样的压力摆动式气体分离器中，吸附垫受到混合气体的压力，并且选择吸附性组分被吸附到垫中，直到混合气体中的该组分在垫中达到饱和为止。然后打开吸附垫，使选择吸附组分含量很少的混合气体被排放出去。接着这个吸附垫经历一个减压过程，在这种情况下，吸附到垫上的气体被解吸，于是可以得到一种富含被选择吸附组分的气体。

目前在这个领域中已经做了许多工作，特别是在所谓快速压力摆动式吸附系统中，上述系统的工作周期一般短于30秒。对吸附垫的安排应能保证：气体混合物能从一侧进入垫中，并且在解吸后含高浓度选择吸附组分的混合气体从吸附垫的同侧离开，而没有被选择吸附到垫上的气体能从吸附垫的另一侧离开，而这侧始终在排气。这些系统的实例见EP-A-0008619，EP-A-0013680和EP-A-0055160。

按照本发明的第一个方案，压力摆动式气体分离器利用其升压和降压状态之间的压力差来工作，该压力差小于0.1巴。

目前的快速压力摆动的吸附式气体分离器的吸附垫的压力摆动范围至少为1/2巴，通常为2/3巴。产生这么大幅度的压力摆动需要相当大的能量。按照本发明的第一个方案，使压力摆动式气体分离器在很小压力差下并在低于0.1巴压力差下工作时需要的能量很少，不过在每次压力摆动中产生的气体的量也比较少。

按照本发明的第二个方案，压力摆动式气体分离器的工作频率大于1周/秒。

该压力摆动式气体分离的工作频率一般大于10周/秒，典型的工作频率在50至200周/秒的范围之间。因此，根据本发明的第二个方案做出的压力摆动式气体分离器在压力值做快速摆动以吸附气体方面的速度比先前的分离器快1000倍。该压力摆动式气体分离器最好能把本发明的第一和第二方案组合起来。在这种情况下，分离器以高频率工作，克服了在每个循环内只产生少量气体的缺点。而且本发明的第一和第二方案的组合还能只用较少的能量获得大量的气体。

按照本发明的第三个方案，压力摆动式气体分离器包括一个吸附材料垫，并且该分离器构成了共振系统的一部分。压力摆动式气体分离器还包括一个以共振系统的共振频率工作的、对吸附材料先后增压、减压的组件，以便使被解吸的混合气体的压缩能基本上被回收。

由于本发明的第三个方案所涉及的共振系统能够把包含在从垫的一侧排放出的气体组分中的压能储存起来，所以使用该共振系统可以节省很多压缩能量。根据本发明的第三个方案，由于共振系统具有特殊的结构，所损失的能量仅仅是吸附垫中摩擦损耗。这样，采用本发明的这个方案能使压力摆动式气体分离器所需要的能量进一步减少。

最好把本发明的前三个方案组合起来，为了描述这样的系统，发明人杜撰了“声压摆动式气体分离器”这个术语。

EP-A-0267727号专利申请描述了并要求保护一种气体共振装置，它包括一个横截面沿长度方向从一端到另一端扩大的共振管，一个位于共振管一端的热源，以及激励该共振管内气体振荡的组件。该共振管最好是卵形的，热源和激励共振管内气体振荡的组件最好由一个脉冲式燃烧器构成，该脉冲式燃烧器的脉冲频率与该气体共振管的共振频率相同。该专利申请描述并要求保护的这种热力驱动式气体共振装置所产生的压力波可以带动一个压力摆动式气体分离器工作。

本发明的第二和第三方案不包括EP-A-0267727描述并要求保护的那些组合方案。

按照本发明的第四个方案，压力摆动式气体分离器包括：一个吸附材料垫，一个和吸附材料垫的一个面相靠近、但是有间隔的谐振膜板，一个为激励该膜板以共振频率沿着朝向和离开该吸附垫的方向运动的驱动组件，一组使混合气体进入和使废气混合物排出的阀组件，一个介于膜板和垫之间的空间，一个与吸附垫的另一面相通的气体出口。在工作过程中，随着膜板朝向和离开该吸附垫运动，它分别对吸附垫升压和降压。