附相对忽略,因此容易使该组分回收后作为纯净产品。对于吸附的组分,如在操作范围内吸附等温线更趋于线性等温线,将有利于解吸,提高了分离过程动力学。整个操作过程对于质量传递可以是轻微的不可逆过程,但通常会导致低回流比。另一方面,吸附床的有效吸附容量将变小,即每个循环处理的原料气减少,并且这不必要用较短的循环时间来补偿。因为压缩和将压步骤的时间期并不受到明显的影响。只有当分离稀有气体如氖和氦时才使用非常低的循环操作温度(如液化操作温度)。有的工艺包括诸如氮气,氧气,氩气,氪气等气体吸附,可以优先选择在环境温度以下操作。
其次讲一下吸附床的结构:通常,工业装置中常用立式吸附器,主要优点在于它能较好地满足气体均匀流过吸附层,能够最大程度地利用吸附剂。然而,立式吸附器受到以下两种额外制约因素的限制:
——跨越整个吸附剂层的压降
——提升速度(局部压降)
为降低鼓风机和真空泵能量消耗,在吸附和解吸期间应力求压降最小,这就要求吸附剂装填高度不能超出2.5米,并要考虑到吸附剂颗粒尺寸,对于较大装置,这一制约因素会导致吸附器直径过大而不现实。立式吸附器垂直流向因而限制了装置的02产量在1500NM3/H以下。
关于径向流吸附器,国内在5年前就曾有 过报道,笔者以前在设计中也曾接触过径向流吸附器和卧式吸附器(变温吸附),虽不能直接用于变压吸附装置,但我们可以从中获得借鉴。典型的像BOC卧式吸附器。只不同的是变压吸附系统所用吸附器由于工艺时间要求很短,影响床层几何容积特性的结构设计较变温吸附系统中的吸附器要严格许多。对于卧式吸附器,气流分布是一个尤为棘手的难题。国外巳成功解决了这一难题。德国MahlerAGS在变压吸附工艺中应用卧式吸附器取得了巨大成功,典型的装置有1999年供给土耳其一家钢厂的单列分子筛制氧装置,采用三床
VSA工艺,装置产量4300NM3/H,氧产品纯度为93%。对于较大装置,(>2000NM3/H)用立式吸附器也可较好地代替卧式吸附器,如果是径向流吸附器,则在吸附期间,气体由外流向内,在解吸期间,气体由内流向外,这种吸附器结构的主要优点在于:
——降低吸附器容积
——降低死空间容积
——降低压降
——在吸附、解吸期间有良好的气流分布
——确保吸附剂填料不跳动
变压吸附制氧用径向流吸附器能有优良的气流分布是由于在吸附、解吸期间能够改变气体流量的结果。在吸附期间,气体由外部流向内部,气流降低;在解吸期间气体由内部流向外部,气流升高。因为被吸附和解吸的气体都是氮气。既然气体流过径向流吸附器的横截面从外向内同样降低气流,那么更为均匀的气体流速比起卧式或立式吸附器就更容易实现。这就提高了吸附剂床层的利用率同时降低了压降。
径向流吸附器的先进性是和较为昂贵的吸附器结构制造联系在一起的。因此,应当谨慎考虑其经济量度并根据整个氧气装置费用来加以选择。
至于单床制氧工艺,笔者在以前的文章中讲得较为详细,这里就不再赘述。其主要不足之处在于:进料压气札填空抽气机具有有限的差压能力并且在高压比的情况下效率低。因此,需使该操作循环尽可能降低操作真空度水平,以缩小该压差。这样操作可使进料压气扎填空抽气机在更为有效的范围内操作,并且也形成高抽吸压力,从而提高该机器在高效率下的工作容量。而且,也需要高分离效率和高吸附剂使用效率,以保持能耗最低和在给定投资的情况下达到最大的生产能力。单床工艺具有投资省,占地少,装置配套组件少,操作维护简单;但对吸附剂的性能要求更高。国外德国Mahler AGS和美国普莱克斯等公司都有运行的工业化装置。
参考资料:
1.西梅卡亚洲气体系统成都有限公司内部资料
2.林德AG M.Grab博士和P.Leigeb博士《变压吸附的氧气生产》
3.《变压吸附法用于气体纯化》作者:Daniel TONDEUR和Phillip C.WANKAT
4.《林德科技》54/1994作者:Dr.Ulrich Von Gemmingen.