空气纯化.pdf

《空气纯化.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《空气纯化.pdf（24页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 104334250 A (43)申请公布日 2015.02.04 C N 1 0 4 3 3 4 2 5 0 A (21)申请号 201280073473.3 (22)申请日 2012.05.31 B01D 53/04(2006.01) B01D 53/047(2006.01) (71)申请人气体产品与化学公司 地址美国宾夕法尼亚州 (72)发明人 T.C.戈登 M.A.卡尔巴西 C.J.赖斯威尔 C.瓦维鲁 M.波罗克 (74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人周李军 杨思捷 (54) 发明名称 空气纯化 (57) 摘要 在低温蒸馏前降低。

2、进料空气流中水、二氧化 碳和氧化亚氮的含量的方法，其包括：a)使所述 进料空气流在进料温度和进料压力下以进料方 向通过第一吸附剂，并随后通过第二吸附剂，所 述第一吸附剂在30下测量的CO 2 相对于N 2 O的 亨利定律选择性为至少12.5，所述第二吸附剂 在30下测量的CO 2 吸附的亨利定律常数小于 1020mmol/g/大气压，且其在30下测量的CO 2 相 对于N 2 O的亨利定律选择性最多为5；b)在第一时 间周期后停止将所述进料空气流传送至所述第一 和第二吸附剂；c)将与所述第一和第二吸附剂接 触的气体减压至低于所述进料压力的第二压力； d)将处于所述第二压力和处于20-80温度 。

3、的经加热再生气体以与所述进料方向相反的方向 传送到至少所述第二吸附剂，经过第二时间周期， 并随后将处于所述第二压力和处于低于所述经加 热再生气体的温度的温度的第二再生气体以与所 述进料方向相反的方向传送至所述第一和第二吸 附剂，经过第三时间周期；e)停止将再生气体传 送至所述第一和第二吸附剂；f)将与所述第一和 第二吸附剂接触的气体再加压至所述进料压力； 和g)重复步骤a)至f)，其中所述第二吸附剂占 据所述第一和第二吸附剂总体积的25%至40%体 积，且其中所述经加热再生气体的温度比所述进 料温度或所述第二再生气体温度之中更高的那个 高10至60；以及包含如上定义的第一吸附剂 和第二吸附剂的。

4、装置用于降低进料空气流中水、 二氧化碳和氮的含量的用途，其中如上所述使吸 附剂再生。 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.11.26 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2012/060317 2012.05.31 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/178279 EN 2013.12.05 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书14页 附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书14页 附图7页 (10)申请公布号 CN 104334250 A CN 104334250 A 1/2页 2 1. 在低温蒸。

5、馏前降低进料空气流中水、二氧化碳和氧化亚氮的含量的方法，其包括： a) 使所述进料空气流在进料温度和进料压力下以进料方向通过第一吸附剂，并随后 通过第二吸附剂，所述第一吸附剂在30下测量的CO 2 相对于N 2 O的亨利定律选择性为至 少12.5，所述第二吸附剂在30下测量的CO 2 吸附的亨利定律常数小于1020 mmol/g/大 气压，且其在30下测量的CO 2 相对于N 2 O的亨利定律选择性最多为5； b) 在第一时间周期后停止将所述进料空气流传送至所述第一和第二吸附剂； c) 将与所述第一和第二吸附剂接触的气体减压至低于所述进料压力的第二压力； d) 将处于所述第二压力和处于20-8。

6、0温度的经加热再生气体以与所述进料方向 相反的方向传送到至少所述第二吸附剂，经过第二时间周期，并随后将处于所述第二压力 和处于低于所述经加热再生气体的温度的温度的第二再生气体以与所述进料方向相反的 方向传送至所述第一和第二吸附剂，经过第三时间周期； e) 停止将再生气体传送至所述第一和第二吸附剂； f) 将与所述第一和第二吸附剂接触的气体再加压至所述进料压力；和 g) 重复步骤a)至f)， 其中所述第二吸附剂占据所述第一和第二吸附剂总体积的25%至40%体积，且其中 所述经加热再生气体的温度比所述进料温度或所述第二再生气体温度之中更高的那个高 10至60。 2. 权利要求1的方法，其中所述第一。

7、时间周期为30至60分钟。 3. 权利要求1或权利要求2的方法，其中所述第二时间周期为2分钟至30分钟。 4. 权利要求1至3中任一项的方法，其中所述经加热再生气体的温度为30至70。 5. 前述权利要求中任一项的方法，其中所述第三时间周期为10至40分钟。 6. 前述权利要求中任一项的方法，其中所述第二再生气体的温度比所述进料温度高 不超过5。 7. 前述权利要求中任一项的方法，其中所述第二吸附剂占据所述第一和第二吸附剂 所占总体积的28%体积至35%体积。 8. 前述权利要求中任一项的方法，其中所述第二吸附剂选自Si/Al比率为1.15或更 大的NaX沸石和5A沸石。 9. 前述权利要求中。

8、任一项的方法，其中所述第一吸附剂选自氧化铝或浸渍的氧化铝。 10. 前述权利要求中任一项的方法，其中所述第二吸附剂下游的氧化亚氮含量为其在 所述进料空气流中初始含量的最多18%。 11. 前述权利要求中任一项的方法，其中在步骤d)期间提供的经加热再生气体和第 二再生气体与在步骤a)期间提供的进料空气的摩尔比小于1。 12. 前述权利要求中任一项的方法，其中所述第二压力为0.5巴绝压(50kPa)至2巴 绝压(200kPa)。 13. 前述权利要求中任一项的方法，其中所述进料压力为2巴绝压(200kPa)至50巴 绝压(5000kPa)。 14. 一种在吸附剂床中包含第一吸附剂层和第二吸附剂层的。

9、装置的用途，所述第一吸 附剂层在30下测量的CO 2 相对于N 2 O的亨利定律选择性为至少12.5，所述第二吸附剂层 在30下测量的CO 2 吸附的亨利定律常数小于1020 mmol/g/大气压且其在30下测量 权 利 要 求 书CN 104334250 A 2/2页 3 的CO 2 相对于N 2 O的亨利定律选择性为最多5，其中所述第二吸附剂占据所述第一和第二吸 附剂总体积的25至40%体积，所述装置用于降低过程中处于进料压力的进料空气流中水、 二氧化碳和氧化亚氮的含量，其中，通过使在低于所述进料压力的第二压力下的经加热再 生气体经过其中，使至少所述第二吸附剂再生，其中，通过使在所述第二压。

10、力下并具有比所 述经加热再生气体更低温度的第二再生气体经过其中，使所述第一吸附剂的至少一部分再 生，其中，所述经加热再生气体具有20-80的温度且比所述进料空气流或所述第二再 生气体的温度之中更高的那个高10至60。 权 利 要 求 书CN 104334250 A 1/14页 4 空气纯化 0001 本发明涉及在低温空气分离前从空气流去除水、二氧化碳和氧化亚氮，还任选去 除烃。 0002 空气的低温分离需要预纯化步骤用于去除高沸点物质和有害物质两者。主要的高 沸点空气组分包括水和二氧化碳。若不实现从环境进料空气去除这些杂质，则水和二氧化 碳将在分离过程的冷冻部分例如换热器和LOX池中凝析。这将。

11、引起压降、流量变化和操作 问题。还必须回收各种有害物质，包括乙炔和其它烃。如果不去除，高沸点烃会在塔的LOX 部分浓缩，导致潜在的爆炸危险。 0003 已知还应去除氮的氧化物。次要的空气组分为氧化亚氮N 2 O，其以约0.3ppm存在 于环境空气。其具有与二氧化碳类似的物理性质，因此造成潜在的操作问题，因为在低温蒸 馏装置的塔和换热器中形成固体。此外，已知氧化亚氮增强有机物质的燃烧且为冲击敏感 的。因而，氧化亚氮还造成安全性危险。烃例如乙烯、乙炔、丁烷、丙烯和丙烷为其它杂质， 在低温空气分离前期望将其去除。 0004 空气的预纯化通常通过吸附性清除过程进行。这些可通过变温吸附(TSA)操作， 。

12、如US4541851和5137548或U. Gemmingen（“Designs of Adsorptive Driers in Air Separation Plants (空气分离设备中吸附干燥器的设计)”，Reports on Technology 54/1994，Linde）所描述，通过变压吸附(PSA)操作，如US4711645、US5232474或C. W. Skarstrom（“Heatless Fractionation of Gases over Solid Adsorbents (气体经固体 吸附剂的无加热分馏)”卷II，95，N. W. Li(编辑)，CRC Press，。

13、Cleveland，Ohio 1972） 所描述，或通过那些过程的变体来操作，例如，如US 5614000描述的热增强PSA (TEPSA)或 如US 5855650描述的TPSA。 0005 通常，空气的预纯化通过在固体吸附剂上吸附并周期再生吸附剂，从空气吸附污 染气体组分来进行。在这些方法中，将空气进料，与至少两个固体吸附剂层接触，以吸附待 去除的组分，所述组分的浓度在吸附剂中逐渐提高。每一种去除的气体组分在吸附剂中的 浓度不均一，但在吸附剂床的上游端最高，且经过吸附剂中的传质区域逐渐变小。若无限期 地进行该方法，则传质区域逐渐向吸附剂床下游移动，直到待去除的组分从床的下游端穿 透。在这发。

14、生前，有必要使吸附剂再生。 0006 在变压吸附(PSA)系统中，这通过以下进行：停止待处理气体流入吸附剂，使吸附 剂减压，并通常使具有低含量的在床上吸附的组分的再生气体流与产物进料方向逆流地通 过该床。因为吸附要去除的组分，同时床处于在线，所以吸附过程将产生吸附热，导致热脉 冲通过吸附剂向下游进展。在再生过程期间，必须提供热量，使已经吸附在床上的气体组分 脱附。在PSA中，目标是在热脉冲抵达床的下游端之前开始再生；热脉冲的移动方向被再生 气体的逆流流动反转，并将衍生自所讨论的气体组分吸附的热量用于在再生期间使该组分 脱附。因此避免必须在再生步骤期间供热。然而，用于避免离开吸附剂床的热脉冲的短。

15、周 期时间(进料时间通常为10-15分钟)需要床的频繁减压，在此期间进料气体被排出并损 失(“转换损失”)。此外，通常使用两个吸附剂床，其中一个在线而另一个再生。一个床的 减压和再生必须在短时间内发生，该时间内另一个床在线，且快速的再加压可导致进料和 说 明 书CN 104334250 A 2/14页 5 产物流的瞬变，这可能不利地影响设备操作。 0007 已知备选程序为变温吸附(TSA)。在TSA中，延长周期时间(进料时间通常为2-12 小时)，而且使上述热脉冲在进料或在线周期期间进展到吸附床的下游端外。为实现再生， 因此必需供热以使吸附的气体组分脱附。为此，将所用的再生气体加热一段时间，以。

16、产生与 正常进料方向逆流地移动通过床的热脉冲。该经加热再生气体的流通常后接冷再生气体的 流，其继续置换向上游端通过床的热脉冲。TSA特征在于与PSA相比延长的周期时间。TSA 为能量密集的，因为有必要供应加热到例如150-200的高温的再生气体，以确保被更强地 吸附的组分从床脱附。通常还将待处理的空气预冷却，以使必须在床上吸附的水的量最小 化，进一步增加设备和能源成本。 0008 在典型空气预纯化TSA方法中，使用双层床以去除存在于进料空气流的基本上全 部水和二氧化碳。因为水是这两种物类中被更强地吸附的那种，所以通常使床运行直到二 氧化碳开始穿透吸附床。比起N 2 O，更多的CO 2 存在于进。

17、料空气流，但因为13X对CO 2 的容量 与对N 2 O的容量相比更大，若使床运行至CO 2 穿透，显著量的N 2 O将从床穿透，并可能引起低 温蒸馏设备下游的问题。 0009 US4249915和US4472178公开一种吸附过程，其中通过在单独的相应的床中吸附， 从大气空气去除水分和二氧化碳。通过PSA在相对短的操作周期中再生水分负载床，而以 显著更长的时间间隔使二氧化碳负载床热再生。虽然该布置存在某些益处，但设备成本高， 因为重复的塔以及为实施相应床再生的两个系统需要附加设备。 0010 Wenning （“Nitrous oxides in Air Separation Plants 。

18、(空气分离设备中的亚 氮氧化物)”U. Wenning，Proceedings from MUST 96，79-89页）描述了二氧化碳可如何从 沸石吸附剂置换已经吸附的氧化亚氮，导致氧化亚氮以大于环境空气中的浓度穿透。 0011 US5919286教导，在PSA过程中，在氧化铝床的产物(下游)端的沸石层可用于去 除氮的氧化物。 0012 EP0992274描述一种用于从空气去除二氧化碳、水和氧化亚氮的方法，优选在TSA 过程中，其中使用三层吸附剂床，其中第一层例如氧化铝主要吸附水，第二层例如13X主要 吸附二氧化碳，且第三层例如CaX主要吸附氧化亚氮。 0013 US5846295描述一种用于。

19、去除CO 2 和H 2 O的TSA方法，其中使用浸渍的氧化铝，在 一些情况下组合在床的产物端的沸石例如13X。 0014 US5614000描述一种用于从空气去除水和CO 2 的方法，其中优选含有仅氧化铝的吸 附剂床可部分通过TSA和部分通过PSA再生，其中吸附水的吸附剂部分(上游部分)通过 PSA再生而其余部分通过TSA再生，使用约70的再生气体温度。这种方法首字母缩写称 为TEPSA。 0015 US5855650描述一种用于从空气去除水和CO 2 的方法，其中含有氧化铝层和13X 沸石层或完全为氧化铝的单层的吸附剂床在下游部分使用约100的气体温度通过TSA再 生，而吸附水的上游部分则部。

20、分通过TSA且部分通过PSA再生。这种方法首字母缩写称为 TPSA。 0016 由吸附剂呈现的一种气体相比于另一种气体的选择性可表示为这两种气体在 30下的亨利定律常数(初始等温线斜率)的比率。 0017 本发明目的在于提供一种方法，去除存在于环境空气的高含量的水、二氧化碳和 说 明 书CN 104334250 A 3/14页 6 氧化亚氮，以及优选去除烃，例如丙烷、乙烯、丙烯、乙炔和/或丁烷。 0018 本发明的另一目的在于提供一种方法，由此将氧化亚氮和烃(当存在时)的穿透 含量与穿透吸附剂的二氧化碳含量关联，使得保证床下游的二氧化碳含量低于期望的阈 值，保证氧化亚氮和烃(当存在时)的含量也。

21、低于期望的阈值。 0019 本发明的另一目的在于避免使用高度水敏感的吸附剂例如CaX。由于CaX的容量 是水载量的非常强的函数，所以使用这种吸附剂需要非常关注载量与操作，以保证其不与 水接触。 0020 本发明提供在低温蒸馏前降低进料空气流中水、二氧化碳和氧化亚氮的含量的方 法，其包括： a) 使所述进料空气流在进料温度和进料压力下以进料方向通过第一吸附剂，并随后 通过第二吸附剂，所述第一吸附剂在30下测量的CO 2 相对于N 2 O的亨利定律选择性为至 少12.5，所述第二吸附剂在30下测量的CO 2 吸附的亨利定律常数小于1020 mmol/g/大 气压，且其在30下测量的CO 2 相对于。

22、N 2 O的亨利定律选择性最多为5； b) 在第一时间周期后停止将所述进料空气流传送至所述第一和第二吸附剂； c) 将与所述第一和第二吸附剂接触的气体减压至低于所述进料压力的第二压力； d) 将处于所述第二压力和处于20-80温度的经加热再生气体以与所述进料方向 相反的方向传送到至少所述第二吸附剂，经过第二时间周期，并随后将处于所述第二压力 和处于低于所述经加热再生气体的温度的温度的第二再生气体以与所述进料方向相反的 方向传送至所述第一和第二吸附剂，经过第三时间周期； e) 停止将再生气体传送至所述第一和第二吸附剂； f) 将与所述第一和第二吸附剂接触的气体再加压至所述进料压力；和 g) 重复。

23、步骤a)至f)， 其中所述第二吸附剂占据所述第一和第二吸附剂总体积的25%至40%体积，且其中 所述经加热再生气体的温度比所述进料温度或所述第二再生气体温度之中更高的那个高 10至60。 0021 第一吸附剂和第二吸附剂可提供于单独的容器中，但优选分别作为单一吸附剂床 的上游和下游(相对于进料方向)层而提供。 0022 为保证基于出口CO 2 含量的测量结果，第二吸附剂出口处N 2 O和CO 2 含量保持在所 需含量以下，必须权衡第一和第二吸附剂关于三种组分H 2 O、CO 2 和N 2 O的性质，以保证在CO 2 穿透之后或同时，发生N 2 O穿透。对于给定的吸附剂，进料空气流组分移动通过床。

24、的速度取 决于其吸附强度。在水、CO 2 和N 2 O中，水在氧化铝或沸石上被最强吸附，因此非常缓慢地移 动通过吸附剂床。CO 2 吸附不如水强，但在本发明所用的吸附剂上，CO 2 吸附比N 2 O更强。期 望存在于进料空气流的至少一些CO 2 以及全部H 2 O吸附在第一吸附剂上，而且第二吸附剂用 于吸附N 2 O和剩余的CO 2 ，以及存在于进料空气流的任何烃。也就是说，使用对于CO 2 和H 2 O 具有大容量而且在30测量的CO 2 相对于N 2 O的亨利定律选择性为至少12.5的第一吸附 剂。这使得N 2 O快速移动通过第一吸附剂，因为它不强烈吸附在其上，并且相信，这防止在 从第一吸。

25、附剂穿透时CO 2 置换出N 2 O的脉冲，因为吸附在其上的N 2 O不足以用于引起第二吸 附剂后造成问题的高出口浓度的任何脉冲。此外，第一吸附剂必须能够使H 2 O和CO 2 在PSA 条件下脱附。 说 明 书CN 104334250 A 4/14页 7 0023 优选，所述第一吸附剂包含活化氧化铝，因为该吸附剂具有高的水容量，从而阻止 水与通常更为水敏感的第二吸附剂接触，而且可通过在氧化铝表面上形成碳酸氢盐同时吸 附水和二氧化碳。更优选，所述第一吸附剂包含用碳酸钾浸渍的活化氧化铝。浸渍的氧化 铝可如US5656064所描述，其中用具有至少9的pH的碱性溶液（例如KHCO 3 溶液）处理起始。

26、 的氧化铝，并在足够低的温度（例如低于200）下干燥，以避免浸渍剂化合物分解为吸附 CO 2 使得该化合物不在预期的再生条件下再生的形式。优选，浸渍溶液的pH与氧化铝的零 点电荷(ZPC)有关，根据下式：pHZPC-1.4，或更优选：ZPC+2pHZPC-1.4。浸渍剂优 选为碱金属或氢氧化铵、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐或有机酸盐。更优选，浸渍剂选自K 2 CO 3 、 Na 2 CO 3 、KHCO 3 、NaHCO 3 、NaOH和KOH。发现这种浸渍的氧化铝具有增强的CO 2 吸收，但它们对 于氧化亚氮的容量类似于未浸渍的氧化铝。 0024 优选，所述第一吸附剂层占第一和第二吸附剂总体积的。

27、60%至75%体积，更优选 65%至72%。 0025 第二吸附剂按一定量提供，其足以吸附存在于进料空气流中的N 2 O以及任选的任 何烃杂质，加上足够的二氧化碳，使得在氧化亚氮和烃杂质（若存在）穿透之前或同时，发生 二氧化碳穿透。选择第二吸附剂以对于N 2 O以及任选对于烃杂质具有高容量，以使层的尺 寸能保持为尽可能小，由于成本原因，这是有利的，因为第二吸附剂通常比第一吸附剂显著 更昂贵。第二吸附剂占第一和第二吸附剂总体积的25%至40%体积，优选28%至35%体积， 最优选32%体积，由于成本原因，通常优选每个范围内的下限值，其中给定范围的N 2 O去除 水平对于预期应用在可接受限度以内。。

28、 0026 第二吸附剂的长度必须足以容纳提供的进料空气流中存在的全部N 2 O直到CO 2 从 第二吸附剂穿透，加上来自第一吸附剂的CO 2 溢流，以免N 2 O在CO 2 之前从床穿透。 0027 第二吸附剂还必须能在所选再生条件下有效使N 2 O脱附，其中对烃杂质也适用。本 发明人设法提供一种方法，其能够在低再生温度下起作用，以使关于在装置内提供加热器 和关于功率使用的成本可保持最小。这需要权衡第二吸附剂对于二氧化碳的容量相对于要 使用的期望的再生温度。若CO 2 和/或N 2 O太强烈地吸附在第二吸附剂上，第二吸附剂在所 选再生条件下不会充分再生。本发明人已发现，教导用于在高温的TSA再。

29、生下去除N 2 O的 CaX虽然具有高N 2 O容量，但不能使N 2 O和CO 2 在本发明的再生条件下有效脱附。类似地， 本发明人已发现，具有小于1.15的Si/Al比的高容量13X沸石例如NaLSX和无粘结剂沸石 不适用于用作本发明中的第二吸附剂。因此，所述第二吸附剂在30测量的对于CO 2 吸附 的亨利定律常数必须小于1020mmol/g/大气压。本发明人还发现，氧化铝不适用于用作第 二吸附剂，因此第二吸附剂在30测量的对于CO 2 /N 2 O的最大亨利定律选择性为5，优选，在 30测量的对于CO 2 吸附的亨利定律常数大于5.6mmol/g/大气压。最优选，所述第二吸附 剂选自Si/。

30、Al比为1.15或更大的Na X沸石和5A沸石。 0028 已经对一些吸附剂在30测量对于N 2 O和CO 2 的亨利定律常数，并计算了CO 2 相比 于N 2 O的亨利定律选择性，如以下表1说明： 说 明 书CN 104334250 A 5/14页 8 表1 可见，以上表格中的两种氧化铝满足对第一吸附剂的优选选择性约束，而除CaX、无粘 结剂CaX和氧化铝外的全部吸附剂满足对第二吸附剂的优选K H CO 2 和CO 2 /N 2 O亨利定律选 择性约束。 0029 期望退出吸附剂床的空气的温度不显著高于进料空气流的温度，因为在空气低温 分离中，退出吸附剂床的气体随后传送至换热器用于冷却。若提。

31、供至换热器的空气温度 超过约70，则可能经历换热器的机械问题。有可能在某些气候条件下，进料空气流为约 50的温度。因此，在进料空气流传送到第一和第二吸附剂期间（“在线时间”），紧邻吸附剂 床下游的气体的温度优选不超过70。优选，紧邻吸附剂床下游的气体的温度超过进料空 气流的温度最多15。 0030 意外地，本发明人发现，如本发明说明地运行吸附周期至二氧化碳穿透，不会像 Wenning的教导所预料那样，导致氧化亚氮脉冲在二氧化碳之前从床中被置换出来，而是基 本上同时发现二氧化碳和氧化亚氮穿透。不希望限于理论，本发明人提出，这可能是因为用 于本发明的再生条件不导致完全去除在吸附剂上吸附的二氧化碳，。

32、这可能影响吸附剂上二 氧化碳和氧化亚氮的传质区域长度，使得两种组分的穿透大约同时发生。该行为与发现CaX 为N 2 O的合适吸附剂（在其中使用高温变温吸附再生的过程中）的原因不同，该行为归因于 CaX对于N 2 O相比于CO 2 的相同选择性。 0031 因此，合适地，该方法包含在第二吸附剂下游端测量CO 2 的浓度。合适地，一旦达到 选择的最大CO 2 浓度，则使第一和第二吸附剂再生。合适地，选择的最大CO 2 浓度为100ppb， 优选50ppb；实际上，CO 2 的浓度必须为最小20ppb以供检测。这些值是时间平均的CO 2 穿 透浓度。 0032 或者，可仅偶尔监控CO 2 浓度的测量。

33、结果，而不是对进料空气流传送至吸附剂的所 有时间段进行检测，以设定在再生前将进料空气流传送至第一和第二吸附剂的固定时间， 检查该固定时间并响应于随后的CO 2 浓度测量结果而按需改变。 说 明 书CN 104334250 A 6/14页 9 0033 合适地，在再生前将进料空气流传送至第一和第二吸附剂的时间为20分钟至120 分钟，优选30分钟至60分钟。合适地，在10至70，优选20至60的进料温度下将 进料空气流传送至第一和第二吸附剂。合适地，进料压力为2巴绝压(200kPa)至50巴绝 压(5000kPa)，优选3巴绝压(300kPa)至30巴绝压(3000kPa)，更优选4巴绝压(40。

34、0kPa) 至20巴绝压(2000kPa)。 0034 优选进行周期再生，同时将第二套第一和第二吸附剂用于继续纯化过程，每套这 两种吸附剂在纯化过程中在线并在轮换中再生。 0035 优选，第一和第二吸附剂的再生包含使经加热再生气体(吹扫气)逆流通过第 二和第一吸附剂，经过2分钟至30分钟的周期，优选5分钟至30分钟，更优选10分钟至 20分钟。吹扫气温度必须比进料气体温度或较冷的第二再生气体的温度中更高的那个高 10-60，优选比进料气体温度或较冷的第二再生气体的温度中更高的那个高10-35，更 优选高20-35。此外，经加热气体的温度为20至80，优选不超过70，更优选20至 70，最优选4。

35、0至70。随后，所述再生包含在以上给定的进料温度范围内但比所用的 经加热气体温度低的温度下，使第二再生气体逆流通过第二和第一吸附剂。优选，第二再生 气体具有比进料温度高不超过5的温度。合适地，第二再生气体可传送至吸附剂，经过10 至40分钟，优选15至30分钟的周期。再生气体必须不含水、二氧化碳、氧化亚氮或烃（当要 从进料空气流去除烃时），并且可合适地由以下组成：N 2 、O 2 、CO、Ar、He、贫水和CO 2 的产物空 气，以及它们的混合物。在一个优选实施方案中，再生气体将由产物N 2 或更优选来自N 2 设 备的废物流出物（60% O 2 /40% N 2 ）组成。优选，所选再生条件导。

36、致通过用经加热的气体吹扫 使第二吸附剂再生（即以低温TSA型方法）和通过用较冷的气体吹扫使第一吸附剂再生（即 以PSA型方法），因为这保证CO 2 和N 2 O从第二吸附剂充分脱附，以产生可接受的工作容量， 同时使脱附的能量需求最小化，因为在PSA条件下可以有效再生氧化铝。然而，若期望，还 可按低温TSA型方法通过用经加热气体吹扫使第一吸附剂全部或部分地再生。 0036 为导致吸附剂再生，有必要在步骤d)中向吸附剂提供比在步骤a)中提供至吸附 剂的进料空气体积更大的再生气体总体积。合适地，使用的再生气体的总体积为在步骤a) 期间提供的进料空气体积的至少1.2倍，且合适地，最多为在步骤a)期间提。

37、供的进料空气 体积的4倍的最大值。本发明使用小于1的再生气体与进料气体摩尔比，因此使用的再生 气体的压力（第二压力）低于进料压力。合适地，第二压力为0.5巴绝压(50kPa)至2巴绝 压(200kPa)。通常，第二压力将稍高于大气压力，例如1.1-1.3巴绝压(110至130kPa)。合 适地，再生气体与进料气体的摩尔比为0.2至0.8，优选0.3至0.5，例如0.45。 0037 合适地，进料CO 2 浓度为100至1000ppm，优选300至600ppm。合适地，进料N 2 O浓 度为约0.3ppm。 0038 合适地，存在于进料空气的N 2 O的至少82%通过本发明的方法去除，优选至少8。

38、5%， 更优选90%。即，N 2 O含量优选降低至其在进料空气流中初始含量的最多18%，优选最多15%， 最优选最多10%。 0039 当进料空气流还包含选自乙烯、乙炔、丁烷、丙烯和丙烷的至少一种烃时，通过吸 附在第二吸附剂上降低所述至少一种烃的含量。优选，每种烃中至少一种的至少60%通过 本发明的方法去除，优选至少75%，例如至少85%，更优选90%。本发明人发现，烃与CO 2 和 N 2 O共吸附在第二吸附剂上，而且不需要提供另外的第二吸附剂以容纳烃。 说 明 书CN 104334250 A 7/14页 10 0040 合适地，该方法还包含进行纯化空气流的低温蒸馏的步骤以分离富氮流和/或富。

39、 氧流。 0041 在第二方面，本发明提供一种在吸附剂床中包含第一吸附剂层和第二吸附剂层的 装置的用途，所述第一吸附剂层在30下测量的CO 2 相对于N 2 O的亨利定律选择性为至少 12.5，所述第二吸附剂层在30下测量的CO 2 吸附的亨利定律常数小于1020mmol/g/大气 压且其在30下测量的CO 2 相对于N 2 O的亨利定律选择性为最多5，其中所述第二吸附剂占 据所述第一和第二吸附剂总体积的25至40%体积，所述装置用于降低过程中进料空气流中 水、二氧化碳和氧化亚氮的含量，其中，通过使经加热再生气体经过其中，使至少所述第二 吸附剂再生，其中，通过使具有比所述经加热再生气体更低温度。

40、的第二再生气体经过其中， 使所述第一吸附剂的至少一部分再生，其中，所述经加热再生气体具有20-80的温度 且比所述进料空气流或所述第二再生气体的温度之中更高的那个高10至60。 0042 用于本发明第二方面的装置可合适地进一步包含以下一个或多个：用于将进料空 气流以进料方向进料而与吸附剂接触的吸附剂床入口，和进料气体的出口，用于控制进料 空气流流量的阀，用于使与吸附剂接触的气体减压至较低压力的阀，以及用于将再生气体 以与进料方向相反的方向供应至吸附剂的吸附剂床入口，和再生气体的出口，用于控制再 生气体流量的阀，用于提升再生气体温度的加热器，和用于控制阀和加热器的控制系统。合 适地，该装置可与参。

41、考图1或图2所描述的一致。 0043 关于本发明的任何方面描述的所有特征可与本发明的任何其它方面一起使用。 0044 还将参考如附图所示的优选实施方案描述本发明，其中： 图1显示适合于进行本发明方法的装置； 图2显示适合于进行本发明方法的备选装置； 图3显示PSA过程中N 2 O去除水平作为吸附床中13X沸石比例的函数； 图4显示TSA过程中N 2 O去除水平作为吸附床中13X沸石比例的函数； 图5显示TSA过程中N 2 O去除水平和时间平均CO 2 穿透作为相对进料时间的函数； 图6显示TEPSA过程中N 2 O去除水平作为吸附床中13X沸石比例的函数； 图7显示再生温度和吸附床中13X沸石。

42、的比例对N 2 O去除水平的影响。 0045 参考图1，其示意性描绘适合于通过描述于US5614000且适用于本发明的TEPSA方 法进行空气预纯化的装置。要纯化的空气在入口12处提供至主空气压缩机系统10，其中通 过多级压缩机将它压缩，在期间和之后通过热交换用水冷却。将冷却的压缩空气提供至含 有入口控制阀16和18的入口歧管14，其与一对吸附剂床容纳容器20和22相连。入口歧 管通过含有排放阀26、28的排放歧管24在控制阀16和18下游桥接，所述排放阀26、28用 于闭合和打开相应吸附剂容器20和22的上游端与排放口30之间经由消音器32的连接。 两个吸附床20和22各自含有至少两种吸附剂。

43、。进料端吸附剂（即在床的上游或入口歧管 端）以相应床中的数字34、34标明，而产物端吸附剂（即在床的下游或出口歧管端）由数字 36、36标明。 0046 该装置具有通过含出口控制阀42、44的出口歧管40连接到两个吸附剂容器20、22 的下游端的出口38。出口歧管40通过含有再生气体控制阀48和50的再生气体歧管46桥 接。在再生气体歧管46的上游，含有控制阀54的线路52还跨出口歧管40桥接。 0047 在56提供再生气体的入口，其通过控制阀58和60连接，以经过加热器62或经由 说 明 书CN 104334250 A 10 8/14页 11 旁路线路64传送至再生气体歧管46。 0048 。

44、阀的操作可通过合适的可编程计时控制，且阀操作手段为本领域已知的，不作说 明。 0049 在操作中，将空气在主空气压缩机系统10中压缩并进料到入口歧管14并传送通 过两个含有吸附剂的容器中的一个。从其中使空气通过打开阀16到吸附剂容器20并通过 打开阀42到出口38的位置开始，入口歧管中的阀18刚好闭合，以使容器22与待纯化的空 气进料切断。而且阀44刚好闭合。在此阶段，阀48、50、54和26关闭。由此，床20在线且 床22将要再生。 0050 要纯化的空气进入床20的进料端，且水和二氧化碳从空气吸附到吸附剂34上。 床20设计使得水不会吸附到下游的吸附剂36上，因为该吸附剂为水敏感的沸石，因。

45、此选择 上游吸附剂(氧化铝)34的长度，使得水的传质区域在正常操作期间绝不延伸超过吸附剂 34和吸附剂36之间的边界。一些CO 2 也将吸附在上游吸附剂34上，而其余CO 2 将与N 2 O和 任何烃一起吸附在下游吸附剂36上。可以在床20的每个在线阶段或偶尔测量离开吸附剂 36的CO 2 浓度，以确定床保持在线的时间周期是否产生可接受的CO 2 穿透含量。一旦测量 的CO 2 浓度达到选择的阈值，或已经过设定的时间周期，则关闭阀16，以切断另外的进料空 气以不通过床20，且可如以下对床22描述开始将床再生。 0051 进行床22的再生，同时床20在线。为开始床22的减压，打开阀28，且一旦容。

46、器22 中的压力下降至期望的水平，就使阀28保持打开，同时打开阀50，以开始再生气体流。再 生气体将通常为干燥的不含CO 2 和N 2 O的氮流，得自空气分离单元冷箱，可能含有少量氩、氧 和其它气体，将所示装置中纯化的空气传送到此。关闭阀60并打开阀58，使得再生气体在 通入容器22前加热到例如70的温度。虽然再生气体在所选的升高温度下进入容器22， 但其通过释放热量而非常轻微地冷却，以使氧化亚氮和一些二氧化碳从容器中上部的下游 吸附剂部分36脱附。因为热脉冲保留在系统中，所以出口吹扫气从排放出口以冷却状态 排出。逐渐地，热波移动经过作为氧化亚氮的上部吸附剂36，并在一定程度上净化二氧化 碳。。

47、在期望的周期后，在热脉冲部分通过上部吸附剂36时，关闭阀58并打开阀60使得再 生气体流现在变成冷的。冷却的再生气体置换进一步通过上部吸附剂36的热脉冲。 0052 在上部吸附剂由此通过TSA再生时，冷再生气体继续流经下部吸附剂，并凭借其 降低的压力通过PSA使水和二氧化碳从上游吸附剂34脱附。在分配的再生周期结束时， 可在关闭阀28后打开阀50，以将氮从吸附剂置换出来，用纯化空气将容器22再加压。其 后，可关闭阀54并可打开阀18和44，以使容器22回到在线。留在床中的余热可通过纯化 空气去除，成为可在下游换热器中去除的温度脉冲。然后容器20可按类似方式再生，并继 续整个序列，其中在分段操作。

48、循环中使容器在线、减压、再生、再加压并回到在线。 0053 应注意到二氧化碳不完全从下游吸附剂36脱附；即，当床回到在线时，一些残余 二氧化碳保留在吸附剂36上。认为这导致能够使床运行到二氧化碳穿透而氧化亚氮脉冲 不从吸附剂置换到产物流中。 0054 在再生期间的热脉冲不穿透至其中吸附水的吸附剂部分的边界。这位于区域34、 34内在与附图所示的区域36、36的边界以下的某处。区域34、34和36、36的实际比例 取决于操作条件例如进料压力、进料温度、循环时间和吹扫/空气比。 0055 在图2所示装置的变体中，通过与闭合环路水再循环系统热交换而加热再生气 说 明 书CN 104334250 A 。

49、11 9/14页 12 体。在主空气压缩机系统10中压缩的由于压缩处于高温的空气12在引入TEPSA床20、 22前经预冷却。在包含第一级冷却器72的两级后冷却器中从压缩空气回收热量，其中压 缩空气用冷却水冷却，进而与来自空气分离装置的吹扫氮气56在换热器74中换热。换热 器72和74形成闭合的水再循环系统，带有水泵76。为吹扫气提供旁路78，绕过换热器74 并流经线路78，且换热器74由阀80和82分别控制。剩余在压缩进料空气中的任何过量热 量可在两级后冷却器72的第二级冷却器84中去除，对其提供冷却水流86。在出口38通 过冷却水在换热器88中冷却纯化空气。 0056 合适的过程条件在以下表2中说明： 表2 因此，可使用含有上游氧化铝层后接下游分子筛层的分层床。氧化铝部分可以是增强 氧化铝类型，其可通过以下制备：将约5%至10%重量碳酸钾浸渍在氧化铝上，通过用碳酸钾 溶液处理起始氧化。