專(zhuān)利名稱(chēng)：吸附氣體特別是co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于吸附氣體特別是CO2和/或O2的方法和裝置。
傳統(tǒng)類(lèi)型的CO2或O2吸附器主要有兩個(gè)步驟第一步，其中需要再生吸附器中裝有的活性成分，通常為特殊類(lèi)型的木炭，但也包括其它種類(lèi)的材料，例如合成樹(shù)脂材料；以及第二步，其中要處理環(huán)境的氣氛在裝有經(jīng)再生的活性成分的吸附器中的封閉回路中循環(huán)，以致它可選擇性吸附打算吸附的氣體(CO2或O2)。
一旦活性成分被要吸附的氣體飽和，那么就將它再次再生，取出吸附的氣體，以致它很容易再次用于隨后的吸附步驟。
在實(shí)踐中，吸附劑活性成分有類(lèi)似海綿對(duì)水的性質(zhì)在第一步驟中，為了使海綿吸附一定數(shù)量的水，必需將它“擰干”；一旦海綿已擰干，因此已經(jīng)再生步驟，它就能再次吸附相同數(shù)量的水。
通常，這些裝置有至少兩個(gè)吸附器，它們交替處于要處理的環(huán)境當(dāng)?shù)谝粋€(gè)吸附器在封閉回路中與從中取出要除去的過(guò)量氣體(CO2和/或O2)的環(huán)境相連時(shí)通過(guò)所述氣氛在其中循環(huán)來(lái)選擇性吸附氣體，而第二個(gè)吸附器被再生，從活性成分中取出早期吸附的氣體。
用這一種方法，吸附器可在要處理的環(huán)境沒(méi)有循環(huán)中斷的條件下操作。
正如

圖1中圖示的，使用這些吸附器的一個(gè)共同實(shí)踐是要通過(guò)閥門(mén)和管線將一個(gè)裝置與許多環(huán)境相互連接。
用這一方法，通常借助計(jì)算機(jī)控制體系和優(yōu)先管理策略，使裝置在每種情況下下在一個(gè)環(huán)境使用它以前都在適當(dāng)時(shí)候處于最需要干預(yù)的環(huán)境下操作。
本發(fā)明的目的是要提供一種用于吸附氣體特別是CO2和/或O2的方法和裝置，所述的方法和裝置比現(xiàn)有技術(shù)提到的方法和裝置有改進(jìn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種能作為混合物中存在的要吸附氣體的分壓的函數(shù)優(yōu)化活性成分吸附和再生時(shí)間的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是要提供一種能作為要吸附氣體的分壓和在活性成分上氣體的持續(xù)時(shí)間的函數(shù)優(yōu)化吸附劑活性成分產(chǎn)率的方法和裝置。
另一個(gè)目的是要提供一種能使裝置的生產(chǎn)能力對(duì)連接裝置與要處理的環(huán)境的管線產(chǎn)生的負(fù)荷損失不敏感的方法和裝置。
另一個(gè)目的是要提供這樣一種方法，其中當(dāng)它在一個(gè)環(huán)境停止操作和必需在下一個(gè)環(huán)境開(kāi)始操作時(shí)，在裝置切換過(guò)程中氣體混合物不從一個(gè)環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一個(gè)環(huán)境。這樣做是為了避免在一個(gè)環(huán)境中存在的混合物被相對(duì)于所述環(huán)境中存在的混合物有不同特性的或與所述環(huán)境中所要求的混合物不同的混合物污染。
另一個(gè)目的是要提供一種方法，特別是吸附CO2的方法，其中有可能根據(jù)所述環(huán)境中所顯示的和希望的氧氣值選擇在活性成分吸附器再生步驟結(jié)束時(shí)是否采用另外的用氮?dú)狻扒逑础蔽狡鞯牟襟E。
正如在附后的權(quán)利要求書(shū)中要求的，這一目的和其它一些目的可通過(guò)一種吸附氣體特別是CO2和/或O2的方法和裝置來(lái)達(dá)到，這些目的在下文中將變得更加清楚。
從以下在附圖中作為非限制性實(shí)施例說(shuō)明的優(yōu)選但不是唯一的實(shí)施方案的詳述中本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚圖1為用于許多要處理環(huán)境的吸附氣體特別是CO2和/或O2的裝置的示圖。
圖2為本發(fā)明裝置的部分示圖。
圖3為本發(fā)明裝置中吸附步驟作圖。
圖4為本發(fā)明裝置中再生步驟作圖。
圖5為本發(fā)明另一方面的裝置部件示圖。
圖6為本發(fā)明另一方面的裝置部件示圖。
參考上述附圖，通常用附圖標(biāo)記1標(biāo)記的本發(fā)明裝置可通過(guò)排氣集氣管3和進(jìn)氣集氣管4以本身已知的方式與一個(gè)或多個(gè)用附圖標(biāo)記21-n標(biāo)記的環(huán)境相連。
所述的裝置例如由至少一個(gè)裝有分子篩或其它吸附劑活性成分的以及安裝有進(jìn)口和出口的吸附器、一個(gè)適用于吸附器中吸附劑材料再生的和與進(jìn)口且任選與出口相連的設(shè)備構(gòu)成，同時(shí)進(jìn)口也與環(huán)境21-n相連，氧或二氧化碳用通風(fēng)設(shè)備從中排出。
將通風(fēng)設(shè)備通過(guò)進(jìn)氣閥門(mén)與環(huán)境21-n相連，而進(jìn)口還通過(guò)外連閥門(mén)與外部大氣相連。
出口通過(guò)出氣閥門(mén)與環(huán)境21-n相連。出口還可通過(guò)連接閥門(mén)與外部大氣相連。
吸附氧和二氧化碳的方法包括一個(gè)再生吸附劑活性成分的步驟，如果它為用分子篩的O2吸附器，那么所述的步驟通常將吸附劑材料置于真空中來(lái)進(jìn)行，或如果它為基于活性炭或其它吸附劑材料的CO2吸附器，那么所述的步驟通常用外部空氣清洗它來(lái)進(jìn)行；接著是吸附步驟，其中從環(huán)境中吸入空氣，并送入吸附器，并且其中從吸附器排出的空氣返回所述的環(huán)境，此時(shí)由于吸附器中分子篩或活性炭或其它吸附劑材料的作用返回所述環(huán)境的空氣中氧和/或二氧化碳的含量下降。
在O2吸附器的情況下，至少部分純化氧后有一個(gè)補(bǔ)償步驟，在這一步驟中空氣從外部抽取并首先送入吸附器，然后送入所述環(huán)境，以恢復(fù)在前一步驟中所述體系抽出的O2數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明，在某些物理考慮因素的基礎(chǔ)上，吸附CO2和/或O2的方法和裝置已得到改進(jìn)，這些考慮因素可匯集如下。
1)一定數(shù)量的吸附劑成分在飽和以前能吸附一定數(shù)量的氣體。所以，一旦吸附劑成分被飽和，那么在它再次吸附其它氣體以前必需再生。
2)活性成分吸附特定氣體的能力與混合物中的所述氣體分壓有關(guān)。
3)活性成分吸附特定氣體的能力與混合物通過(guò)活性成分的速率有關(guān)。
4)活性成分吸附特定氣體的能力與混合物所處的溫度有關(guān)。
5)活性成分吸附特定氣體的能力與活性成分的溫度有關(guān)。
6)活性成分吸附特定氣體的能力與混合物中其它干擾氣體的存在有關(guān)，所述的吸附劑可能優(yōu)先吸附干擾氣體。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，作為混合物中存在的要吸附氣體分壓的函數(shù)優(yōu)化活性成分吸附和再生時(shí)間改進(jìn)了方法和裝置。
正如圖2中圖示，在這一場(chǎng)合下，本發(fā)明的裝置包括一個(gè)測(cè)量進(jìn)口物料中要吸附的氣體的分壓的傳感器5、任選一個(gè)測(cè)量裝置出口物料中的氣體分壓的傳感器6。
正如圖3所示，用這一方式，有可能檢驗(yàn)活性成分什么時(shí)候飽和和耗盡吸附氣體的能力；所以有可能只有在它真正需要時(shí)開(kāi)始再生。
正如圖4所示，用相同的方式，也就是對(duì)裝置的排出物料測(cè)量吸附再生步驟中活性成分取出氣體的分壓，也可能優(yōu)化活性成分再生步驟的時(shí)間，即延長(zhǎng)或縮短時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，作為要吸附氣體的分壓和氣體通過(guò)活性成分的移動(dòng)時(shí)間的函數(shù)優(yōu)化了吸附劑活性成分的產(chǎn)率。
這一改進(jìn)通過(guò)采用一個(gè)控制空氣在吸附劑活性成分上流速的體系來(lái)達(dá)到。
正如圖5所示，例如可通過(guò)驅(qū)動(dòng)泵或鼓風(fēng)機(jī)6以便使氣體通過(guò)變流器7循環(huán)來(lái)提供流量控制，變流器7作為傳感器9測(cè)量裝置入口混合物中要吸附氣體的分壓的函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)流量。
所述的裝置優(yōu)選裝有微處理機(jī)系統(tǒng)8，它通過(guò)分析輸入氣體來(lái)控制驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)6的變流器7。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，裝置的生產(chǎn)能力對(duì)裝置與要處理的環(huán)境連接的管線產(chǎn)生的負(fù)荷損失不敏感。
正如圖6中所示，這一改進(jìn)通過(guò)一個(gè)差壓傳感器10測(cè)量裝置回路外的環(huán)境空氣和當(dāng)裝置正在操作并與必需在封閉回路中操作的環(huán)境相連時(shí)的輸送管線中的壓力之間的壓差來(lái)達(dá)到。
所述的壓差能控制連接管的長(zhǎng)度和截面引起的負(fù)荷損失程度。
負(fù)荷損失使體系的生產(chǎn)能力下降以及使混合物在活性成分上的流動(dòng)時(shí)間增加。
這一生產(chǎn)能力下降和流動(dòng)時(shí)間增加也通過(guò)使用驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)的變流器和/或改變活性成分的吸附和再生時(shí)間得到補(bǔ)償。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，當(dāng)裝置停止在一個(gè)環(huán)境2操作和必需在下一個(gè)環(huán)境開(kāi)始操作時(shí)，在裝置切換過(guò)程中，氣體混合物不從一個(gè)環(huán)境輸送到另一個(gè)環(huán)境。
做到這一點(diǎn)，以便防止在一個(gè)環(huán)境2中存在的混合物被與在所述環(huán)境中存在的所述混合物有不同特性的或在所述環(huán)境中要求與所述混合物不同的混合物污染。
這一改進(jìn)簡(jiǎn)單地通過(guò)確保一個(gè)要處理的環(huán)境和另一個(gè)環(huán)境之間的切換總是僅在吸附器的吸附步驟開(kāi)始時(shí)進(jìn)行，也就是當(dāng)在所述環(huán)境上操作的吸附器的活性成分已完全再生時(shí)，所以不含有來(lái)自較早在另一個(gè)環(huán)境上進(jìn)行操作殘留的污染物。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，特別是如果裝置用作CO2吸附器，那么有可能根據(jù)在所述的環(huán)境中紀(jì)錄和希望的氧氣數(shù)值，選擇是否在再生活性成分吸附器的步驟結(jié)束時(shí)采用另一個(gè)用氮?dú)狻扒逑础蔽狡鞯牟襟E。
通常，CO2吸附器中活性炭的再生通過(guò)用外部加到處理環(huán)境中的空氣清洗來(lái)進(jìn)行，CO2含量小于0.1％的空氣吸附早期被吸附器吸附的CO2，提供一種費(fèi)用極低和極有效的再生操作過(guò)程。
就CO2來(lái)說(shuō)，剛再生的吸附器已被再生，但它被20.9％的氧飽和，20.9％的氧也就是用于清洗活性炭的空氣中存在的氧百分?jǐn)?shù)。
然后將吸附器中的氧送入吸附器操作的環(huán)境，一旦吸附器與所述的環(huán)境相連，那么下一個(gè)CO2吸附步驟就開(kāi)始。
當(dāng)吸附器用于從水果貯存池吸附CO2時(shí)，保持的CO2和氧的數(shù)值特別低，通常CO2＜1％、O＜1.2％，這就變成一個(gè)問(wèn)題。
在這種情況下，需要使CO2保持在低含量促使吸附器強(qiáng)化操作，但在每一再生步驟中都帶入某些不希望數(shù)量的氧，這與也需要將氧的數(shù)值保持在較低含量有矛盾。
所以，采用用氮?dú)馇逑丛偕狡鞯牟襟E防止裝置在吸附器中引入不希望的氧。
作為希望的氧數(shù)值和要處理的環(huán)境中存在的氧數(shù)值的函數(shù)選擇是否采用用氮?dú)馇逑吹牟襟E，使氮?dú)獾纳a(chǎn)最小化到實(shí)際需要的數(shù)量，從而使處理環(huán)境中保持所需氣氛的費(fèi)用減少。
在實(shí)踐中，已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明達(dá)到所希望的目的，提供了一種吸附氣體特別是吸附CO2和/或O2的方法和裝置，它們相對(duì)于所引的現(xiàn)有技術(shù)的方法和裝置有改進(jìn)。
本發(fā)明的裝置和方法可以有許多改進(jìn)和變通方案，它們都在本發(fā)明的概念范圍內(nèi)；所有的細(xì)節(jié)都可用在技術(shù)上等同的部分替代。
當(dāng)然，根據(jù)需要和技術(shù)現(xiàn)狀，所用的材料以及尺寸可為任何一種材料以及尺寸。
權(quán)利要求
1.一種吸附氣體特別是CO2和/或O2的方法，所述的方法包括再生吸附劑材料的步驟；吸附步驟，其中從環(huán)境中抽取空氣并送入吸附器，并且其中將從吸附器排出的通過(guò)吸附器內(nèi)吸附劑材料的作用使氧和/或二氧化碳的含量下降的空氣返回所述的環(huán)境；至少部分純化氧以后的補(bǔ)償步驟，在O2吸附器的情況下，其中空氣從外部取得，并首先送入吸附器，然后送入所述的環(huán)境，以便恢復(fù)在上一步驟中體系取出的氧量；其特征在于，它還包括測(cè)量在進(jìn)口和/或出口要吸附的氣體的分壓或壓力百分?jǐn)?shù)，以便檢測(cè)什么時(shí)候活性成分飽和及耗盡吸附氣體的能力；然后僅在實(shí)際上需要時(shí)才開(kāi)始再生；以及測(cè)量裝置的排出物以測(cè)量活性成分吸附出氣體的分壓，以便優(yōu)化活性成分再生步驟的時(shí)間。
2.一種吸附氣體特別是CO2和/或O2的裝置，所述的裝置包括至少一個(gè)裝有吸附劑材料的并有進(jìn)口和出口的吸附器、適用于在所述的吸附器中再生所述的吸附劑材料的并與所述的進(jìn)口和任選出口相連的真空設(shè)備或通風(fēng)設(shè)備；所述的進(jìn)口通過(guò)通風(fēng)設(shè)備與環(huán)境相連，所述的氧和/或所述的二氧化碳從所述環(huán)境中取出；所述的通風(fēng)設(shè)備通過(guò)進(jìn)口閥門(mén)與所述的環(huán)境相連；所述的進(jìn)口通過(guò)與外部連接的閥門(mén)與外部大氣相連；所述的出口通過(guò)出口閥門(mén)與所述的環(huán)境相連并任選通過(guò)閥門(mén)也與外部環(huán)境相連；其特征在于，它包括一個(gè)測(cè)量進(jìn)口中要吸附氣體的分壓以及任選測(cè)量裝置的出口和任選裝置排出物中氣體分壓的設(shè)備。
2.一種吸附氣體特別是CO2和/或O2的方法，所述的方法包括再生吸附劑材料的步驟；吸附步驟，其中從環(huán)境中抽取空氣并送入吸附器，以及其中將從吸附器排出的通過(guò)吸附器內(nèi)吸附劑材料的作用使氧和/或二氧化碳的含量下降的空氣返回所述的環(huán)境；至少部分純化氧后的補(bǔ)償步驟，在O2吸附器的情況下，其中空氣從外部取得，并首先送入吸附器，然后送入所述的環(huán)境，以便恢復(fù)在上一步驟中體系取出的氧量；其特征在于，它還包括控制流過(guò)吸附劑活性成分的空氣流量的步驟，其中鼓風(fēng)機(jī)/泵的流量根據(jù)送入裝置的進(jìn)口混合物中要吸附氣體的分壓來(lái)調(diào)節(jié)。
4.一種吸附氣體特別是CO2和/或O2的裝置，所述的裝置包括至少一個(gè)裝有吸附劑材料的并有進(jìn)口和出口的吸附器；所述的進(jìn)口通過(guò)通風(fēng)設(shè)備與環(huán)境相連，所述的氧或所述的二氧化碳從所述環(huán)境中吸附出；所述的通風(fēng)設(shè)備通過(guò)進(jìn)口閥門(mén)與所述的環(huán)境相連；所述的進(jìn)口通過(guò)與外部連接的閥門(mén)與外部大氣相連；所述的出口通過(guò)出口閥門(mén)與所述的環(huán)境相連；其特征在于，它包括控制流過(guò)吸附劑活性成分的空氣流量的設(shè)備，它由適用于根據(jù)送入裝置的進(jìn)口中要吸附的氣體混合物中的傳感器測(cè)量的分壓來(lái)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)/泵的流量的變流器構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于，它包括一個(gè)微處理機(jī)系統(tǒng)，它通過(guò)分析進(jìn)口物料中的氣體來(lái)控制驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)的變流器。
6.一種吸附氣體特別是CO2和/或O2的方法，所述的方法包括再生吸附劑材料的步驟；吸附步驟，其中從環(huán)境中抽取空氣并送入吸附器，并且其中將從吸附器排出的通過(guò)吸附器內(nèi)吸附劑材料的作用使氧和/或二氧化碳的含量下降的空氣返回所述的環(huán)境；在O2吸附器的情況下至少部分純化氧后的補(bǔ)償步驟，其中空氣從外部取得，并首先送入吸附器，然后送入所述的環(huán)境，以便恢復(fù)在上一步驟中體系取出的氧量；其特征在于，它還包括測(cè)量壓差的步驟，以便測(cè)量裝置回路外環(huán)境空氣和正在操作并與所述的用于在封閉回路中操作的環(huán)境相連的輸送管線中的壓力之間的壓差，以便控制由連接管線的長(zhǎng)度和截面引起的負(fù)荷損失的程度。
7.一種吸附氣體特別是CO2和/或O2的裝置，所述的裝置包括至少一個(gè)裝有吸附劑材料的并有進(jìn)口和出口的吸附器，適用于再生所述吸附器中的所述吸附劑材料的并與所述的進(jìn)口并任選與所述的出口相連的真空設(shè)備或通風(fēng)設(shè)備；所述的進(jìn)口通過(guò)通風(fēng)設(shè)備與所述的氧和/或所述的二氧化碳從中取出的環(huán)境相連；所述的通風(fēng)設(shè)備通過(guò)進(jìn)口閥門(mén)與所述的環(huán)境相連；所述的進(jìn)口通過(guò)與外部連接的閥門(mén)與外部大氣相連；所述的出口通過(guò)出口閥門(mén)與所述的環(huán)境相連并任選通過(guò)閥門(mén)也與外部環(huán)境相連；其特征在于，它還包括適用于測(cè)量裝置回路外環(huán)境空氣和正在操作和與所述的用于在封閉回路中操作的環(huán)境相連的輸送管線中的壓力之間壓差的壓差傳感器。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)的裝置，其特征在于，它還包括驅(qū)動(dòng)所述鼓風(fēng)機(jī)/泵的變流器，以便補(bǔ)償流量下降和流動(dòng)時(shí)間增加。
9.一種吸附氣體特別是CO2和/或O2的方法，所述的方法包括再生步驟；吸附步驟，其中從環(huán)境中抽取空氣并送入吸附器，以及其中將從吸附器排出的通過(guò)吸附器內(nèi)吸附劑材料的作用使氧和/或二氧化碳的含量下降的空氣返回所述的環(huán)境；在O2吸附器的情況下至少部分純化氧以后的補(bǔ)償步驟，其中空氣從外部取得，并首先送入吸附器，然后送入所述的環(huán)境，以便恢復(fù)在上一步驟中體系取出的氧量；其特征在于，它還包括在要處理的環(huán)境與另一環(huán)境之間切換的控制步驟，以致它總是在和僅在吸附器的吸附步驟開(kāi)始時(shí)進(jìn)行，也就是當(dāng)針對(duì)所述環(huán)境操作的吸附器的活性成分已完全再生時(shí)進(jìn)行，所以不含有早期在另一環(huán)境下進(jìn)行操作殘留的污染物。
10.一種吸附氣體特別是CO2的方法，所述的方法包括再生步驟，其中裝在吸附器中的吸附劑材料用外部空氣沖洗；吸附步驟，其中從環(huán)境中抽取空氣并送入吸附器，以及其中將從吸附器排出的通過(guò)吸附器內(nèi)吸附劑材料的作用使氧和/或二氧化碳的含量下降的空氣返回所述的環(huán)境；其特征在于，它還包括在活性成分的吸附器再生步驟結(jié)束時(shí)作為存在氧的函數(shù)用氮?dú)鉀_洗活性成分吸附器的附加步驟。
全文摘要
一種吸附氣體特別是吸附CO
文檔編號(hào)B01D53/04GK1874836SQ200480032385
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月16日
發(fā)明者F·韋伯, M·普拉納利 申請(qǐng)人:伊索切爾意大利股份公司