用于生产氢的变压吸附方法技术

一种分离气体的两床变压吸附方法包括：（ａ）使原料气体通过第一吸附床以除去杂质；（ｂ）在第一床中进行变压吸附循环；（ｃ）将第一床的排出气通入至少两个独立罐中，用于床的吹扫和加压；（ｄ）第一罐中气体混合物所含主要组分的浓度高于第二罐；（ｅ）在第一床的再生中，使来自第二罐的主要组分的混合物在第一床中回流；（ｆ）在第一床的再生中，使来自第一罐的主要组分的混合物在第一床中回流；（ｇ）同时且非同步地在第二床中进行步骤（ａ）至（ｆ）；（ｈ）回收产物气体物流。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于生产氢的变压吸附方法本专利技术涉及用于净化含有多于50mol％氢的不纯气流的两床变压吸附(PSA)方法，更具体来说是涉及用于由各种含氢原料混合物如合成气生产高纯氢的这类方法。与已知的生产氢的PSA方法相对比，所述方法提供更高的氢回收率且需要更少的吸附床。在化学加工工业中，如在钢铁退火、硅生产、脂肪和油氢化、玻璃制造、加氢裂化、甲醇生产、含氧醇生产和异构化过程中，对高纯度(＞99.9％)氢的需求是不断增加的。这种增长的需求要求开发从各种原料混合物中生产H2的高度有效的分离方法。为获得高度有效的PSA分离方法，PSA系统的投资和操作费用均需降低。降低PSA系统费用的一种途径是减少PSA方法的吸附剂用量和床数。此外，在PSA方法中使用先进的循环和吸附剂可做出进一步的改进。然而，H2原料气含有若干种污染物，例如原料物流可含有CO2(20％至25％)和少量的H2O(＜0.5％)、CH4(＜3％)、CO(＜1％)和N2(＜1％)。组成在这样宽范围内变化的被吸附物的这种组合，对为获得有效H2-PSA方法而确定的有效吸附剂的选择、在吸附器中吸附剂的构型和单一吸附剂层和多重吸附床系统的选择构成了显著的挑战。已有许多种公知方法用来生产氢。例如，附图的图1所示的天然气或石脑油(naptha)的蒸气重整，其中，进料如天然气流11被压缩并加入到纯化设备12中以除去硫化合物。然后将脱硫的进料与过热蒸气混合并加入到重整装置13中来主要生成H2和CO。将重整装置的排出物流输送至热回收装置14中，然后输送至相移变换器15中以获得另外的H2。在将相移变换器的排出物流(例如，以干基计，具有组成为约74.03％H2、22.54％CO2、0.36％CO、2.16％CH4、和0.91％N2的合成气流17)输送至PSA纯化系统18之前，使所述排出物流流经工艺冷却和回收装置16，以生成高纯度的氢产物物流19。用于氢纯化的代表性现有技术PSA方法包括如下这些：(1)Wagner,U.S.Pat.No.3,430,418，(2)Batta,U.S.Pat.No.3,564,816,(3)Sircar等人的U.S.Pat.No.4,077,779,(4)Fuderer等人的-->U.S.Pat.No.4,553,981,(5)Fong等人的U.S.Pat.No.5,152,975,(6)Kapoor等人的U.S.Pat.No.5,538,706,(7)Baksh等人的U.S.Pat.No.5,565,018和(8)Sircar等人的U.S.Pat.No.5,753,010。Wagner在U.S.Pat.No.3,430,418中叙述了用于氢纯化的一种八步骤PSA循环。在所述方法中使用至少四个床；在床-对-床平衡步骤后，各床先经过顺流减压步骤，随后进行逆流排气以回收空隙气体用来吹扫另一床。Batta在U.S.Pat.No.3,564,816中叙述了一种使用至少四个吸附剂床及两个均压阶段的十二步骤PSA循环，用来分离在天然气蒸气重整中生成的被H2O、CO2、CH4和CO污染的含氢气体混合物。在Batta方法中，在第一个床-对-床平衡步骤后，使用顺流减压步骤来回收空隙气体用于吹扫另一床，然后在PSA循环的逆流排气步骤之前使用第二个床-对-床平衡步骤。Scharpf等人的U.S.Pat.No.5,294,247公开了一种真空PSA方法，用于从精炼厂稀废气、优选含少于60％氢的废气中回收氢。所述专利公开了使用六个吸附剂床。Baksh等人的U.S.Pat.No.5,565,018公开了12床PSA方法，其中使用了外部气体贮罐以使得在再加压过程中使用纯度增加的气体。Sircar等人的U.S.Pat.No.5,753,010公开了一种PSA氢回收系统，其中由PSA减压步骤回收一部分氢并循环至PSA系统中。申请日为1999年8月13日、名称为“用于生产氢的变压吸附方法”的、Baksh的U.S.申请No.09/373,749(D-20731)公开了一种用于净化不纯气体物流的变压吸附方法，其中使所述气体物流流经吸附剂床，所述吸附剂床含有从所述气体物流中吸附H2O的三氧化二铝层、吸附CH4、CO2和CO的活性碳层和吸附氮的含沸石层。在Baksh申请中提供的变压吸附方法是采用12步骤过程的4床系统(尤其参见12-14页)。本申请中叙述的专利技术与Baksh申请中公开的方法在若干重要方面有所不同。这些不同之处包括但非仅限于这样的事实，即，本专利技术使用2床系统，这可减少床的尺寸因子；且在一些实施方案中，本专利技术使用了贮罐(独立于吸附床)，这可使得在回流过程中使用H2纯度增加了的气体。本专利技术的目的包括提供改进的PSA方法，用于由含有多于50mol％-->氢的不纯气流生产氢，所述方法提供增加的氢回收率并降低PSA吸附剂需求量，从而降低投资和操作费用。本专利技术的其它目的和优点由与附图相结合的如下说明可清楚看出。本专利技术提供了两床变压吸附方法(与现有技术设计中所利用的四床或更多床方法有区别)，用于从含主要组分和一种或多种杂质的原料气体如合成气中，以高于99％的纯度回收主要组分(如氢)。相对于H2生产中所采用的现有技术PSA方法，所述方法能够以高回收率生产高纯度(＞99.99％)氢，同时显著减少总的循环时间。本专利技术包括两床变压吸附方法，用于以高于99％的纯度从包含主要组分和一种或多种杂质的原料气体中回收主要组分，其中所述方法包括：(a)使所述原料气体流经第一吸附床以除去一种或多种杂质；(b)在第一床中进行变压吸附循环；(c)使第一床的排出气体分别流入至少两个独立的罐中，以随后用于对所述床进行吹扫和加压；(d)将气体混合物贮存在第一罐中，所述第一罐中含有的主要组分浓度高于在第二罐中气体混合物的主要组分浓度；(e)在再生步骤过程中将来自第二罐的主要组分的混合物在第一吸附床中回流；(f)在再生过程中将来自第一罐的主要组分的混合物在第一吸附床中回流；(g)同时且非同步地在第二床中进行步骤(a)至(f)；和(h)回收产物气体物流。其结果是，需要的吸附物量减少(不降低H2产物纯度和回收率)，实现了控制各步骤持续时间和压力及终点的更大的灵活性，并显著减少(＞45％)了在各吸附剂床的净化区的吸附剂(如沸石)的用量。本专利技术方法可处理连续进料并在PSA循环中采用许多重叠步骤。总的来说，原料气体可含有H2、CO、CO2、CH4、N2和H2O，H2为主要组分。优选地，这些方法利用贮存罐收集来自PSA循环中某些步骤的气体，然后在此后的时间利用所述气体吹扫并加压。使用所述贮存罐中收集的气体在经历再生的床上进行回流，以增加H2的纯度。在一种变化形式中，所述第一和第二床各包括在所述床的进料端的三氧化二铝层、在所述床产物端的沸石层、在所述三氧化二铝层和所述沸石层之间的碳层。适用的沸石包括但非仅限于CaX沸石和VSA6沸石。适用的沸石包括但非仅限于CaX，VSA6，5A，Li-X，13X和LiA。特别-->优选CaX沸石，最理想的是CaX(2.0)。CaX(2.0)是至少90％被钙交换的八面型沸石，其具有的SiO2/Al2O3摩尔比值为2.0。与其它N2选择性吸附剂相对比，在给定P/F(吹扫气比原料气)比值下，每单位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从包含主要组分和一种或多种杂质的原料气体中以高于９９％的纯度回收主要气体组分的两床变压吸附方法，其中所述方法包括：ａ．使所述原料气体通过第一吸附床以除去一种或多种杂质；ｂ．在所述第一床中进行变压吸附循环；ｃ．将所述第一床 的排出气体独立地通入到至少两个独立的罐中，用于随后的床吹扫和加压；ｄ．贮存于第一罐中的气体混合物所含有的主要组分的浓度高于在第二罐中的气体混合物的主要组分的浓度；ｅ．在第一吸附床的再生步骤过程中，使来自第二罐的所述主要组分的混合物在 第一吸附床中回流；ｆ．在第一吸附床的再生步骤过程中，使来自第一罐的所述主要组分的混合物在第一吸附床中回流；ｇ．同时且非同步地在第二床中进行步骤（ａ）至（ｆ）；和ｈ．回收产物气体物流。

【技术特征摘要】
US 1999-11-3 09/4322151．一种用于从包含主要组分和一种或多种杂质的原料气体中以高于99％的纯度回收主要气体组分的两床变压吸附方法，其中所述方法包括：a．使所述原料气体通过第一吸附床以除去一种或多种杂质；b．在所述第一床中进行变压吸附循环；c．将所述第一床的排出气体独立地通入到至少两个独立的罐中，用于随后的床吹扫和加压；d．贮存于第一罐中的气体混合物所含有的主要组分的浓度高于在第二罐中的气体混合物的主要组分的浓度；e．在第一吸附床的再生步骤过程中，使来自第二罐的所述主要组分的混合物在第一吸附床中回流；f．在第一吸附床的再生步骤过程中，使来自第一罐的所述主要组分的混合物在第一吸附床中回流；g．同时且非同步地在第二床中进行步骤(a)至(f)；和h．回收产物气体物流。2．一种用于从包含氢和一种或多种杂质的原料气体中以高于99％的纯度回收氢的两床变压吸附方法，其中所述方法包括：a．使所述原料气体通过第一吸附床以除去一种或多种杂质；b．在所述第一床中进行变压吸附循环；c．在所述吸附床的再生步骤过程中，使来自第二罐的含有纯度增加的氢的气体混合物在吸附床中回流；d．在所述吸附床...

【专利技术属性】
技术研发人员：MSA巴克斯，CE特尔波特，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]