用于气体分离的方法技术

一种用于控制包含第一组分和第二组分的气体混合物的气体分离的方法，所述方法包括在双回流吸附过程中使含有气体混合物的进料与塔中的床中的吸附剂接触，使得气体混合物的第一组分达到或超过所需纯度，并且气体混合物的第二组分达到或超过所需纯度，其中循环进料时间与引导至塔的摩尔进料流量和摩尔回流流量之和的数学乘积不超过每个循环每床可以处理的最大摩尔数，并且其中第一产物流量与进料流量的比例小于或等于进料中第一组分的分数，并且第二产物流量与进料流量的比例小于或等于进料中第二组分的分数。

A method for gas separation

A method for controlling gas containing gas mixture of the first and the second components of the separation, the method comprises the adsorbent contact containing gas mixture feed and tower in the bed in the double refluxing adsorption process, the composition of the gas mixture to meet or exceed the required purity, and second groups of gas mixture into reach or exceed the required purity, which Moore recycle feed time and guide to the tower's feed flow and return flow and Moore mathematical product does not exceed the maximum mole number per bed per cycle can be processed, and the first product flow rate and feed flow rate is less than or equal to in the first group of material points, and the second product flow rate and feed flow ratio is less than or equal to the fraction into second component material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于气体分离的方法
采用双回流吸附法控制气体分离的方法。
技术介绍

技术介绍
的以下讨论仅旨在便于理解本专利技术。该讨论并不确认或承认引用的任何材料自申请的优先权日期起是公知常识或属于公知常识的一部分。变压吸附(PSA)是用于通过利用组成气体的吸附能力差异或者在一些工业实施例中通过利用吸附速率的差异来实现动力学选择性来分离气体混合物的已建立的技术。可以通过在高压吸附步骤和低压再生或解吸步骤以及中间床加压步骤的循环中操作的多个床来实现连续吸附过程。可以通过选择合适的吸附剂、操作压力、流动状态和步骤持续时间来将氮气或空气中的甲烷去除至非常低的浓度(例如<100ppmv)来设计这种汽提型PSA方法。然而，将PSA应用于气体纯化的一个限制是很少PSA设计可以产生来自吸附步骤的高纯度轻产物(残液)和在再生步骤期间浓缩的次级产物(提取物)。双回流PSA(DR-PSA)方法(也称为双重PSA)将汽提和浓缩PSA循环组合在具有至少两个床的单一系统中，其中进料气体沿着吸附剂床进料到中间位置，每个产物流回流到两个吸附塔的相应末端。双回流PSA方法具有类似于连续蒸馏方法的特征；例如当两种气体物质竞争吸附位点时，相平衡(气相-固体)类似于气-液平衡，并且通过吸附剂床使用轻回流和重回流类似于蒸馏过程中使用蒸气回流和液体回流。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于控制包含第一组分和第二组分的气体混合物的气体分离的方法，所述方法包括在双回流吸附过程中使含有气体混合物的进料与塔中的床中的吸附剂接触，使得气体混合物的第一组分达到或超过所需纯度，并且气体混合物的第二组分达到或超过所需纯度，其中循环进料时间与引导到塔的摩尔进料流量和摩尔回流流量之和的数学乘积不超过每个循环每床可以处理的最大摩尔数，并且其中第一产物流量与进料流量之比小于或等于进料中第一组分的分数，并且第二产物流量与进料流量之比小于或等于进料中第二组分的分数。在本专利技术的上下文中，术语循环进料时间与进料和回流的摩尔流量之和的数学乘积也被称为循环进料时间和进料和回流的摩尔流量之和的乘积。有利地，本专利技术的方法可用于获得如本文所定义的最佳气体分离。在一个实施方式中，第一组分是重组分，第二组分是轻组分。在一个实施方式中，循环进料时间和引导到进料塔的进料和回流的摩尔流量之和的乘积保持尽可能接近每个循环每床可以处理的最大摩尔数。在一个实施方式中，循环进料时间和引导到进料塔的进料和回流的摩尔流量之和的乘积保持尽可能接近但不超过每个循环每床可以处理的最大摩尔数。应当理解的是，如果循环进料时间和引导到进料塔的进料和回流的摩尔流量之和的乘积等于每个循环每床可以处理的最大摩尔数，则该方法将提供对于第一和第二组分可获得的最大生产率，也称为最佳气体分离。在一个实施方式中，产物流量与进料流量的比保持在与进料混合物组成中目标组分的相应分数相同的值。优选地，回流流量是进料流量的足够大的一部分，使得重组分的浓缩因子(重产物中的重组分的量除以进料组成中的重组分的量)和/或轻组分的汽提因子(进料组成中的重组分的量除以轻产物中的重组分的量)都不小于在该方法中使用的压力比。有利地，这为产品提供高纯度和高回收率。在一个实施方式中，回流流量为进料流量的0.5或更多。本专利技术的实施方式可以使用任何已知的吸附技术进行，例如变压吸附，变热吸附，置换净化或非吸附净化(即分压降低)，双回流吸附或上述组合。本专利技术的实施方式可以使用广泛的气源，例如天然气，采煤气体，煤层气(煤层甲烷)，沼气，煤矿中的通风气体和LNG排出气体。可以处理近50％的二元混合物(例如采煤气体，沼气)以增加甲烷组分的浓度。含有少至0.5-5％甲烷的气流(例如煤矿中的通风空气或LNG排出气体)可以通过本专利技术的方法纯化至100ppm甲烷。本专利技术的实施方式还可以用于从劣质的天然气中排除氮气(例如，将甲烷从75％浓缩至气体加工和LNG生产所需的90％)。应当理解，可以使用对甲烷相对于氮气(CH4相对于N2)的选择性(平衡，动力学或立体)不同于1的任何吸附剂。对于CH4相对于N2具有平衡选择性的吸附剂包括活性炭，沸石和离子液体沸石。在一个实施方式中，使用具有CH4相对于N2的平衡选择性大于2的吸附剂。在一个实施方式中，吸附剂是TMAY-Y，如通过引用并入本文的国际专利申请PCT/AU2015/000588中所述的四甲基铵交换Y型沸石。在一个实施方式中，吸附剂对CH4相对于N2的平衡选择性大于5。应当理解，当使用动力学选择性吸附剂，如碳分子筛和斜发沸石，对于给定组分(特征吸附时间)有明显吸附所需的(相对长的)时间尺度，循环进料时间也需要比较少吸附组分的特征吸附时间短。在一个实施方式中，吸附剂材料对于在DR-PSA循环期间吸附较多的气体混合物组分具有动力学选择性。在一个实施方式中，进料步骤时间选择为比较慢和较少吸附的气体组分的特征吸附时间短，但长于较快和较多吸附的气体组分的特征吸附时间。在一个实施方式中，吸附剂对于氮气相对于甲烷是动力学选择性的。期望在对甲烷的吸附和解吸有效的温度和压力下使用变压吸附方法，温度优选保持在-50℃至100℃的范围，更优选0℃至70℃。吸附时的压力优选为约10psi至100psi之间。解吸期间的压力低于吸附期间的压力，有效地引起甲烷的解吸，优选为约0.1托至150psi，更优选为约0.1托至约50psi，最优选为约0.1托至约25psi。附图说明在下面对若干非限制性实施例的描述中更全面地描述了本专利技术的其它特征。该描述仅仅是为了举例说明本专利技术的目的。不应被理解为对上述专利技术概述，公开或描述的限制。参考附图进行描述，其中：图1是PL-A配置中DR-PSA循环的一半的过程示意图；图2描绘了CH4和N2的突变曲线；图3描绘了重(顶部)和轻(底部)产物流的甲烷组成，其为重产物流量分数(或相对比例)的函数，图4表示作为重回流与进料流量比的函数的重产物流的浓缩的变化(左)；和作为轻回流与进料流量比的函数的轻产物流的纯度的变化(右)；图5描绘了对于两种不同的进料浓度，富含氮气进料中的甲烷回收到含有标准活性炭吸附剂材料的DR-PSA循环中的回收率，其为富甲烷重产物流的组成的函数；图6描述了对于两种不同的吸附剂材料，富含氮气进料中的甲烷回收到DR-PSA循环中的回收率，其为富甲烷重产物流的组成的函数；图7描述了使用离子液体沸石材料(TMA-Y)吸附剂用于变压和真空配置，富氮进料(10.4％CH4)中的甲烷回收到DR-PSA循环中的回收率，其为富甲烷重产物流的组成的函数，图8描述了使用DR-PSA循环以及对于N2相对于CH4具有动力学选择性的碳分子筛吸附剂从含有75％甲烷的进料气体中排除氮气的结果。图9是用各种DR-PSA循环实现分离性能的比较；和图10是在不同进料组成下使用TMA-Y吸附剂的PL-A配置中DRPSA运行的概括。具体实施方式对于给定的资本和运营成本，申请人已经确定了使用DR-PSA循环优化气体分离的方法。本专利技术将通过实施例通过DR-PSA利用N2-CH4混合物分离来说明本专利技术的实施方式。典型的DR-PSA循环包括四个基本步骤：进料(FE)，净化(PU)，加压(PR)和排放(BD)，发生在FE/PU和PR/BD中，以使每个半循环是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制包含第一组分和第二组分的气体混合物的气体分离的方法，所述方法包括在双回流吸附过程中使含有气体混合物的进料与塔中的床中的吸附剂接触，使得气体混合物的第一组分达到或超过所需纯度，并且气体混合物的第二组分达到或超过所需纯度，其中循环进料时间与引导至塔的摩尔进料流量和摩尔回流流量之和的数学乘积不超过每个循环每床可以处理的最大摩尔数，并且其中第一产物流量与进料流量的比例小于或等于进料中第一组分的分数，并且第二产物流量与进料流量的比例小于或等于进料中第二组分的分数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.15 AU 20159013581.一种用于控制包含第一组分和第二组分的气体混合物的气体分离的方法，所述方法包括在双回流吸附过程中使含有气体混合物的进料与塔中的床中的吸附剂接触，使得气体混合物的第一组分达到或超过所需纯度，并且气体混合物的第二组分达到或超过所需纯度，其中循环进料时间与引导至塔的摩尔进料流量和摩尔回流流量之和的数学乘积不超过每个循环每床可以处理的最大摩尔数，并且其中第一产物流量与进料流量的比例小于或等于进料中第一组分的分数，并且第二产物流量与进料流量的比例小于或等于进料中第二组分的分数。2.根据权利要求1所述的用于控制气体分离的方法，其中所述第一组分是重组分，所述第二组分是轻组分。3.根据权利要求1或2所述的用于控制气体分离的方法，其中循环进料时间与引导至塔的摩尔进料流量和摩尔回流流量之和的乘积保持尽可能接近每个循环每床可以处理的最大摩尔数。4.根据权利要求1或2所述的用于控制气体分离的方法，其中循环进料时间与引导至塔的摩尔进料流量和摩尔回流流量之和的乘积保持尽可能接近但不超过每个循环每床可以处理的最大摩尔数。5.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制气体分离的方法，其中产物流量与进料流量的比率保持在与进料混合物组成中的目标组分的相应分数相同的值。6.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制气体分离的方法，其中回流流量是进料流量的足够大的一部分，使得重组分的浓缩因子和/或轻组分的汽提因子都不小于在方法中使用的床压力的比率。7.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·弗里曼特尔·梅，李刚，陈家敏，黄兴位，托马斯·勒罗伊·欣顿·萨莱曼，
申请(专利权)人：西澳大学，雪佛龙美国有限公司，
类型：发明
国别省市：澳大利亚,AU