大规模变压吸附方法技术

本发明专利技术公开了一种方法，该方法通过在一个单列整体设备中获得约１１０，０００标立方米／小时（１亿标立方英尺／天）以上的产量，以及打破了净化步骤时间应等于或小于吸附步骤时间的惯例，从而解决了用于多种气体分离的ＰＳＡ设备的生产量所受的限制。通过相对于吸附步骤来增加净化时间，伴随着从一个或多个吸附床为该列上的任何吸附床提供净化气，以及在提供净化气步骤期间，其它吸附床同时为几乎所有进行净化步骤的吸附床提供净化气，使单列的产量有显著的增加而回收率或性能的损失最小。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到利用变压吸附(PSA)进行气体分离的方法，该方法大大地提高了分离处理的量。PSA提供了一种有效而又经济的方法，用来对含有至少两种具有不同吸附特征的气体的多组分气流进行分离。吸附力较强的气体可以是杂质，该杂质被从吸附力较不强的气体(它被分离出来作为产品)中除去；或者，吸附力较强的气体可以是目标产物，它被从吸附力较不强的气体中分离出来的。例如，人们期望从含氢的原料流中去除一氧化碳和轻质烃，以制得纯净(99+％)的氢气流用于氢化裂解或其它催化方法，因为这些杂质可能会对催化剂或对反应产生副作用。另一方面，可能希望从原料流中回收吸附力较强的气体如乙烯，从而制得富含乙烯的产物。在PSA方法中，一般将多组分气体在能吸附至少一种组分的升高的压力下供入到多个吸附区中的至少一个中，而使至少一种其它组分通过吸附区。在规定的时间内，送到吸附器的原料流被终止，吸附区被一个或多个并流的降压步骤降压，该降压步骤中压力被降至规定的水平，这就使留在吸附区的已分离的、吸附力较不强的组分或多个组分被排除而没有显著浓度的吸附力强的组分。然后，吸附区被逆流的减压步骤降压，该降压步骤中，吸附区的压力通过以与原料流方向呈逆流回收解吸气体而进一步地降低。最后，吸附区被经历了并流降压步骤的吸附床的流出物净化，并被再增压。再增压的最后阶段一般都伴随有产物，并常常被称作产物再增压。在多区系统中，一般都有附加步骤，上面所提到的那些可以分阶段地进行。其它的有US-A-3176444、US-A-3986849、US-A-3430418和3703068，描述了利用并流降压和逆流降压两者的的多区、绝热的PSA系统，这些专利的公开内容被全文引用。属于Fuderer等人和Wagner的上述专利在这里被引用。已知不同种类的吸附剂适宜用在PSA系统中，对吸附剂的选择依赖于原料流的组成和其它本领域技术人员所公知的因素。一般地，适宜的吸附剂包括分子筛、硅凝胶、活性碳和活性铝土。对于某些分离，专门的吸附剂是有利的。PSA一般使用弱吸附剂并被用于分离，其中待分离成分的含量可从痕量至高于95％(摩尔)。当要回收高浓度的贵重原料、产物或重新使用的溶剂时，优选PSA系统。PSA循环是解吸时的压力远低于吸收时的压力的循环。在某些应用中，解吸在真空条件下进行——真空吸附(VSA)。为克服弱吸附剂所固有的低操作负载的问题，PSA循环一般具有短的循环时间——约为数秒到数分钟——以保持合理的吸附床尺寸。建造现代化的气体处理设施的一个问题是设施的尺寸或在任何一个设施中待处理气体的量不断增加。现代化的气体处理设备的处理量一般大于约110,000标立方米/小时(1亿标立方英尺/天)。大多数的PSA容器的直径因要运到建造地方而受到限制，容器的直径一般限制在约4米(约13英尺)，容器的高度被吸附剂颗粒的压碎强度所限制。对于高于110,000标立方米/小时(1亿标立方英尺/天)的处理量，PSA方法配备有多列重复的设备，如泵、加热器、管线、阀、容器和压缩器。本专利技术提供了一种方法，该方法克服了用于多种气体分离的PSA设备的处理量的传统的限制。现在，一个单一的完整操作工艺列的处理量可超过约110,000标立方米/小时(1亿标立方英尺/天)。该单一的完整操作序列可以包括10-20个吸附床。设备的减少来自于没有接受PSA领域中所遵循的原则净化步骤的长度必须等于或小于吸附步骤的长度。申请人已经发现相对于吸附步骤而增加净化时间能显著地提高处理量，并且在回收率或性能上具有最小的损失。净化步骤的时间与吸收步骤的时间的比值优选大于1.0而小于2.0。这一发现的优点在于，现在可以用远地低于第二条平行设备列的建造费用的费用来建造大规膜PSA单元。本专利技术的目的是提供一种用在单列设备内的大量气体处理单元的PSA方法。本专利技术的目的是提供一种操作程序，它能克服对容器尺寸和吸附力的物理限制，以便能够处理大量进料而不会失去大规模气体分离系统的整体性能。在一个实施方案中，本专利技术是在单列PSA区中从包含非吸附性气体和吸附性气体的气体混合物中分离出非吸附性气体的方法。该方法包括使气体混合物通过单列PSA区，并回收含有非吸附性气体的产物气流和含有吸附性气体的废气流。单列PSA区具有大量吸附床，每个吸附床进行吸附步骤、至少三个并流平衡步骤(包括一个最后的并流平衡步骤)、一个提供净化气(provide-purge step)步骤、一个逆流泄料步骤、一个净化步骤、至少三个逆流平衡步骤(包括一个最后逆流平衡步骤)和一个再增压步骤。每个处理步骤按序发生并及时转换，从而使吸附步骤发生在吸附步骤的时间内，提供净化气步骤发生在提供净化气步骤的时间内，以及净化步骤发生在净化步骤的时间内。净化步骤的时间大于吸附步骤的时间，净化步骤包括这样步骤正在进行净化步骤的吸附床从一个或多个正在进行提供净化气步骤的其它吸附床接受净化气，其中这些其它吸附床同时向正在进行净化步骤的吸附床提供净化气。无论何时，进行净化步骤的吸附床的数量总是超过进行吸附步骤的吸附床的数量。该方法可以将氢气从包含氢气、二氧化碳和氮气的气体混合物中分离出来。在另一个实施方案中，本专利技术是在多吸附床PSA区中从包含非吸附性气体和吸附性气体的气体混合物中分离出非吸附性气体的方法。该方法包括以下步骤。使处于吸附压力下的气体混合物通过PSA区中大量吸附床的第一个吸附床。每个吸附床都包含吸附剂，该吸附剂在处于吸附步骤时间内的吸附步骤中对吸附性气体进行选择性吸附，吸附排出物流由此而被回收。在平衡步骤中，第一吸附区与其它吸附床一起被并流地降压，每个其它吸附床具有顺序降低的平衡压力。并流降压步骤至少被重复两次以达到最后平衡步骤。将第一吸附床进一步并流降压，从而在处于提供净化气时间内的提供净化气步骤中产生解吸排出物流，同时使解吸排出物流通过至少两个正在进行净化步骤的其它吸附床。第一吸附床被逆流降压至泄料压力，废物流在解吸压力下被回收。第一吸附床在净化步骤时间内被净化气流所净化，其中净化步骤时间大于吸附步骤时间。该净化气流从一个或多个正在进行并流提供净化气步骤的或正在进行逆流平衡步骤的吸附床通过、通过平衡第一吸附床与其它吸附床的压力，第一吸附床被逆流地再增压，其中每个其它吸附床都具有顺序增加的平衡压力，该逆流再增压步骤至少被重复两次。第一吸附床是具有一部分吸附排出物流的逆流再增压床，以上处理步骤被重复进行以实现连续处理。附图说明图1是一个简化的循环图，介绍了现有技术中的传统的16-床PSA分离系统。图2是一个简化的循环图，介绍了本专利技术的用于16-床系统的新PSA循环。图3是一个简化的循环图，介绍了本专利技术的用于16-床系统的一种新PSA循环的变化形式。本专利技术方法的进料可以包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、惰性气体和烃。本专利技术的方法可用于从吸附性化合物(如一氧化碳、二氧化碳、氮气和烃)中分离出氢气，或者用于从吸附性较弱的化合物(包括二氧化碳、硫氧化物、硫化氢、重质烃及其混合物)中分离出甲烷。术语“烃”是指每分子具有1到8个碳原子的烃，包括烷烃、烯烃、环烯及芳香烃如苯。术语“单列设备”是指包括泵、加热器、容器、阀、管线及压缩器在内的一系列处理设备，它们被装配起来以完成特定的任务，如气体分离，它不包含完本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在单列变压吸附区中从包含非吸附性气体和吸附性气体的气体混合物中分离出非吸附性气体的方法，该方法包括使气体混合物通过单列变压吸附区以及回收含有非吸附性气体的产物气流和含有吸附性气体的废气流，所说的单列变压吸附区具有大量吸附床，每个吸附床占用一个吸附步骤、包括一个最后并流平衡步骤在内的至少两个并流平衡步骤、一个提供净化气的步骤、一个逆流泄料步骤、一个净化步骤、包括一个最后逆流平衡步骤在内的至少三个逆流平衡步骤和一个再增压步骤，每个所说的步骤顺序出现并及时转换，其中吸附步骤发生在吸附步骤时间内，提供净化气步骤发生在提供净化气步骤时间内，以及净化步骤发生在净化步骤时间内，净化步骤的时间大于吸附步骤时间，其中所说的净化步骤包括进行净化步骤的吸附床从一个或多个进行提供净化气步骤的其它吸附床接受净化气。其中所说的其它吸附床同时向进行净化步骤的吸附床提供净化气。并且无论何时，进行净化步骤的吸附床的数量总是超过进行吸附步骤的吸附床的数量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：M维索尔，LJM瓦格曼斯，
申请(专利权)人：环球油品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]