低能量循環(huán)變壓吸附方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及以低的能耗在高壓下回收出口氣物流的循環(huán)變壓吸附(PSA)方法。所述方法的各循環(huán)包括在于將吸附劑床中的壓力從P高降低至P低的卸料階段，其中所述卸料階段被劃分成若干個(gè)分卸料階段，其中在所述分卸料階段期間排放的氣體物流被引入到相應(yīng)的排放罐(T1-Tn)中。
【專利說(shuō)明】低能量循環(huán)變壓吸附方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣態(tài)混合物的分離。更具體地，本發(fā)明涉及以低的能耗在高壓下回收出口氣(off-gas)物流的循環(huán)(cyclic)變壓吸附(PSA)方法(工藝，process)。
【背景技術(shù)】
[0002]合成氣(或合成氣體)是包含各種比例的一氧化碳CO和氫氣H2的氣體混合物。其通常還包含水、氮?dú)狻S氣、烴化合物殘留物如CH4、硫化氫H2S和二氧化碳C02。合成氣傳統(tǒng)上是通過(guò)煤的氣化而生產(chǎn)的，并且可用于基礎(chǔ)工業(yè)化學(xué)工藝如甲醇生產(chǎn)和費(fèi)-托反應(yīng)。其還可用于生產(chǎn)基本上純的氫氣。為了改善H2含量，優(yōu)選地以水煤氣變換反應(yīng)將一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳:
[0003]CCHH2O — C02+H2
[0004]水煤氣變換單元容許通過(guò)大部分CO的轉(zhuǎn)化而使氫氣產(chǎn)量最大化。
[0005]CO2和H2S通常從合成氣提取，因?yàn)樗鼈兛膳c下游催化劑相互作用并且不利地影響下游合成?？墒褂貌煌愋偷姆椒▉?lái)除去co2。酸性氣體可通過(guò)酸性氣體回收單元從合成氣除去。典型地，這種類型的單元使用液體溶劑來(lái)洗滌(scrub)酸性氣體如0)2和&5。然而，溶劑的使用以及其后續(xù)再生是昂貴的。此外，酸性氣體回收方法傳統(tǒng)上包括在非常低的溫度(例如低至_40°C )下的步驟，這具有高的能量成本。
[0006]可用于除去CO2的另一類型的方法是在固相上的吸附。自20世紀(jì)80年代早期以來(lái)，變壓吸附(PSA)已經(jīng)成為化學(xué)和石化工業(yè)中用于純化氫氣的最新水平的技術(shù)。該方法適合于連續(xù)生產(chǎn)具有至少99.99%的純度的超純氫氣物流。CO2是在PSA單元的出口氣中與所有其它氣體和雜質(zhì)一起以及與未分離的H2 —起被回收的。因此，PSA的出口氣中的CO2的濃度通常低，例如為約40%。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中例如美國(guó)專利4，512，780、美國(guó)專利6，051, 050、美國(guó)專利5，753，010、美國(guó)專利4，171，206、歐洲專利申請(qǐng)EP0327732或國(guó)際專利申請(qǐng)W000/56424中已經(jīng)公開(kāi)了不同類型的PSA方法。這些文獻(xiàn)公開(kāi)了具有如下改進(jìn)功能的PSA方法:更快，更緊湊，更靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)提高或改善的回收率，并且具有改善的產(chǎn)物收率或者具有降低的功耗。
[0008]但是目前，新的要求出現(xiàn)。由于生態(tài)關(guān)懷，減少CO2排放已經(jīng)成為重要的研究領(lǐng)域。二氧化碳捕獲和儲(chǔ)存構(gòu)成了可急劇減少這些排放的有希望的選擇。在這種情況下，從合成氣處理設(shè)備(工廠，plant)回收CO2將是有利的。
[0009]然而，為了被儲(chǔ)存，CO2物流必需滿足一些標(biāo)準(zhǔn)。特別地，為了輸送至CO2物流的儲(chǔ)存位置，CO2濃度優(yōu)選高于95%并且CO2物流典型地被壓縮至超臨界水平。該壓縮步驟的能量成本高。
[0010]一般來(lái)說(shuō)，PSA方法的出口氣通常是在低壓下從PSA單元回收的。然而，當(dāng)將該物流用于下游單元中或者用在該P(yáng)SA方法本身之內(nèi)時(shí)，將其壓縮直至達(dá)到較高的壓力可為必要的。壓縮步驟總是在能量方面要求高的(demanding)。
[0011]在此情況下，高度期望提供以低的能耗在高壓下回收出口氣物流的改進(jìn)的PSA方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的一個(gè)主題是循環(huán)PSA方法，所述方法的各循環(huán)包括在于將吸附劑床中的壓力從Pe降低到Pffi的卸料(放氣，blowdown)階段,其中所述卸料階段被劃分成若干(several)個(gè)分(partial)卸料階段,其中將在所述分卸料階段期間排放的氣體物流引入到相應(yīng)的排放(discharge)罐中，其中所述罐是以逐漸增加的壓力串聯(lián)地流體連通的，并且在各連接的罐之間設(shè)置壓縮機(jī)裝置(means)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為在一個(gè)吸附劑床上的根據(jù)本發(fā)明的方法的卸料階段的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的示意圖。
[0014]圖2為用于卸料階段的壓力情況(條件，condition)的實(shí)例。
[0015]圖3為表示對(duì)于四床單元設(shè)計(jì)的根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選循環(huán)程序的圖表。
[0016]圖4為根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選循環(huán)的示意圖。
[0017]圖5為表示對(duì)于六個(gè)四床單元的設(shè)備設(shè)計(jì)的根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選循環(huán)程序的圖表。
[0018]圖6為根據(jù) 本發(fā)明的方法的另一優(yōu)選循環(huán)的示意圖。 [0019]圖7為使用費(fèi)-托工藝的煤制液體燃料設(shè)備的示意圖。
[0020]圖8為煤制甲醇設(shè)備的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]除非另有說(shuō)明，百分?jǐn)?shù)為體積百分?jǐn)?shù)。
[0022]此外，表述“包括在……之間”應(yīng)被理解為指所描述的范圍，包括上限和下限。
[0023]PSA方法是用于使用吸附劑材料從氣體混合物分離一些氣體物質(zhì)的公知技術(shù)。在高壓下，特定的氣體物質(zhì)被優(yōu)先吸附在吸附劑床上。該方法然后變動(dòng)至低壓以將所述特定的氣體物質(zhì)從所述吸附劑材料解吸。因此，PSA方法通過(guò)至少一個(gè)高SPs和一個(gè)低壓Pffi定義。所述高壓和低壓的值優(yōu)選地由技術(shù)人員根據(jù)吸附劑床的性質(zhì)以及要優(yōu)先吸附的氣體物質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行選擇。
[0024]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的低壓Pffi低于5巴、更優(yōu)選低于3巴。甚至更優(yōu)選地，所述低壓PffiS大氣壓，即latm，其為約101.325kPa。選擇大氣壓作為低壓對(duì)于該方法的功耗是有利的，因?yàn)槠洳恍枰褂谜婵毡?。所述低壓?yōu)選地不低于大氣壓。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的方法的高壓Ps優(yōu)選地高于10巴、更優(yōu)選高于30巴。然而，所述高壓通常不超過(guò)100巴。
[0026]PSA方法需要使用至少一個(gè)具有至少一個(gè)入口和一個(gè)出口的吸附劑床。吸附劑床是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。典型的吸附劑是活性炭、硅膠、氧化鋁和沸石。這樣的吸附劑的實(shí)例為來(lái)自Calgon的活性炭PBL，來(lái)自CECA的活性炭ACM3mm，來(lái)自Norit的活性炭RBl或 R2030，來(lái)自 UOP 或 Linde 的 Zeolites5A，來(lái)自 UOP 或 Slid Chemie 的 Zeolithel3X，來(lái)自Kali Chemie 的 Silica Gel KC, Metal Organic Framework MILlOl 或 Cu-BTC。吸附劑床可以一個(gè)層或者不同吸附劑的若干個(gè)層存在(consist in)。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的吸附劑床以活性炭(例如，由Norit group以商標(biāo)Activated Carbon R2030銷售的活性炭)的一個(gè)單一的層存在。
[0027]本發(fā)明的PSA循環(huán)包括至少一個(gè)卸料階段。所述卸料階段在于通過(guò)從吸附劑床取出氣體物流而將該吸附劑床中的壓力從Ps降低至P?。
[0028]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該方法的能量成本可通過(guò)如下顯著降低:將所述卸料階段劃分成若干個(gè)分卸料階段，其中將在所述分卸料階段期間排放的氣體物流引入到相應(yīng)的排放罐中。該卸料階段示意性地示于圖1上。為了理解目的，圖1未確切地表示真實(shí)的工藝單元。相反，圖1表示一個(gè)卸料階段的不同的相繼部分。
[0029]在圖1上，吸附劑床2 (為了理解目的，其示出了若干次)正進(jìn)行卸料階段B，所述卸料階段B被劃分為n個(gè)分卸料階段B1-Bf表示分卸料階段數(shù)目的n為至少為2的整數(shù)。在所述分卸料階段期間，氣體物流被排放到相應(yīng)的排放罐T1-Tn中。在第一個(gè)分卸料階段B1開(kāi)始時(shí)，吸附劑床中的壓力為Ps。使壓力降低，直至在分卸料階段Bn結(jié)束時(shí)其達(dá)到Pffi。在其期間所述氣體被排放的分卸料階段結(jié)束時(shí)，各罐內(nèi)的壓力等于被排放在所述罐中的氣體物流的壓力。由于在卸料階段B期間壓力是漸減的，所述罐具有漸減的壓力:首先接收氣體物流的第一個(gè)罐T1處于比第二個(gè)罐T2高的壓力，并且依此類推，直到處于所述低壓Pffi的最后一個(gè)罐Tnt)n也表示排放罐的數(shù)目。罐的數(shù)目與該方法的整體(global)規(guī)模(dimension)以及進(jìn)料氣體的流速相適應(yīng)。優(yōu)選地，n在2和10之間。
[0030]罐1\-1；是流體連通的。有利地，所述罐是以逐漸增加的壓力串聯(lián)連接。在各連接的罐之間設(shè)置壓縮機(jī)裝置C1-Cf除了具有最高壓力的罐之外的各罐中的氣體被壓縮并且引入到具有更高壓力中的最低者的另外的罐中。罐Tn中的處于氣體物流被壓縮并且被引入到處于更聞壓力的te Tlri中，并且依此類推。最后，在SilT1中的氣體物流可進(jìn)一步在壓縮機(jī)C1中被壓縮。離開(kāi)C1的處于高壓的氣體物流可例如被引入到處于Ps的吸附劑床中以進(jìn)行例如沖洗步驟，或者可進(jìn)一步被壓縮以便以超臨界狀態(tài)輸送到儲(chǔ)存位置。
[0031]各罐可裝備有冷卻裝置特別是`冷卻交換器E1-Ef實(shí)際上，氣體物流的溫度越低，壓縮所述氣體物流的能量需求越低。所述冷卻裝置可有利地對(duì)使本發(fā)明方法的能耗最小化作貢獻(xiàn)。
[0032]優(yōu)選地，在各分卸料階段期間，卸料壓力降低情況是線性的。360s卸料步驟的壓力情況的實(shí)例示于圖2上?？赏ㄟ^(guò)位于吸附劑床2的出口處的轉(zhuǎn)換(switching)閥3控制所述降低情況。線性降低使得能夠使氣體物流的流速變平，也可使用質(zhì)量流量控制器來(lái)避免壓縮機(jī)入口處的流速波動(dòng)。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施有利地容許以低的能耗在高壓下回收出口氣物流。如以上解釋的，可實(shí)施該方法以從合成氣處理設(shè)備回收CO2，之后將該CO2物流以超臨界狀態(tài)輸送至儲(chǔ)存位置。在此情況下，高度期望的是，根據(jù)本發(fā)明的方法容許以高的回收收率(優(yōu)選高于90%)回收高純度(優(yōu)選高于95%)的CO2物流。
[0034]本領(lǐng)域中公知的經(jīng)典的PSA方法不容許回收高純度的CO2物流。
[0035]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的方法是用于從包含H2和CO2的進(jìn)料氣體回收基本上純的CO2物流的循環(huán)PSA方法，所述方法的各循環(huán)由以下相繼的步驟構(gòu)成:
[0036]1.吸附階段，其包括:將所述進(jìn)料氣體引入至處于高壓1^的吸附劑床的入口以在CO2的選擇性吸附的情況下從其流過(guò)，在所述吸附劑床中形成CO2的第一吸附前沿(front)，和將具有未被吸附的產(chǎn)物的流出物從所述吸附劑床的出口排放至一級(jí)(primary)排放罐，所述一級(jí)排放罐處于所述高壓PsT，所述吸附階段持續(xù)受控的時(shí)期A ；
[0037]2.沖洗階段，其包括:將基本上純的CO2物流引入至處于所述高壓Ps的所述吸附劑床的入口以從其流過(guò)，在所述吸附劑床中形成CO2的第二吸附前沿；和將產(chǎn)物流出物從所述吸附劑床的出口排放至所述一級(jí)排放罐，所述沖洗階段持續(xù)受控的時(shí)期R，該時(shí)期R在CO2的所述第二吸附前沿與所述第一吸附前沿接合(join up)并且到達(dá)吸附劑床的出口時(shí)結(jié)束；
[0038]3.如上所述的卸料階段，其包括通過(guò)如下而降低所述吸附劑床中的壓力:通過(guò)所述吸附劑床的所述入口反向地(countercurrently)從其取出氣體物流并且將所述氣體物流排放至二級(jí)(secondary)排放罐,所述卸料階段持續(xù)受控的時(shí)期B,該時(shí)期B在所述吸附劑床處于低壓Pffi時(shí)結(jié)束；
[0039]4.反向吹掃(purge)階段,其包括將來(lái)自所述一級(jí)排放罐的氣體物流引入至所述吸附劑床的出口以從其流過(guò)，和將基本上純的CO2物流從所述吸附劑床的入口排放至處于P
的所述二級(jí)排放罐，所述反向吹掃階段持續(xù)受控的時(shí)期PU ；
[0040]5.加壓階段，其包括將來(lái)自所述一級(jí)排放罐的氣體物流引入至所述吸附劑床的出口，所述加壓階段持續(xù)受控的時(shí)期PR，該時(shí)期PR在所述吸附劑床處于所述高壓1^時(shí)結(jié)束。
[0041]根據(jù)本發(fā)明，表述“基本上純的CO2物流”指的是包含至少90%、優(yōu)選至少95%的CO2的物流。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施方式的方法的進(jìn)料氣體為包含H2和CO2的氣體混合物。優(yōu)選地，所述進(jìn)料氣體的至少50%、更優(yōu)選至少60%、更優(yōu)選至少70%、和甚至更優(yōu)選至少80%為H2和CO2的混合物。所述組分的比例可變化。H2/C02體積比優(yōu)選在0.8和3之間、更優(yōu)選在I和2之間。
[0043]所述進(jìn)料氣體可通過(guò)水煤氣變換方法產(chǎn)生。所述進(jìn)料氣體的來(lái)源可決定除了 4和CO2之外的其它化合物的存在。
[0044]所述進(jìn)料氣體可包含一種或多種其它化合物，例如水、氮?dú)?、氬氣、烴化合物的氣態(tài)殘留物如CH4、硫化氫H2S和一氧化碳CO。根據(jù)第一實(shí)施方式,CO含量為所述進(jìn)料氣體的至多10%、優(yōu)選至多5%、更優(yōu)選至多3%。根據(jù)第二實(shí)施方式，CO含量在所述進(jìn)料氣體的10%和30%之間、優(yōu)選在20%和25%之間。優(yōu)選地，不是H2XO2和CO的化合物的總含量低于10%、更優(yōu)選低于5%。將所述進(jìn)料氣體的所述其它組分的一些特別是H2O和/或H2S除去可為有利的。H2S和/或H2O除去單元是本領(lǐng)域中公知的并且可在進(jìn)行本發(fā)明的方法之前實(shí)施。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施方式的方法的進(jìn)料氣體可處于高于_100°C、優(yōu)選在10°C和75°C之間和更優(yōu)選在20°C和60°C之間的溫度。有利地，所述進(jìn)料氣體在被引入到所述吸附劑床中之前未經(jīng)歷冷卻步驟。有利地，所述進(jìn)料氣體處于室溫。
[0046]根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施方式，所述循環(huán)PSA方法的各循環(huán)在于五個(gè)相繼階段:1.吸附階段A，2.沖洗階段R，3.卸料階段B，4.反向吹掃階段W，和5.加壓階段PR。
[0047]PSA循環(huán)不是連續(xù)的。因此，傳統(tǒng)上，在用恒定的進(jìn)料氣體連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備(installation)中，若干個(gè)吸附劑床被并排(side_by-side)放置以形成PSA單元。根據(jù)本發(fā)明的所述優(yōu)選實(shí)施方式的PSA方法優(yōu)選地以四床單元運(yùn)行。[0048]已經(jīng)對(duì)于該四床實(shí)施方式設(shè)計(jì)了優(yōu)選的循環(huán)程序。該循環(huán)程序示于圖3的圖表上。根據(jù)該循環(huán)程序，各時(shí)期A、R、B、以及PU和PR之和是相等的:
[0049]A=R=B=PU+PR
[0050]因此，完整循環(huán)的持續(xù)時(shí)間被劃分為四個(gè)相等部分。在該部分的每一個(gè)期間:
[0051]-一個(gè)床處于吸附階段，
[0052]-一個(gè)床處于沖洗階段，
[0053]-一個(gè)床處于卸料階段，和
[0054]-一個(gè)床處于反向吹掃階段或處于加壓階段。
[0055]根據(jù)該循環(huán)程序，可根據(jù)本發(fā)明的方法的所述優(yōu)選實(shí)施方式連續(xù)地運(yùn)行四床PSA單元。
[0056]對(duì)于四床單元，在床I處于吸附階段A時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的所述優(yōu)選實(shí)施方式的一個(gè)循環(huán)的五個(gè)相繼階段示意性地示于圖4上。為了方便起見(jiàn)，床2示出了兩次，因?yàn)樵谝粋€(gè)吸附階段A期間出現(xiàn)了兩個(gè)階段(反向吹掃階段PU和加壓階段PR)。
[0057]吸附階段A
[0058]該吸附階段包括將進(jìn)料氣體5引入至處于高壓1^的第一吸附劑床7的入口 6。當(dāng)所述進(jìn)料氣體流動(dòng)通過(guò)第一吸附劑床7時(shí)，CO2被選擇性地吸附。未被吸附的產(chǎn)物流出物8從第一吸附劑床7的出口 9排放`至一級(jí)排放罐10。一級(jí)排放罐10處于所述高壓Ps下。該吸附階段的持續(xù)時(shí)間表示為A。
[0059]所述未被吸附的產(chǎn)物流出物基本上不含C02。優(yōu)選地，所述未被吸附的產(chǎn)物流出物中的CO2含量低于10%、更優(yōu)選低于5%。當(dāng)CO2被吸附在所述吸附劑床上時(shí)，其形成第一吸附前沿。以使得在該步驟結(jié)束時(shí)CO2的所述第一吸附前沿仍然完全在該吸附床內(nèi)的方式控制該時(shí)期A。
[0060]沖洗階段R
[0061]在第一吸附劑床7正進(jìn)行吸附階段A時(shí)，第四吸附劑床正進(jìn)行沖洗階段R?；旧霞兊腃O2物流11與進(jìn)料物流同時(shí)被引入至第四吸附劑床13的入口 12。該純的CO2物流的壓力與所述進(jìn)料氣體的壓力相同，即為所述高壓Ps。該基本上純的CO2物流流動(dòng)通過(guò)第四吸附劑床13并且產(chǎn)物流出物14從第四吸附劑床13的出口 15排放至所述一級(jí)排放罐10。該沖洗階段的持續(xù)時(shí)間表示為R。
[0062]在所述沖洗階段期間，CO2的吸附在所述吸附劑床中形成第二吸附前沿，其與所述第一吸附前沿接合。對(duì)時(shí)期R和沖洗流速進(jìn)行控制以精確地在接合的吸附前沿到達(dá)所述吸附劑床的出口時(shí)使它們停止。如果該時(shí)期R太長(zhǎng)，則CO2的接合的前沿將超出所述吸附劑床并且部分CO2將與產(chǎn)物流出物一起流至所述一級(jí)排放罐?；衔锏姆蛛x將是差的，并且部分CO2將未被回收。如果該時(shí)期R太短，則CO2的接合的吸附前沿將未到達(dá)所述吸附劑床的出口。由此得出結(jié)論，所述吸附劑床仍然包含一部分非CO2產(chǎn)物。這將不利地影響所回收的CO2物流的純度。
[0063]卸料階段B
[0064]在第一吸附劑床7正進(jìn)行吸附階段A和第四吸附劑床13正進(jìn)行沖洗階段R時(shí)，第三吸附劑床正進(jìn)行卸料階段B。該卸料階段在于通過(guò)如下將第三吸附劑床16中的壓力從P高降低至Pff1:通過(guò)第三吸附劑床16的入口 17反向地從其取出氣體物流12并且排放所述氣體物流。根據(jù)本發(fā)明，氣體物流18被排放到二級(jí)排放罐19中。所述氣體物流18為基本上純的CO2物流。所述卸料階段的持續(xù)時(shí)間表示為B。在該卸料階段結(jié)束時(shí)，所述吸附劑床的壓力已經(jīng)降低至低壓值P低。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的方法，所述卸料階段被劃分為若干個(gè)分卸料階段，其中在所述分卸料階段期間排放的氣體物流18被引入到漸減壓力的若干個(gè)排放罐中。
[0066]在第一吸附劑床7正進(jìn)行吸附階段A時(shí)，第四吸附劑床13正進(jìn)行沖洗階段R并且第三吸附劑床16正進(jìn)行卸料階段B，第二吸附劑床正進(jìn)行首先的反向吹掃階段PU和然后的加壓階段PR。
[0067]反向吹掃階段I3U
[0068]所述吹掃階段是反向?qū)嵤┑?。將?lái)自所述一級(jí)排放罐10的氣體物流20引入至處于低壓？<0^的第二吸附劑床22的出口 21并且從其流過(guò)。其從所述第二吸附劑床22的入口23排放至處于Pffi的所述二級(jí)排放罐19。該反向吹掃階段的持續(xù)時(shí)間表示為PU。對(duì)該反向吹掃階段和流速進(jìn)行控制，使得在該步驟結(jié)束時(shí)，該床基本上不含C02。
[0069]加壓階段PR
[0070]最后，本發(fā)明的優(yōu)選方法的循環(huán)4的最后階段為加壓階段，其包括將來(lái)自所述一級(jí)排放罐10的氣體物流20引入至所述第二吸附劑床22的出口 21。該加壓階段的持續(xù)時(shí)間表示為PR。在該加壓階段結(jié)束時(shí)，所述吸附劑床的壓力已經(jīng)升高至高壓值Ps。
[0071]從一個(gè)階段到另一階段的轉(zhuǎn)換可通過(guò)圖4 (其中僅示出了減壓閥24和25)上未示出的許多轉(zhuǎn)換閥的打開(kāi)和關(guān)閉實(shí)現(xiàn)。
[0072]根據(jù)本發(fā)明的方法的所述優(yōu)選實(shí)施方式的實(shí)施有利地容許從進(jìn)料氣體5回收基本上純的CO2氣體物流26。CO2回收收率可達(dá)到優(yōu)選地至少85%、更優(yōu)選至少90%和甚至更優(yōu)選至少95%。
[0073]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在沖洗階段期間被引入到吸附劑床中的基本上純的CO2物流11是由二級(jí)排放罐19提供的。所述物流在被引入到吸附劑床中之前在氣體壓縮機(jī)27中被壓縮以達(dá)到高壓值P s。
[0074]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，所述基本上純的CO2物流的全部或部分被排空(evacuate)以儲(chǔ)存在CO2儲(chǔ)存單元中。所述物流26可有利地被壓縮至適合用于輸送至其儲(chǔ)存位置、優(yōu)選高于臨界壓力的壓力。
[0075]為了處理各種流速的進(jìn)料氣體，若干個(gè)PSA單元可并聯(lián)運(yùn)行。可將進(jìn)料氣體分成與單元數(shù)目相同數(shù)目的部分。進(jìn)料氣體的這些部分優(yōu)選是相等的并且所述若干個(gè)單元優(yōu)選為相同的。優(yōu)選地在若干個(gè)四床單元中同時(shí)運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的PSA方法。所述四床單元的每一個(gè)優(yōu)選地根據(jù)圖3的圖表上所示的循環(huán)程序運(yùn)行。
[0076]所述分卸料階段的數(shù)目n優(yōu)選地等于同時(shí)運(yùn)行的PSA單元的數(shù)目。例如，其中進(jìn)料氣體被劃分到n個(gè)PSA單元中的根據(jù)本發(fā)明的所述優(yōu)選實(shí)施方式的循環(huán)PSA方法優(yōu)選地以n個(gè)卸料階段、使用n個(gè)二級(jí)排放罐運(yùn)行。所述二級(jí)排放罐優(yōu)選地被所有單元共享。
[0077]已經(jīng)對(duì)于該類型的設(shè)備設(shè)計(jì)了其中n為6的優(yōu)選的循環(huán)程序。該循環(huán)程序示于圖5的圖表上。
[0078]根據(jù)該循環(huán)程序，時(shí)期B被劃分成6個(gè)相等的分卸料階段B1-B6。時(shí)期PU等于BI與B2之和，并且時(shí)期PR等于B3、B4、B5與B6之和。對(duì)于(經(jīng)過(guò)，for)與一個(gè)分卸料階段的時(shí)間相等的時(shí)期，各單元的循環(huán)程序相互輪換(轉(zhuǎn)換，shift)。由于該循環(huán)程序，除了在任何時(shí)間均被三個(gè)塔(column)(兩個(gè)處于吹掃階段且一個(gè)處于卸料階段B6)進(jìn)料的處于最低壓力的罐Tn之外，各個(gè)二級(jí)排放罐在任何時(shí)間均被一個(gè)塔進(jìn)料。根據(jù)該優(yōu)選循環(huán)程序，在各個(gè)二級(jí)排放罐中獲得了相對(duì)平坦的流速。
[0079]在圖6上，示出了當(dāng)?shù)谝淮?處于吸附階段A并且第四床13處于沖洗階段R時(shí)的四床單元。為了方便起見(jiàn)，第二床22示出了兩次，因?yàn)樵谝粋€(gè)吸附階段A期間出現(xiàn)了兩個(gè)階段(反向吹掃階段PU和加壓階段PR)，并且第三床16示出了 6次，因?yàn)樾读想A段B已經(jīng)被劃分成在一個(gè)吸附階段A期間出現(xiàn)的6個(gè)分卸料階段B1-B6。
[0080]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施方式有利地容許回收基本上不含CO2的產(chǎn)物流出物8和14。所述產(chǎn)物流出物被回收到處于PSA方法的高壓PsT的一級(jí)排放罐10中。所述產(chǎn)物流出物在反向吹掃階段期間和在加壓階段期間被至少部分地使用。剩余在所述罐中的部分即物流28可在下游用于不同用途。
[0081]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，如上公開(kāi)的循環(huán)PSA方法為用于費(fèi)-托工藝的合成氣調(diào)理鏈(conditioning chain)的步驟。費(fèi)-托工藝是公知的將一氧化碳和氫氣的混合物轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴的化學(xué)工藝。
[0082]所述第一實(shí)施方式的實(shí)例示于圖7上。
[0083]根據(jù)該實(shí)施方式，可從煤31通過(guò)整體方法30生產(chǎn)液態(tài)烴45。將煤31與氧氣物流32 一起引入到氣化器反應(yīng)器33中以提供主要包含H2和CO的合成氣34。使所述合成氣物流34與水36 —起通過(guò)水煤氣變換單元35。對(duì)水煤氣變換反應(yīng)器的流出物37在PSA設(shè)備41中進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)PSA方法?？苫厥栈旧霞兊腃O2物流42?；旧喜缓珻O2的產(chǎn)物流出物43被進(jìn)料至費(fèi)-托反應(yīng)器44。在費(fèi)-托反應(yīng)器中催化以下反應(yīng):
[0084](2x+l) H2+x CO — CxH(2x+2)+x H2O
[0085]其中x為正整數(shù)。
[0086]去往費(fèi)-托反應(yīng)器的入口物流優(yōu)選地滿足在2.0和2.4之間的H2/C0的化學(xué)計(jì)量t匕。此外，所述入口物流優(yōu)選地包含少于5%的惰性化合物。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員調(diào)整本發(fā)明的PSA方法的施行以達(dá)到這些規(guī)格。
[0087]優(yōu)選地，在費(fèi)-托工藝中可包括H2S除去步驟。該步驟可有利地在煤的氣化之后、在水煤氣變換反應(yīng)器之前發(fā)生，以從合成氣除去H2s。如圖7中所示，其也可在位于水煤氣變換反應(yīng)35之后和PSA方法41之前的H2S除去單元38中進(jìn)行，以從PSA方法的進(jìn)料氣體除去H2S39。
[0088]根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，如上公開(kāi)的循環(huán)PSA方法是用于煤制甲醇合成工藝的合成氣調(diào)理鏈的步驟。
[0089]所述第二實(shí)施方式的實(shí)例示于圖8上。
[0090]根據(jù)該實(shí)施方式，可從煤47通過(guò)整體工藝46生產(chǎn)甲醇物流63。
[0091]根據(jù)該實(shí)施方式，將煤47與氧氣物流48 —起引入到氣化器反應(yīng)器49中以提供主要包含H2和CO的合成氣50。所述合成氣物流50被分成兩個(gè)物流53和54。所述物流的第一部分53與水55混合并且通過(guò)水煤氣變換反應(yīng)器56。對(duì)該水煤氣變換反應(yīng)器的流出物57在PSA設(shè)備58中進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)PSA方法?？苫厥栈旧霞兊腃O2物流59。將基本上不含CO2的產(chǎn)物流出物60與所述合成氣物流的第二部分54混合并且進(jìn)料至甲醇反應(yīng)器62。在典型的甲醇反應(yīng)器中，發(fā)生以下反應(yīng):
[0092]C0+2H2 — CH3OH
[0093]C02+3H2 — CH30H+H20
[0094]去往甲醇反應(yīng)器61的入口物流優(yōu)選地滿足(H2-CO2) / (C0+C02) =2.1的化學(xué)計(jì)量t匕。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員調(diào)整所述合成氣物流的劃分(partition)和本發(fā)明的PSA方法的施行以達(dá)到該化學(xué)計(jì)量比。
[0095]優(yōu)選地，在煤制甲醇合成工藝中可包括H2S除去步驟。如圖8中所示，該步驟可有利地在位于氣化反應(yīng)器49之后、在合成氣的分配(division)之前的H2S除去單元51中進(jìn)行，以從合成氣除去H2S52。
[0096]實(shí)施例
[0097]使用表現(xiàn)非等溫、非稀釋、多組分吸附劑床的動(dòng)態(tài)行為的具有質(zhì)量、能量和動(dòng)量平衡的數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬變壓吸附過(guò)程。該模型是基于以下假設(shè)開(kāi)發(fā)的:
[0098]-在整個(gè)塔中為理想氣體行為；
[0099]-在徑向方向上沒(méi)有質(zhì)量、熱量或速度梯度；
[0100]-沿著該床恒定的孔隙率；
[0101]-軸向分散的活塞流(axialdispersed plug flow);各顆粒內(nèi)部沒(méi)有溫度梯度。
[0102]另外，該模型考慮了`(account for)外部物質(zhì)和熱量傳遞阻力(以膜模型表示)，并且其認(rèn)為吸附劑顆粒是雙分散的(bidispersed)，具有大孔和微孔質(zhì)量傳遞阻力，兩者均以線性驅(qū)動(dòng)力(LDF)模型表示。動(dòng)量平衡通過(guò)Ergun方程給出。
[0103]壓縮機(jī)功率需求是考慮如下計(jì)算的:絕熱壓縮，具有相同壓力比和在級(jí)間具有5psi的壓力降的多級(jí)，各級(jí)間氣體冷卻至50°C的入口溫度，和85%的效率。
[0104]實(shí)施例1
[0105]對(duì)具有六個(gè)單元的循環(huán)PSA方法進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，其中各個(gè)單元具有四個(gè)床。該工藝循環(huán)是根據(jù)圖4的示意圖。各單元的循環(huán)程序是根據(jù)圖3中的圖表。
[0106]吸附劑床以由Norit group以商標(biāo)Activated Carbon R2030銷售的活性炭的一個(gè)單層存在。
[0107]PSA工藝單元的其它參數(shù)總結(jié)于表1中。
【權(quán)利要求】
1.循環(huán)PSA方法，所述方法的各循環(huán)包括在于將吸附劑床中的壓力從Ps降低至卸料階段，其中所述卸料階段被劃分成若干個(gè)分卸料階段，其中在所述分卸料階段期間排放的氣體物流被引入到相應(yīng)的排放罐中，其中所述罐是以逐漸增加的壓力串聯(lián)地流體連通的，并且在各連接的罐之間設(shè)置壓縮機(jī)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述低SPffi低于5巴、優(yōu)選低于3巴，和更優(yōu)選所述低SPffi為大氣壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)的方法，其中所述高壓Ps高于10巴、優(yōu)選高于30巴。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中所述分卸料階段的數(shù)目n在2和10之間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中除了具有最高壓力的罐之外的各罐中的氣體被壓縮并且引入到具有更高壓力中的最低者的另外的罐中。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中各罐裝備有冷卻裝置。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中在各個(gè)分卸料階段期間，卸料壓力降低情況是線性的。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中所述方法從包含H2和CO2的進(jìn)料氣體回收基本上純的CO2物流，所述方法的各循環(huán)由以下相繼的步驟組成: . 1.吸附階段，其包括:將所述進(jìn)料氣體引入至處于高壓!^胃的吸附劑床的入口以在CO2的選擇性吸附的情況下從其流過(guò)，在所述吸附劑床中形成CO2的第一吸附前沿，和將具有未被吸附的產(chǎn)物的流出物從所述吸附劑床的出口排放至一級(jí)排放罐，所述一級(jí)排放罐處于所述高壓P胃下，所述吸附階段持續(xù)受控的時(shí)期A ; .2.沖洗階段，其包括:將基本上純的CO2物流引入至處于所述高壓？胃的所述吸附劑床的入口以從其流過(guò)，在所述吸附劑床中形成CO2的第二吸附前沿，和將產(chǎn)物流出物從所述吸附劑床的出口排放至所述一級(jí)排放罐，所述沖洗階段持續(xù)受控的時(shí)期R，該時(shí)期R在CO2的所述第二吸附前沿與所述第一吸附前沿接合并且到達(dá)所述吸附劑床的出口時(shí)結(jié)束； . 3.卸料階段，其包括通過(guò)如下降低所述吸附劑床中的壓力:通過(guò)所述吸附劑床的所述入口反向地從其取出氣體物流并且將所述氣體物流排放至二級(jí)排放罐，所述卸料階段持續(xù)受控的時(shí)期B，該時(shí)期B在所述吸附劑床處于低壓Pffi時(shí)結(jié)束； . 4.反向吹掃階段，其包括將來(lái)自所述一級(jí)排放罐的氣體物流引入至所述吸附劑床的出口以從其流過(guò)，和將基本上純的CO2物流從所述吸附劑床的入口排放至處于Pffi的所述二級(jí)排放罐，所述反向吹掃階段持續(xù)受控的時(shí)期PU ； . 5.加壓階段，其包括將來(lái)自所述一級(jí)排放罐的氣體物流引入至所述吸附劑床的出口，所述加壓階段持續(xù)受控的時(shí)期PR，該時(shí)期PR在所述吸附劑床處于所述高壓1^時(shí)結(jié)束。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中在沖洗步驟期間被引入到所述吸附劑床中的所述基本上純的CO2物流是由所述二級(jí)排放罐提供的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9任一項(xiàng)的方法，其中所回收的基本上純的CO2物流的全部或部分被壓縮至適合用于輸送至其存儲(chǔ)位置、優(yōu)選高于臨界壓力的壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10任一項(xiàng)的方法，其中如下循環(huán)階段的各時(shí)期是相等的:A；R ；B ；以及I3U與PR之和。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述方法在四床單元中運(yùn)行，完整循環(huán)的持續(xù)時(shí)間被劃分為四個(gè)相等的部分并且在該部分的每一個(gè)期間:-一個(gè)床處于吸附階段， -一個(gè)床處于沖洗階段， -一個(gè)床處于卸料階段，和 -一個(gè)床處于反向吹掃階段或者處于加壓階段。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述方法同時(shí)在若干個(gè)四床單元中運(yùn)行，分卸料階段的數(shù)目n等于同時(shí)運(yùn)行的PSA單元的數(shù)目。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中對(duì)于與一個(gè)分卸料階段的時(shí)間相等的時(shí)期，各單元的循環(huán)程序相互輪換，使得除了在任何時(shí)間均被其中兩個(gè)處于吹掃階段且一個(gè)處于卸料階段的三個(gè)塔進(jìn)料的處于最低壓力的罐之外，各個(gè)二級(jí)排放罐在任何時(shí)間均被一個(gè)塔進(jìn)料。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的方法，其中所述方法為用于費(fèi)-托工藝的合成氣調(diào)理鏈的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的方法，其中所述方法為用于煤制甲醇合成工藝的合成氣調(diào)理鏈的 步驟。
【文檔編號(hào)】B01D53/047GK103687660SQ201280024151
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月18日
【發(fā)明者】S.里夫拉特, A.M.阿爾梅達(dá)佩克索托里比羅, J.C.戈迪諾德法里亞多斯桑托斯, A.埃吉迪奧羅德里格斯 申請(qǐng)人:道達(dá)爾煉油化學(xué)公司