[发明专利]从富氢气体生产氢气的方法

说明书

本发明涉及一种从富氢原料气体生产氢气的方法。

已知的是使用氢气提纯单元满足提纯具有高压力的富氢气流以及在一 个或多个低压料流中回收氢气的双重目的。这些单元使用膜或变压吸附方 法(PSA)。这些方法之一尤其已经描述在申请WO 03/070358中：其由一个 吸附循环组成，其中在减压步骤中在并流减压开始时的至少一个吸附器和 再加压步骤中的至少一个吸附器之间进行压力部分平衡，直到在并流减压 开始时的所述吸附器的压力达到严格低于该循环的高压的部分平衡压力。 然而已经发现在非常高吸附压力的情况下部分平衡被证明会不足以实现最 佳性能(氢气产率、吸附容量、压缩成本)。

本发明的一个目的是提供一种将吸附方法的平衡步骤条件确定为循环 的高压和低压的函数以解决上述问题的方法，尤其是一种评价作为所述压 力的函数的吸附方法的最佳平衡数的方法。

关于这个目的，本发明涉及一种从富氢初级进料混合物生产氢气的方 法，其中使用了N大于或者等于1的N个吸附器，每个吸附器遵循具有时 滞的循环，在所述循环中接连发生下述各项：

-实质上处于该循环的高压的吸附阶段，产生产品流，

-再生阶段，该再生阶段包括减压至该循环的低压的子步骤，其包括 并流减压子步骤，

-在该循环的低压下的洗脱步骤，和

-再加压至该循环的高压的步骤，

其中在减压步骤中进行下述步骤：

-至少一个在并流减压步骤中的至少一个吸附器和再加压步骤中的至 少一个吸附器之间部分平衡压力的子步骤，直到并流减压中的所述吸附器 的压力达到严格低于该循环的高压的部分平衡压力，和

-至少一个将并流减压中的一个或者多个吸附器产生的一个或者多个 料流送入洗脱步骤中的一个或者多个吸附器的子步骤，

并且其中将至少一部分从再生阶段中的一个或多个吸附器产生的一个或多 个料流再循环，该再循环通过将所述再循环部分压缩至该循环的高压并且 将所述再循环部分投料至吸附阶段中的至少一个吸附器而进行，

其特征在于平衡比Neq在1.8lnP_HP-3.5至0.6lnP_HP-1.8之间，P_HP表示以巴 表示的该循环的高压值，Neq用式表示，其中N表示该方法中使 用的部分平衡子步骤的数量，Qi表示部分平衡子步骤i中并流减压中的吸 附器和再加压步骤中的吸附器之间实际交换的气体量，且Qi max表示在 该部分平衡子步骤i中并流减压中的吸附器和再加压步骤中的吸附器之间 可交换气体的最大量，其中这两个吸附器相连接并且与任何其它气体入口 或者出口隔离。

本文中使用了下述术语：

-“压力总平衡”：Qi＝Qi max的任何平衡i，和

-“压力部分平衡”：Qi＜Qi max的任何平衡i，

-“富氢初级进料混合物”：包含至少60体积％氢气的气体混合物。

根据本发明，在减压步骤中，循环包括至少一个并流减压中的至少一 个吸附器和再加压步骤中的至少一个吸附器之间的压力部分平衡。作为该 循环的高压(P_HP)和低压(P_LP)的值的函数，该方法可以确定部分平衡的比 率，从而可以确定在每个所述这些平衡期间并流减压中的吸附器和再加压 步骤中的相应吸附器之间待交换的气体的量。

根据本发明，至少一个并流减压吸附器和再加压步骤中的至少一个吸 附器之间的部分平衡覆盖三种类型的平衡：

-并流减压子步骤，在该子步骤中仅将最大可转移量Qi max气体中的 一部分Qi转移至再加压步骤中的吸附器，因为平衡步骤在这些吸附器之 间的压力平衡之前停止，

-并流减压子步骤，在该子步骤中仅将最大可转移量Qi max气体中的 一部分Qi转移至再加压步骤中的吸附器，因为一部分产物流被引入再加 压步骤中的吸附器，

-并流减压子步骤，在该子步骤中仅将最大可转移量Qi max气体中的 一部分Qi转移至再加压步骤中的吸附器，因为一部分该可转移气体被送 到至少一个洗脱步骤。根据本发明，另一种类型的部分平衡可以是这三种 类型的部分平衡中至少两种的组合。

优选根据下述变化方案之一，任选其组合进行该方法，

-至少两个部分平衡在减压步骤中进行；

-在减压步骤中，第一子步骤是部分平衡子步骤；