[发明专利]低能量循环变压吸附方法

说明书

技术领域

本发明涉及气态混合物的分离。更具体地，本发明涉及以低的能耗在高压下回收出口气(off-gas)物流的循环(cyclic)变压吸附(PSA)方法(工艺，process)。

背景技术

合成气(或合成气体)是包含各种比例的一氧化碳CO和氢气H₂的气体混合物。其通常还包含水、氮气、氩气、烃化合物残留物如CH₄、硫化氢H₂S和二氧化碳CO₂。合成气传统上是通过煤的气化而生产的，并且可用于基础工业化学工艺如甲醇生产和费-托反应。其还可用于生产基本上纯的氢气。为了改善H₂含量，优选地以水煤气变换反应将一氧化碳转化为二氧化碳：

CO+H₂O→CO₂+H₂

水煤气变换单元容许通过大部分CO的转化而使氢气产量最大化。

CO₂和H₂S通常从合成气提取，因为它们可与下游催化剂相互作用并且不利地影响下游合成。可使用不同类型的方法来除去CO₂。酸性气体可通过酸性气体回收单元从合成气除去。典型地，这种类型的单元使用液体溶剂来洗涤(scrub)酸性气体如CO₂和H₂S。然而，溶剂的使用以及其后续再生是昂贵的。此外，酸性气体回收方法传统上包括在非常低的温度(例如低至-40℃)下的步骤，这具有高的能量成本。

可用于除去CO₂的另一类型的方法是在固相上的吸附。自20世纪80年代早期以来，变压吸附(PSA)已经成为化学和石化工业中用于纯化氢气的最新水平的技术。该方法适合于连续生产具有至少99.99%的纯度的超纯氢气物流。CO₂是在PSA单元的出口气中与所有其它气体和杂质一起以及与未分离的H₂一起被回收的。因此，PSA的出口气中的CO₂的浓度通常低，例如为约40%。

现有技术中例如美国专利4,512,780、美国专利6,051,050、美国专利5,753,010、美国专利4,171,206、欧洲专利申请EP0327732或国际专利申请WO00/56424中已经公开了不同类型的PSA方法。这些文献公开了具有如下改进功能的PSA方法：更快，更紧凑，更灵活，能够实现提高或改善的回收率，并且具有改善的产物收率或者具有降低的功耗。

但是目前，新的要求出现。由于生态关怀，减少CO₂排放已经成为重要的研究领域。二氧化碳捕获和储存构成了可急剧减少这些排放的有希望的选择。在这种情况下，从合成气处理设备(工厂，plant)回收CO₂将是有利的。

然而，为了被储存，CO₂物流必需满足一些标准。特别地，为了输送至CO₂物流的储存位置，CO₂浓度优选高于95%并且CO₂物流典型地被压缩至超临界水平。该压缩步骤的能量成本高。

一般来说，PSA方法的出口气通常是在低压下从PSA单元回收的。然而，当将该物流用于下游单元中或者用在该PSA方法本身之内时，将其压缩直至达到较高的压力可为必要的。压缩步骤总是在能量方面要求高的(demanding)。

在此情况下，高度期望提供以低的能耗在高压下回收出口气物流的改进的PSA方法。

发明内容

本发明的一个主题是循环PSA方法，所述方法的各循环包括在于将吸附剂床中的压力从P_高降低到P_低的卸料(放气，blowdown)阶段，其中所述卸料阶段被划分成若干(several)个分(partial)卸料阶段，其中将在所述分卸料阶段期间排放的气体物流引入到相应的排放(discharge)罐中，其中所述罐是以逐渐增加的压力串联地流体连通的，并且在各连接的罐之间设置压缩机装置(means)。

附图说明

图1为在一个吸附剂床上的根据本发明的方法的卸料阶段的一个优选实施方式的示意图。

图2为用于卸料阶段的压力情况(条件，condition)的实例。

图3为表示对于四床单元设计的根据本发明的方法的优选循环程序的图表。

图4为根据本发明的方法的一个优选循环的示意图。

图5为表示对于六个四床单元的设备设计的根据本发明的方法的优选循环程序的图表。