具有额外洗脱的变压吸附方法
【专利说明】具有额外洗脱的变压吸附方法
[0001] 本发明设及一种通过吸附处理气体的方法，在该类型的方法中采用变压吸附处理 单元，通常称为PSA单元，而且其中所述单元通过洗脱气体调整。
[0002] PSA单元通常用于进料气体的分离和/或提纯，特别是在生产氨气和二氧化碳、干 燥、分离空气组分等领域。
[0003] 所用生产基本纯的氨气的"PSA-也"单元采用不同来源的进料气体，例如由蒸汽重 整得到的气体、炼厂气或焦炉气形成，或者由来自乙締或苯乙締生产单元的废气形成，或来 自低溫氨气-一氧化碳分离单元。
[0004] 通常来说，PSA单元由几个吸附器组成，所述吸附器W-定时间间隔形成操作循 环，为了方便随后称为"PSA循环"，其在多至操作的吸附器数的相位时间内均匀分布，而且 由基本步骤，即如下步骤组成：
[0005] -吸附，基本在循环的高压下进行；
[0006] -顺流减压，通常从循环的高压开始；
[0007] -逆流减压，通常从循环的低压开始；
[000引-洗脱，基本在循环的低压下进行;和
[0009] -再加压，从循环的低压到循环的高压。
[0010] 在下文中，描述会设及PSA单元在稳定状态下的操作，即在此期间所述单元处于开 车或停车的暂态时期除外，其通常对应于为该目的设置的特殊循环。
[0011] 稳定状态下PSA单元的主要操作约束条件包括产品纯度。在该操作条件下，此时通 常优化PSA单元的处理效能水平(performance level)，从而最大化提取效率(产生的气体 量/该气体在进料气体中的存在量），或从而最小化耗能。
[0012] 用运种方法得到PSA单元的额定操作循环，其可W直接作为额定操作条件(进料气 体的流动速率、被处理气体的流动速率、进料气体组成、单元的操作溫度等）的函数来确定。 当操作条件只是略微偏离额定条件时，在过去提出通过调节额定循环的一个或多个参数调 整PSA单元的操作，W保证处理效能水平保持处于预定最小限值之上。运样的方法有两条规 则，它们是：
[0013] 生产量"规则，其在于作为进料气体流动速率的函数改变循环的相位时间的持 续时间；和
[0014] 纯度控制"规则，其在于作为被处理气体的纯度的函数改变相位时间。
[0015] 运里可取的是限定对循环时间和相位时间（或更简单地相位)的理解。
[0016] 如上所述，吸附器因此开始吸附期直到其在高压下停止负载组分，然后通过减压 和提取被吸附化合物再生，然后复原，从而再次开始新的吸附期。此时吸附器进行了一个 "压力循环"，所述PSA方法的基本原则是将运些循环一个接一个地连接在一起;因此其是一 个循环过程。吸附器回到其起始状态所花费的时间称为循环时间。原则上，每一个吸附器W 一定时间间隔进行相同的循环，该时间间隔称为相位时间或更简单地相位。因此存在下面 关系。
[0017] 相位时间二循环时间/吸附器数，可见相位数等于吸附器数。
[001引可W有任意数目N个吸附器，但通常N为2-32,更典型为4-16。
[0019] 最终，在稳定的操作下(运里假设在降低的进料流动速率下），得到了所需纯度和 所用循环的额定效率。
[0020] 然而，事实是，相对于具体就运种情况所作出的设计，在运些新条件下运行的单元 是超设计(overdesign)。摊销初始投资归结为较低氨气产量，因此具体成本更高。在该单元 的长操作期内，运种操作是不经济的。
[0021] 本发明的目的是利用运种超设计W改善生产的经济条件，特别是通过提高提取效 率，即通过生产更多适销氨气(如果由于某些原因进料流动速率受到限制），或通过降低必 要的进料气体量，且由此例如降低消耗的天然气量，从而得到通过SMR产生合成气(如果产 量是固定的）。
[0022] 本发明的一种解决方案是一种由进料气体料流生产富集化合物X的气体料流的变 压吸附(PSA)法，该方法采用至少两个吸附器，其中每一个吸附器经受具有高压和低压的压 力循环，并且包括下述连续步骤：
[0023] a)在循环的高压下吸附，产生富集化合物X的气体料流
[0024] b)减压到循环的低压
[0025] C)在低压下借助洗脱气体洗脱 [00%] d)再加压到高压
[0027] 其特征在于：
[0028] -洗脱气体包含一部分由吸附器减压得到的气体料流和一部分富集化合物X的气 体料流，和
[0029] -所述富集化合物X的气体料流的比例可W通过调节装置调节。
[0030] 取决于情况，本发明的方法可W具有一个或多个下述特征：
[0031] -富集化合物X的气体料流的比例作为至少一个PSA操作条件的函数调节；
[0032] -操作条件包括PSA的进料流动速率、低压、高压、进料料流的溫度、气体进料料流 的组成和所需富气体料流中的化合物X的浓度，W及所需富集化合物X的气体料流的流动速 率.
[0033] -压力循环的相位时间对应于压力循环持续时间除W吸附器数，并且富集化合物X 的气体料流的比例作为相位时间的函数确定；
[0034] -压力循环的相位时间对应于压力循环持续时间除W吸附器数，并且富集化合物X 的气体料流的比例的选择使得相位时间对应于额定相位时间± 5 %，额定相位时间对应于 设计条件下的PSA的相位时间；
[0035] -调节装置包括自动阀；
[0036] -自动阀在PSA循环中还具有另外的功能；
[0037] -压力循环包括1-6次，优选2-5次均压；
[0038] -减压步骤b)包括几个子步骤，由减压得到的气体料流部分与另外子步骤同时取 出或由另外子步骤至少部分地取出；
[0039] -富集化合物X的气体料流部分的取出贯穿相位时间的持续时间；
[0040] -化合物X是氨气或C〇2。
[0041] "额定条件"可定义为客户设定的所有条件，其决定了单元的设计和它的效能。
[0042] 例如，对于出-PSA，考虑进料气体的组成、所需此纯度、产物流动速率、进料气体压 力、生产压力(或单元中的最大压降）和废气的最小压力。运些主要参数中可增加其他条件， 所述其他条件将导致任选必须超设计某一设备(例如再生气体组成的最大波动可决定废气 生产量的规模）。应注意最小此提取效率可W是设计数据:此时其将设定在确定PSA循环中 提供的最小均压次数。可给出进料气体每一组分的组成范围，而不是进料气体的精确组成。 此时设计人员的责任是确定对PSA而言最严格的组成。
[0043] 现在将采用下述两个方案更加详细地描述本发明，第一个对应于就循环和基本规 则而言标准的出-PSA单元，第二个根据本发明。
[0044] W实例方式和非限制性地，选择了 8.1.3PSA循环，即所述循环具有8个吸附器，同 一时间只有1个处于生产中且3次均压。
[0045] 在一个相位时间过程中，下面所用表示在于显示8个吸附器的情况。
[0046] 必要的话，此时可通过每行补充下述步骤构建完整的循环。
[0047] 表 1
[0049] 实际上，当吸附器完成其在循环的高压下的生产相位时(Ads),其通过均压Edl和 Ed2(由死时间I分开)减压，然后进行第3次均压Ed3,然后是死时间和第一个提供吹扫(PP) 的步骤。接下来的相位由两个补充提供吹扫的步骤(使得在一个相位的整个持续时间内产 生洗脱气体)和逆流泄压步骤组成。接下来的两个相位致力于洗脱步骤。应注意单个洗脱相 位足W获得一个有效的PSA循环，但洗脱持续时间太短和压降较高不利于PAS的效能。接下 来的相位对应于在增压Eup 3和2下的均压，并且最后的相位由最后的均压Eupl和最后用产 物再加压组成(也可通过进料气体再加压）。应注意选择贯穿相位的持续时间内再加压，因 此与第一次均压同时，从而保证恒定产物流动速率。运缓慢地限制第一次均压化dl)过程中 回收的气体，因此略微降低了出的提取效率。
[0050] 具体来说，已知至少对于此-PSA来说，先验地，增加均压次数（如果高低压条件允 许），达4或5次(正如如下情况，通常用于处理源于如SMR单元的范围为25-30己（绝对压力） 的合成气且其废气在低压下使用（约1.3己（绝对压力））W供应SMR的燃烧器的单元），使得 可W提高出提取效率。运导致产率的损失。
[0051] 此外，运也为在从由二元甲烧-氨气混合物形成的进料气体生产高纯度氨气方面 的出版物"Parametric Sl:udy of a Pressure Swing Adso巧tion Process",AI化E 1999， Annual Meeting，Dallas"所证实。所用的压力循环类似于上述那些。表明均压次数从I次变 化到3次使得就效率而言可W增加2.5%，但是不利的是吸附剂量增加40%。
[0052]在提供吹扫(PP)步骤过程中取出的洗脱气体量对所述方法能效的影响也是一个 已知的事实。为此，通常利用洗脱比P/F，其为即在压力和溫度操作条件下，使用的洗脱气体 量与循环过程中引入吸附器中的进料气体量的比（W实际立方米计）。前