制備貧雜質(zhì)氫氣流的方法、分析貧雜質(zhì)氫氣流的含量的方法和變壓吸附設(shè)備的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】制備貧雜質(zhì)氫氣流的方法、分析貧雜質(zhì)氫氣流的含量的方法和變壓吸附設(shè)備
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明
[0002]本申請(qǐng)要求2013年5月28日提交的美國(guó)申請(qǐng)N0.13/903, 850的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)引用將其內(nèi)容全部并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本技術(shù)領(lǐng)域一般性地涉及制備貧雜質(zhì)氫氣流的方法、分析貧雜質(zhì)氫氣流的含量的方法和變壓吸附設(shè)備。更特別地，本技術(shù)領(lǐng)域涉及能夠在從供入變壓吸附設(shè)備中的含氫氣進(jìn)料中吸附雜質(zhì)以后分析貧雜質(zhì)氫氣流的雜質(zhì)含量的方法和變壓吸附設(shè)備。
[0004]背景
[0005]變壓吸附(PSA)方法提供分離包含至少兩種具有不同吸附特性的氣體的多組分氣流的有效且經(jīng)濟(jì)的方法。一種氣體可優(yōu)先被吸附并且可以為與另一氣體分離的雜質(zhì)，其可作為產(chǎn)物取出。作為選擇，優(yōu)先吸附的氣體可以為所需產(chǎn)物，將其與另一氣體分離。例如，可能想要從含氫氣進(jìn)料流中除去一氧化碳和輕質(zhì)烴以產(chǎn)生用于加氫裂化或加氫處理方法的貧雜質(zhì)氫氣(99+%?)料流，其中雜質(zhì)，尤其是一氧化碳可不利地影響催化劑或反應(yīng)。
[0006]在變壓吸附工藝中，通常將多組分氣流在升高的壓力下供入一個(gè)或多個(gè)吸附床中以實(shí)現(xiàn)至少一種組分的吸附，同時(shí)至少一種其它組分通過(guò)吸附床。在指定時(shí)間，終止向吸附床的進(jìn)料并將吸附床在一個(gè)或多個(gè)并流減壓步驟中減壓，其中壓力降至容許將分離的較不強(qiáng)烈吸附的組分從吸附床中取出而不將優(yōu)先吸附的組分明顯解吸的指定水平。然后將吸附床在逆流減壓步驟中減壓，其中吸附床中的壓力通過(guò)與供入多組分氣流的方向逆流地取出解吸的氣體而進(jìn)一步降低。在多床吸附裝置中，通常存在其它步驟，且上述那些可分階段進(jìn)行。
[0007]特別理想的是使貧雜質(zhì)氫氣流中一氧化碳的量最小化，其中吸附以后貧雜質(zhì)氫氣流中的殘留一氧化碳含量目標(biāo)是小于10體積ppm?？刂曝氹s質(zhì)氫氣流中的殘留一氧化碳含量的常規(guī)技術(shù)是調(diào)整各吸附床的吸附步驟的持續(xù)時(shí)間。如果貧雜質(zhì)氫氣流的殘留一氧化碳含量太高，則吸附步驟縮短。相反，如果殘留一氧化碳含量太低，則吸附步驟可延長(zhǎng)以提高氫氣回收率。然而，根據(jù)變壓吸附工藝的現(xiàn)有控制系統(tǒng)控制產(chǎn)生的貧雜質(zhì)氫氣流中的殘留一氧化碳含量是困難的，因?yàn)樨氹s質(zhì)氫氣流中的殘留一氧化碳含量反應(yīng)慢以改變吸附步驟的循環(huán)時(shí)間，并且因?yàn)楫?dāng)貧雜質(zhì)氣氣流中的殘留一氧化碳含量開(kāi)始提尚時(shí)，殘留一氧化碳含量的提高通常是急劇的。因此，感應(yīng)貧雜質(zhì)氫氣流中的殘留一氧化碳含量的現(xiàn)有控制系統(tǒng)對(duì)充分延長(zhǎng)吸附步驟而不超過(guò)貧雜質(zhì)氫氣流中的所需殘留一氧化碳含量極限而言是無(wú)效的。因此，現(xiàn)有變壓吸附工藝通常以貧雜質(zhì)氫氣流中的殘留一氧化碳含量明顯低于關(guān)于殘留一氧化碳含量的容許閾值適當(dāng)?shù)夭僮鳌，F(xiàn)有變壓吸附工藝的該保守操作降低回收的氫氣的收率且是無(wú)效的。
[0008]因此，理想的是提供制備貧雜質(zhì)氫氣流的方法，分析貧雜質(zhì)氫氣流的含量的方法和變壓吸附設(shè)備，其能賦予對(duì)貧雜質(zhì)氫氣流中的殘留一氧化碳含量的最大控制，由此能賦予最大的氫氣回收而不具有超過(guò)關(guān)于貧雜質(zhì)氫氣流中殘留一氧化碳含量的容許閾值的風(fēng)險(xiǎn)。此外，本發(fā)明的其它理想特征和特性由隨后的發(fā)明詳述和所附權(quán)利要求書(shū)連同附圖和該發(fā)明背景獲悉。
[0009]概述
[0010]本文提供制備貧雜質(zhì)氫氣流的方法、分析來(lái)自變壓吸附工藝的貧雜質(zhì)氫氣流的含量的方法和變壓吸附設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施方案中，分析來(lái)自變壓吸附工藝的貧雜質(zhì)氫氣流的含量的方法包括將含氫氣進(jìn)料流供入變壓吸附區(qū)中。含氫氣進(jìn)料流進(jìn)一步包含含有甲烷和一氧化碳的雜質(zhì)含量。甲烷和一氧化碳在變壓吸附區(qū)中從含氫氣進(jìn)料流中吸附。將貧雜質(zhì)氫氣流從變壓吸附區(qū)中取出，其中貧雜質(zhì)氫氣流具有殘留甲烷含量和殘留一氧化碳含量。感應(yīng)貧雜質(zhì)氫氣流的殘留甲烷含量。
[0011]在另一實(shí)施方案中，制備貧雜質(zhì)氫氣流的方法包括產(chǎn)生包含含有甲燒和一氧化碳的雜質(zhì)含量的含氫氣進(jìn)料流。將含氫氣進(jìn)料流供入包含多床吸附裝置的變壓吸附區(qū)中。多床吸附裝置包含第一吸附床和第二吸附床。甲烷和一氧化碳在第一吸附床中從含氫氣進(jìn)料流中吸附以產(chǎn)生貧雜質(zhì)氫氣流。貧雜質(zhì)氫氣流具有殘留甲烷含量和殘留一氧化碳含量。將一部分貧雜質(zhì)氫氣流作為清洗料流從第一吸附床中取出供入第二吸附床中以再生第二吸附床。一部分貧雜質(zhì)氫氣流作為產(chǎn)物流從第一吸附床中取出。感應(yīng)清洗料流的殘留甲烷含量并感應(yīng)產(chǎn)物流的殘留一氧化碳含量。感應(yīng)殘留甲烷含量的測(cè)量和感應(yīng)殘留一氧化碳含量的測(cè)量傳送給控制裝置。
[0012]在另一實(shí)施方案中，變壓吸附設(shè)備包含適于接收具有雜質(zhì)含量的含氫氣進(jìn)料流的吸附裝置。吸附裝置進(jìn)一步適于產(chǎn)生貧雜質(zhì)氫氣流。流出物管線與吸附裝置流體連通用于接收來(lái)自那里的貧雜質(zhì)氫氣流。甲烷傳感器與流出物管線流體連通，其中甲烷傳感器適于感應(yīng)貧雜質(zhì)氫氣流的殘留甲烷含量。
[0013]附圖簡(jiǎn)述
[0014]下文連同以下附圖描述各個(gè)實(shí)施方案，其中類(lèi)似的數(shù)字表示類(lèi)似的元件，且其中:
[0015]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，包含吸附裝置的變壓吸附設(shè)備的示意圖；
[0016]圖2為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案，包含多床吸附裝置的變壓吸附設(shè)備的示意圖；和
[0017]圖3為顯示經(jīng)變壓吸附設(shè)備的各循環(huán)，在圖1的吸附裝置中吸附以后，在并流減壓期間貧雜質(zhì)氫氣流中殘留甲烷含量和殘留一氧化碳含量的測(cè)量的圖。
[0018]詳述
[0019]以下詳述在性質(zhì)上僅是示例的且不意欲限制各個(gè)實(shí)施方案或應(yīng)用及其用途。此夕卜，不意欲受先前背景或以下詳細(xì)說(shuō)明中顯示的任何理論束縛。
[0020]本文提供制備貧雜質(zhì)氫氣流的方法，分析來(lái)自變壓吸附(PSA)方法的貧雜質(zhì)氫氣流的含量的方法和PSA設(shè)備。特別地，根據(jù)本文所述方法，將還包含含有甲烷和一氧化碳的雜質(zhì)含量的含氫氣進(jìn)料流供入PSA區(qū)中，在那里吸附甲烷和一氧化碳。將貧雜質(zhì)氫氣流從PSA區(qū)中取出。貧雜質(zhì)氫氣流可作為產(chǎn)物流提供，但可將其一部分取出以用于中間裝置操作中。感應(yīng)貧雜質(zhì)氫氣流的殘留甲烷含量并可用于測(cè)定不僅從含氫氣進(jìn)料流中吸附甲烷的效力，而且測(cè)定一氧化碳吸附的效力。特別地，通過(guò)PSA區(qū)的甲烷突破可容易與一氧化碳的突破關(guān)聯(lián)。因此，殘留甲燒含量的感應(yīng)可提供最終一氧化碳突破的指不。盡管甲燒對(duì)催化劑和反應(yīng)而言不是或者是比一氧化碳更少毒性的，通過(guò)PSA區(qū)的一氧化碳突破比甲烷花顯著更長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到穩(wěn)態(tài)。因此，與依賴于單獨(dú)一氧化碳感應(yīng)的控制方案相比，感應(yīng)貧雜質(zhì)氫氣流的殘留甲烷含量提供吸附以后貧雜質(zhì)氫氣流中雜質(zhì)突破的較快反饋，因此能賦予對(duì)貧雜質(zhì)氫氣流中的殘留雜質(zhì)含量，包括殘留一氧化碳含量的最大控制。通過(guò)提供對(duì)雜質(zhì)突破的較快反饋，使得最大氫氣回收是可能的而不具有超過(guò)關(guān)于貧雜質(zhì)氫氣流中殘留一氧化碳含量的容許閾值的風(fēng)險(xiǎn)。
[0021]現(xiàn)在使用如圖1所示示例PSA設(shè)備10描述制備貧雜質(zhì)氫氣流18的方法的一個(gè)實(shí)施方案。參考圖1，PSA設(shè)備10包含適于接收含氫氣進(jìn)料流13且進(jìn)一步適于通過(guò)PSA方法產(chǎn)生貧雜質(zhì)氫氣流18的吸附裝置12。如下文進(jìn)一步詳細(xì)描述的。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，將含氫氣進(jìn)料流13供入PSA區(qū)如PSA設(shè)備10中。含氫氣進(jìn)料流13包含含有甲烷和一氧化碳的雜質(zhì)含量，其中還存在其它任選雜質(zhì)，例如但不限于二氧化碳、氮?dú)夂退Ｐg(shù)語(yǔ)“雜質(zhì)”表示含氫氣進(jìn)料流13中比氫氣更強(qiáng)地吸附在PSA設(shè)備10中的一種或多種組分。因此，描述為“雜質(zhì)”的材料不限于描述不想要和待拋棄的一些物質(zhì)的術(shù)語(yǔ)的通常定義。在一個(gè)實(shí)施方案中，含氫氣進(jìn)料流13可根據(jù)本方法產(chǎn)生，但應(yīng)當(dāng)理解在其它實(shí)施方案中，含氫氣進(jìn)料流13可由任何來(lái)源提供。含氫氣進(jìn)料流13可由各種工業(yè)操作如蒸汽重整產(chǎn)生。
[0022]參考圖1，吸附裝置12包含吸附床14，所述吸附床14包含能夠與氫氣相比優(yōu)先從含氫氣進(jìn)料流13中吸附雜質(zhì)，特別是甲烷和一氧化碳的吸附材料。合適的吸附材料包括但不限于沸石分子篩、活性炭、硅膠、活性氧化鋁等，條件是吸附材料與氫氣相比優(yōu)先吸附一氧化碳和甲烷。適于吸附