專利名稱：生產(chǎn)氫的吸附方法以及實(shí)施該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)在PSA裝置中在第一壓力下變壓吸附包含氫氣的原料氣體生產(chǎn)/提純氫氣的方法，其中被壓縮的廢氣被送到第二壓力的且包含氫氣的燃料氣體混合物分配網(wǎng)絡(luò)，供給本地或附近的各種用戶站。
在傳統(tǒng)的由原料氣體生產(chǎn)氫氣的裝置中，氫氣，產(chǎn)生或吸收壓降，在高原料的氣體壓力下生產(chǎn)，來(lái)自PSA的廢氣一般在低壓下被排入存在于大工業(yè)場(chǎng)所的燃料氣體混合物分配網(wǎng)絡(luò)(稱為燃料氣體網(wǎng)絡(luò))，該網(wǎng)絡(luò)運(yùn)送中壓的源自各種工業(yè)排放的氫氣和烴的混合物，將其用于，尤其在鍋爐中，燃燒以產(chǎn)生蒸汽。
這些PSA裝置具有受其提取效率限制的缺點(diǎn)，這意味著顯著比例的來(lái)自原料氣體的氫損失在所述廢氣和燃料氣體混合物網(wǎng)絡(luò)中。
為了將略微超過(guò)72％的效率提高到略微超過(guò)80％的效率，已經(jīng)建議增大PSA裝置圓筒之間的平衡，這就需要大量的投資(更多的吸附器，他們的個(gè)體一般都比較大)。
提高效率的第二個(gè)措施是通過(guò)在稍高于大氣壓力的壓力下抽取廢氣降低再生壓力，那么所述效率以添加壓縮機(jī)為代價(jià)，可達(dá)到90％的水平。
此外，通過(guò)壓縮在原料氣體中循環(huán)某些PSA廢氣，效率可能達(dá)到95％的水平，但是必須以附加壓縮機(jī)為代價(jià)。
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的生產(chǎn)氫氣的方法，該方法能夠在沒(méi)有顯著附加成本下獲得超過(guò)95％的效率，甚至可達(dá)到或超過(guò)100％。
為達(dá)到該目的，根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)一步包括下述步驟將部分燃料氣體混合物從所述分配網(wǎng)絡(luò)抽出，將其壓縮到約原料氣體的壓力并且以附加原料氣體的方式將其注入PSA裝置，例如與原料氣體混合。
這樣做的理由在于盡管使用富含氫，例如氫含量超過(guò)70％的原料氣體，廢氣的組成在PSA裝置效率提高的情況下迅速變得貧氫，當(dāng)提取效率超過(guò)85％時(shí)，其迅速降到低于30％。本發(fā)明人已經(jīng)證實(shí)，在多數(shù)情況下，分配網(wǎng)絡(luò)中燃料氣體混合物中的氫氣含量高于該值，一般在35-50％的水平，因此，使用這種富含氫的流體而不使用循環(huán)廢氣來(lái)形成PSA裝置的二次原料是可取的。
對(duì)于相同的生產(chǎn)，使用本發(fā)明方法需要引入的原料較少，因而減少了所需要的壓縮量并通常可降低PSA裝置的尺寸以節(jié)約能量和投資。對(duì)于引入PSA裝置的相同水平的雜質(zhì)和/或相同數(shù)量的壓縮氣體，還可能可觀地加工更多的氫氣并提高生產(chǎn)，以便達(dá)到如上所述超過(guò)98％的效率。
使用其中采用具有特定功能的不同吸附劑例如活性氧化鋁、硅膠、活性碳和適宜沸石的多級(jí)床，允許對(duì)引入到PSA的通常不存在于主原料氣體中的不期望組分進(jìn)行精確控制。
本發(fā)明的另一個(gè)主題是實(shí)施該方法的裝置，包括-至少一個(gè)原料氣體供給管線；-至少一個(gè)燃料氣體混合物分配網(wǎng)絡(luò)的管線；-至少一個(gè)通過(guò)吸附分離氣體的PSA裝置，其中具有一個(gè)與原料氣體管線連接的入口、生成的氣體出口和至少一個(gè)廢氣出口；-將廢氣出口與燃料氣體混合物管線連接的第一壓縮機(jī)；和
-將可壓縮氣體混合管線與PSA裝置入口連接，一般連接到原料氣體管線的第二壓縮機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的更具體的特性，所述第一和第二壓縮機(jī)使用公共部件并例如在公共驅(qū)動(dòng)線路上構(gòu)成不同的壓縮級(jí)。
在上述裝置中，通過(guò)壓縮從燃料氣體混合物分配網(wǎng)絡(luò)中抽取的部分二次原料向PSA裝置進(jìn)行添加，與傳統(tǒng)的解決方法比較，其優(yōu)點(diǎn)是提高氫氣的提取效率，并且比利用循環(huán)含某些PSA裝置廢氣的方法相比更為有效。
本發(fā)明將參考附圖結(jié)合以非限定方式列舉的實(shí)施方式加以描述，其中所述附圖包括-

圖1是實(shí)施本發(fā)明方法裝置的示意圖。
該唯一的附圖顯示了用于通過(guò)變壓吸附產(chǎn)生氫氣的PSA裝置1，其中包含至少四個(gè)吸附器，每個(gè)包含至少一種能夠?qū)錃馀c包含氫氣的氣態(tài)混合物分離的吸附劑，一般為活性碳和/或沸石。
所述PSA裝置1具有入口2，其通過(guò)管線3以高壓、一般15-45巴，接受例如來(lái)自催化重整裝置的包含至少60％、有利地為至少70％氫的原料氣體。所述PSA裝置1包括向供應(yīng)管線提供供給的出口4，在大約與原料氣體的壓力相同的壓力下向本地的用戶站6提供高純度氫氣。
所述PSA裝置1包含至少一個(gè)廢氣出口7，通過(guò)包含壓縮機(jī)9的管線8將氫氣貧乏的廢氣引到管線10，后者用來(lái)輸送提供給其它用戶站的燃料氣體混合物，一般提供給燃燒器11，所述燃料氣體混合物包含至少30％且有利地為35-50％的氫，用于加熱工業(yè)場(chǎng)所中活性或惰性成分。
利用所述的裝置，廢氣在1.1-2巴的低壓下從出口7排出并通過(guò)壓縮機(jī)9壓縮到管線10的壓力，一般在3-8巴之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，包括壓縮機(jī)13的管線12將管線10在管線8與管線10連接點(diǎn)的上游與原料氣體供給管線3連接，壓縮機(jī)13將從管線10抽取的部分燃料氣體混合物的壓力提高到管線3的高壓以將燃料氣體混合物中可提供的附加數(shù)量的氫氣送入原料氣體。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，壓縮機(jī)9和13的安裝方式可以共用某些組件，例如公共油路系統(tǒng)、公共冷卻系統(tǒng)或甚至公用動(dòng)力系統(tǒng)，如附圖中線14所示。
因而，可以參考，將兩個(gè)壓縮機(jī)9和13合并為一臺(tái)機(jī)器，具有一個(gè)或多個(gè)級(jí)，分別用于每個(gè)壓縮機(jī)，所述的級(jí)可以是活塞、葉輪或螺桿。
通過(guò)如此集成兩個(gè)壓縮機(jī)的功能，能夠節(jié)約投資30％-40％。
雖然對(duì)本發(fā)明結(jié)合某些具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但是其并不局限于此，并且對(duì)于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在下述權(quán)利要求范圍的改進(jìn)和修改是顯而易見(jiàn)的。
因此，如果操作周期允許的話(特別是在多個(gè)吸附器同時(shí)處于生產(chǎn)狀態(tài)下)，通過(guò)管線12將部分燃料氣體混合物注入PSA裝置1可以與PSA裝置1接納主要原料氣體3分別單獨(dú)進(jìn)行。
而且，根據(jù)PSA裝置1的周期，可以將從PSA裝置1出口7獲得的部分廢氣不經(jīng)壓縮直接注入網(wǎng)絡(luò)10，例如在吸附器開始解壓時(shí)，然后在吸附器圓筒中的壓力下降時(shí)再將所述廢氣通過(guò)壓縮機(jī)加壓。
最后，燃料氣體混合物也可以從與網(wǎng)絡(luò)10平行運(yùn)行的、接受PSA裝置的廢氣的燃料網(wǎng)絡(luò)中抽取，條件是該平行運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)攜帶包含至少30％氫的氣態(tài)混合物。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)氫氣的方法，該方法通過(guò)在PSA裝置中在第一壓力(P1)下變壓吸附包含氫氣的原料氣體生產(chǎn)氫氣，壓縮的廢氣被送到在低于第一壓力(P1)的第二壓力(P2)下的并且包含氫氣的燃料氣體混合物分配網(wǎng)絡(luò)，該方法包括抽取部分流經(jīng)所述分配網(wǎng)絡(luò)的燃料氣體混合物，將其壓縮到約為第一壓力(P1)，作為附加原料氣體的方式將其注入PSA裝置的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括將部分燃料氣體混合物注入到原料氣體中的步驟。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于其中的第一壓力(P1)為約15-45巴，第二壓力(P2)為約3-8巴。
4.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述廢氣在1.1-2巴的第三壓力(P3)下從變壓吸附裝置中排出。
5.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述燃料氣體混合物包含至少30％氫氣。
6.如前述權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述燃料氣體混合物包含35-50％氫氣。
7.一種實(shí)施如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述方法的裝置，包括-至少一個(gè)原料氣體供給管線(3)；-至少一個(gè)燃料氣體混合物分配網(wǎng)絡(luò)的管線(10)；-至少一個(gè)通過(guò)吸附分離氣體的PSA裝置(1)，具有一個(gè)與原料氣體管線(3)連接的入口(2)、生成的氣體出口(4)和至少一個(gè)廢氣出口(7)；-將廢氣出口(7)與管線(10)連接的第一壓縮機(jī)(9)；和-將管線(10)與PSA裝置入口(2)連接的第二壓縮機(jī)(13)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于第二壓縮機(jī)(13)位于連接管線(10)和原料氣體管線(3)的管線(12)上。
9.如權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于第二壓縮機(jī)(13)在管線(10)與第一壓縮機(jī)(9)連接點(diǎn)的上游與管線(10)連接。
10.如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于第一(9)和第二(13)壓縮機(jī)使用共用設(shè)備組件。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于第一(9)和第二(13)壓縮機(jī)具有共用動(dòng)力系統(tǒng)(14)。
全文摘要
富含氫氣的原料氣體(3)被送入PSA提純裝置(1)，該裝置從產(chǎn)品出口(4)輸送純氫氣，從剩余物出口輸送氫氣貧乏的氣體。所述氫氣貧乏的氣體被壓縮(9)，被注入其中存在氣態(tài)可燃混合物的管線(10)。在PSA裝置(1)的上游抽取部分管線(10)的氣體(12)，壓縮(13)，并將其注入到所述PSA裝置(1)的原料中。所述發(fā)明特別適用于石油化工廠。
文檔編號(hào)C01B3/56GK1826164SQ200480021357
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2004年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者C·莫內(nèi)羅, F·芬特斯, G·德蘇扎 申請(qǐng)人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監(jiān)督和管理委員會(huì)的有限公司