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CN1833752A - 吸附器的再生方法 - Google Patents

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CN1833752A
CN1833752A CNA2006100198291A CN200610019829A CN1833752A CN 1833752 A CN1833752 A CN 1833752A CN A2006100198291 A CNA2006100198291 A CN A2006100198291A CN 200610019829 A CN200610019829 A CN 200610019829A CN 1833752 A CN1833752 A CN 1833752A
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Linde GmbH
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Abstract

本发明涉及用来再生吸附站的吸附器的方法，其中所述吸附站位于粗合成气体流的装置中，其用来借助于低温气体分离单元从合成气体中获得气体制品。来自提纯的合成气体流的部分气流被用作再生气体，其中该部分气流在所述吸附站的下游但低温气体分离单元的上游被分流出来并且供给至将被再生的吸附站。满载的再生气体或者被供给回CO2吸附站上游的粗合成气体流中并混合成制品流，或者从所述装置排出。

Description

吸附器的再生方法
技术领域
本发明涉及吸附站内的吸附器的再生方法，其中所述吸附站用于提纯流动至合成气体装置的低温气体分离单元的合成气体。
背景技术
合成气体是一种气体混合物，其主要包括氢气(H2)、一氧化碳(CO)和甲烷(CH4)；所述气体混合物的精确成分取决于生产过程和所使用的原料。
合成气体主要由催化蒸气转化方法生产，其中天然气、液化气或石脑油随着蒸气的添加而裂解。此外，合成气体还可例如由部分氧化的重油或煤而经济地产生。
合成气体本身用作大范围制品的基本原料，但是对于此目的而言，所述合成气体必须被提纯并且大体还分离成其的主要成分。以这种方式所得到的大多数CO被用于生产甲酸或乙酸。其他主要的消费者是聚碳酸酯企业，其需要超高纯度的CO用于生产高纯度的光气(碳酰氯)。由合成气体所得到的氢用于各种不同的合成加氢过程(hydrogeneration process)。
为了分离合成气体的成分，工业生产装置尤其使用凝结处理和甲烷洗涤处理；这两个都是低温处理。对于这些将使用的处理的前提条件是供给至低温气体分离单元的气体除去水、甲醇、二氧化碳(CO2)以及在低温条件下使用将导致固体物产生并且因而导致热交换器阻塞的其他成分。因此，粗合成气体要经受包括多个步骤的预加工处理，在该处理过程中，所述粗合成气体例如输送经过一个CO转化装置，并且在CO2洗涤装置中被提纯，从而除去大部分不期望的物质。剩下的残余物将在后续的吸附站中通过吸附而被去除。
所使用的吸附站包括至少两个吸附器，它们可被再生并且它们分别包括至少一个吸附床(包含一个或多个适当吸附剂的固定床)。预提纯的粗合成气体流动经过吸附床，并且随着所述粗合成气体流动，从而将包含在其中的不期望的物体(例如，CO2仍保持小于50mol ppm的量)释放至吸附剂。在达到吸附寿命之后，从满载有不期望的物体的吸附器切换至吸附站的空载吸附器。然后，满载的吸附器被再生，也就是被提纯从而除去所述满载吸附器之前已经吸附的物体。
所使用的吸附剂的能力非常依靠于温度。因此，为了再生吸附器，首先，其与合成气体流隔离，并且然后热再生气体沿着与粗合成气体的流动方向相反的方向流动经过所述吸附器。在升高温度的条件下由所述吸附床解吸附的物体连同所述再生气体一起从所述吸附器被排出。满载有解吸附的物体的再生气体依据其成分被不同地处理。
所使用的再生气体大体是来自低温气体分离单元的H2馏分的一部分(H2的含量大于大约90mol％，受压)。如果除了CO以外在装置中将产生的制品是高纯度的氢的话，则满载的再生气体被冷却，通过凝结形式进行分离，满载的再生气体与剩余的H2馏分混合，并且然后供给至变压吸附装置(PSA)，在那里，获得高纯度的氢并且在装置的终端处作为制品被释放出，而剩余的物体然后被供给用于一次风燃烧(undergrate firing)，这些剩余的物体是在低压条件下在残余气体中产生(包括可存在的任何CO)。在再生处理之后，吸附器可再次用于提纯粗合成气体。
尽管所使用的吸附剂的选择范围很大，但是除了不期望的物体之外，CO-虽然程度很小-还是共吸附的并从合成气体排出。如果在再生气体中的一氧化碳的局部压力小于在粗合成气体中的局部压力，则在再生处理过程中解吸附一些吸附的CO。由于在下一个吸附阶段(提纯粗合成气体)中，CO从粗合成气体中被再次吸附，所以以这种方式所实施的吸附器再生处理可导致进入低温气体分离单元的合成气体的成分的改变并且因此还导致在装置的终端处所释放的制品的量的变化。而且，变动的合成气体成分可导致低温气体分离单元的非稳态操作，这在特定情况下还导致制品纯度的降低。由于来自低温气体处理单元的H2馏分具有比合成气体更少的CO含量，其中所述H2馏分通常用作再生气体，所以这种过程导致了上述的负面现象。
在粗合成气体流转换附着至刚刚再生的吸附器的那一刻，所述吸附器仍充满再生气体，其由粗合成气体代替并传输进入低温气体分离单元。如果再生气体具有与粗合成气体的不同的成分(例如在使用氮气(N2)再生的情况下)，则可至少短期出现不期望的制品的质量的变动。
在低温气体分离单元中产生的残余气体馏分(各种不同气体的混合物)大体在量上是不足的，即由其本身不足以再生吸附器。一种技术方案涉及通过混合一些H2馏分来增加残余气体的量。由于残余气体的馏分仅仅存在于低压条件下，作为制品所混合的H2馏分损失，并且仅仅其热值(calorific value)可得到利用。由于残余气体的低压，所以在合成气体转换附着至刚刚再生的吸附器之前，所述吸附器必须首先使用合成气体被再次加压，这再次意味着制品的量的变动以及附加的时间。在开始再生处理之前，对于满载的吸附器必须实施压力的对应降低。
如果来自低温气体分离单元的H2馏分可直接作为成品氢气释放，例如就像来自甲烷洗涤装置的H2馏分的情况那样，其包括大约99mol％的氢气而CO的含量小于10mol ppm，则该馏分同样不能被用于再生处理，这是因为不允许使用受到CO污染的H2制品。此外，将H2馏分作为再生气体使用导致附加的压力损失，从而对于全部H2的量，必须使用附加的压缩机以使得达到期望的H2制品释放压力。
可以使用制品H2或氮气，但是构成了可观的费用因素，其中所述制品H2或氮气必须由装置的外部供应。此外，使用N2作为再生气体至少在短期内可导致在CO制品中的不期望高的氮含量。为了防止这点，在将粗合成气转换至刚刚再生的吸附器之前，该吸附器可用合成气体净化，但是这再次导致损失并且导致产量下降。
在启动合成气体装置时，从低温气体分离单元没有气体或者仅仅不足量的气体可用作再生气体。同样在这种情况下，可以使用外部的N2或制品H2作为再生气体，但是再次伴随着上述的经济性缺陷。
发明内容
因此，本发明的目的在于以这样一种方式构造在前面技术领域部分中所述那种类型的方法，即制品的质量和数量不受吸附器的再生的影响，并且如果没有气体或者从气温气分离单元没有足够可用的气体用于再生气体的话，则吸附器本身以无需使用外部或制品气体的方式被再生。
根据本发明，由于这样的事实而实现该目的，即在吸附站的下游但低温气体分离单元的上游，从提纯的合成气体排出部分气流，并且该部分气流作为用于再生吸附器的再生气体被返回至吸附站，从而再生气体具有与将被提纯的合成气体流大致相同的成分。
作为再生气体而被返回的合成气体首先被加热并且逆着将被提纯的粗合成气体的流动方向流动经过将被再生的吸附站，并且在吸附器中，其富集了在升高温度下被解吸附的物体。然后，借助于冷再生气体，一个/多个吸附器被降温冷却直至操作温度。由于再生气体和粗合成气体实质上具有相同的成分并且在两种气体中的CO局部压力并没有显著差别，所以在随后的吸附阶段(粗合成气体的提纯)中，不会出现一氧化碳的共吸附，也不会出现由于需要在吸附器中冲掉一定量的再生气体所导致的合成气体成分的改变，并且因而，也不会出现上述的制品质量和数量的变动。
根据本发明，满载有解吸附的物体的再生气体被返回至CO2洗涤装置的上游，并且在该位置处，供给至粗合成气体流中。因此，不在该过程中损失。在所述CO2洗涤装置中，在吸附器再生期间已经被解吸附的大部分物体被再次排出，并且因而，在粗合成气体流中的相应成分的量没有增加。
压缩机方便地被用来返回再生气体。根据本发明的方法的各种不同的结构设置成，压缩机在所述再生气体的管线中布置在吸附站的上游或者下游，或者压缩机在所述合成气体管线中布置在CO2洗涤装置的上游或者下游。
根据本发明的方法，返回至CO2洗涤装置上游的满载的再生气体可在合成气体装置的正常操作和启动操作这两个期间使用。
如果作为合成气体装置的制品所产生的是含氧气体(H2与CO的混合物，其中H2∶CO之比为大约1∶1)或者甲醇合成气体，则根据本发明的方法的改型设置成，满载的再生气体不被返回至CO2洗涤装置的上游，而被供给至含氧气体或甲醇合成气体制品中。如果被用作再生气体的合成气体排出之处的压力与对应的制品的压力之差足以补偿吸附站和管线中的压力损失，则可以免除安装再生气体压缩机。
低温(大约-40℃)操作的低温甲醇洗涤装置优选被用来提纯来自部分氧化的煤或油的粗合成气体。如果甲醇合成气体连同CO(和H2)一起从粗合成气体产生，则取决于制品的比率，至少部分粗合成气体可优先流经CO转化装置。紧随着低温甲醇洗涤装置的吸附站优选在低温下操作(所使用的吸附剂的增强能力)，以使得最小化吸附器的尺寸。根据本发明的方法的一种结构设置成，在合成气体已经离开吸附站之后，所述合成气体将被返回至低温甲醇洗涤装置以恢复其制冷成分(refrigeration content)，在那里，所述合成气体优选在至低温气体分离单元之前依靠流动进入低温甲醇洗涤装置的所述粗合成气体被加热。如果存储在低温甲醇洗涤装置(外部制冷装置，压缩机电源)中的能量需求超出由较高进入温度所限定至低温气体分离单元的负担，则这尤其是合适的。通过这样一种事实，即对于低温气体分离单元的提高的进入温度而言，由低温气体分离单元所产生的制品不必独立地、在外部(例如，在低温甲醇洗涤装置的螺旋热交换器中)被加热，这导致了增加的压力损失，但还可直接被释放至消费者，或者如在CO制品的情况下，可被直接供给至制品压缩装置，此外，这还有利于在低温甲醇洗涤装置中加热提纯的合成气体。对于吸附器再生而言，一些热合成气体被分流，并且借助于蒸气加热器或电加热器的操作，剩余的合成气体的温度增加。为了在再生处理之后将吸附器冷却回到它们的操作温度，根据本发明，冷合成气体的部分气流被供给至吸附站而没有在低温甲醇洗涤装置中加热。
如果低温气体分离单元的增加的进入温度不可接受(例如，因为本方法没有过多的制冷装置，没有外部制冷装置可用或者因为这需要膨胀涡轮)，则提纯的合成气体，在吸附站之后，被直接供给至低温气体分离单元。随着连接的形成，来自低温气体分离单元的冷分离制品在它们输送进入低温甲醇洗涤装置之前被加热至环境温度。根据本发明的方法的另一种结构设置成，用于吸附器再处理的合成气体的部分气流被返回至低温甲醇洗涤装置，在那里，在所述合成气体的部分气流输送进入吸附站并且借助于蒸气加热器或电加热器被使得达到再生所需的温度之前，所述合成气体的部分气流依靠流动进入低温甲醇洗涤装置的粗合成气体被加热。为了在吸附器的再生处理之后再次冷却吸附器，根据本发明，冷合成气体的部分气流在没有在低温甲醇洗涤装置中加热的条件下被供给至吸附站。
在合成气体装置还产生甲醇合成气体等的情况下，根据本发明的方法的另一结构设置成，通过将来自低温气体分离单元的残余气体经由低温甲醇洗涤装置的循环气体压缩机返回至粗合成气体而被经济的使用。如果这涉及两段式低温甲醇洗涤装置(两个洗涤装置的概念)，则循环流优选从CO转化装置被供给至粗合成气体流中，并且因而从洗涤装置直接供给至甲醇合成气体。
在大体使用来自低温气体分离单元的再生气体的合成气体装置中，在从低温气体分离单元不可获得气体或者所获得的气体不足时，至少在启动期间方便地使用根据本发明的方法。在这种情况下，在吸附器再生处理后的合成气体大致不被返回至CO2洗涤装置上游，而是被用作燃料气体或者进行燃烧。由于可利用足够的压降，所以不需要再生气体压缩机。可选地，再生气体还可被供给至变压吸附装置(PSA)中，以使得获得纯净的氢。
附图说明
随后，参看附图将详细说明根据本发明的方法。在附图中，在每种情况下，相同的附图标记代表其中传输相同物体的相同的装置部件或管线。
图1示意性示出了根据本发明的方法。
图2示出了根据本发明方法的另一改型。
图3示意性示出了合成气体装置的一种情况。
图4示意性示出了合成气体装置的另一种情况。
图5同样示意性示出了一种合成气体装置。
图6示出了一种改型的方法。
具体实施方式
图1示意性示出了根据本发明的方法，其中，位于再生气体管线中的压缩机被用于将满载的再生气体返回至CO2洗涤装置的上游。
来自合成气体产生装置GE的粗合成气体经由管线1供给至CO2洗涤装置。在此，多数CO2-还有其他不期望的物体-被洗涤掉并且经由管线2离开该过程。经由管线3，粗合成气体输送进入吸附站A，在那里，在其经由管线4输送进入低温气体分离单元Z之前，剩余残存的不期望的物体被排除。来自Z的残余气体馏分经由管线7加入到火焰中(进行燃烧)，而CO馏分和H2馏分经由管线8和9向前输送。
从提纯的合成气体流排出部分气流，并且其经由管线5和5′返回至吸附站A用作再生气体，在那里，在于蒸气加热器或电加热器(未示出)中加热之后，所述部分气流流动经过被再生的吸附器，在那里其富集了解吸附的物体(尤其CO2和水)。然后，满载的再生气体经由管线6返回至CO2洗涤装置W的上游并且与管线1中的粗合成气体流混合。作为再生气体所使用的合成气体因而在一个回路中流动并且以这种方式保持在该过程中。
在吸附站A的下游再生气体所排出之处的压力低于CO2洗涤装置W的上游的压力。为了使得作为再生气体所使用的合成气体返回至CO2洗涤装置W的上游，沿再生气体路径的这种压力差和压力损失必须被补偿。为此，压缩机V在再生气体管线中安装在吸附站A的上游。
根据本发明方法的另一改型在图2中示意性示出。所述改型与图1中所示唯一的差别在于粗合成气体流中的压缩机V′的布置，随着粗合成气体经由管线3流动至该压缩机V′，并且该压缩机然后将所述粗合成气体经由管线3′向前输送至吸附站A。
图3示意性示出了合成气体装置的这样一种情况，即在其中，除了CO和H2之外作为一种制品产生的是含氧气体(oxo gas)。为此，CO馏分和H2馏分的部分气流经由管线10和11分流并且在管线12中混合以产生含氧气体。经由管线5从合成气体流排出的合成气体被用作再生气体，并且满载有在吸收站A中吸收的物体，然后经由管线6供给至管线12，在那里，其与含氧气体制品混合。合成气体与含氧气体制品之间的压力差足够高，因此可以免除用来传输再生气体的压缩机。
图4示意性示出了合成气体装置的这样一种情况，即在其中，除了CO和H2之外作为一种制品产生的是甲醇气体。在GE′中产生的并且取决于制品比率而至少部分经受CO转化的粗合成气体经由管线1输送至CO2洗涤装置W，其用作一种低温甲醇洗涤装置(Rectisol scrub)并且在大约-40℃条件下操作。粗合成气体的部分气流(已经在洗涤装置中处理)经由管线13从W分流出来并且在管线14中与H2馏分的部分气流混合以产生甲醇合成气体，其中所述H2馏分经由管线11供应。经由管线5从合成气体流排出的再生气体被返回至CO2洗涤装置W，在那里，所述再生气体依靠经由管线1流入的粗合成气体被加热并且经由管线5′流进吸附站A中，以使得再生吸附器。满载的再生气体经由管线6流出并且在管线14中与甲醇合成气体混合。对于在其再生之后将被再次冷却的吸附器而言，经由管线5′供给的再生气流被中断，并且取而代之的是，不经低温甲醇洗涤装置加热的合成气体经由管线15被供给至吸附器。来自低温气体分离单元Z的残余气体经由管线7返回至CO2洗涤装置W，并且在CO2洗涤装置W中通过循环气体压缩机(未示出)被压缩进入粗合成气体，并且最终经由管线13供给至甲醇合成气体中。
图5同样示意性示出了一种合成气体装置，其中，除了CO和H2之外作为一种制品产生的是甲醇合成气体。提纯的合成气体经由管线4′返回至CO2洗涤装置，并且在所述合成气体经由管线4向前输送至低温气体分离单元Z中之前，其依靠经由管线1而流入的粗合成气体加热。部分气流经由管线5从加热的合成气体中分流并且供给至吸附站A中的吸附器。满载的再生气体经由管线6流出并且在管线14中与甲醇合成气体混合。对于在其再生之后将被再次冷却的吸附器而言，经由管线5的再生气流被中断，并且取而代之的是，不经CO2洗涤装置加热的合成气体经由管线16被供应。
图6示出了一种改型的方法，在没有标准再生气体或者标准再生气体不足以用来再生处理吸附器时，其中所述标准再生气体经由管线7从低温气体分离单元Z供应并且在满载时经由管线17排出，所述改型的方法使得在启动期间再生吸附器。经由管线5排出的提纯的合成气体作为再生气流动经过吸附站。满载的再生气体经由管线6流出并且用作燃料气体或者进行燃烧。可选地，满载的再生气体还可输送进入变压吸附装置(PSA)中，以使得获得纯净的氢。

Claims (10)

1.一种再生吸附站中的吸附器的方法，其中所述吸附站用于提纯流动至合成气体装置的低温气体分离单元的合成气体，其特征在于，在所述吸附站的下游但在低温气体分离单元的上游，从提纯的合成气体流排出部分气流，并且该部分气流作为用来再生所述吸附器的再生气体返回至所述吸附站，从而再生气体具有与将被提纯的合成气体流大致相同的成分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用作再生气体的合成气体在其流经被再生的吸附器之后，由CO2洗涤装置的上游返回至粗合成气体流。
3.根据权利要求1和2中任一所述的方法，其特征在于，所述再生气体借助于压缩机被返回至所述合成气体流，所述压缩机在吸附站的吸附器的上游或者下游安装在再生气体的路径中。
4.根据权利要求1和2中任一所述的方法，其特征在于，将被返回的再生气体所需的压降由压缩机产生，其中所述压缩机在CO2洗涤装置的上游或者下游安装在所述粗合成气体的路径中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在用来获得含氧气体制品或甲醇合成气体的装置中，用作再生气体的合成气体在其流经被再生的吸附器之后，与含氧气体制品或者甲醇合成气体混合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在用于产生甲醇合成气体等制品的装置中，在所述吸附站中进行提纯处理之后的合成气体被返回至所述CO2洗涤装置，在那里，其优选依靠将被冷却的粗合成气体而加热，然后被输送至所述低温气体分离单元；在所述CO2洗涤装置的下游但低温气体分离单元的上游，从所述加热的合成气体流排出部分气流，该部分气流被用作用来再生所述吸附站的吸附器的再生气体，并且满载的再生气体然后被供给到甲醇合成气体中。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述吸附站的下游但所述CO2洗涤装置的上游，从所述合成气体流排出部分气流，并且其被用来在再生处理的下游冷却所述吸附站的吸附器，然后被供给到所述甲醇合成气体中。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在用于产生甲醇生合成气体等制品的装置中，再生气体被返回至CO2洗涤装置，在那里，其优选依靠将被冷却的粗合成气体而加热，并用于再生所述吸附站的吸附器，然后被供给到甲醇合成气体中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，未经所述CO2洗涤装置加热而是被供给到甲醇合成气体中的冷合成气体被用来在再生处理之后冷却所述吸附站的吸附器。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在大体上将来自低温气体分离单元的气体用作再生气体的合成气体装置中，如果在启动期间，常规的再生气体不可用或者可用的量不足，则合成气体的部分气流被用作再生气体；而在所述合成气体流经被再生的吸附器之后，所述合成气体被用作燃料气体，或者进行燃烧，或者输送进入变压吸附装置(PSA)中，用来获得纯净的氢。
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