制备贫杂质氢气流的方法、分析贫杂质氢气流的含量的方法和变压吸附设备的制造方法
【专利说明】制备贫杂质氢气流的方法、分析贫杂质氢气流的含量的方法和变压吸附设备
[0001]优先权声明
[0002]本申请要求2013年5月28日提交的美国申请N0.13/903, 850的优先权，通过引用将其内容全部并入本文中。
技术领域
[0003]本技术领域一般性地涉及制备贫杂质氢气流的方法、分析贫杂质氢气流的含量的方法和变压吸附设备。更特别地，本技术领域涉及能够在从供入变压吸附设备中的含氢气进料中吸附杂质以后分析贫杂质氢气流的杂质含量的方法和变压吸附设备。
[0004]背景
[0005]变压吸附(PSA)方法提供分离包含至少两种具有不同吸附特性的气体的多组分气流的有效且经济的方法。一种气体可优先被吸附并且可以为与另一气体分离的杂质，其可作为产物取出。作为选择，优先吸附的气体可以为所需产物，将其与另一气体分离。例如，可能想要从含氢气进料流中除去一氧化碳和轻质烃以产生用于加氢裂化或加氢处理方法的贫杂质氢气(99+%?)料流，其中杂质，尤其是一氧化碳可不利地影响催化剂或反应。
[0006]在变压吸附工艺中，通常将多组分气流在升高的压力下供入一个或多个吸附床中以实现至少一种组分的吸附，同时至少一种其它组分通过吸附床。在指定时间，终止向吸附床的进料并将吸附床在一个或多个并流减压步骤中减压，其中压力降至容许将分离的较不强烈吸附的组分从吸附床中取出而不将优先吸附的组分明显解吸的指定水平。然后将吸附床在逆流减压步骤中减压，其中吸附床中的压力通过与供入多组分气流的方向逆流地取出解吸的气体而进一步降低。在多床吸附装置中，通常存在其它步骤，且上述那些可分阶段进行。
[0007]特别理想的是使贫杂质氢气流中一氧化碳的量最小化，其中吸附以后贫杂质氢气流中的残留一氧化碳含量目标是小于10体积ppm。控制贫杂质氢气流中的残留一氧化碳含量的常规技术是调整各吸附床的吸附步骤的持续时间。如果贫杂质氢气流的残留一氧化碳含量太高，则吸附步骤缩短。相反，如果残留一氧化碳含量太低，则吸附步骤可延长以提高氢气回收率。然而，根据变压吸附工艺的现有控制系统控制产生的贫杂质氢气流中的残留一氧化碳含量是困难的，因为贫杂质氢气流中的残留一氧化碳含量反应慢以改变吸附步骤的循环时间，并且因为当贫杂质氣气流中的残留一氧化碳含量开始提尚时，残留一氧化碳含量的提高通常是急剧的。因此，感应贫杂质氢气流中的残留一氧化碳含量的现有控制系统对充分延长吸附步骤而不超过贫杂质氢气流中的所需残留一氧化碳含量极限而言是无效的。因此，现有变压吸附工艺通常以贫杂质氢气流中的残留一氧化碳含量明显低于关于残留一氧化碳含量的容许阈值适当地操作。现有变压吸附工艺的该保守操作降低回收的氢气的收率且是无效的。
[0008]因此，理想的是提供制备贫杂质氢气流的方法，分析贫杂质氢气流的含量的方法和变压吸附设备，其能赋予对贫杂质氢气流中的残留一氧化碳含量的最大控制，由此能赋予最大的氢气回收而不具有超过关于贫杂质氢气流中残留一氧化碳含量的容许阈值的风险。此外，本发明的其它理想特征和特性由随后的发明详述和所附权利要求书连同附图和该发明背景获悉。
[0009]概述
[0010]本文提供制备贫杂质氢气流的方法、分析来自变压吸附工艺的贫杂质氢气流的含量的方法和变压吸附设备。在一个实施方案中，分析来自变压吸附工艺的贫杂质氢气流的含量的方法包括将含氢气进料流供入变压吸附区中。含氢气进料流进一步包含含有甲烷和一氧化碳的杂质含量。甲烷和一氧化碳在变压吸附区中从含氢气进料流中吸附。将贫杂质氢气流从变压吸附区中取出，其中贫杂质氢气流具有残留甲烷含量和残留一氧化碳含量。感应贫杂质氢气流的残留甲烷含量。
[0011]在另一实施方案中，制备贫杂质氢气流的方法包括产生包含含有甲烧和一氧化碳的杂质含量的含氢气进料流。将含氢气进料流供入包含多床吸附装置的变压吸附区中。多床吸附装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从含氢气进料流中吸附以产生贫杂质氢气流。贫杂质氢气流具有残留甲烷含量和残留一氧化碳含量。将一部分贫杂质氢气流作为清洗料流从第一吸附床中取出供入第二吸附床中以再生第二吸附床。一部分贫杂质氢气流作为产物流从第一吸附床中取出。感应清洗料流的残留甲烷含量并感应产物流的残留一氧化碳含量。感应残留甲烷含量的测量和感应残留一氧化碳含量的测量传送给控制装置。
[0012]在另一实施方案中，变压吸附设备包含适于接收具有杂质含量的含氢气进料流的吸附装置。吸附装置进一步适于产生贫杂质氢气流。流出物管线与吸附装置流体连通用于接收来自那里的贫杂质氢气流。甲烷传感器与流出物管线流体连通，其中甲烷传感器适于感应贫杂质氢气流的残留甲烷含量。
[0013]附图简述
[0014]下文连同以下附图描述各个实施方案，其中类似的数字表示类似的元件，且其中:
[0015]图1为根据本发明一个实施方案，包含吸附装置的变压吸附设备的示意图；
[0016]图2为根据本发明另一实施方案，包含多床吸附装置的变压吸附设备的示意图；和
[0017]图3为显示经变压吸附设备的各循环，在图1的吸附装置中吸附以后，在并流减压期间贫杂质氢气流中残留甲烷含量和残留一氧化碳含量的测量的图。
[0018]详述
[0019]以下详述在性质上仅是示例的且不意欲限制各个实施方案或应用及其用途。此夕卜，不意欲受先前背景或以下详细说明中显示的任何理论束缚。
[0020]本文提供制备贫杂质氢气流的方法，分析来自变压吸附(PSA)方法的贫杂质氢气流的含量的方法和PSA设备。特别地，根据本文所述方法，将还包含含有甲烷和一氧化碳的杂质含量的含氢气进料流供入PSA区中，在那里吸附甲烷和一氧化碳。将贫杂质氢气流从PSA区中取出。贫杂质氢气流可作为产物流提供，但可将其一部分取出以用于中间装置操作中。感应贫杂质氢气流的残留甲烷含量并可用于测定不仅从含氢气进料流中吸附甲烷的效力，而且测定一氧化碳吸附的效力。特别地，通过PSA区的甲烷突破可容易与一氧化碳的突破关联。因此，残留甲烧含量的感应可提供最终一氧化碳突破的指不。尽管甲烧对催化剂和反应而言不是或者是比一氧化碳更少毒性的，通过PSA区的一氧化碳突破比甲烷花显著更长的时间达到稳态。因此，与依赖于单独一氧化碳感应的控制方案相比，感应贫杂质氢气流的残留甲烷含量提供吸附以后贫杂质氢气流中杂质突破的较快反馈，因此能赋予对贫杂质氢气流中的残留杂质含量，包括残留一氧化碳含量的最大控制。通过提供对杂质突破的较快反馈，使得最大氢气回收是可能的而不具有超过关于贫杂质氢气流中残留一氧化碳含量的容许阈值的风险。
[0021]现在使用如图1所示示例PSA设备10描述制备贫杂质氢气流18的方法的一个实施方案。参考图1，PSA设备10包含适于接收含氢气进料流13且进一步适于通过PSA方法产生贫杂质氢气流18的吸附装置12。如下文进一步详细描述的。根据一个实施方案，将含氢气进料流13供入PSA区如PSA设备10中。含氢气进料流13包含含有甲烷和一氧化碳的杂质含量，其中还存在其它任选杂质，例如但不限于二氧化碳、氮气和水。术语“杂质”表示含氢气进料流13中比氢气更强地吸附在PSA设备10中的一种或多种组分。因此，描述为“杂质”的材料不限于描述不想要和待抛弃的一些物质的术语的通常定义。在一个实施方案中，含氢气进料流13可根据本方法产生，但应当理解在其它实施方案中，含氢气进料流13可由任何来源提供。含氢气进料流13可由各种工业操作如蒸汽重整产生。
[0022]参考图1，吸附装置12包含吸附床14，所述吸附床14包含能够与氢气相比优先从含氢气进料流13中吸附杂质，特别是甲烷和一氧化碳的吸附材料。合适的吸附材料包括但不限于沸石分子筛、活性炭、硅胶、活性氧化铝等，条件是吸附材料与氢气相比优先吸附一氧化碳和甲烷。适于吸附