专利名称：生产氢的吸附方法以及实施该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过在PSA装置中在第一压力下变压吸附包含氢气的原料气体生产/提纯氢气的方法，其中被压缩的废气被送到第二压力的且包含氢气的燃料气体混合物分配网络，供给本地或附近的各种用户站。
在传统的由原料气体生产氢气的装置中，氢气，产生或吸收压降，在高原料的气体压力下生产，来自PSA的废气一般在低压下被排入存在于大工业场所的燃料气体混合物分配网络(称为燃料气体网络)，该网络运送中压的源自各种工业排放的氢气和烃的混合物，将其用于，尤其在锅炉中，燃烧以产生蒸汽。
这些PSA装置具有受其提取效率限制的缺点，这意味着显著比例的来自原料气体的氢损失在所述废气和燃料气体混合物网络中。
为了将略微超过72％的效率提高到略微超过80％的效率，已经建议增大PSA装置圆筒之间的平衡，这就需要大量的投资(更多的吸附器，他们的个体一般都比较大)。
提高效率的第二个措施是通过在稍高于大气压力的压力下抽取废气降低再生压力，那么所述效率以添加压缩机为代价，可达到90％的水平。
此外，通过压缩在原料气体中循环某些PSA废气，效率可能达到95％的水平，但是必须以附加压缩机为代价。
本发明的目的在于提供一种改进的生产氢气的方法，该方法能够在没有显著附加成本下获得超过95％的效率，甚至可达到或超过100％。
为达到该目的，根据本发明的方法进一步包括下述步骤将部分燃料气体混合物从所述分配网络抽出，将其压缩到约原料气体的压力并且以附加原料气体的方式将其注入PSA装置，例如与原料气体混合。
这样做的理由在于尽管使用富含氢，例如氢含量超过70％的原料气体，废气的组成在PSA装置效率提高的情况下迅速变得贫氢，当提取效率超过85％时，其迅速降到低于30％。本发明人已经证实，在多数情况下，分配网络中燃料气体混合物中的氢气含量高于该值，一般在35-50％的水平，因此，使用这种富含氢的流体而不使用循环废气来形成PSA装置的二次原料是可取的。
对于相同的生产，使用本发明方法需要引入的原料较少，因而减少了所需要的压缩量并通常可降低PSA装置的尺寸以节约能量和投资。对于引入PSA装置的相同水平的杂质和/或相同数量的压缩气体，还可能可观地加工更多的氢气并提高生产，以便达到如上所述超过98％的效率。
使用其中采用具有特定功能的不同吸附剂例如活性氧化铝、硅胶、活性碳和适宜沸石的多级床，允许对引入到PSA的通常不存在于主原料气体中的不期望组分进行精确控制。
本发明的另一个主题是实施该方法的装置，包括-至少一个原料气体供给管线；-至少一个燃料气体混合物分配网络的管线；-至少一个通过吸附分离气体的PSA装置，其中具有一个与原料气体管线连接的入口、生成的气体出口和至少一个废气出口；-将废气出口与燃料气体混合物管线连接的第一压缩机；和
-将可压缩气体混合管线与PSA装置入口连接，一般连接到原料气体管线的第二压缩机。
根据本发明的更具体的特性，所述第一和第二压缩机使用公共部件并例如在公共驱动线路上构成不同的压缩级。
在上述装置中，通过压缩从燃料气体混合物分配网络中抽取的部分二次原料向PSA装置进行添加，与传统的解决方法比较，其优点是提高氢气的提取效率，并且比利用循环含某些PSA装置废气的方法相比更为有效。
本发明将参考附图结合以非限定方式列举的实施方式加以描述，其中所述附图包括-
图1是实施本发明方法装置的示意图。
该唯一的附图显示了用于通过变压吸附产生氢气的PSA装置1，其中包含至少四个吸附器，每个包含至少一种能够将氢气与包含氢气的气态混合物分离的吸附剂，一般为活性碳和/或沸石。
所述PSA装置1具有入口2，其通过管线3以高压、一般15-45巴，接受例如来自催化重整装置的包含至少60％、有利地为至少70％氢的原料气体。所述PSA装置1包括向供应管线提供供给的出口4，在大约与原料气体的压力相同的压力下向本地的用户站6提供高纯度氢气。
所述PSA装置1包含至少一个废气出口7，通过包含压缩机9的管线8将氢气贫乏的废气引到管线10，后者用来输送提供给其它用户站的燃料气体混合物，一般提供给燃烧器11，所述燃料气体混合物包含至少30％且有利地为35-50％的氢，用于加热工业场所中活性或惰性成分。
利用所述的装置，废气在1.1-2巴的低压下从出口7排出并通过压缩机9压缩到管线10的压力，一般在3-8巴之间。
根据本发明的一个方面，包括压缩机13的管线12将管线10在管线8与管线10连接点的上游与原料气体供给管线3连接，压缩机13将从管线10抽取的部分燃料气体混合物的压力提高到管线3的高压以将燃料气体混合物中可提供的附加数量的氢气送入原料气体。
根据本发明的另一个方面，压缩机9和13的安装方式可以共用某些组件，例如公共油路系统、公共冷却系统或甚至公用动力系统，如附图中线14所示。
因而，可以参考，将两个压缩机9和13合并为一台机器，具有一个或多个级，分别用于每个压缩机，所述的级可以是活塞、叶轮或螺杆。
通过如此集成两个压缩机的功能，能够节约投资30％-40％。
虽然对本发明结合某些具体实施方式
进行了描述，但是其并不局限于此，并且对于本领域熟练技术人员来说，在下述权利要求范围的改进和修改是显而易见的。
因此，如果操作周期允许的话(特别是在多个吸附器同时处于生产状态下)，通过管线12将部分燃料气体混合物注入PSA装置1可以与PSA装置1接纳主要原料气体3分别单独进行。
而且，根据PSA装置1的周期，可以将从PSA装置1出口7获得的部分废气不经压缩直接注入网络10，例如在吸附器开始解压时，然后在吸附器圆筒中的压力下降时再将所述废气通过压缩机加压。
最后，燃料气体混合物也可以从与网络10平行运行的、接受PSA装置的废气的燃料网络中抽取，条件是该平行运行的网络携带包含至少30％氢的气态混合物。
权利要求
1.一种生产氢气的方法，该方法通过在PSA装置中在第一压力(P1)下变压吸附包含氢气的原料气体生产氢气，压缩的废气被送到在低于第一压力(P1)的第二压力(P2)下的并且包含氢气的燃料气体混合物分配网络，该方法包括抽取部分流经所述分配网络的燃料气体混合物，将其压缩到约为第一压力(P1)，作为附加原料气体的方式将其注入PSA装置的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括将部分燃料气体混合物注入到原料气体中的步骤。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于其中的第一压力(P1)为约15-45巴，第二压力(P2)为约3-8巴。
4.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于所述废气在1.1-2巴的第三压力(P3)下从变压吸附装置中排出。
5.如前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于所述燃料气体混合物包含至少30％氢气。
6.如前述权利要求5所述的方法，其特征在于所述燃料气体混合物包含35-50％氢气。
7.一种实施如前述权利要求任一项所述方法的装置，包括-至少一个原料气体供给管线(3)；-至少一个燃料气体混合物分配网络的管线(10)；-至少一个通过吸附分离气体的PSA装置(1)，具有一个与原料气体管线(3)连接的入口(2)、生成的气体出口(4)和至少一个废气出口(7)；-将废气出口(7)与管线(10)连接的第一压缩机(9)；和-将管线(10)与PSA装置入口(2)连接的第二压缩机(13)。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于第二压缩机(13)位于连接管线(10)和原料气体管线(3)的管线(12)上。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于第二压缩机(13)在管线(10)与第一压缩机(9)连接点的上游与管线(10)连接。
10.如权利要求7-9任一项所述的装置，其特征在于第一(9)和第二(13)压缩机使用共用设备组件。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于第一(9)和第二(13)压缩机具有共用动力系统(14)。
全文摘要
富含氢气的原料气体(3)被送入PSA提纯装置(1)，该装置从产品出口(4)输送纯氢气，从剩余物出口输送氢气贫乏的气体。所述氢气贫乏的气体被压缩(9)，被注入其中存在气态可燃混合物的管线(10)。在PSA装置(1)的上游抽取部分管线(10)的气体(12)，压缩(13)，并将其注入到所述PSA装置(1)的原料中。所述发明特别适用于石油化工厂。
文档编号C01B3/56GK1826164SQ200480021357
公开日2006年8月30日 申请日期2004年6月28日 优先权日2003年7月24日
发明者C·莫内罗, F·芬特斯, G·德苏扎 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司