用于吸附地去除痕量成分的方法

专利名称：用于吸附地去除痕量成分的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于借助于在至少两个并联设置的吸附器中实 现的方法从一种具有至少两种另外的成分(主成分)的气体混合物中吸附地去除至少一种以小于2%体积比的浓度存在的成分(痕量成分)的方法。对于所述的概念"吸附介质"应理解为任何由一种或多种材料(混 床)组成的吸附介质。在具有多种主成分的气体混合物中基本上是这样的，即，这些主 成分相对于吸附介质具有不同的吸附力。此外，原则上适用的是，气 体混合物的所有成分在较高温度时在吸附介质上具有较小的加载。一个吸附器在本发明类型的吸附方法的范围内经过的周期具有 两个主阶段。待被分离出的痕量成分的实际的去除在吸附阶段期间进 行。其特征也在于，从吸附器排出的、从这个或这些待分离出的痕量 气体释放出的产物气体混合物一一在下面称之为产物气体一一的组 分在所述主成分方面基本上相同于输送至该吸附器的粗气混合物一 一下面称之为粗气——的组分。在第二主阶段中，(加载的)吸附介质通过借助于再生气体的温 度升高和冲洗来再生，即从已吸附的痕量成分中释放出。该第二主阶 段通常被称为加热或者加热阶段。原理上适用的是，再生-或冲洗气体的组分可以相同于或不同于输 送至这个或这些吸附器的粗气的组分。吸附过程或-方法辛皮称为T (emperature) S (wing) A (dsorption)方法，其中通过温度升高——和必要时另外的、支持所述加载的吸附 介质再生的措施——来进行所述加载的吸附介质的再生。由于在这种吸附过程时的吸附物理学，粗气的一种或多种主成分 在吸附介质上的吸附量在前述的加热阶段的结束与吸附阶段的结束 之间非常不同。此外，该差量还由于在加热阶段的结束与吸附阶段的 结束之间在吸附器的空体积中的每个主成分的不同的气体量而增大。因此，由于前述的原因，对于含在粗气中的一种或多种主成分来说，TSA方法不仅用作汇，而且用作源。下面，该差别被称为储存量。该储存量在一个周期中一一优选在加热阶段的开始时一一被释放出 并且重新又被填充。在一个周期期间， 一种主成分可以被多次储存和 释放，例如当再生气体中的某种组分的含量高于粗气中的该种组分的 含量时就是这种情况。因为TSA方法在连续的过程中(例如用于在H2/CO冷箱前去除 水和C02)被多次引入，所以前述的源汇特性受到干扰，因为被这样 处理的、向着冷箱的气体流可在其关于主成分方面的组分上受TSA的 源汇特性制约地短时地不利地波动并且由此将会干扰在随后的冷箱 中的气体分离过程。下面借助

图1和2详细解释属于现有技术的TSA方法；在此， TSA方法在两个并联设置的吸附器中实现。下面的解释说明在原理上 也以类似的方式适用于具有三个或多个并联设置的吸附器的TSA方 法。在图1中使用的概念"再生气体供应器"以及下面使用的概念"再 生气体源"应被理解为再生气体的任意的源。在此，可以使用产物气 体和/或粗气的一部分作为再生气体，但是，再生气体也可以来自于独 立的("外部的")气源。在图1中以及下面使用的概念"再生气体取出器"包括为了再生TSA所使用的气体的每个任意的接收器。它例如可以是燃烧气体的烟 囱、燃烧器或其他的装置。在图2中示出的、示例的周期图表具有以下周期(Takt)或阶段；在此，用标号1表示吸附器相对于粗气的流动方向的入口侧，用标号2表示出口侦'hA 吸附粗气-流动方向1—2或A—BPa一A/B并联运行方式(可选的)对两个吸附器同时输送粗气；流动方向1—2或A—B DA—A/B吸附器压力的压力适配H 加热流动方向1—2或2—1，优选2一l，但总是C—DK 冷却(可选的)流动方向I—2或2—1，优选2—1，但总是C—D在阶段H和K中使用的气体或气体混合物可以是相同的或不同的气体 或气体混合物。与此无关地，所使用的气体或气体混合物在下面都被 称为再生气体。为了简化下面的解释，假设这些吸附器在周期DA一A/B期间不 担任值得一提的储存器。如果吸附器经历过加热阶段H，那么它就用作用于粗气的主成分 的源。出于这个原因，D点(参见图1)上的再生气体组分明显不同 于C点上的再生气体组分，因为D点上的再生气体附加地包含粗气的 释放出的主成分及痕量成分。对于必要时设置的后继过程特别不希望 再生气体中的粗气的增高的主成分含量，再生气体被输送至该后继过 程。如果再生气体是一种由两个或多个在吸附介质上具有不同的吸 附力的成分构成的气体混合物，那么原则上可导致另外的(次级的) 源汇特性。在冷却阶段K中，在D点上由此得出再生气体的主成分的时间上的波动，因为TSA在冷却期间用作用于再生气体的成分的汇 (Senke)。如果再生气体包含粗气的成分，那么与加热阶段相比，加热时释 放的储存量的一部分可在冷却阶段K中通过冷却时的较低温度来补 偿；这通常在原理上是值得期望的。然而，由此在D点上也导致粗气 的一种或多种成分的富集并且由此在D点上导致再生气体组分的波 动，这在多个过程的情况下是不期望的。如果例如将产物气体的一部 分用作用于加热和冷却的再生气体并且将该再生气体再输送或混合 至粗气源——例如具有C02洗的蒸汽重整器，那么在加热的情况下导 致再生气体中的单个的主成分的增高并且在冷却的情况下导致降低， 并且由此在粗气中导致TSA并且从而最终在产物气体中也导致。前述的主要的源汇特性的最终补偿在周期DA—B、 Pa_B和/或A 期间进行。由此在A点上粗气主成分的流量或多或少强烈地与B点上 的流量不同，由此在B点上导致产物气体的相应的浓度波动。但是， 出于类似的原因，该浓度波动通常是不希望的。空体积中的储存量的填充无热效应地进行。相反，被吸附了的储 存量的填充导致明显的热效应，由此在周期Pa—A/B期间在B点上短 时地导致温度上升。如果再生气体具有比粗气稍高的温度，那么吸附器或吸附介质在 冷却阶段中不足够地被冷却，所以，出于这个原因，在并联运行中或 在吸附阶段开始期间也导致B点上的产物气体的温度升高。发明内容本发明的目的是，提出一种所述类型的、用于从一种具有至少两 种另外的成分(主成分)的气体混合物中吸附地去除至少一种以小于 2%体积比的浓度存在的成分(痕量成分)的方法，该方法避免了上述 缺点。尤其是借助于本发明的方法应使B点和D点上的浓度和流量波动以及B点上的温度波动最小化。 本发明的方法具有如下步骤-a) 在吸附压力下输入粗气，将痕量成分吸附在吸附介质上并且排 出产物气体，b) 借助于一再生气体加热加载的吸附介质，该再生气体具有比 在吸附期间输送至吸附器的粗气高的温度，该再生气体由一再生气体 源提供并且其在通过吸附器之后被输送至一再生气体取出器，c) 使粗气和/或产物气体断续地或连续地流过吸附介质至少30分 钟，其中，这个或这些气体流在流过吸附介质之后被输送至再生气体 取出器并且流量最大为在方法步骤a)期间输入或输出的粗气流或产 物气体流的7%。吸附器的断续的被流过例如通过吸附器的升压和卸压的交替来 产生。由此，气体交替地流入或流出吸附器。在此，时间上的平均入 流由用于升压所耗费的总气体量除以用于升压和卸压的总时间的商 来算出。类似地，时间上的平均出流由总的卸压气体量除以总的升压 和卸压时间来算出。在吸附器的连续的被流过的情况下，气体同时流 入和流出吸附器。下面，吸附介质的用粗气和/或产物气体的前述的连续流过被称为 加载补偿步骤(BE)。对于周期BE表示出粗气和/或产物气体在一 个处于粗气压力与再生气体压力之间的压力下供入吸附器中，并且粗 气和/或产物气体被输送至再生气体取出器D并且不输送至产物气体 取出器B。在此，在C点供入的气体流的流量和/或温度与时间相关地 这样变化，使得可在取出器D上保持允许的波动。通过使用粗气和/或产物气体，不仅在空体积方面而且在吸附量方 面都能在0-100%之间、优选在50%以上实现储存量的补偿。此外， 吸附器的温度优选直到几个摄氏度地通过使用足够的气体量以及时间置于随后的吸附周期的水平上；当仅设置冷却步骤K时，是不可能做到这一点的。因此，在必要时设置的随后的并联运行阶段或吸附阶段A时，在 B点上不会或仅轻微地导致产物气体中的浓度波动。现在，在加载补偿步骤期间出现的吸附热被向着再生气体取出器 D的方向发送并且不像属于现有技术的方法那样在步骤或周期 Pa一A/B和/或A期间向着产物取出器B的方向发送。在D点上(由于 热运行)总是出现不能避免的温度波动，而该温度波动在B点上是不 希望的并且可通过本发明的方法避免。优选在再生气体的压力小于吸附压力时使用本发明的方法。本发明方法的其它有利的构型的特征在于.--直接在一个吸附器中的吸附阶段结束之后并且直接在该吸附器 或另一吸附器中的吸附阶段开始之前同时对这两个吸附器供入粗气，-进行吸附器压力与吸附压力或再生气体压力的压力适配一一在 此，该压力适配可以在方法步骤a)与c)和/或c)与a)之间进行，-在开始加热所述加载的吸附介质(方法步骤b))之前借助于一 再生气体冲洗吸附器，该再生气体的流量小于在加热期间被引导通过 加载的吸附介质的再生气体的流量，-在加热(方法步骤b))之后并且在粗气和/或产物气体流过吸附 介质(方法步骤c))之前通过一再生气体的导过来冷却吸附介质，该 再生气体的温度低于在加热期间被引导通过加载的吸附介质的再生 气体的温度，-在方法步骤a)与c)和/或c)与a)之间进行一个向着再生气体 取出器的卸压，-在方法步骤a)与c)和域c)与a)之间通过粗气和/或产物气 体进行升压，其中，该粗气和/或产物气体优选相反于吸附阶段期间的流动方向地被引导，-交替地重复升压-和卸压阶段，并且 -再生气体具有与粗气相同的组分。下面根据在图3中示出的周期图表详细解释本发明方法的可能的 构型。在图3中使用的周期标记代表A 吸附粗气-流动方向1—2或A—BPa一A/B并联运行方式对两个吸附器同时输送粗气；流动方向1—2或A—B DA—A/B吸附器压力的压力适配H 加热类型l的再生气体；流动方向1—2或2—1，优选2—1，但总是C—DK 冷却类型1或2的再生气体；流动方向1—2或2—1，优选2—1，但总是C—D SP 冲洗类型1或2的再生气体；流动方向1—2或2—1 ，优选2—1，但总是C—DKl 冷却第一部分:类型1或2的再生气体;流动方向1—2或2—1，优选2—1，但总是C—DK2 冷却第二部分:类型1或2的再生气体;流动方向1—2或2—1，优选2—1，但总是C—D BE 加载补偿步骤粗气和/或产物气体；流动方向A—D和/或B—D冲洗周期SP主要用于粗气的储存的主成分的缓慢且有目的的释放， 不仅从吸附器的中间体积而且从吸附了的量。由此，该吸附器现在在 该周期中用作源。流入到待再生的吸附器中的再生气体的流量和温度在该周期期间被优化，以便实现D点上的浓度-和流量波动处于期望的范围之内。过剩的再生气体可借助于一个旁通管路(该旁通管路如 在图1中示出的那样)在待再生的吸附器旁边流过。冷却周期Kl是待再生的吸附器的冷却阶段的第一部分。如果吸 附器被冷却，那么它总是强制地用作汇。出于该原因，再生气体的流 量和进入温度被这样调节，使得D点上的浓度-和流量波动处于期望的范围之内。在冷却周期K1期间也可借助于一个旁通管路使过剩的再生气体在待再生的吸附器旁边流过。在冷却周期K2期间，在D点上不出现再生气体组分的值得一提 的波动，因此再生气体量可以最大化。如果再生气体的组分在一种或 多种主成分的含量方面与粗气的组分不同，那么在冷却期间储存量可 不完全地被填充。当再生气体的组分与粗气或产物气体的组分基本相 同，但是再生气体的进入温度高于粗气的温度时，也会出现该效应。尤其是在该情况下设置加载补偿步骤是有意义的，因为由此可以 补偿吸附器的储存量和/或温度。根据本发明方法的一个有利的构型，只要吸附压力高于再生气体 压力，那么在方法步骤a)与c)和/或c)与a)之间就借助于粗气和 /或产物气体实现一个升压，其中，该升压阶段一次或多次地、在多次 重复的情况下优选直接地彼此跟随地、与一种或多种卸压阶段交替地 重复。在此，粗气和/或产物气体优选相反于吸附阶段期间的流动方向地 被引导。下面根据图4中示出的周期图表详细解释本发明的方法的该构型。除了在图3中已经使用的周期标记，在途4中示出的周期图表还具有两个另外的周期，艮卩-D通过吸附器连接部D的卸压R借助粗气和/或产物气体的升压，优选以逆流(相对于吸附的 流动方向)如果再生气体的压力低于粗气的压力，那么可以借助粗气和/或产物气 体通过给出的连接部进行吸附器的升压和卸压。在借助优选以逆流的粗气和/或产物气体进行的升压R时，导致储 存量部分地被补偿。在向着再生气体取出器D的卸压的合适的压力水 平——它不必非得降低到再生气体压力上——的情况下，避免了先前 吸附的主成分的解吸附并且从而避免其流走。在该方法实施例中，在 卸压期间气体基本上从吸附器的中间体积中逸出。该方法导致粗气和 /或产物气体断续地流过吸附介质。前述的升压变形方案可以任意次数地重复，直到实现储存量—— 中间体积和吸附的量——的几乎完全的再填充。在必要时随后的并联 运行Pa—A/B或随后的吸附A中，储存量仅还需稍稍填充；所以在产 物气体(B)中实际上不导致浓度波动。如果在再生气体加热器中导致再生气体的化学反应一一尤其是 在高的停留时间的情况下，那么建议了标准周期图表的另一扩展。在 周期SP或H之前用再生气体冲洗该加热器并且将旁路中的再生气体 围绕TSA引导。如果该措施在时间顺序上在步骤DA之后实现，那么 为此引入一个特有的周期SE (冲洗加热器)。如果在步骤DA之前冲 洗加热器可被容忍，那么在并联运行方式期间提供加热器的冲洗。在 该情况下，该步骤没有在周期图表中示出。
权利要求
1、用于借助于一种在至少两个并联设置的吸附器中实现的方法从一种具有至少两种另外的成分(主成分)的气体混合物中吸附地去除至少一种以小于2％体积比的浓度存在的成分(痕量成分)的方法，其具有如下的方法步骤a)在吸附压力时输入粗气(A)，将痕量成分吸附在吸附介质上并且排出产物气体(B)，b)借助于一再生气体加热加载的吸附介质，该再生气体具有比在吸附期间输送至吸附器的粗气高的温度，该再生气体由一再生气体源(C)提供并且其在通过吸附器之后被输送至一再生气体取出器(D)，c)使粗气和/或产物气体断续地或连续地流过吸附介质至少30分钟，其中，这个或这些气体流在流过吸附介质之后被输送至所述再生气体取出器(D)并且流量最大为在方法步骤a)期间输入或输出的粗气流或产物气体流的7％。
2、 按权利要求1所述的方法，其特征在于直接在一个吸附器 中的吸附阶段结束之后并且直接在该吸附器或另一吸附器中的吸附 阶段开始之前同时对这两个吸附器供入粗气。
3、 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于进行吸附器压 力与吸附压力或再生气体压力的压力适配。
4、 按权利要求3所述的方法，其特征在于在方法步骤a)与c) 和/或c)与a)之间进行吸附器压力与吸附压力、再生气体压力或吸 附压力与再生气体压力之间的每个任意的压力的压力适配。
5、 按权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于在开始加热所 述加载的吸附介质(方法步骤b))之前借助于一再生气体冲洗吸附器， 该再生气体的流量小于在加热期间被引导通过加载的吸附介质的再生气体的流量。
6、 按权利要求l-5之一所述的方法，其特征在于在加热(方法 步骤b))之后并且在粗气和/或产物气体流过吸附介质(方法步骤C)) 之前通过一再生气体的导过来冷却吸附介质，该再生气体的温度低于 在加热期间被引导通过加载的吸附介质的再生气体的温度。
7、 按权利要求l-6之一所述的方法，其特征在于在方法步骤a) 与c)或c)与a)之间进行一个向着再生气体取出器(D)的卸压。
8、 按权利要求l-7之一所述的方法，其特征在于在方法步骤a) 与c)或c)与a)之间通过粗气和/或产物气体进行升压，其中，该气 体优选相反于吸附阶段期间的流动方向地被引导。
9、 按权利要求7和8之一所述的装置，其特征在于交替地、 任意次数地重复升压-和卸压阶段。
10、 按权利要求1-9之一所述的装置，其特征在于所述再生气体具有与粗气相同的组分。
全文摘要
本发明涉及一种用于从一种具有至少两种另外的成分(主成分)的气体混合物中吸附地去除至少一种以小于2％体积比的浓度存在的成分(痕量成分)的方法。根据本发明，该方法具有如下的方法步骤a)在吸附压力时输入粗气，将痕量成分吸附在吸附介质上并且排出产物气体，b)借助于一再生气体加热加载的吸附介质，该再生气体具有比在吸附期间输送至吸附器的粗气高的温度，该再生气体由一再生气体源提供并且其在通过吸附器之后被输送至一再生气体取出器，c)使粗气和/或产物气体断续地或连续地流过吸附介质至少30分钟，其中，这个或这些气体流在流过吸附介质之后被输送至所述再生气体取出器并且流量最大为在方法步骤a)期间输入或输出的粗气流或产物气体流的7％。
文档编号B01D53/04GK101218011SQ200680024983
公开日2008年7月9日 申请日期2006年7月6日 优先权日2005年7月8日
发明者J·施瓦茨乌贝尔, M·朗, W·莱特迈尔 申请人:林德股份公司