專利名稱：借助于變壓吸附方法從氣流中分離氫的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從一種具有氧份額的氣流(該氣流主要由氫、氮、 氧、二氧化碳、 一氧化碳、甲垸和/或其它的碳?xì)浠衔飿?gòu)成)中分離氫的 方法以及一種用于執(zhí)行該方法的裝置。
背景技術(shù)：
本發(fā)明以從焦?fàn)t氣中分離氫作為例子描述，但是適合于從上述成份的 任意組合的任意氣流中分離氫并且因此不局限于焦?fàn)t氣。在煉焦廠中制造焦炭時(shí)，至少煤在空氣密封的情況下被加熱。在此產(chǎn) 生焦炭、焦氣、焦油。富含碳的焦炭主要用于鋼鐵生產(chǎn)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)主 要由氫、甲垸和一氧化碳構(gòu)成的焦氣主要用作為工業(yè)燃料。但是焦?fàn)t氣僅 具有天然氣的大約一半的熱值并且經(jīng)常被伴生物質(zhì)污染，這些伴生物質(zhì)會(huì) 造成有害物質(zhì)排放或者運(yùn)行故障。因此人們在越來越嚴(yán)格的環(huán)境規(guī)定的過 程中致力于尋找焦?fàn)t氣的替代應(yīng)用。通常，焦氣的大約60%由氫構(gòu)成。氫主要大量地用在煉油廠中，用于 在所謂的加氫器中還原中間蒸餾的硫含量并且用于在所謂的氫化裂解器中 分裂不同的石油餾分。此外，氫在還原金屬氧化物、生產(chǎn)氨時(shí)作為動(dòng)力燃 料或者用在燃料電池中。在EP 1033346中描述了一種按現(xiàn)有技術(shù)的用于從 氣流中分離氫的方法，該氣流除了氫、除了雜質(zhì)氧和氬之外主要包括氮、 二氧化碳、 一氧化碳和甲烷。在一種按現(xiàn)有技術(shù)的變壓吸附方法中，氣體混合物在高壓下在具有吸 附劑的反應(yīng)器中被引導(dǎo)。與存在的壓力和吸附材料有關(guān)地，該氣體混合物 的成份被不同強(qiáng)度地吸附在吸附材料上。在理想情況中該氣體混合物的所 有成份除了氫之外都被吸附到吸附劑上。因此能夠以高純度將從氫剩下的 成份中分離出。吸附劑的再生在低壓的情況下通過結(jié)合的成份的解吸附實(shí) 現(xiàn)，然后所述結(jié)合的成份同樣可以被氣態(tài)地從反應(yīng)器中排出。因此，利用 變壓吸附方法可以在采用多個(gè)分別交替地進(jìn)行吸附或者解吸附的反應(yīng)器的情況下從剩下的氣態(tài)成份中分離出具有高純度的氫。借助于在EP 1033346 中描述的方法可以從剩下的氣態(tài)成份中分離出具有最大99.99%純度的氫。在采用這種按現(xiàn)有技術(shù)的方法時(shí)，當(dāng)氣流中的氧份額超過1%體積百分 比的情況下存在提高的安全風(fēng)險(xiǎn)。在氣體混合物中存在的氧首先在高壓時(shí) 吸附在吸附劑中，但是在進(jìn)一步的過程中由于更強(qiáng)烈地被吸附的成份又被 排擠成氣相。這導(dǎo)致吸附劑中的氧富集，以至于與在氣體中存在的氫結(jié)合 的情況下產(chǎn)生可燃的爆炸性混合氣體。該爆炸性混合氣體在按現(xiàn)有技術(shù)的 變壓吸附方法中是安全風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)明內(nèi)容因此本發(fā)明的目的在于，這樣設(shè)計(jì)一種按開頭所述類型的方法，使得 避免爆炸性的氫氧氣體混合物的形成并且使這種方法的安全風(fēng)險(xiǎn)最小化。該目的通過如下方式來解決，即，使一種用于無催化劑地?zé)徂D(zhuǎn)化氧的 方法與用于分離氫的變壓吸附方法相結(jié)合。其中，該變壓吸附方法在所述 用于熱轉(zhuǎn)化氧的方法之后執(zhí)行。通過用于無催化劑地?zé)徂D(zhuǎn)化氧的方法與變壓吸附方法相結(jié)合，氣體混 合物中的氧含量在變壓吸附方法之前已經(jīng)被這樣最小化，使得不會(huì)存在由 氫和氧構(gòu)成的爆炸性氣體混合物。用于熱轉(zhuǎn)化氧的方法已經(jīng)被證實(shí)為非常 穩(wěn)定的且牢靠的技術(shù)。在此，令人意想不到的是可以放棄催化劑的采用。 因此包含在氣流中的催化劑毒物也不會(huì)損害催化劑并且可以要求催化劑的 再生并且從而與之相關(guān)的生產(chǎn)停頓。此外已經(jīng)表明，在采用本發(fā)明的方法 時(shí)在大部分的情況下可以取消分離出的氫的催化的再凈化。因此，氧由于 安全原因的貧化以及為了達(dá)到所需產(chǎn)品純度的貧化在一個(gè)步驟中進(jìn)行。有利的是，通過采用本發(fā)明的方法，具有大于1%體積百分比的氧份額 的氣流也可以可靠地由變壓吸附方法進(jìn)行處理。優(yōu)選的是，用于熱轉(zhuǎn)化氧的方法在300'C與50(TC之間的溫度中被執(zhí)行。 在300。C至50(TC的溫度中，氧可以被良好地轉(zhuǎn)化，主要轉(zhuǎn)化成水。有利的是，在用于熱轉(zhuǎn)化氧的方法之前預(yù)熱所述氣流，其中氣流的預(yù) 熱符合目的地通過一個(gè)換熱器與在該用于熱轉(zhuǎn)化氧的方法之后的氣流的逆 流進(jìn)行。在該用于熱轉(zhuǎn)化氧的方法之后的熱氣流必須在變壓吸附方法之前 被冷卻。在本發(fā)明的這個(gè)構(gòu)型中，熱能同時(shí)可以被有效地利用來預(yù)熱所述用于熱轉(zhuǎn)化氧的方法之前的氣流。在本發(fā)明的另一構(gòu)型中，為了實(shí)現(xiàn)分離出的氫的非常高的純度，分離 出的氫經(jīng)受一個(gè)用于催化地去除剩余氧痕量的方法。通過采用接下來的用 于分離氧的催化方法可以進(jìn)一步提高產(chǎn)品純度。-在裝置方面，提到的目的通過如下方式解決，即，將一個(gè)可加熱的反 應(yīng)器在上游定位在用于執(zhí)行變壓吸附方法的裝置之前。反應(yīng)器符合目的地適合于30(TC與50(rC之間的溫度。在本發(fā)明的一種有利的構(gòu)型中，在反應(yīng)器與用于執(zhí)行變壓吸附方法的裝置之間設(shè)置一個(gè)換 熱器。通過本發(fā)明特別是可以實(shí)現(xiàn)，在變壓吸附方法中避免由氫和氧構(gòu)成的 爆炸性氣體混合物的產(chǎn)生并且從而使安全風(fēng)險(xiǎn)最小化。
權(quán)利要求
1.一種用于從具有氧份額的氣流中分離氫的方法，該氣流主要由氫、氮、氧、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和/或其它的碳?xì)浠衔飿?gòu)成，其特征在于使一種用于無催化劑地?zé)徂D(zhuǎn)化氧的方法與一種用于分離氫的變壓吸附方法相結(jié)合，其中，該變壓吸附方法在該用于熱轉(zhuǎn)化氧的方法之后執(zhí)行。
2. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于即使是具有大于1%體積 百分比的氧份額的氣流也可以由該變壓吸附方法可靠地處理。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述用于熱轉(zhuǎn)化氧的方法在30(TC與50(TC之間的溫度下被執(zhí)行。
4. 按權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該氣流在所述用于熱轉(zhuǎn)化氧的方法之前被預(yù)熱。
5. 按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于該氣流的所述預(yù)熱通過一個(gè)換熱器與在所述用于熱轉(zhuǎn)化氧的方法之后的氣流逆流地進(jìn)行。
6. 按權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述氫在所述用于分離氫的方法之后經(jīng)受一個(gè)另外的、用于去除氧的催化方法。
7. —種用于從具有氧份額的氣流中分離氫的裝置，該氣流主要由氫、氮、氧、二氧化碳、 一氧化碳、甲垸和/或其它的碳?xì)浠衔飿?gòu)成，其特征在于 一個(gè)可加熱的反應(yīng)器在上游定位在一個(gè)用于執(zhí)行變壓吸附方法的裝置之前。
8. 按權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述反應(yīng)器適合于300°C 與500。C之間的溫度。
9. 按權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于在該反應(yīng)器與該用于執(zhí)行變壓吸附方法的裝置之間設(shè)置一個(gè)換熱器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從具有氧份額的氣流中分離氫的方法以及一種用于執(zhí)行該方法的裝置，該氣流主要由氫、氮、氧、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和/或其它的碳?xì)浠衔飿?gòu)成。該氣流在該變壓吸附方法之前經(jīng)受一個(gè)用于熱轉(zhuǎn)化氧的方法。
文檔編號(hào)B01D53/047GK101323433SQ20081012542
公開日2008年12月17日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者H-J·燦德爾, K-H·霍夫曼, P·萊特格布, U·文寧, W·萊特邁爾 申請人:林德股份公司