CN105592910A - 具有规则的变压吸附方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由进料气体料流生产富集化合物X的气体料流的变压吸附(PSA)方法，所述方法采用至少2个吸附器，其中每个吸附器经受具有高压和低压的压力循环，并包括下述连续步骤：a)在循环的高压下吸附，产生富集化合物X的气体料流；b)减压到循环的低压，产生至少一部分洗脱气体；c)借助洗脱气体在低压下洗脱；d)再加压到高压，其特征在于：压力循环具有对应于压力循环持续时间除以吸附器数的相位时间，并且处于压力循环的高压与低压之间的压力循环的压力的改变使得在至少一部分操作条件变化范围中保持PSA的相位时间等于额定相位时间或在额定相位时间的±5％内，所述额定相位时间对应于设计条件下的PSA的相位时间。

Description

具有规则的变压吸附方法
本发明涉及一种通过吸附处理气体的方法，在该类型的方法中采用变压吸附处理单元，通常称为PSA单元，而且其中所述单元通过均压和/或洗脱气体调整。
PSA单元通常用于进料气体的分离和/或提纯，特别是在生产氢气、氦气或二氧化碳、干燥、分离空气组分等领域。
所用生产基本纯的氢气的“PSA-H2”单元采用不同来源的进料气体，例如由蒸汽重整得到的气体、炼厂气或焦炉气形成，或者由来自乙烯或苯乙烯生产单元的废气形成，或来自低温氢气-一氧化碳分离单元。
通常来说，PSA单元由几个吸附器组成，所述吸附器以一定时间间隔形成操作循环，为了方便随后称为“PSA循环”，其在多至操作的吸附器数的相位时间内均匀分布，而且由基本步骤，即如下步骤组成：
-吸附，基本在循环的高压下进行；
-顺流减压，通常从循环的高压开始；
-逆流减压，通常至循环的低压；
-洗脱，基本在循环的低压下进行；和
-再加压，从循环的低压到循环的高压。
顺流减压通常包括一个或多个均压步骤和至少一个供应洗脱气体的提供吹扫步骤。
再加压通常包括相应的均压步骤和使用产品气或洗脱气体的最终的再加压。
这些步骤限定了PSA的特征性压力。
图1对应于具有3个完整均压的循环，其中用于吸附器减压的均压结束时的压力分别为P1、P2、P3，和用于吸附器再加压的P’1、P’2、P’3，其中在这些参数之间相等(P1＝P’1等)。
洗脱气体本身在P3与P4之间提取。
图2对应于包括不完整均压的循环，其特征在于在吸附器减压和吸附器再加压之间的步骤结束时的残存压差：DP1、DP2、DP3。
图3对应于其中提供吹扫步骤与均压3同时进行的循环。由在P2与P3之间的减压得到的气体在洗脱和均压之间分布。在同时进行的步骤的情况下，分配给洗脱的气体的比例是一个重要的参数。
在循环的高压和低压之间的压力P1、P2、P3、P4等的分级为设定其效能的重要参数之一。
事实上，它们决定了在吸附器之间交换的气体的量和洗脱气体的量。以这种方式它们作用于PSA的提取效率和吸附剂的产率，且由此作用于投资。
在下文中，描述会涉及PSA单元在稳定状态下的操作，即在此期间所述单元处于开车或停车的暂态时期除外，其通常对应于为该目的设置的特殊循环。
稳定状态下PSA单元的主要操作约束条件包括产品纯度。在该操作条件下，此时通常优化PSA单元的处理效能水平(performancelevel)，从而最大化提取效率(产生的气体量/该气体在进料气体中的存在量)，或从而最小化耗能或更通常地，从而降低操作成本或从而最小化投资。
用这种方法得到PSA单元的额定操作循环，其可以直接作为额定操作条件(进料气体的流动速率、被处理气体的流动速率、进料气体组成、单元的操作温度、压力等)的函数来确定。
当操作条件偏离额定条件时，迄今为止提出通过调节额定循环的一个或多个参数调整PSA单元的操作，以保证处理效能水平保持处于预定最小限值之上。这样的方法有两条规则，它们是：
-“生产量”规则，其在于作为进料气体流动速率的函数改变循环的相位时间的持续时间；和
-“纯度控制”规则，其在于作为被处理气体的纯度的函数改变相位时间。
这里可取的是限定对循环时间和相位时间(或更简单地相位)的理解。
如上所述，吸附器因此开始吸附期直到其在高压下停止负载组分，然后通过减压和提取被吸附化合物再生，然后复原，从而再次开始新的吸附期。此时吸附器进行了一个“压力循环”，所述PSA方法的基本原则是将这些循环一个接一个地连接在一起；因此其是一个循环过程。吸附器回到其起始状态所花费的时间称为循环时间。原则上，每一个吸附器以一定时间间隔进行相同的循环，该时间间隔称为相位时间或更简单地相位。因此存在下面关系。
相位时间＝循环时间/吸附器数，可见相位数等于吸附器数。
可以有任意数目N个吸附器，但通常N为2-32，更典型为4-16。
实际上，存在大量用于进行双重(生产量、纯度)规则的选择方案，其结果是在良好纯度和效率条件下同时操作PSA。通常流动速率的变化改变第一阶循环时间且作为校正分析。调整器的作用为调整以保证维持初度。作用可为不对称的，即快速和大的(如果污染增加)，且相反缓慢和测量的(在氢气质量太高的情况下)。作为提醒，存在各种实践以预期氢气纯度的变化，例如在吸附剂床中进行分析，例如在95％的总体积，且并非处于出口或在顺流(均压或提供吹扫)步骤之一过程中分析气体。
该保证效能水平的基本规则通常由额外规则补充。事实上，改变循环时间以使吸收时间与新条件(流动速率、进料组成等)相适应导致以相同方式改变循环的所有相位。取决于循环，可以保持步骤其初始持续时间和增补直到新相位的持续时间(这里假设延长，使用死时间(取决于循环的构型，关闭或不关闭阀)或通过延长一些步骤延长)。如果循环允许，则为了使流动速率尽可能不变，因此延长逆流泄压、提供吹扫和再加压步骤。
最终，在稳定的操作下(这里假设在降低的进料流动速率下)，得到了所需纯度和所用循环的额定效率。
然而，事实是，相对于具体就这种情况所作出的设计，在这些新条件下运行的单元是超设计(overdesign)。摊销初始投资归结为较低氢气产量，因此具体成本更高。在该单元的长操作期内，这种操作是不经济的。
本发明的目的是利用这种超设计以改善生产的经济条件，特别是通过提高提取效率，即通过生产更多适销氢气(如果由于某些原因进料流动速率受到限制)，或通过降低必要的进料气体量，且由此例如降低消耗的天然气量，从而得到通过SMR产生的合成气(如果产量是固定的)。
本发明的一种解决方案是一种由进料气体料流生产富集化合物X的气体料流的变压吸附(PSA)法，该方法采用至少两个吸附器，其中每一个吸附器经受具有高压和低压的压力循环，并且包括下述连续步骤：
a)在循环的高压下吸附，产生富集化合物X的气体料流，
b)减压到循环的低压，产生至少一部分洗脱气体，
c)借助洗脱气体在低压下洗脱，
d)再加压到高压，
其特征在于：
所述方法包括如下规则，其中作为PSA操作条件的函数，改变处于压力循环的高压与低压之间的压力循环的压力。
取决于情况，本发明的方法可以具有一个或多个下述特征：
-PSA操作条件在进料流动速率、进料温度、进料气体组成、低压、高压、所需富气体料流中的化合物X的浓度，以及所需富集化合物X的气体料流的流动速率之间选择；
--压力循环包括至少1次均压，且减压步骤b)包括至少一个第一个顺流减压的子步骤和至少一个第二个逆流减压的子步骤，和经改变的处于压力循环的高压与低压之间的压力循环的压力在均压开始或结束时的压力、洗脱气体生产开始或结束时的压力和逆流减压开始时的压力之间选择；
-选自处于压力循环的高压与低压之间的压力循环的压力通过至少一个均压结束时残存压差改变。然后，根据新规则计算对应于DP1、DP2等(见图2)的设定点；
-改变至少一个至少用于生产洗脱气体的步骤之一开始或结束时的压力，由此使洗脱气体的量和/或质量变化。应注意随着压力降低由减压得到的气体越来越不富含化合物X。通过作用于压力，因此可改变取出的气体量和其组成且对洗脱效率具有双重影响；
-洗脱气体包含一部分由吸附器减压得到的气体料流，和一部分富集化合物X的气体料流或一部分源自另外的单元的富含化合物X的气体料流；
-压力循环具有对应于压力循环持续时间除以吸附器数的相位时间，并且处于压力循环的高压与低压之间的压力循环的压力的改变使得在至少一部分操作条件变化范围中保持PSA的相位时间等于额定相位时间或在额定相位时间的±5％内，所述额定相位时间对应于设计条件下的PSA的相位时间。换句话说，规则使得可使实际循环时间和额定循环时间之差最小。
实例将更详细地描述操作条件变化范围，在此过程中，规则步骤控制PSA。为了有助于理解，据说新规则可例如在进料气体的100％流动速率至60％流动速率之间完全有效，由此导致效率的连续改善。对于60％流动速率，PSA实现其最大可能效能。对于较低的进料流动速率，比如说从额定进料流动速率的60％至30％，该新规则没有提供进一步改善，且可取的是此时使用常规规则。
实际上，仅可实际在非常大的范围内变化的进料气体流动速率通常可导致该操作情况。压力、温度、组成具有较小影响且新规则可在整个变化范围考虑。
-相位时间在一个循环至下一循环在至少一部分操作条件变化范围中保持恒定；
-压力循环包括1-6次，典型地2-5次均压；
-化合物X是氢气；
-化合物X为比CO2较不易吸附的化合物，优选CO，其中CO2在泄压和/或洗脱过程中产生。
本发明方法确实可适用于如下PSA，其中经提质的产品在低压下提取。规则原理此时通常导致产生更纯的低压部分。
“额定条件”可定义为客户设定的所有条件，其决定了单元的设计和它的效能。
例如，对于H2-PSA，考虑进料气体的组成、所需H2纯度、产物流动速率、进料气体压力、生产压力(或单元中的最大压降)和废气的最小压力。这些主要参数中可增加其他条件，所述其他条件将导致任选必须超设计某一设备(例如再生气体组成的最大波动可决定废气生产量的规模)。应注意最小H2提取效率可以是设计数据：此时其将设定在确定PSA循环中提供的最小均压次数。可给出进料气体每一组分的组成范围，而不是进料气体的精确组成。此时设计人员的责任是确定对PSA而言最严格的组成。
实际上，PSA根据可能与额定(设计)条件差别很大的实际条件操作。事实上，取决于其他单元(例如蒸汽重整单元)、设备(交换器、反应器)的维持条件或起始原料(煤的组成、天然气的氮含量等)的操作条件，进料气体的组成、其流动速率、其温度、压力不可能全部等于预测条件。通常观测客户倾向于将最严格的条件(最大流动速率例如对应于上游单元的独特构造，例如反应器中的新催化剂，特别有利的气氛条件等)组合以限定PSA的规格。
因此通常具有更有利的操作条件。
现在将采用下述两个方案更加详细地描述本发明，第一个对应于就循环和基本规则而言标准的H2-PSA单元，第二个根据本发明调整。
以实例方式和非限制性地，选择了7.1.3PSA循环，即所述循环具有7个吸附器，同一时间只有1个处于生产中且3次均压。
在一个相位时间过程中，下面所用表示在于显示7个吸附器的情况。
必要的话，此时可通过每行补充下述步骤构建完整的循环。
表1
Ads Ads
Ed1(dp1＝1巴) Ed2(dp2＝1巴)
Ed3(dp3＝1巴) PP
PP BD
P P
Eup3 Eup2
Eup1+Rep Rep
实际上，当吸附器完成其在循环的高压下的生产相位时(Ads)，其通过均压Ed1和Ed2减压，然后进行第3次均压Ed3，第一个提供吹扫(PP)的步骤。接下来的相位由补充提供吹扫的步骤(使得在一个相位的整个持续时间内产生洗脱气体)和逆流泄压步骤组成。接下来的相位致力于洗脱步骤。接下来的相位对应于在增压Eup3和2下的均压，并且最后的相位由最后的均压Eup1和最后用产物再加压组成(也可通过进料气体再加压)。应注意选择贯穿相位的持续时间内再加压，因此与第一次均压同时，从而保证恒定产物流动速率。这缓慢地限制第一次均压(Ed1)过程中回收的气体，因此略微降低了H2的提取效率。在该循环中，据说3次均压未完成，这是因为处于高压下的吸附器和处于较低压力下的吸附器之间的气体交换在达到总均压之前中断。
在平衡之前中断均压的事实具有某些优点。这里，考虑到投资和PSA的效能之间的经济数据，其对应于最佳折中方案。
具体来说，已知至少对于H2-PSA来说，先验地，增加均压次数(如果高低压条件允许)，达4或5次(正如如下情况，通常用于处理源于如SMR单元的范围为25-30巴(绝对压力)的合成气且其废气在低压下使用(约1.3巴(绝对压力))以供应SMR的燃烧器的单元)，使得可以提高H2提取效率。这导致产率(和因此投资)的损失。
此外，这也为在从由二元甲烷-氢气混合物形成的进料气体生产高纯度氢气方面的出版物“ParametricStudyofaPressureSwingAdsorptionProcess”，AIChE1999，AnnualMeeting，Dallas”所证实。所用的压力循环类似于上述那些。表明均压次数从1次变化到3次使得就效率而言可以增加2.5％，但是不利的是吸附剂量增加40％。
该效果的一种解释为存在的均压次数越多，杂质前端在吸附器中前进的越多，且必须提高其量从而继续保持杂质在内测。应注意实际均压次数不必须是整数(例如2或3)，其对应于各均压完成的事实，但可对应于例如0.75、1.7或2.5。
在PSA的特征化中，例如7.1.3循环，记住数字3意指使用阀的制动件(skid)以及管道系统和吸附器之间的连接件，可进行3次均压。这些均压可出于许多原因未完成且在工艺过程描述中，而是参考实际均压(例如2.5次均压)。参考增加均压次数，例如从2.5变化为2.8，从而表示在吸附器之间的气体交换的增加。2.5或2.8次均压可通过具有3次均压或任选具有4次均压的循环进行-在单元的特征化意义上-如果这些未完成(大的残存DP)。
在操作过程中(在吸附器之间交换的或多或少的气体)的均压的改变因此改变了产率和提取效率二者。
更具体地，在这些均压过程中交换的气体的增加通常(在非常宽的操作区)提高效率和降低产率。为了处理相同量的进料气体和以相同纯度生产，可取的是加速循环以补偿产率的降低。
通过产率作用于效能和投资的另外的参数为洗脱气体的量。
在提供吹扫(PP)步骤过程中取出的洗脱气体量对所述方法能效的影响也是一个已知的事实。为此，通常利用洗脱比P/F，其为即在压力和温度操作条件下，使用的洗脱气体量与循环过程中引入吸附器中的进料气体量的比(以实际立方米计)。前述AIChE文章的图2显示对于1.1-1.2的比值获得最佳值。
在任何情况下，P/F比值应该大于1的事实不限于H2-PSA。因此，在著作“PressureSwingAdsorption”，Ruthven，Farooq，Knaebel中，提出了这一论点，例如在第6章的段落“Purgeflowrate,Airdrying,PSAProcesses”中，其中解释了对于PSA空气干燥器单元来说，推荐P/F比值为1.15。比值为1理论上可以相对于其吸附以前所处的位置使杂质前端移回。此时有效吸附容量最小。
相反，1.2-1.4的比值将导致在再生相位过程中排出更多杂质，且因此提高产率至损害效率的程度。
工业或中试单元的洗脱比的确定可以通过测量进料和气体的洗脱流动速率进行。如显示在AIChE中的文章进行的那样，也可以通过PSA工艺模拟软件确定。
在近期的H2-PSA中，洗脱气体源自一个或多个提供吹扫的步骤，其设置在泄压，更特别是顺流泄压过程中。虽然产生洗脱气体常常发生在最后的均压之后和逆流泄压之前，正如在实例中那样，但存在非常多的变形：与一个或多个均压同时进行的步骤、插在2个连续均压之间的步骤、与逆流泄压开始同时进行等。
在某些PSA，例如相对较旧的H2-PSA中，或对于其他类型的分离来说，洗脱气体可以来源自产物，或甚至在某些特定情况下为单元以外的气体。在本发明的情况下，该补充洗脱，由减压气体造成的补充总是可能的且它的任选存在不改变本发明的主题。显然，该计算必须考虑该额外的流动速率以限定新的规则。
通常来说，洗脱相位在于促进杂质的解吸和通过“使杂质前端移回”清洁产物侧区域。增加洗脱气体量可以更好地消除杂质，并因此需要较小吸附剂量，但这对产量是不利的，因为这消耗最不易吸附的气体。
应注意洗脱气体的质量也影响杂质的解吸。较纯的气体有助于撤退杂质前端且因此使得可以更好地再生吸附剂。通常，由吸附器顺流减压得到的气体随着压力降低越来越不纯。通过改变在生产洗脱气体的步骤开始和/或结束时的压力，总体上存在气体的量和其组成(质量)的变化。
在此应注意由于与减压步骤有关的事实，改变压力通常意味着改变至少两个气体交换。例如参考图5，应理解在第三次均压结束时压力P3下移(通过降低DP3)意味着提高该均压过程中交换的气体的量且降低洗脱气体的量(通过假设P4未变化)。
因此，基于P3–或DP3–的测定的规则必须考虑这两个效果。当前模拟程序能够整合它们并由此可限定最合适的算法。
应注意在模拟该类PSA方法中做出的进步，尤其是必须以收敛的方案获得的计算时间的缩短将很快导致将该类软件并入装设仪器和控制系统以作为操作条件的函数实时计算PSA的最佳操作参数。特别地，在本发明情况下，压力的设定点直接由计算得到。该开发仅使得该新规则原理更有效和更容易实施。
在PSA的情况下(其循环显示在表1和图5中)，作为由客户设定的操作条件和经济条件的函数，因此借助试验或模拟寻求就额定情况而言的最佳经济性，例如对于该H2-PSA来说，该最佳经济性对应于选择吸附器总数(7)、同时处于吸附模式的吸附器数(1)、均压次数(3)和P/F比值等。
对于其他工作条件来说，例如降低的操作条件，利用上述规则，其在于改变相位时间以保持所需纯度。
通常该类型的PSA的相位时间通过如下类型的关系调整：
Tph＝TphN*(Dn/D)*K1*K2*K3*Ki…*KM
其中
·Tph:实际相位时间(对进行中的相位)
·TphN:额定(设计)相位时间
·DN:额定进料流动速率
·D:实际流动速率
·K1:H2纯度系数
·K2:操作条件系数
·K3:与上游或下游周期性操作有关的系数
·Ki
·KM:操作者系数
在许多情况下，一些系数K1…Ki不使用且该规则限于作为流动速率的函数校正。
公式的第一部分Tph＝TphN*(Dn/D)在于使相位时间与要处理的流动速率相适应。如已经提及的，这能使吸附剂在每一相位过程中处理相同量的进料气体。通常采用Nm3，从而通过就压力、温度和必要的话还有密度(后者任选通过分析确定)而言校正过的流量计考虑流动速率。
系数K1是与纯度有关的校正系数。在纯度损失风险情况下，必须缩短相位时间，且在质量太高的情况下，必须延长相位时间。对于所有参数，存在几种把氢气纯度纳入相位时间计算的方法。对于10ppm的可接受杂质阈值，下面的实施例非限制性地描述了其中的一种。
表3
实际上，测得杂质为8-10ppm时不存在校正(K1＝1.0)。在污染的情况下(0.98/0.95)比在纯度过高情况下(1.01/1.02)校正程度要大。
任选增加在所述校正有效之前的时间化，例如对应于整个循环时间。在此，还存在妥协(在纯度过高的情况下)和尽可能快的校正(在污染风险情况下)的趋势。
校正可以涉及未来的相位时间，或工艺允许的话，任选涉及运行中的相位时间。
该规则可被操作者认定为无效的，就此而言，正如大多数校正那样。
系数K2与连续或半连续测得的PSA操作参数有关，其能够随时间变化。仍作为非限制性实例，这可以是进料气体中的氮气含量或低再生压力。通过模拟或试验，该参数对PSA效能的影响，特别是对产率和由此对相位时间的影响是已知的。
这样的校正可以立即使相位时间与新操作条件相适应，而不用等到氢气纯度不再变化(这可能需要一定数目的循环)。即使校正不完善，这也可以限制氢气纯度的变化。
系数K3，其存在的话，考虑的是上游或下游单元的操作，这些单元对PSA的操作是有影响的。一个实例对应于如下情况，其中PSA的进料流动速率周期性地用于再生另外的通过吸附处理气体的单元。在给定的时刻并对于已知期限来说，进料气体将经历其组成的变化，例如在H2-PSA单元的情况下，其进料流动速率用于再生合成气干燥器，使CO含量更高。这里的意见是采取主动并在给定时间内立即校正相位时间。
最后，KM是操作者系数。其通常用在就纯度而言的规则不起作用以后。为了在存在例如扰乱风险的时期内获得就产物纯度而言的大幅利润，操作者决定缩短相位时间，从而保证纯度，即使对提取效率不利。
正如所见，已经产生的这种类型的规则使得可以既保持所需纯度又保持效率。对于PSA，它导致采用比额定相位时间更长的相位时间，因为操作条件更有利。
还应注意：
-如果设计允许，可缩短相位时间，从而能够处理更大的流动速率，即使其意味着在该操作中损失一点点效率。该方式很快受限于机械约束如通过吸附剂床的磨耗速率、阀-其为通过的流动速率或处理时间的限制-废气生产量规模等。
-提供所有参数和系数，从而用各种报警和任选的安全措施使它们保持在限定的范围以内。
该规则的使用则使得可以获得图6的循环，其事实上为起始循环沿着时间轴的延伸。均压结束时的压差不变。由于再加压步骤变长，顾客要求再加压流动速率降低以使波动最小。实际上，通过第一次均压的进行，这导致小的压力变化。相似地，由于流动速率降低，压降降低且这略微改变了压力。实际上，除了这些观测以外压力基本保持相同，且不存在倾向于修改其的规则。
根据本发明的规则本身使得可以从再次计算的相位时间与额定相位时间的差别中受益，从而提高PSA的效能，特别是提取效率。
至于基本规则，存在许多实施该新规则的方法。说明它的最简单方法是再一次从上面描述的传统规则开始。
假设计算结果得到Tph＝1.18TphN。
在这样的情况下，将可以增加均压和/或降低洗脱气体的量和/或质量，这将导致杂质前端在吸附器中向前移动和/或吸附剂再生不太好，且由此导致产率下降。
在相同的进料条件下，将因此必须加速相位时间，从而补偿该引起的产率降低，但是又获得效率提高等。
通过模拟或试验，可取的是在产率、均压次数和洗脱量/质量之间建立起关系。通过将该变化并入调整回路中，将可以使相位时间等于或近似于甚至在更有利的操作的情况下的TphN并产出更多(在恒定进料下效率提高)。
该规则在宽范围的操作条件内使用，尤其是用于更有利的操作条件，但是超过该阈值，可取的是回到标准规则，即增加相位时间。
该阈值可例如对应于其中所有均压均完成和/或洗脱流动速率最小的时刻。
与该类型的其中每一因素与其单独时一样起作用并且其中最后设定点是多次计算和/或校正的结果的规则相比，存在其中通过一个或多个算法同时处理所有数据的规则，作为回应给出该规则的特征(相位时间、阀门开启等)。上文还提及将PSA模拟软件并入规则体系的其他可能。该类体系的使用不质疑提出的规则的优点，而是相反可简化其实施。
应注意在均压过程中吸附器之间的气体交换以及取出用于洗脱的气体量在所有情况下通过开关阀以调节在单元启动过程中通过的流动速率或通过控制阀(其的开启由装设仪器和控制系统控制)控制。
步骤结束时的压力通常为受控阀的设定点。
就本发明而言，对应于需要改变的压力的阀显然为控制阀。正如刚描述的，为了简化规则的实施，设定点优选为步骤结束时的压力，而不是流动速率。然而，原则上，相对于压力调整或相对于流动速率调整等价：结果是交换或取出的气体的量。与选择的规则无关(相对于压力或相对于流动速率)，这导致PSA的内部压力的改变，一个选择用于表征本发明的标准。
图4中的曲线图显示出标准规则和本发明规则之间的差别。
PSA的设计点是曲线图的A点。对于进料气体的额定流动速率(横轴上的100)来说，PSA单元已经用最小相位时间优化-从而得到最小吸附剂量-和所需的提取效率ηA。
这里没有必要回到确定最佳相位时间的细节，其可以基于步骤所需最小持续时间(由于吸附动力学、压降等)或基于在相位时间以内必须保持的一系列步骤。
传统规则通过以与进料流动速率下降成反比的方式增加相位时间使得可保持额定效率ηA。因此，在80％额定流动速率下，相位时间对应于在50％下对应于在33％下对应于
本发明的新规则对应于同一图4上的粗线条。
相对于由流动速率减少引起的设计点，利用PSA的超设计，从而使用较低产率和较高效率的循环。为此，增加均压和降低洗脱气体的量。曲线图中的曲线AB在恒定相位时间下随着效率(增加直到达到对于70％额定流动速率的ηB)移动。
在这种情况下，得到具有3个完全均压的图7的循环。这里使洗脱气体生产结束时的压力P4保持不变，但实际上这可任选通过规则改变(如果这使得可改善效能)。
在给出的在70％以下流动速率的实例中，回到传统规则，即相位时间将增加，但是这使得可以保持最大效率ηB，而不是降低设计效率ηA。
根据设计条件，B点可以对应于如下情况，其中洗脱气体的量变得太低而不能保证所需产物的纯度(在此以下，效能下降并没有提供任何优势)，或到达其中所有均压完成的时刻。
这里可取的是进行一定量的观察。
沿着曲线AB移动通常最佳，这是因为充分利用了超设计，其被转变成了效率。当然可以利用两个所述规则之间的中间办法，通过仅将一部分超设计用于提高效率和同时通过增加相位时间将产物的纯度调节到目标纯度。
效率方面的潜在增加取决于设计所选的点。
对于H2-PSA，在适当额定效率的情况下，可能有几个百分数的增加-例如从86％至88％-或者在初始效率已经很高的情况下，可能有零点几个百分数的增加，例如从89.1至89.5％。然而，可以观察到在第二种情况中，通常一个单元产生大流动速率(大于100000Nm3/h)的氢气，计算的补偿产物达数百Nm3/h。
反之，当从相对低的效率开始时，可以达到非常显著的效率增加(图4的C点)
D点为感兴趣的点。其通常可以以效率损失为代价处理比额定流动速率更多的进料气体。本发明规则通过调节洗脱气体的量还可以找到比简单减小相位时间更好的解决方案。
选择进料气体流动速率，更特别地所处理的流动速率减小作为操作参数使得可以提供作为最直接的实例的就吸附剂量而言的利润。应理解其他参数可具有同样的效果，如额定低压以下的低压，其促进再生。同样，可能还有较纯的进料气体、更有利的进料气体的温度或压力条件等。在这些情况下，通常与氢气纯度有关的校正在规则中是一个首要的决定因素，因为在规则中不能将这些操作参数(压力、组成等)的变化直接考虑在内，而是仅通过引起的效果考虑在内。实际上，在进料流动速率不变下，再生压力的降低将导致处理略微更多的气体，即在恒定进料流动速率下导致增加相位时间以保持所需纯度。此时该相位时间的增加还将使得可以减少用产物的洗脱，从而回到额定的相位时间，并且通过如此做法提高提取效率。
如已经描述的，在更复杂的装设仪器和控制系统的情况下，规则的特征(例如压力的设定点)将能够先验地设定而无需真实的相位时间/额定相位时间差。
作为实例选择的起始循环包括在3次均压各自结束时的压差。同样可以由包括单个不完全均压开始并使其适应以仅倾向于完全的均压。
在几个起初不完全均压的情况下，可取的是作为工艺过程的函数选择最佳规则(同时改变三个DP或连续改变等)。
为了更好地解释本发明的原理，采用了H2-PSA的情况，该PSA方法由于其在各种消耗氢气的工业中的成功，近年来可能已经经历了最多的开发。
这应理解为意指氢气纯度大于95mol％，通常大于98mol％，并且当消耗工艺过程需要时，可以达到大于99.99％的纯度。
但是先验地，本发明由于其基本原则可以适用于最普遍意义上的所有PSA循环，因为在均压次数和/或洗脱气体的量以及产率/效率配对等之间存在关联。
因此，可以设计例如一个PSA单元，其意欲从鼓氧炉气中汽提出CO2，从而在生产纯度足以使其直接或经辅助处理(冷箱、膜、其他吸附单元等)后隔离的CO2时使其再循环。
CO2-PSA循环可以包括辅助步骤如漂洗步骤，它在于在吸附床中在最后的均压结束时的压力下以顺流模式循环一部分CO2产物，从而由吸附剂进口区驱离最轻组分(CO、CH4、H2、N2)，以随后在泄压过程中(逆流减压)回收高度富集CO2的流出物。应注意CO2也可以在洗脱相位从吸附器中提取，或至少在该下一步骤的部分期间内借助(任选)真空泵提取。因此，可以回收含有超过80mol％CO2的气体。
在漂洗步骤过程中在出口回收的气体在吹扫步骤P过程中用于将CO2推回到吸附器的进口端。将在吹扫出口回收的气体排放到单元以外或以进料气体再循环。
更简单地，问题可为从传统(空气燃烧)鼓风炉气中汽提CO2从而将贫CO2的气体再次注入到鼓风炉中。
应注意在后一情况下，在高压下产生的组分X为一种比CO2较不易吸收的组分，例如CO。
任何CO收率的增加导致在高压气体中更多CO，并因此在低压气体，即在CO2中较少CO，因此发现其含量增加。
在其利用比额定条件更有利的操作条件以提高在高压下得到的X的收率的原理下，本发明可因此在经提质的产品为在低压下提取的产品时同样有利。
在这种情况下，增加通常为所述低压产物的纯度的增加。
在能够采用本发明规则的其他PSA应用中，可以非限制性提及氦气的生产或提纯、氧气生产、氮气生产或汽提、烃类分离、气体干燥等。
根据本发明，对于PSA设计的基本应用为优选采用传统吸附剂和标准阀门的具有大流动速率，例如超过100000Nm3/h的加工单元。相位-在上述限定含义以内-将具有优选等于10秒或更长的持续时间，导致循环具有通常超过1分钟，优选至少2分钟的持续时间。
然而，根据本发明的循环也非常适合用于开发中的工艺过程中的新吸附剂结构。
措辞“新结构”应理解为指结构化的吸附剂。所述吸附剂不再呈毫米级颗粒(珠、棒、压碎料、丸粒等)形式，而是具有更复杂的几何形状和几厘米或甚至几十厘米的尺寸。它们可以是整块料、通道平行的接触器、一束平行纤维、吸附剂织物等。循环时间此时通常要短得多，大约几秒或数十秒的数量级。
此时可能特别有利的是保持恒定步骤、相位和循环持续时间(因为它们非常短且难以调节)并改变物理参数如压力。

Claims (9)

1.一种由进料气体料流生产富集化合物X的气体料流的变压吸附(PSA)方法，所述方法采用至少2个吸附器，其中每个吸附器经受具有高压和低压的压力循环，并包括下述连续步骤：
a)在循环的高压下吸附，产生富集化合物X的气体料流，
b)减压到循环的低压，产生至少一部分洗脱气体，
c)借助洗脱气体在低压下洗脱，
d)再加压到高压，
其特征在于：
压力循环具有对应于压力循环持续时间除以吸附器数的相位时间，并且处于压力循环的高压与低压之间的压力循环的压力的改变使得在至少一部分操作条件变化范围中保持PSA的相位时间等于额定相位时间或在额定相位时间的±5％内，所述额定相位时间对应于设计条件下的PSA的相位时间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
-压力循环包括至少1次均压，
-减压步骤b)包括至少一个第一个顺流减压的子步骤和至少一个第二个逆流减压的子步骤，和
-经改变的处于压力循环的高压与低压之间的压力循环的压力在均压开始或结束时的压力、洗脱气体生产开始或结束时的压力和逆流减压开始时的压力之间选择，和
-化合物X为比CO2较不易吸附的化合物，优选CO，其中CO2在泄压和/或洗脱过程中产生。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于由处于压力循环的高压与低压之间的压力循环选择的压力通过至少一个均压结束时的残存压差改变。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于改变至少一个至少用于生产洗脱气体的步骤之一开始或结束时的压力，由此使洗脱气体的量和/或质量变化。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于洗脱气体包含：
-一部分由吸附器减压得到的气体料流，和
-一部分富集化合物X的气体料流或一部分源自另外的单元的富含化合物X的气体料流。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于相位时间在一个循环至下一循环在至少一部分操作条件变化范围中保持恒定。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于压力循环包括1-6次，典型地2-5次均压。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于化合物X是氢气。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于化合物X是比CO2较不易吸附的化合物，其中CO2在泄压和/或洗脱过程中产生。
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