DE60122098T2

DE60122098T2 - Herstellung von Wasserstoff mittels Druckwechseladsorption durch Verwendung von einem mehrschichtigen Adsorptionsbett

Info

Publication number: DE60122098T2
Application number: DE60122098T
Authority: DE
Inventors: Timothy Christopher Allentown Golden; Jr. Edward Landis Macungie Weist
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: ES2269287T3; EP1219337B2; ATE335530T1; EP1219337A2; DE60122098T3; EP1219337B1; US6483001B2; US20030029315A1; US6814787B2; DE60122098D1; ES2269287T5; EP1219337A3; US20020082463A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft Adsorptionsverfahren und genauer eine Druckwechseladsorption (pressure swing adsorption = PSA) zur Trennung schwerer Kohlenwasserstoffe von Gemischen, die Wasserstoff und schwere Kohlenwasserstoffe umfassen.
In Erdölraffinerien steigt der Bedarf an Wasserstoff. Der Wasserstoff wird sowohl für die Reformulierung von Benzin als auch für die Hydroschwefelung gebraucht.
Raffinerien verfügen zwar typischerweise über einen Wasserstoffvorrat aus Dampfmethanreformieranlagen, doch sie haben auch wasserstoffreiche gekrackte Gasströme aus verschiedenen Vorgängen, darunter das katalytische Kracken und Reformieren. Typischerweise werden diese Ströme wegen ihrer Brennstoffwertes verbrannt. Die Gegenwart von Wasserstoff im Brennstoff erhöht die Bildung von NO_x, und der geringe BTU-Wert des Brennstoffs verringert die Produktion aus der Rohöleinheit, weil dem Brenner Grenzen gesetzt sind. Da die Raffinerien danach streben, mehr Wasserstoff aus ihren Anlagen herauszuholen, haben sie ihre Aufmerksamkeit jetzt auf diese gekrackten Gasströme gerichtet. Folglich besteht erhebliches Interesse an der Gewinnung von im Wesentlichen reinem Wasserstoff aus gekrackten Gasströmen aus Raffinerien. Die typischen Beschickungszusammensetzungen sind 20 % Methan, 10 % Ethan, 5 % Propan, 2 % Butan, 0,5 % Pentane und höhere Verbindungen, wobei der Rest aus Wasserstoff besteht. Daher besteht in der Industrie der Wunsch nach der Entwicklung eines Adsorptionssystems, das hochreinen Wasserstoff aus an Wasserstoff reichen gekrackten Gasströmen, die schwere Kohlenwasserstoffe enthalten, erzeugen kann.
Die Herstellung und Gewinnung von Wasserstoff durch Dampf- und/oder Luftreformieren von an Kohlenwasserstoff reichen Gasströmen wie Erdgas, Naphtha oder anderen Gemischen aus Kohlenwasserstoffen mit niedrigem Molekulargewicht ist in der Technik bekannt. Bei PSA-Verfahren wird ein Multikomponentengas bei erhöhtem Druck zu mindestens einem einer Vielzahl von Adsorptionsbetten geleitet, um mindestens eine stark adsorbierte Komponente zu adsorbieren, während mindestens eine Komponente dieses Bett passiert. Im Falle von H₂-PSA ist Wasserstoff die schwach adsorbierte Komponente, die das Bett passiert. Zu einem festgelegten Zeitpunkt wird der Beschickungsschritt abgebrochen und der Druck aus dem Adsorptionsbett in einem oder mehreren gleichgerichteten Schritten weggenommen. Dadurch wird ermöglicht, dass im Wesentlichen reiner H₂ aus dem Bett austreten kann. Dann wird ein gegenläufiger Desorptionsschritt durchgeführt, gefolgt von einer gegenläufigen Spülung und erneutem Druckaufbau. Eine solche H₂-PSA-Verarbeitung ist beispielsweise in US-A-3,430,418 (Wagner), 3,564,816 (Batta) und 3,986,849 (Fuderer et al.) offenbart.
Die Herstellung von hochreinem Wasserstoff aus schwere Kohlenwasserstoffe enthaltenden gekrackten Gasströmen erfordert die Entfernung der am zweitschwächsten adsorbierenden Beschickungsgaskomponente, Methan, aus dem Wasserstoff, der am schwächsten adsorbierten Komponente.
Die Trennung von Methan von Wasserstoff erfordert ein mikroporöses Adsorptionsmittel wie Aktivkohle oder Zeolithe. Die Mikroporosität ist für eine gute Selektivität für Methan gegenüber Wasserstoff erforderlich. Jedoch adsorbieren mikroporöse Adsorptionsmittel wie Aktivkohle C₄₊-Kohlenwasserstoffe sehr stark, die auch unter typischen PSA-Bedingungen nicht wieder desorbiert werden können.
Verschiedene Entwicklungen beziehen sich auf PSA-Prozesse zur Entfernung von Methan aus wasserstoffhaltigen Strömen, die signifikante Mengen an C₆₊-Kohlenwasserstoffen aufweisen (d.h. C_n, wo n ≥ 6). Beispielsweise beschreibt US-A-4,547,205 (Stacey) ein Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff und C₆₊-Kohlenwasserstoffen aus einem Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren. Die Trennung wird dadurch bewirkt, dass die schweren Kohlenwasserstoffe zuerst teilweise auskondensiert werden. Der verbleibende Dampf wird dann komprimiert und gekühlt, um die schweren Kohlenwasserstoffe noch weiter auszukondensieren. Die unter Druck gesetzten unkondensierten Verbindungen werden dann einer PSA zugeführt, um reinen Wasserstoff herzustellen.
In US-A-5,012,037 (Doshi et al.) wird ein integriertes Wärmewechsel-/Druckwechseladsorptionsverfahren zur Gewinnung von Wasserstoff und Kohlenwasserstoff offenbart. Bei diesem Verfahren wird ein Wärmewechseladsorptionssystem verwendet, um schwere Kohlenwasserstoffe aus dem Beschickungsstrom zu entfernen. Ein Druckwechseladsorptionssystem wird dazu eingesetzt, um die verblei benden leichten Kohlenwasserstoffe zu entfernen und einen reinen Wasserstoffstrom zu erzeugen. Von besonderem Interesse sowohl in den Patenten 4,547,205 als auch 5,012,037 ist, dass die C₆₊-Kohlenwasserstoffe vor der PSA entfernt werden.
Andere Patente, die Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen aus Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren offenbaren, umfassen US-A-3,431,195 (Storch et al.) und 5,178,751 (Pappas). Beide diese Patente offenbaren Verfahren, bei dem schwere Kohlenwasserstoffe vor der Einleitung in das PSA-System gekühlt und teilweise kondensiert werden.
US-A-5,250,088 (Yamaguchi et al.) lehrt die Verwendung einer PSA in einem Schichtenbett, um reinen Wasserstoff aus einem gekrackten Gasstrom herzustellen. Diese Erfindung lehrt den Ansatz eines Zweischichtenbetts (Siliciumdioxidgel gefolgt von Aktivkohle), um reinen H₂ zu erzeugen, wobei die schwerste Beschickungsgaskomponente C₅H₁₂ ist. In jüngerer Vergangenheit wurde ein Zweischichtenbettansatz, der dem aus dem Patent 5,250,088 sehr ähnlich ist, für ein C₄H₁₀ enthaltendes Beschickungsgas veröffentlicht (Malek et al., AlChE Journal, Band 44, Nr. 9, 1985–1992 (1998)). In beiden diesen Fällen macht der Prozentsatz des Siliciumdioxidgel enthaltenden Bettes etwa 25 % aus.
Typischerweise wurden integrierte Prozesse unter Beteiligung einer Wärmewechseladsorption (thermal swing adsorption = TSA) und/oder Kühlung dazu eingesetzt, um die Kohlenwasserstoffe vor der Einleitung in das PSA-System zu entfernen. Folglich besteht angesichts der vorstehend beschriebenen Notwendigkeit zur Abtrennung schwerer Kohlenwasserstoffe aus einem Wasserstoff und schwere Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gemisch der Wunsch, Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei denen es nicht nötig ist, vor der PSA eine Wärmewechseladsorption und/oder Kühlung einzusetzen, um die gewünschte Trennung zu erreichen.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung stellt einen verbesserten Druckwechseladsorptionsapparat (PSA-Apparat) zur Verfügung, um schwere Kohlenwasserstoffe von Wasserstoff und schwere Kohlenwasserstoffe umfassenden Gemischen abzutrennen. Der erfindungsgemäße Apparat umfasst mindestens ein Bett, das mindestens drei Schichten aufweist: eine Schicht am Beschickungsende, die ein Beschickungsende-Adsorp tionsmittel mit einer ersten Oberfläche aufweist, die klein genug ist, um einen schweren Kohlenwasserstoff mit mindestens sechs Kohlenstoffatomen von einem leichten Kohlenwasserstoff mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen zu trennen, wobei die erste Oberfläche zu klein ist, um Methan im Wesentlichen von Wasserstoff zu trennen. Ferner umfasst der Apparat eine Schicht am Produktende, die ein Produktende-Adsorptionsmittel mit einer zweiten Oberfläche aufweist, die groß genug ist, um Methan von Wasserstoff zu trennen; und eine Zwischenschicht, die ein Zwischenadsorptionsmittel mit einer Zwischenoberfläche aufweist, die zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche liegt. Die Erfindung stellt auch ein verbessertes PSA-Verfahren zur Verfügung, bei dem der erfindungsgemäße PSA-Apparat eingesetzt wird.
Kurze Beschreibung verschiedener Ansichten der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand folgender Zeichnungen beschrieben, in denen die Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen.
Die Kurven in 1, 2 und zeigen 3 Änderungen in der H₂-Gewinnung im Vergleich zum Prozentsatz des Bettes, der Adsorptionsmittel mit kleiner Oberfläche enthält.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung definiert ein optimales Adsorptionsmittelschichtensystem für die Herstellung von Wasserstoff aus gekrackten Gasströmen, die mindestens sechs Kohlenstoffatome (C₆₊-Kohlenwasserstoffe) enthalten.
In bevorzugten Ausführungsformen wird ein PSA-Apparat zur Verfügung gestellt, der mindestens ein Bett mit mindestens drei Schichten umfasst. Die Adsorptionsmittelschichten umfassen eine Schicht am Beschickungsende, eine Zwischenschicht und eine Schicht am Produktende. Die erfindungsgemäßen Schichten werden außerdem durch 1) ihre Oberfläche und 2) den Prozentsatz der Gesamtbettlänge definiert.
Die Schicht am Beschickungsende enthält ein Beschickungsende-Adsorptionsmittel mit einer ersten Oberfläche, die klein genug ist, einen schweren Kohlenwasserstoff (d.h. einen Kohlenwasserstoff mit mindestens sechs Kohlenstoffato men) von einem leichten Kohlenwasserstoff (d.h. einem Kohlenwasserstoff mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen) zu trennen, wobei die erste Oberfläche zu klein ist, um Methan im Wesentlichen von Wasserstoff zu trennen. Was die Schicht am Beschickungsende angeht, bedeutet "im Wesentlichen trennen", dass die Oberfläche nicht groß genug ist, um H₂ von hoher Reinheit (weniger als 100 ppm CH₄) aus einem gasförmigen Gemisch zu erzeugen, das Methan und Wasserstoff enthält. Das Beschickungsende des Bettes enthält Adsorptionsmittel mit einer kleinen Oberfläche von etwa 20 bis etwa 400 m²/g das etwa 2 bis etwa 20 % der gesamten Bettlänge ausmacht. Das Adsorptionsmittel am Beschickungsende hat einen Teilchengrößendurchmesser von 0,5 bis 3 mm. Bevorzugte Adsorptionsmittel am Beschickungsende sind aktiviertes Aluminiumoxid, Siliciumdioxidgel, Titandioxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid oder Zinkoxid.
Das Bett umfasst außerdem eine Schicht am Produktende, welche ein Produktende-Adsorptionsmittel mit einer zweiten Oberfläche aufweist, die groß genug ist, Methan von Wasserstoff zu trennen, und eine Zwischenschicht mit einem Zwischenadsorptionsmittel. Dieses hat eine Zwischenoberfläche, die zwischen der ersten Oberfläche der Schicht am Beschickungsende und der zweiten Oberfläche der Schicht am Produktende liegt. Die Zwischenschicht enthält ein Adsorptionsmittel mit einer Zwischenoberfläche (von etwa 425 bis etwa 800 m²/g), und die Schicht am Produktende enthält ein Adsorptionsmittel mit einer großen Oberfläche (von etwa 825 bis etwa 2000 m²/g). Das Adsorptionsmittel in der Zwischenschicht macht etwa 25 bis etwa 40 % der gesamten Bettlänge aus, und das Adsorptionsmittel mit großer Oberfläche in der Schicht am Produktende macht etwa 40 bis etwa 73 % des Bettes aus. Das Adsorptionsmittel am Produktende hat einen Teilchengrößendurchmesser von 1 bis 3 mm. Bevorzugte Zwischenadsorptionsmittel sind Siliciumdioxidgel oder Aktivkohle, und die bevorzugten Adsorptionsmittel am Produktende sind Aktivkohle oder Zeolith. Das Adsorptionsmittei der Zwischenschicht hat einen Teilchengrößendurchmesser von 1 bis 3 mm. Diese Schichten aus Adsorptionsmitteln ermöglichen die Einleitung von C₆₊-Kohlenwasserstoffen in die PSA, ohne dass andere Vorbehandlungsprozesse wie TSA oder Kühlung nötig sind.
In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein PSA-Verfahren eingesetzt, um gereinigte Wasserstoffgemische zur Verfügung zu stellen. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet einen erfindungsgemäßen PSA-Apparat. Das PSA-Verfahren umfasst einen Hochdruckadsorptionsschritt, bei dem ein Beschickungsgasge misch, das Wasserstoff und schwere Kohlenwasserstoffe mit mindestens sechs Kohlenstoffatomen enthält, mit hohem Adsorptionsdruck in das Beschickungsende des Adsorptionsmittelbettes eingeleitet wird. Die weniger leicht adsorbierbare(n) Komponente(n) passieren das Bett und werden vom Produktende ausgetragen, wo ein Produktgas mit mindestens 95 % Wasserstoff gewonnen wird.
Das Verfahren ist effektiv für die Trennung von Wasserstoff von Gasgemischen, die schwere Kohlenwasserstoffe und Methan enthalten. Beispielsweise kann in bestimmten Ausführungsformen ein Beschickungsgasgemisch mit etwa 30 bis etwa 95 % Wasserstoff und etwa 0,005 bis etwa 2 % schweren Kohlenwasserstoffen so verarbeitet werden, dass ein Produktgas mit weniger als 1 ppm der schweren Kohlenwasserstoffe und mindestens 99 % Wasserstoff zur Verfügung gestellt wird. Ein Beschickungsgasgemisch, das mindestens 2 % Methan enthält, kann ein Produktgas mit weniger als 100 ppm Methan ergeben.
In der Adsorptionszone werden die leichter adsorbierbaren Komponenten bei einem Adsorptionsdruck und einer Adsorptionstemperatur adsorbiert, und die weniger leicht adsorbierbaren Komponenten passieren die Adsorptionszone. Bevorzugte Drücke in der Adsorptionszone liegen im Bereich von etwa 10 bis etwa 34 Bar (etwa 150 bis etwa 500 psig). Die Temperatur in der Adsorptionszone ist jede beliebige Temperatur, die die Adsorption der leichter adsorbierbaren Komponenten im Beschickungsstrom bewirkt und beträgt vorzugsweise etwa 0 bis etwa 50°C (etwa 32 bis etwa 122°F).
Die Erfindung wird jetzt anhand der folgenden Beispiele im einzelnen erläutert, ist aber selbstverständlich nicht darauf beschränkt.
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)
Die Beschickungsgaszusammensetzung für eine PSA-Simulation war 58,4 H₂, 16,8 % CH₄, 12,9 % C₂H₆, 8,4 % C₃H₈, 2,6 % C₄H₁₀, 0,6 % N₂ und 0,3 % C₅H₁₂. Der Beschickungsdruck betrug 17 Bar bei 25°C (250 psig bei 77°F). Ein Vier-Bett-PSA-Zyklus mit zwei Druckausgleichen wurde simuliert. Die gesamte Bettlänge von 20,3 Fuß wurde (beginnend vom Beschickungsende des Bettes) mit einem Adsorptionsmittel mit kleiner Oberfläche (aktiviertes Aluminiumoxid, 320 m²/g), gefolgt von einem Adsorptionsmittel mit einer Zwischenoberfläche (Siliciumdioxidgel, 750 m²/g) und einem Adsorptionsmittel mit großer Oberfläche (Ak tivkohle, 1200 m²/g) gefüllt. Die Simulation wurde dazu verwendet, die optimale Menge des Adsorptionsmittels mit kleiner Oberfläche zu bestimmen, während die Menge des Adsorptionsmittels mit großer Oberfläche konstant gehalten wurde. So konnte durch die Simulation die Wirkung der Erhöhung der Menge an Adsorptionsmittel mit kleiner Oberfläche auf Kosten des Adsorptionsmittels mit mittlerer Oberfläche bestimmt werden. Das endgültige H₂-Produkt enthielt 6000 ppm N₂ und 20 ppm CH₄.
1 zeigt die Wirkung der Zugabe einer Schicht mit kleiner Oberfläche, d.h. aktiviertes Aluminiumoxid, in das PSA-Bett bei der Wasserstoffgewinnung. Die Grundbeladung des Bettes war 6,6 Fuß (32,5 % des Bettes) Siliciumdioxidgel und 13,7 Fuß (67,5 % des Bettes) Aktivkohle. Die Einleitung von 1,2 Fuß (5,9 % des Bettes) aktiviertem Aluminiumoxid bei Aufrechterhaltung der Menge an Aktivkohle verringerte die Wasserstoffgewinnung um 0,05 Prozentpunkte. Wenn man den Aluminiumoxidabschnitt auf 6,6 Fuß (32,5 % des Bettes) verlängerte und das gesamte Siliciumdioxidgel entfernte, ging die Wasserstoffgewinnung um 1,4 Prozentpunkte zurück. Die Ergebnisse aus 1 zeigen, dass dann, wenn der schwerste im Beschickungsstrom vorliegende Kohlenwasserstoff C₅H₁₂ ist, eine Schicht mit kleiner Oberfläche nicht notwendig ist, um die Leistung der PSA zu optimieren.
Beispiel 2
Man führte eine weitere PSA-Simulation durch, um die Leistung (Wasserstoffgewinnung) eines PSA-Systems für die Herstellung von Wasserstoff zu bestimmen und die Wirkung einer Erhöhung der Menge des Adsorptionsmittels mit kleiner Oberfläche auf Kosten des Adsorptionsmittels mit einer Zwischenoberfläche zu bewerten. Die Beschickungsgaszusammensetzung in diesem Beispiel war 55,9 % H₂, 16,8 % CH₄, 12,9 % C₂H₆, 8,4 % C₃H₈, 2,6 % C₄H₁₀, 0,6 % N₂, 2,3 % C₅H₁₂ und 0,5 % C₆H₁₄. Der Beschickungsdruck betrug 17 Bar bei 25°C (250 psig bei 77°F). Wie im vorstehenden Beispiel wurde ein Vier-Bett-PSA-Zyklus mit zwei Druckausgleichen simuliert. Die gesamte Bettlänge von 20,3 Fuß wurde mit einem Adsorptionsmittel mit kleiner Oberfläche (aktiviertes Aluminiumoxid, 320 m²/g), gefolgt von einem Adsorptionsmittel mit einer Zwischenoberfläche (Siliciumdioxidgel, 750 m²/g) und einem Adsorptionsmittel mit großer Oberfläche (Aktivkohle, 1200 m²/g) gefüllt. Das endgültige H₂-Produkt enthielt 6000 ppm N₂ und 20 ppm CH₄.
2 zeigt die Wirkung der Zugabe von Aluminiumoxid zum PSA-Bett auf die Wasserstoffgewinnung. Im Ergebnis erhöhte die Zugabe von 1,2 Fuß Aluminiumoxid (5,9 % des Bettes) die Wasserstoffgewinnung um 0,2 Prozentpunkte. Die Erhöhung der Schicht von Aluminiumoxid auf 3,0 Fuß (14,8 % des Bettes) verbesserte die H₂-Gewinnung leicht. Wenn man die Menge an Aluminiumoxid auf 6,6 Fuß (32,5 % des Bettes) erhöhte, nahm die Wasserstoffgewinnung im Vergleich zu einem Fall, wo kein Aluminiumoxid vorhanden war, um etwa 1,0 Prozentpunkte ab. Diese Ergebnisse zeigen an, dass dann, wenn C₆H₁₂ im Beschickungsstrom vorhanden ist, die Zugabe einer Adsorptionsmittelschicht mit kleiner Oberfläche am Beschickungsende des PSA-Bettes die PSA-Leistung verbessert. Der Prozentsatz der Gesamtbettlänge, der das Adsorptionsmittel mit kleiner Oberfläche enthält, sollte im Bereich von 2 bis 20 % der Gesamtbettlänge liegen, um eine optimale Leistung zu erzielen.
Beispiel 3
Eine Computersimulation wurde durchgeführt, um den optimalen Prozentsatz der Bettlänge für die Schicht mit der Zwischenoberfläche zu bestimmen, wobei man die gleiche Beschickung und Verfahrensbedingungen wie in Beispiel 2 verwendete. In dieser Simulation wurde der Prozentsatz des Bettes, das Adsorptionsmittel mit kleiner Oberfläche enthielt, konstant gehalten, während die Menge der Adsorptionsmittel mit einer mittleren und einer großen Oberfläche variiert wurde. Die Ergebnisse der Simulation sind in 3 zu sehen. Wenn der Prozentsatz des Bettes, das ein Adsorptionsmittel mit mittlerer Oberfläche (Siliciumdioxidgel) enthält, von 22 % des Gesamtbettes ansteigt, steigt auch die H₂-Gewinnung und erreicht ein Maximum bei 36 % der gesamten Bettlänge. Wenn die Menge der Zwischenoberfläche über 36 % der Gesamtbettlänge steigt, geht die H₂-Gewinnung zurück. Die optimale Beladung des Bettes mit der Schicht mit einer Zwischenoberfläche sollte daher 25 bis 40 % der gesamten Bettlänge ausmachen. Die Schicht mit großer Oberfläche sollte daher 40 bis 73 % der gesamten Bettlänge ausmachen.
Beispiel 4
Es wurde eine letzte Computersimulation durchgeführt, um die Wirkung der Teilchengröße des Adsorptionsmittels mit kleiner Oberfläche auf die PSA-Gewinnung zu bestimmen. Unter Verwendung der gleichen Beschickungs- und Verfahrensbedingungen wie in den Beispielen 2 und 3 wurde ein Bett aus 5,9 % aktiviertem Aluminiumoxid, 26,6 % Siliciumdioxidgel und 67,5 % Aktivkohle mit wechselnden Teilchengrößen des aktivierten Aluminiumoxids simuliert. Wenn der Teilchendurchmesser des aktivierten Aluminiumoxids von 1,8 mm auf 1,0 mm verringert wurde, stieg die H₂-Gewinnung um 0,1 Prozentpunkte an. Dieses Ergebnis zeigt, dass ein Adsorptionsmittel mit kleineren Teilchen am Beschickungsende des Bettes die Gesamtleistung des PSA-Systems verbessern kann.
Der Ansatz der vorliegenden Erfindung besteht darin, schwere Kohlenwasserstoffe in die PSA zu lassen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass man Adsorptionsmittel mit kleiner Oberfläche und großen Poren am Beschickungsende des PSA-Bettes verwendet, die die schweren Kohlenwasserstoffe im Prozess effektiv desorbieren. Da die Adsorptionsmittel mit kleiner Oberfläche nicht die CH₄-Kapazität oder Selektivität haben, die zur Herstellung von hochreinem Wasserstoff erforderlich sind, verwendet die Erfindung auch ein Dreischichtenbett, um reinen H₂ herzustellen, wobei die schwerste Beschickungsgaskomponente C₆ und höhere Kohlenwasserstoffe umfasst.
Die Erfindung wurde zwar im Detail und anhand spezifischer Beispiele beschrieben, doch einem Fachmann wird klar sein, dass verschiedene Veränderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne ihren Sinn und ihren Rahmen zu verlassen.

Claims

Druckwechseladsorptionsapparat, umfassend mindestens ein Bett, das mindestens drei Schichten aufweist: eine Schicht am Beschickungsende, die ein Beschickungsende-Adsorptionsmittel mit einer ersten Oberfläche aufweist, die klein genug ist, um einen schweren Kohlenwasserstoff mit mindestens sechs Kohlenstoffatomen von einem leichten Kohlenwasserstoff mit weniger als sechs Kohlenstoffatomen zu trennen, wobei die erste Oberfläche zu klein ist, um Methan im Wesentlichen von Wasserstoff zu trennen; eine Schicht am Produktende, die ein Produktende-Adsorptionsmittel mit einer zweiten Oberfläche aufweist, die groß genug ist, um Methan von Wasserstoff zu trennen; und eine Zwischenschicht, die ein Zwischenadsorptionsmittel mit einer Zwischenoberfläche aufweist, die zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche liegt.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem die erste Oberfläche etwa 20 m²/g bis etwa 400 m²/g beträgt.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem die Zwischenoberfläche etwa 425 m²/g bis etwa 800 m²/g beträgt.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem die zweite Oberfläche etwa 825 m²/g bis etwa 2.000 m²/g beträgt.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem die erste Oberfläche 20 m²/g bis 400 m²/g, die Zwischenoberfläche 425 m²/g bis 800 m²/g und die zweite Oberfläche 825 m²/g bis 2.000 m²/g beträgt.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem das Beschickungsende-Adsorptionsmittel etwa 2 % bis etwa 20 % einer Gesamtlänge des mindestens einen Bettes belegt.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem das Zwischen-Adsorptionsmittel etwa 25 % bis etwa 40 % einer Gesamtlänge des mindestens einen Bettes belegt.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem das Produktende-Adsorptionsmittel etwa 40 % bis etwa 73 % einer Gesamtlänge des mindestens einen Bettes belegt.
Apparat nach Anspruch 1, bei dem das Beschickungsende-Adsorptionsmittel 2 % bis 20 % einer Gesamtlänge des mindestens einen Bettes belegt, das Zwischenadsorptionsmittel 25 % bis 40 % der Gesamtlänge belegt und das Produktende-Adsorptionsmittel 40 % bis 73 % der Gesamtlänge belegt.
Apparat nach Anspruch 9, bei dem die erste Oberfläche 20 m²/g bis 400 m²/g beträgt, die zwischen Oberfläche 425 m²/g bis 800 m²/g beträgt und die zweite Oberfläche 825 m²/g bis 2.000 m²/g beträgt.
Apparat nach Anspruch 10, bei dem das Beschickungsende-Adsorptionsmittel aktiviertes Aluminiumoxid, Silicagel, Titandioxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid oder Zinkoxid ist, das Zwischenadsorptionsmittel Silicagel oder Aktivkohle ist und das Produktende-Adsorptionsmittel Aktivkohle oder Zeolith ist.
Apparat nach Anspruch 11, bei dem das Beschickungsende-Adsorptionsmittel einen Teilchengrößendurchmesser von 0,5 bis 3 mm hat, das Zwischenadsorptionsmittel einen Teilchengrößendurchmesser von 1 bis 3 mm hat und das Produktende-Adsorptionsmittel einen Teilchengrößendurchmesser von 1 bis 3 mm hat.
Verfahren zur Bereitstellung von gereinigtem Wasserstoff, wobei das Verfahren umfasst: die Bereitstellung eines Apparates nach Anspruch 1; Einspeisen eines Beschickungsgasgemisches, das Wasserstoff und schwere Kohlenwasserstoffe mit mindestens sechs Kohlenstoffatomen enthält, in ein Beschickungsende des Apparates; und Gewinnen eines Produktgases, das mindestens 95 % Wasserstoff enthält, von einem Produktende des Apparates.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Beschickungsgasgemisch 30 bis 95 % Wasserstoff und etwa 0,005 bis etwa 2 % der schweren Kohlenwasserstoffe enthält und das Produktgas weniger als 1 ppm der schweren Kohlenwasserstoffe enthält.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Produktgas mindestens 99 % Wasserstoff enthält.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Beschickungsgasgemisch außerdem mindestens 2 % Methan enthält und das Produktgas weniger als 100 ppm Methan enthält.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Beschickungsgas bei einer Temperatur von 0 bis 50°C in das Beschickungsende des Apparates eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Beschickungsgas mit einem Druck von 10 bis 34 bar (150 bis 500 psig) in das Beschickungsende des Apparates eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Beschickungsgas mit einer Temperatur von 0 bis 50°C in das Beschickungsende des Apparates eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die erste Oberfläche etwa 20 m²/g bis etwa 400 m²/g beträgt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Zwischenoberfläche etwa 425 m²/g bis etwa 800 m²/g beträgt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die zweite Oberfläche etwa 825 m²/g bis etwa 2.000 m²/g beträgt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die erste Oberfläche 20 m²/g bis 400 m²/g beträgt, die Zwischenoberfläche 425 m²/g bis 800 m²/g beträgt und die zweite Oberfläche 825 m²/g bis 2.000 m²/g beträgt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Beschickungsende-Adsorptionsmittel etwa 2 % bis etwa 20 % einer Gesamtlänge des mindestens einen Bettes belegt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Zwischen-Adsorptionsmittel etwa 25 % bis etwa 40 % einer Gesamtlänge des mindestens einen Bettes belegt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Produktende-Adsorptionsmittel etwa 40 % bis etwa 73 % einer Gesamtlänge des mindestens einen Bettes belegt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Beschickungsende-Adsorptionsmittel 2 % bis 20 % einer Gesamtlänge des mindestens einen Bettes belegt, das Zwischenadsorptionsmittel 25 % bis 40 % der Gesamtlänge belegt und das Produktende-Adsorptionsmittel 40 % bis 73 % der Gesamtlänge belegt.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem die erste Oberfläche 20 m²/g bis 400 m²/g beträgt, die Zwischenoberfläche 425 m²/g bis 800 m²/g beträgt und die zweite Oberfläche 825 m²/g bis 2.000 m²/g beträgt.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem das Beschickungsende-Adsorptionsmittel aktiviertes Aluminiumoxid, Silicagel, Titandioxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid oder Zinkoxid ist, das Zwischenadsorptionsmittel Silicagel oder Aktivkohle ist und das Produktende-Adsorptionsmittel Aktivkohle oder Zeolith ist.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem das Beschickungsende-Adsorptionsmittel einen Teilchengrößendurchmesser von 0,5 bis 3 mm hat, das Zwischenadsorptionsmittel ei nen Teilchengrößendurchmesser von 1 bis 3 mm hat und das Produktende-Adsorptionsmittel einen Teilchengrößendurchmesser von 1 bis 3 mm hat.