DE69926526T2

DE69926526T2 - Wiedergewinnung von c02 und h2 aus psa-abgasen in einer h2-produktionsanlage

Info

Publication number: DE69926526T2
Application number: DE69926526T
Authority: DE
Inventors: Satish Reddy; Ravi Ravikumar
Original assignee: Fluor Corp
Current assignee: Fluor Corp
Priority date: 1998-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2019-11-11
Also published as: EP1128893B1; CA2350574A1; AU1171500A; ATE300993T1; EP1128893A1; US6551380B1; EP1128893A4; CA2350574C; WO2000027505A1; AU748793B2; DE69926526D1

Description

Gebiet der Erfindung
Das Gebiet der Erfindung betrifft die Rückgewinnung von Gasen aus dem Abgas in einer Druckwechsel-Adsorptions-Einheit bei Wasserstoffproduktion.
Hintergrund der Erfindung
Die Druckwechsel-Adsorption (PSA, pressure swing adsorption) ist ein allgemein bekanntes Verfahren zur Rückgewinnung von leichten Gasen aus Mischungen, welche auch schwerere, leichter adsorbierbare Komponenten enthalten, wobei die Rückgewinnung von Wasserstoff aus Dampfmethan syngas enthaltend Wasserstoff, Kohlenoxyde, und Methan eine besonders gut geeignete Anwendung des PSA-Verfahrens darstellt.
Ein typischer PSA-Prozess und eine Vorrichtung ist beschrieben im U.S.Patent Nr. 3,430,418 von Wagner and im U.S.Patent. Nr. 3,986,849 von Fuderer. Als Folge der erhöhten Nachfrage nach hoch gereinigten Gasen wurden unterschiedliche Verbesserungen entwickelt, um die Einschränkungen des Originalverfahrens betreffend Flussrate, Kapazität und Ausbeute zu überwinden. Fuderer beschreibt beispielsweise im U.S.Patent Nr. 4,333,744 eine Erhöhung der Ausbeute mittels eines speziellen PSA Lademusters, in welchem ein erster Teil eines Zuführstromes vorbehandelt wird, um wesentliche Anteile einer unerwünschter Komponenten zu entfernen, wobei ein zweiter Anteil in einer unbehandelten Form geladen wird. Obwohl Fuderer's Verfahren die gesamte Menge an gereinigtem Gas zu erhöhen vermag und vorteilhafterweise die Flussrate zu erhöhen vermag, wird das Abgas letztendlich einer Abfallleitung oder einem Reformerbrenner zugeführt, sodass interessante Abgasbestandteile unwiederbringlich verloren gehen.
Um unwiederbringliche Verluste von erwünschten Bestandteilen im Abgasstrom zu vermeiden wurden unterschiedliche Rückgewinnungsverfahren entwickelt. Ein Verfahren zur Rückgewinnung erwünschter Bestandteile verwendet Membranen, welche Wasserstoff im Abgasstrom entweder konzentrieren oder filtrieren. Beispielsweise beschreibt G. Intille im U.S.Patent Nr. 4,229,188 die Verwendung von wasserstoffdurchlässigen Membranen zur Rückgewinnung von H₂ aus dem Abgas. Intille's Membranen entfernen H₂ vorteilhafterweise mit hoher Selektivität in einem einzigen Prozessschritt, wobei die Verwendung derartiger Membranen typischerweise einen relative hohen Druck erfordern, was den Gesamtenergiebedarf erhöht. Um zumindest einige der im Zusammenhang mit wasserstoffdurchlässigen Membranen auftretenden Probleme zu vermeiden lehrt Anand et al. im U.S. Patent Nr. 5,435,836 die Verwendung einer adsorbierenden Membran. Adsorbierende Membranen erlauben üblicherweise eine Rückgewinnung von Wasserstoff bei vergleichsweise niedrigem Druck mit relativ hoher Spezifität. Der Vorteil des relativ tiefen Drucks wird jedoch tendentiell aufgewogen durch die Notwendigkeit die Membran auszuwechseln, was entweder die Komplexität der Wasserstoffanlage erhöht, oder einen diskontinuierlichen Betrieb notwendig macht.
Ein weiteres Verfahren verwendet eine serielle Anordnung von PSA-Einheiten, wobei eine erste PSA-Einheit eine bezüglich der zweiten PSA-Einheit unterschiedliche Selektivität aufweist, und wobei das Abgas der ersten Einheit zum Einlassende der zweiten PSA-Einheit geleitet ist. Ein Beispiel für diese Anordnung ist durch R. Kumar im U.S.Patent Nr. 4,913,709 beschrieben. Kumar's serielle Anordnung von PSA-Einheiten mit Betten nicht identischer Adsorptionsspezifität ist günstig, weil relativ grosse Abgasvolumen pro Zeiteinheit reinigbar sind. Allerdings erhöht sich die Komplexität und Anzahl der koordinierten Zyklusschritte auf Grund der unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften der Adsorptionsbetten.
In einem weiteren Verfahren gemäss U.S.Patent Nr. 4,553,981 von Fuderer, wird das Zuführgas einer PSA-Einheit vorbehandelt, um eine zweite Komponente zumindest teilweise zu entfernen, während die PSA-Einheit eine erste Komponente reinigt. Ein erster Teil des Abgases der PSA-Einheit wird in derselbe PSA-Einheit rezykliert, und ein zweiter Teil des Abgases ist einer Abfallleitung zugeleitet. Alternative dazu ist ein erster Teil des Abgases einer zweiten PSA-Einheit zugeleitet, welche dieselbe Spezifität aufweist, und das Abgas der zweite PSA-Einheit ist einer Abfallleitung zugeführt. Durch das Entfernen der zweiten Komponente vom Zuführgas, bevor das Zuführgas in die PSA-Einheit eintritt, hat das Abgas typischerweise eine höhere relative Reinheit, weshalb ein übrig gebliebener Anteilt der ersten Komponente deshalb leichter entfernt werden kann. Dennoch ist für die zweite Komponente in der Konfiguration von Fuderer's typischerweise ein zusätzliches Reinigen erforderlich.
Eine Gasabscheidungsvorrichtung ist im Stand der Technik beschrieben in US-A-5 669 960. Ein vollständiger Gasstrom wird vor der Reinigung in einer PSA einem Sauergasentfernungssystem unterzogen, um den CO₂ Gehalt zu reduzieren. Eine ergänzende PSA zur weiteren Reinigung des Abfallgases der ersten PSA ist vorgesehen. Das Entfernen von CO₂ ist immer noch in einem Wäscher ausgeführt, bevor der Eintritt in die erste PSA erfolgt.
Zudem ist eine weitere Gasabscheidungsvorrichtungseinheit aus der Beschreibung in US-A-5 669 960 als Stand der Technik bekannt. Dieses System verwendet eine Zweistufen-PSA, wobei die erste Stufe den Grossteil der stärker adsorbierten Komponente entfernt, und wobei die zweite Stufe Spurmengen der stärker adsorbierten Komponente entfernt.
Zudem ist eine Gasabscheidungsvorrichtung aus US-A-5 669 960 bekannt. In dieser Anordnung werden zwei separate PSA-Module eingesetzt. Ein Standard H₂-PSA-Modul scheidet zwei Ströme, ein reines H₂ Produkt und einen Zwischengasstrom. Der Zwischengasstrom wird in einer Kompressorstufe wieder komprimiert und einem CO₂-PSA-Module zugeführt, was einen im Wesentlichen reinen CO₂ Strom ergibt.
Zudem ist eine Gasabscheidungsvorrichtung aus US-A-5 152 975 bekannt. In dieser Gasabscheidungsvorrichtung geht aus der PSA-Einheit hochreiner Wasserstoff und ein zurückgewiesenes Gas hervor. Das zurückgewiesene Gas, welches die PSA-Einheit verlässt, wird zuerst einer Sauergasentfernungseinheit zugeleitet, um Kohlendioxid zurückzugewinnen, bevor das Gas in einen Shiftkonverter eintritt.
Obwohl unterschiedliche Verbesserungen entwickelt wurden um die Rückgewinnungsrate von erwünschten Komponenten im Abgas von PSA-Einheiten zu erhöhen, haben alle oder beinahe alle von ihnen einen oder mehrere Nachteile. Daher besteht ein Bedürfnis nach Verfahren und Vorrichtungen zum Erhöhen der Rückgewinnung erwünschter Komponenten im Abgas einer PSA-Einheit.
Dies wird erreicht durch eine Gasabscheidungsvorrichtung aufweisend die Merkmale von Anspruch 1, und ein Verfahren zum Rückgewinnen einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente eines Abgases einer ersten PSA-Einheit umfassend die Schritte gemäss Anspruch 12.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Dem entsprechend ist die vorliegende Erfindung auf eine Gasabscheidungsvorrichtung ausgerichtet, welche eine erste Druckwechsel-Adsorptions (PSA) -Einheit hat, welche ein Zuführgas erhält, das eine erste und eine zweite Komponente aufweist. Die erste PSA-Einheit produziert ein erstes Produktgas, das vorwiegend die erste Komponente aufweist, und ein erstes Abgas, das zumindest etwas von der ersten und zweiten Komponente aufweist. Ein Kompressor ist mit der ersten PSA-Einheit verbunden, und komprimiert das Abgas um ein komprimiertes Abgas zu erzeugen, und eine bezüglich dem Kompressor stromabwärts angeordnete Absorbereinheit verwendet ein Lösungsmittel um zumindest ein Teil der zweiten Komponente vom komprimierten Abgas zu entfernen, sodass ein angereichertes komprimiertes Abgas gebildet wird. Eine zweite PSA-Einheit empfängt das angereicherte, komprimierte Abgas und erzeugt ein zweites Gasprodukt vorwiegend umfassend die erste Komponente, und ein zweites Abgas. Die Gasabscheidungsvorrichtung kann zudem eine Flash-Einheit und eine Gasverflüssigungseinheit umfassen, welche vorzugsweise ein Autokühlsystem ist.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Gegenstandes ist das Zuführgas ein Abflussgasstrom eines Dampfreformers und/oder eines Shiftumwandlers, und umfasst vorzugsweise H₂ und CO₂ im Überschuss bezüglich CO, CH₄, und anderen gasförmigen Produkten. Die ersten und zweiten PSA-Einheiten sind vorzugsweise Wasserstoff-PSA-Einheiten, und während das Abgas der ersten PSA-Einheit verwendet wird zur Rückgewinnung von ersten und zweiten Komponenten, ist das Abgas der zweiten PSA vorzugsweise einem Reformerbrenner zugeleitet.
In einem weiteren Aspekt des erfindungsgemässen Gegenstandes umfasst ein Verfahren zum Rückgewinnen einer ersten und einer zweiten Komponente eines Abgases einer PSA-Einheit einen ersten Schritt, in welchem das Abgas komprimiert wird, um einen komprimierten Abgasstrom zu erzeugen. In einem nachfolgenden Schritt wird zumindest ein Teil der zweiten Komponente vom komprimierten Abgasstrom zurückgewonnen, um einen angereicherten komprimierten Abgasstrom zu erzeugen. Der angereicherte, komprimierte Abgasstrom wird einer zweiten PSA-Einheit zugeleitet, um zumindest ein Teil der ersten Komponente zurückzugewinnen.
Verschiedene Zwecke, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen dieselben Nummern dieselben Komponenten repräsentieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Rückgewinnung einer ersten und einer zweiten Komponente aus einem Abgas einer PSA entsprechend dem erfindungsgemässen Gegenstand.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung zum Rückgewinnen einer ersten und einer zweiten Komponente aus einem Abgas einer PSA entsprechend dem vorliegenden erfindungsgemässen Gegenstand;
3 zeigt ein Flussdiagramm einer Methode zur Rückgewinnung einer ersten und einer zweiten Komponente aus einem Abgas einer PSA-Einheit entsprechend dem vorliegenden erfindungsgemässen Gegenstand.
Detaillierte Beschreibung
Der Ausdruck "Absorbereinheit", wie dieser vorliegend verwendet wird, bezieht sich auf eine bezüglich einer PSA-Einheit andere Vorrichtung, in welcher zumindest eine Komponente einer Gasmischung unter Verwendung eines Absorptionsmittels aus der Gasmischung absorbiert wird. Die genannten Absorptionsmittel umfassen Flüssigkeiten, und umfassen insbesondere Absorptionsmittel einschliesslich CO₂ absorbierende Flüssigkeiten wie Selexol^TM oder Fluor Solvent^TM (Propylenkarbonat).
Der Ausdruck "Autokühlsystem" bezieht sich auf eine Vorrichtung, welche hoch reines flüssiges CO₂ produziert, unter Verwendung von CO₂ als ein Kühlmittel. Ein besonders genanntes Autokühlsystem ist von S. Reddy in der PCT Anmeldung PCT/US99/00087 beschrieben.
Der hierin weiter verwendete Ausdruck "Wasserstoff-PSA-Einheit" bezieht sich auf eine PSA-Einheit, welche zum Erzeugen eines Produktgasstroms konfiguriert ist, welcher überwiegend Wasserstoff umfasst. Ähnlich ist eine "CO₂-PSA-Einheit" eine PSA- Einheit, welche zum Erzeugen eines Produktgasstroms konfiguriert ist, welcher überwiegend Kohlendioxid umfasst. Der Ausdruck „überwiegend umfasst" bedeutet, dass der Produktgasstrom zumindest 50% Kohlendioxid, Wasserstoff oder eine andere Komponente umfasst, welche überwiegend im einem Produkt vorhanden ist.
Eine Wasserstofferzeugungsanlage 100 umfasst üblicherweise, wie in 1 dargestellt, eine erste PSA-Einheit 110, welche Zuführgas 112 von einer Gasquelle 108 empfängt, wobei das Zuführgas eine erste und zweite Komponente umfasst. Die erste PSA-Einheit 110 erzeugt Produktgas 114, welches überwiegend die erste Komponente umfasst, wobei das Abgas, welches zumindest Teile der ersten und zweiten Komponente der erste PSA-Einheit umfasst, über eine Abgasleitung 116 einem Kompressor 120 zugeleitet ist. Das komprimierte Abgas des Kompressors wird über eine Leitung 126 für komprimiertes Abgas einer Absorbereinheit 130 zugeführt, welche über Lösungsmittelleitung 131A und 131B in Fluid leitender Vermindung mit einer Flash-Einheit 232 steht. Die Flash-Einheit setzt ein konzentriertes gasförmiges CO₂-Produkt 133 frei, welches wahlweise über die Leitung 152 einem Reformer-Brenner 150 zugeleitet werden kann. Alternativ kann gasförmiges CO₂ über eine CO₂-Leitung 137 einer Verflüssigungseinheit 134A zugeführt werden. Das wasserstoffangereicherte komprimierte Abgas der Absorbereinheit 130 wird über die angereicherte komprimierte Abgasleitung 136B einer zweiten PSA-Einheit 140 zugeführt. Die zweite PSA-Einheit 140 produziert Produktgas 142, und das Abgas wird über eine Abgasleitung 146A einem Abfallstrom zugeleitet, oder über eine Abgasleitung 146B einem Reformer-Brenner 150 zugeleitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gasquelle 108 ein Dampf-Reformer, welcher das Zuführgas 112 erzeugt, wobei das Zuführgas mehrheitlich H₂, CO, CO₂, und CH₄ umfasst. Die erste PSA-Einheit 110 ist eine wasserstoffspezifische PSA-Einheit mit 8 Adsorptionsbetten, und einer H₂ Produktionskapazität von etwa 100000 Nm³/Stunde bei Betriebsdrücken zwischen 17.24 und 34.47 barg (250 and 500 psig). Das durch die erste PSA-Einheit erzeugte Produktgas 114 ist Wasserstoff. Der Kompressor 120 ist bezüglich Type ein Zentrifugalkompressor, welcher das Abgas enthaltend H₂, CO, CO₂, und CH₄ von der ersten PSA-Einheit auf etwa 20.68–34.47 barg (300–500 psig) komprimiert. Der Absorber 130 ist bezüglich Typ ein gepackter Bettabsorber, welcher Lösungsmittelabsorption mit Fluor Solvent^TM verwendet, um CO₂ aus dem komprimierten Abgas zu absorbieren, und um dabei ein CO₂-reiches Lösungsmittel und ein Wasserstoff angereichertes komprimierte Abgas zu erzeugen. Das das absorbierte CO₂ enthaltende Lösungsmittel wird zu einer Flash-Einheit transferiert, und das konzentrierte CO₂-Produkt 133 wird wieder gewonnen, indem das CO₂-reiche Lösungsmittel auf etwa 0–3.45 bara (0–50 psia) entspannt wird. Das regenerierte Lösungsmittel wird nachfolgend in den Absorber 130 rezykliert. Die Verflüssigungseinheit 134A ist ein Autokühlsystem, welches CO₂ von der Flash-Einheit erhält und verflüssigt. Das Wasserstoff angereicherte, komprimierte Abgas wird über eine angereicherte komprimierte Abgasleitung 136B einer zweiten PSA-Einheit 140 zugeleitet, welche bezüglich Selektivität identisch zur ersten PSA-Einheit ist. Die zweite PSA-Einheit produziert H₂ als ein Produktgas 142. Das Abgas der zweiten PSA-Einheit wird über eine Abgasleitung 146B einem Reformerbrenner oder über eine Abgasleitung 146A einem Abfall zugeleitet. Alle Leitungen sind konventionelle, druckresistente Leitungen, welche einem Fachmann wohlbekannt sind.
In alternativen Ausführungsformen muss die Gasquelle 108 nicht auf einen Dampfreformer beschränkt sein, sondern kann variieren, abhängig vom spezifischen Verfahren der Wasserstoffproduktion. Wenn relativ hohe Werte an CO vorliegen, kann ein Shiftkonverter einbezogen werden. In anderen Ausführungsformen kann die Gasquelle alternative Wasserstoffquellen umfassen, beinhaltend Quellen welche eine Teiloxidation unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe ausführen, oder eine Kohlenvergasung. Es sollte auch berücksichtig werden, dass die Gasquelle Elemente umfassen kann, welche eher zur Gasreinigung denn zur Gasproduktion verwendet werden. Daher werden Reinigungsvorrichtungen einschliesslich PSA-Einheiten, Absorbereinheiten, usw. in Betracht gezogen. Bezüglich weiteren Aspekten muss die Gasquelle nicht auf eine Quelle beschränkt sein, welche vorwiegend Wasserstoff produziert, sondern kann auch Quellen umfassen, welche N₂, He, Ar, usw. produzieren.
Daher ist das Zuführgas 112 nicht zu beschränken auf eine Gasmischung mit vorwiegend Anteilen von H₂, CO, CO₂, und CH₄. Alternative in Betracht zu ziehende Zuführgase sind Gasmischungen enthaltend C₂-C₆ und höhere Kohlenwasserstoffe, welche kettenförmig sein können oder auch nicht, inerte Gase wie N₂, He, Ar, oder vorbehandelte Gasmischungen, welche mit einer oder mehreren Komponenten angereichert oder abgereichert wurden. Beispielsweise kann eine Gasmischung eines Dampfreformers vorbehandelt werden mit einem Lösungsmittel zur Entfernung von CO₂.
Bezüglich der ersten PSA-Einheit 110 ist festzuhalten, dass, obwohl eine wasserstoffspezifische PSA-Einheit mit 8 Adsorptionsbetten und einer H₂ Produktionskapazität von 100000 Nm3/h bei Verfahrensdrücken zwischen 17.24 und 34.47 barg (250 and 500 psig) bevorzugt ist, verschiedene andere PSA-Einheiten verwendet werden können. Es sind unterschiedliche PSA-Einheiten bekannt und als geeignet erachtet, solange alternative PSA-Einheiten ein PSA spezifisches Produktgas und ein Abgas umfassend zumindest zwei gasförmige Komponenten produzieren. Deshalb muss das Produktgas 114 nicht unbedingt Wasserstoff sein, sondern können – abhängig von der Spezifität der alternativen PSA-Einheiten – auch andere Gase sein, einschliesslich CO₂, CH₄, N₂, CO, usw.
Der Kompressor 120 ist vorzugsweise ein Kompressor vom Zentrifugaltyp, obwohl verschiedene andere Typen von Kompressoren auch in Erwägung gezogen werden können, solange die alternativen Kompressoren fähig sind das Abgas einer ersten PSA-Einheit auf ein Niveau zu komprimieren, welches die Absorption von zumindest einer Komponente mit einem Lösungsmittel in einer nachgeordneten Absorbereinheit erlaubt. Daher können in Betracht gezogene Kompressoren Schraubenkompressoren oder hin- und her bewegliche Kompressoren beinhalten. Bezüglich der Kompression des Abgases der ersten PSA-Einheit ist in Betracht zu ziehen, dass geeignete Kompressoren Drücke von weniger als 3.45 barg, 3.45–13.79 barg, 13.79–27.58 barg, 27.58–41.37 barg, und mehr als 41.37 barg (50 psig, 50–200 psig, 200–400 psig, 400–600 psig, und mehr als 600 psig) produzieren.
In weiteren, alternativen Ausführungen braucht der Absorber 130 nicht auf einen gepackten betttypartigen Absorber limitiert zu sein, welcher Lösungsmittelabsorbtion mit Fluor Solvent verwendet, um CO₂ zu absorbieren. Und weitere alternative Absorbertypen werden ebenfalls in Betracht gezogen, umfassend ein "trayed-type"-Absorber. Desgleichen kann das Lösungsmittel unterschiedlich zu Fluor Solvent^TM sein, solange das Lösungsmittel genügen spezifisch ist bezüglich einer gewünschten gasförmigen Komponente. Beispielsweise kann, wo CO₂ die gewünschte gasförmige Komponente ist, Selexol^TM oder analoge Lösungsmittel vorgesehen werden.
Es ist besonders in Betracht zu ziehen, dass die gewünschte gasförmige Komponente als ein Flashgas vom reichhaltigen Lösungsmittel rückgewonnen wird, (d.h. das Lösungsmittel enthaltend das absorbierte Gas), indem der Druck in einer Flash-Einheit auf einen Wert von vorzugsweise 0–4.48 barg (0–65 psia) reduziert wird. Jedoch werden alternative Druckwerte auch in Betracht gezogen, beinhaltend Drücke innerhalb eines Bereichs von 0 barg (0 psia) bis Absorptionsdruck.
Dies ist besonders vorteilhaft, weil die Dekompression eines reichen Lösungsmittels typischerweise konventionelle Verfahren der Produktion eines angereicherten Lösungsmittels unter Verwendung von beheizten Strippern vermeidet. Trotzdem ist es, wo geeignet, vorgesehen, dass das reichhaltige Lösungsmittel in einem konventionellen Dampf- oder anderweitig geheizten Stripper gestrippt werden kann. Daher ist das Produkt 133 nicht beschränkt auf CO₂ sondern kann auch andere Gase umfassen, einschliesslich CO, CH₄, N₂, usw.
Bezüglich der Verflüssigungseinheit 134A können auch verschiedene andere Typen von Gasverflüssigungen als die Autokühlung in Betracht bezogen werden, einschliesslich Prozesse welche ein externes Kühlmittel wie Ammoniak, Fluorkohlenwasserstoffe, oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe erfordern. Das verflüssigte CO₂ der Verflüssigungseinheit 134A weist vorzugsweise eine Reinheit von grosser als 98% (v/v), noch vorzugsweise mehr als 99% (v/v), und am Bevorzugtesten grösser als 99.9 (v/v) auf.
In weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemässen Gegenstandes muss die zweite PSA-Einheit 140 nicht notwendigerweise von demselben Typ und Kapazität wie die erste PSA-Einheit sein. Es ist beispielsweise vorgesehen, dass, während die Spezifität der zweiten PSA-Einheit identisch zur ersten PSA-Einheit sein mag, die Kapazität, Flussrate oder Anzahl von Adsorbentbetten beträchtlich variieren mag. Wo die Menge der erwünschen Komponenten relative klein ist, kann eine kleinere PSA-Einheit verwendet werden. In anderen Fällen, in welchen verarbeitete Abgase einer Mehrzahl von PSA-Einheiten kombiniert werden zur Versorgung einer einzigen PSA-Einheit, können die zweite PSA-Einheiten eine grössere Kapazität für erhöhte Flussraten aufweisen.
Obwohl es bevorzugt ist, dass das Abgas der zweiten PSA-Einheit einer Abfallleitung oder einem Reformer-Brenner zugeführt ist, kann es vorgesehen sein, dass das Abgas auch für andere Verfahrensschritte verwendet werden kann, welche die darin enthaltene kinetische oder chemische Energie erhalten oder nicht erhalten können. Diese Verfahrensschritte können die Versorgung einer dritten PSA- oder Absorbereinheit umfassen, einen zum Reformer-Brenner unterschiedlichen Brenner, und so weiter. Eine Leitung kann beispielsweise die zweite PSA-Einheit mit einem Reformer-Brenner verbinden. Obwohl nicht spezifisch erwähnt in der bevorzugten Ausführungsform, sollte ebenfalls berücksichtigt werden, dass ein oder mehr als ein Speichergefässe vorgesehen werden können im Verfahren zum temporären Reduzieren des Druckes und/oder des Gasvolumens in der PSA und/oder der Absorber- oder Verflüssigungseinheit.
2 zeigt ein Schema einer anderen Vorrichtung 200 zur Rückgewinnen von Wasserstoff und Kohlendioxid aus Abgas einer PSA. Die Vorrichtung 200 weist im Wesentlichen eine Mehrstufenkompressorkonfiguration auf, mit Kompressoren 212A and 212B, und einen Kühlsystem 214A und 214B, in welchen ein Abgasstrom 210 einer ersten PSA-Einheit komprimiert wird. Das komprimierte Abgas wird zu einer Absorbereinheit 220 transferiert, und ein angereicherter, komprimierter Abgasstrom 226 wird einer zweiten PSA-Vorrichtung (nicht dargestellt) zugeleitet, wo das dem angereicherten, komprimierten Abgasstrom Wasserstoff wieder gewonnen wird. Das CO₂-reiche Lösungsmittel des Absorbers wird unter Kontrolle des Niveaureglers 224 und des Ventils 222 einer Flash-Einheit 230 zugeleitet. Das regenerierte Lösungsmittel wird über die Pumpe 232, das Ventil 234, den Flussregler 236, den Niveauregler 238 und die Leitung 239 in die Absorbereinheit 220 rezykliert. Das Kühlsystem 237 kühlt das regenerierte Lösungsmittel. Ein CO₂-Produktstrom 235 der Flash-Einheit wird zu einer Entlüftung oder einer Verflüssigungseinheit transferiert (welche beide nicht dargestellt sind), wobei der Fluss durch eine Ventil 223 und einen Druckregler 231 reguliert wird.
3 zeigt ein Verfahren 300 zur Rückgewinnung einer ersten Komponente und einer zweiten Komponente aus einem Abgas einer ersten Druckwechsel-Adsorptions (PSA) -Einheit, wobei das Verfahren einen ersten Schritt 310 umfasst, in welchem das Abgas der PSA-Einheit komprimiert wird um einen komprimierten Abgasstrom zu erzeugen. In einem nachfolgenden Schritt 320 wird zumindest ein Teil der zweiten Komponente aus dem komprimierten Abgasstrom rückgewonnen, um einen angereicherten komprimierten Abgasstrom zu erzeugen, und in einem nächsten Schritt 330 wird der angereicherte, komprimierte Abgasstrom einer zweiten PSA- Einheit zugeleitet, um zumindest ein Teil der ersten Komponente rückzugewinnen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste PSA-Einheit eine Wasserstoff PSA-Einheit welche H₂ als ein Produktgas aufweist, und welche ein Abgas enthaltend H₂ und CO₂ produziert. Ein Kompressor komprimiert das Abgas auf einen Druck von etwa 20.69–34.47 barg (300–500 psig), um einen komprimierten Abgasstrom zu erzeugen. Zumindest ein Teil des CO₂ wird in einer Absorber-Einheit unter Verwendung von Fluor Solvent^TM als ein flüssiges Lösungsmitte aus dem komprimierten Abgasstrom rückgewonnen, um einen angereicherten komprimierten Abgasstrom zu bilden (d.h. einen von CO₂ abgereicherten komprimierten Abgasstrom). Der angereicherte komprimierte Abgasstrom wird dann einer zweiten Wasserstoff PSA-Einheit zugeführt.
Für die erste und zweite PSA-Einheit, die Absorbereinheit und den Kompressor gelten bezüglich des Zuführgases, wie in 1 diskutiert, dieselben Überlegungen für dieselben Komponenten. Es ist weiter zu erwähnen, dass die zweite Komponente, welche CO₂ sein kann oder auch nicht, in einigen Ausführungsformen durch Dekompression in einer Flash-Einheit aus dem reichen Lösungsmittel rückgewonnen wird, indem das Lösungsmittel auf einen Druck von etwa zwischen 0–3.45 bara (0–50 psia) abgelassen wird. Die rückgewonnenen zweiten Komponenten können dabei in einer Verflüssigungseinheit weiter isoliert und/oder gereinigt werden, wobei auch zu erwähnen ist, dass die rückgewonnene zweite Komponente auch in einem Dampfreformerbrenner verbrannt werden kann. In weiteren alternativen Aspekten des erfindungsgemässen Gegenstandes können zumindest Teile des zweiten Abgases in einem Dampfreformer verbrannt werden.
Es sollte insbesondere bewusst gemacht werden, dass mit dem erfindungsgemässen Gegenstand eine Mehrzahl von Vorteilen erreicht werden. Während im Verfahren sowohl H₂ als auch CO₂ rückgewonnen werden, erzeugt die zusätzliche Rückgewinnung von Wasserstoff aus dem Abgas einer PSA-Einheit keinen erhöhten Anteil an NOx. Zudem kann die Verbrennungswirtschaftlichkeit des Reformers verbessert werden auf Grund der Abwesenheit von dem niedrigen Joule (BTU) PSA Abgas.
Somit wurden spezifische Ausgestaltungen und Anwendungen zur Rückgewinnung von CO₂ und H₂ aus dem Abgas einer Druckwechsel-Adsorptions-Einheit offenbart.

Claims

Gasabscheidungsvorrichtung, aufweisend: eine erste Druckwechsel-Adsorptions (PSA)-Einheit (110), welche ein Zuführgas (112) erhält, das mindestens eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweist, wobei die erste PSA-Einheit (110) ein erstes Produktgas (114), das vorwiegend die erste Komponente aufweist, und ein erstes Abgas, das zumindest etwas von der ersten Komponente und zumindest etwas von der zweiten Komponente aufweist, produziert, einen Kompressor (120; 212A, 212H), der mit der ersten PSA-Einheit (110) fluidgekoppelt ist und der das Abgas zur Bildung eines komprimierten Abgases komprimiert, eine Absorbereinheit (130; 220) stromabwärts von dem Kompressor (120; 212A, 212B), welche ein Lösungsmittel verwendet, um zumindest einen Teil der zweiten Komponente aus dem komprimierten Abgas zu entfernen, um einangereichertes komprimiertes Abgas zu bilden, welches zumindest teilweise von der zweiten Komponente abgereichert ist, eine Flash-Einheit (132; 230), welche das Lösungsmittel regeneriert und einen Strom von konzentrierter zweiter Komponente produziert, und eine zweite PSA-Einheit (140), welche das angereicherte komprimierte Abgas empfängt und ein zweites Produktgas, das vorwiegend die erste Komponente aufweist, und ein zweites Abgas produziert, wobei die erste und die zweite PSA-Einheit (110, 140) die gleiche Spezifität bezüglich der ersten Komponente aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter eine Verflüssigungseinheit (134A) aufweisend, die mit der Flash- Einheit (132) fluidgekoppelt ist und die den Strom der zweiten Komponente verflüssigt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verflüssigungseinheit (134A) ein Autokühlsystem aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter einen Reformer-Brenner (150) aufweisend, welcher mindestens einen Teil des zweiten Abgases erhält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste PSA-Einheit (110) eine Wasserstoff-PSA-Einheit ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Zuführgas einen Gasstrom von einem Dampfreformer aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Gasstrom vorwiegend H₂, CO₂, CO und CH₄ umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Komponente H₂ ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Komponente CO₂ ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das komprimierte Abgas einen Druck zwischen 20,68–34,47 barg (300–500 psig) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Selexol^TM und Fluor Solvent besteht.
Verfahren zur Abscheidung von Gas, aufweisend: Erhalten eines Zuführgases, das zumindest teilweise eine erste und eine zweite Komponente aufweist, in einer Druckwechsel-Adsorptions (PSA)-Einheit (110), welche ein erstes Produktgas (114), das vorwiegend die erste Komponente aufweist, und ein erstes Abgas produziert, das zumindest etwas von der ersten Komponente und zumindest etwas von der zweiten Komponente aufweist, Komprimieren des Abgases, um einen komprimierten Abgasstrom zu produzieren, mittels eines Kompressors (120; 212A, 212B), der mit der ersten PSA-Einheit (110) fluidgekoppelt ist, Verwenden eines Lösungsmittels mittels einer Absobereinheit (130, 220) stromabwärts vom Kompressor, um zumindest einen Teil der zweiten Komponente aus dem komprimierten Abgases zu entfernen, um einen angereicherten komprimierten Abgas-Stroms zu bilden, welcher zumindest teilweise von der zweiten Komponente abgereichert ist, Regenerieren des Lösungsmittels und Produzieren eines Stroms von konzentrierter zweiter Komponente mittels einer Flash-Einheit (132; 230), und Erhalten des angereicherten komprimierten Abgases in einer zweiten PSA-Einheit (140), welche die gleiche Spezifität bezüglich der ersten Komponente wie die erste PSA-Einheit (110) aufweist und welche ein zweites Produktgas, das vorwiegend die erste Komponente aufweist, und ein zweites Abgas produziert.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Komponente H2 ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zweite Komponente CO2 ist.
Verfahren nach Anspruch 12, weiter aufweisend Rückgewinnen von zumindest einem Teil der Komponente aus dem Lösungsmittel durch Dekomprimierung des Lösungsmittels.
Verfahren nach Anspruch 15, weiter aufweisend Verbrennen von zumindest einem Teil der rückgewonnenen zweiten Komponente in einem Dampf-Reformer-Brenner (150).
Verfahren nach Anspruch 12, weiter aufweisend Verbrennen von zumindest einem Teil des zweiten Abgases in einem Dampf-Reformer-Brenner (150).