DK165223B

DK165223B - Fremgangsmaade samt arrangement til brug ved tryksvingningsadsorption

Info

Publication number: DK165223B
Application number: DK507086A
Authority: DK
Inventors: Kirit Mohanbhai Patel
Original assignee: Uop Inc
Priority date: 1985-02-22
Filing date: 1986-10-22
Publication date: 1992-10-26
Also published as: ZA861321B; KR930006398B1; EP0215843A1; IN166413B; DE3676767D1; KR870700392A; WO1986004831A1; AU5456086A; CN86101847A; DK507086A; AU578807B2; CN1004788B; DK507086D0; EP0215843B1; GR860499B; BR8605491A; EG18067A; US4650500A; MY102034A; ATE59793T1

Description

i

DK 165223 B

Den foreliggende opfindelse angår rensning af gasser i et tryksvingningsadsorptionsarrangement. Mere specifikt angår opfindelsen forbedringer ved genvinding af produktgas i et sådant arrangement.

5 En tryksvingningsadsorptions (PSA) fremgangsmåde tilvejebringer meget ønskelige midler for adskillelse og rensning af mindst én gaskomponent fra en fødegasblanding bestående af nævnte gaskomponent og mindst én selektivt adsorberbar komponent. Adsorption optræder i et adsorberende leje ved et højere adsorptionstryk, idet den selektivt adsorberbare 10 komponent derefter desorberes ved trykreduktion til et lavere desorp-tionstryk. PSA fremgangsmåden er almindeligt anvendt i fler-lejearrangementer. I US patentskrift nr. 3.430.418 anvises en PSA fremgangsmåde og -arrangement, hvori der anvendes mindst fire adsorptionslejer, der er arrangeret for at udføre PSA-behandlingssekvensen cyklisk. Denne 15 sekvens omfatter trykadsorption, medstrøms trykformindskelse til et mellemhøjtryk med frigørelse af frirumsgas fra lejets produktende, modstrøms trykformindskelse til en lavere desorptionstryk og gentryk-forøgelse til det højere adsorptionstryk. I det amerikanske patentskrift angives det, at den frigjorte frirumsgas frigøres direkte fra 20 det ene leje til et andet leje, der fra begyndelsen er ved sit lavere desorptionstryk. Trykket i de to lejer udlignes derved ved et mellemtryk, hvorefter yderligere frirumsgas frigøres fra det ene leje, når det udsættes for en trykformindskelse til et lavere tryk. Det andet leje udsættes for en yderligere gentrykforøgelse fra mellemtrykket til 25 dets højere adsorptionstryk, i det mindste delvis ved den modstrømstilførsel af produktafløb til produktenden af det leje, som gentryk-forøges.

I en videreudvikling af den kendte teknik anvises der i US patentskrift 30 nr. 3.986.849 anvendelse af mindst syv adsorberende lejer, hvor føde-gasblandingen indføres til fødeenden af mindste to adsorberende lejer i overlappende identiske behandlingscykler ved alle trin af PSA-behandlingssekvensen. Det er inden for faget kendt, at der kan opnås fordele i specifikke udførelses- former ved anvendelse af et andet trykudlig-35 ningstrin ud over det som er omtalt ovenfor. Ved et sådant trin vil et leje, der undergår gentrykforøgelse opnå en yderligere trykudligning med frirumsgassen fra et andet leje til et højere mel 1 emtryk efter lejets trykudligning fra dets begyndende desorptionstryk til et begyndende mellemtryk. Ifølge sidstnævnte amerikanske patentskrift vil hver

DK 165223 B

2 leje på tur undergå tre trykudligningstrin, før den endelige gentryk-forøgelse til det højere adsorptionstryk. I dette patentskrift anvises det også, hvorledes de tre trykudligningstrin udføres på en specifik måde for at opnå en højere produktrenhed ved i alt væsentligt at undgå 5 den urenhedsprofilreversion, som kan optræde ved trykudligning mellem lejerne, således som omtalt i patentskriftet. Inden for faget har det også været overvejet, under visse omstændigheder, at anvende et fjerde trykudligningstrin forud for den endelige gentrykforøgelse med produkt-afløb.

10 PSA-fremgangsmåden udføres generelt i fieri ejearrangementer, for således at tilvejebringe en stort set ensartet produktafløbsstrømning fra adsorptionsarrangementet. En del af produktafløbet, der udtages fra et eller flere lejer, som undergår adsorption ved et højere tryk, anven-15 des til gentrykforøgelse af andre af arrangementets lejer. Det er i US patentskrift nr. 3.430.418 beskrevet, at den sidste del af gentrykfor-øgelsen kun udføres med produktafløbet. For at undgå enhver diskontinuitet i den stort set ensartede produktafløbsstrømning i produktmani-foldet, som fører fra det totale PSA-arrangement, er det almindelig 20 praksis, at en del af produktafløbet kontinuerligt udtages for gen-trykforøgelsesformål.

Som følge af gentrykforøgelsen af lejet, der fra begyndelsen befandt sig ved et lavere tryk samtidigt ved hjælp af både produktafløbsgassen 25 og frirumsgassen, der frigøres fra et andet leje, har det vist sig, at der opnås en noget lavere produktgenvinding, end hvad der ville være resultatet i det tilfælde, hvor en sådan samtidig gentrykforøgelse ikke var ønsket i et praktisk kommerciel drift. Denne effekt blive mere udtalt ved de mærkbart højere gentrykforøgelsesforhold, som anven-30 des, når antallet af lejer i PSA-arrangementet forøges, hvilket medfører en forøgelse af mængden af produktgas, som ikke genvindes fra hvert leje, og som derefter tabes ved modstrøms trykformindskelse og rensning. Et sådant tab af produktgas er, selv om det kan tolereres i lyset af de totale krav for kommercielle udførelsesformer for PSA-35 fremgangsmåden og -arrangementet, ikke desto mindre uønskede, og dets undgåelse vil udvise en yderligere fordel inden for faget.

Det er formålet med opfindelsen at tilvejebringe en forbedret PSA-frem-gangsmåde og -arrangement og med forbedret produktgenvinding.

DK 165223 B

3

Opfindelsen vil herefter blive beskrevet mere detaljeret, idet opfindelsen specifikt angives i de efterfølgende krav.

Fødegas indføres i et PSA-arrangement, der har mindste fire lejer, så-5 ledes at antallet af lejer på højtryksadsorptionstrinnet på et hvilket som helst givet tidspunkt varierer cyklisk mellem "n" og "n-1", hvor "n" er lig med eller større end 2. Adsorptionstiden pr. cyklus er den samme i hvert leje, således at hvert leje i arrangementet modtager samme antal fødemol/cyklus.

10

Ifølge opfindelsen varierer antallet af lejer i højtryksadsorptionstrinnet til et hvilket som helst givet tidspunkt. Ved udøvelse af den i US patentskrift nr. 4.340.398 patenterede opfindelse udtages en del af produktafløbet fra et leje ved et højere adsorptionstryk under 15 trykudligningen mellem et leje, der undergår medstrøms trykformindskelse med frigørelse af frirumsgas fra produktenden deraf, og et leje, der fra begyndelsen var ved et lavere tryk. En sådan del af produktafløbet føres imidlertid ikke til et leje, der fra begyndelsen befandt sig ved et lavere tryk samtidig med frirumsgassen dertil for gentryk-20 forøgelse ved trykudligning, således som det er tilfældet ved den almindelige praksis, der er omtalt ovenfor. En del af produktafløbet føres i stedet til en ydre gentrykforøgelsestank, hvorfra produktafløb føres til endelig gentrykforøgelse af et leje ved afslutning af trykudligningstrinnet i dette leje. Produktgenvindingen forbedres ved den 25 patenterede fremgangsmåde i forhold til den, som er opnåelig i almindelige praksis uden diskontinuitet i den stort set ensartede produkt-afløbsstrømning fra adsorptionsarrangementet.

Den foreliggende opfindelse gør det ligeledes muligt at forbedre pro-30 duktgenvindingen uden diskontinuitet i den stort set ensartede produkt-afløbsstrømning fra adsorptionsarrangementet. Ved udøvelse af opfindelsen opnås sådanne ønskelige resultater imidlertid, uden at det er nødvendigt at anvende en ydre gentrykforøgelsestank i arrangementet og uden behov for at føre en del af produktafløbet til en sådan ydre tank 35 under en delvis gentrykforøgelse af et leje ved trykudligning, således som det er tilfældet i den patenterede fremgangsmåde for at undgå en diskontinuitet i produktafløbsstrømmen fra arrangementet. Således er den totale PSA-fremgangsmåde og -arrangement forbedret ved elmininering af behovet for anvendelse af en sådan ydre gentrykforøgelsestank, der

DK 165223B

4 er beregnet til at lagre produktafløb ved det højere adsorptionsbehandlingsniveau, under opnåelse af den fordelagtige forbedring i produktgenvinding ved ved hjælp af den patenterede fremgangsmåde, opnås med de højere omkostninger til udstyret, som er forbundet med anvendelsen 5 af en ydre gentrykforøgelsestank.

Opfindelsen kan udøves i PSA-arrangementer, der har mindst fire adsor-berende lejer. Hvert leje i arrangementet undergår, cyklisk, en højtryksadsorption, medstrøms trykformindskelse til et mel!emtryk med fri-10 gøre!se af frirumsgas fra lejets produktende, modstrøms trykformindskelse og/eller rensning til et lavere desorptionstryk med frigørelse af gas fra lejets fødeende og gentrykforøgelse til nævnte højere tryk.

I visse udførelsesformer er det hensigtsmæssigt at anvende fra fire til seks adsorberende lejer, medens det i andre udførelsesformer er 15 fordelagtigt at anvende mindst syv adsorberende lejer. Selv om arrangementer med op til 12-14 adsorberende lejer kan ønskes for forskellige anvendelser, og selv om til 16-18 lejer eller mere kan være mulige for visse gasadski11 el sesoperationer, er det særlig nyttigt at tilvejebringe arrangementer med 9 eller 10 lejer for forskellige anvendelser.

20

Det er indenfor faget velkendt, at frirumsgas, der frigøres fra et leje ved dettes medstrøms trykformindskelse, føres til produktenden for et andet leje, der fra begyndelsen befandt sig ved et lavere tryk for at udligne trykket derimellem. I 4-1ejearrangementer er det almindeligt 25 at anvende et sådant trykudligningstrin i den totale PSA-behandlings-cyklus, medens der i 5-1 ejearrangementer hensigtsmæssigt kan anvendes en eller to af sådanne trykudligner, og i 6-1 ejearrangementer vil der almindeligvis anvendes to trykudligningstrin. I arrangementer, der har 7 eller flere adsorberende lejer vil der typisk anvendes mindst to 30 trykudligningstrin, og tre sådanne trin eller endda flere er særligt ønskelige, når antallet af lejer i arrangementet forøges.

Selv om det falder inden for opfindelsens omfang at anvende enten et modstrøms trykformindskelsestrin eller et rensningstrin, med gas ud-35 taget fra fødeenden af lejet ned til at lavere desorptionstrykniveua, er det en generelt foretrukket praksis at anvende både en modstrøms trykformindskelse og et rensningstrin i cyklen. Det bemærkes, at rensningstrinnet kan udføres forud for modstrøms trykformindskelsen, og endda før det sidste af trykudligningstrinnene er udført i en givet

DK 165223B

5 PSA-cyklus. Det foretrækkes imidlertid generelt at anvende rensningstrinnet efter modstrøms trykformindskelse til lavere desorptionstryk. Rensegassen for hvert leje er almindeligvis tilvejebragt ved frigørelse af frirumsgas efter en medstrøms trykformindskelse af et andet leje, 5 dog ikke fra en sådan medstrøms trykformindskelse, hvori den frigjorte frirumsgas anvendes til trykudligningsformål.

Ved udøvelse af PSA-teknologien, således som anvist i de ovennævnte patentskrifter, vil antallet af lejer i arrangementet, antallet af le-jer på højtryksadsorptionstrinnet på et hvilket som helst givet tidspunkt i cyklen og antallet af trykudligningstrin alle variere fra tilfælde til tilfælde afhængigt af de totale krav i enhver given anvendelsessituation. I modsætning til sådan etableret praksis vil føde-gasblandingen ifølge den foreliggende opfindelsen indføres til adsorp-15 tionsarrangementet, således at antallet af lejer i højtryksadsorptionstrinnet til et hvilket som helst givet tidspunkt i cyklen ikke forbliver konstant men varierer cykl i sk.mellem "n" og "n-1", hvor "n" er lig med eller større end 2. Det er underforstået, at den cykliske variation i antallet af lejer i adsorption vil omfatte en regelmæssig gen-20 taget variation mellem n og n-1 med ensartede tidsspring, således at adsorptionstiden for en cyklus er den samme i hvert leje, og således at hvert leje modtager det samme antal fødemol pr. cyklus. I fireel! er fem-lejearrangementer vil n være lig med 2, og antallet af lejer i adsorption vil således variere cyklisk mellem 2 og 1 gennem hele be-25 handlingscyklen eller tidsperioden, hvor arrangementet er i drift. Seks-1ejearrangementer vil almindeligvis have en n-værdi på 2 eller 3, ligesom det er tilfældet med arrangementer, der har et større antal lejer, selv om det indses, at n hensigtsmæssigt kan gøres større, når antallet af lejer, der er anvendt i arrangementet forøges. Med en sådan 30 variation i antallet af lejer i adsorptionstrinnet til et hvilket som helst givet tidspunkt, kan udøvelse af opfindelsen hensigtsmæssigt omfatte, at en del af produktafløbet, der udtages fra et leje, som undergår adsorption ved det højere adsorptionsniveau føres direkte til et leje, som undergår gentrykforøgelse for endelig gentrykforøgelse til 35 nævnte højere adsorptionsniveau ved afslutning af delvis gentrykforøgelse af det leje, som gentrykforøges til et mellemtrykniveau ved hjælp af et eller flere trykudligningstrin. Ifølge den foreliggende opfindelse muliggøres en stort set ensartet produktafløbsstrømning til at blive udtaget fra adsorptionsarrangementet, uden at det er nødven-

DK 165223B

6 digt at føre en del af produktafløbet direkte til lejet, som undergår en gentrykforøgelse under nævnte delvis gentrykforøgelse deraf ved hjælp af en trykudligning. I modsætning til opfindelsen ifølge US patentskrift nr. 4.340.398 vil måden ved udøvelsen af opfindelsen yder-5 ligere fordelagtigt undgå behovet for at føre en del af produktafløbet til en ydre gentrykforøgelsestank under den delvise gentrykforøgelse af et leje ved hjælp af trykudligning. Den foreliggende opfindelse gør det således muligt at forbedre produktgenvindingen ved adskillelse af trykudligningstrinnet og det endelige gentrykforøgelsestrin uden dis-kontinuitet i den stort set ensartede produktaf!øbsstrømning fra· adsorptionsarrangementet, og uden at en del af produktaf!øbet skal føres til en sådan ydre tank under en delvis gentrykforøgelse af et leje ved hjælp af trykudligning med henblik på at undgå en sådan diskontinuitet i produktaf!øbsstrømni ngen.

15 I fire- til seks-1ejearrangementer vil en ønskelig total behandlingscyklus, med antallet af lejer i adsorption varierende cyklisk mellem 2 og 1, omfatte (a) højtryksadsorption med passage af fødegasblandingen til lejets fødeende og udtagning af produktafløb fra produktenden der-20 af, (b) medstrøms trykformindskelse - direkte trykudligning med et andet leje til et øvre mellemtryk, (c) medstrøms trykformindskelse - direkte trykudligning med et forskelligt leje til et mellemtryk, (d) medstrøms trykformindskelse til et lavere mellemtryk, og med den frigjorte frirumsgas anvendt for at tilvejebringe rensegas til et leje, der skal 25 renses, (e) modstrøms trykformindskelse til et lavere desorptionstryk, (f) rensning ved nævnte lavere desorptionstryk, (g) trykudligning med andre lejer for den delvise gentrykforøgelse deraf til nævnte mellem-tryk- og nævnte øvre mellemtrykniveau, og (h) endelig gentrykforøgelse fra det øvre mellemtryk til nævnte højere adsorptionstryk. Således som 30 indikeret ovenfor er det almindeligvis ønskeligt, at der i behandlingscyklen inkluderes tre medstrøms trykformindskelsestrin, hvor frirums-gas, der frigøres fra et lejes produktende, føres til andre lejer for trykudligningsformål ved mellemtrykniveauer, når PSA-arrangementerne har mindst syv adsorberende lejer. Det er generelt også ønskeligt at 35 tilvejebringe et yderligere medstrøms trykformindskelsestrin, hvor frirumsgas, der frigøres fra lejets produktende, anvendes for at tilvejebringe rensegas til et leje, der skal renses før gentrykforøgelse. Ved almindeligvis foretrukket drift udføres medstrøms trykformindskelsen -tilvejebringelse af rensegas - trinnet efter det tredje af medstrøms 7 trykformindskelse - trykudligningstrinnene og før påbegyndelsen af modstrøms trykformindskelsestrinnet i lejet. Således som indikeret ovenfor udføres rensetrinnet i et hvilket som helst leje almindeligvis efter afslutning af modstrøms trykformindskelsestrinnet i dette leje 5 og før det delvis gentrykforøges ved trykudligning med et andet leje.

Opfindelsen vil herefter blive beskrevet yderligere under henvisning til et illustrerende eksempel på en udførelsesform med ti adsorberende lejer, der drives cyklisk i overensstemmel se med den totale behand-10 lingscyklus, der er vist i efterfølgende tabel. Det indses, at opfindelsen ikke skal opfattes som værende begrænset til de specifikke træk ved den i eksemplet beskrevne fremgansmåde samt arrangement, da eksemplet ganske enkelt angår en ønsket udførelsesform, der er beregnet til at vise driften for PSA-fremgangsmåden og -arrangementet ifølge den 15 foreliggende opfindelse, således som angivet heri, og således som anført i kravene.

20 TABEL

Leje nr. Cyklus 25 7l A )\2 131 PP 1 BD\ P l3l?| 1 \ΊΓ 2 R i a 1 /1?131 pp M >~~7T7; 3 7[T r a pr ied p ΓΓ 4 pkm; R å 1; l?|3| pp ^ m p~ 30 5 P 1317TT R Å |;|?|3| PP w smpepi p m;|/ ~ a I;I?)31pp’

7 ~pp m p |3|>|/"T"| å m/[T

8 2\1\ PP lad P I3l?|/ ~R A ΓΓ pp lad p 131^I;" r a

35 bl A I? I?l3l PP &>1 P 131?1; I R A

DK 165223B

8 I tabellen, der vedrører et ti-lejearrangement, hvori der anvendes tre medstrøms trykformindskelses - trykudligningstrin og ét medstrøms trykformindskelse - tilvejebringelse af rensegas-trin, repræsenterer A højtryksadsorption, tallene 1,2 og 3 repræsenterer henholdsvis det 5 første, andet og tredje medstrøms trykformindskelse - direkte trykudligningstrin mellem et leje, som har afsluttet sit adsorptionstrin ved et højere adsorptionstryk og lejer som gentrykforøges, PP repræsenterer et medstrøms trykformindskelse - tilvejebringelse af rensegas-trin, hvori frigjort frirumsgas føres direkte til et andet leje 10 for renseformål, BD repræsenterer modstrøms trykformindskelse- eller afblæsningstrin til et lavere desorptionstryk, P repræsenterer et ren-setrin ved lavere adsorptionstryk, og R repræsenterer gentrykforøgelse til det højere adsorptionstryk. Det ses, at antallet af lejer i adsorptionstrinnet A varierer cyklisk mellem tre og to ved identiske tids-15 spring gennem hele behandlingscyklen. Desuden ses det, at adsorptions-tiden pr. cyklus ér den samme i hvert leje, således at hvert leje modtager det samme antal fødemol/cyklus. R udføres ved at aflede en del af produktafløbet, der udtages fra hvert leje under adsorptionstrinnet A og føre det fra arrangementet med højere adsorptionstryk for passage 20 til et leje efter afslutning af en delvis gentrykforøgelse ved trykudligningstrinnene 3,2 og 1 respektivt. Det indses fra den i tabellen illustrerede behandlingscyklus, at den del af produktafløbsgassen, der anvendes for gentrykforøgelse, kontinuert kan føres til det leje, som gentrykforøges. I de andre behandlingstrin i lejet 1 ses, at lejerne 25 2-10, i rækkefølge, undergår gentrykf orøgelsestrin Ri lige store tids spring, hvorefter lejet 1 gentrykforøges i samme størrelsesmæssige tidsspring. Således kan gentrykforøgelsesdel en af den totale cyklus udføres kontinuert, uden det er nødvendigt at føre en del af produktafløbet direkte til det leje, som undergår gentrykforøgelse under den delvise 30 gentrykforøgelse deraf ved trykudligning og uden at lede en del af produktafløbet til en ydre gentrykforøgel seslagringstank under den delvise gentrykforøgelse af et leje ved trykudligning, idet der ikke desto mindre samtidig opretholdes en stort set ensartet produktafløbsstrømning fra adsorptionsarrangementet uden diskontinuitet eller tab 35 ved produktgenvinding, som er nødvendige i kendte fremgangsmåder. I den illustrerede ti-lejecyklus ses det, at adsorptionstrinnet A, hvor fødegasblandingen føres til lejet ved højere adsorptionstryk, og hvor produktafløb udtages ved nævnte trykniveau, har en trintid på 25% af den totale cyklustid i hvert leje. Denne udøvelse af opfindelsen kan

DK 165223B

9 medføre en væsentlig forbedring af produktgenvindingen med en forbedring på 1% til 2% muliggjort i visse praktiske anvendelsessituationer afhængigt af den adskillelse, der skal opnås og de driftsbetingelser, der er. anvendt i sådanne anvendelsessituationer. Den offikostningsfor-5 øgelse, der er forbundet med udøvelse af opfindelsen, har vist sig at være meget lille. Der kræves ingen yderligere apparatur for udøvelse af opfindelsen i forhold til det som anvendes i konventionelle PSA-enheder, og opfindelsen kan let anvendes i forbindelse med eksisterende PSA-enheder alene med en lille ændring i den anvendte styringspro-10 gram.

PSA-fremgangsmåden og -arrangementet ifølge den foreliggende opfindelse kan anvendes for selektivt at adsorbere i det mindste én eller flere let adsorberbare komponenter fra en fødegasblånding, som inde-15 holder nævnte komponent og en mindre let adsorberbar komponent på en meget fordelagtig praktisk måde. En ønsket produktafløbsgas, der omfatter den mindre let absorberbare komponent kan således adskilles fra kommercielt tilgængelige fødegasblåndinger og renses i ønskelige kommercielle anvendelsessituationer, der er forbedret ved udøvelse af op-20 findel sen. Opfindelsen kan for eksempel anvendes til adskillelse og rensning af mindre let adsorberbar hydrogen, der optræder som en større komponent i en fødegasblånding, der også indeholder carbondioxid som en selektivt mere let adsorberbar komponent typisk sammen med en eller flere yderligere mindre komponenter, der skal fjernes som uønske-25 de urenheder, for eksempel nitrogen, argon, kulmonooxid, let mættede og umættede kulbringer, aromatiske lette svovlforbindelser og lignende. Fagfolk på området vil indse, at opfindelsen også kan anvendes til andre ønskelige adskillelser, som for eksempel adskillelse og rensning af methan fra blandinger deraf med kuldioxid, ammoniak, hydrogensulfid 30 og lignende samt anvendelse til luftadskillelse.

Ved udøvelse af opfindelsen indses det, at PSA-arrangementerne, der anvendes, nødvendigvis vil inkorporere forskellige ledninger, ventiler og andet reguleringsudstyr for at tilvejebringe de adsorberende lejers 35 nødvendige omskiftning fra et behandlingstrin til det næste i en hensigtsmæssig sekvens. Konventionelle ledninger og reguleringsmidler, som er kendte i faget, anvendes til sådanne formål..Der er således tilvejebragt ledningsorganer for indføring af fødegasblandingen til adsorptionarrangementet, og sådanne organer er beregnet til at tilveje-

DK 165223B

10 bringe en variation af antallet af lejer i højtryksadsorptionstrinnet cyklisk mellem n og n-1, hvor n er identisk med eller større end 2 gennem hele behandlingscyklen i arrangementet med cyklen reguleret således som illustreret i tabellen, således at hvert leje har samme 5 adsorptionstid pr. cyklus. Der er tilvejebragt reguleringsorganer for at føre den del af produktafløbet, som recirkuleres for gentrykforøgelsesformål , til et leje, som undergår gentrykforøgelse, efter afslutning af en delvis gentrykforøgelse ved trykudligning. I arrangementet ifølge opfindelsen, der er beregnet til udøvelse af en specifik 10 cyklus i overensstemmelse med de ovenstående angivelser, vil en del af produktafløbsgassen, der recirkuleres for gentrykforøgelsesformål, ikke reguleres for at blive ført til et leje under delvis gentrykforøgel se ved trykudligning. Der anvendes heller ikke en ydre gentrykforøgel seslagringstank til lagring af produktafløb under nævnte trykudlig-15 ningstrin. Derimod vil reguleringsorganerne muliggøre en stort set ensartet produktafløbsstrømning fra adsorptionsarrangementet, medens den del deraf, der er nødvendig for leje-gentrykforøgelse, i rækkefølge, føres direkte til hvert leje i arrangementet i gentrykforøgelsestrinnet R i nævnte leje.

20

Det indses, at forskellige ændringer og modifikationer kan foretages i den ovenfor beskrevne opfindelse indenfor opfindelsens omfang, således som angivet i kravene. Således som beskrevet ovenfor kan den ønskede gasadskillelse, antallet af lejer i arrangementet, antallet af lejer i 25 adsorption, det vil sige n og n-1, antallet af anvendte trykudligninger, tilvejebringelse eller ikke af rensetrin alle varieres afhængigt af de specifikke omstændigheder for en givet anvendelsessituation. Det skal desuden bemærkes, at selv om opfindelsen er beskrevet under henvisning til udførelsesformer, hvori der anvendes direkte trykudligning 30 og rensetrin, hvor gas føres direkte fra et adsorberede leje til et andet, er det også inden for opfindelsens omfang muligt at anvende en direkte trykudligning og tilvejebringe rensetrin, hvor medstrøms trykformindskelsesgas føres til ydre tanke for passage derfra til specifikke lejer i arrangementet i overensstemmelse med de specifikke PSA-be-35 handlingscykler. Indenfor faget er det også kendt at anvende kombinationer af direkte og indirekte trykudligninger og tilvejebringe rensetrin, og den specifikke sekvens af sådanne trin er ikke kritisk i forbindelse med opfindelsen,, forudsat at antallet af lejer i adsorption varieres cyklisk for opnåelse af den ønskede forbedring i produktgen-

DK 165223 B

11 vinding i forhold til konventionel praksis uden at ty til de ydre gentry kforøgel seslagringstanke, der er beskrevet i US patentskrift nr. 4.340.398. Fagfolk på området vil indse, at driftsbetingelserne, for eksempel højere adsorptionstryk, lavere desorptionstryk og mellemtryk-5 niveauer kan variere fra anvendelsessituation til anvendelsessituation, ligeså som det er tilfældet med det selektive adsorberingsmiddel, som anvendes i en givet gasseparation. Det specifikke adsorberingsmiddel, som anvendes for enhver givet gasseparationsdrift, vil selvfølgelige afhænge af den specifikke separation, der udføres, og ådsorberingsmid-10 let vil have en selektivitet for én komponent i fødegasblandingen i forhold til en anden, typisk for urenhedskomponenten i forhold til den ønskede produktkomponent. Egnede absorberingsmidler, der er velkendte i faget, omfatter zeolitmolekylsier, aktiveret kul, si 1 i kagel, aktiveret aluminium og lignende. Zeolitmolekylsier er almindeligvis ønske-15 lige adsorberingsmidler ved adskillelse og rensning af hydrogen, der er indeholdt i blandinger med kuldioxid, nitrogen og lignende. Det indses også, at fordelene ved den foreliggende opfindelse, der er beskrevet udtrykt ved forbedret produktgenvinding uden behov for at tilvejebringe yderligere ydre gentrykforøgelseslagringstanke og tilhørende 20 udstyr, kan anvendes gældende for forbedret renhed ved et givet produktgenvindingsniveau eller kan gælde for en kombination af forbedret renhed og genvinding og ikke alene en forbedret produktgenvinding ved et givet renhedsniveau, selv om sidstnævnte karakterisering mere almindeligt bemærkes ved beskrivelse af de fordele, der opnås ved udøvelse 25 af opfindelsen.

I US patentskrift nr. 4.340.398 omtales tabet af produktgas som værende tolerabel, i konventionel PSA-behandling, på grund af det altovervejende ønske om at undgå en diskontinuitet i den stort set ensartede 30 produktafløbsstrømning fra et PSA-arrangement. Da et sådant tab ikke desto mindre er uønsket, er der ifølge angivelserne i US patentskrift nr. 4.340.398 tilvejebragt en forbedret PSA-fremgangsmåde og -arrangement, hvor produktafløbsgas, der recirkuleres for gentrykforøgelsesformål, afledes til en ydre gentrykforøgelseslagringstank under trykud-35 ligningen i lejet, der gentrykforøges og derefter føres fra den ydre tank til lejet efter afslutning af trykudligningstrinnet. Denne patenterede fremgangsmåde har til formål at forbedre produktgenvindingen uden diskontinuitet i den stort set ensartede produktafløbsstrømning fra arrangementet, men med den omkostningsforøgelse, der er forårsaget

DK 165223B

12 af behovet for tilvejebringelse af en ydre højtrykslagringstank og tilknyttet udstyr. Den foreliggende opfindelse tilvejebringer en åbenlys yderligere fordel inden for faget ved kombinering af de resultater, der kan opnås ifølge US patentskri ft nr. 4.340.398, med elimineringen 5 af behovet for anvendelse af en sådan ydre gentrykforøgelseslagringstank for opnåelse af de ønskede fordele. På denne måde muliggør opfindelsen tilvejebringelsen af en væsentlig fordel i den stadig bestræbelse på at forbedre fordelene ved den højt ønskelige tryksvingningsadsorptionsteknologi og dennes anvendelse ved praktiske kommercielle gas-10 adskillelsesoperationer.

15 20 25 30 35

Claims

1. Tryksvingningsadsorptions-fremgangsmåde til selektiv adsorption af mindst én gaskomponent fra en fødegasblånding i et adsorptionsarrange- 5 ment, der har mindste fire adsorberende lejer, der hver cyklisk undergår højtryksadsorption, medstrøms trykformindskelse til mellemtryk med frigørelse af frirumsgas fra lejet, modstrøms trykformindskelse og/ eller rensning til et lavere desorptionstryk og gentrykforøgelse til det højere tryk, og hvor frirumsgassen, der frigøres fra et leje, føres 10 til produktenden af et andet leje i arrangementet, der fra begyndelsen befandt sig ved et lavere tryk for at udligne trykket derimellem, hvilket andet leje også gentrykforøges ved hjælp af en del af det produkt-afløb, der udtages fra et leje, som undergår adsorption ved nævnte højere tryk, kendetegnet ved, at 15 (a) fødegasblandingen tilføres til adsorptionsarrangementet, så ledes at antallet af lejer i højtryksadsorptionstrinnet på et hvilket som helst givet tidspunkt varierer cyklisk mellem "n" og "n-Γ, hvor "n" er lig med eller større 2 gennem hver behandlingscyklus i arrangementet, hvor adsorptionstiden pr. cyklus er den samme i hvert leje, 20 således at hvert leje modtager det samme fødemol/cyklus, (b) en del af produktafløbet, der udtages fra et leje, som undergår adsorption ved det højere tryk, føres direkte til et leje, som undergår gentrykforøgelse for siutgentrykforøgelse til det højere adsorptionsniveau ved afslutning af en delvis gentrykforøgelse deraf til et 25 mellemtryk ved hjælp af trykudligning, og (c) at en stort set ensartet produktafløbsstrømning udtages fra adsorptionsarrangementet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at produkt-30 afløbet omfatter renset hydrogen.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at adsorptionsarrangementet omfatter fire - seks adsorberende lejer.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at adsorptionsarrangementet omfatter mindst syv adsorberende lejer.

5. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 4, kendetegnet ved, at n er lig med 2. DK 165223 B

6. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 4, kendetegnet ved, at n er lig med 3.

7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 6, 5 kendetegnet ved, at behandlingscyklen i hvert adsorberende leje omfatter: (a) højtryksadsorption med passage af fødegasblandingen til lejets fødeende og udtagning af produktafløb fra produktenden deraf, (b) medstrøms trykformindskelse - direkte trykudligning med et 10 andet leje til et øvre mellemtryk, (c) medstrøms trykformindskelse - direkt trykudligning med et forskelligt leje til et mellemtryk, (d) medstrøms trykformindskelse til et lavere mellemtryk med den frigjorte frirumsgas anvendt for at tilvejebringe rensegas til et leje, 15 der skal renses, (e) modstrøms trykformindskelse til et lavere desorptionstryk, (f) rensning ved det lavere desorptionstryk, (g) trykudligning med andre lejer for delvis gentrykforøgelse deraf til mellemtryk- og øvre mellemtrykniveauerne, og 20 (h) slutgentrykforøgelse fra det øvre mellemtryk til det højere adsorptionstryk.

8. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 6, kendetegnet ved, at behandlingscyklen omfatter tre medstrøms 25 trykformindskelsestrin, hvor frirumsgas, der frigøres fra lejets produktende, føres til andre lejer for trykudligningsformål ved mellem-' trykniveauer.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 8, kendetegnet ved, også at om-30 fatte et medstrøms trykformindskelsestrin, hvor frirumsgas, der er frigjort fra lejets produktende anvendes for at tilvejebringe rensegas til et leje, der skal renses før gentrykforøgelse.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at med-35 strøms trykformindskelsestrinnet for tilvejebringelse af rensegas udføres efter det tredje af sådanne medstrøms trykformindskelses og trykudligningstrin, og forud for påbegyndelsen af modstrøms trykfor-mi ndskelsestri nnet. DK 165223B

11. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 10, kendetegnet ved, at tiden for højtryksadsorptionstrinnet er ca. 25% af den totale cyklustid i hvert leje.

12. Tryksvingningsadsorptionssystem, k e n d e t e g n e t ved at om fatte ledeorganer og kontrolorganer til at udføre fremgangsmåden ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 11. 10 20 25 30 35