JP2006528594A - 水素を製造するための吸着方法および前記方法を行うための装置 - Google Patents

Abstract

原料水素富化ガス（３）をＰＳＡ精製ユニット（１）に供給し、純度の高い水素を製品出口（４）に送り、水素が不足したガスを残留物出口に送る。前記水素が不足したガスを加圧して（９）、ガス状可燃性混合物が循環するライン（１０）に注入する。ガス状可燃性混合物の一部（１２）をＰＳＡユニットの上流で抽出し、加圧し（１３）、ＰＳＡユニット（１）の前記原料に再注入する。前記発明は特に石油化学の現場で使用される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水素を含む第１圧力の原料ガスのＰＳＡユニットにおける圧力スウィング吸着によって水素を製造／精製するとともに、加圧した廃棄物を、第２圧力の燃料ガス流通ネットワーク（同様に水素を含み、その現場またはその近くの様々なユーザーステーションに供給するように意図されている）に送る方法に関する。

水素を原料ガスから製造する従来の装置では、いくらか圧力降下があるにせよ、水素を原料ガスの高圧で生成し、一般的にＰＳＡからの廃棄物をその一部だけ燃料ガス混合物流通ネットワーク（燃料ガスネットワークとして知られている）に低圧で放出する。このネットワークは、大規模な産業サイトにあり、様々なブローダウンから生じ特にボイラーで燃焼させて蒸気を生成することを意図した、中程度の圧力の水素と炭化水素との混合物を運ぶ。

これらのＰＳＡユニットは、抽出効率が制限されるという欠点を持つ。これは、原料ガスからのかなりの割合の水素が廃棄物および燃料ガス混合物ネットワークにおいて失われることを意味する。

７２％をわずかに超える効率から８０％をわずかに超える効率に進歩させるために、ＰＳＡユニットのシリンダ間の均等性を増すことが提案されているが、多額の投資（一般的には個々に大きい、多数の吸着塔）を必要とする。

効率を向上させる第２の方法は、廃棄物を大気圧よりもわずかに高い下げた圧力で抽出して再生圧力を下げることである。それならば、コンプレッサの追加という代償を払って、効率は約９０％の値に達することができる。

さらに、ＰＳＡ廃棄物の一部を加圧して原料ガス中へ再循環することにより約９５％の効率を達成できるが、追加のコンプレッサという代償を払う。

本発明の目的は、著しい間接費なしに、９５％を超えて、１００％に達する、または１００％を超えさえもする効率を得ることを可能とする、改良された水素の製造方法を提案することである。

これを果たすために、本発明による方法は、流通ネットワークからの燃料ガス混合物の一部を取り出す工程と、それをおよそ原料ガスの圧力に加圧する工程と、それを追加の原料ガスとして（例えば、原料ガスと混合させて）ＰＳＡユニットに注入する工程とをさらに含む。

この背景にある推論は以下のとおりである：たとえ水素に富む、例えば７０％を超える水素含有量を持つ原料ガスを用いても、ＰＳＡユニットの効率を増加させると、廃棄物の組成は急速に乏しくなる（抽出効率が８５％を超えるとすぐに３０％に低下する）が、本発明者らは、ほとんどの場合に燃料ガス混合物流通ネットワーク中の水素の含有量がこれらの値を超えていた（一般的に約３５％から５０％）こと、したがって再循環させる廃棄物を使用するよりはむしろ、この水素に富む流体を使用して、ＰＳＡユニットへの二次的な供給を形成することが理にかなっていたことを証明した。

本発明による方法を使用すると、同じ量を製造する場合に、導入する必要がある原料ガスは少なくなるであろうから、それによって、エネルギーの面および投資の面で節約するために、必要な加圧を削減でき、かつ一般的にＰＳＡ装置のサイズを縮小できる。また、同程度の不純物がＰＳＡユニットに導入される場合および／または加圧ガスが同じ量である場合でも、明らかにより多くの水素を処理し、製造量を増加させることができるようになり、上で挙げたように、９８％を超える効率を達成できる。

特別な機能を持つ異なる吸着剤（例えば、活性アルミナ、シリカゲル、活性炭および適切なゼオライト）を用いる複数の床を使用することで、ＰＳＡへの導入の間、主原料ガスに普通は存在しない望ましくない成分を精密に制御することができる。

本発明のその他の対象はこの方法を実施するための装置であって：
少なくとも１つの原料ガス供給パイプと；
燃料ガス混合物流通ネットワークの少なくとも１つのラインと；
原料ガスパイプに接続している１つの入口と、製品ガス出口と、少なくとも１つの廃ガス出口とを持つ、吸着によってガスを分離するための少なくとも１つのＰＳＡユニットと；
廃ガス出口を燃料ガス混合物ラインに接続している第１コンプレッサと；
圧縮可能なガス混合物ラインをＰＳＡユニットの入口、典型的には原料ガスパイプに接続している第２コンプレッサと
を具備する装置である。

本発明のより具体的な特徴によると、第１および第２のコンプレッサは共通のサブアセンブリを使用し、例えば共通の駆動ライン上で異なる加圧段階を構成する。

このような配置によって、ＰＳＡユニットへの二次的な供給物の追加が燃料ガス混合物流通ネットワークから取り出した一部を加圧することによって得られ、従来の解決策と比較してより良好に、水素抽出効率を増加させ、かつＰＳＡユニットの廃棄物の一部を再循環して達成できるよりも、より効率的に行うことを可能とする。

本発明をここで、添付の図面を参照し、非限定的な説明として示される実施形態と関連して説明する。

ただ１つの図は、圧力スウィング吸着１によって水素を製造するＰＳＡユニットを示す。このユニットは、水素を含むガス状混合物から水素を分離することができる少なくとも１つの吸着剤、典型的には活性炭および／またはゼオライトを各々含む、少なくとも４つの吸着塔を具備する。

ＰＳＡユニット１は、パイプ３中の原料ガスを高圧、典型的に１５から４５ｂａｒの間で受け入れる入口２を具備する。パイプ３は例えば接触改質ユニットから通じていて、少なくとも６０％、有利には少なくとも７０％の水素を含む。ＰＳＡユニット１は原料ガスとおよそ同じ圧力で供給パイプ５に供給する出口４を具備し、高純度水素を現場のユーザーステーションに供給する。

ＰＳＡユニット１は少なくとも１つの廃ガス出口７を具備する。この出口７は、水素が乏しく、抽出コンプレッサ９を組み込んでいるパイプ８を介してライン１０に通じている。ライン１０は、現場で、他のユーザーステーション、典型的には産業サイトの能動部分または受動部分を加熱するためのバーナー１１に供給しようとする燃料ガス混合物を運び、少なくとも３０％、有利には３５から５０％の間の水素を含む。

この配置を使用して、廃ガスを、出口７で低圧（約１．１から２ｂａｒ）で抽出し、コンプレッサ９により、ライン１０で得られる圧力（典型的に３から８ｂａｒの範囲にある）まで加圧する。

本発明の１つの態様によると、コンプレッサ１３を組み込んでいるパイプ１２は、ライン１０のパイプ８への接続領域の上流にあるライン１０の点を、原料ガス供給パイプ３に接続している。コンプレッサ１３はライン１０から取り出した燃料ガス混合物の流れの一部をパイプ３の高圧に上昇させ、燃料ガス混合物において得られる利用可能な追加量の水素を原料ガスに再注入する。

本発明の１つの態様によるとコンプレッサ９および１３は、図において線１４で表現しているように、所定のサブアセンブリ、例えば共通のオイルシステム、共通の冷却システム、または共通の駆動システムを共有するように配置されている。

従って、好ましくは、２つのコンプレッサ９および１３を組み合わせて、各々のコンプレッサに向けた１つまたは複数のステージ（stage）を持つ、単一の機械に結合する。前記ステージはピストン、インペラ、スクリューであり得る。

このように２つのコンプレッサの機能を統合することによって、投資を約３０％から４０％の規模の節約ができる。

本発明をいくつかの特定の実施形態に関連して説明したが、それらに限定されることはなく、当業者に明らかであろう方法で以下の特許請求の範囲内で改良および変化が可能である。

従って、燃料ガス混合物の流れの一部をＰＳＡユニット１にパイプ１２を介して注入することを、主原料ガス３をＰＳＡユニット１に入れることとは、後者に採用されるサイクルがそれを許すのであれば（特に、数個のシリンダが同時に生産段階にある場合）、別に行ってもよい。

さらに、ＰＳＡユニット１のサイクルに応じて、ＰＳＡユニットの出口７で得られる廃棄物の一部をネットワーク１０に、加圧なしに、例えば吸着塔の減圧の開始時点で直接注入することができる。吸着塔シリンダ内の圧力が減少する場合には、廃棄物をその後コンプレッサを用いて加圧する。

そして、燃料ガス混合物の流れを、ＰＳＡユニットから廃棄物を受け取るネットワーク１０と平行して作動するネットワークから取り出してもよい（この平行ネットワークが少なくとも３０％の水素を含むガス混合物を運ぶのであれば）。

本発明による方法を実施するための装置の概略図。

Claims (11)

1. 水素を含む第１圧力（Ｐ_１）の原料ガスのＰＳＡユニットにおける圧力スウィング吸着によって水素を製造するとともに、加圧した廃棄物を、第２圧力（Ｐ_２）（前記第１圧力（Ｐ_１）より低い）の、水素を含む燃料ガス混合物流通ネットワークに送る方法であって、前記ネットワークを流れる前記燃料ガス混合物の一部を取り出す工程と、それをおよそ前記第１圧力（Ｐ_１）に加圧する工程と、それを追加の原料ガスとして前記ＰＳＡユニットに注入する工程とを含む方法。
2. 燃料ガス混合物の前記一部を前記原料ガスに注入する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第１圧力（Ｐ_１）は約１５から４５ｂａｒの範囲にあり、前記第２圧力（Ｐ_２）は約３から８ｂａｒの範囲にあることを特徴とする請求項１および２記載の方法。
4. 前記廃棄物を前記圧力スウィング吸着ユニットから約１．１から２ｂａｒの範囲にある第３圧力（Ｐ_３）で抽出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記燃料ガス混合物は少なくとも３０％の水素を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
6. 前記燃料ガス混合物は約３５から５０％の水素を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載の方法を実施するための装置であって：
   少なくとも１つの原料ガス供給パイプ（３）と；
   燃料ガス混合物流通ネットワークの少なくとも１つのライン（１０）と；
   前記原料ガスパイプ（３）に接続している１つの入口（２）と、製品ガス出口（４）と、少なくとも１つの廃ガス出口（７）とを持つ、吸着によってガスを分離する少なくとも１つのＰＳＡユニットと；
   前記廃ガス出口（７）を前記ライン（１０）に接続している第１コンプレッサ（９）と；
   前記ライン（１０）を前記ＰＳＡユニットの前記入口（２）に接続している第２コンプレッサ（１３）と
   を具備する装置。
8. 前記第２コンプレッサ（１３）は、前記ライン（１０）を前記原料ガスパイプ（３）に接続しているパイプ（１２）に位置していることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記第２コンプレッサ（１３）は前記ライン（１０）に、前記第１コンプレッサ（９）への後者の接続点の上流で接続していることを特徴とする請求項７または８記載の装置。
10. 前記第１（９）および前記第２（１３）のコンプレッサは共通のサブアセンブリを使用することを特徴とする請求項７から９のいずれか１項記載の装置。
11. 前記第１（９）および前記第２（１３）のコンプレッサは共通の駆動ライン（１４）を有することを特徴とする請求項１０記載の装置。

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