JP5139078B2 - 水素処理装置のための改良水素管理 - Google Patents

Description

本発明は、水素処理装置で用いるための水素濃度を増大するのに、サイクル時間１分未満を有する急速サイクル圧力スイング吸着を用いることにより製油所ストリームを品質向上するための改良水素処理方法に関する。

水素処理は、石油精製業者によって用いられて、多くの製油所ストリームの特性、従ってその価値が向上される。これらの水素処理装置には、水素化、水素化分解、水素異性化、および水素添加処理装置が含まれる。水素処理は、一般に、炭化水素原料を、水素処理反応槽または域において、適切な水素処理触媒と、高い温度および圧力の水素処理条件下で、水素含有処理ガスの存在下に接触させることによって達成されて、所望の生成物特性を有する品質向上された生成物が得られる。硫黄および窒素レベル、沸点、芳香族濃度、流動点、および粘度指数などである。運転条件および用いられる水素処理触媒は、得られる水素処理生成物の品質に影響を及ぼすであろう。

数種のタイプの水素処理運転が、商業的に、精製運転で実施される。例えば、水素化は、典型的には、硫黄および窒素などのヘテロ原子を、ナフサ、灯油、ディーゼル、軽油、減圧軽油（ＶＧＯ）、および残油などの炭化水素ストリームから除去するのに用いられる。これは、原料ストリームを、水素および適切な水素化触媒と、温度、圧力、および流速からなる水素化条件で接触させてヘテロ原子がもたらされることによる。これは、硫化水素へ転化される。水素化装置はまた、製油所の炭化水素ストリームの他の特性を向上するのに用いられる。水素化分解は、典型的には、硫黄および窒素を除去し、かつより重質の分子の沸点を、それらをより軽質の分子に転化することによって低減するのに用いられる。これは、原料ストリームを、水素および適切な水素化分解触媒と、水素化分解処理条件で接触させることによる。留出油および潤滑油の水素化脱ロウおよび水素異性化は、これらの分子の分子構造、従ってその流動点を調節する。これは、原料ストリームを、水素と、適切な触媒上で水素化脱ロウおよび水素異性化処理条件で接触させることによる。オレフィンおよび芳香族を飽和するための水素処理は、芳香族およびオレフィンの濃度を低減する。これは、原料ストリームを、水素と、適切な触媒上で芳香族／オレフィン飽和条件で接触させることによる。

これらの水素処理運転は全て、水素を用いることを必要とし、これらの水素処理装置を運転するのに必要な水素の量は、いろいろな理由で顕著に増大している。米国、ヨーロッパ、アジア、およびその他の地域における規制圧力は、ますます、過酷および／または選択的水素処理への傾向をもたらして、非常に低いレベルの硫黄および他の調整された特性（低減された芳香族レベル、向上された流動点および粘度指数など）を有する炭化水素が形成される。より重質の原油を処理する動向、および燃料油に対する減少された市場は、水素化分解の必要性を増大しつあるし、その上より高い水素需要を導きつつある。潤滑油の品質が向上するにつれて、更に多くの硫黄を除去し、芳香族レベルを低減し、流動点および粘度指数を向上する必要性が、水素処理の必要性を増大している。更に、多くの製油所は、多量の水素を、その工場内にある接触改質の副生物として与えられる。しかし、ガソリン中の芳香族を低減する現傾向は、接触改質の使用を制約し、従って水素源を除去しつつある。従って、種々の処理装置に伴う水素管理を向上する必要性が、ますます増大している。

水素処理装置は、比較的多量の水素を用いる。これは、しばしば、水素を生成する処理装置から、主生成物ストリームまたは側生成物ストリームのいずれかとして得られる。水素処理装置からの蒸気相生成物ストリームは、典型的には、未反応水素を含む。これは、水素処理反応域へリサイクルされる。水素は、水素処理における重要な反応体であることから、原料ストリームおよび／またはリサイクルストリームとして用いられる水素含有ストリーム中の水素を精製するための経済的手段が、望まれる。これら二つのタイプの水素含有ストリームのいずれかにおける水素濃度が高いほど、より効率的な処理を、より高い原料通油量で可能にする。

処理されるべき原料のタイプ、生成物の品質要求、収率、および特定触媒のサイクル寿命に対する転化量は、水素処理装置の運転に必要な水素分圧を決定する。装置の運転圧、およびリサイクルガスの純度は、水素処理装置の水素分圧を決定する。下流の水素処理装置の分離器またはフラッシュドラムからのフラッシュガスの組成に対する制御が制限されることから、リサイクルフラッシュガスの水素組成は、水素処理装置の反応器へ最終的に送られる水素分圧を制約する。リサイクルストリームの比較的より低い水素分圧は、効果的に、反応器への水素ガス入力成分の分圧を下げ、それにより生成物の量および品質、触媒のサイクル寿命等に関して、運転性能に悪影響を及ぼす。このより低い性能を補うために、水素処理装置の反応器の運転圧力は、上昇されなければならない。これは、運転上の観点から望ましくないことがある。逆に、水素ガスの回収効率、および水素濃度を増大することによって、リサイクルガスストリームの水素分圧が向上される。これは、水素処理装置の全体性能の向上をもたらす。これは、これらのパラメーターによって測定される。

いくつかの従来の方法が、提案されている。これは、水素処理装置における水素の利用効率を、リサイクルガスストリーム中の水素濃度を増大することによって向上することを試みるものである。これらの処理は、典型的には、実質的な付加装置コストをもたらし、および／または温度および圧力などの運転条件の実質的な変化を必要とする。これは、典型的には、資本および運転コストの増大をもたらす。

水素処理装置におけるリサイクルストリームの水素純度を向上するのに採用された一つの方法は、従来の圧力スイング吸着（ＣＰＳＡ）である。例えば、特許文献１（７／３／１９８４、ルーマス・クレスト・インコーポレーテッド（Ｌｕｍｍｕｓ Ｃｒｅｓｔ Ｉｎｃ．））を参照されたい。しかし、ＰＳＡ装置を組込むためには、反応器流出物ガスストリームの圧力は、約２，５００ｐｓｉｇ（１７５．８ｋｇ／ｃｍ^２）から約３５０ｐｓｉｇ（２４．６ｋｇ／ｃｍ^３）へ低減されなければならない。リサイクル水素ストリームの純度は、約９９モル％へ増大されることができるものの、リサイクルされるガス状ストリームは、圧縮に付されて、それを、水素処理原料ストリームに導入する前に、２，５００ｐｓｉｇ（１７５．８ｋｇ／ｃｍ^２）へ戻さなければならない。正味の結果は、資本、運転、および保全コストが、大きな圧縮装置（従来のＰＳＡ装置を用いた場合に必要とされる）を追加することによって、実質的に増大されることである。

他の方法は、特許文献２（マクリーン（ＭａｃＬｅａｎ））に記載される。これは、本明細書に参照により援用される。マクリーンは、膜を、圧力損失１５０気圧以下で用いる。これはまた、実質的な設備投資および運転コストを招く。

従って、水素利用の効率を、既存の水素処理装置と適法性のある手段によって高めるための改良方法の必要性がある。これらの処理は、水素処理装置の通油量、または系の全経済性に悪影響を及ぼさないであろうことが望ましい。これには、設備投資および運転費用が含まれる。後者には、保全およびエネルギー消費量が含まれる。

換言すれば、種々の水素処理装置が、商業的に実施されるものの、依然として、より効率的に、かつより高い反応器通油量で、実施されることができる改良水素処理方法に対する技術的必要性がある。これは、水素の回収および精製の向上を、水素処理装置と組合わせることによる。

米国特許第４，４５７，３８４号明細書 米国特許第４，３６２，６１３号明細書 米国特許第４，３６３，７１８号明細書 米国特許第６，６０７，５８４号明細書 米国特許第６，４０６，５２３号明細書 米国特許第６，４５１，０９５号明細書 米国特許第６，４８８，７４７号明細書 米国特許第６，５３３，８４６号明細書 米国特許第６，５６５，６３５号明細書 Ｄ．Ｍ．ルースベン（Ｒｕｔｈｖｅｎ）およびＣ．タエロン（Ｔｈａｅｒｏｎ）著「平行通路吸着剤接触装置の性能（Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｐａｓｓａｇｅ Ａｂｓｏｒｅｎｔ Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）」（分離および精製技術、第１２号、第４３〜６０頁、１９９７年）

好ましい実施形態においては、炭化水素原料を、水素処理装置において品質向上するための方法が提供され、前記方法は、
ａ）前記炭化水素原料を、水素処理域において、水素および触媒有効量の水素処理触媒と水素処理条件で接触させ、それにより液体相および蒸気相が得られ、その際前記水素の一部は、水素含有メークアップガスから得られる工程、
ｂ）前記液体相生成物および前記蒸気相を分離し、その際蒸気相は、水素および軽質炭化水素を含む工程、
ｃ）軽質炭化水素の少なくとも一部を、急速サイクル圧力スイング吸着装置において、水素含有メークアップガス、蒸気相生成物、またはその両者から除去し、その際前記装置は、複数の吸着剤床を含み、かつ全サイクル時間約３０秒未満、および各吸着剤床内の圧力損失約５インチ水超／（床長さ１フィート）を有する工程、および
ｄ）上記の工程ｃ）の蒸気相の少なくとも一部を水素処理域へリサイクルし、その際前記蒸気相は、より高い水素濃度を有する工程
を含む。

他の好ましい実施形態においては、炭化水素原料は、ナフサ沸点範囲の原料、灯油およびジェット燃料沸点範囲の原料、留出油沸点範囲の原料、残油、並びに原油からなる群から選択される。

更に他の実施形態においては、急速サイクル圧力スイング吸着工程の全サイクル時間は、約１５秒未満である。

更に他の実施形態においては、急速サイクル圧力スイング吸着工程について、全サイクル時間は、約１０秒未満であり、圧力損失は、約１０インチ水超／（床長さ１フィート）である。

水素の効率的な使用を増大することによって、既存の装置が、原料材の流量を増大するのに用いられることができるであろうことが認められている。これは、より高い生成物収率をもたらす。水素のより効率的な利用に対する更なる利点は、メークアップ水素の量の減少である。これは、例えば、水素装置、低温装置、または改質装置によって提供されなければならない。

本発明は、水素を処理ガスストリームまたはリサイクルストリームとして用いるか、もしくは水素を一次生成物または副生成物ストリームとして製造する石油精油所のいかなる装置にも適用可能である。それは、水素を反応体として用いて、炭化水素ストリームを品質向上するか、またはそれをより低沸点の生成物へ転化する処理装置に、特に適用可能である。これらの処理装置は、典型的には、水素処理装置と呼ばれる。水素処理装置のリサイクルストリーム中の水素の純度（濃度）を向上することの重要性は、長年にわたり認められている。本明細書に含まれる水素処理の限定しないタイプは次のものである。即ち、軽質炭化水素、ナフサ、ディーゼル、留出油、常圧および減圧軽油、灯油、ジェット、サイクル油、潤滑油材およびワックス、常圧および減圧残油、熱分解ガソリン、並びに原油ストリームが、ヘテロ原子を除去することによって品質向上される水素化、二重結合がオレフィンおよびパラフィンへ転化され、芳香族がナフテンへ飽和され、同様にヘテロ原子の少なくとも一部が除去される水素添加、高沸点ストリームがより価値のあるより低沸点のストリームへ転化される水素化分解、パラフィン質化合物がイソパラフィンへ転化される水素異性化、潤滑油およびワックスの白土処理を置き換えるか、またはそれを補うのに特に用いられる緩やかな水素化処理である水素仕上げである。本発明に含まれる他の水素処理には、モレキュラーシーブ触媒を用いて、原料材中に存在するワックスをより軽質の炭化水素留分へ選択的に水素化分解する接触水素化分解処理である接触脱ロウ、ワックス分子が接触反応において分枝分子へ転化され、高ＶＩ潤滑油に転化されるワックス水素異性化が含まれる。

また、潤滑油および／または特殊油材（脱瀝油材、潤滑油留出油、および溶剤抽出潤滑油ラフィネートなど）は、水素化によって、その粘度指数を増大させることができる。これは、バルクＣｒ／Ｎｉ／Ｍｏ硫化物触媒、バルクＮｉ／Ｍｏ／Ｍｎ硫化物触媒、およびそれらの混合物からなる群から選択される特定のバルク金属硫化物水素化触媒を用いる。その際、触媒は、特定の金属錯体から調製され、Ｎｉ／Ｍｎ／Ｍｏ硫化物触媒は、Ｎ_２などの不活性雰囲気中で分解される酸化物前駆体から調製され、続いてＨ_２Ｓ／Ｈ_２を用いて硫化され、Ｃｒ／Ｎｉ／Ｍｏ硫化物触媒は、硫化物前駆体から調製され、非酸化性の硫黄含有雰囲気中で分解される。

本明細書においては、用語「炭化水素原料」は、精油所、化学または他の工業プラントストリームとして定義される。これは、低レベル（５％未満）の非炭化水素汚染物（限定されることなく、硫黄、水、アンモニア、および金属など）が炭化水素原料中に存在してもよいストリームを含む炭化水素からなる。用語「軽質炭化水素」とは、有力には、約１〜約５個の炭素原子の炭化水素化合物（即ち、Ｃ_１〜Ｃ_５の有力炭化水素化合物）からなる炭化水素混合物を意味する。用語「炭化水素」および「炭化水素質」は、原料ストリームに言及する際には、本明細書において互換的に用いられることが理解されるであろう。

本発明に従って水素処理されることができる原料ストリームは、水素処理によって品質向上されるいかなる炭化水素質原料ストリームでもある。これらの原料ストリームの限定しない例には、軽質炭化水素沸点範囲の原料ストリーム、ナフサ沸点範囲の原料ストリーム、灯油およびジェット沸点範囲の原料ストリーム、ディーゼルおよび留出油沸点範囲の原料ストリーム、流動接触分解装置（ＦＣＣ）から製造されるサイクル油、常圧および減圧軽油、常圧および減圧残油、熱分解ガソリン、フィッシャー−トロプシュ液体、ラフィネート、ワックス、潤滑油、並びに原油、同様により重質の軽油および残油沸点範囲の原料ストリームが含まれる。

例えば、水素化の場合においては、硫黄および窒素などのヘテロ原子は、典型的には、前述の原料ストリームから除去され、一方水素化分解の場合においては、より重質沸点範囲の軽油および残油タイプのストリームは、より低沸点の生成物ストリームへ転化される。本発明に従って処理されることができるナフサ原料ストリームの限定しない例は、大気圧で、約５０°Ｆ〜約４５０°Ｆの範囲で沸騰する成分を含むものである。ナフサ原料ストリームは、一般に、流動接触分解装置ナフサ（ＦＣＣ触媒ナフサ）を通常含む分解ナフサ、コーカーナフサ、水素化分解装置ナフサ、残油水素化装置ナフサ、脱ブタン天然ガソリン（ＤＮＧ）、およびナフサ沸点範囲のストリームが製造されることができる他の供給源からのガソリン混合成分を含む。本発明に従って処理されることができる留出油原料ストリームの限定しない例は、約２８８℃（５５０°Ｆ）の範囲で沸騰するものである。常圧軽油、減圧軽油、脱瀝減圧および常圧残油、緩やかに分解された残油、コーカー留出油、直留留出油、溶剤脱瀝油、熱分解誘導油、高沸点合成油、サイクル油、およびキャット分解装置留出油などである。好ましい水素化原料材は、軽油、または他の炭化水素留分である。これは、約３１６℃（６００°Ｆ）〜５３８℃（１０００°Ｆ）の温度で沸騰するその成分少なくとも５０重量％、最も通常には少なくとも７５重量％を有する。原油はまた、本発明の原料であることができる。

水素化分解によって品質向上される例示となる炭化水素原料ストリームには、約２６０℃（５００°Ｆ）超で沸騰する成分を含むものが含まれる。フィッシャー−トロプシュ液体、常圧軽油、減圧軽油、脱瀝残油、減圧残油および常圧残油、水素化または緩やかに水素化分解された残油、コーカー留出油、直留留出油、溶剤脱瀝油、熱分解誘導油、高沸点合成油、サイクル油、およびキャット分解装置留出油などである。好ましい水素化分解原料ストリームは、軽油、または他の炭化水素留分である。これは、所望の生成物の終点超の温度で沸騰するその成分少なくとも５０重量％、最も通常には少なくとも７５重量％を有する。最も好ましい軽油原料ストリームの一つは、２６０℃（５００°Ｆ）超で沸騰する炭化水素成分を含むであろう。最良の結果は、約３１５℃（６００°Ｆ）〜５３８℃（１０００°Ｆ）で沸騰する成分少なくとも２５体積パーセントを含む原料を用いて達成される。好ましい重質原料ストリームは、約９３℃〜約５６５℃（２００〜１０５０°Ｆ）の範囲で沸騰する。水素異性化原料ストリームは、典型的には、パラフィン質である。ワックスストリーム、特にはフィッシャー−トロプシュワックスおよび軽質パラフィンなどである。

本明細書で用いられる用語「水素化」とは、水素含有処理ガスが、主としてヘテロ原子（硫黄および窒素など）を除去するのに、および芳香族をいくらか水素添加するのに活性がある適切な触媒の存在下に用いられる処理を云う。本発明で用いるのに適切な水素化触媒は、いかなる既知の従来の水素化触媒でもあり、これには、少なくとも一種の第ＶＩＩＩ族金属（好ましくは鉄、コバルト、およびニッケル、より好ましくはコバルトおよび／またはニッケル）、および少なくとも一種の第ＶＩ族金属（好ましくはモリブデンおよびタングステン）からなるものが含まれる。これは、バルク触媒として、または高表面積の基体物質（好ましくはアルミナ）上に担持されるかのいずれかである。他の適切な水素化触媒には、ゼオライト触媒、同様に貴金属触媒が含まれる。その際、貴金属は、パラジウムおよび白金から選択される。二種以上のタイプの水素化触媒が、同じ反応槽に用いられることは、本発明の範囲内である。第ＶＩＩＩ族金属は、典型的には、約２〜約２０重量％、好ましくは約４〜約１２重量％の範囲の量で存在する。第ＶＩ族金属は、典型的には、約１〜約２５重量％、好ましくは約２〜約２５重量％の範囲の量で存在するであろう。前述されるように、典型的な水素化温度は、約２０４℃（４００°Ｆ）〜約４８２℃（９００°Ｆ）の範囲であり、圧力は約３．５ＭＰａ（５００ｐｓｉｇ）〜約１７．３ＭＰａ（２５００ｐｓｉｇ）、好ましくは約３．５ＭＰａ（５００ｐｓｉｇ）〜約１３．８ＭＰａ（２０００ｐｓｉｇ）であり、原料ストリームの液空間速度は約０．１時^−１〜約１０時^−１である。

本発明の好ましい水素化分解触媒において、水素添加成分として用いられる活性金属は、元素周期律表の第ＶＩＩＩ族のものである。即ち、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、および白金である。一種以上の助触媒金属もまた、存在することができる。好ましい助触媒金属は、第ＶＩＢ族からのものである。例えば、モリブデンおよびタングステン、より好ましくはモリブデンである。触媒中の水素添加金属成分の量は、広範に異なることができる。大略、約０．０５重量％〜３０重量％のいかなる量も、用いられてもよい。貴金属の場合には、これらの金属約０．０５〜約２重量％を用いることが好ましい。水素添加金属成分を組込むための好ましい方法は、ゼオライトベースの物質（好ましくは、フォージャサイトまたはベータゼオライト構造を有するゼオライト）を、所望の金属の適切な化合物の水溶液と接触させることである。その際、金属は、カチオン形態で存在する。選択された水素添加金属の添加に引続き、得られた触媒粉末は、次いで、濾過され、乾燥され、所望により潤滑油、結合剤などを添加されてペレット化され、例えば３７１℃〜６４８℃（７００°Ｆ〜１２００°Ｆ）の温度で空気焼成されて、触媒が活性化され、かつアンモニウムイオンが分解される。別に、ゼオライト成分は、最初にペレット化され、引続いて水素添加成分が添加され、焼成によって活性化されてもよい。前記の触媒は、非希釈形態で用いられてもよいか、または粉末状のゼオライト触媒は、他の比較的あまり活性でない触媒、希釈剤、または結合剤（アルミナ、シリカゲル、シリカ−アルミナ共ゲル、活性白土など）などと、５〜９０重量％の範囲の割合で混合および共ペレット化されてもよい。これらの希釈剤は、そのように用いられてもよいか、またはそれらは、少割合の添加水素添加金属（第ＶＩＢ族および／または第ＶＩＩＩ族金属など）を含んでもよい。更なる金属助触水素化分解触媒はまた、本発明の方法で用いられてもよい。これは、例えば、アルミノホスフェートモレキュラーシーブ、結晶質クロモシリケート、および他の結晶質シリケートを含む。結晶質クロモシリケートは、より十分には、特許文献３（クロッツ（Ｋｌｏｔｚ））に記載される。

水素化分解は、典型的には、温度約２３２℃（４５０°Ｆ）〜約４６８℃（８７５°Ｆ）、圧力約３．６ＭＰａ（５００ｐｓｉｇ）〜約２０．８ＭＰａ（３０００ｐｓｉｇ）、液空間速度（ＬＨＳＶ）約０．１〜３０時^−１、および水素循環速度約３３７標準ｍ^３／ｍ^３（２０００標準立方フィート／バレル）〜約４２００標準ｍ^３／ｍ^３（２５，０００標準立方フィート／バレル）で行われる。本発明に従って、用語「より低沸点生成物への実質的な転化」とは、新規原料材について、より低沸点生成物への少なくとも５体積％の転化を含むことを意味する。好ましい実施形態においては、水素化分解域における一回通過転化は、約１５％〜約４５％の範囲にある。より好ましくは、一回通過転化は、約２０％〜約４０％の範囲にある。

炭化水素原料材の水素異性化は、水素異性化触媒を、水素の存在下に含む水素異性化域において行われる。これは、ジオレフィンを、モノ−オレフィンに水素添加し、モノ−オレフィンを異性化するのに十分な水素異性化条件下で運転される。好ましくは、水素異性化条件には、約０°Ｆ〜約５００°Ｆ、より好ましくは約７５°Ｆ〜約４００°Ｆ、最も好ましくは１００°Ｆ〜２００°Ｆの範囲の温度、約１００ｐｓｉｇ〜約１５００ｐｉｓｇ、より好ましくは約１５０ｐｓｉｇ〜約１０００ｐｓｉｇ、最も好ましくは２００ｐｓｉｇ〜６００ｐｓｉｇの範囲の圧力、および約０．０１時^−１〜約１００時^−１、より好ましくは約１時^−１〜約５０時^−１、最も好ましくは約５時^−１〜約１５時^−１の範囲の液空間速度（ＬＨＳＶ）が含まれる。パラフィン質炭化水素の水素異性化は、典型的には、貴金属、アルミナ、および塩素からなる触媒を用いる。前記触媒は、貴金属およびアルミナの複合物を、アルミニウムの無機または有機塩（好ましくは、硝酸アルミニウム）で処理し、処理された複合物を焼成し、その後複合物を、従来の塩化物活性化剤と接触させることによって調製される。

ワックスの水素異性化はまた、重要な処理である。特に、スラックワックス、同様にフィッシャー−トロプシュワックスを、許容可能な流動点を高粘度指数と共に有するより価値のある燃料および潤滑油生成物へ転化する際に、重要な処理である。ワックスは、典型的には、水素添加金属成分（典型的には、周期律表の第ＶＩ族または第ＶＩＩＩ族からのもの、もしくはそれらの混合物）を含む触媒を用いて水素異性化される。反応は、温度約５００°Ｆ〜７５０°Ｆ、好ましくは約５７０°Ｆ〜６８０°Ｆ、圧力約５００〜３０００ｐｓｉ Ｈ_２、好ましくは約５００〜１５００ｐｓｉ Ｈ_２、水素ガス速度１０００〜１０，０００ＳＣＦ／ｂｂｌ、空間速度０．１〜１０ｖ／ｖ／時、好ましくは０．５〜２ｖ／ｖ／時の範囲の条件下で行われる。水素異性化に引続いて、異性化油は、潤滑油カットおよび燃料カットに分留される。潤滑油カットは、次いで、脱ロウされて、未転化ワックスが回収されることができる。

従来の圧力スイング吸着（「従来のＰＳＡ」）においては、ガス状混合物が、固形吸着剤の第一の床で、圧力下に一定時間作動される。前記吸着材は、ガスストリームから除去されるべき汚染物と通常考えられる一種以上の成分に対して選択的、または比較的選択的である。二種以上の汚染物を同時に除去することは、可能である。しかし便宜上、除去されるべき成分は、単一であるとされ、汚染物として引用されるであろう。ガス状混合物は、第一の槽中の第一の吸着床を通過し、汚染物が除去されて床から出てくる。これは、床に吸着されたままである。予め決定された時間の後、または別に、汚染物の破過が認められた際に、ガス状混合物の流れは、第二の槽中の第二の吸着床に切替えられ、精製が継続される。第二の床が、吸着運転にある間、吸着された汚染物は、圧力が減少されることによって、第一の吸着床から除去される。これは、通常、ガスの逆流を伴って、汚染物が脱着される。槽内の圧力が低減されると、床に先に吸着された汚染物は、徐々に、テールガス系中へ脱着される。これは、典型的には、大きなテールガスドラムを、下流の系に対して圧力変動を最小にするように設計された制御系と共に含む。汚染物は、いかなる適切な方法にもよって、テールガス系から収集され、更に処理されるか、または適切に廃棄されることができる。脱着が完了すると、吸着材床は、不活性ガスストリーム（例えば窒素）、または処理ガスの精製されたストリームと共に排出されてもよい。排出は、より高温の排出ガスストリームを用いることによって、促進されてもよい。

例えば、第二の床における破過の後、および第一の床が再生され、再度吸着運転に対して準備された後、ガス状混合物の流れは、第二の床から第一の床へ切替えられ、第二の床が再生される。全サイクル時間は、ガス状混合物が、第一のサイクルにおいて、第一の床へ最初に導かれる時から、ガス状混合物が、直後のサイクルにおいて、第一の床へ最初に導かれる時間（即ち、第一の床の一回の再生の後）までの時間長である。第二の槽に加えて、第三、第四、第五等の槽の使用は、吸着時間が短いが脱着時間が長い場合に必要とされてもよいことから、サイクル時を増大するのに資するであろう。

従って、一形態においては、圧力スイングサイクルには、原料供給工程、少なくとも一つの減圧工程、排出工程、および最終的に再加圧工程（吸着剤物質を、原料供給工程の再導入のために調製する）が含まれるであろう。汚染物の収着は、通常、吸収剤上への物理収着によって生じる。これは、通常、汚染物に親和性のある多孔質固体（アルミナ、シリカ、またはシリカ−アルミナなど）である。ゼオライトは、それらが、その制御され、かつ予測されうる細孔サイズの理由から、ある汚染物に対して実質的な程度の選択性を示すことから、しばしば多くの用途に用いられる。通常、吸収剤との化学反応は、吸収剤に化学的に結合した種の脱着を達成する困難性が増大することから好ましくない。しかし、化学収着は、収着された物質が、例えばより高い温度を圧力の低減と結びつけて用いることによって、サイクルの脱着部分で効果的に脱着されてもよい場合には、決して排除されるものではない。

従来のＰＳＡは、種々の理由から、本発明で用いるのに適切ではない。例えば、従来のＰＳＡ装置は、建設および運転するのに高価であり、ＲＣＰＳＡに比較して、これらのストリームから回収されるのに必要な水素の量にしては、サイズがはるかに大きい。また、従来の圧力スイング吸着装置は、一般に、成分を、より大きな床（従来のＰＳＡで用いられる）を通って拡散可能にするのに必要とされる時間の制限、並びに設備の形態および付随するバルブ調節により、１分超、典型的には２〜４分超のサイクル時間を有するであろう。代わって、急速サイクル圧力スイング吸着が用いられる。これは、１分未満のサイクル時間を有する。全サイクル時間は、３０秒未満、好ましくは１５秒未満、より好ましくは１０秒未満、更により好ましくは５秒未満、いっそうにより好ましくは２秒未満であってもよい。更に、用いられる急速サイクル圧力スイング吸着装置は、実質的に異なる吸収剤を利用することができる。限定されることなく、モノリスなどの構造化物質などである。

吸着処理の全吸着速度は、従来のＰＳＡであろうがＲＣＰＳＡであろうが、ガス相中の物質移動速度定数（τ_ｇ）および固体相中の物質移動速度定数（τ_ｓ）によって特徴付けられる。物質の物質物質移動速度は、吸着剤、吸着化合物、圧力、および温度による。ガス相中の物質移動速度定数は、次式のように定義される。
τ_ｇ＝Ｄ_ｇ／Ｒ_ｇ ^２（ｃｍ^２／秒） （１）
［式中、Ｄ_ｇは、ガス相中の拡散係数であり、Ｒ_ｇは、ガス媒体の特性寸法である］ここで、ガス相中のガス拡散Ｄ_ｇは、技術的に周知であり、ガス媒体の特性寸法Ｒ_ｇは、構造化吸着剤物質の二つの層の間の通路幅として定義される。

物質の固体相中の物質移動速度定数は、次式のように定義される。
τ_Ｓ＝Ｄ_Ｓ／Ｒ_Ｓ ^２（ｃｍ^２／秒） （２）
［式中、Ｄ_ｓは、固体相中の拡散係数であり、Ｒ_ｓは、固体媒体の特性寸法である。］ここで、固体相中のガス拡散係数Ｄ_ｓは、技術的に周知であり、固体媒体の特性寸法Ｒ_ｓは、吸着剤層の幅として定義される。

非特許文献１（参照により援用される）は、モノリスまたは構造化吸着剤を通る流れに対して、通路幅は、ガス媒体の良好な特性寸法Ｒ_ｇであることを明白にする。特許文献４（モロー（Ｍｏｒｅａｕ）ら）（参照により援用される）はまた、これらの移動速度および所望の吸着剤に付随する係数、並びに従来のＰＳＡの標準的なストリーム組成を計算するための詳細を記載している。これらの物質移動速度定数の計算は、当業者にとって周知であり、また、当業者によって、標準的な試験データから導かれてもよい。

従来のＰＳＡは、微粒子吸着剤の吸着床を用いることに基づく。加えて、構造的制約により、従来のＰＳＡは、通常、二つ以上の異なる床からなる。これは、少なくとも一つ以上の床が、いつでも、完全にまたは少なくとも部分的に、サイクルの原料供給部分にあって、処理される処理流の中断または激しい変動が制限されるように循環する。しかし、比較的大きなサイズの従来のＰＳＡ装置により、吸着剤物質の粒度は、約１ｍｍ以上の一般的な制限された粒度である。さもなければ、過度の圧力損失、サイクル時間の増大、脱着の制限、および原料物質のチャネリングが、生じるであろう。

ＲＣＰＳＡは、回転バルブ系を用いて、ガス流れが回転収着剤モジュールを通して導かれる。これは、多数の異なる区画を含み、そのそれぞれは、回転モジュールが運転サイクルを完了した場合に、収着および脱着工程を通して連続的に循環される。回転収着剤モジュールは、通常、回転収着剤モジュールのどちらかの端部の二枚のシール板の間に保持された管からなる。その際、シール板は、異なるマニホールドからなるステーターと接触し、入口ガスは、ＲＣＰＳＡ管へ導かれ、ＲＣＰＳＡ管を出る処理精製生成物ガスおよびテールガスは、回転収着剤モジュールから外へ導かれる。シール板およびマニホールドを適切に配置することによって、多数の個々の区画は、いつでも、完全なサイクルの特徴的な工程を通過しつつあってもよい。従来のＰＳＡとは対照的に、収着／脱着サイクルに必要な流れおよび圧力の変動は、秒／（１サイクル）の程度の多数の個々のきざみで変化されてもよい。この形態においては、ＲＣＰＳＡモジュールには、円形の通路周りに角度的に間隔をおいたバルブ要素が含まれる。これは、各区画が、適切な方向おとび圧力にあるガス流路へ連続的に送られて、完全なＲＣＰＳＡサイクルの増分圧力／流れ方向工程のうちの一つが達成されるように、回転収着モジュールによってとられる。ＲＣＰＳＡ技術のキーと成る利点は、吸着剤物質のはるかにより効率的な使用である。ＲＣＰＳＡ技術に必要とされる吸着剤の量は、従来のＰＳＡ技術が、同じ分離の量および品質を達成するのに必要なものの一部のみであることができるためである。ＲＣＰＳＡに必要な設置面積、投資、および活性吸着剤の量は、実質的に、等量のガスを処理する従来のＰＳＡ装置に対するものより低い。

実施形態においては、ＲＣＰＳＡの床長さの単位圧力損失、必要な吸着活性、および機械的制約（ＲＣＰＳＡにおける回転床の遠心加速度による）は、多くの従来のＰＳＡ吸着剤床物質の使用を妨げる。特に、緩いペレット、微粒子、ビード、または押出し成形物の形態にある特定の吸着剤である。好ましい実施形態においては、吸着剤物質は、ＲＣＰＳＡ回転装置で用いるための支持下部構造物質に固定される。例えば、回転ＲＣＰＳＡ装置の一実施形態は、構造化補強物質に結合された吸着剤物質を含む吸着剤シートの形態にあることができる。適切な結合剤が、吸着剤物質を補強物質に接着するのに用いられてもよい。補強物質の限定しない例には、モノリス、鉱物繊維母材（ガラスファイバー母材など）、金属ワイヤー母材（ワイヤーメッシュスクリーンなど）、または金属フォイル（アルミニウムフォイルなど）が含まれる。これは、陽極処理されることができる。ガラスファイバー母材の例には、織物および不織ガラスファイバースクリムが含まれる。吸着剤シートは、適切な吸着剤成分（ゼオライト結晶など）のスラリーを、結合剤成分を用いて補強物質（不織繊維ガラススクリム、金属織物、および発泡アルミニウムフォイルなど）上に被覆することによって作製されることができる。特定の実施形態においては、吸着剤シートまたは物質は、セラミック基体上に被覆される。

ＲＣＰＳＡ装置の吸収装置は、典型的には、一種以上の吸着剤物質から形成される吸着剤固体相、および透過性のガス相を含む。そこを通って、分離されるべきガスが、吸着装置の入口から出口へ流動し、除去されるべき成分が固体相上に固定される。このガス相は、「循環ガス相」またはより簡単には「ガス相」と呼ばれる。固体相には、細孔の網状組織が含まれ、その平均サイズは、通常、約０．０２μｍ〜２０μｍである。「微細孔」と呼ばれる更により小さな細孔の網状組織があってもよい。これは、例えば、微細孔炭素吸着剤またはゼオライトに見られる。前記されるように、固体相は、非吸着剤の基体上に沈積されてもよい。その機能は、機械的強度または支持を提供することであるか、さもなければ熱伝導の役割を果たすか、または熱を蓄えることである。吸着の現象は、二つの主な工程を含む。即ち、循環ガス相から固体相の表面上への吸着質の移動、続いて、前記表面から固体相の容積の吸着点中への吸着質の移動である。

実施形態においては、ＲＣＰＳＡは、ＲＳＰＣＡ装置で用いられる管中に組み込まれる構造化吸着剤を用いる。これらの構造化吸着剤は、ガス流が、吸着剤の構造化シートによって、形成される通路を通ることから、予想外に、高い物質移動速度を有する。これは、従来のＰＳＡで用いられる伝統的な充填固定床に比較して、物質移動を実質的に向上する。現発明のガス相の移動速度（τ_ｇ）／固体相の物質移動速度（τ_ｓ）比は、１０超、好ましくは２５超、より好ましくは５０超である。これらの並外れて高い物質移動速度比は、ＲＣＰＳＡが、高純度水素を、従来のＰＳＡの装置サイズ、吸着剤容量、およびコストの単に一画分を用いて、高い回収率で製造することを可能にする。

構造化吸着剤の実施形態はまた、微粒子床の技術に伴う有害な影響なしに、従来のＰＳＡより実質的に大きな圧力損失（吸着剤により達成される）をもたらす。吸着剤床は、５インチ水超／（床長さ１フィート）、より好ましくは１０インチＨ_２Ｏ超／フィート、更により好ましくは２０インチＨ_２Ｏ超／フィートの吸着剤床の単位長圧力損失を有して、設計されることができる。これは、従来のＰＳＡ装置とは対照的である。その際、吸着剤床の単位長圧力損失は、一般に、用いられる吸着剤によって約５インチＨ_２Ｏ未満／フィートに制限され、最も従来的なＰＳＡ装置は、圧力損失が、約１インチＨ_２Ｏ／フィート以下で設計されて、従来のＰＳＡ装置のより大きな床、長いサイクル時間、および微粒子吸着剤に伴う議論問題が最小にされる。従来のＰＳＡの吸着剤床は、床の流動化という危険性から、より高い圧力損失を提供することができない。これは、装置の問題、および／または消費された吸着剤物質を添加または交換する必要性を伴うことにより、過度の磨耗および早期の装置停止をもたらす。これらの顕著により高い吸着剤床の単位長さ圧力損失は、ＲＣＰＳＡの吸着剤床が、従来のＰＳＡより実質的に小型で、短く、かつ効率的であることを可能にする。

現実施形態の高い単位長さ圧力損失の達成および提供は、高い蒸気速度が、構造化吸着剤床を横切って達成されることを可能にする。これは、従来のＰＳＡによって達成されることができるより大きな、処理流体と吸着剤物質との間の単位時間当たりの質量接触速度をもたらす。これは、より短い床長さ、より高いガス相移動速度（τ_ｇ）、および向上された水素回収率をもたらす。これらの実質的により短い床長さにより、本発明のＲＳＣＰＡ適用における全圧力損失は、原料供給サイクルにおける全床の圧力差約１０〜５０ｐｓｉｇ、好ましくは３０ｐｓｉｇ未満で維持されることができ、一方活性な吸着剤床を、長さ５フィート未満、好ましくは長さ２フィート未満、および長さ１フィート未満の短さに最小化することができる。

ＲＣＰＳＡ処理において用いられる絶対圧力のレベルは、吸着および脱着工程の間の圧力差が、吸着剤上への吸着質画分の充填の変化をもたらし、それによりＲＣＰＳＡ装置によって処理されるストリーム成分を分離するのに効果的に充填する増分を提供するのに十分である場合には、重要ではない。典型的な圧力レベルは、吸着工程において、約５０〜２０００ｐｓｉａ、より好ましくは約８０〜５００ｐｓｉａの範囲である。しかし、原料供給、脱圧、排除、および再加圧の段において用いられる実際の圧力は、顕著に、多くの要因によることが特記されるべきである。これには、限定されることなく、分離されるべき全ストリームの実際の運転圧力および温度、ストリームの組成、並びにＲＣＰＳＡ生成物ストリームの所望の回収率および純度が含まれる。特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８および特許文献９（全て、本明細書に参照により援用される）は、ＲＣＰＳＡ技術の種々の態様を開示する。

実施形態においては、急速サイクル圧力スイング吸着系は、原料ガスを、生成物ガス（この場合、水素富化ストリーム）およびテール（排気）ガスへ分離する全サイクル時間ｔ_ＴＯＴを有する。前記方法には、一般に、水素純度Ｆ％を有する原料ガスを、時間ｔ_Ｆで吸着剤床中に導く工程が含まれる。これは、テールガスを選択的に吸着して、水素生成物ガスを床の外へ送る。ここで、Ｆは、弱く吸着可能な（水素）成分である原料ガスの％である。一方、水素生成物ガスは、純度Ｐ％および回収率Ｒ％を有する。回収Ｒ％は、（生成物中に保持される水素の量）／（原料中の利用可能な水素の量）の比である。次いで、床は、時間ｔ_ＣＯの間、並流して脱圧され、続いて時間ｔ_ＣＮで床を向流して脱圧される。その際、脱着質（テールガスまたは排出ガス）は、３０ｐｓｉｇ以上の圧力で、床から放出される。床は、水素生成物ガスの一部を典型的に用いて、時間ｔ_Ｐで排出される。その後、床は、水素生成物ガスまたは原料ガスの一部を典型的に用いて、時間ｔ_ＲＰで再加圧される。その際、サイクル時間ｔ_ＴＯＴは、個々のサイクル時間の合計に等しい。これは、全サイクル時間を構成する。即ち、
ｔ_ＴＯＴ＝ｔ_Ｆ＋ｔ_ＣＯ＋ｔ_ＣＮ＋ｔ_Ｐ＋ｔ_ＲＰ （３）
である。

この実施形態は、限定されることなく、生成物純度／原料純度比Ｐ％／Ｆ％＞１．１に対して回収率Ｒ％＞８０％、および／または生成物純度／原料純度比０＜Ｐ％／Ｆ％＜１．１に対して回収率Ｒ％＞９０％のいずれかであるようなＲＣＰＳＡ処理を包含する。これらの高い回収率および純度を裏付ける結果は、次の実施例４〜１０に見出されることができる。他の実施形態には、回収率が、８０％よりはるかに低い処理におけるＲＣＰＳＡの適用が含まれるであろう。ＲＣＰＳＡの実施形態は、いかなる特定の回収率または純度の閾値をも超えることに限定されないし、また特定の適用に望ましいか、または経済的に妥当な程度に低い回収率および／または純度で適用されるものであることができる。

また、上記式（３）の工程ｔ_ＣＯ、ｔ_ＣＮ、またはｔ_Ｐは、一緒に、またはいかなる個々の組合せでも省略されることはできることは、本発明の範囲内であることが特記されるべきである。しかし、好ましくは、上記式（３）の全ての工程が実行されるか、または工程ｔ_ＣＯまたはｔ_ＣＮの一種のみが全サイクルから省略される。

実施形態においては、テールガスはまた、好ましくは、テールガスがテールガスの圧縮を含まない他の装置へ供給されてもよいのに十分に高い圧力で放出される。より好ましくは、テールガスの圧力は、６０ｐｓｉｇ以上である。最も好ましい実施形態においては、テールガスの圧力は、８０ｐｓｉｇ以上である。より高い圧力では、テールガスは、燃料ヘッダーへ導かれることができるか、または製油所または石油化学の他の処理（水素処理装置、改質装置、流動接触分解装置、またはメタン合成装置など）へ直接導かれることができる。また、床を脱圧する唯一工程が並流であるこの特定の実施形態については、本発明の範囲内である。即ち、向流脱圧工程は、省略される。

本発明の実施は、次の利点を有することができる。即ち
（ａ）メークアップガスとして利用可能な水素含有ストリームの、またはそれらがメークアップガスとして適切である前に、より高い純度へグレードアップされなければならないストリームの純度を増大すること。
（ｂ）水素含有リサイクルガスストリームの純度を増大すること。その結果、反応器における全水素処理ガスの純度を増大して、より高い水素化苛酷度または更なる生成物処理が可能になる。
（ｃ）硫化水素の実質的な濃度が（ガス洗浄前に）存在するか、またはガス洗浄後に存在するいずれの場合においても（典型的にはＨ_２Ｓ＜１００ｖｐｐｍ）、水素処理排出ガスからの水素回収に用いること。

水素処理においては、増大された水素純度は、水素処理反応器におけるより高い水素分圧につながる。これは、反応の反応速度の増大、および触媒の失活速度の減少の両方である。より高いＨ_２分圧の利点は、種々の方法で活用されることができる。より低い反応器温度で運転すること（エネルギーコストを低減し、触媒の失活を減少し、触媒寿命を延ばす）；装置の原料速度を増大すること；より酸性の（より高硫黄の）原料材を処理すること；分解原料材のより高い濃度を処理すること；生成物の色相を（特に運転終末近くで）向上すること；既存の圧縮装置および／または処理ガス循環系をデボトルネックすること（一定の全流における高いＨ_２ ｓｃｆ、またはより低い全流量における同じＨ_２ ｓｃｆ）；および当業者に明らかであろう他の手段などである。

増大されたＨ_２回収率はまた、実質的な潜在利点をもたらす。そのいくつかを、次に記載する。即ち、
（ｉ）購入、製造、または製油所内の他のＨ_２源に対する要求を低減すること。
（ｉｉ）増大された水素回収の結果として、一定の（既存の）メークアップガス要求で水素処理原料速度を増大すること。
（ｉｉｉ）水素処理における水素純度を向上して、ヘテロ原子の除去効率を増大すること。
（ｉｖ）Ｈ_２の一部を、製油所燃料ガスから除去すること。これは、水素の低ＢＴＵ値により燃料ガスにとって有害であり、いくつかの加熱炉バーナーに対して、燃焼の能力限界および困難性をもたらすことができる。
（ｖ）当業者に明らかであろう他の利点。

特定のＲＣＰＳＡ設計により、他の汚染物（限定されることなく、ＣＯ_２、水、およびアンモニアなど）はまた、原料から除去されてもよい。洗浄された蒸気ストリームの一部は、ＲＣＰＳＡ装置をバイパスしてもよい。

次の実施例は、あくまで例示目的で示され、いかなる意味においても、限定されるものとして引用されるものではない。

実施例１
この実施例においては、製油所ストリームは、４８０ｐｓｉｇであり、テールガスは６５ｐｓｉｇであり、それにより圧力スイングは６．１８である。原料組成および圧力は、典型的には、製油所処理装置のものであり、水素処理または水素化の適用に見出されるものなどである。この実施例においては、典型的な炭化水素は、その炭素数によって記載される。即ち、Ｃ_１＝メタン、Ｃ_２＝エタン等である。ＲＣＰＳＡは、水素を、流速の範囲に亘って純度＞９９％および回収率＞８１％で製造することができる。表１ａおよび表１ｂは、この実施例について、ＲＣＰＳＡのコンピューターシミュレーション、並びに異なる成分の入力および出力％の結果を示す。表１ａおよび表１ｂはまた、回収率が、４８０ｐｓｉｇの６ ＭＭＳＣＦＤストリームおよび６５ｐｓｉｇのテールガスに対して８９．７％から９１．７％へ増大するにつれて、いかに水素純度が減少するかを示す。

表１ａおよび表１ｂ
Ｈ_２精製におけるＲＣＰＳＡ（６７立法フィート）の入力および出力の組成（モル％）。原料は４８０ｐｓｉｇ、１２２゜Ｆであり、テールガスは６５ｐｓｉｇである。原料速度は約６ ＭＭＳＣＦＤである。

本発明に記載されるＲＣＰＳＡは、異なる工程からなるサイクルを作動する。工程１は、生成物が製造される原料供給であり、工程２は並流脱圧であり、工程３は向流脱圧であり、工程４は排出（通常は向流）であり、工程５は、生成物による再加圧である。本明細書に記載されるＲＣＰＳＡにおいては、いかなる当該の半分においても、床の全数は、原料供給工程にある。この実施例においては、ｔ_ＴＯＴ＝２秒であり、その際原料供給時間ｔ_Ｆは、全サイクルの半分である。

実施例２
この実施例においては、条件は、実施例１におけると同じである。表２ａは、並流および向流工程の両方を用いて、水素純度＞９９％を達成する条件を示す。表２ｂは、向流脱圧工程が除かれてもよいこと、および水素純度９９％が依然として保持されることができることを示す。実際に、これは、排出サイクル時間ｔ_Ｐを、向流脱圧工程から除去される時間ｔ_ＣＮだけ増大することによって、水素回収率が、８８％レベルへ増大されることができることを示す。

表２ａおよび表２ｂ
Ｈ_２純度、およびＲＣＰＳＡ（６７立方フィート）からの回収率に対する工程時間の効果。表１と同じ条件。原料は４８０ｐｓｉｇ、１２２゜Ｆであり、テールガスは６５ｐｓｉｇである。原料速度は約６ ＭＭＳＣＦＤである。

実施例３
この実施例は、１０ ＭＭＳＣＦＤ製油所ストリーム（やはり、典型的な成分を含む）を示す。これは、表３の原料列に示される（例えば、原料組成は、Ｈ_２７４％を含む）。ストリームは、４８０ｐｓｉｇであり、テールガスは、６５ｐｓｉｇであり、それにより絶対圧スイングは６．１８である。やはり、本発明のＲＣＰＳＡは、水素純度＞９９％およびこれらの原料組成からの回収率＞８５％をもたらすことができる。表３ａおよび表３ｂは、この実施例の結果を示す。

表３ａおよび表３ｂ
Ｈ_２精製におけるＲＣＰＳＡ（５３立方フィート）の入力および出力の組成（モル％）。原料は４８０ｐｓｉｇ、１０１゜Ｆであり、テールガスは６５ｐｓｉｇである。原料速度は約１０ ＭＭＳＣＦＤである。

上記の表３ａおよび表３ｂに示される両ケースにおいては、テールガス圧が６５ｐｓｉｇで高いものの、本発明は、高純度（９９％）は、排出工程ｔ_Ｐが十分に増大される場合に得られてもよいことを示す。

表２ａ、表２ｂ、および表３ａは、６ ＭＭＳＣＦＤおよび１０ ＭＭＳＣＦＤの両流速条件について、回収率〜９９％および＞８５％で非常に高い純度の水素が、ＲＣＰＳＡで達成可能であることを示す。両ケースにおいては、テールガスは６５ｐｓｉｇである。ＲＣＰＳＡを用いて達成される生成物ガスのこれらの高い純度および回収率（全排気は高圧で製造される）は、以前には発見されておらず、本発明のキーとなる特徴である。

表３ｃは、表３ａおよび表３ｂで議論されたと同じ製油所ストリームについて、高純度（＞９９％）Ｈ_２を、高い回収率でもたらすＲＣＰＳＡ（容積＝４９立方フィート）の結果を示す。表３ａに比較すると、表３ｃは、類似の純度および回収率が、原料供給サイクルｔ_Ｆおよび排出サイクルｔ_Ｐの時間を同時に減少することによって、達成されることができることを示す。

実施例４
この実施例においては、表４は、更に、本明細書に記載される本発明に従って運転されるＲＣＰＳＡの性能を示す。この実施例においては、原料は、典型的な製油所ストリームであり、圧力３００ｐｓｉｇである。本発明のＲＣＰＳＡは、全テールガスが、４０ｐｓｉｇで排出される場合には、９９％の純水素生成物を、回収率８３．６％で製造することができる。この場合には、テールガスは、フラッシュドラムまたは他の分離装置、もしくは他の下流の製油所装置へ、更なる圧縮の必要性なしに送られることができる。本発明の他の重要な態様は、ＲＣＰＳＡはまた、ＣＯを＜２ｖｐｐｍへ除去することである。これは、生成物水素富化ストリームを用いる製油所装置にとって極めて望ましい。より低いレベルのＣＯは、下流の装置における触媒が、長時間に亘って活性劣化なしに機能することを保証する。従来のＰＳＡは、このＣＯ規格を満足することができず、同時にまた、全テールガスをより高圧で排出するという条件を満たすことができない。典型的な燃料ヘッダー圧力、またはこれらのＲＣＰＳＡの排気を処理する他の装置の高圧などである。全テールガスは、４０ｐｓｉｇ以上で入手可能であることから、更なる圧縮は、ＲＣＰＳＡを製油所装置と統合するのに必要でない。

実施例５
表５ａおよび表５ｂは、本明細書に記載される本発明に従って運転されるＲＣＰＳＡの性能を比較する。精製されるストリームは、より低いＨ_２（５１モル％）を原料中に有し、典型的な製油所／石油化学ストリームである。両ケース（表５ａおよび表５ｂに対応する）においては、向流脱圧工程は、並流工程の後で適用される。本発明に従って、表５ａは、高いＨ_２回収率（８１％）が、全テールガスが６５ｐｓｉｇ以上で放出される場合においてさえ可能であることを示す。対照的に、あるテールガスが５ｐｓｉｇ程度で入手可能であるＲＣＰＳＡは、Ｈ_２を向流脱圧で失う。例えば、Ｈ_２回収率は、５６％へ低下する。加えて、表５ａのストリームのより高い圧力は、テールガスの圧縮が全く必要とされないことを示す。

表５ａおよび表５ｂ
回収率に対するテールガス圧の効果。Ｈ_２濃度（５１．３モル％）を有する原料へ適用されるＲＣＰＳＡの例。Ｈ_２精製におけるＲＣＰＳＡ（３１立方フィート）の入力および出力の組成（モル％）。原料は２７３ｐｓｉｇ、１２２゜Ｆであり、原料速度は約５．１ ＭＭＳＣＦＤである。

実施例６
この実施例においては、表６ａおよび表６ｂは、本明細書に記載される本発明に従って運転されるＲＣＰＳＡの性能を比較する。これらの場合には、原料圧は８００ｐｓｉｇであり、テールガスは６５ｐｓｉｇまたは１００ｐｓｉｇのいずれかで排気される。組成は、硫化水素などの典型的な不純物を示している。これは、これらの製油所における適用の際に存在することができる。分かることができるように、高い回収率（＞８０％）が、高純度＞９９％の両ケースで観察される。これらの両ケースにおいては、並流脱圧のみが用いられ、この工程における流出物は、サイクル中の他の床へ送られる。テールガスは、単に、向流排出工程において生じる。表６ｃは、テールガスのいくらかがまた、並流脱圧に続く向流脱圧工程で排気されるＲＣＰＳＡの場合を示す。並流脱圧の流出物は、十分な純度および圧力のものであって、それを、本発明の一部であるＲＣＰＳＡ槽の形態の他の床の一つへ戻すことができる。テールガス、即ち排気ガスは、向流脱圧および向流排出工程において生じる。

全ての場合においては、テールガスの全量が、高圧で入手可能である。これは、他の高圧の製油所処理と統合することを可能にする。これは、必要な圧縮のいかなる形態をもその必要性を除外し、一方高純度ガスを高回収率で製造する。本発明の広い特許請求の範囲に従って、これらのケースは、単に、例示の実施例とみなされるものであり、製油所、石油化学、または処理場所にも、もしくは分離される特定の分子の性質にさえ、そのいずれにも限定しないものである。

表６ａ、表６ｂ、および表６ｃ
高圧原料へ適用されるＲＣＰＳＡの例。Ｈ_２精製におけるＲＣＰＳＡ（１８立方フィート）の入力および出力の組成（モル％）。原料は８００ｐｓｉｇ、１２２゜Ｆであり、原料速度は約１０．１ ＭＭＳＣＦＤである。

実施例７
表７ａ、表７ｂ、および表７ｃは、本明細書に記載される本発明に従って運転されるＲＣＰＳＡの性能を比較する。精製されるストリームは、より高いＨ_２（８５モル％）を原料中に有し、典型的な製油所／石油化学ストリームである。これらの実施例においては、生成物の純度の増大は、１０％未満（即ち、Ｐ／Ｆ＜１．１）である。この制約下に、本発明の方法は、水素を、テールガスの圧縮の必要性なしに、回収率＞９０％で製造することができる。

表７ａ、表７ｂ、および表７ｃ
Ｈ_２濃度（８５モル％）で原料へ適用されるＲＣＰＳＡの例。ＲＣＰＳＡ（６．１立方フィート）の入力および出力の組成（モル％）。原料は４８０ｐｓｉｇ、１３５゜Ｆであり、原料速度は約６ ＭＭＳＣＦＤである。

Claims (26)

1. 水素処理装置において、炭化水素原料を品質向上する方法であって、
   ａ）前記炭化水素原料を、水素処理域において、水素および触媒有効量の水素処理触媒と水素処理条件で接触させて、液体相および蒸気相を得る工程であって、前記水素の一部は、水素含有メークアップガスから得られる工程；
   ｂ）液体相生成物および蒸気相生成物を分離する工程であって、前記蒸気相生成物は、水素および軽質炭化水素を含む工程；
   ｃ）急速サイクル圧力スイング吸着装置において、前記軽質炭化水素の少なくとも一部を、水素含有メークアップガス、蒸気相生成物またはその両者から除去する工程であって、
   前記急速サイクル圧力スイング吸着装置は、複数の吸着剤床を含み、かつ合計サイクル時間（ｔ _ＴＯＴ ）３０秒未満および各吸着剤床内の圧力損失５インチ水超／（床長さ１フィート）（＝圧力損失０．４１ｃｍ水超／（床長さ１ｃｍ））を有する工程；および
   ｄ）前記工程ｃ）の、より高い水素濃度を有する蒸気相の少なくとも一部を、前記水素処理域へリサイクルする工程；
   を含み、
   前記合計サイクル時間（ｔ _ＴＯＴ ）は、次式で示すとおり、個々のサイクル時間の和に等しく、
   ｔ _ＴＯＴ ＝ｔ _Ｆ ＋ｔ _ＣＯ ＋ｔ _ＣＮ ＋ｔ _Ｐ ＋ｔ _ＲＰ
   （式中、ｔ _Ｆ ＝水素含有メークアップガスを、水素以外のガス状化合物を吸着する急速サイクル圧力スイング吸着装置中に導入し、水素を急速サイクル圧力スイング吸着装置の外に送るための時間
   ｔ _ＣＯ ＝並行流減圧時間
   ｔ _ＣＮ ＝向行流減圧時間
   ｔ _Ｐ ＝パージ時間
   ｔ _ＲＰ ＝再加圧時間 である。）
   前記急速サイクル圧力スイング吸着装置におけるガス相の物質移動速度（τ _ｇ ）と固体相の物質移動速度（τ _ｓ ）との比が１０より大きく、
   前記工程ｃ）において、軽質炭化水素が６０ｐｓｉｇ（４１３ｋＰａｇ）以上の圧力で除去され、
   原料純度に対する水素生成純度の比（Ｐ％／Ｆ％）が１．１超えである場合、水素回収率（Ｒ％）は８０％より大きく、一方、原料純度に対する水素生成純度の比（Ｐ％／Ｆ％）が１．１未満である場合、水素回収率（Ｒ％）は９０％より大きい、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記炭化水素原料は、ナフサ沸点範囲の原料、灯油およびジェット燃料沸点範囲の原料、留出油沸点範囲の原料、残油並びに原油からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記炭化水素原料は、直留ナフサ、キャット分解ナフサ、コーカーナフサ、水素化分解装置ナフサおよび残油水素化装置ナフサからなる群から選択されるナフサ沸点範囲の原料であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記炭化水素原料は、流動接触分解装置（ＦＣＣ）から製造されるサイクル油、常圧および減圧軽油、常圧および減圧残油、熱分解ガソリン、フィッシャー−トロプシュ液体、ラフィネート、ワックス、潤滑油並びに原油からなる群から選択される留出油またはより高沸点範囲の原料であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記水素処理は、炭化水素原料からヘテロ原子を除去するための水素化処理であり、
   硫化水素もまた、前記蒸気相の成分であり、
   前記硫化水素の少なくとも一部は、前記軽質炭化水素を前記急速サイクル圧力スイング吸着によって除去させる前に、酸性ガス洗浄域において除去される
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記急速サイクル圧力スイング吸着の合計サイクル時間は、１５秒未満であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記合計サイクル時間は、１０秒未満であり、前記各吸着剤床の圧力損失は、１０インチ水超／（床長さ１フィート）（＝０．８２ｃｍ水超／（床長さ１ｃｍ））であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記合計サイクル時間は、５秒未満であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記圧力損失は、２０インチ水超／（床長さ１フィート）（＝１．６４ｃｍ水超／（床長さ１ｃｍ））であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記合計サイクル時間は、１０秒未満であり、前記圧力損失は、１０インチ水超／（床長さ１フィート）（＝０．８２ｃｍ水超／（床長さ１ｃｍ））であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記合計サイクル時間は、５秒未満であり、前記圧力損失は、２０インチ水超／（床長さ１フィート）（＝１．６４ｃｍ水超／（床長さ１ｃｍ））であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記水素処理は、炭化水素原料がより低沸点の生成物へ転化される水素化分解であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記急速サイクル圧力スイング吸着の合計サイクル時間は、１５秒未満であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記合計サイクル時間は、１０秒未満であり、前記各吸着剤床の圧力損失は、１０インチ水超／（床長さ１フィート）（＝０．８２ｃｍ水超／（床長さ１ｃｍ））であることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記合計サイクル時間は、５秒未満であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記圧力損失は、２０インチ水超／（床長さ１フィート）（＝１．６４ｃｍ水超／（床長さ１ｃｍ））であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記水素処理は、炭化水素原料の分子が異性化される水素異性化であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
18. 前記急速圧力スイング吸着の合計サイクル時間は、１５秒未満であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記合計サイクル時間は、１０秒未満であり、前記各吸着剤床の圧力損失は、１０インチ水超／（床長さ１フィート）（＝０．８２ｃｍ水超／（床長さ１ｃｍ））であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記合計サイクル時間は、５秒未満であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記圧力損失は、２０インチ水超／（床長さ１フィート）（＝１．６４ｃｍ水超／（床長さ１ｃｍ））であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記水素処理は、不飽和分および芳香族が水素添加される水素添加であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
23. 前記急速圧力スイング吸着の合計サイクル時間は、１５秒未満であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記合計サイクル時間は、１０秒未満であり、前記各吸着剤床の圧力損失は、１０インチ水超／（床長さ１フィート）（＝０．８２ｃｍ水超／（床長さ１ｃｍ））であることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
25. 前記合計サイクル時間は、５秒未満であることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 前記圧力損失は、２０インチ水超／（床長さ１フィート）（＝１．６４ｃｍ水超／（床長さ１ｃｍ））であることを特徴とする請求項２４に記載の方法。