PL168674B1

PL168674B1 - Sposób wydzielania helu PL PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL168674B1
Application number: PL91291486A
Authority: PL
Inventors: Ramachandran Krishnamurthy; Satish S Tamhankar
Original assignee: Boc Group Inc
Priority date: 1990-08-23
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1996-03-29
Also published as: PL291486A1; JPH04250815A; KR940004626B1; DE4125538C2; KR920004276A; DE4125538A1; ZA915939B; CA2048263A1

Abstract

1. Sposób wydzielania helu wolnego od azotu i metanu ze strumienia zasilajacego zawierajacego hel, azot i metan oraz sladowe ilosci wodoru, obejmujacy przepuszczanie strumienia zasilajacego kolejno przez dwie odrebne sekcje adsorpcji, w których adsorbuje sie azot i metan, i odprowadzanie tak oczyszczonego strumienia gazowego z sekcji adsorp- cji, przy czym proces wydzielania helu prowadzi sie pod podwyzszonym cisnieniem i pro- ces ten okresowo przerywa sie tak by zmniejszyc absolutnie cisnienie gazu w sekcjach ad- sorpcji oraz zdesorbowac i usunac zaadsorbowane skladniki jako gazy odlotowe, zas wodór usuwa sie przepuszczajac strumien zasilajacy przez zloze katalizatora palladowego lub ka- talizatora z tlenku miedzi albo materialu opartego na niklu, o powierzchni wlasciwej co najmniej 100 m2 /g, zawierajacego co najmniej 5% wagowych wolnego niklu, znamienny tym, ze etap obnizania cisnienia prowadzi sie usuwajac gaz z miejsca pomiedzy dwiema sekcjami adsorpcji tak, ze usuwa sie gazy z miejsca posrodku sekcji adsorpcji i powoduje sie spadek cisnienia w sekcjach adsorpcji do wartosci posredniej miedzy cisnieniem, pod którym prowadzi sie adsorpcje, i zmniejszonym cisnieniem absolutnym, pod którym pro- wadzi sie desorpcje zaadsorbowanego skladnika , przy czym etap obnizania cisnienia pro- wadzi sie przed etapem okresowej desorpcji zaadsorbowanych skladników, a gazy usuniete z miejsca posrodku sekcji adsorpcji podczas etapu obnizania cisnienia zawraca sie do strumienia zasilajacego wprowadzonego do sekcji adsorpcji. RZECZPOSPOLITA POLSKA (1 2 ) OPIS PATENTOWY (19) PL (1 1 ) 168674 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania helu wolnego od azotu i metanu ze strumienia zasilającego zawierającego hel, azot i metan oraz śladowe ilości wodoru.

W związku ze wzrostem zapotrzebowania na hel, spowodowanym nowymi technologiami, coraz ważniejsze stają się alternatywne , opłacalne ekonomicznie sposoby produkcji helu. Niezbędne stają się także wydajne sposoby wydzielania helu ze strumienia zawierającego różne zanieczyszczenia, w tym również wodór. Wodór jest składnikiem trudnym do usunięcia z helu przy zastosowaniu tradycyjnych sposobów oczyszczania helu obejmujących destylację kriogeniczną i adsorpcję z wahaniem ciśnienia (PSA), ze względu na znaczne podobieństwo we właściwościach fizycznych między wodorem i helem.

Większość znanych sposobów oczyszczania helu dotyczy wydzielania helu z wykorzystaniem kombinowanych procesów obejmujących sposoby kriogeniczne i PSA. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 701 200 ujawniono sposób, zgodnie z którym strumień wzbogaconego helu, zawierający zazwyczaj 85-92% helu, odzyskuje się jako produkt uboczny z kriogenicznego rozdzielania strumienia procesowego zawierającego hel w mieszaninie z metanem i azotem, na jego podstawowe składniki, to znaczy metan i azot.

168 674

Strumień wzbogaconego helu odprowadzony z sekcji kriogenicznej ogrzewa się do temperatury otoczenia i oczyszcza się w zespole PSA. Z kolei według opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 659 351 surowy strumień helu zawierający około 50% helu wzbogaca się w temperaturach kriogenicznych dzięki zastosowaniu separatorów rzutowych. Wzbogacony hel ogrzewa się do warunków otoczenia, po czym oczyszcza się go dalej metodą PSA. Jakkolwiek znane sposoby zapewniają uzyskanie czystego helu zawierającego poniżej 10 ppm N, i innych zanieczyszczeń, to są one bardzo kosztowne ze względu na specjalne urządzenia, materiały i izolację niezbędną w przeróbce kriogenicznej. Na dodatek w opisach tych nie wspomniano o skuteczności usuwania wodoru z helu, co jak wiadomo. jest bardzo trudne przy wykorzystaniu technik kriogenicznych i/lub PSA.

Znane jest również oczyszczanie helu sposobem PSA bez obróbki kriogenicznej w przypadku wykorzystania strumienia zawierającego azot. metan i hel. W opisie patentowym Republiki Federalnej Niemiec nr 3 716 899 ujawniono dwustopniowy zestaw PSa z węglowymi sitami molekularnymi, w którym strumień zasilający zawierający 5% helu zostaje wzbogacony do 79,5% po pierwszym stadium oraz do 99,9% po drugim stadium. Ujawniono również stadium oczyszczania wstępnego, w którym usuwa się śladowe ilości wyższych węglowodorów (C,+), z tym że nie wspomniano o skuteczności sposobu w usuwaniu wodoru. Wadą tego znanego sposobu jest konieczność stosowania wysokich ciśnień roboczych (około 2,2 MPa) oraz wysokiej próżni (ciśnienie rzędu 5 kPa) w celu uzyskania pożądanej czystości i stopnia odzysku. Drugie stadium procesu PSA działa przy niskim odzysku helu, gdyż część helu stosowana jest jako gaz przedmuchujący. W procesie zużywa się znaczne ilości energii przy ponownym sprężaniu gazu odlotowego z drugiego stadium do wysokiego ciśnienia adsorpcji, aby zmniejszyć straty helu. Niezbędne jest również stosowanie zbiorników buforowych dla utrzymania ciągłości przepływu w procesie, gdyż obydwa stadia procesu PSA przeprowadza się w znacznie różniących się cyklach czasowych.

Istotą sposobu wydzielania helu wolnego od azotu i metanu ze strumienia zasilającego zawierającego hel, azot i metan oraz śladowe ilości wodoru, według wynalazku obejmując przepuszczanie strumienia zasilającego kolejno przez dwie odrębne sekcje adsorpcji, w których adsorbuje się azot i metan i odprowadzanie tak oczyszczonego strumienia gazowego z sekcji adsorpcji, przy czym proces wydzielania helu prowadzi się pod podwyższonym ciśnieniem i proces ten okresowo przerywa się tak by zasadniczo zmniejszyć absolutne ciśnienie gazu w sekcjach adsorpcji oraz zdesorbować i usunąć zaadsorbowane składniki jako gazy odlotowe, zaś wodór usuwa się przepuszczając strumień zasilający przez złoże katalizatora palladowego lub katalizatora z tlenku miedzi albo materiału opartego na niklu, o powierzchni właściwej co najmniej 100 m²/g zawierającego co najmniej 5% wagowych wolnego niklu, jest to, etap obniżania ciśnienia prowadzi się usuwając gaz z miejsca pomiędzy dwiema sekcjami adsorpcji tak, że usuwa się gazy z miejsca pośrodku sekcji adsorpcji i powoduje się spadek ciśnienia w sekcjach adsorpcji do wartości pośredniej między ciśnieniem, pod którym prowadzi się adsorpcję, i zmniejszonym ciśnieniem absolutnym, pod którym prowadzi się desorpcję zaadsorbowanego składnika, przy czym etap obniżania ciśnienia prowadzi się przed etapem okresowej desorpcji zaadsorbowanych składników, a gazy usunięte z miejsca pośrodku sekcji adsorpcji podczas etapu obniżania ciśnienia zawraca się do strumienia zasilającego wprowadzonego do sekcji adsorpcji. Korzystnie strumień zasilający przepuszcza się przez złoże adsorpcyjne pod ciśnieniem adsorpcji w zakresie 0,275-1,15 MPa zasadniczo w temperaturze otoczenia.

Korzystne jest, gdy zgodnie z wynalazkiem etap adsorpcji prowadzi się przed etapem usuwania wodoru albo etap usuwania wodoru prowadzi się przed etapem adsorpcji, oraz stosuje się strumień zasilający zawierający poniżej 1000 ppm wodoru.

Dalsze korzyści z wynalazku uzyskuje się, gdy stosuje złoże katalityczne zawierające materiał oparty na niklu i okresowo regeneruje się złoże materiału katalitycznego opartego na niklu, przy czym złoże katalizatora opartego na niklu utrzymuje się zasadniczo w temperaturze otoczenia..

168 674

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest umożliwienie, w stosunkowo prosty sposób, uzyskania stopnia odzysku helu przekraczającego 95%, oraz w razie potrzeby przekraczającego 99,99%, przy czym proces przebiega w temperaturze otoczenia i pod umiarkowanym ciśnienie w zakresie 0,275-1,15 MPa.

Sposób wydzielania helu, według wynalazku, objaśniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy instalacji do realizacji procesu sposobem według wynalazku, fig. 2 - schemat sekcji adsorpcji z wahaniem ciśnienia, fig. 3 - schemat blokowy sekcji jednostki katalitycznej a fig. 4 - schemat blokowy alternatywnego wykonania instalacji do realizacji procesu sposobem według wynalazku.

Schemat procesu prowadzonego sposobem według wynalazku przedstawiono na figurze 1. Strumień zasilający 1 w warunkach otoczenia spręża się do ciśnienia około 1,15 MPa za pomocą sprężarki 100. Strumień zasilający 1 zawiera duże ilości helu oraz śladowe ilości wodoru. Strumień zasilający zawiera zazwyczaj 6-40%, typowo 25% helu; 10-50%, typowo 20% azotu; 25-60%, typowo 50% metanu; 1-3%, typowo 3% wody; 0-0,6%, typowo 0,5% argonu; 0-1000 ppm, typowo 100 ppm wyższych węglowodorów (C,+); 0-1000 ppm, typowo 100 ppm dwutlenku węgla oraz 0-1000 ppm, typowo 100 ppm wodoru. Uboczny obiegowy strumień 11 helu wprowadzony w celu zmniejszenia do minimum strat helu spowodowanych występowaniem gazu w pustych przestrzeniach złoża oraz gazu słabo związanego z adsorbentem, a także w celu regulacji zawartości azotu jako zanieczyszczenia w wytworzonym helu, łączy się ze strumieniem zasilającym 1 przed sprężaniem w strumień 2. Wylot 3 ze sprężarki 100 chłodzi się za pomocą chłodnicy 200, w której następuje usunięcie skroplonej wody 4.

Strumień procesory 5 wprowadza się do jednostki oczyszczania PSA 300, w której zeolitowe sita molekularne selektywnie adsorbują dwutlenek węgla, metan i azot. Hel i wodór nie zostają zaadsorbowane i przechodzą przez złoże. Zaadsorbowane składniki usuwa się jako gaz odpadowy 10 w czasie regeneracji pod zmniejszonym ciśnieniem.

Jako adsorbent alternatywny względem zeolitowych sit molekularnych stosować można węgiel aktywny. Węglowe sita molekularne, które selektywnie usuwają metan, można łączyć z zeolitem lub węglem aktywnym. Dodatkowo, w przypadku dużej zawartości wody w strumieniu zasilającym, w zasilającym końcu złoża PSA, umieszcza się niewielką warstwę tlenku glinu. A przypadku znacznych ilości wyższych węglowodorów (C,+) w strumieniu zasilającym w końcu zasilającym złoża umieszcza się warstwę żelu krzemionkowego jako adsorbentu.

Na figurze 2 przedstawiono schemat sekcji adsorpcji z wahaniem ciśnienia dla sekwencji obiegu ubocznego produktu, a w tabeli podano położenia zaworów w różnych etapach sekwencji.

Tabela

Sekwencja cyklu PSA helu z czterema złożami

Etap	Czas	Złoże A	Złoże B	Złoże C	Złoże D
1	2	3 3	4	5	6
1	30	zasilanie + produkt	BPE (ponowne sprężanie)	regeneracja próżniowa	BPE (obniżanie ciśnienia)
2	150	zasilanie + produkt	ponowne sprężanie	regeneracja próżniowa	produkt uboczny
3 3	30	BPE (obniżanie ciśnienia)	zasilanie + produkt	BPE (ponowne sprężanie)	regeneracja próżniowa
4	150	produkt uboczny	zasilanie + produkt	ponowne sprężanie	regeneracja próżniowa

168 674

1	2	3	4	5	6
5	30	regeneracja próżniowa	BPE (obniżanie ciśnienia)	zasilanie + produkt	BPE (ponowne sprężanie)
6	150	regeneracja próżniowa	produkt uboczny	zasilanie + produkt	ponowne sprężanie
7	30	BPE (ponowne sprężanie)	regeneracja próżniowa	BPE (obniżanie ciśnienia)	zasilanie + produkt
8	150	ponowne sprężanie	regeneracja próżniowa	produkt uboczny	zasilanie + produkt

Objaśnienia:

zasilanie + produkt

BPE (obniżanie ciśnienia)

Produkt uboczny

Regeneracja próżniowa

BPE (ponowne sprężanie)

Powtórne sprężanie

Zawory otwarte:

etap

Gaz zasilający doprowadzany w dnie adsorbera. Produkt wzbogacony w hel odprowadzany ze szczytu

Ciśnienie w złożu wyrównuje się z innym złożem pod niższym ciśnieniem. Wyrównywanie następuje poprzez szczytowe i dolne końce

Przeprowadza się dekompresję złoża w miejscu pośrednim. Uboczny produkt gazowy zbiera się w zbiorniku buforowym, spręża się i zawraca do gazu zasilającego

Złoże łączy się z pompą próżniową na ssaniu przez dolny koniec w celu usunięcia gazu wzbogacanego w CH₄/N,

Wyrównywanie ciśnienia w złożu, z innym złożem o wyższym ciśnieniu

Ponowne sprężanie do ciśnienia adsorpcji z wykorzystaniem produktu gazowego wzbogaconego w hel z PSA.

1	301,	305,	310,	314,	312,	316,	319
2	301,	305,	319,	322,	328
o a	302,	306,	309,	3 1 3	311,	315,	320
4	302,	306,	320,	323,	325
5	303,	307,	310,	314,	312,	316,	317
6	303,	307,	317,	324,	326
7	304,	308,	309,	313,	311,	315,	318
8	304,	308,	318,	321,	327

Przedstawiona w tebeli sekwencja obiegu produktu ubocznego umożliwia równoczesne zminimalizowanie strat helu i zminimalizowanie zanieczyszczenia wytwarzanego helu azotem. Po wyrównaniu się ciśnień w konkretnym złożu przeprowadza się dekompresję złoża w miejscu pośrednim i strumień odgazów zawierający hel, azot i niewielkie ilości metanu zawraca się do strumienia zasilającego. Miejsce pośrednie przedstawione jest na fig. 2 jako strumień, który odprowadzany jest między dwoma odrębnymi sekcjami każdego złoża. Tak np. złoże 360 podzielone jest na sekcje 361 i 362. Takie odrębne sekcje nie muszą stanowić oddzielnych zbiorników, gdyż mogą to być dwie różne warstwy w tym samym zbiorniku z wylotem usytuowanym na odpowiednim poziomie w złożu. Dobór odpowiedniego ciśnienia pod koniec etapu usuwania ubocznego produktu zapewnia, że jedynie niewielka ilość helu będzie znajdować się w złożu, co minimalizuje straty helu, gdy złoże regeneruje się pod zmniejszonym ciśnieniem.

168 674

Przebieg regeneracji PSA i zawracania ubocznego produktu opisany jest poniżej. Do opisu jednego kompletnego cyklu wybrano złoże 360. Sekwencje w pozostałych złożach 370, 380 i 390 są identyczne.

W czasie etapu 1 gaz zasilający wprowadzany jest do złoża 360 przez zawór 301. Zanieczyszczenia zostają zaadsorbowane, a produkt stanowiący hel ze śladowymi ilościami wodoru opuszcza złoże 301 przez zawór 305. Ciśnienie w złożu 360 jest regulowane za pomocą zaworu regulacji ciśnienia 350. Produkt stanowiący hel odprowadza się, gdy ciśnienie w złożu 360 jest wyższe od ciśnienia nastawionego dla zaworu 350. Jeśli ciśnienie na wylocie sprężarki 100 przewyższy ciśnienie nastawione dla zaworu regulacji ciśnienia 104, część strumienia z wylotu ze sprężarki 100 zawraca się do zaworu ssania sprężarki 100 poprzez zbiornik buforowy ubocznego produktu.

Etap 2 sekwencji kończy się, gdy azot dojdzie do końca złoża 306 właściwego dla produktu, a zawory 301 i 305 zostaną zamknięte. W czasie etapu 3 zawory 309 i 313 są otwarte i gaz wchodzi do złoża 380 odpowiednio przez zawory 311 i 315. Etap 3 stanowi etap wyrównywania ciśnień, w którym w złożu 360 następuje obniżenie ciśnienia do wielkości pośredniej, a w złożu 380 następuje częściowe sprężenie. Pod koniec etapu 3 zawory 309 i 313 zamyka się, a zawór 325 otwiera się, aby rozpocząć zawracanie produktu ubocznego. Złoże 360 ulega dekompresji do zbiornika buforowego produktu ubocznego 340, aż do osiągnięcia nastawy ciśnienia na zaworze 330.

W etapie 4 następuje uwolnienie produktu ubocznego i skierowanie go na ssanie sprężarki 100 gazu zasilającego. W etapie 5 zawór 317 jest otwarty, a złoże 360 zostaje odgazowane za pomocą pompy próżniowej 500. Gaz uwolniony w czasie tego etapu zawiera zanieczyszczenia w postaci metanu i azotu, które zostały zaadsorbowane przez złoże. Gaz ten można zbierać w dodatkowym zbiorniku buforowym w odgałęzieniu gazu odpadowego. Zawór regulacji ciśnienia 520 reguluje ciśnienie, pod którym odprowadza się gaz odpadowy.

Regenerację złoża 360 prowadzi się w etapie 6. W etapie 7 następuje wyrównanie ciśnienia między złożem 360 i złożem 380, w celu częściowego sprężenia złoża 360. W etapie 8 następuje pełne sprężenie złoża 360 do ciśnienia zbliżonego do pożądanego ciśnienia adsorpcji. Temu etapowi wzrostu ciśnienia towarzyszy wprowadzanie niewielkiej części wytworzonego helu do złoża 360 przez regulator przepływu ponownego sprężania 355 i zawór 321. Po zakończeniu etapu 8 złoże 360 znajduje się pod ciśnieniem równym lub zbliżonym do pożądanego ciśnienia adsorpcji i jest gotowe do powtórzenia cyklu czynności.

Regenerację PSA prowadzi się pod zmniejszonym ciśnieniem rzędu 7-35 kPa, zazwyczaj 14 kPa. W celu zapewnienia wysokiego stopnia odzysku helu regeneracja pod zmniejszonym ciśnieniem jest korzystniejsza niż przedmuchiwanie produktu, gdyż prowadzi to do minimalizacji strat helu. Jakikolwiek przypadkowy przeciek tlenu do układu nie będzie miał większego znaczenia, gdyż tlen ten zostanie usunięty w etapie katalitycznym. Jak to wspomniano powyżej, strumień odzysku 11 produktu ubocznego, który zawraca się do świeżego strumienia zasilającego 1, odprowadza się z miejsca usytuowanego w środkowej części złoża PSA w celu odzyskania podstawowej części helu znajdującego się w pustych przestrzeniach złoża PSA, tak aby zwiększyć odzysk helu. Dodatkowo produkt uboczny usuwa się z miejsca usytuowanego w środkowej części złoża dlatego, aby azot zawarty w tym produkcie w dużej ilości nie zanieczyścił podstawowego produktu helu.

W wersji przedstawionej na fig. 1 strumień wzbogacony w hel 8 opuszcza jednostkę PSA 300 i wprowadzany jest do jednostki katalitycznej 400, przy czym zawiera on mniej niż po 1 ppm dwutlenku węgla i metanu oraz wymaganą ilość azotu, w zależności od tego, czy konieczne jest całkowite czy częściowe usunięcie azotu. Z kolei do zatrzymania zanieczyszczeń w postaci wodoru na drodze chemisorpcji stosuje się katalizator oparty na niklu, korzystnie katalizator Harshaw Ni-0104. Chemisorpcja przebiega w temperaturze otoczenia bez konieczności ogrzewania lub chłodzenia katalizatora. Produkt w postaci helu stanowiący odgaz 9 zawiera nie więcej niż 1 ppm wodoru, korzystnie mniej niż 0,1 ppm wodoru.

168 674

Katalizator oparty na niklu usuwa również dwutlenek węgla i wodę, jeśli takie zanieczyszczenia występują.

Regenerację złoża jednostki katalitycznej 400 opartej na niklu przeprowadza się przepuszczając gaz regeneracyjny 6 przez wyczerpany katalizator i usuwając regeneracyjny gaz zawierający zdesorbowany wodór jako strumień 7. Znane są dwa schematy regeneracji złoża katalitycznego. Zgodnie ze zwykłym sposobem przeprowadza się regenerację termiczną, w której strumień gazu obojętnego ogrzewa się do temperatury około 200°C, i wprowadza w przeciwprądzie do zwykłego przepływu gazu procesowego. Przedmuchiwanie na gorąco kontynuuje się przez określony czas, po czym złoże katalizatora chłodzi się do temperatury otoczenia. Korzystny sposób regeneracji katalizatora opartego na niklu opiera się na nowej procedurze zasadniczo zwiększającej zdolność katalizatora do usuwania wodoru. Katalizator niklowy wykazuje bardzo silne powinowactwo do wodoru i zwykła obróbka termiczna nie wystarcza do usunięcia znacznych ilości wodoru, który w związku z tym pozostaje w katalizatorze. W wyniku wprowadzenia regulowanych ilości tlenu do takiego złoża zajdzie reakcja z wodorem, w której powstaje woda.

Etapy sekwencji regeneracji najlepiej można przedstawić przy pomocy figury 3 stanowiącej schemat blokowy sekcji jednostki katalitycznej, na którym pokazano dwa złoża katalityczne 430 i 440. Zastosowanie dwóch złóż umożliwia oczyszczanie strumienia helu w sposób ciągły. Poniżej opisane zostanie działanie złoża 440 w wariancie oczyszczania helu, a działanie złoża 430 opisane zostanie w wariancie jego regeneracji.

Według fig. 3 hel zawierający śladowe ilości wodoru wprowadza się do jednostki katalitycznej jako strumień 8 i wchodzi do złoża 440 przez zawór 419. Produkt stanowiący oczyszczony hel opuszcza złoże 440 poprzez zawór 421, z którego odprowadzany jest przewodem produktu, helu 9. Zawory 418 i 420 pozostają zamknięte, aby zapobiec przedostawaniu się helu do złoża 430, które jest regenerowane. Również zawory 414 i 416 pozostają zamknięte, aby zapobiec przedostaniu się mieszaniny gazu regeneracyjnego do złoża 440.

Mieszanina strumienia 6 gazu regeneracyjnego zawiera gaz obojętny, korzystnie azot, oraz regulowane ilości tlenu, który wprowadzany jest do gazu obojętnego przewodem 401. Ilość tlenu dodawanego do gazu obojętnego jest dokładnie regulowana zaworem 412, tak że mieszanina gazu regeneracyjnego zawiera nie więcej niż około 5000 vpm (objętości na milion) tlenu, korzystnie około 1000 vpm. Mieszanina gazu regeneracyjnego wprowadzana jest do złoża 430 przez zawór 413, a opuszcza złoże przez zawór 415.

Po upływie ustalonego okresu czasu doprowadzanie tlenu przerywa się zamykając zawór 411 i złoże ogrzewa się do temperatury około 200°C przepuszczając strumień gazu obojętnego, korzystnie azotu. Ten strumień ogrzanego gazu obojętnego wchodzi i opuszcza jednostkę katalityczną tą samą drogą co mieszanina gazu regeneracyjnego opisana powyżej, unosząc ze sobą wilgoć. Przepływ gazu obojętnego utrzymuje się przez ustalony okres czasu w celu usunięcia wilgoci. Po schłodzeniu katalizatora do temperatury pokojowej część produktu stanowiącego czysty hel stosuje się do usunięcia gazu obojętnego ze złoża, jeśli gazem tym nie był hel.

Schemat alternatywnego wykonania instalacji do realizacji procesu sposobem według wynalazku, zgodnie z którym jednostka katalityczna 400 poprzedza jednostkę PSA 300, przedstawiono na figurze 4. Schemat ten korzystnie wykorzystuje się przy obróbce strumieni zasilających zawierających mniej niż 5% metanu, mniej niż 1000 ppm dwutlenku węgla oraz znaczne ilości azotu. W związku z tym, że strumień gazu odpadowego 10 jednostki PSA 300 przy takim zestawieniu zasadniczo nie zawiera wodoru, może być stosowany jako strumień 6 gazu regeneracyjnego w jednostce katalitycznej 400, co powoduje znaczne ograniczenie, a nawet wyeliminowanie zapotrzebowania na zewnętrzne źródło azotu. W takim zestawieniu strumień 8 opuszczający jednostkę PSA 300 zawiera jako produkt hel pozbawiony wodoru.

Możliwych jest szereg modyfikacji w rozdzielaniu PSA lub wariantów cyklu PSA, przy czym wszystkie one należy uważać za objęte zakresem wynalazku. Tak np. zastosowanie PSA do częściowego usuwania metanu lub· częściowego usuwania azotu, sprzężone z oczyszcza8

168 674 niem kriogenicznym, lub modyfikacja cyklu PSA pozwalająca rozdzielić strumień zasilający na frakcje produktu wzbogacone w azot lub wzbogacone w metan, z następującym potem ich oczyszczaniem, uważa się również za objęte zakresem wynalazku.

168 674

<-

rt·

ΓΌ

FIG.2

168 674

FIG.3

168 674

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wydzielania helu wolnego od azotu i metanu ze strumienia zasilającego zawierającego hel, azot i metan oraz śladowe ilości wodoru, obejmujący przepuszczanie strumienia zasilającego kolejno przez dwie odrębne sekcje adsorpcji, w których adsorbuje się azot i metan, i odprowadzanie tak oczyszczonego strumienia gazowego z sekcji adsorpcji, przy czym proces wydzielania helu prowadzi się pod podwyższonym ciśnieniem i proces ten okresowo przerywa się tak by zmniejszyć absolutnie ciśnienie gazu w sekcjach adsorpcji oraz zdesorbować i usunąć zaadsorbowane składniki jako gazy odlotowe, zaś wodór usuwa się przepuszczając strumień zasilający przez złoże katalizatora palladowego lub katalizatora z tlenku miedzi albo materiału opartego na niklu, o powierzchni właściwej co najmniej 100 m²/g, zawierającego co najmniej 5% wagowych wolnego niklu, znamienny tym, że etap obniżania ciśnienia prowadzi się usuwając gaz z miejsca pomiędzy dwiema sekcjami adsorpcji tak, że usuwa się gazy z miejsca pośrodku sekcji adsorpcji i powoduje się spadek ciśnienia w sekcjach adsorpcji do wartości pośredniej między ciśnieniem, pod którym prowadzi się adsorpcję, i zmniejszonym ciśnieniem absolutnym, pod którym prowadzi się desorpcję zaadsorbowanego składnika , przy czym etap obniżania ciśnienia prowadzi się przed etapem okresowej desorpcji zaadsorbowanych składników, a gazy usunięte z miejsca pośrodku sekcji adsorpcji podczas etapu obniżania ciśnienia zawraca się do strumienia zasilającego wprowadzonego do sekcji adsorpcji.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień zasilający przepuszcza się przez złoża adsorpcyjne pod ciśnieniem adsorpcji w zakresie 0,275-1,15 MPa zasadniczo w temperaturze otoczenia.
3. Sposób według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, że etap adsorpcji prowadzi się przed etapem usuwania wodoru.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że etap usuwania wodoru prowadzi się przed etapem adsorpcji.
5. Sposób według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, że stosuje się strumień zasilający zawierający poniżej 1000 ppm wodoru.