SK286512B6 - Very large-scale pressure swing adsorption processes - Google Patents
Very large-scale pressure swing adsorption processes Download PDFInfo
- Publication number
- SK286512B6 SK286512B6 SK188-2001A SK1882001A SK286512B6 SK 286512 B6 SK286512 B6 SK 286512B6 SK 1882001 A SK1882001 A SK 1882001A SK 286512 B6 SK286512 B6 SK 286512B6
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- adsorption
- gas
- scrubbing
- beds
- duration
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y02C10/08—
Abstract
Description
Oblasť technikyTechnical field
Vynález sa týka spôsobov separácie plynov za použitia striedavej tlakovej adsorpcie (PSA), ktoré podstatným spôsobom zväčšujú kapacitu separačných procesov.The invention relates to gas separation processes using alternating pressure adsorption (PSA), which substantially increase the capacity of separation processes.
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
PSA predstavuje účinný a ekonomický prostriedok na separáciu viaczložkového plynného prúdu, ktorý obsahuje aspoň dva plyny majúce odlišné adsorpčné charakteristiky. Pevnejšie adsorbovaným plynom môže byť prímes, ktorá sa odstráni zo slabšie adsorbovaného plynu, ktorý sa odčerpá ako produkt alebo naopak silnejšie adsorbovaný plyn môže predstavovať požadovaný produkt, ktorý sa separuje od slabšie adsorbovaného plynu. Napríklad je treba izolovať zo zavádzacieho prúdu, ktorý obsahuje vodík, oxid uhoľnatý a ľahké uhľovodíky a získať tak purifikovaný (99+ %) vodíkový prúd na hydraulické krakovanie alebo ďalšie katalytické procesy, pri ktorých by zmienené nečistoty mohli nežiaducim spôsobom ovplyvniť katalyzátor alebo reakciu. Na druhej strane môže byť výhodné izolovať zo zavádzaného prúdu silnejšie adsorbované plyny, napríklad etylén, a získať tak produkt bohatý na etylén.PSA is an efficient and economical means for separating a multi-component gas stream containing at least two gases having different adsorption characteristics. The stronger adsorbed gas may be an admixture that is removed from the weaker adsorbed gas that is pumped off as the product, or the stronger adsorbed gas may be the desired product that separates from the weaker adsorbed gas. For example, it is necessary to isolate from a feed stream containing hydrogen, carbon monoxide, and light hydrocarbons to obtain a purified (99+%) hydrogen stream for hydraulic cracking or other catalytic processes in which the impurities could adversely affect the catalyst or reaction. On the other hand, it may be advantageous to isolate strongly adsorbed gases, such as ethylene, from the feed stream to obtain an ethylene-rich product.
Pri uskutočňovaní PSA sa viaczložkový plyn spravidla zavádza do aspoň jednej množiny adsorpčných zón a to za zvýšeného tlaku, pri ktorej dôjde na adsorpciu aspoň jednej zložky a priechodu aspoň ďalšej jednej zložky. V stanovenom časovom okamihu sa zavádzanie prúdu do adsorbéra ukončí a tlak v adsorpčnej zóne sa zruší v jednom alebo viacerých súbežne uskutočňovaných krokoch, v ktorých sa tlak zníži na úroveň, ktorá umožni separáciu slabšie adsorbovanej zložky alebo zložiek, ktoré zostali v adsorpčnej zóne, a jej odťah bez významnejšej koncentrácie silnejšie adsorbovaných zložiek. Potom sa v adsorpčnej zóne ešte ďalej zníži tlak protiprúdovým znížením tlaku, ktoré sa realizuje odvádzaním desorbovaného plynu v smere opačnom na smer zavádzania prívodného prúdu. Na záver sa adsorpčná zóna prepláchne prúdom opúšťajúcim adsorpčné lôžko za súčasného zrušenia tlaku a následne sa táto adsorpčná zóna opäť natlakuje. Finálny krok, v ktorom sa uskutočňuje natlakovanie, sa spravidla realizuje za prítomnosti plynného produktu a často sa označuje ako opakované natlakovanie produktu. Pri viaczónových systémoch sú ďalšie kroky a opísané kroky spravidla uskutočňované v stupňoch. Patentové prihlášky US-A-3,176,444, US-A-3,986,849 a US-A-3,430,418 a patent US 3,703,068 (Fuderer a kol.) napríklad opisujú viaczónový adiabatický PSA systém, ktorý využíva tak súprúdového ako aj proti prúdového zrušenia tlaku.In carrying out the PSA, the multicomponent gas is typically introduced into at least one plurality of adsorption zones at elevated pressure at which adsorption of at least one component occurs and at least one other component is passed through. At a specified point in time, the introduction of the stream into the adsorber is terminated and the pressure in the adsorption zone is released in one or more concurrent steps in which the pressure is reduced to a level that allows the weaker adsorbed component or components remaining in the adsorption zone to separate. Extraction without significant concentration of stronger adsorbed components. Thereafter, the pressure in the adsorption zone is further reduced by countercurrent pressure reduction, which is effected by removing the desorbed gas in a direction opposite to the feed-in direction. Finally, the adsorption zone is flushed with the stream leaving the adsorption bed while depressurizing, and then the adsorption zone is again pressurized. The final pressurizing step is generally carried out in the presence of a gaseous product and is often referred to as repeated pressurizing the product. In multi-zone systems, the further steps and described steps are generally performed in stages. For example, US-A-3,176,444, US-A-3,986,849 and US-A-3,430,418 and US 3,703,068 (Fuderer et al.) Disclose a multi-zone adiabatic PSA system that utilizes both co-current and counter-current depressurization.
Je známe, že pre PSA systémy sú vhodné rôzne triedy adsorbentov, pričom ich voľba závisí od zložiek konkrétneho zavádzaného prúdu a od ďalších faktorov, ktoré sú odborníkom v danom odbore známe. Medzi vhodné adsorbenty môžeme spravidla zaradiť molekulové sitá, silikagél, aktívny uhlík a aktivovanú alumínu. V prípade niektorých separácií môžu byť výhodné špeciálne adsorbenty. PSA spravidla využíva slabé adsorbenty a to v množstve od stopového množstva až po viac ako 95 % mol., vztiahnuté na množstvo separovanej zložky. PSA systémy sú výhodné v prípade, že umožnia izolovať vysoké koncentrácie hodnotných surovín, produktov alebo opakovateľne využiteľných rozpúšťadiel. PSA cyklus je cyklus, v ktorom sa desorpcia uskutočňuje pri tlaku omnoho nižšom ako adsorpcia.It is known that different classes of adsorbents are suitable for PSA systems, the choice of which depends on the components of the particular feed stream and other factors known to those skilled in the art. Suitable adsorbents include, as a rule, molecular sieves, silica gel, activated carbon and activated alumina. For some separations, special adsorbents may be preferred. Typically, PSA utilizes weak adsorbents in an amount ranging from trace amounts to more than 95 mol%, based on the amount of the separated component. PSA systems are advantageous if they allow the isolation of high concentrations of valuable raw materials, products or reusable solvents. The PSA cycle is a cycle in which desorption is performed at a pressure much lower than adsorption.
V niektorých prípadoch sa adsorpcia uskutočňuje za vákua, t. j. vákuová striedavá adsorpcia (VSA). Aby sa zabránilo zníženiu výkonu slabého adsorbentu, je prevádzková doba PSA cyklov spravidla krátka, t. j. rádovo trvá sekundy až minúty.In some cases, adsorption is performed under vacuum, i. j. vacuum alternating adsorption (VSA). In order to prevent a weak adsorbent performance from decreasing, the operating time of the PSA cycles is generally short, i. j. it takes seconds to minutes.
Jedným z problémov stavby moderných zariadení na spracovanie plynov je nutnosť kontinuálne zväčšovať veľkosť zariadenia v odozve na kontinuálne zvyšujúce sa množstvo spracovávaného plynu. Kapacita moderných komplexov spracovávajúcich plyn je spravidla väčšia ako približne 110 000 m3/h. Priemer väčšiny PSA nádob je obmedzený ich dopravou na stavenisko a spravidla sa obmedzuje približne na 4 m, pričom dĺžka nádoby je obmedzená pevnosťou adsorpčnej častice v tlaku. V prípade kapacít väčších ako približne 110 000 m3/h sa PSA procesy uskutočňujú na viacerých linkách, ktoré sú vybavené čerpadlami, vykurovacími systémami, ventilmi, nádobami a kompresormi.One problem with the construction of modern gas processing equipment is the need to continuously increase the size of the equipment in response to continuously increasing amounts of gas being treated. The capacity of modern gas processing complexes is generally greater than about 110,000 m 3 / h. The diameter of most PSA containers is limited by their transport to the construction site and is generally limited to approximately 4 m, the length of the container being limited by the compressive strength of the adsorbent particle. For capacities greater than approximately 110,000 m 3 / h, PSA processes are carried out on multiple lines equipped with pumps, heating systems, valves, vessels and compressors.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Spôsob podľa vynálezu prekonáva historické obmedzenia kapacity PSA jednotiek na separácie širokého spektra plynu. Teraz môžeme dosiahnuť kapacitu presahujúcu približne 110 000 m3/h v jedinej integrovanej prevádzkovej linke. Táto jediná integrovaná prevádzková linka môže obsahovať 10 až 20 adsorpčných lôžok. Redukcia vybavenia sa dosiahla odchýlením od všeobecne prijímaného princípu, podľa ktorého musí byť dĺžka premývacieho kroku rovnaká alebo kratšia ako dĺžka adsorpčného kroku. V rámci vynálezu sa zistilo, že predĺžením doby trvania premývacieho kroku v porovnaní s dobou trvania adsorpčného kroku sa významne zvýši kapacita za minimálnej straty výkonu. Je výhodné, pokiaľ je pomer doby trvania premývacieho krokuThe process of the invention overcomes historical limitations of the capacity of PSA units for separating a wide range of gas. We can now achieve a capacity exceeding approximately 110,000 m 3 / h in a single integrated line. This single integrated process line can contain 10 to 20 adsorption beds. Equipment reduction was achieved by deviating from the generally accepted principle that the length of the washing step must be equal to or shorter than the length of the adsorption step. Within the scope of the invention, it has been found that by increasing the duration of the washing step compared to the duration of the adsorption step, the capacity is significantly increased with minimal power loss. It is preferred that the ratio of the duration of the washing step be
SK 286512 Β6 k dobe trvania adsorpčného kroku vyšší ako 1,0 a nižší ako 2,0. Prínosom tohto objavuje, že namiesto stavby druhej paralelnej spracovateľskej linky j e možné konštruovať vysokokapacitné PSA jednotky a tým výrazne znížiť ekonomické náklady.To an adsorption step duration greater than 1.0 and less than 2.0. The benefit of this is that, instead of building a second parallel processing line, it is possible to construct high-capacity PSA units and thereby significantly reduce economic costs.
Cieľom vynálezu je poskytnúť PSA spôsob pre vysokokapacitné jednotky na spracovanie plynu v jedinej prevádzkovej linke.It is an object of the invention to provide a PSA method for high capacity gas processing units in a single operating line.
Cieľom vynálezu je tiež poskytnúť prevádzkovú sekvenciu, ktorá by prekonala fyzické obmedzenia týkajúce sa veľkosti nádoby a pevnosti adsorbentu a umožnila by spracovanie veľkého množstva zavádzanej suroviny bez straty celkového výkonu vysokokapacitných plynných separačných systémov.It is also an object of the invention to provide an operating sequence that overcomes the physical limitations on container size and adsorbent strength and allows the processing of large quantities of feedstock without losing the overall performance of high capacity gas separation systems.
Pri jednom uskutočnení vynálezu sa spôsob týka separácie neadsorbovateľného plynu z plynnej zmesi obsahujúcej ncadsorbovateľný plyn a adsorbovateľný plyn v jedinej PSA zóne. Tento spôsob zahŕňa vedenie zmesi do jedinej PSA zóny a odvádzanie prúdu plynného produktu, ktorý obsahuje neadsorbovateľný plyn, a prúdu odpadného plynu, ktorý obsahuje adsorbovateľný plyn. Jediná PSA zóna je vybavená množinou adsorpčných lôžok, pričom každé z týchto adsorpčných lôžok podstupuje adsorpčný krok, aspoň tri súprúdové vyrovnávacie kroky vrátane finálneho suprúdového vyrovnávacieho kroku, premývací krok, proti prúdový vyfukovací krok, premývací krok, aspoň tri proti prúdové vyrovnávacie kroky vrátane finálneho proti prúdového vyrovnávacieho kroku a krok, v ktorom dochádza k opakovateľnému natlakovaniu. Jednotlivé prevádzkové kroky sa uskutočňujú sekvenčným spôsobom a neprekrývajú sa. Premývací krok trvá dlhšie ako absorpčný krok, pričom premývací krok zahŕňa krok, v ktorom absorpčné lôžko, ktoré je premývané, prijíma premývací plyn od jedného alebo viacerých ďalších absorpčných lôžok. Takže počet absorpčných lôžok, ktoré podstupujú absorpčný krok je nižší ako počet absorpčných lôžok, ktoré podstupujú premývací krok.In one embodiment, the method relates to the separation of a nonadsorbable gas from a gas mixture comprising a nonadsorbable gas and an adsorbable gas in a single PSA zone. The method comprises directing the mixture to a single PSA zone and discharging a stream of gaseous product containing non-adsorbable gas and a waste gas stream containing adsorbable gas. A single PSA zone is provided with a plurality of adsorbent beds, each of said adsorption beds undergoing an adsorption step, at least three co-current alignment steps including a final super-current alignment step, a washing step, upstream blowing step, a washing step. and a step in which repeatable pressurization occurs. The individual operating steps are performed in a sequential manner and do not overlap. The scrubbing step lasts longer than the absorption step, wherein the scrubbing step comprises a step in which the absorbent bed being washed receives the scrubbing gas from one or more additional absorbent beds. Thus, the number of absorbent beds that undergo the absorption step is less than the number of absorbent beds that undergo the wash step.
Týmto spôsobom môžeme izolovať vodík z plynnej zmesi obsahujúcej vodík, oxid uhličitý a dusík.In this way, hydrogen can be isolated from a gas mixture containing hydrogen, carbon dioxide and nitrogen.
Podľa ďalšieho uskutočnenia vynálezu spôsob separuje neabsorbovateľný plyn z plynnej zmesi obsahujúcej neabsorbovateľný plyn a absorbovateľný plyn v PSA zóne s množinou absorpčných lôžok. Tento spôsob zahŕňa nasledujúce kroky. Plynná zmes sa za absorpčného tlaku vedie do prvého adsorpčného lôžka množiny adsorpčných lôžok v PSA zóne. Každé z adsorpčných lôžok obsahuje selektívny absorbent na adsorpciu absorbovateľného plynu v absorpčnom kroku, počas ktorého sa izoluje prúd opúšťajúci adsorpčné lôžko. Prvá adsorpčná zóna je súprúdovo natlakovaná vo vyrovnávacích krokoch, pričom každé ďalšie adsorpčné lôžko má sekvenčne nižší vyrovnávací tlak. Súprúdové odtlakovanie sa zopakuje aspoň 2x, aby sa dosiahol posledný vyrovnávací krok. Prvé adsorpčné lôžko sa ďalej súprúdovo odtlakuje a tým sa získa desorpčný odtekajúci prúd v kroku poskytujúcom čistenie v priebehu doby vymedzenej na poskytovanie čistenia a súčasne sa desorpčný vytekajúci prúd vedie do aspoň dvoch ďalších adsorpčných lôžok, ktoré sa podrobujú premývaniu. Prvé adsorpčné lôžko sa protiprúdovým spôsobom odtlakuje, čím sa zníži tlak a odpadový prúd sa izoluje pri desorpčnom tlaku. Prvé adsorpčné lôžko sa prepláchne preplachovacím prúdom počas doby určenej na preplachovací krok, pričom táto doba vymedzená na preplachovací krok je dlhšia ako doba vymedzená na adsorpčný krok. Preplachovací prúd sa vedie z jedného alebo viacerých adsorpčných lôžok, ktoré podstupujú krok súprúdového poskytovania prepláchnutia, alebo lôžok, ktoré podstupujú súprúdový vyrovnávací krok. Prvé adsorpčné lôžko, ktoré sa súprúdovým spôsobom opäť natlakuje tak, že sa tlak prvého adsorpčného lôžka vyrovná s tlakom ďalších adsorpčných lôžok, pričom ďalšie adsorpčné lôžko má sekvenčne vyšší vyrovnávací tlak a tento súprúdový krok, v ktorom sa uskutočňuje opakované natlakovanie, sa zopakuje aspoň 2x. Prvé adsorpčné lôžko sa súprúdovým spôsobom natlakuje časťou prúdu opúšťajúcou adsorpciu, pričom opísané prevádzkové kroky sa opakujú tak, že poskytujú kontinuálny spôsob.According to another embodiment of the invention, the method separates the nonabsorbable gas from a gas mixture comprising a nonabsorbable gas and an absorbable gas in a PSA zone with a plurality of absorbent beds. This method includes the following steps. The gaseous mixture is passed to the first adsorbent bed of the plurality of adsorbent beds in the PSA zone under absorption pressure. Each of the adsorbent beds comprises a selective absorbent for adsorbing the absorbable gas in the absorption step during which the current exiting the adsorbent bed is isolated. The first adsorption zone is co-pressurized in equalization steps, each additional adsorption bed having a sequentially lower equalization pressure. The downstream depressurization is repeated at least 2 times to achieve the last equalization step. Further, the first adsorbent bed is co-pressurized to obtain a desorption effluent stream in the purification step during the time provided for purification, and at the same time the desorption effluent stream is fed to at least two further adsorbent beds which are subjected to a wash. The first adsorbent bed is depressurized in a countercurrent manner, thereby reducing the pressure and isolating the waste stream at desorption pressure. The first adsorbent bed is purged with the flushing stream for a period of time for the flushing step, which time limited to the flushing step is longer than the time limited to the adsorption step. The flushing stream is conducted from one or more adsorption beds that undergo a downstream flushing step, or beds that undergo a downstream equalization step. A first adsorbent bed which is re-pressurized in a co-current manner such that the pressure of the first adsorbent bed is equal to that of the other adsorbent beds, the next adsorbent bed having a sequentially higher equalization pressure, and this co-current step in which repeated pressurisation is carried out . The first adsorbent bed is pressurized in a co-current manner with the portion of the stream leaving the adsorption, the described operating steps being repeated to provide a continuous process.
Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Obr. 1 znázorňuje zjednodušený cyklický graf konvenčného PSA separačného systému so 16 lôžkami, ktorý je súčasťou doterajšieho stavu techniky.Fig. 1 illustrates a simplified cyclic graph of a conventional 16-bed PSA separation system of the prior art.
Obr. 2 znázorňuje zjednodušený cyklický graf nového PSA separačného systému so 16 lôžkami podľa vynálezu.Fig. 2 shows a simplified cyclic graph of the new 16-bed PSA separation system according to the invention.
Obr. 3 znázorňuje zjednodušený cyklický graf variantu nového PSA separačného systému so 16 lôžkami podľa vynálezu.Fig. 3 shows a simplified cyclic graph of a variant of the novel 16-bed PSA separation system according to the invention.
Východisková surovina použitá pre spôsob podľa vynálezu môže zahŕňať vodík, oxid uhoľnatý, oxid uhličitý, dusík, inemtné plyny a uhľovodíky. Spôsob podľa vynálezu môžeme použiť na separáciu vodíka z absorbovateľných zlúčenín, akými sú napríklad oxid uhoľnatý, oxid uhličitý, dusík a uhľovodíky, alebo na separáciu metánu z menej adsorbovateľných zlúčenín, ktoré zahŕňajú oxid uhličitý, oxidy síry, sírovodík, ťažšie uhľovodíky a ich zmesi. Výrazom „uhľovodíky“ rozumieme uhľovodíky, ktoré majú 1 až 8 atómov uhlíka na molekulu a zahŕňajú alkány, alkény, cykloalkény a aromatické uhľovodíky, akým je napríklad benzén. Výrazom „jediná výrobná linka“ rozumieme skupinu prevádzkového zariadenia vrátane čerpadiel, vykurovacích telies, nádob, ventilov, spájacích potrubí a kompresorov, ktoré sú zostavené tak, že vykonávajú určitú úlohu, ako je napríklad plynová separácia, pričom táto skupina neobsahuje žiadnu komplexnú duplicitu prevádzko vého vybavenia. Opakom jednoduchej linky je množina prevádzkových liniek, ktoré obsahujú rad paralelných a identických skupín prevádzkového vybavenia, pričom tieto rady sú usporiadané tak, že plnia jedinú úlohu.The feedstock used for the process of the invention may include hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, inert gases and hydrocarbons. The process of the invention can be used to separate hydrogen from absorbable compounds such as carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen and hydrocarbons, or to separate methane from less adsorbable compounds including carbon dioxide, sulfur oxides, hydrogen sulfide, heavier hydrocarbons, and mixtures thereof. By "hydrocarbons" we mean hydrocarbons having 1 to 8 carbon atoms per molecule and include alkanes, alkenes, cycloalkenes, and aromatic hydrocarbons such as benzene. By "single production line" we mean a group of process equipment, including pumps, heaters, vessels, valves, manifolds, and compressors, designed to perform a specific task, such as gas separation, which does not contain any complex duplication of process equipment. The opposite of a single line is a set of operating lines that contain a series of parallel and identical sets of operating equipment, and these lines are arranged to perform a single task.
Adsorpčný tlak podľa vynálezu sa spravidla pohybuje približne od 350 kPa do 7 MPa a výhodne približne od 700 kPa do 3,5 MPa. Desorpčný tlak sa výhodne pohybuje približne od 3 kPa do 550 kPa a výhodnejšie približne od 3 kPa do 210 kPa. Vhodné prevádzkové teploty sa spravidla pohybujú v rozmedzí približne od 10 °C do 65 °C. V rámci spôsobu podľa vynálezu môžeme použiť celý rad krokov, pri ktorých sa tlak súprúdovým spôsobom znižuje na prechodné hodnoty krokov, počas ktorých sa uskutočňuje súprúdové premývanie, a krokov, počas ktorých sa uskutočňuje proti prúdové premývanie, pričom všetky tieto kroky sú odborníkom v danom odbore známe a sú opísané v už citovaných patentoch. Na tlakové vyrovnávanie, ktoré ďalej zlepší izoláciu produktu, môžeme napríklad použiť 1 až 5 alebo viacej takýchto krokov, v rámci ktorých sa uskutočňuje súprúdové zníženie tlaku.The adsorption pressure of the present invention is generally from about 350 kPa to 7 MPa, and preferably from about 700 kPa to 3.5 MPa. The desorption pressure is preferably from about 3 kPa to 550 kPa and more preferably from about 3 kPa to 210 kPa. Suitable operating temperatures are generally in the range of about 10 ° C to 65 ° C. In the process of the invention, a number of steps can be used in which the pressure is downstream to the transient values of the steps during which the downstream wash is performed and the steps during which the counter-current wash is performed, all of which are skilled in the art. known and described in the patents cited above. For example, 1 to 5 or more of such steps in which a downstream pressure reduction is performed may be used for pressure equalization, which further improves product isolation.
PSA spôsob podľa vynálezu je všeobecným typom PSA spôsobu. Prúd východiskovej suroviny sa zavádza do adsorpčného lôžka, kde prebieha adsorpcia za najvyššieho tlaku, alebo za adsorpčného tlaku, presnejšie do vstupného konca adsorpčného lôžka, ktoré má vstupný koniec a protiľahlý výstupný koniec.The PSA process of the invention is a general type of PSA process. The feedstock stream is introduced into the adsorption bed, where adsorption takes place at the highest pressure or adsorption pressure, more precisely, into the inlet end of the adsorption bed having an inlet end and an opposite outlet end.
Adsorbent môže obsahovať práškové pevné kryštalické zlúčeniny, ktoré sú schopné adsorbovať a desorbovať adsorbovateľnú zlúčeninu. Medzi takéto adsorbenty môžeme napríklad zaradiť silikagély, aktivované alumíny, aktívny uhlík, molekulové sitá a ich zmesi. Molekulové sitá zahŕňajú zeolitové molekulové sitá. Zeolity sú výhodnými adsorbentmi.The adsorbent may contain powdered crystalline solids which are capable of adsorbing and desorbing the adsorbable compound. Such adsorbents include, for example, silica gels, activated alumina, activated carbon, molecular sieves, and mixtures thereof. Molecular sieves include zeolite molecular sieves. Zeolites are preferred adsorbents.
Patentová prihláška US-A-3,986,849 opisuje rôzne cykly, ktoré využívajú napríklad adsorpčnú dobu 240 s pri konfigurácii s 10 adsorpčnými lôžkami a celkovou dobou cyklu 13 min. a 20 s. Zvýšením počtu lôžok môžeme znížiť celkový adsorpčný čas. Pri rovnakom adsorpčnom čase, t. j. 240 s, sa pri konfigurácii, ktorá má 12 adsorpčných lôžok, celkový čas cyklu zníži na 12 min.US-A-3,986,849 discloses various cycles which utilize, for example, an adsorption time of 240 seconds in a 10 adsorption bed configuration and a total cycle time of 13 minutes. and 20 p. By increasing the number of beds we can reduce the total adsorption time. At the same adsorption time, i. j. 240 sec, in a configuration having 12 adsorbent beds, the total cycle time is reduced to 12 min.
Pri rovnakom objeme adsorbenta a pri použití konfigurácií s 10 a 12 adsorpčnými lôžkami sa kapacita produktu pri konfigurácii s 12 lôžkami zvýši približne o 33 %. Pri rovnakej adsorpčnej dobe, t. j. 240 s, sa pri použití konfigurácie so 14 adsorpčnými lôžkami celková doba cyklu zníži na 11 min. a 12 s a kapacita produktu sa oproti konfigurácii s 10 adsorpčnými lôžkami zvýši o 66 %. Rovnakú analýzu môžeme aplikovať na konfigurácie s ľubovoľným počtom adsorbentov bez ohľadu na to, či ide o nepárny alebo párny počet. Pri zachovaní konštantnej adsorpčnej doby sa spravidla zníži celková doba cyklu a zvýši kapacita. Vzhľadom na to, že počas adsorpčného kroku pracuje viacero adsorpčných lôžok, čo zodpovedá vyššiemu prietoku východiskovej suroviny, čas sub-cyklu, ktorý je definovaný ako celková doba cyklu vydelená počtom adsorpčných lôžok, sa zníži, čo má vplyv na zníženie doby dostupnej na ďalšie kroky cyklu. Na rozdiel od doterajšieho stavu techniky sa zistilo, že skrátenie doby na príjem premývacieho prúdu má väčší dopad na zníženie izolácie prúdu neadsorbovaného produktu a na zvýšenie relatívneho objemu požadovaného adsorbenta ako skrátenie adsorpčného kroku. Všetky skôr opísané cykly majú navyše nižší počet adsorpčných lôžok, ktoré sú podrobované premývaním, ako adsorpčných lôžok, na ktorých prebieha adsorpcia. S výnimkou PSA cyklu, ktorú využívajú externé tanky, vyžadujú všetky PSA procesy, ktoré spadajú do doterajšieho stavu techniky, rovnaký počet adsorpčných lôžok, ktoré poskytujú premývací prúd, ako adsorpčných lôžok, ktoré prijímajú premývací prúd alebo aj lôžok, ktoré sú premývané.With the same adsorbent volume and using 10 and 12 adsorption bed configurations, the product capacity in the 12 bed configuration increases by approximately 33%. At the same adsorption time, i. j. 240 sec., Using a 14 adsorption bed configuration, the total cycle time is reduced to 11 min. and 12 s and the product capacity increased by 66% over the 10 adsorption bed configuration. The same analysis can be applied to configurations with any number of adsorbents, regardless of whether they are odd or even. Maintaining a constant adsorption time will generally reduce the total cycle time and increase the capacity. Since several adsorption beds operate during the adsorption step, corresponding to a higher feedstock flow, the sub-cycle time, which is defined as the total cycle time divided by the number of adsorption beds, is reduced, which has the effect of reducing the time available for the next steps. cycle. In contrast to the prior art, it has been found that shortening the wash stream uptake time has a greater impact on reducing the isolation of the unadsorbed product stream and increasing the relative volume of the desired adsorbent than shortening the adsorption step. Moreover, all the cycles described above have a lower number of adsorption beds that are subjected to washing than adsorption beds on which adsorption takes place. With the exception of the PSA cycle used by external tanks, all prior art PSA processes require the same number of adsorption beds that provide a wash stream as adsorption beds that receive a wash stream or even beds that are washed.
Obr. 1 schematicky znázorňuje prevádzkový cyklus bežného PSA systému so 16 adsorpčnými lôžkami. Cyklus pre každé adsorpčné lôžko je tvorený adsorpčným krokom, štyrmi súprúdovými krokmi, pri ktorých sa znižuje tlak, krokom, pri ktorom je súprúdovým spôsobom poskytovaný premývací prúd, krokom protiprúdového vyprázdňovania, premývacím krokom, štyrmi krokmi, pri ktorých sa protiprúdovým spôsobom znižuje tlak, a finálny krok, pri ktorom sa adsorpčné lôžko opäť natlakuje. V ľubovoľnom okamihu tohto cyklu pracuje 6 adsorpčných lôžok v adsorpčnom režime, 3 adsorpčné lôžka v premývacom režime a 3 adsorpčné lôžka poskytujú premývací prúd. Premývací plyn na ľubovoľné adsorpčné lôžko je priamo poskytovaný ďalším adsorpčným lôžkom. To znamená, že počet adsorpčných lôžok, ktoré poskytujú premývací plyn, a počet adsorpčných lôžok, ktoré prijímajú premývací plyn alebo aj podstupujú premývanie, je rovnaký. Doba premývania alebo aj doba trvania premývacieho cyklu je pre všetky adsorpčné lôžka v cykle rovnaká s časom poskytovania premývacieho plynu alebo aj dobou trvania kroku, v ktorom je poskytovaný premývací plyn. Okrem toho je čas, v ktorom adsorpcia trvá, dlhší ako čas trvania kroku, v ktorom je poskytovaný premývací plyn, alebo aj premývacieho kroku.Fig. 1 schematically illustrates the operating cycle of a conventional 16 adsorption bed PSA system. The cycle for each adsorption bed consists of an adsorption step, four co-current steps in which the pressure is reduced, a step in which the wash stream is provided in a co-current manner, a countercurrent emptying step, a washing step, four steps in which countercurrent pressure is reduced a final step in which the adsorption bed is re-pressurized. At any point in the cycle, 6 adsorption beds operate in the adsorption mode, 3 adsorption beds in the wash mode, and 3 adsorption beds provide a wash stream. The scrubbing gas for any adsorbent bed is directly provided to the other adsorbent bed. That is, the number of adsorption beds that provide scrubbing gas and the number of adsorption beds that receive scrubbing gas or even undergo scrubbing is the same. The scrubbing time or even the duration of the scrubbing cycle for all adsorption beds in the cycle is equal to the time of providing the scrubbing gas or the duration of the step in which the scrubbing gas is provided. In addition, the adsorption time is longer than the duration of the scrubbing step or the scrubbing step.
Obr. 2 schematicky znázorňuje prevádzkový cyklus PSA adsorpčného systému so 16 adsorpčnými lôžkami, ktorý pracuje v jedinej linke. Cyklus znázornenia na obr. 2 obsahuje rovnaké kroky ako cyklus znázornený na obr. 1, ale s tým rozdielom, že v ľubovoľnom časovom okamihu sú len 4 lôžka v adsorpčnom režime, 5 lôžok v premývacom kroku a premývací plyn je dodávaný z jedného adsorpčného lôžka do viacerých adsorpčných lôžok. Doba premývania je podstatne dlhšia ako adsorpčná doba. Obr. 2 ukazuje, že po adsorpčnom kroku je adsorpčné lôžko 1 podrobené štyrom vyrovnávacím krokom, v ktorých sa uskutočňuje súprúdové zníženie tlaku. Počas prvého vyrovnávacieho kroku je adsorpčné lôžko jeden súprúdovým spôsobom spojené s adsorpčným lôžkom šesť. Počas nasledujúceho vyrovnávacieho kroku je adsorpčné lôžko 1 spojené s adsorpčným lôžkom 7. Počas tretieho vyrovnávacieho kroku je adsorpčné lôžko 1 spojené s adsorpčným lôžkom 8 a počas posledného alebo aj štvrtého vyrovnávacieho kroku je adsorpčné lôžko spojené s adsorpčným lôžkom 9. Adsorpčné lôžko 1 sa následne podrobí kroku, pri ktorom poskytuje premývací plyn a počas ktorého sa súprúdovým spôsobom zníži tlak v tomto lôžku a premývací plyn sa z tohto lôžka počas prvej periódy kroku poskytovania premývacieho plynu odvádza do adsorpčných lôžok 10, 11, 12, 13 a 14. V tom istom okamihu prebieha súprúdové zníženie tlaku aj v adsorpčnom lôžku 16, ktoré tiež dodáva premývací plyn do adsorpčného lôžka 10, 11, 12, 13 a 14. V nasledujúcej perióde kroku poskytovania premývacieho plynu je premývací plyn dodávaný do adsorpčného lôžka 11, 12, 13, 14 a 15, kde je dodávaný aj v záverečnej perióde tohto kroku. V tom istom okamihu dochádza v adsorpčnom lôžku 2 na súprúdové zníženie tlaku a toto adsorpčné lôžko 2 poskytuje premývací plyn rovnakým adsorpčným lôžkam, t. j. 11, 12, 13, 14 a 15. Po kroku, pri ktorom lôžko poskytuje premývací plyn, nasleduje proti prúdové vypúšťanie. Pri proti prúdovom vypúšťaní sa proti prúdovým spôsobom zníži tlak adsorpčného lôžka a uvoľní sa prúd odpadového plynu. Prvé adsorpčné lôžko sa následne proti prúdovým spôsobom prepláchne premývacím plynom, ktorý je privádzaný z adsorpčného lôžka 3, následne adsorpčných lôžok 3 a 4, z adsorpčného lôžka 4, následne adsorpčných lôžok 4 a 5, z adsorpčného lôžka 5, následne adsorpčných lôžok 5 a 6, z adsorpčného lôžka 6, následne adsorpčných lôžok 6 a 7, z adsorpčného lôžka 7 a na záver z adsorpčných lôžok 7 a 8. Počas počiatočnej fázy protiprúdového premývania adsorpčného lôžka 1 je adsorpčné lôžko 2 podrobené proti prúdovému vyprázdňovaniu a uvoľňovaniu prúdu odpadového plynu. Adsorpčné lôžko 3 je v režime súprúdového poskytovania premývacieho plynu, a adsorpčné lôžko 4 je vo štvrtom súprúdovom vyrovnávacom kroku rovnako ako adsorpčné lôžko 12, adsorpčné lôžko 5 je rovnako ako adsorpčné lôžko 11 v druhom súprúdovom vyrovnávacom kroku, adsorpčné lôžka 6, 7, 8 a 9 sú podrobované adsorpčnému kroku, v adsorpčnom lôžku 10 sa uskutočňuje finálne opakované natlakovanie a adsorpčné lôžka 13, 14, 15 a 16 sú podrobované protiprúdovému premývaniu. Pri tomto režime je premývací plyn jedného alebo viacerých adsorpčných lôžok dodávaný do aspoň dvoch ďalších lôžok, kde premývanie prebieha. Na konci posledného vyrovnávacieho kroku sa adsorpčné lôžko 1 opäť natlakuje na adsorpčný tlak. Opakované natlakovanie môžeme realizovať tak, že sa do tohto lôžka opäť zavedie východisková surovina alebo protiprúdovým spôsobom časť získaného produktu. Pre adsorpčnú zónu 16 so 16 adsorpčnými lôžkami, ktorá pracuje v režime jednej prevádzkovej linky a striedavého tlaku je výhodné, pokiaľ cyklus zahŕňa aspoň 4 adsorpčné kroky, aspoň 5 premývacích krokov a pokiaľ čas trvania premývacieho kroku predstavuje 1,25-násobok doby trvania adsorpčného kroku. Pokiaľ časť premývacieho plynu poskytuje adsorpčné lôžko, v ktorom dochádza ku konečnému súbežnému zníženiu tlaku, potom čas trvania kroku, v ktorom je poskytovaný premývací plyn predstavu je 1,15-násobok až 0,4-násobok čas premývacieho kroku.Fig. 2 schematically illustrates the operating cycle of a PSA 16 adsorbent bed adsorption system operating in a single line. The cycle of FIG. 2 contains the same steps as the cycle shown in FIG. 1, but with the difference that at any given time there are only 4 beds in the adsorption mode, 5 beds in the scrubbing step, and the scrubbing gas is supplied from one adsorption bed to multiple adsorption beds. The washing time is considerably longer than the adsorption time. Fig. 2 shows that after the adsorption step the adsorption bed 1 is subjected to four equalization steps in which a co-current pressure reduction is carried out. During the first alignment step, the adsorption bed is one in a co-current manner connected to the adsorption bed six. During the next alignment step, the adsorption bed 1 is connected to the adsorption bed 7. During the third alignment step, the adsorption bed 1 is connected to the adsorption bed 8, and during the last or even the fourth alignment step the adsorption bed is connected to the adsorption bed 9. a step of providing a scrubbing gas during which the pressure in the bed is reduced in a co-current manner and the scrubbing gas is discharged from the bed during the first period of the scrubbing gas supply step to the adsorption beds 10, 11, 12, 13 and 14. At the same time there is a concurrent pressure reduction also in the adsorbent bed 16, which also feeds the scrubbing gas to the adsorbent bed 10, 11, 12, 13, and 14. In the next period of the scrubbing gas supplying step, the scrubbing gas is supplied to the adsorbent bed 11, 12, 13, 14; 15, where it is also delivered in the final period this step. At the same time, there is a downstream pressure reduction in the adsorbent bed 2, and the adsorbent bed 2 provides the scrubbing gas to the same adsorbent beds, i. j. 11, 12, 13, 14 and 15. The step in which the bed provides a scrubbing gas is followed upstream. In the case of upstream discharges, the pressure of the adsorption bed is reduced upstream and the waste gas stream is released. The first adsorbent bed is subsequently flushed upstream of the scrubbing gas which is supplied from the adsorbent bed 3, then the adsorption beds 3 and 4, from the adsorption bed 4, then the adsorption beds 4 and 5, from the adsorption bed 5, and subsequently the adsorption beds 5 and 6. The adsorption bed 6, then the adsorption beds 6 and 7, the adsorption bed 7 and finally the adsorption beds 7 and 8. During the initial phase of the countercurrent washing of the adsorption bed 1, the adsorption bed 2 is subjected to the flow evacuation and discharge of the waste gas stream. The adsorbent bed 3 is in the co-current supply mode of the scrubbing gas, and the adsorbent bed 4 is in the fourth co-current equalization step as well as the adsorbent bed 12, the adsorbent bed 5 is the same as adsorbent bed 11 in the second co-current equalization step, adsorption beds 6, 7, 8; 9 are subjected to an adsorption step, final repressurization is performed in the adsorption bed 10, and the adsorption beds 13, 14, 15 and 16 are subjected to countercurrent washing. In this mode, the scrubbing gas of one or more adsorbent beds is supplied to at least two other beds where the scrubbing takes place. At the end of the last alignment step, the adsorption bed 1 is again pressurized to the adsorption pressure. Repeated pressurization can be carried out by reintroducing into this bed the feedstock or, in a countercurrent manner, part of the product obtained. For an adsorption zone 16 with 16 adsorption beds operating in single-line mode and alternating pressure, it is preferred that the cycle includes at least 4 adsorption steps, at least 5 wash steps and if the wash step duration is 1.25 times the adsorption step duration . If a portion of the scrubbing gas provides an adsorbent bed in which a final concurrent pressure reduction occurs, then the duration of the step in which the scrubbing gas is provided is 1.15 times to 0.4 times the time of the scrubbing step.
Obr. 3 znázorňuje prevádzkový cyklus alternatívneho uskutočnenia absorpčného zariadenia so 16 lôžkami podľa vynálezu. Toto uskutočnenie má 4 adsorpčné kroky a 6 premývacích krokov. Pri tomto uskutočnení sa časť súprúdového poskytovania premývacieho plynu uskutočňuje súbežne s posledným súprúdovým vyrovnaním a časť sa uskutočňuje oddelene. Premývací prúd je vedený z jedného adsorpčného lôžka do 6 adsorpčných lôžok súčasne.Fig. 3 illustrates an operating cycle of an alternative embodiment of a 16-bed absorbent device according to the invention. This embodiment has 4 adsorption steps and 6 washing steps. In this embodiment, a portion of the co-flowing scrubbing gas is provided concurrently with the last co-flow equalization, and the portion is performed separately. The washing stream is conducted from one adsorption bed to 6 adsorption beds simultaneously.
Nasledujúce príklady majú len ilustratívny charakter a nijako neobmedzujú rozsah vynálezu, ktorý je jednoznačne vymedzený priloženými patentovými nárokmi.The following examples are illustrative only and are not intended to limit the scope of the invention, which is clearly defined by the appended claims.
Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Príklad 1Example 1
Tabuľka 1 ilustruje konvenčný PSA cyklus podľa US-A-3,986,849 (Fuderer a kol.) pre cyklus majúci 12 adsorpčných lôžok. Pri tomto konvenčnom cykle sú doba adsorpčného kroku a doba kroku, v ktorom sa znižuje tlak, rovnaké, pričom obidve predstavujú približne 1/3 celkovej doby cyklu. Prijímanie premývacieho plynu predstavuje 13 % cyklu a znižovanie tlaku predstavuje približne 21 % celkového cyklu. Tabuľka 1 uvádza podobné rozvrhnutie na konvenčný cyklus so 16 adsorpčnými lôžkami. Adsorpčný čas v tomto prípade predstavuje približne 37,5 % cyklu, znižovanie tlaku približne 31,3 % celkového cyklu, prijímanie premývacieho plynu približne 15,6 % cyklu a zníženie tlaku približne 15,6 % cyklu. Pri vysokej rýchlosti zavádzania východiskovej suroviny dosiahne objem adsorpčného lôžka maximálnu praktickú veľkosť a potom je nevyhnutné skrátiť čas adsorpcie a zodpovedajúcim spôsobom aj celkový čas cyklu. To má žiaduce účinky na redukciu adsorbenta, ale nežiaduce účinky na dobu prijímania premývajúceho plynu. Skrátenie doby prijímania premývajúceho plynu významne redukuje izoláciu neadsorbovaného produktu a zvyšuje relatívny objem adsorbenta, ktorý je potrebný na spracovanie určitého objemu východiskovej suroviny. Očakávané zvýšenie produkčnej kapacity teda nedosiahneme, ale naopak dosiahneme dvojnásobné zhoršenie. Izolácia neadsorbovaného produktu sa zníži a relatívny objem adsorbenta potrebný na spracovanie určitého objemu suroviny sa zvýši.Table 1 illustrates a conventional PSA cycle according to US-A-3,986,849 (Fuderer et al.) For a cycle having 12 adsorbent beds. In this conventional cycle, the adsorption step time and the pressure reduction step time are the same, both representing approximately 1/3 of the total cycle time. Receiving of the scrubbing gas represents 13% of the cycle and the pressure reduction represents approximately 21% of the total cycle. Table 1 shows a similar layout for a conventional 16 adsorption bed cycle. The adsorption time in this case is approximately 37.5% of the cycle, the pressure reduction is approximately 31.3% of the total cycle, the scavenging gas receiving is approximately 15.6% of the cycle, and the pressure reduction is approximately 15.6% of the cycle. At a high feed rate of the feedstock, the adsorption bed volume reaches the maximum practical size, and then it is necessary to shorten the adsorption time and the total cycle time accordingly. This has desirable effects on adsorbent reduction, but undesirable effects on the uptake time of the scrubbing gas. Reducing the scavenging time of the scrubbing gas significantly reduces the isolation of the unadsorbed product and increases the relative volume of adsorbent required to process a certain volume of feedstock. Therefore, the expected increase in production capacity will not be achieved but on the contrary we will achieve a double deterioration. Isolation of the unadsorbed product is reduced and the relative volume of adsorbent required to process a certain volume of feedstock is increased.
SK 286512 Β6SK 286512-6
Príklad 2Example 2
Tabuľka 2 ilustruje PSA cyklus podľa vynálezu so 16 lôžkami, ktorý je znázornený na obr. 2. Čas prijímania premývacieho plynu sa zvýšil a krok poskytovania prijímacieho plynu sa robil nezávislým od kroku prijímania premývacieho plynu. Adsorpčný krok v tomto prípade predstavuje približne 25 % celkového cyklu, kroky znižovania tlaku predstavujú približne 28,1 % celkového cyklu, kroky prijímania premývacieho plynu predstavujú približne 31,3 % celkového cyklu a na kroky opakovaného natlakovania zostáva 15,6 % z cyklu. Napriek tomu, že dôjde k maximálne 0,1 % zníženiu izolácie neadsorbovaného produktu, nedôjde k žiadnemu zvýšeniu pokiaľ ide o požiadavky na relatívny objem adsorbenta vztiahnutý na objem zavádzanej suroviny a zníženie celkovej doby cyklu sa premietne do celkového zvýšenia kapacity. Ďalšou výhodou tohto typu cyklu je, že v režime proti prúdového znižovania tlaku a v premývacom režime sa súčasne nachádza viacej adsorbentov, počas krokov, v ktorých dochádza k znižovaniu tlaku a k premývaniu, je vypúšťaný plyn a tým znižovaný tlak a zloženie prúdu opúšťajúceho adsorbent sa v závislosti od času mení. Toto usporiadanie poskytuje omnoho lepšie premiesenie plynu pri ich zavedením do zmiešavacieho bubna (alebo do odlučovača). To podstatným spôsobom znižuje objem potrebný na miešanie a teda cenu bubna a poskytuje omnoho lepšiu kontrolu nízkotlakového plynu.Table 2 illustrates a 16-bed PSA cycle of the invention shown in FIG. 2. The scrubbing gas receiving time was increased and the scrubbing gas supplying step was made independent of the scrubbing gas receiving step. The adsorption step in this case represents approximately 25% of the total cycle, the pressure reduction steps represent approximately 28.1% of the total cycle, the scrubbing gas receiving steps represent approximately 31.3% of the total cycle, and 15.6% of the cycle for the repressurization steps. Although there is a maximum 0.1% reduction in the isolation of the unadsorbed product, there will be no increase in the requirements for the relative volume of adsorbent relative to the feed volume and the reduction in total cycle time translates into an overall capacity increase. Another advantage of this type of cycle is that there are multiple adsorbents at the same time in the downstream and in the wash mode, during the depressurization and wash steps, the gas is discharged, and thus the pressure and composition of the adsorbent stream are changes from time to time. This arrangement provides much better gas mixing when introduced into the mixing drum (or separator). This substantially reduces the volume required for mixing and thus the cost of the drum and provides much better control of the low pressure gas.
Príklad 3Example 3
Na hodnotenie vplyvu relatívnej zmeny dôb premývania a adsorpčnej doby pri PSA cykloch sa použilo poloprevádzkové zariadenie. Toto zariadenie pozostávalo z jedinej adsorpčnej komory obsahujúcej približne 340 cm3 adsorbenta a pomocných nádob, ventilov a spájacích potrubí potrebných na simuláciu PSA cyklov využívajúcich viac lôžok. Vstupná surovina obsahovala približne 72,5 % mol. vodíka, 0,67 % mol. dusíka, 2,04 % mol. oxidu uhoľnatého, 5,57 % mol. metánu a približne 19,2 % mol. oxidu uhličitého. Na získanie produktu tvoreného v podstate vodíkom a obsahujúceho menej ako približne 1 mg/I oxidu uhoľnatého a približne 1 mg/1 metánu sa použil adsorbent obsahujúci aktívny uhlík a zeolitové molekulové sito. Komora pracovala v cyklickom slede adsorpcie a desorpcie pri prevádzkovom tlakovom rozmedzí približne 2200 kPa až približne 16 kPa. Premývací tlak dosahoval približne 160 kPa, posledný vyrovnávací tlak bol približne 614 kPa a tlak pri poskytovaní premývacieho plynu bol približne 255 kPa. Adsorpčné lôžko sa opäť natlakovalo plynným produktom pri tlaku produktu približne 2140 kPa. Teplota zavádzanej suroviny sa udržiavala na teplote okolia, ktorej priemer bol približne 21 °C. Teplota adsorpčnej komory bola v podstate rovnaká ako teplota zavádzanej suroviny a počas adsorpčnej doby sa odchyľovala maximálne o 6 °C. Čas PSA testovaného cyklu zahŕňal adsorpčnú dobu, ktorá sa pohybovala približne od 90 s do 180 s. Vyrovnávacia doba a doba vypúšťania adsorpčného lôžka dosahovali približne 30 s a poskytovanie premývacieho plynu trvalo približne 60 s. Hodnoty' výkonu v zmysle izolovaného vodíka a kapacity v zmysle objem suroviny na cyklus sú zhrnuté v tabuľke 3.A pilot plant was used to assess the effect of relative change in wash times and adsorption time for PSA cycles. This equipment consisted of a single adsorption chamber containing approximately 340 cm 3 of adsorbent and auxiliary vessels, valves and connecting pipes needed to simulate PSA cycles using multiple beds. The feedstock contained approximately 72.5 mol%. of hydrogen, 0.67 mol%. of nitrogen, 2.04 mol%. of carbon monoxide, 5.57 mol%. % of methane and about 19.2 mol%. carbon dioxide. To obtain a product consisting essentially of hydrogen and containing less than about 1 mg / L of carbon monoxide and about 1 mg / L of methane, an adsorbent containing activated carbon and a zeolite molecular sieve was used. The chamber operated in a cyclic sequence of adsorption and desorption at an operating pressure range of about 2200 kPa to about 16 kPa. The scrubbing pressure was about 160 kPa, the last equalization pressure was about 614 kPa, and the pressure to provide the scrubbing gas was about 255 kPa. The adsorption bed was again pressurized with the gaseous product at a product pressure of about 2140 kPa. The feed temperature was maintained at an ambient temperature of about 21 ° C. The temperature of the adsorption chamber was substantially the same as that of the feedstock, and varied by a maximum of 6 ° C during the adsorption period. The PSA time of the test cycle included an adsorption time ranging from approximately 90 s to 180 s. The equalization time and the adsorption bed discharge time were approximately 30 seconds and the purging gas provided lasted approximately 60 seconds. Performance values in terms of isolated hydrogen and capacities in terms of raw material volume per cycle are summarized in Table 3.
Výsledky jasne ukazujú, že skrátenie doby trvania adsorpčného kroku na polovicu (zo 180 s na 90 s) vedie približne k 0,2 % zmene izolovaného vodíka, zatiaľ čo zmena doby trvania premývacieho kroku v podobnom pomere (z 90 s na 45 s) vedie na približne k 1,5 % zmene izolácie vodíka. Vplyv skrátenia doby premývacieho kroku je teda 8x až lOx významnejší ako skrátenie doby trvania adsorpčného kroku. Pri PSA spôsobe má celková doba cyklu priamy vplyv na nákladnosť vybavenia. Čím kratšia je celková doba cyklu, tým nižšie sú náklady. Ako potvrdzujú uvedené výsledky, celkovú dobu cyklu môžeme skrátiť pri minimálnom ovplyvnení celkovej izolácie produktu relatívnym predĺžením doby trvania premývacieho kroku oproti dobe trvania adsorpčného kroku.The results clearly show that shortening the adsorption step time in half (from 180 s to 90 s) results in an approximately 0.2% change in isolated hydrogen, while a change in the duration of the wash step in a similar ratio (from 90 s to 45 s) to about 1.5% change in hydrogen insulation. Thus, the effect of shortening the wash step time is 8x to 10x more significant than the shortening time of the adsorption step. In the PSA process, the total cycle time has a direct impact on the equipment cost. The shorter the total cycle time, the lower the cost. As confirmed by the above results, the total cycle time can be shortened by minimally affecting the overall product isolation by a relative increase in the duration of the wash step over the adsorption step.
Príklad 4Example 4
Na hodnotenie vplyvu skrátenia doby trvania adsorpčného kroku oproti dobe trvania kroku, v ktorom je poskytovaný premývací prúd, na izoláciu produktu a celkovú dobu cyklu sa použilo rovnaké poloprevádzkové zariadenie ako v príklade 3. Tabuľka 4 zhŕňa výsledky pre vodíkovú surovinu obsahujúcu približne 99 % mol. vodíka a 1 % mol oxidu uhoľnatého. Adsorbentom použitým na separáciu bolo molekulové sito typu 5 A a adsorpcia sa uskutočňovala pri teplote približne 21,1 °C. PSA spôsob zahŕňal 3 vyrovnávacie kroky.The same pilot plant equipment as in Example 3 was used to evaluate the effect of shortening the adsorption step duration over the wash stream step on product isolation and total cycle time. Table 4 summarizes the results for a hydrogen feedstock containing about 99 mol%. hydrogen and 1 mol% carbon monoxide. The adsorbent used for the separation was a 5 A molecular sieve and adsorption was performed at a temperature of about 21.1 ° C. The PSA method included 3 alignment steps.
Prvý stĺpec v tabuľke 4 ukazuje izoláciu vodíka pri 180 s dobe trvania adsorpčného kroku pri konvenčnom PSA cykle s 12 minútovou celkovou dobou cyklu, pričom pomer doby trvania premývacieho cyklu k dobe trvania adsorpčného cyklu bol približne 0,5. V druhom stĺpci sú výsledky pre cyklus podľa vynálezu, pričom z výsledku vyplýva, že pomer doby trvania premývacieho kroku k dobe trvania adsorpčného kroku sa zvýšil približne na 1,5 a celková doba cyklu sa znížila na 10 min. Výsledky príkladu 4 ukazujú, že 20 % skrátenie doby cyklu skrátením doby trvania adsorpčného kroku oproti dobe trvania premývacieho kroku len nepatrne zníži izoláciu vodíka.The first column in Table 4 shows the hydrogen isolation at 180 s adsorption step duration in a conventional PSA cycle with a 12 minute total cycle time, with a ratio of wash cycle time to adsorption cycle time of approximately 0.5. In the second column, the results for the cycle of the invention show that the ratio of the wash step duration to the adsorption step duration increased to approximately 1.5 and the total cycle time decreased to 10 min. The results of Example 4 show that a 20% reduction in cycle time by reducing the duration of the adsorption step over the duration of the wash step only slightly reduces the hydrogen isolation.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK188-2001A SK286512B6 (en) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | Very large-scale pressure swing adsorption processes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK188-2001A SK286512B6 (en) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | Very large-scale pressure swing adsorption processes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK1882001A3 SK1882001A3 (en) | 2002-10-08 |
| SK286512B6 true SK286512B6 (en) | 2008-12-05 |
Family
ID=20435761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK188-2001A SK286512B6 (en) | 2001-02-05 | 2001-02-05 | Very large-scale pressure swing adsorption processes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK286512B6 (en) |
-
2001
- 2001-02-05 SK SK188-2001A patent/SK286512B6/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SK1882001A3 (en) | 2002-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2332704C (en) | Very large-scale pressure swing adsorption processes | |
| KR100254295B1 (en) | Pressure swing adsorption process with a single adsorbent bed | |
| EP0008882B1 (en) | Separation of multicomponent gas mixtures by pressure swing adsorption | |
| KR100260001B1 (en) | Pressure swing adsorption process | |
| US4770676A (en) | Recovery of methane from land fill gas | |
| EP0166013B1 (en) | Improved product recovery in pressure swing adsorption process and system | |
| US7591879B2 (en) | Integration of rapid cycle pressure swing adsorption with refinery process units (hydroprocessing, hydrocracking, etc.) | |
| US6379431B1 (en) | Pressure swing adsorption process with multiple beds on purge and/or with ten beds and four pressure equalization steps | |
| US3977845A (en) | Adsorptive process for selective separation of gases | |
| IE55993B1 (en) | Pressure swing adsorption system | |
| EP0151186A1 (en) | Method and apparatus for separating mixed gas | |
| KR980009211A (en) | Separation method of isoalkanes / n-alkanes by pressure swing and gas phase adsorption using four adsorbers | |
| CN110062650B (en) | Method for separating ozone | |
| SK286512B6 (en) | Very large-scale pressure swing adsorption processes | |
| CN213101492U (en) | Device for simultaneously recovering hydrogen and methane from petrochemical exhaust tail gas | |
| EP1228799B1 (en) | Very large-scale pressure swing adsorption processes | |
| KR20190054742A (en) | Adsorber system for adsorption process and method of separating mixture gas using its adsorption process | |
| KR100680016B1 (en) | Very large-scale pressure swing adsorption processes | |
| CZ2001426A3 (en) | Separation process of non-adsorbable gas by employing alternate pressure adsorption | |
| TW587955B (en) | Pressure swing adsorption process with controlled internal depressurization flow | |
| KR19980016382A (en) | Pressure swing adsorption method for producing high purity carbon dioxide | |
| AU780709B2 (en) | Very large-scale pressure swing adsorption processes | |
| PL201112B1 (en) | Method of conducting a large-scale adsorption process featured by cyclically variable process pressure | |
| KR890002145B1 (en) | Product recovery in pressure swing adsorption process and system | |
| MXPA01001433A (en) | Large-scale absorption process by means of pressure oscillations. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of maintenance fees |
Effective date: 20170205 |