專利名稱：用于將氫從具有氧成分的氣流中分離出的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將氫從具有氧成分的氣流中分離出的方法 以及用于實(shí)施該方法的裝置，該氣流絕大部分由氫、氮、氧、二氧化 碳、 一氧化碳、甲烷和/或其他碳?xì)浠衔飿?gòu)成。
背景技術(shù)：
本發(fā)明以從焦?fàn)t氣中分離氫的實(shí)施例進(jìn)行描述，但是也適合于從 由上述組分的任意組合構(gòu)成的任意氣流中分離氫，因此不被限制在焦 爐氣上。在焦?fàn)t廠中制造焦炭時(shí)，通常在氣體密封的情況下加熱煤。在此， 產(chǎn)生焦炭、焦?fàn)t氣和焦油。富碳的焦炭主要用于生產(chǎn)鋼鐵。按照現(xiàn)有 技術(shù)，絕大部分由氫、甲烷和一氧化碳構(gòu)成的焦?fàn)t氣主要用作工業(yè)燃 料。但是，焦?fàn)t氣僅具有天然氣熱值的大約一半并且常常被伴生物質(zhì) 污染，這些伴生物質(zhì)可能導(dǎo)致有害物質(zhì)排放或事故。所以人們?cè)谠絹?lái) 越嚴(yán)格的環(huán)境方針過(guò)程中致力于找出焦?fàn)t氣的替代應(yīng)用。通常焦?fàn)t氣最高含大約60%的氫。在煉油廠中通常需要大量的氫 用于在所謂的加氫器中由中間蒸餾還原含硫物并且用于在所謂的氫 化裂解器中裂解各種石油餾分。此外，在還原金屬氧化物、生產(chǎn)氨、 作為動(dòng)力燃料或者在燃料電池中也使用氫。在EP 1033346中描述了一 種按照現(xiàn)有技術(shù)的方法，用于從一個(gè)氣流中分離氫，該氣流除了氫、 除了氧和氬雜質(zhì)外主要包含氮、二氧化碳、 一氧化碳和甲烷。在按照現(xiàn)有技術(shù)的變壓吸附方法中，氣體混合物在高壓下在一個(gè)具有吸附器的反應(yīng)器中被引導(dǎo)。取決于存在的壓力和吸附材料地，氣 體混合物的組分被不同程度地吸附在吸附材料上。在理想狀況下，氣 體混合物的所有組分除了氫都被吸附在吸附器上。因此，氫可被以高 純度從其余的組分中分離出。吸附器的再生在低壓下通過(guò)被黏住的組 分的解吸附進(jìn)行，所述組分然后同樣可被氣態(tài)地從該反應(yīng)器中排出。 因此，利用變壓吸附方法可以在使用多個(gè)反應(yīng)器(這些反應(yīng)器分別交 替地吸附或者解吸附)的情況下將氫以高純度從其余的氣態(tài)組分中分離出。借助于所述在EP 10333346中描述的方法，可將氫以最高99.99% 的純度從其余的氣態(tài)組分中分離出。在使用這種按照現(xiàn)有技術(shù)的方法時(shí)，當(dāng)氣流中的氧含量高于1% 體積百分比時(shí)存在較高的安全隱患。在氣體混合物中存在的氧首先在 高壓下吸附在吸附器上，但是在隨后的過(guò)程中又被更強(qiáng)吸附的組分排 擠為氣相。這導(dǎo)致吸附器中的氧富集，由此與氣體中存在的氫組合存 在一個(gè)可被點(diǎn)燃爆炸的混合物。在按照現(xiàn)有技術(shù)的變壓吸附方法中， 該爆炸性混合物是一個(gè)安全隱患。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于，這樣設(shè)計(jì)開(kāi)頭所述類型的方法，使得 能避免爆炸性氫氧混合物的形成并且使得這種方法的安全隱患最小 化。該目的通過(guò)如下方式解決，即，將一個(gè)用于去除氧的催化方法與 一個(gè)用于分離氫的變壓吸附方法相組合，其中，變壓吸附方法在用于 去除氧的催化方法之后進(jìn)行。通過(guò)一個(gè)用于去除氧的催化方法與一個(gè)變壓吸附方法的組合，氣 體混合物中的氧含量在變壓吸附方法之前已經(jīng)被這樣地最小化，使得 不會(huì)形成由氫和氧組成的爆炸性氣體混合物。第一試驗(yàn)表明，盡管催化劑毒物的高份額，氧仍可被非常有選擇性地催化地置換。意料不到 地并且與迄今的現(xiàn)有技術(shù)相反的是，氣流中存在的催化劑毒物對(duì)催化 劑活性并沒(méi)有負(fù)面影響。在催化反應(yīng)時(shí)，既不會(huì)值得一提地產(chǎn)生甲垸 也不會(huì)產(chǎn)生氨。此外表明，在使用本發(fā)明的方法時(shí)，在大多情況下可 以取消分離出的氧的催化地再凈化。因此，出于安全原因的氧貧瘠和 為了達(dá)到所需產(chǎn)品純度的貧瘠在一個(gè)步驟中進(jìn)行。有利的是，通過(guò)使用本發(fā)明的方法，由變壓吸附方法也可以可靠 地處理一些氧含量高于1%體積百分比的氣流。優(yōu)選的是，使用傳統(tǒng)的氫化-和氧化催化劑作為催化劑。有利的是， 使用處于固體基材上的貴金屬、特別是鉑金和/或鈀作為催化劑材料， 該基材特別是球形或蜂房形的氧化鋁和/或陶瓷。單獨(dú)的或者與各種基 材組合使用的貴金屬具有如下優(yōu)點(diǎn)它們可在商業(yè)上得到并且具有經(jīng) 濟(jì)上有意義的壽命。同樣，通過(guò)所使用的催化劑材料將實(shí)現(xiàn)非常有選 擇的、催化的氧置換。有利的是，該氣流在用于去除氧的催化方法之后被導(dǎo)送經(jīng)過(guò)一個(gè) 壓縮方法、至少一個(gè)換熱器和/或一個(gè)預(yù)吸附器到變壓吸附方法中。根 據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，該氣流在一個(gè)壓縮方法中被壓縮、被冷卻并且被導(dǎo)送經(jīng) 過(guò)一個(gè)用于去除高分子碳?xì)浠衔锏念A(yù)吸附器作為加料氣體到一個(gè) 用于分離氫的變壓吸附方法中。對(duì)于用于去除氧的催化方法的根據(jù)本 發(fā)明的在變壓吸附方法前面的定位，視本發(fā)明的構(gòu)型而定得出多個(gè)可 能性。在本發(fā)明的一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，具有一個(gè)連接在后面的換熱器的、 用于去除氧的催化方法定位在壓縮方法的前面。在本發(fā)明的該構(gòu)型中，該催化方法即使在氣流的壓力相對(duì)低的情況下(約2bar)并且在溫度相對(duì)低的情況下(大約室溫)也能進(jìn)行。為此，相對(duì)低的壓力主要對(duì)于催化劑的壽命具有有利影響。在本發(fā)明的另一設(shè)計(jì)方案中，所述用于去除氧的催化方法在壓縮 方法之后進(jìn)行。在本發(fā)明的該構(gòu)型中，催化的氧去除雖然在相對(duì)高的壓力下(約8bar)但是也在較高的溫度下(約40(TC)進(jìn)行。特別是 較高的溫度對(duì)催化劑的壽命具有有利影響。特別地，由陶瓷蜂窩上的 鉑金構(gòu)成的催化劑在40(TC的溫度下已經(jīng)可以再生，也就是說(shuō)，可能 的催化劑毒物例如二氧化碳將在催化劑的完全活性的情況下被去除。 此外，在本發(fā)明的該構(gòu)型中節(jié)省了一個(gè)換熱器。在本發(fā)明的另一設(shè)計(jì)方案中，具有一個(gè)連接在后面的換熱器的、 用于去除氧的催化方法在一個(gè)預(yù)吸附器之后直接定位在變壓吸附方 法之前。通過(guò)預(yù)吸附器去除高分子的碳?xì)浠衔?，這些碳?xì)浠衔锬?沉積在催化劑材料上或者沉積在變壓吸附方法的吸附器上。在加料氣 體具有高壓的情況下，所述用于去除氧的催化方法可以直接安裝在預(yù) 吸附器之前或之后。特別是在加料氣體壓力高并且缺少高分子碳?xì)浠?合物的情況下，所述用于去除氧的催化方法直接在變壓吸附方法之前 進(jìn)行。在本發(fā)明的另一設(shè)計(jì)方案中，為了實(shí)現(xiàn)分離出的氫的非常高的純 度，使分離出的氫經(jīng)受另一用于催化地去除剩余氧痕量的方法。通過(guò) 使用連接在后面的、用于分離氧的催化方法可以進(jìn)一步提高產(chǎn)品純 度。通常，視氣體混合物中的氧含量和要達(dá)到的氫純度而定，可以對(duì) 本發(fā)明的上述設(shè)計(jì)方案進(jìn)行各種組合。當(dāng)氣體混合物中的氧含量低于 1%體積百分比時(shí)，通過(guò)所述用于去除氧的催化方法將氧含量降低到小 于200ppm。當(dāng)氧含量高于1%體積百分比時(shí)，氧從氣體混合物中的去 除或者可以進(jìn)行到這樣一個(gè)氧含量，其中對(duì)于變壓吸附方法不存在安全隱患(1%體積百分比)，或者同樣將氧含量降低到一個(gè)明顯較低的值、例如200ppm。視所期望的產(chǎn)品純度或者在催化方法中調(diào)節(jié)出的氧含量而定，在變壓吸附方法之后可以應(yīng)用一個(gè)可選擇的、用于去除氧 的催化方法。在裝置方面，所提出的目的通過(guò)以下方式解決即， 一個(gè)填充有 固體催化劑的反應(yīng)器在上游定位在一個(gè)用于實(shí)施變壓吸附方法的裝 置之前。有利的是，該催化劑由傳統(tǒng)的氫化-或氧化催化劑構(gòu)成。優(yōu)選該催 化劑由處于一種固體基材、特別是球形或蜂窩形的氧化鋁和/或陶瓷上 的貴金屬、特別是鉑金和/或鈀構(gòu)成。通過(guò)本發(fā)明特別是實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)變壓吸附方法中避免了由氫和 氧組成的爆炸性氣體混合物的產(chǎn)生并且從而將安全隱患降到最低。


下面借助于本發(fā)明的實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的比較詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明 圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于借助于變壓吸附方法分離氫的方法，圖2示出本發(fā)明的實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
圖l詳細(xì)示出一個(gè)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、用于從具有氧成分的氣流中分離氫的方法。氣流1在一個(gè)壓縮方法2中被壓縮并且接著借助于換 熱器3冷卻到室溫。該氣流被導(dǎo)送經(jīng)過(guò)一個(gè)用于將高分子碳?xì)浠衔?分離出的預(yù)吸附器4到一個(gè)用于將氫6與剩余氣體7進(jìn)行分離的變壓 吸附方法5中。在這個(gè)按照現(xiàn)有技術(shù)的方法中，在沒(méi)有安全隱患的情 況下只能處理氧含量低于1%體積百分比的氣流1。為了達(dá)到氫6的可 利用的產(chǎn)品純度，在變壓吸附方法之后連接一個(gè)用于去除剩余氧痕量圖2示出本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案。氣流1在一個(gè)壓縮方法2中被壓縮并且接著借助于換熱器3冷卻到室溫。在預(yù)吸附器4之后，該氣流被 導(dǎo)入到一個(gè)用于去除氧K的催化方法中。用于去除氧的催化反應(yīng)放熱 地進(jìn)行。接著，該氣流通過(guò)另一換熱器W冷卻到室溫并且被導(dǎo)入到一 個(gè)用于分離氫的變壓吸附方法5中。在那里，氫6與剩余氣體7分離。 與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，也能可靠地處理氧含量高于1%體積百分比的 氣流。在本發(fā)明的該構(gòu)型中，通過(guò)所述用于去除氧K的催化方法，氧 份額在變壓吸附方法之前被降低到小于200ppm，從而放棄了連接在 后面的、剩余氧痕量的催化去除。分離出的氫6具有可利用的產(chǎn)品純 度。
權(quán)利要求
1.一種用于將氫從具有氧成分的氣流中分離出去的方法，該氣流絕大部分由氫、氮、氧、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和/或其它碳?xì)浠衔锝M成，其特征在于將一個(gè)用于去除氧的催化方法與一個(gè)用于分離氫的變壓吸附方法進(jìn)行組合，其中，該變壓吸附方法在用于去除氧的催化方法之后進(jìn)行。
2. 按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于氧份額高于1%體積 百分比的氣流也由該變壓吸附方法可靠地處理。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于使用傳統(tǒng)的氫 化-和氧化催化劑作為催化劑。
4. 按權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于優(yōu)選使用 處于固體基材、特別是球形或蜂窩形的氧化鋁和/或陶瓷上的貴金屬、 特別是鉑金和/或鈀作為催化劑。
5. 按權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該氣流在 用于去除氧的催化方法之后被導(dǎo)送經(jīng)過(guò)一個(gè)壓縮方法、至少一個(gè)換熱 器和/或一個(gè)預(yù)吸附器到變壓吸附方法中。
6. 按權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述氫在 所述用于分離氫的方法之后經(jīng)受另一用于去除氧的催化方法。
7. —種用于將氫從具有氧成分的氣流中分離出去的裝置，該氣 流絕大部分由氫、氮、氧、二氧化碳、 一氧化碳、甲烷和/或其它碳 氫化合物組成，其特征在于填充有固體催化劑的反應(yīng)器在上游定位 在用于實(shí)施變壓吸附方法的裝置之前。
8. 按權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于該催化劑由傳統(tǒng)的 氫化-或氧化催化劑構(gòu)成。9.按權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于該催化劑由處 于固體基材、特別是球形或蜂窩形的氧化鋁和/或陶瓷上的貴金屬、特 別是鉑金和/或鈀構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將氫從具有氧成分的氣流中分離出去的方法和裝置，該氣流絕大部分由氫、氮、氧、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和/或其它碳?xì)浠衔锝M成。該氣流(1)在一個(gè)多級(jí)的壓縮方法(2)中被壓縮并且接著借助于換熱器(3)冷卻到室溫。在一個(gè)預(yù)吸附器(4)之后，該氣流被導(dǎo)入到一個(gè)用于去除氧(K)的催化方法中。用于去除氧的催化反應(yīng)放熱地進(jìn)行。接下來(lái)，該氣流通過(guò)另一換熱器(W)冷卻到室溫并且被導(dǎo)入到一個(gè)用于分離氫的變壓吸附方法(5)中。在那里，氫(6)與剩余氣體(7)分離。
文檔編號(hào)C01B3/50GK101259954SQ20081008246
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者P·萊特格布, T·凱勒, U·文寧, W·萊特邁爾 申請(qǐng)人:林德股份公司