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制备和纯化合成气体的方法与流程
发布日期:2020/3/9 10:07:52 作者:admin    点击:1104

变温吸附(TSA)方法在现有技术中是已知的。迄今为止这些方法已经在工业上主要用于除去气体混合物中的痕量成分(小于1体积%)。TSA方法通常使用至少两个容器(吸附器)进行实施,所述容器填充有吸附性活性材料(也成为吸附剂)并且交替操作。当一个容器处于吸附模式,热再生气体通过另一容器,其因此被直接热传递加热,即该再生气体接触吸附剂。吸附剂的吸附能力随着温度增加而降低,并且因此会发生被保留的成分的解吸附。解吸附的成分被再生气体稀释并且从吸收剂冲走。再生气体的使用另外地造成气相中被吸附的成分的分压的降低,并因而促进了被保留的痕量成分的解吸附。加热时间和冷却时间通常被可获得的或者能够使用的再生气体的量限制,并且通常在数个小时的范围内(通常多于三个小时)。这造成通常显著地高于6个小时的循环时间。在含有CO和H2的合成气体或含氧气体的低温分离以制备一氧化碳或氢产物时(这里,例如CO被冷凝并且从H2中分离),二氧化碳和水和可能存在的甲醇必须被从气流中除去,以防止这些成分在设备的随后冷却部分中的冻析。吸附过程,称为洗涤(例如胺或低温甲醇洗涤),主要用于除去相对大量的二氧化碳。在洗涤(scrub)后,合成气体通常仍然含有痕量的二氧化碳(例如小于50体积ppm),并且被含水或含甲醇的洗涤介质饱和。在低温液化之前,二氧化碳和水或甲醇因此通常通过TSA法分离出去,以防止低温分离中的冻析。EP1291067A2描述了基于用于除去痕量二氧化碳和水的热交换器的快速TSA法。其中描述了合成气体的精细纯化。现有技术中不知晓以这种方式(称为批量分离)可以分离多大量的二氧化碳且特别是水或甲醇。因此,例如从转化装置中的合成气体中10体积%的CO2通常在传统的洗涤中被除去到小于每体积50ppm并且在传统的TSA中,CO2含量然后降低到小于0.1体积ppm,(即由通过用热再生气体处理吸附了的吸附剂的直接热传递的吸附剂的再生)。前述过程(洗涤和随后的TSA)的进一步的缺点是相对高的成本费用,装置的相对高的花费和涉及两个单独的分离过程的事实。本文指出的前述现有技术的缺点至少部分地被下面所述的本发明所克服。根据本发明的特征在独立权利要求中列出,并且这些独立权利要求的有利的实施方式在从属权利要求中列出。权利要求的特征可以以任何技术上有目标的方式组合,并且包括本发明的补充实施方式的以下说明书中的解释和附图中显示的特征也可以用于此目的。根据权利要求1,本发明对于在所制得的合成气体流中在从5体积%到30体积%的浓度范围中存在的CO2,提供了通过在CO的低温分离的上游的变温吸附减少到在合成气体流中小于10体积ppm,其中CO2被吸附到吸附剂上(其为特别是无序吸附床的形式)并且在CO2的吸附过程中吸附剂通过从吸附剂间接热传递到热传递介质的方式被冷却,并且负载有CO2的吸附剂至少部分地(特别地仅仅)通过从流体热传递介质间接热传递到吸收剂来加热,以产生CO2的解吸附(该变温吸附也称为RTSA(快速变温吸附))。本发明的方法特别适合于从所制得的并具有从5体积%到30体积%浓度的合成气体中分离CO2。通过在CO的低温分离之前的RTSA,使含CO2的进料流小于10体积ppm,特别是小于按体积计1ppm,更特别是小于0.1体积ppm。这表示存在于合成气体中的至少99.98体积%的CO2被分离出去。这种高除去度通过在CO2吸附期间被热传递介质冷却的吸附剂实现,使得吸附剂不会被吸附的热量进一步加热,并且吸附过程可以在相对低的温度有效进行。许多合成气体的制备方法是已知的,例如碳氢化合物特别是CH4的蒸汽转化或天然气的部分氧化。此外,通过自热转化或干法转化制备合成气体是可行的。本发明的方法不限于单独的合成气体制备过程,其也适用于组合,例如连续或并行连接的合适过程,只要实现了合成气体的制备。因此,本发明提供了快速变温吸附(RTSA)方法的用途,其特别地具有对于至少CO2并且特别地以及水和/或甲醇的除去相对短的循环时间,优选从1到4小时。本文中吸附剂的加热和冷却是间接实现的,优选地通过由分隔壁分隔的热传递介质或热流体而不是通过如在传统TSA过程的情况一样直接流过吸附剂的再生气体,来间接实现的。由此可用单一的快速TSA过程或具有间接热传递和特别相对短的循环时间的适合的装置来取代以上提及的用于CO2除去的洗涤和任何下游的传统TSA过程。

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