[发明专利]处理包含燃料的气体混合物的VSA的再加压

说明书

本发明涉及通过吸附而分离或提纯气体混合物并包含真空再生的方法 的安全性的改进。概括而言，本发明涉及VSA或VPSA，其中进料包含至 少一种能与空气产生可燃混合物的组分，例如氢、一氧化碳、烃等。

本发明特别涉及分离CO₂的方法。

自工业时代开始以来，观察到的平均温度的升高十分迅速。尽管其潜 在影响(从海平面上升到沙漠化)并非完全已知和量化，但是这种影响是 全球越来越关注的焦点。尽管不能确定地证实气候变化由人为的温室气体 排放引起，但相关性强到足以促成预防原则的应用。由于CO₂排放造成大 致一半的变暖潜势，因此，研究减少这些排放的所有可能的方式是明显重 要的。在逻辑上，第一方法是试图通过降低能量消耗来减少CO₂生成。在 CO₂存储是决定性因素的情况下，在排放时捕捉CO₂是第二辅助方式。应 该观察到，全部CO₂排放中的多于50％是由发电和工业引起的。这些是强 来源，但数量较少，因此适用于捕捉法。更确切地，所选目标是燃烧煤或 重燃料油的热电站、气化热电站、和生产基本材料(钢(高炉气等)、各 种金属、基础化学品(NH₃生产的副产物等)、水泥(石灰窑气等))的 工厂。

由富碳源生成氢或合成气也会产生含有显著量CO₂的流体(烃的蒸汽 重整等)。作为含CO₂的来源，也可以提到生物气或由废物产生的气体， 和某些天然气。

至少一部分捕捉的CO₂可以直接地或在例如用于提高其纯度(例如食 品级CO₂)或使其可被储存(液化等)的后处理之后用在工业中。

在胺中吸收CO₂是经证实的有效技术。但是，与胺解吸相关的能量损 失是使该技术如今无吸引力的重要因素。由于一方面CO₂和另一方面其它 存在的气体(H₂、N₂、CO、CH₄等)之间的高留存选择性，吸附是非常 好的候选手段。在吸附法中，TSA(变温吸附)法具有与吸收法相同的缺 点，即吸附剂再生要求升温形式的高能量输入。相反，PSA法不要求任何 外部能量输入——以热或外部物质(蒸汽等)的形式，而是利用气体膨胀 使吸附剂再生。

因此，主要问题是设计适用于CO₂捕捉目标的PSA法。

为了开发经济上可接受的捕捉法，必须根据要捕捉的来源通过下述事 项的明智选择而优化所述PSA单元：

-该单元的运行周期(压力周期)；

-吸附剂及其布置；

-吸附器技术；

-所述单元在工业综合体中的集成。

在文献中广为开发了关于PSA周期且适用于CO₂捕捉的现有技术。实 际上，已经针对各种类型的分离(由空气制造高纯氢、氧气和/或氮，由 CH₄/CO₂混合物制造甲烷，由合成气制造CO，等等)广泛研究了再生压力 高于大气压的PSA(变压吸附)单元、具有接近大气压的吸附(通常为1 至2巴绝对值)和真空再生的VSA(真空回转吸附)单元和具有在中压下 的吸附(通常为2至10巴绝对值)和真空再生的VPSA(真空变压吸附) 单元。

在下述论述中，术语VSA用于包含真空再生阶段的任何周期。

吸附法，例如PSA和VSA，基于公知的基本步骤：吸附、平衡、提供 吹扫气、放空(blow-down)、吹扫和/或对VSA而言置于真空下、再加压 和冲洗。

这些步骤描述于关于吸附的各种著作中，例如Ruthven、Farooq和 Knaebel著的″Pressure Swing Adsorption″。

这些步骤可以是有前后顺序的，或其中一些可以是同时的。

例如，文献EP 1004343描述了PSA H2的周期，其具有两个再生压力 级、4个吸附器和一个平衡。

文献EP 1 095689公开了具有两个针对由空气制氧而开发的吸附器的 周期，包括用未吸附气体再加压、平衡、用进料气最终再加压、生产步骤、 部分利用真空泵的放空步骤和吹扫阶段的周期。