[发明专利]结构化吸附床，其生产方法及其用途

说明书

发明领域

本发明涉及用于纯化气体进料流的结构化吸附床，和这种结构化吸 附床的制造方法。该结构化吸附床包括具有高胞室密度的基板和在该基 板上的涂层，其中该涂层包括吸附剂粒子和粘合剂。

发明背景

气体分离在许多工业中对于从气体流中分离非所需的污染物和实现 所需的气体组成来说是重要的。例如，来自许多气田的天然气可含有显 著水平的H₂O，SO₂，H₂S，CO₂，N₂，硫醇，和/或重质烃，在该气体可运输 到市场上之前，它们必须要被除去到各种程度。优选的是尽可能多的酸 气体(例如，H₂S和CO₂)应当从天然气中除去，以留下甲烷作为回收组分。 甲烷回收率小幅增加可导致工艺经济性显著的改进且还起到防止不想要 的资源损失的作用。当除去有害杂质时，期望回收大于80vol％，尤其 大于90vol％甲烷。

另外，合成气体(合成气)典型地要求除去并分离各种组分，在它可 在燃料，化学和电力应用中使用之前，因为所有这些应用具有该工艺所 要求的合成气的确切组成的技术规格。当生产时，合成气可至少含有CO 和H₂。合成气内的其他分子组分可以是CH₄，CO₂，H₂S，H₂O，N₂，及其组 合。该气体内的次要量(或痕量)组分可包括烃类，NH₃，NO_x和类似物，及 其组合。在几乎所有应用中，大多数H₂S应当典型地从合成气中除去， 在它可使用之前，和在许多应用中，可以期望除去大部分CO₂。

吸附性气体分离技术在使用固体吸附剂材料，例如活性炭或多孔固 体氧化物，例如氧化铝，氧化硅-氧化铝，氧化硅或结晶沸石的各种工业 中是常见的。可通过平衡或动力学机理，实现吸附性分离。大多数工艺 通过气体混合物的平衡吸附操作，其中基于诸如吸附剂的孔度之类的参 数，吸附选择性主要基于一种或多种物质的不同平衡吸收率。基于动力 学的分离牵涉气体混合物中不同组分的扩散速率并允许不同物质分离， 而与类似的平衡吸附参数无关。

基于动力学的分离工艺可作为变压吸附(PSA)，变温吸附(TSA)，分 压变动或置换冲洗吸附(PPSA)或者作为由若干这些工艺的组分组成的混 合工艺操作。这些变动吸附工艺可采用快速循环进行，在此情况下，它 们被称为快速循环热变动吸附(RCTSA)，快速循环变压式吸附(RCPSA)， 和快速循环分压变动或置换冲洗吸附(RCPPSA)技术，且采用术语"变动式 吸附"包括所有这些工艺和它们的组合。

传统地，吸附分离工艺使用吸附剂微粒子的填充床。然而，传统的 填充床不可能满足天然气清洁的极严格要求。或者，结构化吸附床可用 以吸附特定气体物质。该结构化吸附床可以是单块体，它的形式为一个 单一块或者形式为具有多个通道或胞室的挤出物，例如蜂窝状结构化单 块体。使用吸附剂单块体提供设计具有低压降、良好流动分布及低分散 的吸附剂床的途径。单块体具有非常低流动迂回度且也可以针对几乎任 何使用者指定的空隙容积而工程化，以符合指定压降。其他单块体的优 点包括避免床流体化或反转(lifting)。除了气体分离方法以外，这些类 型的单块体以往用作汽车催化转化器，催化燃烧，电化学反应器和生化 反应器中的催化剂载体。