专利名称：借助于变压吸附方法从气流中分离氢的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从一种具有氧份额的气流(该气流主要由氢、氮、 氧、二氧化碳、 一氧化碳、甲垸和/或其它的碳氢化合物构成)中分离氢的 方法以及一种用于执行该方法的装置。
背景技术：
本发明以从焦炉气中分离氢作为例子描述，但是适合于从上述成份的 任意组合的任意气流中分离氢并且因此不局限于焦炉气。在炼焦厂中制造焦炭时，至少煤在空气密封的情况下被加热。在此产 生焦炭、焦气、焦油。富含碳的焦炭主要用于钢铁生产。根据现有技术主 要由氢、甲垸和一氧化碳构成的焦气主要用作为工业燃料。但是焦炉气仅 具有天然气的大约一半的热值并且经常被伴生物质污染，这些伴生物质会 造成有害物质排放或者运行故障。因此人们在越来越严格的环境规定的过 程中致力于寻找焦炉气的替代应用。通常，焦气的大约60%由氢构成。氢主要大量地用在炼油厂中，用于 在所谓的加氢器中还原中间蒸馏的硫含量并且用于在所谓的氢化裂解器中 分裂不同的石油馏分。此外，氢在还原金属氧化物、生产氨时作为动力燃 料或者用在燃料电池中。在EP 1033346中描述了一种按现有技术的用于从 气流中分离氢的方法，该气流除了氢、除了杂质氧和氩之外主要包括氮、 二氧化碳、 一氧化碳和甲烷。在一种按现有技术的变压吸附方法中，气体混合物在高压下在具有吸 附剂的反应器中被引导。与存在的压力和吸附材料有关地，该气体混合物 的成份被不同强度地吸附在吸附材料上。在理想情况中该气体混合物的所 有成份除了氢之外都被吸附到吸附剂上。因此能够以高纯度将从氢剩下的 成份中分离出。吸附剂的再生在低压的情况下通过结合的成份的解吸附实 现，然后所述结合的成份同样可以被气态地从反应器中排出。因此，利用 变压吸附方法可以在采用多个分别交替地进行吸附或者解吸附的反应器的情况下从剩下的气态成份中分离出具有高纯度的氢。借助于在EP 1033346 中描述的方法可以从剩下的气态成份中分离出具有最大99.99%纯度的氢。在采用这种按现有技术的方法时，当气流中的氧份额超过1%体积百分 比的情况下存在提高的安全风险。在气体混合物中存在的氧首先在高压时 吸附在吸附剂中，但是在进一步的过程中由于更强烈地被吸附的成份又被 排挤成气相。这导致吸附剂中的氧富集，以至于与在气体中存在的氢结合 的情况下产生可燃的爆炸性混合气体。该爆炸性混合气体在按现有技术的 变压吸附方法中是安全风险。发明内容因此本发明的目的在于，这样设计一种按开头所述类型的方法，使得 避免爆炸性的氢氧气体混合物的形成并且使这种方法的安全风险最小化。该目的通过如下方式来解决，即，使一种用于无催化剂地热转化氧的 方法与用于分离氢的变压吸附方法相结合。其中，该变压吸附方法在所述 用于热转化氧的方法之后执行。通过用于无催化剂地热转化氧的方法与变压吸附方法相结合，气体混 合物中的氧含量在变压吸附方法之前已经被这样最小化，使得不会存在由 氢和氧构成的爆炸性气体混合物。用于热转化氧的方法已经被证实为非常 稳定的且牢靠的技术。在此，令人意想不到的是可以放弃催化剂的采用。 因此包含在气流中的催化剂毒物也不会损害催化剂并且可以要求催化剂的 再生并且从而与之相关的生产停顿。此外已经表明，在采用本发明的方法 时在大部分的情况下可以取消分离出的氢的催化的再净化。因此，氧由于 安全原因的贫化以及为了达到所需产品纯度的贫化在一个步骤中进行。有利的是，通过采用本发明的方法，具有大于1%体积百分比的氧份额 的气流也可以可靠地由变压吸附方法进行处理。优选的是，用于热转化氧的方法在300'C与50(TC之间的温度中被执行。 在300。C至50(TC的温度中，氧可以被良好地转化，主要转化成水。有利的是，在用于热转化氧的方法之前预热所述气流，其中气流的预 热符合目的地通过一个换热器与在该用于热转化氧的方法之后的气流的逆 流进行。在该用于热转化氧的方法之后的热气流必须在变压吸附方法之前 被冷却。在本发明的这个构型中，热能同时可以被有效地利用来预热所述用于热转化氧的方法之前的气流。在本发明的另一构型中，为了实现分离出的氢的非常高的纯度，分离 出的氢经受一个用于催化地去除剩余氧痕量的方法。通过采用接下来的用 于分离氧的催化方法可以进一步提高产品纯度。-在装置方面，提到的目的通过如下方式解决，即，将一个可加热的反 应器在上游定位在用于执行变压吸附方法的装置之前。反应器符合目的地适合于30(TC与50(rC之间的温度。在本发明的一种有利的构型中，在反应器与用于执行变压吸附方法的装置之间设置一个换 热器。通过本发明特别是可以实现，在变压吸附方法中避免由氢和氧构成的 爆炸性气体混合物的产生并且从而使安全风险最小化。
权利要求
1.一种用于从具有氧份额的气流中分离氢的方法，该气流主要由氢、氮、氧、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和/或其它的碳氢化合物构成，其特征在于使一种用于无催化剂地热转化氧的方法与一种用于分离氢的变压吸附方法相结合，其中，该变压吸附方法在该用于热转化氧的方法之后执行。
2. 按权利要求1所述的方法，其特征在于即使是具有大于1%体积 百分比的氧份额的气流也可以由该变压吸附方法可靠地处理。
3. 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述用于热转化氧的方法在30(TC与50(TC之间的温度下被执行。
4. 按权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于该气流在所述用于热转化氧的方法之前被预热。
5. 按权利要求4所述的方法，其特征在于该气流的所述预热通过一个换热器与在所述用于热转化氧的方法之后的气流逆流地进行。
6. 按权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于所述氢在所述用于分离氢的方法之后经受一个另外的、用于去除氧的催化方法。
7. —种用于从具有氧份额的气流中分离氢的装置，该气流主要由氢、氮、氧、二氧化碳、 一氧化碳、甲垸和/或其它的碳氢化合物构成，其特征在于 一个可加热的反应器在上游定位在一个用于执行变压吸附方法的装置之前。
8. 按权利要求7所述的装置，其特征在于所述反应器适合于300°C 与500。C之间的温度。
9. 按权利要求7或8所述的装置，其特征在于在该反应器与该用于执行变压吸附方法的装置之间设置一个换热器。
全文摘要
本发明涉及一种用于从具有氧份额的气流中分离氢的方法以及一种用于执行该方法的装置，该气流主要由氢、氮、氧、二氧化碳、一氧化碳、甲烷和/或其它的碳氢化合物构成。该气流在该变压吸附方法之前经受一个用于热转化氧的方法。
文档编号B01D53/047GK101323433SQ20081012542
公开日2008年12月17日 申请日期2008年6月13日 优先权日2007年6月15日
发明者H-J·灿德尔, K-H·霍夫曼, P·莱特格布, U·文宁, W·莱特迈尔 申请人:林德股份公司