专利名称：：控制氢气的膜处理的方法控制氢气的膜处理的方法
技术领域：
：本发明涉及一种通过使用膜处理包含氢气和其它组分如烃的气体从而从所述气体中分离出氢气的方法。在膜渗透工艺中，通过使气体混合物与膜接触而分离混合物中的各组分。膜确保了气体混合物的各组分选择性渗透穿过其壁。在渗氢膜的应用中，氢气(称为"快"气体)通过待处理气体混合物与膜的渗透物之间的压差(该压差起到渗透驱动力的作用)与其它气体物质(称为"慢"气体)分离。根据应用(精炼、合成气等)和待处理气体混合物的类型，通过各种不同的手段自动地调整这些渗透工艺。当待处理气体混合物包含烃、特别是Q+烃或其它可冷凝的化合物时，这些组分在渗透过程中集中在尾气或滞留物中。那么滞留物的露点可非常接近或高于膜的操作温度，这会导致这些组分在膜的纤维上冷凝或这些纤维性能过早劣化的危险。这种危险与渗透气体(或渗透物)中回收的过量氢气直接相关。重要的是，控制渗透物中的氢气回收率，以防止滞留物在膜中冷凝。因此，已经开发出用于控制膜渗透工艺的系统。对于第一控制系统，处理气体的流速减小时，氢气回收率增加，从而必须通过增加渗透物的压力或通过减小待处理气体的压力而加以控制。对于第二控制系统，控制渗透物的压力，以保持与滞留物流速和待处理气体流速的比率(Qr/Q)相应的调定点。在足够高的水平上保持该比率对于待处理气体流速Q的任何变化都确保了满足需求的氢气回收率，从而保持滞留物的露点在恒定值。但是，这两种控制系统都没有考虑到待处理气体的气体组成可能变化这一事实。因此，如果待处理气体突然变得富氢，则促进了氢气渗透而控制系统没有检测到在操作条件下的这种变化。在这种情况下，压力不再是适当的，并且露点也易于升高。相反，如果待处理气体变得贫氢，则冷凝的危险会减小，但控制系统会引起氢气在滞留物中的损失。因此，本发明的目的是提供一种用于控制包含氢气和易于在膜中冷凝的化合物的气体的氢选择性膜渗透的方法，其中所述气体具有可变的氢气浓度。本发明的目的是提供一种用于控制包含氢气和易于在膜中冷凝的化合物的气体的氢选择性膜渗透从而避免在膜中冷凝的危险的方法，其中所述气体具有可变的氢气浓度。本发明的目的是提供一种用于控制包含氢气和易于在膜中冷凝的化合物的气体的氬选择性膜渗透从而避免在膜中冷凝的危险同时使氢气回收率最大化的方法，其中所述气体具有可变的氢气浓度。为此，本发明涉及一种借助渗氢分离膜处理至少包含氢气和包含至少一种其它化合物的气体的方法，其中使待处理气体与所述膜接触，从而产生富氢渗透物和贫氢滞留物，其特征在于，调整穿过膜的压差从而使具有下式的比率R其中-Qr为滞留物流速，画Q为待处理气体流速，-FH2为待处理气体中氢气浓度的特征量，-n严格为正或负的小数，等于或大于滞留物中存在的至少一种化合物冷凝时的比率Rmin的值。因此，本发明涉及一种处理包含氢气和其它化合物的气体的方法，所述处理包括使所述气体与渗氢分离膜接触。氢气以外的化合物是在膜的滞留物中易于冷凝的化合物其可以具体为烃或水。待通过膜处理的气体例如可以为湿的合成气。所述方法通过调整穿过膜的压差，也就是通过调整所述膜上游的待处理气体的压力与该膜下游的渗透物的压力的差值而控制。实际上，该穿过膜的压差可以通过控制渗透物的压力来调整，优选借助在所述膜下游的渗透管线上设置的阀来调整。还还可以通过控制待处理气体的压力来调整，优选借助在所述膜上游设置的阀来调整。根据本发明，穿过膜的压差根据由滞留物流速(Qr)和待处理气体流速(Q)以及待处理气体的氢气浓度的特征量(fh2)定义的比率R的值来调整。因此，Fh2可以逸自待处理气体的氢气浓度或待处理气体的摩尔密度。比率R的公式中的指数n由膜的类型和表面积、待处理气体的类型以及取决于上游工艺的预期操作情况决定。指数n根据量fh2的类型可以为正或负。对于使用的各种膜和使用的各种待处理气体，指数n的值通过采取下述步骤而确定a-确定所述膜中可用滞留物的露点的最高温度tmm，b-对于各种类型的具有流速Q和不同氢气浓度特征量fh2的待处理气体，确定最佳的滞留物流速Qr,从而在保持滞留物的露点T低于TMax的同时使穿过膜的压差最大，c國计算n值，从而露点T可以与步骤b中检测的各种类型的气体的R值相关。在本发明的上下文中，"相关"是指R与露点T之间建立关系，从而使其作为彼此的函数而变化。实际上，赋予n整数值可以更方便地找到其相关性。但是，为了使指数n具有精确值，优选赋予其小数值。为了实施本发明方法，一旦比率R的公式确定，就调整穿过膜的压差，从而使比率R等于或大于滞留物中存在的至少一种化合物冷凝时的比率Rmin。Rmin的值对应于这样的膜操作点，在该点之下滞留物中存在的至少一种化合物冷凝。Rmin的值由Rmin与T之间建立的相关性而确定(步骤c)。优选地，调整穿过膜的压差，从而使比率R等于比率R^n。根据本发明的方法特别适合用于处理包含具有超过4个碳原子的烃的气体。比率R在本发明方法中的应用起到使操作条件自动地适应各种待处理气体的作用，一方面起到预防膜中冷凝的危险的作用，另一方面起到保持氢气回收率为最佳值的作用。如果在操作过程中负荷情况变化(较低的待处理气体流速，更加富氢或更加贫氢的待处理气体)，则保持比率R在其调定点R曲能够保持氢气回收率，并同时在滞留物的冷凝上保留了一定的安全余量。已知，在运行数年后，构成膜的聚合物纤维会失去其分离效率。本发明的通过比率R进行调节的方法具有消除这种老化对氢气回收率的影响的优点。如果纤维随着时间的流逝效率变差，则保持所述比率在相同的初始调定点Rmin上就保证了氢气回收率。实施例待处理气体来自精炼厂的加氢处理净化，并且待处理气体根据具有可变生产量的上游单元的操作以或多或少变化的含量包含氢气和烃。表1给出了待处理气体在进行渗透处理过程中可具有的各种组成。根据现有技术，如果对情况1和2以及情况3的气体进行氢气选择性渗透工艺，则可以观察到滞留物在膜中的冷凝。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>为了计算对于控制根据本发明的渗透方法必要的比率R公式中的n值，确定避免滞留物在膜中冷凝并使氢气回收率最大化的方法的操作条件。当膜在90X:下操作时，滞留物的露点不能超过80X:(Tmax)(步骤a)。在所述三种情况下，通过调整渗透物的压力改变穿过膜的压差，以^使氢气回收率最大化并防止滞留物的露点到达80'C(步骤b)。对于上述三种情况，最佳的操作*(低于80X:的露点和最大的氢气回收率)如表2中所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(步骤c)。n在l4之间时，没有观察到R与露点之间有关系。相反，对于11=5，R与露点相关。这种相关性在图l中示出，其表示比率R越大，露点T越低。为了确定所述方法中的调定点，计算温度T不超过80'C(T，x)时Rmin的值。在所示实施例中，R^为0.21。结果，所述膜用于处理来自精炼厂的加氢处理净化的含氢气的气体，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>通过调整穿过膜的压差从而佳/>式为R=Q(Fh2」的比率R—直大于0.21,这防止了滞留物中的化合物在膜中冷凝，并提供了最高的氢气回收率。权利要求1.一种借助渗氢分离膜处理至少包含氢气和包含至少一种其它化合物的气体的方法，其中使待处理气体与所述膜接触，从而产生富氢渗透物和贫氢滞留物，其特征在于，调整穿过膜的压差从而使具有下式的比率R其中-Qr为滞留物流速，-Q为待处理气体流速，-FH2为待处理气体中氢气浓度的特征量，-n严格为正或负的小数，等于或大于滞留物中存在的至少一种化合物冷凝时的比率Rmin的值。2.如权利要求l所要求的方法，其特征在于，穿过膜的压差通过控制渗透物的压力来调整，优选借助在所述膜下游的渗透管线上设置的阀来调整。3.如权利要求l所要求的方法，其特征在于，穿过膜的压差通过控制待处理气体的压力来调整，优选借助在所述膜上游的渗透管线上设置的阀来调整。4.如前述权利要求中任一项所要求的方法，其特征在于，FH2为选自待处理气体的氢气浓度和待处理气体的摩尔密度的量。5.如前述权利要求中任一项所要求的方法，其特征在于，比率R公式中的指数n的值通过采取下述步骤而确定a-确定所述膜中可用滞留物的露点的最高温度TMax,b-对于各种类型的具有流速Q和不同的氢气浓度特征量FH2的待处理气体，确定最佳的滞留物流速Qr,从而在保持滞留物的露点T低于TMax的同时使穿过膜的压差最大，c隱计算n值，从而使露点T可以与步骤b中检测的各种类型的气体的R值相关。6.如前述权利要求中任一项所要求的方法，其特征在于，调整穿过膜的压差从而使比率R等于比率Rmin。7.如前^=又利要求中任一项所要求的方法，其特征在于，该方法处理包含具有超过4个碳原子的烃的气体。全文摘要本发明涉及一种借助渗氢分离膜处理至少包含氢气和包含至少一种其它化合物的气体的方法，其中使待处理气体与所述膜接触，从而产生富氢渗透物和贫氢滞留物。调整穿过膜的压差从而使具有上式的比率R等于或大于滞留物中存在的至少一种化合物冷凝时的比率R<sub>min</sub>的值，其中，Qr为滞留物流速，Q为待处理气体流速，F<sub>H2</sub>为待处理气体中氢气浓度的特征量，n严格为正或负的小数。文档编号C01B3/00GK101394909SQ200780007280公开日2009年3月25日申请日期2007年2月9日优先权日2006年3月1日发明者M-K·戚申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司