Способ очистки газов
Изобретение относится к области химии и может быть использовано для выделения и очистки водорода. Газовую смесь, загрязненную примесями, контактируют в зоне адсорбции, содержащей адсорбент, включающий порошок цеолита Х с вариационным коэффициентом распределения частиц по размерам от 15% до 30%. Изобретение позволяет повысить степень извлечения водорода. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение касается способа очистки газовых смесей на основе водорода, загрязненных различными примесями, включающими монооксид углерода и, по меньшей мере, еще одну примесь, выбранную из диоксида углерода, азота и углеводородов C1-C8.
Способ изобретения позволяет улучшить традиционные способы выделения и очистки водорода, использующие процессы короткоцикловой адсорбции (PSA), за счет применения цеолита, обладающего характеристиками, дающими неожиданные результаты.
Уровень техники
Производство водорода высокой чистоты представляет огромный интерес для промышленности, т.к. он широко используется во многих процессах, таких как гидрокрекинг, производство метанола, производство оксоспиртов и процессы изомеризации.
В существующем уровне техники процессы PSA показали высокую эффективность при разделении газовых смесей и, в частности, при производстве чистых водорода или кислорода из газовых смесей, загрязненных различными примесями. PSA-процессы обеспечивают преимущество за счет адсорбционной селективности данного адсорбента по отношению к одному или ряду загрязняющих веществ газовой смеси, подлежащей очистке.
Выбор адсорбента представляет собой проблему, т.к. он зависит от природы смеси, подлежащей обработке. По общему правилу адсорбенты выбирают в соответствии с их способностью адсорбировать и десорбировать конкретное вещество. Фактически, в процессе PSA осуществляются циклы изменения давления. В ходе первой фазы слой адсорбента отделяет, по меньшей мере, один компонент смеси путем адсорбции этого компонента в слое адсорбента. В ходе второй фазы адсорбент регенерируют за счет снижения давления. Таким образом, необходимо, чтобы в каждом новом цикле десорбция была эффективной и полной с тем, чтобы в каждом новом цикле состояние регенерированного адсорбента было одинаковым. Однако понятно, что эта способность адсорбировать и затем десорбировать конкретный компонент газовой смеси зависит от конкретных условий осуществления данного PSA-процесса и, в частности, от температуры и давления.
Однако постольку, смесь, подлежащая очистке, обычно включает более одной примеси, желательно, чтобы адсорбент был способен адсорбировать, а затем десорбировать не одну, а несколько таких примесей. Фактически, адсорбционные свойства и селективность адсорбента по данным компонентам часто зависят от присутствия в газовой смеси других примесей, причем это влияние является следствием, например, возможной конкуренции или отравления адсорбента. Указанные явления обусловливают сложность проблем оптимизации PSA-процесса путем улучшения адсорбента.
Для производства водорода из газовой смеси на основе водорода, содержащей СО, СО2, СН4, NН3, H2S, N2 и воду в качестве примесей, в патенте США 3430418 предложена комбинация двух типов адсорбента: активированный древесный уголь, удаляющий СН4, СО2 и воду, и кальцийсодержащий цеолит типа А, который обеспечивает возможность удаления азота и монооксида углерода.
Для улучшения рабочих характеристик процессов PSA при производстве водорода и, в частности, с целью получения повышенного выхода водорода варьировалось количество и расположение действующих параллельно слоев адсорбента, как показано в патенте США 4381189.
Патент США 2882244 раскрывает цеолит Х и показывает, что на нем селективно адсорбируется СО.
Патент США 3078639 раскрывает процесс удаления СO2 из богатой водородом газовой смеси с использованием цеолита X.
Патент США 6514317 В2 раскрывает процесс PSA с использованием Х-цеолита с соотношением оксид кремния/окись алюминия 1,9-2,1, в том числе ионообменные цеолиты с Li, Na, К, Mg, Са и Zn.
Патент США 4477267 раскрывает процесс PSA с использованием Х-цеолита с соотношением оксид кремния/окись алюминия 2-3.
Патент США 6773694 В1 раскрывает способ приготовления разновидности молекулярных сит путем выращивания из суспензии, содержащей центры кристаллизации, при добавлении исходных компонентов или источников формирования каркаса, т.е. алюминия и кремния. Скорость прибавления исходных компонентов контролируется таким образом, что она является практически равной скорости роста кристаллов, и чтобы практически не наблюдалось появление новых центров кристаллизации.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение основано на открытии того факта, что применение X-цеолитного адсорбента, имеющего специфическое распределение частиц по размерам, в процессе выделения и очистки водорода и, в частности, в процессе PSA, приводит к неожиданному и значительному возрастанию производительности и степени извлечения водорода. Термин "производительность" означает отношение объема водорода, генерируемого за час, к объему или весу адсорбента. Термин "степень извлечения" означает отношение количества генерируемого водорода к количеству водорода в подаваемом газе.
Более конкретно, изобретение относится к способу выделения и очистки водорода, содержащегося в газовой смеси, загрязненной примесями, который включает контактирование газовой смеси, подлежащей очистке, в зоне адсорбции с адсорбентом, содержащим цеолит X, в котором распределение частиц порошка цеолита Х по размерам имеет коэффициент вариации от 15% до 30%.
Другим воплощением изобретения является способ выделения водорода, содержащегося в газовой смеси, загрязненной примесями, который включает контактирование газовой смеси, подлежащей очистке, в зоне адсорбции с адсорбентом, содержащим цеолит X, полученный путем приготовления суспензии зародышей кристаллов в условиях реакции; добавления исходных компонентов к суспензии, что обеспечивает рост кристаллов на зародышах; причем добавление осуществляют со скоростью, практически равной скорости роста кристаллов и в течение времени, достаточного для приготовления цеолитного сита X.
Другим воплощением изобретения является способ проведения контактирования газовой смеси в нескольких областях адсорбции в соответствии с системой короткоцикловой адсорбции (PSA).
Эти и другие цели, воплощения и подробности этого изобретения станут очевидными из детального описания изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематично представлена установка для осуществления процесса короткоцикловой адсорбции (PSA) для очистки и получения водорода с использованием десяти слоев адсорбента.
На фиг.2 представлены кривые распределения частиц по размерам для цеолита Х уровня техники и двух примеров цеолита Х согласно изобретению.
На фиг.3 показано улучшение степени извлечения водорода в установке PSA при использовании адсорбента, приготовленного из цеолита Х с вариационным коэффициентом распределения частиц по размерам от 15% до 30%, по сравнению с использованием цеолита Х уровня техники с другим распределением частиц по размерам.
Осуществление изобретения
В соответствии с одним воплощением настоящего изобретения выделение водорода, находящегося в газовой смеси, загрязненной монооксидом углерода и содержащей, по меньшей мере, еще одну примесь, выбранную из группы, состоящей из диоксида углерода и углеводородов C1-C8, включает контактирование газовой смеси, по меньшей мере, с одним адсорбентом, селективно поглощающим монооксид углерода и углеводороды C1-C8, и вторым адсорбентом, содержащим цеолит Х с вариационным коэффициентом распределения частиц по размерам от 15% до 30%, для удаления монооксида углерода и азота.
Согласно предпочтительному воплощению газовая смесь содержит монооксид углерода, диоксид углерода, метан, азот и водород. Источником такой смеси газов является установка парового риформинга метана. Источниками других подходящих газовых смесей являются коксовые печи, установки для производства метанола, олефинов и аммиака.
Предпочтительные технологические условия в зоне адсорбции включают давление от 790 кПа до 7000 кПа и температуру от 0° до 80°С. Более высокое давление не влияет неблагоприятно на очистку, но его обычно избегают с целью экономии энергии и минимизации капитальных затрат производства.
Первый и второй адсорбенты располагают в зоне адсорбции таким образом, чтобы газовая смесь проходила сначала через один, затем через второй адсорбент. Было найдено, что эффективность разделения может быть оптимизирована путем размещения адсорбента, селективного, по меньшей мере, к диоксиду углерода и к углеводородам C1-C8, на входе в зону адсорбции, а адсорбент, приготовленный из цеолита Х с вариационным коэффициентом распределения частиц по размерам от 15% до 30%, помещают на выходе из зоны адсорбции. Результат можно объяснить тем фактом, что эффективность адсорбции цеолитом Х возрастает сразу после того, как примеси диоксида углерода и углеводородов C1-C8 удаляются первым адсорбентом.
В качестве адсорбента, селективного, по меньшей мере, к диоксиду углерода и углеводородам C1-C8, можно использовать активированный древесный уголь, древесный уголь для предварительной фильтрации, силикагель или смесь этих различных адсорбентов в любой пропорции. После того как такая смесь выбрана, предпочтительно расположить различные составляющие смеси в зоне адсорбции в виде отдельных слоев таким образом, чтобы газовая смесь вступала в контакт с каждый слоем поочередно.
Силикагели, которые могут быть использованы по изобретению, - это те силикагели, которые обычно используются в данной области техники. Эти гели коммерчески доступны, например, от Solvay (гель Sorbead). Древесные угли для предварительной фильтрации представляют собой активированные древесные угли высокой пористости и низкой относительной плотности. Активированные древесные угли и древесные угли для предварительной фильтрации продают, например, фирмы Norit, Calgon, Ceca, Pica или Chemviron.
Использование цеолита Х давно известно, он применяется для выделения и очистки водорода, содержащегося в газовой смеси. Однако до недавнего времени традиционный способ приготовления порошка цеолита Х заключался в периодической кристаллизации смешанных исходных материалов. Недавно был найден другой способ приготовления цеолита X, описанный в патенте США 6773694 В1. Патент '694 раскрывает способ приготовления цеолита Х путем выращивания кристаллов из суспензии кристаллических зародышей путем добавления исходных компонентов или источников формирования каркаса, т.е. алюминия и кремния. Скорость добавления исходных компонентов регулируют таким образом, чтобы она являлась практически равной скорости роста кристаллов и чтобы в основном не наблюдалось появления новых центров кристаллизации. Патент '694 раскрывает дальнейшие подробности и способы приготовления цеолита Х и приводится здесь в качестве ссылки.
Было обнаружено, что порошок цеолита Х с вариационным коэффициентом распределения частиц по размерам от 15% до 30%, приготовленный по патенту '694, дает лучшие результаты для выделения и очистки водорода, содержащегося в газовой смеси. В приготовленном таким образом порошке цеолита Х средний диаметр частиц преимущественно составляет от 4 до 12 мкм, причем более предпочтительно от 6 до 10 мкм. В порошке цеолита Х отношение оксид кремния/оксид алюминия преимущественно составляет от 2,0 до 2,5. Согласно изобретению цеолит Х может представлять собой кристаллический порошок или состоять из агломератов. Агломераты цеолита Х традиционно получают с использованием стандартных процессов агломерации. Агломерированный цеолит можно получить, например, путем смешивания порошка кристаллического цеолита с водой и связующим компонентом (обычно в порошкообразной форме) и дальнейшего распыления этой смеси на агломератах цеолита, играющих роль центров агломерации. В процессе распыления агломераты постоянно вращаются вокруг своей оси. Это может быть достигнуто, если поместить агломераты в реактор, вращающийся вокруг оси вращения, причем предпочтительно отклонение оси вращения от вертикального направления. С помощью этого способа, который в этой области техники обычно называют "снежный ком", образуются агломераты шарообразной формы. Полученные таким способом агломераты затем подвергают обжигу при температуре приблизительно между 500 и 700°C, предпочтительно при температуре в области 600°C. Подходящие связующие компоненты включают, например, глину, такую как каолин, оксид кремния или оксид алюминия. Кристаллический порошок цеолита обычно не обладает связывающей способностью, и поэтому предпочтительно включение связующего компонента для придания частицам формы слоев, таблеток, получения экструдата или других форм для промышленного использования адсорбента. Из порошка цеолита Х предпочтительно формируют агломерированные частицы, имеющие номинальный диаметр от 0,5 до 3 мм. Независимо от способа приготовления агломерированные частицы, используемые в настоящем изобретении, могут содержать или не содержать связующее вещество. Конечный адсорбент, содержащий цеолит X, имеет предел прочности на сжатие больше чем 960 кПа.
Согласно изобретению порошок цеолита Х с вариационным коэффициентом распределения частиц по размерам от 15 до 30% преимущественно готовят в натриевой форме, т.е. катионы натрия ассоциированы с цеолитным каркасом. Другие катионы могут быть введены путем частичного или полного замещения катионов натрия в натриевой форме цеолита X. Примером таких катионов может быть литий, барий и кальций.
Сочетание первого и второго адсорбентов, описанное выше, приводит к повышению общей производительности и степени очистки газовой смеси, содержащей водород, когда второй адсорбент представляет собой цеолит Х с вариационным коэффициентом распределения частиц по размерам от 15 до 30%. Известно, что для непрерывного производства водорода параллельно располагают множество адсорбирующих слоев, в которых попеременно осуществляются циклы адсорбции при адиабатическом сжатии и десорбции при декомпрессии. Такие установки, в частности, используются в процессах короткоцикловой адсорбции, PSA. Каждый слой адсорбента подвергается циклической обработке, которая включает: а) пропускание газовой смеси на основе водорода, загрязненной монооксидом углерода и содержащей, по меньшей мере, еще одну примесь, выбранную из группы, включающей диоксид углерода и углеводороды C1-C8, в зону адсорбции, содержащую, по меньшей мере, один первый слой адсорбента, сформированный из первого адсорбента, селективного, по меньшей мере, к диоксиду углерода, азоту и углеводородам C1-C8, и один второй слой адсорбента, сформированный из второго адсорбента, который содержит цеолит Х с вариационным коэффициентом распределения частиц по размерам от 15% до 30%, с целью удаления, по меньшей мере, моноксида углерода и получения потока очищенного водорода на выходе из зоны адсорбции; b) десорбцию монооксида углерода и другой примеси или примесей, адсорбированных на первом и втором адсорбентах, при установлении градиента давления и прогрессивного снижения давления в зоне адсорбции для того, чтобы извлечь монооксид углерода и другую примесь или примеси через входное отверстие зоны адсорбции; и с) повышение давления в адсорбционной зоне при введении потока чистого водорода через выходное отверстие адсорбционной зоны. Таким образом, каждый адсорбционный слой подвергается циклу обработки, включающему первую фазу производства водорода, вторую фазу декомпрессии и третью фазу повторного сжатия.
Ясно, что установление рабочего режима стадии а) согласно предпочтительным вариантам, описанным выше, приводит к повышению выхода и производительности, так же, как к повышению степени чистоты водорода, получаемого на выходе. Поэтому для очистки будет выбрана предпочтительно газовая смесь, содержащая более 70% водорода и содержащая азот, метан, СО и СО2 в качестве примесей, и эта смесь будет контактировать со слоем адсорбента, состоящим из активированного древесного угля и адсорбента, приготовленного из цеолита Х с вариационным коэффициентом распределения частиц по размерам от 15% до 30%. В зоне адсорбции предпочтительно поддерживают температуру от 0°С до 80°С. Емкость слоя адсорбента ограничивается максимальным объемом, который удобно использовать, либо механической прочностью отдельных частиц адсорбента, либо максимальным размером, допустимым при перевозке контейнеров или резервуаров, содержащих адсорбенты. По этим причинам стандартом в этой области является применение от 4 до 10 или более слоев адсорбента, установленных параллельно. Для оптимизации процессов PSA фазы сжатия и декомпрессии в различных слоях адсорбента синхронизированы. Особенно предпочтительно введение стадий выравнивания давления между слоями адсорбента так, чтобы один из этих слоев находился в фазе декомпрессии, а другой - в фазе повторного сжатия.
На фиг.1 представлены только трубопроводы, по которым циркулирует водород в данный момент. Более конкретно, в рассматриваемый момент слои адсорбента 1-3 находятся в стадии производства, слои адсорбента 4-6 - в фазе декомпрессии, слои адсорбента 7 и 8 - в фазе регенерации, а слои адсорбента 9 и 10 - в фазе повторного сжатия.
Слои адсорбента 1-3 снабжаются газовой смесью, подлежащей очистке, по трубопроводам 11, 12 и 13 соответственно. Каждый из трубопроводов 11, 12 и 13 подсоединен к источнику газовой смеси 14 посредством трубы 15. Очищенный водород извлекается на выходе из слоев адсорбента 1-3 по линиям 16, 17 и 18.
Все три линии 16-18 входят в трубопровод 19, по которому очищенный водород, выходящий из линий 16, 17 и 18, поступает в емкость-хранилище 21 по трубопроводу 19. Часть произведенного водорода выводится из трубопровода 19 по линиям 23 и 22 и передается в слой адсорбента 10, который в этом случае находится в конце фазы повторного сжатия. В этот же период в слое адсорбента 4 начинается фаза декомпрессии за счет выравнивания давления со слоем адсорбента 10 по линиям 24 и 22. В этой точке цикла давление в слое адсорбента 4 выше, чем в слое адсорбента 10, поэтому давление в слое адсорбента 4 будет понижаться, а в слое адсорбента 10 оно повышается. После стадии выравнивания давления слой адсорбента 10 продолжает получать продукт, газообразный Н2, из трубопровода 19 по линиям 23 и 22 до тех пор, пока давление в нем не сравняется с давлением в слоях адсорбента 1, 2 и 3, что завершает стадию повторного сжатия.
В течение того же самого периода происходит выравнивание давления между слоями адсорбента 5 и 9. Для того, чтобы достичь этого, соответствующие выходы из слоев адсорбента 5 и 9 соединяют линией 25. Слой адсорбента 5, претерпевающий фазу декомпрессии, в этом случае находится под относительно высоким давлением водорода, в то время как давление в слое адсорбента 9, находящегося в начале фазы повторного сжатия, гораздо ниже. В результате различия давлений, существующего между слоями адсорбента 5 и 9, водород переходит из слоя адсорбента 5 в слой адсорбента 9, что дает вклад в повторное сжатие в слое адсорбента 9 и параллельную декомпрессию в слое адсорбента 5.
Таким же образом, слои адсорбента 6 и 8 сообщаются друг с другом по линии 26. Слой адсорбента 6 находится в конечной фазе прямоточного снижения давления и обеспечивает продувание водородом, необходимое слою адсорбента 8. И в этом случае, т.к. давление, превалирующее в слое адсорбента 6, больше, чем давление, превалирующее в слое адсорбента 8, водород перетекает от слоя адсорбента 6 в слой адсорбента 8. Слой адсорбента 8 находится при наиболее низком давлении и продувается водородным газом, образующимся при декомпрессии в слое адсорбента 6. Десорбированные примеси и водород вытекают, как отходящий газ, из трубы 28.
Слой адсорбента 7 находится в фазе противоточной декомпрессии. Давление в нем понижается просто за счет удаления водорода и примесей по трубопроводу 27 из слоя адсорбента 7. Именно на этой стадии декомпресии происходит десорбция примесей, адсорбированных в слое адсорбента.
Данные, представленные на фиг.2, были получены следующим образом. Порошок цеолита Х был приготовлен традиционным способом периодической кристаллизации смешанных исходных материалов. Образец полученного в результате порошка цеолита Х (обозначен как образец А) был проанализирован с точки зрения распределения частиц по размерам, и было найдено, что средний диаметр частиц составляет 3,5 мкм в расчете на распределение по массе. Результаты анализа распределения частиц по размерам представлены на фиг.2, проведенный по ним расчет показал, что стандартное отклонение и вариационный коэффициент равны 1,49 и 42,9% соответственно. Стандартное отклонение было рассчитано в соответствии с основными положениями статистического анализа. Вариационный коэффициент был рассчитан путем деления стандартного отклонения на средний диаметр и умножения частного на 100, и результат выражен в процентах. Хотя средний диаметр образца А составлял 3,5 мкм, можно было ожидать, что разброс средних значений диаметров может составить от 3 до 12 мкм, в зависимости от условий, которые выдерживались во время периодической кристаллизации.
На фиг.2 можно увидеть широкий разброс большинства частиц образца А по диаметрам. Это наблюдение отражено в расчетах, согласно которым стандартное отклонение и вариационный коэффициент составляют 1,49 и 42,9%.
Порошок цеолита Х был получен путем непрерывного добавления исходных компонентов в соответствии со способами и методиками, более полно описанными в патенте США 6773694 В1. Образец этого порошка цеолита Х (обозначен как образец В) был проанализирован на распределение частиц по размерам, и было найдено, что средний диаметр частиц составляет 4,1 мкм в расчете на распределение по массе. Результаты анализа на распределение частиц по размерам представлены на фиг.2, а проведенный по ним расчет показал, что стандартное отклонение и коэффициент вариации равны 1,04 и 25,2% соответственно.
На фиг.2 можно увидеть, что частицы образца В имеют более узкое распределение по диаметрам, чем частицы образца А. Это наблюдение отражено и подтверждено расчетами, согласно которым стандартное отклонение и коэффициент вариации составляют 1,04, и 25,2%.
1. Другой порошок цеолита Х был получен путем непрерывного добавления исходных компонентов в соответствии со способом, описанными в патенте США 6773694 В1. Для этого были приготовлены суспензии кристаллических зародышей в условиях реакции; к суспензии добавлены исходные компоненты, поставляющие каркасные элементы для роста кристаллов из кристаллических зародышей; причем указанное добавление осуществляли со скоростью, по существу равной скорости роста кристаллов в течение времени, необходимого для образования порошка цеолита X.
Образец этого порошка цеолита Х (обозначен как образец С) был проанализирован на распределение частиц по размерам, и было найдено, что средний диаметр частиц составляет 6,0 мкм в расчете на распределение по массе. Результаты анализа на распределение частиц по размерам представлены на фиг.2, а проведенные по ним расчеты показали, что стандартное отклонение и коэффициент вариации равны 1,34 и 22,3% соответственно. На фиг.2 можно увидеть, что частицы образца С также имеют более узкое распределение по диаметрам, чем частицы образца А. Это наблюдение отражено в расчете, согласно которому стандартное отклонение и вариационный коэффициент составляет 1,34 и 22,3%.
ПРИМЕР
Данные, представленные на фиг.3, получены следующим образом. Была выбрана пилотная установка короткоцикловой адсорбции (PSA), которая использовалась для моделирования большой промышленной системы очистки водорода с использованием многочисленных слоев адсорбента. Пилотная установка состояла из единственного адсорбера и некоторого количества промежуточных емкостей, которые использовались для хранения газа, получаемого на различных стадиях цикла. Диаметр цилиндрического слоя адсорбента составлял 38 мм, а высота - 3048 мм.
Частицы адсорбента были приготовлены из порошка цеолита X, известного из уровня техники (образец А), имеющего распределение частиц, представленное на фиг.2, и загружались в пилотную установку для формирования слоя адсорбента. В нижнюю часть слоя загружают 65% активированного древесного угля, а наверху помещают 35% частиц цеолита X, известного из уровня техники (образец А), с номинальным диаметром 1,45 мм. На стадии адсорбции через слой адсорбента проходил восходящий поток, а температура поддерживалась равной 38°С. Исследуемый газ содержал 75 объемных процентов водорода, 0,7 объемных процента азота, 2 объемных процента монооксида углерода, 5 объемных процентов метана и 17,3 объемных процента диоксида углерода. Давление сырья поддерживается равным 2206 кПа, по окончании фазы прямоточного снижения давление составляет 276 кПа, а при продувке или регенерации 159 кПа. Испытания проводили при трех различных временных циклах: 3,5; 7 или 14 минут. В ходе каждого цикла имеются четыре основные стадии (адсорбция, прямоточное снижение давления, регенерация и повышение давления). Распределение времени, выраженное в процентах от общего времени цикла, по четырем основным стадиям сохранялось неизменным при всех трех временах цикла. Скорость подачи регулировали таким образом, чтобы давление монооксида углерода в получаемом водороде составляло 10 частей на миллион. Расход и состав измеряли для потоков подаваемого сырья, продукта и отходящих газов, для каждого испытания рассчитывали выход регенерированного водорода. Полученные данные представлены на фиг.3.
Частицы адсорбента получали из порошка цеолита Х настоящего изобретения (образец С) с распределением частиц, представленным на фиг.2, и испытывали в пилотной установке точно таким же образом, как описано здесь выше. Частицы адсорбента имеют номинальный диаметр, равный 1,45 мм. Полученные данные также представлены на фиг.3. Как отмечено выше, средний диаметр образца С (согласно изобретению) равен 6,0 мкм. Напротив, образец А (по уровню техники) имеет средний диаметр частиц 3,5 мкм. Обычно частицы меньшего размера обладают повышенной эффективностью, т.к. в них меньше путь диффузии. Несмотря на больший диаметр частиц образца С адсорбент, приготовленный из образца С, показал неожиданную эффективность.
Из фиг.3 видно, что при времени цикла 14 минут степень извлечения водорода на 0,1% выше при использовании настоящего изобретения по сравнению с существующим уровнем техники. При времени цикла 7 минут степень извлечения водорода на 0,7% выше при использовании настоящего изобретения. При времени цикла 3,5 минут степень извлечения водорода на 1,0% выше при использовании настоящего изобретения. Повышение выхода водорода согласно настоящему изобретению позволяет использовать более короткие времена цикла, таким образом снижается размер и капитальные затраты установки PSA при той же производительности. Поскольку увеличивается степень извлечения водорода из сырья, то для получения заданной скорости производства водорода требуется водородная установка меньшего размера.
Хотя и без связи с какой-либо теорией заявители считают, что относительная однородность размеров частиц порошка цеолита Х с вариационным коэффициентом распределения частиц по размерам от 15% до 30% позволяет получать адсорбент, имеющий неожиданные и превосходные характеристики адсорбции, как показано в настоящем изобретении.
Предшествующее описание, чертежи и пример ясно иллюстрируют преимущества, обеспечиваемые в способе настоящего изобретения, и выгоды, которые даст его использование.
1. Способ выделения и очистки водорода, содержащегося в газовой смеси, загрязненной примесями, который включает в себя контактирование газовой смеси, подлежащей очистке, в зоне адсорбции, содержащей адсорбент, включающий порошок цеолита Х с вариационным коэффициентом распределения частиц по размерам от 15 до 30%.
2. Способ по п.1, в котором газовая смесь, подлежащая очистке, содержит более 50% газообразного водорода.
3. Способ по любому из пп.1 и 2, в котором в зоне адсорбции поддерживают давление от 790 до 7000 кПа.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором отношение оксид кремния/оксид алюминия в порошке цеолита Х составляет от 2,0 до 2,5.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором средний диаметр частиц цеолита Х варьируют от 4 до 12 мкм.
6. Способ по любому из пп.1-5, в котором средний диаметр частиц цеолита Х варьируют от 6 до 10 мкм.
7. Способ по любому из пп.1-6, в котором используют систему короткоцикловой адсорбции.
8. Способ по любому из пп.1-7, в котором порошок цеолита Х получают путем приготовления суспензии кристаллических зародышей в условиях реакции; добавления к суспензии исходных компонентов, поставляющих каркасные элементы для роста кристаллов из кристаллических зародышей; причем указанное добавление осуществляют со скоростью, по существу, равной скорости роста кристаллов, и в течение времени, необходимого для образования порошка цеолита X.
9. Способ по п.7, в котором в зоне адсорбции поддерживают давление от 790 до 7000 кПа.
10. Способ по любому из пп.1-9, в котором адсорбент имеет предел прочности на сжатие больший, чем 960 кПа.
