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改进的酸性变压吸附方法

阅读：387发布：2020-05-13

专利汇可以提供改进的酸性变压吸附方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且用于从得自含碳原料气化的合成气体，分离CO2和含硫化合物的方法和设备。采用酸性变压吸附 (SPSA)系统，随后采用酸性气体富集系统和硫去除装置，进行初级分离步骤。SPSA系统包括多个压力平衡步骤和采用漂洗气体的漂洗步骤，所述漂洗气体从除直接来自SPSA系统中吸附剂床之一以外的来源供应。，下面是改进的酸性变压吸附方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种酸性变压吸附方法，包括：
(a)将含碳原料气化，以形成包含H2S、CO2、CO和H2的气化的流；
(b)用水煤气变换反应，将气化的流中至少一部分CO转换成CO2和H2，产生酸性合成气流；
(c)将酸性合成气流引入至具有多个吸附剂床的酸性变压吸附系统中；
(d)用酸性变压吸附系统进行循环PSA过程，包括以下步骤：
(i)将多个吸附剂床中的第一床加压至第一压力；
(ii)将酸性合成气流进料至经加压第一床的入口端中，并从第一床的出口端放出第一气体流；
(iii)在进料步骤之后，将漂洗气体引入至第一床中，所述漂洗气体来自除直接来自多个吸附剂床中另一个以外的来源；
(e)从酸性变压吸附系统除去产物流，所述产物流具有比酸性合成气流大的H2浓度；
(f)从酸性变压吸附系统除去尾气流，所述尾气流具有比酸性合成气流大的CO2和H2S浓度；和
(g)用酸性气体富集(AGE)系统，将所述尾气流分成H2S-富集的流和H2S-贫化的流。
2.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(e)包括从酸性变压吸附系统除去产物流，所述产物流包含至少80摩尔%的H2和至少10摩尔%的N2。
3.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(a)包括将含碳原料气化，以形成包含CO、H2、至少1000ppm H2S和至少20摩尔% CO2的气化的流。
4.根据权利要求2所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(d)(iii)包括引入含有至少99摩尔% N2的漂洗气体。
5.根据权利要求2所述的酸性变压吸附方法，还包括：
(h)从所述产物流合成包含至少10摩尔% NH3的反应器产物流。
6.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(d)还包括：
(iv)在进行步骤(d)(iii)的同时，通过将第一床的出口端布置成与多个吸附剂床中第二床的出口端流式连通，将第一床的压力降低至第二压力。
7.根据权利要求6所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(d)还包括：
(v)在进行(d)(iii)的同时，通过将第一床的出口端布置成与多个吸附剂床中第三床的出口端流式连通，将第一床的压力进一步降低至第三压力。
8.根据权利要求7所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(d)还包括：
(vi)在第一床中进行步骤(d)(iii)之后，通过将第一床的出口端布置成与多个吸附剂床中第四床的出口端流式连通，将第一床的压力进一步降低至第四压力。
9.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(e)包括从PSA系统除去产物流，所述产物流包含至少60摩尔%的H2和至少25摩尔%的CO。
10.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(d)(iii)包括引入漂洗气体，该漂洗气体包含至少85摩尔%的一种或多种选自CO2和H2S的气体。
11.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(d)(iii)包括在进料步骤之后，将漂洗气体引入至第一床的入口端，所述漂洗气体来自除直接来自多个吸附剂床中另一个以外的来源。
12.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，还包括：
从所述产物流合成包含至少10摩尔%的MeOH的反应器产物流。
13.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(d)还包括：
(iv)在第一床中进行步骤(d)(iii)之后，通过将第一床的出口端布置成与多个吸附剂床中第二床的出口端流式连通，将第一床的压力降低至第二压力。
14.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，还包括：
(j)使至少一部分H2S-贫化的流再循环，以便在步骤(a)中气动输送含碳原料。
15.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(g)包括用酸性气体富集(AGE)系统，将尾气流分成H2S-富集的流和H2S-贫化的流，所述H2S-富集的流包含至少5摩尔%的H2S和不大于95摩尔%的CO2。
16.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，还包括：
(k)用硫回收装置，将至少一部分H2S-富集的流转换成选自硫酸、元素硫、衍生自硫酸的产物和衍生自元素硫的产物中的一种或多种。
17.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(b)包括用水煤气变换反应，将气化的流中至少一部分CO转换成CO2和H2，产生包含至少0.02摩尔%含硫物类和25摩尔% CO2的酸性合成气流。
18.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，其中步骤(c)包括将酸性合成气流引入至具有至少10个吸附剂床的酸性变压吸附系统。
19.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，还包括：
(l)在步骤(b)之后且在步骤(c)之前，冷却酸性合成气流。
20.根据权利要求1所述的酸性变压吸附方法，还包括：
(m)在进行步骤(b)之后且在进行步骤(c)之前，使酸性合成气流通过含有吸附剂的保护床，该吸附剂适于除去有机焦油化合物。

说明书全文

改进的酸性变压吸附方法

[0001] 关于联邦政府赞助的研究和开发的声明

[0002] 本发明是在空气产品和化学品公司(Air Products and Chemicals，Inc.)与美国能源部之间的合同号DE-FE0013363下，利用政府的支持完成的。政府对本发明拥有某些权利。

[0003] 发明背景

[0004] 酸性(sour)(例如含硫的)合成气体(“合成气”)例如从固态或者液态含碳原料的气化获得的合成气体的分离，通常用于获得H2产物流，所述H2产物流适用于例如在化学设备、精炼厂中使用，或者作为燃气轮机的燃料使用。已知NH3或者MeOH合成气的H2成分可以从各种过程产生，例如天然气或者石脑油的蒸气重整、烃类原料的部分氧化、固态燃料的气化、或者其他类似的过程。然而，此类过程可导致粗合成气流，该粗合成气流不仅含有所需H2，而且含有杂质如CO2、CO、CH4、N2、Ar、H2S、COS、H2O以及其他杂质。例如，CO2可能是由气化期间原料的燃烧而产生的，如果粗合成气蒸气经历水煤气变换反应，以通过与H2O反应，将流中的CO全部或者部分转化为CO2和H2，那么其浓度增加。H2S由气化期间原料中所存在的硫的还原产生，并且由水煤气变换反应期间在粗合成气流中的其他硫物类进一步转化为H2S而产生。由于涉及到温室气体的排放，因此期望在其使用（例如作为燃烧燃料）之前从合成气中除去CO2。H2S也期望从合成气中除去，因为其对下游过程来讲可能是毒害，或者是因为如果合成气在燃气轮机中燃烧，那么H2S会转化成为SO2，关于其在燃烧废气中的排放，SO2具有法律上的限制。

[0005] 因此，该流通常通过另外的处理来纯化，例如像以下过程：用于除去混合物中的CO/降低其含量的变换反应（全部/部分）、通过吸收的酸性气体去除(AGR)以及最后纯化气体混合物以提高最终产物的回收率或者控制反应的化学计量学。通过吸收过程的工业AGR采用从合成气中去除CO2和H2S的液态溶剂（例如SelexolTM、Rectisol®等）。如果氨是期望的终产物，则在AGR的下游采用能量密集的N2洗涤操作，以除去H2中的杂质。由于生态和环境法规的要求，可能需要其他的操作将H2S转化为元素硫或者硫酸和/或压缩CO2用于地质储藏或者增强的油回收 (EOR)。然而，此类AGR和附加的纯化过程是昂贵的（在资金和操作成本两方面），并且要求巨大的功率消耗。因此，需要降低合成气处理的总成本，同时尽可能地回收最大量的期望产物。

[0006] 发明概述

[0007] 提供该概述是为了以在以下详述中进一步描述的简化形式，介绍概念的选择。该概述并不打算确定所要求保护的主题的关键特征或者必需特征，其也不打算用于限定所要求保护的主题的范围。

[0008] 方面1. 一种方法，包括：

[0009] (a)将含碳原料气化，以形成包含H2S、CO2、CO和H2的气化的流；

[0010] (b)利用水煤气变换反应，将气化的流中至少一部分CO转化为CO2和H2，产生酸性合成气流；

[0011] (c)将所述酸性合成气流引入具有多个吸附剂床的酸性变压吸附(SPSA)系统；

[0012] (d)利用PSA系统，进行循环PSA过程，包括以下步骤：

[0013] (i)将所述多个吸附剂床的第一床加压至第一压力；

[0014] (ii)将所述酸性合成气流进料至经加压第一床的入口端，并且从第一床的出口端放出第一气体流；

[0015] (iii)在进料步骤之后，将漂洗气体引入至第一床，所述漂洗气体来自除直接来自所述多个吸附剂床中另一个以外的来源；

[0016] (e)从SPSA系统除去产物流，所述产物流具有比酸性合成气流大的H2浓度；

[0017] (f)从SPSA系统除去尾气流，所述尾气流具有比酸性合成气流大的CO2和H2S浓度；和

[0018] (g)用酸性气体富集(AGE)系统，将所述尾气流分成H2S-富集的流和H2S-贫化的流。

[0019] 方面2. 方面1的方法，其中步骤(e)包括从SPSA系统除去产物流，所述产物流包含至少80%的H2和至少10%的N2。

[0020] 方面3. 方面 1-2中任一方面的方法，其中步骤(a)包括气化含碳原料，以形成气化的流，该气化的流包含CO、H2、至少1000ppm H2S和至少20% CO2。

[0021] 方面4. 方面2-3中任一方面的方法，其中步骤(d)(iii)包括引入含有至少99% N2的漂洗气体。

[0022] 方面5. 方面2-4中任一方面的方法，所述方法还包括：

[0023] (h)从所述产物流合成包含至少10%的NH3的反应器产物流。

[0024] 方面6. 方面1-5中任一方面的方法，其中步骤(d)还包括：

[0025] (iv)在进行步骤(d)(iii)的同时，通过将第一床的出口端布置成与多个吸附剂床的第二床出口端流式连通，将第一床的压力降低至第二压力。

[0026] 方面7. 方面6的方法，其中步骤(d)还包括：

[0027] (v)在进行(d)(iii)的同时，通过将第一床的出口端布置成与多个吸附剂床的第三床出口端流式连通，将第一床的压力进一步降低至第三压力。

[0028] 方面8. 方面7的方法，其中步骤(d)还包括：

[0029] (vi)在第一床中进行步骤(d)(iii)之后，通过将第一床的出口端布置成与多个吸附剂床的第四床出口端流式连通，将第一床的压力进一步降低至第四压力。

[0030] 方面9. 方面1-7中任一方面的方法，其中步骤(e)包括从PSA系统除去产物流，所述产物流包括至少60%的H2和至少25%的CO。

[0031] 方面10. 方面1-9中任一方面的方法，其中步骤(d)(iii)包括引入漂洗气体，该漂洗气体包含至少85%的选自CO2和H2S的一种或多种气体。

[0032] 方面11. 方面1-10中任一方面的方法，其中步骤(d)(iii)包括在进料步骤之后，引入漂洗气体至第一床的入口端内，所述漂洗气体来自除直接来自多个吸附剂床中另一个以外的来源。

[0033] 方面12. 方面1-11中任一方面的方法，所述方法还包括：

[0034] (a)从所述产物流合成包含至少10% MeOH的反应器产物流。

[0035] 方面13. 方面1-12中任一方面的方法，其中步骤(d)还包括：

[0036] (iv)在第一床中进行步骤(d)(iii)之后，通过将第一床的出口端布置成与多个吸附剂床的第二床出口端流式连通，将第一床的压力降低至第二压力。

[0037] 方面14. 方面1-13中任一方面的方法，所述方法还包括：

[0038] (j)在步骤(a)中，再循环至少一部分H2S-贫化的流，用于气动输送含碳原料。

[0039] 方面15. 方面1-14中任一方面的方法，其中步骤(g)包括用酸性气体富集(AGE)系统，将所述尾气流分成H2S-富集的流和H2S-贫化的流，所述H2S-富集的流包含至少5% H2S和不超过 95%的CO2。

[0040] 方面16. 方面1-15中任一方面的方法，所述方法还包括：

[0041] (k)用硫回收装置，将至少一部分H2S-富集的流转换成一种或多种选自以下的物质：硫酸、元素硫、衍生自硫酸的产物和衍生自元素硫的产物。

[0042] 方面17. 方面1-16中任一方面的方法，其中步骤(b)包括用水煤气变换反应，将气化的流中的至少一部分CO转换成CO2和H2，产生包含至少0.02%的含硫物类和至少25% CO2的酸性合成气流。

[0043] 方面18. 方面1-17中任一方面的方法，其中步骤(c)包括将酸性合成气流引入至具有至少十个吸附剂床的酸性变压吸附(SPSA)系统。

[0044] 方面19. 方面1-18中任一方面的方法，所述方法还包括：

[0045] (l)在步骤(b)之后且在步骤(c)之前冷却酸性合成气流。

[0046] 方面20. 方面1-19中任一方面的方法，所述方法还包括：

[0047] (m)在进行步骤(b)之后且在进行步骤(c)之前，使酸性合成气流通过保护床，该保护床含有适于除去有机焦油化合物的吸附剂。

[0048] 附图中一些视图的简述

[0049] 根据以下的详述、所附权利要求以及其中同样的附图标记表示类似或者相同的要素的附图，所述实施方案的其他方面、特征和优点将变得更加显而易见。

[0050] 图1为根据例示实施方案的NH3合成气体产生系统的流程图；

[0051] 图2为根据例示实施方案的MeOH合成气体产生系统的流程图；

[0052] 图3为框图，其显示根据例示实施方案，采用10/2/5构造的具有高/中压力并流轻漂洗循环的用于NH3合成气体产生的10床多步骤酸性变压吸附(SPSA)循环；

[0053] 图4为框图，其显示根据例示实施方案，采用10/2/4构造的具有高压重漂洗循环的用于MeOH合成气体产生的10床多步骤SPSA循环；

[0054] 图5为框图，其显示根据例示实施方案，采用10/2/4构造的具有高压并流轻漂洗循环的用于NH3合成气体产生的10床多步骤SPSA循环；

[0055] 图6为框图，其显示根据例示实施方案，采用10/2/4构造的具有高/低压并流/逆流轻漂洗循环的用于NH3合成气体产生的10床多步骤SPSA循环；

[0056] 图7为框图，其显示根据例示实施方案，采用10/2/4构造的具有高压并流轻漂洗循环的用于NH3合成气体产生的10床多步骤SPSA循环；

[0057] 图8为框图，其显示根据例示实施方案，采用10/2/4构造的具有中压力并流N2漂洗循环的用于NH3合成气体产生的10床多步骤SPSA循环；

[0058] 图9为表格，其显示图3的10床多步骤SPSA循环的操作，指示多步骤SPSA的每个阶段期间在每个床中进行的循环步骤；

[0059] 图10为表格，其显示图4的10床多步骤SPSA循环的操作，指示多步骤SPSA的每个阶段期间在每个床中进行的循环步骤；

[0060] 图11为表格，其显示图5的10床多步骤SPSA循环的操作，指示在多步骤SPSA的每个阶段期间在每个床中进行的循环步骤；

[0061] 图12为表格，其显示图6的10床多步骤SPSA循环的操作，指示在多步骤SPSA的每个阶段期间在每个床中进行的循环步骤；

[0062] 图13为表格，其显示图7的10床多步骤SPSA循环的操作，指示在多步骤SPSA的每个阶段期间在每个床中进行的循环步骤；和

[0063] 图14为表格，其显示图8的10床多步骤SPSA循环的操作，指示在多步骤SPSA的每个阶段期间在每个床中进行的循环步骤。

[0064] 发明详述

[0065] 随后的详述仅提供优选的例示实施方案，并不打算限定所要求保护的发明的范围、适用性或构造。相反，例示实施方案的随后详述将为本领域技术人员提供实施所要求保护的发明的例示实施方案的可行描述。如所附权利要求中所述，可对要素的功能和安排进行各种变化，而不会偏离本发明的精神和范围。

[0066] 在图2中，也存在于图1的要素通过由因数100区分的附图标记来表示。例如，系统100中的空气分离装置102 (图1)相应于系统200中的空气分离装置202 (图2)。这样的要素应视为具有相同的功能和特征，除非本文中另外指出或描绘，并且对于两个实施方案，这样要素的讨论可因此不进行重复。

[0067] 类似地，在图3至8中所示一个或多个实施方案中存在的要素可通过由因数100区分的附图标记来表示。例如，图3的步骤316相应于图4的步骤416。这样的要素应视为具有相同的功能和特征，除非本文中另外指出或描绘，并且对于多个实施方案，这些要素的讨论可因此不进行重复。

[0068] 如说明书和权利要求书中使用，术语“管路”是指通过它流体可在系统的两个或更多个组件之间进行输送的一个或多个结构。例如，管路可包括输送液体、蒸气和/或气体的管道、管路、导管、通路及其组合。

[0069] 如说明书和权利要求书中使用，术语“流式连通”是指能使液体、蒸气和/或气体以受控方式(即，无泄露)在组件之间进行输送的两个或更多个组件之间的连接性质。偶联两个或更多个组件使得它们彼此流式连通可涉及本领域已知的任何合适的方法，例如使用焊接、带法兰管路、衬垫和螺栓。两个或更多个组件也可以经由可将其分开的系统的其他组件偶联在一起。

[0070] 除非另外指明，否则在说明书和权利要求中基于百分比(%)表示的任何浓度应理解为是指摩尔百分比。

[0071] 除非另外指明，否则在本申请中确定的任何压力应理解为是指绝对压力，不是表压力。

[0072] 在说明书和权利要求中可使用方向性术语来描述本发明的各个部分(例如，上、下、左、右等)。这些方向性术语仅打算帮助描述例示实施方案，并不打算限定所要求保护的发明范围。另外，在说明书中引入的与附图相关联的附图标记可在一个或多个后面的图中重复，而不为了为其他特征提供前后关系而在说明书中进行另外的描述。

[0073] 作为理解所述实施方案的帮助，表1定义在整个说明书和附图中采用的缩写列表：

[0074]

[0075] 描述的实施方案产生适用于以高回收率产生氨(NH3)或甲醇(MeOH)的合成气混合物。使由固态燃料的气化和变换转化产生的酸性(含硫的)合成气充入到SPSA装置中，以产生两个流：1)含有H2/N2或H2/CO的主要产物(目的产物)流，和2)主要富集CO2和H2S的尾气流。通过从床和吸附剂颗粒的空隙空间置换出主要产物物类，结合至SPSA循环顺序的漂洗步骤允许回收基本上所有的H2和/或CO。来自SPSA装置的尾气流在AGE装置中处理，以从尾气中除去含硫物类(通常0.02至10%)并且产生单独的高质量气体流(通常5至40%的含硫物类)，其可被直接送至SRU，以除去作为元素硫或硫酸(及其产物)的含硫物类。一部分经AGE处理的富集CO2并缺乏含硫物类的气体流(通常为气化器所产生总CO2的10至40%)可用于将煤输送至气化器，剩余的部分可送去进行地质储存、压缩后的EOR、排放至大气，或者作为在工艺的其他部分的反应物或者惰性物质，例如尿素产生或气体覆盖。

[0076] 通过用SPSA工艺和AGE工艺替换现有的AGR技术，描述的实施方案提供在经济上可行并且在技术上改进的通过固态燃料的气化来产生合成气的工艺。因此，可以消除常规工艺可能要求的一个或多个最终纯化步骤的需要。此外，通过结合漂洗步骤对SPSA工艺进行改进，该漂洗步骤帮助提高回收率并降低尾气中H2和/或CO的量。采用漂洗过程，可由SPSA尾气产生富集的H2S和CO2流，从而减小在SPSA过程下游的其他装置(例如AGE)的尺寸。

[0077] 在下述实施方案中，用外部或内部来源的气体流作为漂洗气体。换句话讲，漂洗气体来自除直接来自另一个吸附剂床以外的来源。例如，在氨合成气产生中，可采用由外部来源产生的纯N2气体(在任何工业上可接受的工艺产生的纯度下)。外部来源一般可为低温或变压吸附设备、氮气管线或低温液氮气化系统。对于MeOH合成气产生，可使用气体流(例如，富集或纯的CO2)的内部或外部来源，其中气体流的内部来源由SPSA产生，外部气体流来源可由除SPSA以外的另一个装置递送，例如AGE装置。在一些实施方案，至少一部分漂洗气体可包含来自其他吸附剂床的放空和吹扫气体流出物，所述其他吸附剂床在被引入至其中正在进行漂洗的吸附剂床之前已经被压缩，因此，所述至少一部分漂洗气体不是直接从另一个吸附剂床获得。

[0078] 通过除去各种硫组分和产生随后进料至SRU的硫富集的流，AGE过程用于改质相对低品质的SPSA尾气。AGE一般为基于溶剂的过程。由于它们对H2S的高选择性和低的再生能量，所以优选位阻胺，例如FLEXSORB®。离开AGE装置的经处理气体为富集的CO2流，其可被送去进行地质储存、EOR应用，或排放至大气中，在SRU中，富集的H2S流(通常纯度为5-40%)被转换成元素硫或硫酸(及其产物)。

[0079] 描述的实施方案因此提供SPSA以将CO2、H2S和其他杂质与通过固态燃料的气化产生的完全或部分变换的流分离。漂洗步骤结合至SPSA循环，以从吸附剂和床的间隙空间置换出主要产物。这有助于加强由SPSA过程产生的两种产物的回收和富集。根据目的产物(例如，NH3或MeOH)，用来自外部和/或内部来源的气体作为漂洗气体。AGE过程产生H2S富集的流，用于在SRU装置中将H2S选择性转换成为元素硫或硫酸(及其产物)和不含H2S且主要由CO2组成的流。此外，尽管本文描述的是AGE过程，但是可采用其他直接去除硫的过程，例如LO-CAT®(来自Merichem)或THIOPAQ(来自Shell)技术加部分冷凝过程。

[0080] 图1为流程图，其显示根据本发明的例示实施方案的NH3合成气体产生系统100，图2为流程图，其显示根据本发明的例示实施方案的合成气产生系统200。系统100、200的目的是为了分别产生化学计量的H2/N2或H2/CO混合物，用于固态燃料的气化或重液态原料(例如，沥青烯)的下游过程。下游过程的实例是化学设备(例如，氨、尿素、MeOH或Fischer-Tropsch过程)或精炼厂。

[0081] 由气化过程产生的流(在权利要求中称为气化的流)含有杂质(主要是CO2)和含硫物类，它们必须在过程的某些阶段去除。大多数目前的工业方案均为产生分开的CO2、H2S和H2和/或CO流的基于吸收的过程(例如SelexolTM或Rectisol®或它们的等同过程)。一般纯度为5-40%的H2S流可被送至SRU，SRU将H2S转换成元素硫或硫酸(其产物)和CO2流，CO2流在其可以被送去进行地质储藏或EOR应用或释放至大气之前可能需要进一步的纯化。目前技术发展现状的技术是资金和能量密集的，且在操作期间需要巨大的动力消耗量。

[0082] 因此，本发明集中在经济上可行和技术上改进的工艺。通过用SPSA和AGE过程替换现有的AGR技术实现了该目标。SPSA过程能够从进料流回收基本上所有的H2和/或CO，同时也除去产物流中的不需要物类(例如，甲烷、乙烷、乙烯、COS、有机含硫物类)。

[0083] 图1和2中呈现的流程是本发明优选的实施方案。SPSA装置108、208意图捕获酸性气体物类(H2S、CO2)和来自气化过程的大部分其他杂质，和以高回收率产生含有主要产物(即，目的产物)的产物流。根据应用，出自SPSA的主要产物可为H2/N2(见图1)、H2/CO (见图2)的高压混合物，或高纯度H2。SPSA的产物流121、221一般以10至100 atm 的压力收回，和在反应器110、210中反应以形成反应器产物流125、225。在NH3合成气体产生系统100的情况(图1)，反应器产物流125优选包含至少10% NH3。在MeOH合成气体产生系统200的情况(图2)，反应器产物流225优选包含至少10% MeOH。如下所讨论的，由SPSA装置产生的尾气流109、
209被送去进行进一步的处理。

[0084] 在图1和2中所示流程的每一个，相应的空气分离装置(ASU) 102、202经由管路103、203将氧气供应至气化装置(气化器)104、204。应注意ASU 102、202是任选的，不是必需的，因为氧气可从任何适当的氧气来源供应至气化装置104、204。此类适当的氧气来源是变化的，可以容易地由本领域技术人员鉴别。如本文中所解释的，N2-富集的流可任选从ASU
102、202收回，和与来自SPSA 108、208的产物流121混合，和/或在SPSA 108、208中用作漂洗气体。

[0085] 由于SPSA过程意欲纯化合成气体，因此气化技术和原料的选择并不如其产生的粗合成气体的性质那样相关。因此，系统100、200的设计基于合成气中存在的主要杂质，即H2S、CO2、COS和HCN，以及杂质例如N2、Ar、CH4、羰基金属和高级烃。因此，可使用干法和浆法两者进料的夹带流气化技术。来自气化装置104、204的粗合成气体经由管路107、207可递送至酸性变换反应器106、206，在酸性变换反应器106、206中完全或部分变换，然后冷却至SPSA工艺条件(标称至100℉/38℃)。可冷凝物类，包括水、有机焦油物类(例如苯、萘)和其他芳族和聚芳族物类，从气体流(由管路127、227表示)除去。流123、223可在任何地方含有少于0.02%至3%的H2S和一般大于25%的CO2。

[0086] 根据杂质或已知毒物如来自低温固定或流化床的焦油或已知使吸附剂材料降解的化合物如HF的水平，可在SPSA入口的上游使用TSA或保护床(未显示)。保护床含有对杂质或已知毒物具有亲合力的吸附剂。其可以操作直至吸附剂达到饱和，并且随后处置用过的吸附剂，或其可由其中将用过的吸附剂再生(例如，在变温吸附(TSA)过程中经由热的气体)的可再生系统组成。在图1和2中所示的本发明流程安排中，不需要进一步的下游处理步骤来产生纯化的主要产物流。例如，在图1中所示的NH3合成气体产生系统100中，不需要下游纯化装置(例如NWU)来以高纯度产生NH3合成气体产物。

[0087] 关于NH3合成气体产生应用系统100 (流程图显示在图1中)，优选采用图3中所示SPSA循环300。SPSA循环300为10/2/5构造(10-床过程/2个床在进料/5个平衡步骤)。在该实施方案，每个床经历吸附(进料)、漂洗、压力平衡、解吸附、吹扫和其他补充步骤的循环顺序，如以下将进一步详细描述的那样。

[0088] 每个床优选含有多层吸附剂，以选择性去除H2S、CO2、CO和CH4。优选，在每个床中提供三层的吸附剂。优选，吸附剂选自X或Y或A型沸石、硅胶、活性炭或活性氧化铝，但是在本发明的范围内其他吸附剂也是合适的。结合至循环中的漂洗步骤(在实施方案中也称为轻漂洗)通过置换床的轻(即，较少选择性吸附的)组分，提高了H2回收率(即，大于97%的H2)。在进料步骤(图3中的F1 304和F2 306)完成后，该漂洗步骤和减压平衡步骤1和2 (EQ1D/R 308和EQ2D/R 310，见图3)结合。来自这些步骤的减压的气体被送至另一个床(分别为床EQ1R 330和床EQ2R 328)，用于再加压。由此，回收了保留在颗粒间和颗粒内空隙空间的任何轻气体(在该情况中为H2)。已经从外部来源收集的漂洗气体(由N2组成，其中优选少于
100ppm杂质，更优选<1ppm杂质)保留在SPSA主要产物中，在经由管路120送去NH3合成设备/反应器110之前，可向其中加入少量的补充N2(在图1中由管路116表示)至流121，以达到H2与N2的适当化学计量比(即，3比1)。

[0089] 对于合成气产生应用(见图2)，可采用10/2/4 (10-床过程/2个床在进料/4个平衡步骤)循环方案，例如图4中所示的SPSA循环400 (虽然如本领域普通技术人员所认识到的那样，在备用实施方案中，可采用其他循环方案)。在该实施方案，SPSA循环400利用重漂洗步骤408 (即，漂洗采用更强吸附物类)，对于回收最大量的H2和CO，同时在尾气流209中富集重组分(即，CO2和/或H2S)来讲，该重漂洗步骤是关键的。利用基本上纯或富集的重组分(94至100% CO2和/或0至3% H2S)实施该步骤，所述重组分已经从外部来源(例如，从另一个装置操作)或从内部来源(例如，在SPSA工艺的操作期间已经产生的重组分)收集。该步骤从吸附剂的颗粒间和颗粒内空隙空间驱逐出共吸附和残留的较小强度吸附物类，使得自由体积大部分被重组分(即，CO2和/或H2S)置换。该操作有助于使重组分的传质锋面尖锐，从而强化轻组分和重组分两者的富集和回收。在图2和4中描绘的该实施方案，床含有用于选择性去除主要H2S和CO2的单层吸附剂。优选，吸附剂选自X或Y或A型沸石、硅胶、活性炭或活性氧化铝，但是在本发明的范围内，其他吸附剂也是合适的。

[0090] SPSA 108、208将杂质排入单尾气流109、209。名义上，尾气流109、209含有几乎所有的CO2 (优选至少80%)、所有H2S (存在于输入流123、223中的优选至少95%，且更优选至少99%的H2S)、COS和其他次要杂质以及一些H2和/或CO 产物。采用上游反应步骤(未显示在图中)可降低合成气中的COS。例如，通过以下反应：COS+H2O → H2S+CO2，COS 水解装置可被用于将COS转换成H2S。

[0091] 由于严厉的环境法规，尾气流109、209不能如产生的那样排放，要求进一步处理以除去硫化合物。这通过采用图1和2中所示的AGE装置112、212来进行。AGE技术在工业上可以得到，目前实施方案中优选的技术是高选择性的H2S溶剂，例如由ExxonMobil生产的FLEXSORB® SE或SE Plus溶剂；Shell生产的Sulfinol®、SulFerox、THIOPAQ和ADIP®；或Dow Chemical生产的UCARSOLTM。离开AGE 112、212的经处理气体流137、237是H2S贫化流，其可被送去进行地质储藏或EOR应用，或排放至大气(流117、217)。在SRU 114、214中，富集的H2S流115、215 (含有5至40%的H2S)被转换成元素硫或硫酸(及其产物)，并由此经过流119、219排出。包含未反应H2S和SO2的流129、229也从SRU排出。根据其组成，流129、229可被排放至大气、再循环(流131、231)至AGE，或在被排放至大气或内部再循环之前进行进一步的处理。假如流129、229被再循环，在被引入至AGE 112中之前，其与流109、209合并，以形成流
135、235。

[0092] 总之，工艺中的重大步骤包括：(1) PSA (酸性PSA或SPSA) 108、208，其用于从含有H2S、CO2、H2、CO和其他杂质的输入流123、223吸附和除去H2S和CO2；(2)根据来自SPSA过程的目的产物，已经结合至系统100、200中以增强H2或H2和CO的回收的高压并流轻/重漂洗步骤；(3)含N2气体流的外部来源(以任何工业上可接受的工艺产生的纯度)，其用于NH3合成气体产生应用所用的轻漂洗步骤(外部来源可包括低温/变压吸附设备、氮气管线或低温液氮气化系统)；(4)对于NH3合成气体产生应用，与进料步骤完成后的第一和第二减压平衡步骤结合的漂洗步骤；(5)对于NH3合成气体产生应用，在送至氨合成设备之前，可任选加入少量的补充N2(流116)，以获得H2与N2的适当化学计量比(3比1)；和(6)对于合成气产生应用，气体流1的内部或外部来源(例如，富集或纯的CO2)。在本实施方案，气体流233的内部来源由SPSA 108、208本身产生，且外部气体流来源可包括除SPSA以外的另一个装置操作，例如AGE装置112、212。对于两个选项，可能需要压缩器(未显示)，以便以高进料压力提供气体。

[0093] 以下点对于合成气来源是相关的：(a)通常将得自固态原料的气化，例如煤、石油焦(pet coke)、生物质和/或城市废物；(b)任选，干式或浆式进料夹带流气化技术可用于产生合成气，优选具有10至100 atm范围的操作压力；(c)对于MeOH合成气体产生应用，到达SPSA装置208的气体流的组成可以通过绕过围绕酸性变换反应器的流211来控制。这有助于以期望的化学计量比例从SPSA过程产生合成气体流；(d)可以存在其他组分例如CH4、N2和Ar。对于NH3合成气体产生应用，N2和Ar一般与主要产物一起保留，且CH4大部分通过SPSA过程保留；(e)将优选结合另外的冷却步骤，以在80至120℉ (27至49℃)产生SPSA进料气体流；(f)可任选采用水洗涤步骤(见水流105、205)，以从SPSA进气排出大部分颗粒物和可溶性物类例如NH3、HCl；(g)可任选采用上游反应以降低合成气中的COS；和(h)可任选采用保护床，在上游排出焦油物类。

[0094] 来自SPSA装置108、208的产物应用包括:(a)对于NH3合成气体产生应用，来自SPSA装置的产物优选含有H2和N2的混合物，其摩尔比大于或等于3。在其被送去氨合成设备以获得期望的H2/N2比之前，可能需要向SPSA产物加入额外量的N2。产物优选含有<2.0 ppm CO和<0.1 ppm含硫物类(例如，H2S和COS)；(b)对于合成气产生应用，以期望的H2/CO化学计量比例产生合成气体；(c)为了产生用于其他化学工艺应用(例如Fischer-Tropsch、DME、乙醇、SNG工艺)的合成气体，可控制SPSA进料气体浓度，以产生具有不同H2/CO比的主要产物流；(d)也可以以足够的纯度和回收率产生H2，以便使用用于燃气轮机燃料、精炼厂和其他化学应用的H2；(e)来自SPSA装置108、208的尾气流109、209可以被分离，并富集至一定H2S浓度5至40%)，用于产生元素硫或硫酸(及其产物)。为此目的采用AGE装置112、212和SRU 114、
214；(f) AGE装置112、212也产生富集的CO2流(见经处理气体流137、237)，该富集的CO2流可用于碳隔离、EOR应用、用于至其他过程的化学原料(例如，尿素制备)、用于气体覆盖煤或其他气体覆盖应用，或简单地排放至大气。任选，富集的CO2流137、237的至少一部分113、213可在气化器104、204中用作载气，以运输粉碎的煤。

[0095] 可设计SPSA装置108、208具有所有已知的特征和通常用于H2 PSA的构造 (进料、平衡、减压、吹扫、再加压等)。SPSA技术在许多方面与典型的H2 PSA工艺存在区别，尤其是：(a)在进气中提供高水平的含硫物类(例如，H2S或COS)；(b)在需要吸附的进料中存在高百分比的CO2(例如，大于25%的CO2)；(c)存在可能随时间损害吸附剂的许多可能的痕量组分，取决于原料和气化器类型和/或操作；和(d)对于其中产生H2和CO，或H2和N2两者而不是仅仅H2的情况，存在可能性。

[0096] SPSA装置108、208也包括结合至循环构造的漂洗步骤，用于促进重(即，更强烈吸附的)和轻(即，吸附强度较小的)组分的富集和回收。此外，根据具体的目的产物，可采用不同类型的漂洗(即，轻漂洗对重漂洗)。对于NH3合成气体产生应用，使用来自外部来源的轻漂洗气体，其含有通过任何工业上可接受的工艺产生的纯度的N2。

[0097] 图3中所示漂洗循环设计是图1的系统100的优选选项，尽管可采用许多其他的漂洗循环设计。漂洗循环设计的例示备用实施方案呈现在图5-8中。在以下段落中更详细的描述这些过程循环变体。

[0098] 在图3，进料步骤F1 304、F2 306完成后，漂洗步骤与平衡减压步骤1和2 (EQ1D/R 308和EQ2D/R 310)结合。从经历步骤EQ1D/R 308和EQ2D/R 310的床离开的气体分别用于再加压经历平衡再加压步骤EQ1R 330和EQ2R 328的其他床。在中压至高压(例如，10-100 atm)并流地充入漂洗气体。对于本申请的目的，并流流动是指与进气的流动处于相同方向的流动，和逆流流动是指与进气的流动处于相反方向的流动。在吹扫(PU)步骤320期间，逆流地供应低压N2气体(以通过任何工业上可接受的工艺提供的纯度)，以使床再生(在步骤
320)。

[0099] 图3也显示在EQ3D 312、EQ4D 314和EQ5D 316期间穿过吸附剂床的顶部(产物)末端的气体转移。或者，穿过吸附剂床(未显示)的底部(进料)末端的平衡气体转移也可用作压力平衡的有效手段。可用穿过吸附剂床底部的平衡气体转移代替顶部平衡或同时具有顶部平衡。

[0100] 在图9的表格中，以备用的形式显示图3的10-床多步骤SPSA循环300，其中表格的每个单元确定在多步骤SPSA循环300的每个阶段期间，在所述床之一中进行的具体循环步骤。在该表格中，所示缩写是指以下的循环步骤：F (F1或F2) = 进料；EQ1D/R =顶部平衡减压1，有漂洗；EQ2D/R =顶部平衡减压2，有漂洗；EQ3D =顶部平衡减压3；EQ4D =顶部平衡减压4；EQ5D =顶部平衡减压5；CnD =逆流减压；PU =N2吹扫；EQ5R =顶部平衡再加压5；EQ4R =顶部平衡再加压4；EQ3R =顶部平衡再加压3；EQ2R =顶部平衡再加压2；EQ1R =顶部平衡再加压1；和RP =产物再加压。

[0101] 用于NH3合成气体产生的这些SPSA循环步骤的每一个现在将在下面进一步详细描述。

[0102] (1)进料步骤(F1和F2)：假定床之前已经被加压至主要产物气体(N2和H2的混合物)循环的最高压力水平，将进料气体混合物引入至床的入口端，较少吸附的气体(H2和N2)从床的出口端排出。进料步骤继续进行，直至优先吸附组分的传质区(MTZ)接近床的出口端，而没有显著地将它穿透。

[0103] (2)顶部平衡减压1，有漂洗步骤(EQ1D/R)：在进料步骤结束时，第一床与正在经历步骤EQ1R (以下所述)的另一个床连接，且一部分空隙以及解吸附的气体从第一床的产物端转移至另一个床(其正在经历步骤EQ1R)的产物端，因此将第一床的床压力降低至中间水平。同时，将来自外部来源(即，除直接来自另一个吸附剂床以外的来源)的含N2漂洗气体充入至第一床的进料端。由于是较少选择性吸附(轻)物类，漂洗气体有助于从床置换颗粒间和颗粒内空隙气体，从而帮助提高H2回收率，和供给从SPSA工艺产生的氨合成气体的N2要求(至一定程度)。

[0104] (3)顶部平衡减压2，有漂洗步骤(EQ2D/R)：在步骤2之后，在同时将漂洗气体提供至第一床进料端的同时，穿过产物端，第一床与正在经历步骤EQ2R的另一个床连接。在该步骤过程期间，更多的共吸附和空隙气体被除去，且第一床的压力下降至另一个中间水平。

[0105] (4)顶部平衡减压步骤3 (EQ3D)：通过将其与正在经历步骤EQ3R的另一个床连接，第一床再次减压至另一个中等压力水平，且含有流出物的空隙以及解吸附的气体穿过第一床的产物端倾入到另一个床中。在操作的该段时间期间未供应另外的漂洗气体。

[0106] (5)顶部平衡减压步骤4 (EQ4D)：在该步骤，通过将空隙和解吸附的气体转移至经历步骤EQ4R的另一个床，第一床中的压力进一步降低至另一个中间水平。穿过第一床的产物端，再次进行压力转移。

[0107] (6)顶部平衡减压步骤5 (EQ5D)：以与上面关于步骤(5)所述类似的方式，进一步降低第一床的压力，且轻的气体(如果有的话)，连同一些解吸附的气体被转移至经历步骤EQ5R的另一个床。

[0108] (7)逆流减压(CnD)：在步骤(6)之后，穿过进料端(逆流地)，第一床被减压至环境压力水平或接近环境压力水平。在更选择性吸附的物类(CO2和H2S)方面富集的流出物作为第二产物收回。

[0109] (8)吹扫步骤(PU)：CnD步骤结束后，将来自外部来源的含N2吹扫气体(以通过任何工业上可接受的工艺产生的纯度)引入至第一床的产物端，且基本上在环境压力，从第一床的进料端作为第二产物收集流出物。

[0110] (9)顶部平衡再加压步骤5 (EQ5R)：PU步骤之后，通过从经历EQ5D的另一个床引入空隙以及解吸附的气体，第一床的压力从环境压力返回到中间水平。

[0111] (10)顶部平衡再加压步骤4 (EQ4R)：步骤(9)之后，通过从经历EQ4D的另一个床引入空隙以及解吸附的气体，第一床的压力返回至另一个中间水平。

[0112] (11)顶部平衡再加压步骤3 (EQ3R)：步骤(10)之后，通过从经历EQ3D的另一个床引入空隙以及解吸附的气体，第一床的压力返回至另一个中间水平。

[0113] (12)顶部平衡再加压步骤2 (EQ2R)：步骤(11)之后，通过从经历EQ2D/R的另一个床引入空隙以及解吸附的气体，第一床的压力返回至另一个中间水平。

[0114] (13)顶部平衡再加压步骤1 (EQ1R)：步骤(12)之后，通过从经历EQ1D/R的另一个床引入空隙以及解吸附的气体，第一床的压力返回至另一个中间水平。

[0115] (14)产物再加压步骤(RP)：最后，第一床的压力返回至进料压力水平。通过将在进料步骤期间产生的主要产物(含有N2和H2的混合物)的一部分引入至床中，开始RP步骤。在该步骤结束时，工艺循环已经完成，且所述顺序再次从步骤1开始。

[0116] 对于其他剩余床中的每一个，执行类似的工艺循环，然而，每一个的时间设置是交错的，所以整组的工艺步骤对应于图9中所示的工艺步骤。正如本领域技术人员熟知的那样，在循环表格内插入空转期以改变单独工艺步骤的持续时间也是可能的。

[0117] 图5显示SPSA循环500的备用实施方案。在该实施方案，在进料步骤504、506完成后并在平衡减压步骤EQ1D 510、EQ2D 512、EQ3D 514和EQ4D 516开始之前，开始漂洗步骤508。在第一床的进料端，充入并流高压漂洗气体，且来自漂洗步骤508的产物与主要产物混合。
在吹扫(PU)步骤522期间，采用来自经历PPU (提供吹扫)步骤518的另一个床的气体，而不是采用来自外部来源的N2。

[0118] 图5中10-床多步骤SPSA循环500的操作显示在图11的表格中，其中显示在多步骤SPSA循环的每个阶段期间在每个床中正在进行的循环步骤。在该表格中，所示缩写是指以下的循环步骤：F (F1或F2) = 进料；R =漂洗(高压并流N2漂洗)；EQ1D =顶部平衡减压1；EQ2D =顶部平衡减压 2；EQ3D =顶部平衡减压3；EQ4D =顶部平衡减压4；PPU =提供产物吹扫；CnD = 逆流减压；PU =产物吹扫；I =空转；EQ4R =顶部平衡再加压4；EQ3R =顶部平衡再加压3；EQ2R =顶部平衡再加压2；EQ1R =顶部平衡再加压1；和RP =产物再加压。

[0119] 图6显示SPSA循环600的另一个备用实施方案。图6中呈现的漂洗设计与图5中所示漂洗设计非常类似，不同之处在于在LR步骤624期间，逆流地提供另外的低压N2气体，以进一步使床再生。图12的表格显示图6中10-床多步骤SPSA循环600的操作。在该表格中，所有共享的缩写是指如上述关于图11所定义的循环步骤，不同之处在于在图11中，“LR”意指低压N2漂洗。

[0120] 图7显示漂洗设计700的备用实施方案。图7中的漂洗设计700与图5中所示的漂洗设计类似，不同之处在于来自漂洗步骤(R) 712的产物与进料步骤F3 708混合。图13的表格显示图7中10-床多步骤SPSA循环700的操作。在该表格中，所有共享的缩写是指如上关于图11定义的循环步骤。

[0121] 图8显示漂洗设计800的备用实施方案。在该实施方案，漂洗步骤R在中间压力下，并流地与最后平衡减压步骤(EQ4D/R 814)结合。来自该步骤的气体用于将经历平衡再加压步骤(EQ4R 824)的床再加压。图14的表格显示图8中10-床多步骤SPSA循环800的操作。在该表格中，所有共享的缩写是指如上关于图11所定义的循环步骤。

[0122] 本文所述的所有例示实施方案均基于10-床过程。在根据本发明的备用实施方案中，如本领域普通技术人员会认识到的，可采用更多或更少数目的床。

[0123] 用作漂洗气体的N2流保留在主要产物中。在将气体送至氨合成设备(在图1中由反应器110表示)之前，可加入另外的N2(在图1中由流116表示)，以维持H2与N2的适当化学计量混合物。

[0124] 对于合成气产生应用200 (见图2)，采用高压并流重漂洗。在该实施方案中，MeOH标称作为具体合成气产生应用的实例使用。漂洗气体由富集的重组分(例如，CO2和/或H2S)组成。该系统200的优选循环构造显示在图4中。在该实施方案，漂洗步骤408为单独的步骤，且来自该步骤的产物与主要产物混合。应理解，在本发明的范围内，循环构造的备用实施方案是可能的。可采用来自内部或外部来源的气体。气体流SPSA 208本身的内部来源和外部气体流来源可包含除SPSA 208以外的另一个装置操作。

[0125] 用于MeOH合成气体产生的这些SPSA循环步骤的每一个现在将在下面进一步详细描述。

[0126] (1)进料步骤(F1和F2)：假设第一床之前已经被加压至主要产物气体(H2和CO)循环的最高压力水平，将进料气体混合物引入至第一床的入口端，且较少吸附的气体(H2和CO)从第一床的出口端排出。继续进料步骤，直至优先吸附的组分的传质区(MTZ)靠近床的出口端，而没有显著的将其穿透。

[0127] (2)重漂洗(R)：进料步骤之后，在进料压力下，按与进料流相同的方向(并流)，富集的重气体流通过第一床。来自第一床的主要含有H2和CO的流出物与主要产物混合。用纯的或富集的重组分(CO2和/或H2S)实施漂洗步骤，所述重组分从外部来源或自另一个装置操作收集，或在PSA工艺的操作期间产生。该步骤从吸附剂的颗粒间和颗粒内空隙空间驱出共吸附和残留的较小强度吸附物类，使得自由体积大部分被重组分置换。

[0128] (3)顶部平衡减压步骤1 (EQ1D)：在漂洗步骤结束时，第一床与经历步骤EQ1R/RP (下面进行进一步描述)的另一个床连接，且一部分空隙以及解吸附的气体从第一床的产物端转移至另一个床(其正在经历步骤EQ1R/RP)的产物端，因此将第一床的床压力降低至中间水平。

[0129] (4)顶部平衡减压步骤2 (EQ2D)：步骤(3)之后，穿过床的产物端，第一床与经历步骤EQ2R的另一个床连接。在该步骤期间，除去更多的共吸附和空隙气体，且第一床的床压力下降至另一个中间水平。

[0130] (5)顶部平衡减压步骤3 (EQ3D)：通过将其与经历步骤EQ3R的另一个床连接，第一床再次减压至另一个中间压力水平，且含流出物的空隙以及解吸附的气体穿过其产物端转移至另一个床中。

[0131] (6)顶部平衡减压步骤4 (EQ4D)：根据该操作模式，通过将空隙和解吸附的气体转移至经历步骤EQ4R的另一个床，第一床中的压力进一步降低至另一个中间水平。穿过第一床的产物端，再次进行压力转移。

[0132] (7)提供产物吹扫步骤(PPU)：在该操作模式期间，第一床的床压力进一步降低，且轻气体(如果有的话)连同一些解吸附的气体被转移至经历吹扫 (PU)步骤的另一个床。

[0133] (8)逆流减压(CnD)：步骤(7)之后，穿过进料端(逆流地)，使第一床减压至环境压力水平或减压至接近环境压力水平。然后，在更选择性吸附的物类(CO2和H2S)方面富集的流出物作为第二产物从第一床收回。

[0134] (9)吹扫步骤(PU)：CnD步骤结束后，从经历PPU步骤的另一个床流出的吹扫气体被引入至第一床的产物端，且流出物从第一床的进料端作为第二产物收集。

[0135] (10)空转(I)：在该步骤期间，第一床与其他床分开，并且让其空转。结合空转步骤，以便校准其他相互连接步骤的操作。

[0136] (11)顶部平衡再加压步骤4 (EQ4R)：步骤(10)之后，通过从正在经历EQ4D的另一个床引入空隙以及解吸附的气体，第一床的床压力返回至另一个中间水平。

[0137] (12)顶部平衡再加压步骤3 (EQ3R)：步骤(11)之后，通过从正在经历EQ3D的另一个床引入空隙以及解吸附的气体，第一床的床压力返回至另一个中间水平。

[0138] (13)顶部平衡再加压步骤2 (EQ2R)：步骤(12)之后，通过从正在经历EQ2D 的另一个床引入空隙以及解吸附的气体，第一床的床压力返回至另一个中间水平。

[0139] (14)具有产物再加压步骤(EQ1R/RP)的顶部平衡再加压1：步骤(13)之后，通过从正在经历EQ1D的另一个床引入空隙以及解吸附的气体，第一床的床压力返回至另一个中间水平。同时，穿过第一床的产物端，引入主要产物气体(含H2和CO的混合物)。

[0140] (15)产物再加压步骤(RP)：最后，第一床的床压力返回至进料压力水平，用于前述循环的的开始和重复。通过将进料步骤期间产生的主要产物(含有H2和CO的混合物)的一部分引入至第一床中，开始RP步骤。

[0141] 图4中10-床多步骤SPSA循环400的操作显示在图10的表格中，其中显示了多步骤SPSA循环的每个阶段期间，在每个床中进行的循环步骤。在该表格中，所示缩写是指下列循环步骤：F (F1或F2) = 进料；R =漂洗 (CO2或CO2/H2S漂洗)；EQ1D =顶部平衡减压1；EQ2D =顶部平衡减压2；EQ3D =顶部平衡减压3；EQ4D =顶部平衡减压4；PPU =提供产物吹扫；CnD =逆流减压；PU =产物吹扫；I =空转；EQ4R =顶部平衡再加压4；EQ3R =顶部平衡再加压3；EQ2R =顶部平衡再加压2；EQ1R =顶部平衡再加压1；和RP =产物再加压。

[0142] 对于内部漂洗选项例如用SPSA尾气流209漂洗，需要压缩器，以提供高压(通常最高达10-100 atm，取决于所用气化技术的类型)下的气体。也可采用具有中间冷却（inter-cooling）和水分分离器的多级压缩。

[0143] 在SPSA循环的两个应用中：(1)循环能够连续地产生主要产物；(2)根据杂质或已知毒物如来自低温固定或流化床的焦油或已知使吸附剂材料降解的化合物如HF的水平，在SPSA入口的上游可能需要TSA或保护床；(3)可将小的吸附剂层加入至床的底部，以除去水分和/或携带的液体（如果存在于SPSA进气中）；(4)利用10至100 atm的进料压力，操作SPSA装置108、208，取决于所用气化技术的类型，且在范围为80至120 ℉ (27至49℃)的温度供应进料；(5)在最高的循环压力，从SPSA装置108、208获得主要产物；(6)在循环的最低操作压力(优选1- 2 atm之间，更优选在1.7 atm)，从SPSA装置108、208回收尾气流109、209；(7)至SPSA装置108、208的进料流在任何地方都含有少于0.02%至3%的H2S，且通常含有大于25%的CO2；(8) SPSA装置108、208除去含硫物类以及CO2；和/或(9)从SPSA装置108、208离开的尾气流109、209通常含有0.02至10%之间的H2S，且含有大于60%的CO2，其在AGE装置112、212中被进一步富集，以产生高品质的SRU进料气体115、215。

[0144] 关于SPSA尾气处理装置(即AGE 112、212和SRU 114、214)：(1)来自SPSA装置108、208的尾气流109、209被送至AGE装置112、212，以纯化尾气流(0.02至10%的含硫物类)，并产生可被直接送至SRU 114、214的单独高品质气体流(5至40%的含硫物类)；(2) AGE装置112、
212的构造取决于输入流中的H2S水平以及最终的富集水平；(3)作为优选的构造，使用单级AGE，该单级AGE由均具有来自共用再生器的酸性气体再循环的多个吸收器组成；(4) AGE装置112、212产生H2S富集的流(5至40%) 115、215和H2S贫化流117、217；(5)来自AGE 112、212的H2S贫化流117、217将大部分为CO2，其可被送去进行地质储藏或者出售用于EOR应用，或者排放至大气（如果当地法规允许的话）；和/或(6)富集的H2S流115、215被送至SRU 114、214，以产生元素硫或硫酸(或由其衍生的产物)。

[0145] 表2显示SPSA装置108和AGE装置112的主要流的压力、温度和组成的汇总，SPSA装置108和AGE装置112用于图1中所示的NH3合成气体产生系统100：

[0146]

[0147] 表3显示SPSA装置208和AGE装置212的主要流的压力、温度和组成的汇总，SPSA装置208和AGE装置212用于图2中所示的2:1合成气产生系统200：

[0148]

[0149] 尽管上文已经结合优选的实施方案描述了本发明的原理，但是应清楚理解的是，该描述仅作为实例进行，并不是作为所要求保护的发明范围的限定。

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