[發明專利]從含水的氣流除去污染物的方法

無效

• 申請號: 200980156530.2
• 申請日: 2009-12-10
• 公開（公告）號: CN102316959A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: S·哈特徹
• 申請（專利權）人: 巴斯夫歐洲公司
• 主分類號: B01D53/04
• 分類號: B01D53/04;B01D53/82;B01D53/86;C10L3/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 林柏楠;黃革生

本發明涉及用于從含水的氣體流除去雜質的吸附劑，尤其是用于燃料電池體系中。

天然氣和生物氣體是有吸引力的烴類氣體，其非常適合于生產含氫的氣體，例如下游燃料電池應用。已經知道許多方法用于從烴類氣體獲得氫氣。除了烴類成分之外，天然氣和生物氣體含有許多雜質，例如含硫、含硅和含鹵素的化合物，它們以不同的濃度被發現。另外，其它硫化合物必須作為增味劑加入工業天然氣中，所述增味劑的特征是具有強的氣味，從而使不需要的氣體逸出，例如不令人注意地逸出.

所有已知的制備含氫氣流的方法的共同點是其制備方法包括至少一個其中使用催化劑的工藝階段。所以，所有已知的催化劑的缺點是會由于存在于氣流中的硫化合物而中毒，也就是說不可逆地失活。中毒導致顯著降低的壽命并在極限情況下甚至使催化劑完全失敗。

為了經濟地操作從烴類氣體流回收含氫氣體，所以必要的是尤其除去在烴類氣體中存在的硫化合物。

用于提純氣流的一般方法是將高分子量成分吸附到化學吸附劑或氧化劑，例如活性碳或分子篩。

但是，所有這些方法根據操作條件而存在缺點：

物理作用的吸收劑在硫化合物的除去中也允許基本上干燥和除去高級烴。但是，這些方法僅僅滿意地在相應較高的壓力下操作。

在使用化學作用的吸收劑操作的情況下，壓力和溫度不是十分重要的。通常，按照2.5-5n溶液使用含水溶劑例如單乙醇胺或二乙醇胺，使用它們優先除去硫化合物。這些氣體在處理之后通常被水蒸氣飽和。

已知的氧化鐵和鐵膠凝方法使用大部分鐵膠凝化合物，其中硫化氫優選被轉化成硫化鐵和水或元素硫。這些氣體進而被水蒸氣飽和。幾乎沒有除去或沒有除去有機硫化合物。

在使用固體吸附劑的吸附方法的情況下，使用吸附劑例如活性碳、分子篩、碳分子篩、硅膠、KC-Perlen或它們的混合物，其甚至在二氧化碳的存在下能在同時除去水蒸氣的情況下脫硫。但是，從硫化氫和二氧化碳形成COS通常是作為副反應觀察到的。

在使用固體吸附劑操作的方法的情況下，原料氣體流通常經過放置吸附劑的吸附器。在吸附劑床中，水蒸氣被吸附在床的下層中，烴被吸附在上層中。在可能的再生的情況下，原料氣體的支流被支出，經過加熱器并加熱到再生溫度。在第二吸附器中，先前被吸附的烴和水蒸氣被排出。離開的解吸氣體隨后經過冷卻器，在冷卻器中，被吸附的烴和水蒸氣冷凝并在下游分離器中分離。再生氣體然后在節流原料氣流之后，返回加入經過吸附器的原料氣流中，所述吸附器被負載并且水和烴在吸附器中再次被吸附。

根據初始位置和處理的位置，這些氣體流仍然含有不同濃度的水。濃度也可以進一步由于外部因素而變化，例如溫度和大氣濕度。但是，根據吸附劑的孔體系，水導致孔冷凝。也就是說，即使距離露點很遠，也會由于在吸附器的孔體系中的毛細力而出現水的冷凝。水層則防止了雜質與活性中心在吸附劑上的接觸，所以其吸附容量顯著降低。在這種情況下，5ppm至數個百分點的水會存在于氣體流中。

在燃料電池體系中除去硫的問題深入地描述在出版物BWK?54(2002)第9期，第62-68頁中。在此出版物中，再次缺少從天然氣除去所有硫組分的簡單方案。

WO?2004/056949介紹了用于從氣體除去硫組分的吸附劑。在此出版物中，特別考慮了非沸石的體系，其活性組分在大部分情況下是Cu。這些體系，如在實施例中所述，可以已經在干天然氣的提純中使用。但是，它們在含水氣體(濕天然氣、生物氣體等)中的使用是有問題的，這是因為在這里出現的水冷凝在吸附劑的小孔中，并使得吸附劑不能進行化學吸附或物理吸附。

TDA?Research?Inc.在出版物(Am.Chem.Soc.，Div.Fuel?Chem.50(2)(2005)556頁起)中提到了從含水氣體流中除去硫組分的問題。此出版物也顯示了與活性碳(Norit?RGM3?Activated?Carbon)和沸石(Grace)的對比。由TDA介紹的SulfaTrap^TM材料顯示容量小于0.01kg_s·l_cat^-1，從而不是經濟可行的性能。

DE-A-10034941也描述了在從含水氣體除去雜質中的問題。但是，在這里，尋求解決此問題的處理方案是為了除去水，計劃在吸附劑上的非經濟可行的停留時間和額外使用分子篩等。

沸石體系由于其孔尺寸具有極度吸水的傾向，以這種方式它們對硫組分的吸附容量顯著降低。