CN104098069B - 一种煤气提氢的装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种煤气提氢新工艺的装置。其特征是：1.本工艺利用三次变换反应，将原料气中甲烷、一氧化碳与水蒸气反应，生成氢气，减少排放的同时，增加了氢气的含量。2.本工艺采用世界先进的PSA变压吸附提纯技术，有效提高氢气的含量。3.工段转化之间设置增湿器，防止催化剂过温失活。4.压缩机出口设置压力调节装置，保持整个装置的压力稳定。5.设置变换气分离器，自动排水。6.在最后的干燥步骤中，使用无损干燥技术，再生气自动返回系统，进一步降低损耗。本发明专利适用于煤层气中的氢气回收及煤层气制氢装置。它具有低能耗，高收率，同时减少了易燃易爆的气体的排放量，装置更安全、更环保。

Description

一种煤气提氢的装置

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及气体变换反应及煤层气提氢技术、变压吸附气体净化装置，适用于气体回收、提纯行业，尤其适用于煤层气提氢、变换气提氢及变压吸附提纯氢气装置。

背景技术

煤气制氢装置主要有脱硫脱萘、压缩预处理、气体变换、变压吸附提氢、脱氧干燥等工序组成。其中焦炉煤气的预处理系统为变温吸附(TSA)，制氢系统为变压吸附(PSA)，而氢气精制系统也为变温吸附，可用焦炉煤气制取纯度99.999％的氢气。

煤气的产率和组成因炼焦煤质量和焦化过程不同而有所差别，一般每吨干煤可生产焦炉煤气300～350Nm3。焦炉煤气为有毒和易燃易爆气体，在空气中的爆炸极限为6％～30％。

煤气中的杂质多，组成十分复杂，除有大量的CH4和一定量的N2、O2、CO、CO2、饱和烃及不饱和烃外，还有少量的C5以上饱和烃、萘、无机硫、焦油等。经过压缩的焦炉煤气首先通过变温吸附工序除去C5以上烃类、萘和微量的高沸点杂质，达到净化焦炉煤气的目的，然后再经过变压吸附工艺除去杂质，得到纯度99.9％以上的氢气。整个工艺过程分为2个工序：

(1)预净化和压缩工序。将处于常压的焦炉煤气脱除萘、苯、焦油和部分H2S、NH3等，然后送入压缩工序将气体压力增至需要的压力，然后除去焦炉煤气中的焦油、苯、萘、硫化物、高级烃类及压缩后气体中携带的机油等有害组分。

(2)变压吸附提氢工序。除去煤气中大部分的杂质组分，氢气得到浓缩和提纯。

本方法制得的氢气纯度低，氧含量高，气体收率低，不利于气体的提纯。

发明内容

本发明针对上述背景技术存在的缺陷发明了一种全新的煤气制氢技术，通过粗脱硫预处理、三次中变反应、精脱硫、PSA变压吸附技术、脱氧干燥等工序，以求得到高纯度的氢气，同时提高产品气收率，降低投资及生产成本。为实现这一目的，本发明公布了一种煤气提氢的新工艺，它由通过管道相连的原料气分离器、粗脱硫罐、原料气增压机、除油器、热交换器、变换气分离器、变换炉、增湿器、精脱硫罐、提氢塔、脱氧器、脱氧冷却器、粗氢加热器、脱氧分离器、净化塔、再生气加热器、再生气冷却器等设备组成。

综上所述：本发明具有以下优点：

1.利用甲烷、一氧化碳与水蒸气的反应，生成氢气，增加了氢气的含量，减少了废气的 排放，同时提鬲了氢气收率。

2.本工艺利用三次变换反应，防止催化剂过温失活，转化率高，反应彻底。

3.本工艺独创一次变换反应后，增设增湿器，向气体中加入水蒸汽，使变换反应更加彻底。

4.在对反应后气体的处理上，本工艺采用世界先进的PSA变压吸附提纯技术，有效提高氢气的含量，减少杂质气体的排放。

5.本工艺设置原料气和水蒸气按一定比例混合的自动化混合装置，通过电脑控制的反应进料系统，提高反应转化率。

6.压缩机出口设置压力调节装置，保持整个装置的压力稳定。

7.设置变换气分离器，自动排水。

8.在脱氧干燥过程中，使用无损干燥技术，再生气自动返回系统，进一步降低损耗。

附图说明

图1为本发明一种煤气提氢的新工艺的流程图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明进一步详细描述。

1、请参阅附图1，该装置为一种新型煤气提氢的新装置，原料气中氢气纯度为17％；甲烷纯度为：3％；一氧化碳纯度为：29％；氮气纯度为：47.8％；氧气纯度为：0.2％；硫化氢含量为1.5ppm。装置整体操作压力为0.8MPa。该装置通过进气管道1、原料气缓冲罐S1、原料气增压机S2、除油器S3、热交换器S4、变换炉S5、变换气冷却器S6、变换气分离器S7、提氢塔S8、脱氧器S9、脱氧冷却器S10、脱氧气分离器S11、净化塔S12、再生气冷却器S13、再生气加热器S14、增湿器S15、程控阀S16～S19及其相连的管道；其特征是：进气管道1与原料气缓冲罐S1进口相连，原料气缓冲罐S1出口通过管道2与原料气增压机S2进口相连，原料气增压机S2出口通过管道3与除油器S3进口相连、除油器S3出口通过管道4与热交换器S4进口相连，热交换器S4最顶端出口通过管道 5与变换炉S5的N1进口相连，变换炉S5的N2出口通过管道6与增湿器S15进口相连，增湿器S15出口通过管道7与变换炉S5的N3进口相连，变换炉S5的N4出口通过管道8与热交换器S4上端进口相连，热交换器S4中端出口通过管道9与变换炉S5的N5进口相连，变换炉S5的N6出口通过管道10与热交换器S4的中端进口相连，热交换器S4的底端出口通过管道11与变换气冷却器S6进口相连，变换气冷却器S6通过管道12与变换气分离器S7的进口相连，变换气分离器S7的出口通过管道13与提氢塔S8的进口相连，提氢塔S8的出口通过管道14与脱氧器S9的进口相连，脱氧器S9的出口通过管道15与脱氧冷却器S10进口相连，脱氧气冷却器S10出口通过管道16与脱氧器分离器S11进口相连，脱氧气分离器S11出口通过管道17分别与净化塔S12、再生气冷却器S13的进口相连，并且在管道17和管道22上设置了一组程控阀S16，在管道22上设置了另一组程控阀S19，再生气冷却器S13通过管道23出整个装置界外；净化塔S12通过管道18与程控阀S17相连，程控阀S17通过管道19与界外相连，管道20接在管道19上，管道20与再生气加热器S14进口相连，再生气加热器S14出口通过管道21与管道18相连，并在管道21上设置了一组程控阀S18。

2.通过所述的气体净化装置的工艺包括如下步骤：

原料气经过脱硫、中变、PSA变压吸附、脱氧、干燥等步骤实现煤气提氢。脱硫步骤中，采用专用的脱硫剂，经过脱硫的原料气进入换热器，加热原料气，经加热后的原料气进入中变单元，中变单元里，为保证原料气中的甲烷与一氧化碳反应完全及防止反应催化剂过热失活，采用3次中变的方法，每次中变后的气体都会进入换热器与原料气进行换热，反应后的气体进入PSA变压吸附单元，在变压吸附单元中，反应气体中所剩余的少量水蒸气，二氧化碳，甲烷，一氧化碳，氮气将会被吸附剂吸附，从PSA变压吸附装置中出来的气体含有大 量的氢气及极少量的氧气，为得到高纯度的氢气，该混合气体将进行脱氧步骤，脱氧在本工艺中采用专用的钯触媒，脱氧效率高，最后经过脱氧的气体中含有氢气和少量水蒸气，脱氧后便需要经过干燥这个步骤得到干燥的氢气，本发明采用的干燥为无损干燥，干燥后剩余的水将返回系统在次利用。经过本发明所述的步骤，最后的氢气纯度可以高达99.999％。

以上所述实例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种煤气提氢的装置，包括进气管道(1)、原料气缓冲罐(S1)、原料气增压机(S2)、除油器(S3)、热交换器(S4)、变换炉(S5)、变换气冷却器(S6)、变换气分离器(S7)、提氢塔(S8)、脱氧器(S9)、脱氧气冷却器(S10)、脱氧气分离器(S11)、净化塔(S12)、再生气冷却器(S13)、再生气加热器(S14)、增湿器(S15)、程控阀及其相连的管道；其特征是：进气管道(1)与原料气缓冲罐(S1)进口相连，原料气缓冲罐(S1)出口通过管道(2)与原料气增压机(S2)进口相连，原料气增压机(S2)出口通过管道(3)与除油器(S3)进口相连、除油器(S3)出口通过第九管道(4)与热交换器(S4)的第一进口相连，热交换器(S4)最顶端的第一出口通过管道(5)与变换炉(S5)的第一进口(N1)相连，变换炉(S5)的第一出口(N2)通过管道(6)与增湿器(S15)进口相连，增湿器(S15)出口通过管道(7)与变换炉(S5)的第二进口(N3)相连，变换炉(S5)的第二出口(N4)通过管道(8)与热交换器(S4)上端的第三进口相连，热交换器(S4)中端的第二出口通过管道(9)与变换炉(S5)的第三进口(N5)相连，变换炉(S5)的第三出口(N6)通过管道(10)与热交换器(S4)的中端第四进口相连，热交换器(S4)的底端第三出口通过管道(11)与变换气冷却器(S6)进口相连，变换气冷却器(S6)通过管道(12)与变换气分离器(S7)的进口相连，变换气分离器(S7)的出口通过管道(13)与提氢塔(S8)的进口相连，提氢塔(S8)的出口通过管道(14)与脱氧器(S9)的进口相连，脱氧器(S9)的出口通过管道(15)与脱氧气冷却器(S10)进口相连，脱氧气冷却器(S10)出口通过管道(16)与脱氧气分离器(S11)进口相连，脱氧气分离器(S11)出口通过第一管道(17)分别与净化塔(S12)、再生气冷却器(S13)的进口相连，并且在第一管道(17)上设置了第一程控阀(S16)，净化塔(S12)出口通过第二管道(22)与再生气冷却器(S13)相连，在第二管道(22)上设置了第二程控阀(S19)，再生气从再生气冷却器(S13)输出后经第三管道(23)输出装置界外；净化塔(S12)通过第四管道(18)与第三程控阀(S17)相连，第三程控阀(S17)通过第五管道(19)与界外相连，第六管道(20)接在第五管道(19)上，第六管道(20)与再生气加热器(S14)进口相连，再生气加热器(S14)出口通过第七管道(21)与第四管道(18)相连，并在第七管道(21)上设置了第四程控阀(S18)。

2.根据权利要求1所述的一种煤气提氢的装置，其特征在于脱氧气分离器(S11)顶端出口处的第一管道(17)通过第一程控阀(S16)与第二管道(22)相连。

3.根据权利要求1所述的一种煤气提氢的装置，其特征在于来自界外的蒸汽通过第八管道(24)进入热交换器(S4)，并在第八管道(24)和第九管道(4)上设置了按比例混合原料气的自动化装置。

4.根据权利要求1所述的一种煤气提氢的装置，其特征在于变换炉(S5)，采用三段转化炉，既能保证反应的转化率，又能保护催化剂不被破坏。

5.根据权利要求1所述的一种煤气提氢的装置，其特征在于脱氧器(S9)，采用钯触媒作为催化剂，有极好的脱氧效果。