CN105984844B - 控制变压吸附床粗氢气进入温度的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种控制变压吸附床粗氢气进入温度的装置及方法，该装置包括合成气预热器、冷箱及变压吸附床，合成气经合成气预热器预热或预冷后进入冷箱中，所述的冷箱将合成气分离成粗氢气，粗氢气进入到变压吸附床进行吸附分离，还包括压缩CO的CO压缩机及压缩机冷却器，所述的合成气预热器外接第一冷却水进水管与第一冷却水回水管，所述的压缩机冷却器外接第二冷却水进水管与第二冷却水回水管，所述的第一冷却水进水管与第二冷却水回水管通过第一连接管连通。与现有技术相比，使用本发明的装置与方法操控温度方便，并节约能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种变压吸附床进口温度控制装置与方法，尤其是涉及一种变压吸附床粗氢气进入温度的控制装置与控制方法。
背景技术
PSA(Pressure Swing Absorber)变压吸附目前广泛用于H2的提纯，从甲醇重整气、NG、LPG、重整气及含有氢气的气体中提取氢气。其原理是利用所采取的吸附剂对不同吸附质的选择吸附和吸附剂对吸附质的吸附容量随压力变化而有差异的特性，在吸附剂选择吸附条件下，将原料气在压力下通过吸附床层，高压吸附除去原料中杂质组分，低压下脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。小分子的氢气不能被吸附而通过吸附床层，达到氢气和杂质组分的分离，得到产品氢气，氢气纯度可达到99.999％。
变压吸附是物理吸附过程，进料温度的高低直接影响吸附剂的吸附性能。进料温度太高，吸附剂的吸附能力下降，因而造成H2的收率下降，同时还影响产品纯度和吸附剂的使用寿命。而温度太低再生困难，造成吸附剂再生不完全，则恶性循环的结果将导致杂质超标的现象而损坏吸附剂。目前所知，常温下，10～30℃范围内几乎有相等的H2收率，进料温度太高或太低，H2收率都有所下降。
温度过高影响吸附剂的吸附能力，易造成杂质超标，温度过低影响再生，所以要保证进料温度在要求的范围内，HYCO装置的PSA进口温度一般控制在20～30℃。
目前主要还是通过控制HYCO冷箱进口的温度来稳定PSA进口的温度，在进冷箱前增加冷却水换热器来保证进口温度在夏天不要太高。但是冬天在极端情况下冷却水的温度较低，会导致PSA进口的温度较低，可能造成H2收率下降，杂质超标的现象。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操控温度方便、节约能耗的控制变压吸附床粗氢气进入温度的装置与方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种控制变压吸附床粗氢气进入温度的装置，包括合成气预热器、冷箱及变压吸附床，合成气经合成气预热器预热或预冷后进入冷箱中，所述的冷箱将合成气分离成粗氢气，粗氢气进入到变压吸附床进行吸附分离，还包括压缩CO的CO压缩机及压缩机冷却器，所述的合成气预热器外接第一冷却水进水管与第一冷却水回水管，所述的压缩机冷却器外接第二冷却水进水管与第二冷却水回水管，所述的第一冷却水进水管与第二冷却水回水管通过第一连接管连通。
所述的第一冷却水进水管与第一冷却水回水管之间通过第二连接管连通，所述的第一冷却水进水管、第一冷却水回水管及第二连接管上分别设有阀门。
所述的第一连接管上设有阀门。
所述的第二冷却水进水管与第二冷却水回水管上分别设有阀门。
所述的冷箱包括第一换热器、第二换热器及分离罐，所述的合成气依次流经第一换热器与第二换热器后进入到分离罐中，经分离罐分离成粗氢气后，再依次经过第二换热器与第一换热器后进入变压吸附床。
一种采用上述装置控制变压吸附床粗氢气进入温度的方法，包括以下两种控制方式：
夏季使用时：断开第一连接管上的阀门，第一冷却水进水管中通入冷却水，通过第一冷却水进水管与第一冷却水回水管中循环水为合成气预热器预降温，合成气经合成气预热器预冷后通过冷箱分离成粗氢气，并调整温度在20-30℃后进入到变压吸附床进行吸附分离；
冬季使用时：监控到合成气进入冷箱前温度低于20℃时，打开第一连接管上的阀门，使第一冷却水进水管与第二冷却水回水管连通，关闭第一冷却水进水管上的阀门，此时第二冷却水进水管与第二冷却水回水管断开连接，低压CO经过CO压缩机后被压缩成高压CO，与CO压缩机连接的压缩机冷却器作为换热器，其第二冷却水进水管内水温较高，合成气经合成气预热器预热后通过冷箱分离成粗氢气，并调整温度在20-30℃后进入到变压吸附床进行吸附分离。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明的装置与方法稳定的控制了进入变压吸附床(PSA)的粗H2的温度，使H2产品的质量稳定；
(2)节能，为了控制变压吸附床(PSA)的进口温度，本发明将CO压缩机冷却器的外接冷却水管路与合成气预冷器的外接冷却水管路接通，可以在夏季与冬季时，通过控制第一连接管的连通与否，来控制合成气预热器的外接水路温度，进而使得合成气流经合成气预热器后，温度能够控制在一定范围内，进而控制进入PSA的粗氢气的温度，因此，相对来说此方法节约了蒸汽，降低能耗需求。
附图说明
图1为本发明中控制变压吸附床粗氢气进入温度的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种控制变压吸附床粗氢气进入温度的装置，如图1所示，包括合成气预热器1、冷箱2及变压吸附床3，合成气经合成气预热器1预热或预冷后进入冷箱2中，冷箱2将合成气分离成粗氢气，粗氢气进入到变压吸附床3进行吸附分离，还包括压缩CO的CO压缩机4及压缩机冷却器5，合成气预热器1外接第一冷却水进水管11与第一冷却水回水管12，压缩机冷却器5外接第二冷却水进水管51与第二冷却水回水管52，第一冷却水进水管11与第二冷却水回水管52通过第一连接管6连通。第一冷却水进水管11与第一冷却水回水管12之间通过第二连接管13连通，第一冷却水进水管11、第一冷却水回水管12及第二连接管13上分别设有阀门。第一连接管6上设有阀门。第二冷却水进水管51与第二冷却水回水管52上分别设有阀门。冷箱2包括第一换热器21、第二换热器22及分离罐23，合成气依次流经第一换热器21与第二换热器22后进入到分离罐23中，经分离罐23分离成粗氢气后，再依次经过第二换热器22与第一换热器21后进入变压吸附床3。
采用上述装置控制变压吸附床粗氢气进入温度的方法，包括以下两种控制方式：
夏季使用时：断开第一连接管6上的阀门，第一冷却水进水管11中通入冷却水，通过第一冷却水进水管11与第一冷却水回水管12中循环水为合成气预热器1预降温，合成气经合成气预热器1预冷后通过冷箱2分离成粗氢气，并调整温度在20-30℃后进入到变压吸附床3进行吸附分离；
冬季使用时：监控到合成气进入冷箱前温度低于20℃时，打开第一连接管6上的阀门，使第一冷却水进水管11与第二冷却水回水管52连通，关闭第一冷却水进水管11上的阀门，此时第二冷却水进水管51与第二冷却水回水管52断开连接，低压CO经过CO压缩机4后被压缩成高压CO，与CO压缩机4连接的压缩机冷却器5作为换热器，其第二冷却水进水管51内水温较高，合成气经合成气预热器1预热后通过冷箱2分离成粗氢气，并调整温度在20-30℃后进入到变压吸附床3进行吸附分离。
实施例2
采用实施例1装置控制变压吸附床粗氢气进入温度的方法，包括以下步骤：
(1)冬天的情况下，控制进入冷箱中换热器热水的流量；
(2)控制合成气进入冷箱的温度为40℃，从而进入PSA的粗氢温度为35℃
(3)在线分析仪显示H2产品中的CO和CH4含量有上升趋势；
(4)降低PSA的操作因子以维持H2产品的纯度，同时H2的收率下降。
实施例3
采用实施例1装置控制变压吸附床粗氢气进入温度的方法，包括以下步骤：
(1)冬天的情况下，切换合成器预热器至冷却水，控制合成气进入冷箱的温度10℃，从而进入PSA的粗氢温度为8℃；
(2)在线分析仪显示H2产品中的CO和CH4含量有上升趋势；
(3)降低PSA的操作因子以维持H2产品的纯度，同时H2收率下降。
实施例4
采用实施例1装置控制变压吸附床粗氢气进入温度的方法，包括以下步骤：
(1)冬天的情况下，控制进入换热器热水的流量，控制合成气进入冷箱的温度30℃，从而进入PSA的粗氢温度为25℃；
(2)在线分析仪显示H2产品中的CO和CH4含量比较稳定，H2收率保持不变。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种控制变压吸附床粗氢气进入温度的装置，包括合成气预热器(1)、冷箱(2)及变压吸附床(3)，合成气经合成气预热器(1)预热或预冷后进入冷箱(2)中，所述的冷箱(2)将合成气分离成粗氢气，粗氢气进入到变压吸附床(3)进行吸附分离，其特征在于，还包括压缩CO的CO压缩机(4)及压缩机冷却器(5)，所述的合成气预热器(1)外接第一冷却水进水管(11)与第一冷却水回水管(12)，所述的压缩机冷却器(5)外接第二冷却水进水管(51)与第二冷却水回水管(52)，所述的第一冷却水进水管(11)与第二冷却水回水管(52)通过第一连接管(6)连通。
2.根据权利要求1所述的一种控制变压吸附床粗氢气进入温度的装置，其特征在于，所述的第一冷却水进水管(11)与第一冷却水回水管(12)之间通过第二连接管(13)连通，所述的第一冷却水进水管(11)、第一冷却水回水管(12)及第二连接管(13)上分别设有阀门。
3.根据权利要求1所述的一种控制变压吸附床粗氢气进入温度的装置，其特征在于，所述的第一连接管(6)上设有阀门。
4.根据权利要求1所述的一种控制变压吸附床粗氢气进入温度的装置，其特征在于，所述的第二冷却水进水管(51)与第二冷却水回水管(52)上分别设有阀门。
5.根据权利要求1所述的一种控制变压吸附床粗氢气进入温度的装置，其特征在于，所述的冷箱(2)包括第一换热器(21)、第二换热器(22)及分离罐(23)，所述的合成气依次流经第一换热器(21)与第二换热器(22)后进入到分离罐(23)中，经分离罐(23)分离成粗氢气后，再依次经过第二换热器(22)与第一换热器(21)后进入变压吸附床(3)。
6.一种采用如权利要求1所述装置控制变压吸附床粗氢气进入温度的方法，其特征在于，包括以下两种控制方式：
夏季使用时：断开第一连接管(6)上的阀门，第一冷却水进水管(11)中通入冷却水，通过第一冷却水进水管(11)与第一冷却水回水管(12)中循环水为合成气预热器(1)预降温，合成气经合成气预热器(1)预冷后通过冷箱(2)分离成粗氢气，并调整温度在20-30℃后进入到变压吸附床(3)进行吸附分离；
冬季使用时：监控到合成气进入冷箱前温度低于20℃时，打开第一连接管(6)上的阀门，使第一冷却水进水管(11)与第二冷却水回水管(52)连通，关闭第一冷却水进水管(11)上的阀门，合成气经合成气预热器(1)预热后通过冷箱(2)分离成粗氢气，并调整温度在20-30℃后进入到变压吸附床(3)进行吸附分离。
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