CN109516438A - 一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，包括以下步骤：步骤A、将含氢工业废气经废气增压装置增压后通入储氢合金容器内；步骤B、储氢合金容器加热装置将储氢合金容器加热升温至200‑400℃并保持2小时，而后储氢合金容器加热装置停止加热；步骤C、当储氢合金容器降温至20‑200℃后，排气装置打开，将储氢合金容器内的剩余气体排出直到储氢合金容器内部压力降低至0.001MPa时关闭；步骤D、储氢合金容器加热装置将储氢合金容器加热升温至300‑450℃，排气阀打开，将储氢合金容器的储氢合金释放的氢气排至回收装置中；本发明回收氢气纯度大于99.999%，回收安全效率高，回收气能再利用。

Description

一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺
技术领域
本发明属于资源回收领域，特别涉及工业含氢废气的分离提纯回收。
背景技术
常温常压下，氢气是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味的气体。氢气是世界上已知的密度最小的气体，氢气的密度只有空气的1/14，即在0℃时，一个标准大气压下，氢气的密度为0.0899g/L。氢气是相对分子质量最小的物质，主要用作还原剂。工业上一般从天然气或水煤气中制取氢气，而不采用高耗能的电解水的方法。制得的氢气大量用于石化行业的裂化反应和生产氨气。氢气分子可以进入许多金属的晶格中，造成“氢脆”现象，使得氢气的存储罐和管道需要使用特殊材料（如蒙耐尔合金），设计也更加复杂。
随着化工行业发展及一些高纯金属制造业的崛起，使得近年来对于高纯氢气的需求量呈几何增长态势。然而由于氢对于存储及运输的特殊要求，使得工业企业的用氢成本居高不下。此外，在氢气使用过程中，企业通常以气流方式使用氢气，流动的氢气直接排入大气中，不仅造成氢气使用率低下，提升了企业用氢成本，同时外排的氢气还会对大气层造成还原性污染。因此，对工业含氢废气进行有效的回收再利用，不仅能够极大的降低企业生产成本，对改善气候生态环境同样具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，利用储氢合金对工业废氢中的氢气进行选择性吸收，实现对于工业含氢废气的分离、提纯和回收再利用，能够有效地减少氢气的排放，节省企业用氢成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，基于工业废氢分离提纯回收系统，所述系统包括废气增压装置、储氢合金容器、储氢合金容器加热装置、排气装置、储氢装置、回收装置以及配套的管路，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、将含氢工业废气经废气增压装置增压后通入储氢合金容器内至压力达到5MPa；
步骤B、储氢合金容器加热装置将储氢合金容器加热升温至200-400℃并保持2小时，而后储氢合金容器加热装置停止加热；
步骤C、当储氢合金容器降温至20-200℃后，排气装置打开，将储氢合金容器内的剩余气体排出直到储氢合金容器内部压力降低至0.001MPa时关闭；
步骤D、储氢合金容器加热装置将储氢合金容器加热升温至300-450℃，储氢合金容器中氢气出口处的排气阀打开，将储氢合金容器的储氢合金释放的氢气排至回收装置中。
本发明的原理如下：含氢工业废气进入系统后，系统通过提供高温环境激活其内部储氢合金将氢气吸收，随后通过降温使氢在储氢合金中固化，再通过排气装置将其它工业废气排出系统，待系统内部压力低于0.001Mpa后，关闭排气装置，对系统进行升温，激活储氢合金内部的氢使其解析再次转变为氢气排出，排出的氢气再次进入回收装置进行使用。
本发明的有益效果是：
1、能够将氢气从多组分废气中有效分离回收，并且所回收氢气纯度大于99.999%，能够直接进行再利用；
2、与氢气分离系统相比，本发明所述工艺具有流程简单，综合使用成本低，耗电量小和生产安全性高的优点，可直接外接于其他设备，使用方便；
3、装置结构简单，储氢装置的设置增加了废气向上流动的紊动效果，利于氢气与储氢合金的接触，设置了两层储氢结构，实现氢气吸收的最大化吸收。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明工业废气中氢气的分离提纯回收工艺中工业废氢分离提纯回收系统的结构示意图；
图2是本发明工业废氢分离提纯回收系统中储氢合金片与连接支架的连接示意图。
在附图中：1是废气增压装置，2是储氢合金容器加热装置，3是排气装置，4是回收装置，5是壳体，5-1是进气口，5-2是排气口，5-3是氢气出口，6是支架，7是存储箱，8是通气管路，9是排出管，10是连接支架，11是储氢合金片。
具体实施方式
参见附图1和2，本发明的工艺基于工业废氢分离提纯回收系统，该系统包括废气增压装置1、储氢合金容器、储氢合金容器加热装置2、排气装置3、储氢装置、回收装置4以及配套的管路。
上述的废气增压装置1是增压泵，用于给储氢合金容器充入含氢工业废气。
上述的储氢合金容器加热装置2包括设置在储氢合金容器外侧的加热丝，用于给储氢合金容器加热升温。
上述的储氢合金容器包括具有进气口5-1、排气口5-2和氢气出口5-3的壳体5、设置在壳体5内并且储存有储氢合金的储氢装置。在氢气出口5-3处设有排气阀，用于控制氢气从容器内的排出。
上述的排气装置3为真空泵。
储氢装置实施例一：储氢装置包括设置在壳体5内的支架6、设置在支架6上的存储有块状储氢合金的存储箱7。存储箱7沿支架6的高度方向设置有多层。
在此实施例中，存储箱7是开放式的结构，在存储箱7上设有通孔，以使得含氢工业废气尽可能地接触存储箱7内的块状储氢合金，保证储氢效果。
储氢装置实施例二：与实施例一不同的是，在本实施例中，存储箱7为密闭式箱体，多层存储箱7中处于底部的存储箱借助管路与进气口5-1相通，在每个存储箱7上设有连通上层存储箱7的通气管路8，在多层存储箱7中处于顶部的存储箱上设有排出管9。处于中间层的存储箱7的两端分别借助通气管路8连通上一层存储箱7和下一层存储箱7。这样的设计，使得含氢工业废气经过每一层的存储箱7，进一步的与存储箱7中的块状储氢合金接触，提升储氢效果，多层存储箱7的设置增加了气流紊动效果，使得气体与储氢合金接触更充分，吸收氢气效果得到提升。
储氢装置实施例三：与实施例二不同的是，储氢装置还包括设置在存储箱7顶部的截断面呈环形的连接支架10以及沿连接支架10的内侧面和外侧面设置有储氢合金片11。这样的设计可使从存储箱7排出的气体在储氢合金容器加热装置2将储氢合金容器加热后，储氢合金片11能够对剩余的氢气进行结合吸收。
以上实施例中，储氢合金为RE x A y TM z ，其中RE为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc中的一种或几种，比例不限；A为Li、Na、K、Be、Mg、Ca中的一种或几种，比例不限；TM为Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Al、In、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Pd、Ag、Cd中的一种或几种，比例不限；0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。
基于上述的系统，本发明的工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，包括以下步骤：
步骤A、将含氢工业废气（主要成分为氩气50%，氢气50%）经废气增压装置1增压后通入储氢合金容器内至压力达到5MPa。
步骤B、储氢合金容器加热装置2将储氢合金容器加热升温至200-400℃并保持2小时，而后储氢合金容器加热装置2停止加热。
步骤C、当储氢合金容器降温至20-200℃后，排气装置3打开，将储氢合金容器内的剩余气体排出直到储氢合金容器内部压力降低至0.001MPa时关闭。
步骤D、储氢合金容器加热装置2将储氢合金容器加热升温至300-450℃，储氢合金容器中氢气出口5-3处的排气阀打开，将储氢合金容器的储氢合金（本实施例中储氢合金为La2Mg15Ni3）释放的氢气排至回收装置4中，完成废气中氢的分离、提纯和回收。
本发明利用氢气在高温环境下被储氢合金吸收后，通过降低温度与储氢合金形成稳定的金属氢化物，实现氢气在储氢合金内部的固化，确保其不会随其它工业废气被排出系统；在其它工业废气排出系统后，通过将温度提升，使得氢气在储氢合金中解析，再次通过管路进入回收装置。该系统可单独使用进行氢的间歇式分离、提纯、回收，也可通过2套以上系统联用提供流动氢气的分离、提纯、回收。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，基于工业废氢分离提纯回收系统，所述系统包括废气增压装置（1）、储氢合金容器、储氢合金容器加热装置（2）、排气装置（3）、储氢装置、回收装置（4）以及配套的管路，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、将含氢工业废气经废气增压装置（1）增压后通入储氢合金容器内至压力达到5MPa；步骤B、储氢合金容器加热装置（2）将储氢合金容器加热升温至200~400℃并保持2小时，而后储氢合金容器加热装置（2）停止加热；步骤C、当储氢合金容器降温至20~200℃后，排气装置（3）打开，将储氢合金容器内的剩余气体排出直到储氢合金容器内部压力降低至0.001MPa时关闭；步骤D、储氢合金容器加热装置（2）将储氢合金容器加热升温至300~450℃，储氢合金容器中氢气出口（5-3）处的排气阀打开，将储氢合金容器的储氢合金释放的氢气排至回收装置（4）中。
2.根据权利要求1所述的一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，其特征在于，所述储氢合金为RE x A y TM z ，其中RE为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、Sc中的一种或几种，A为Li、Na、K、Be、Mg、Ca中的一种或几种，TM为Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Al、In、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Pd、Ag、Cd中的一种或几种，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1。
3.根据权利要求1所述的一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，其特征在于，所述储氢合金容器加热装置（2）包括设置在所述储氢合金容器外侧的加热丝。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，其特征在于，所述储氢合金容器包括具有进气口（5-1）、排气口（5-2）和氢气出口（5-3）的壳体（5）、设置在所述壳体（5）内并且储存有储氢合金的储氢装置。
5.根据权利要求4所述的一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，其特征在于，所述储氢装置包括设置在所述壳体（5）内的支架（6）、设置在所述支架（6）上的存储有块状储氢合金的存储箱（7）。
6.根据权利要求5所述的一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，其特征在于，所述存储箱（7）沿所述支架（6）的高度方向设置有多层。
7.根据权利要求6所述的一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，其特征在于，所述存储箱（7）为密闭式箱体，多层存储箱（7）中处于底部的存储箱（7）借助管路与所述进气口（5-1）相通，在每个存储箱（7）上设有连通上层存储箱（7）的通气管路（8），在多层存储箱（7）中处于顶部的存储箱（7）上设有排出管（9）。
8.根据权利要求7所述的一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，其特征在于，所述存储箱（7）的两端分别借助通气管路（8）连通上一层存储箱（7）和下一层存储箱（7）。
9.根据权利要求5-8任一项所述的一种工业废气中氢气的分离提纯回收工艺，其特征在于，所述储氢装置还包括设置在所述存储箱（7）顶部的截断面呈环形的连接支架（10）以及沿所述连接支架（10）的内侧面和外侧面设置有储氢合金片（11）。
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