CN109928363A - 一种制氢吸附剂再生工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制氢吸附剂再生工艺，将吸附剂失活的预处理塔切出制氢的运行系统，运行系统的其他预处理塔正常运行；将电厂产生的过热蒸汽处理成再生蒸汽后不间断地从塔顶送入塔内，再生蒸汽在塔内对吸附剂进行再生后从塔底排出，吸附剂再生合格后停止送入再生蒸汽；从塔顶接入运行系统产生的热再生气和冷再生气，热再生气经过塔内对吸附剂脱除水分，冷再生气把脱除水分的吸附塔降至吸附塔运行温度；预处理塔恢复吸附能力进入备用塔或并入运行系统。本发明利用电厂的高温蒸汽再生预处理塔内的吸附剂，运行系统产生的再生解吸气对预处理塔降温后送入电厂锅炉掺烧，既节约再生费用，又变废为宝的利用了电厂余热和废再生解吸气。

Description

一种制氢吸附剂再生工艺

技术领域

本发明涉及活性炭吸附剂再生领域，尤其涉及一种制氢吸附剂再生工艺。

背景技术

荒煤气含氧制氢的变温吸附预处理工艺，是指在装填有活性炭吸附剂的预处理塔内，通过物理吸附，选择性地将荒煤气中的焦油、萘等有机杂质吸附。

根据实际生产运行经验，活性炭吸附剂在使用半年左右的时间后，会出现活性显著衰竭，吸附效率下降明显，采用运行状态150℃工况下的再生温度无法达到较好的再生效果。为此，只能更换活性炭吸附剂或者委托外部单位进行再生，但换装吸附剂时间长，吸附剂填装采用塔内无氧换装安全风险大，外委再生费用高等不利因素，致使制氢成本极大。

有鉴于此，有必要利用厂区现有的资源开发出一种制氢吸附剂再生工艺，以解决活性炭吸附剂再生的问题。

发明内容

本发明提供了一种制氢吸附剂再生工艺，利用电厂的富余过热蒸汽再生预处理塔内的吸附剂，运行系统产生的再生解吸气对预处理塔降温后送入电厂锅炉掺烧，既节约再生费用，又变废为宝的利用了电厂余热和废再生解吸气。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种制氢吸附剂再生工艺， 包括以下步骤：

（1）将吸附剂失活的预处理塔切出制氢的运行系统，运行系统的其他预处理塔正常运行；

（2）将电厂产生的过热蒸汽处理成再生蒸汽后不间断地从预处理塔的塔顶送入预处理塔的塔内，再生蒸汽在塔内对吸附剂进行再生后从预处理塔的塔底排出，吸附剂再生合格后停止送入再生蒸汽；

（3）从所述塔顶接入运行系统产生的再生解吸气，再生解吸气经过所述塔内对预处理塔脱水和降温后从所述塔底排出并送至电厂锅炉掺烧，直至预处理塔降到运行温度后停止接入再生解吸气；

（4）预处理塔进入备用塔或并入运行系统。

本发明利用电厂的富余过热蒸汽再生预处理塔内的吸附剂，运行系统产生的再生解吸气对预处理塔降温后送入电厂锅炉掺烧，既节约再生费用，又变废为宝的利用了电厂余热和废再生解吸气。

作为本发明的进一步改进，过热蒸汽处理成再生蒸汽的过程是：将电厂产生的400℃以上、0.8~0.92Mpa的高温高压过热蒸汽减温减压成高于240℃、0.3~0.5Mpa的再生蒸汽。

作为本发明的进一步改进，利用再生蒸汽对吸附剂再生的过程是：

（21）打开预处理塔的塔顶蒸汽入口阀和塔底水汽出口阀，使蒸汽入口流速大于水汽出口流速；

（22）从塔顶向塔内不断送入再生蒸汽，使该预处理塔的塔内温度达到240~260℃；

（23）调节塔顶蒸汽入口处的流速使塔内温度恒定，吸附剂内的杂质被脱附直至吸附剂再生合格，随后关闭塔顶蒸汽入口阀和塔底水汽出口阀。

作为本发明的进一步改进，所述吸附剂再生合格的检测方法是：通过检测水汽出口处冷凝水的杂质含量判断吸附剂再生是否合格。在本发明中，再生蒸汽经过吸附剂受到阻力便会有冷凝液析出，只需通过化验塔底水汽出口处冷凝液内硫化物、油类物质含量，便能判断再生是否合格，原则上来说，冷凝液内硫化物和油类物质含量很低或者含量为零即为再生合格。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（23）中，调节塔顶蒸汽入口阀和塔底水汽出口阀，使蒸汽入口流速小于水汽出口流速。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（22）中，再生蒸汽的温度为240~250℃；

所述步骤（23）中，当塔内温度达到240~260℃后，再生蒸汽的温度低于260℃，再生蒸汽的压力为0.3~0.5Mpa。

作为本发明的进一步改进，接入所述再生解吸气的过程是：

（31）从塔顶不断向塔内送入热吹气，热吹气对吸附剂脱水，在此期间热吹气不断从塔底排出，该热吹气是从运行系统的再生气缓冲罐输出的再生解吸气经加热器加热而成的；

（32）吸附剂脱水完成后，从塔顶不断向塔内送入冷吹气对预处理塔降温，直至预处理塔降到运行温度后停止冷吹风接入，在此期间吸热后的冷吹风从塔底排出，该冷吹气是从再生气缓冲罐直接输出的再生解吸气。

作为本发明的进一步改进，所述加热器内流动有电厂产生的蒸汽。本发明采用过热蒸汽把低温的再生解吸气（即冷吹风）加热成热吹风，达到余热利用的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用电厂的富余过热蒸汽再生预处理塔内的吸附剂，运行系统产生的再生解吸气对预处理塔降温后送入电厂锅炉掺烧，既节约再生费用，又变废为宝的利用了电厂余热和废再生解吸气。

附图说明

图1为制氢吸附剂再生工艺的流程图；

图2为制氢吸附剂再生系统的原理图；

图3为再生蒸汽来自电厂时再生装置的原理图；

图4为制氢系统与制氢吸附剂再生装置结合的原理图。

图中，100、预处理塔；200、冷却器；300、减温减压器；400、塔顶蒸汽入口阀；500、塔底水汽出口阀。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

氢气不仅是重要的工业原料和还原剂，也是必要燃料。工业制氢方案主要包括化石燃料制氢、富氢气体制氢、甲醇制氢等，化石燃料制氢一般指天然气制氢、煤炭制氢等，下面以荒煤气制氢为例做以下说明。

由于荒煤气本身是焦炭生产的一种副产品，其中含有焦油和萘等多种杂质，因此，本实施例的荒煤气制氢系统，就是对荒煤气进行加工处理，从而提高氢气纯度。

荒煤气含氧制氢工艺分为变换制氢和无变换制氢，无变换制氢工艺的工作原理是：首先将荒煤气依次进行压缩、水洗除盐和预处理，获得氢气含量不低于45%的富氢气，该富氢气再送去变压吸附提纯氢气单元，获得纯度大于99.9 vol%且（CO+CO₂）含量低于20ppm的氢气产品，解吸气送去与煤焦油加氢装置送来的汽提酸性气混合，再一并送去湿法脱硫单元脱除H₂S，获得净化燃料气。

预处理步骤是在预处理塔内进行的，根据实际生产运行经验，预处理塔内的活性炭吸附剂在使用半年左右的时间后，会出现活性显著衰竭，吸附效率下降明显。需要更换活性炭吸附剂或者再生活性炭吸附剂。

本实施例在荒煤气含氧制氢系统中增加再生气缓冲罐，用来临时储存荒煤气含氧制氢系统产生的解吸气。本实施例还依次利用经过加热处理的热解吸气、与再生气缓冲罐内的解吸气温度一直的冷解吸气，把活性炭再生合格后的预处理塔降至运行温度。流过预处理塔的解吸气送到电厂锅炉掺烧。

本实施例采用蒸汽将失去活性的活性炭吸附剂之杂质进行脱附，并使其恢复原有活性（将活性炭吸附剂的温度升高，可以使已被吸附的杂质脱附下来），以达到活性炭吸附剂重复使用的目的。

活性炭吸附剂主要成分除了碳以外，还有氧、氢等元素。活性炭在结构上由于微晶炭是不规则排列，蒸汽再生全过程需经过以下几个阶段：

1、将含水率在50%~86%的活性炭吸附剂加热，使活性炭吸附剂内吸附水蒸发，同时部分低沸点有机物也随之挥发；

2、活性炭吸附剂被不断加热升温，不同的有机物杂质随活性炭吸附剂温度升高，分别以挥发、分解、碳化、氧化等形式，从活性炭的基质上消除；

3、有机物经高温碳化后，在活性炭吸附剂的微孔中还残存部分碳化物。此时用气体进行气化反应，使微孔表面得到清理，恢复其吸附性能。

实施例1：

请参图1所示，图1为制氢吸附剂再生工艺的流程图。本实施例的制氢吸附剂再生工艺，包括以下步骤：

（1）将吸附剂失活的预处理塔切出制氢的运行系统，运行系统的其他预处理塔正常运行；

（2）将电厂产生的过热蒸汽处理成再生蒸汽后不间断地从预处理塔的塔顶送入预处理塔的塔内，再生蒸汽在塔内对吸附剂进行再生后从预处理塔的塔底排出，吸附剂再生合格后停止送入再生蒸汽；

（3）从塔顶接入运行系统产生的再生解吸气，再生解吸气经过塔内对预处理塔脱水和降温后从塔底排出并送至电厂锅炉掺烧，直至预处理塔降到运行温度后停止接入再生解吸气；

（4）预处理塔进入备用塔或并入运行系统。

本实施例利用电厂的过热蒸汽再生预处理塔内的吸附剂，运行系统产生的再生解吸气对预处理塔降温后送入电厂锅炉掺烧，既节约再生费用，又变废为宝的利用了电厂余热和废再生解吸气。

在本实施方式中，过热蒸汽处理成再生蒸汽的过程是：将电厂产生的400℃以上、0.8~0.92Mpa的高温高压过热蒸汽减温减压成高于240℃、0.3~0.5Mpa的再生蒸汽。

在本实施方式中，利用再生蒸汽对吸附剂再生的过程是：（21）打开预处理塔的塔顶蒸汽入口阀和塔底水汽出口阀，使蒸汽入口流速大于水汽出口流速；（22）从塔顶向塔内不断送入再生蒸汽，使该预处理塔的塔内温度达到240~250℃；（23）调节塔顶蒸汽入口处的流速使塔内温度恒定，吸附剂内的杂质被脱附直至吸附剂再生合格，随后关闭塔顶蒸汽入口阀和塔底水汽出口阀。

在本实施方式中，吸附剂再生合格的检测方法是：通过检测水汽出口处冷凝水的杂质含量判断吸附剂再生是否合格。在本实施例中，再生蒸汽经过吸附剂受到阻力便会有冷凝液析出，只需通过化验塔底水汽出口处冷凝液内硫化物、油类物质含量，便能判断再生是否合格，原则上来说，冷凝液内硫化物和油类物质含量很低或者含量为零即为再生合格。

步骤（23）中，调节塔顶蒸汽入口阀和塔底水汽出口阀，使蒸汽入口流速小于水汽出口流速。步骤（23）中，当塔内温度达到240~250℃后，再生蒸汽的温度低于260℃，再生蒸汽的压力为0.3~0.5Mpa。本实施例选用再生蒸汽的温度低于250℃、压力为0.3~0.5Mpa，一方面对活性炭吸附剂加热，另一方面使预处理塔的塔内温度达到240~250℃；本实施例活性炭吸附剂加热的临界点是：塔内温度是否恒温保持在240~250℃。当塔内温度达到240~250℃后，把再生蒸汽的温度调整到240~260℃、压力为0.3~0.6Mpa，再生120~150小时。再生蒸汽的流量根据升温、再生、降温环节不同进行及时调节。本实施例的再生解吸气一方面能冷却预处理塔温度，还能利用再生解吸气进行气化反应，使微孔表面得到清理。

在本实施方式中，接入再生解吸气的过程是：（31）从塔顶不断向塔内送入热吹气对吸附剂脱水，在此期间热吹气不断从塔底排出，该热吹气是从运行系统的再生气缓冲罐输出的再生解吸气经加热器加热而成的； （32）吸附剂脱水完成后，从塔顶不断向塔内送入冷吹气对预处理塔降温，直至预处理塔降到运行温度后停止冷吹风接入，在此期间吸热后的冷吹风从塔底排出，该冷吹气是从再生气缓冲罐直接输出的再生解吸气。本实施例采用过热蒸汽把低温的再生解吸气（即冷吹风）加热成热吹风，达到余热利用的目的）。

实施例2：

在实施例1公开制氢吸附剂再生工艺的基础上，本实施例公开了制氢吸附剂再生系统。

制氢系统中有多个预处理塔，每个预处理塔内都填装吸附剂，吸附剂在使用一段时间后会出现吸附效率下降，需要进行吸附剂再生。

如图2所示，制氢吸附剂再生系统包括：

与多个预处理塔100的塔顶连接的再生蒸汽进塔管线；再生蒸汽进塔管线把0.5~0.6Mpa 、240~280℃的蒸汽从塔顶输送到塔内进行吸附剂再生；

与多个预处理塔100对应的多个塔顶蒸汽入口阀400，多个塔顶蒸汽入口阀400均设置在再生蒸汽进塔管线上；

与多个预处理塔100的塔底连接的再生水汽排放管线；

与多个预处理塔100对应的多个塔底水汽出口阀500，多个塔底水汽出口阀500均设置在再生水汽排放管线上；

多个预处理塔100中的任一预处理塔100切出制氢系统后，打开再生蒸汽进塔管线上与本预处理塔100对应的塔顶蒸汽入口阀400、打开再生水汽排放管线上与本预处理塔100对应的塔底水汽出口阀500，再生蒸汽进塔管线内的再生蒸汽进入塔内再生吸附剂，塔内的再生水汽通过再生水汽排放管线排放。

本实施例的吸附剂实现塔内再生，不但不影响制氢系统的正常运行，还避免人工掏剂作业，规避了作业人员在无氧条件下塔内操作的安全风险。

如图3所示，制氢吸附剂再生系统除了包括上述内容外，还包括：

高温高压管道，把电厂产生的高温高压过热蒸汽经高温高压管道输送到减温减压器300；

减温减压器300，高温高压过热蒸汽经减温减压器300变成再生蒸汽；

中温中压管道，把再生蒸汽经中温中压管道输送到再生蒸汽进塔管线。

本实施例中，电厂产生的高温高压过热蒸汽经过减温减压后供给预处理塔100使用，具有节约能源的优点。本实施例电厂产生的高温高压过热蒸汽，温度450℃左右，压力0.8-0.92Mpa，减温减压后蒸汽温度240~280℃，压力0.5~0.6Mpa左右。

如图4所示，制氢吸附剂再生系统除了包括上述图3和图4内容外，还包括：

冷却器200，再生水汽排放管线内的水汽流入冷却器200降温成冷却水；

污水沉淀池，冷却器200内的冷却水通过冷却水排出管道排放到污水沉淀池。

在本实施例中，污水沉淀池内的污水通过污水管道排至废水处理装置，污水沉淀池内的固体废物运输到电厂掺烧。

另外，考虑到预处理塔100需要烘干和降温，本实施例的制氢吸附剂再生系统还包括再生气进塔管线，再生气进塔管线上设有再生气缓冲罐，再生气进塔管线与运行系统连通，运行系统产生的再生气在再生气缓冲罐缓冲后，经过再生气进塔管线进入塔内。设置在减温减压管道和再生蒸汽进塔管线之间的再生蒸汽缓冲罐，减温减压管道内的再生蒸汽临时储存在再生蒸汽缓冲罐，再由再生蒸汽缓冲罐流到再生蒸汽进塔管线。本实施例设置再生蒸汽缓冲罐的目的，是为了缓冲运行系统的再生气。

本实施例实现了塔内活性炭再生，避免人工掏剂作业，规避了作业人员在无氧条件下塔内操作的安全风险。

实施例3：

在实施例1和实施例2公开方案的基础上，本实施例详细描述制氢吸附剂再生系统及工艺。本工艺可实现吸附剂在预处理塔内再生。

变温吸附是一种工艺简单、节能高效的气体分离及净化技术，目前广泛应用于变压吸附制氢装置原料气的预处理工序。

含氧制氢的变温吸附预处理工艺，是指在装填有活性炭吸附剂床层的预处理塔内，通过物理吸附，选择性地将中的焦油、萘等有机杂质吸附，当运行过程中活性炭接近或者达到吸附饱和时，需要进行活性炭吸附剂的再生，保证活性炭能循环使用。根据实际生产运行经验，预处理系统吸附剂在使用半年左右的时间后，出现活性炭吸附剂活性显著衰竭，吸附效率下降明显，采用运行状态150℃工况下的再生温度无法达到较好的再生效果。为此，只能通过更换活性炭吸附剂或是委托外部单位进行再生，但换装吸附剂时间长，吸附剂填装采用塔内无氧换装安全风险大，外委再生费用高等不利因素，致使制氢成本极大。

针对以上预处理塔吸附剂再生存在的问题，本技术采用高温蒸汽塔内再生技术，将失活的吸附剂通过0.5Mpa 、240-280℃的高温蒸汽进行塔内再生，避免了卸剂存在的安全风险，减少了外委再生掏剂、拉运及再生费用。同时再生效果好，再生成本低，保证预处理系统安全、稳定、高效运行。

（1）本工艺可实现塔内再生，避免人工掏剂作业，规避了作业人员在无氧条件下塔内操作的安全风险。（2）更换吸附剂的费用单台塔约6.5万元，年按照2次换剂，利用本实施例的工艺，8台塔年可节约换剂费用104万元。（3）塔内再生减少了换剂过程废旧吸附剂对环境的污染和吸附剂塔外再生的损耗。

将电厂高温高压过热蒸汽（电厂出口温度450℃左右，压力0.8-0.92Mpa，减温减压后温度250℃左右）经减温减压后，通过管道输送至制氢装置预处理系统，并安装一条专用蒸汽管线，每个预处理塔入口设置有阀门、温度表、压力表、流量计等，保证接入蒸汽的温度、压力、流量满足再生工艺要求。吸附剂再生温度250℃，预处理塔0.5MPa蒸汽压力，流量根据升温、再生、降温环节不同进行及时调节，时间根据排除液化验情况及再生情况确定。具体再生工艺操作如下：

①将吸附剂失活的预处理塔切出运行系统（其他预处理塔正常运行）；需指出，预处理塔切除系统后，经氮气置换合格，进出口管线通过盲板隔离，通入蒸汽具有阻燃效果，不存在安全风险；

②打开塔顶蒸汽入口阀，通过入口阀门，按照工艺操作要求缓慢送入蒸汽升温（送入温度低于250摄氏度，并根据升温速度确定流量，保证预处理塔的设备安全）；

③预处理塔的温度达到240-260℃后，恒温再生120-150小时，通过检测出口冷凝水杂质含量判断再生效果（蒸汽经过预处理塔收到阻力，会有冷凝液析出，通过化验冷凝液内硫化物、油类物质含量，判断是否在上合格，正常硫化物和油类物质含量很低或者没有为原则）；

④降温过程接入运行再生解吸气，进行缓慢降温至运行温度，进入备塔或并入系统运行（正常在通过预处理塔后会会形成凝液，在温度较高时，通过出口冷却器冷却降温）。

再生过程产生的污水经冷却后进入沉淀池，污水送入污水处理装置进行处理回收利用，固体废物运至电厂锅炉掺烧。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种制氢吸附剂再生工艺， 包括以下步骤：

（1）将吸附剂失活的预处理塔切出制氢的运行系统，运行系统的其他预处理塔正常运行；

（2）将电厂产生的过热蒸汽处理成再生蒸汽后不断从预处理塔的塔顶送入预处理塔的塔内，再生蒸汽在塔内对吸附剂进行再生后从预处理塔的塔底排出，吸附剂再生合格后停止送入再生蒸汽；

（3）从所述塔顶接入运行系统产生的再生解吸气，再生解吸气经过所述塔内对预处理塔脱水和降温后从所述塔底排出并送至电厂锅炉掺烧，直至预处理塔降到运行温度后停止再生解吸气接入；

（4）预处理塔进入备用塔或并入运行系统。

2.根据权利要求1所述的制氢吸附剂再生工艺，其特征在于，过热蒸汽处理成再生蒸汽的过程是：将电厂产生的400℃以上、0.8~0.92Mpa的高温高压过热蒸汽减温减压成高于240℃、0.3~0.5Mpa的再生蒸汽。

3.根据权利要求1或2所述的制氢吸附剂再生工艺，其特征在于，利用再生蒸汽对吸附剂再生的过程是：

（21）打开预处理塔的塔顶蒸汽入口阀和塔底水汽出口阀，使蒸汽入口流速大于水汽出口流速；

（22）从塔顶向塔内不断送入再生蒸汽，使该预处理塔的塔内温度达到240~260℃；

（23）调节塔顶蒸汽入口处的流速使塔内温度恒定，吸附剂内的杂质被脱附直至吸附剂再生合格，随后关闭塔顶蒸汽入口阀和塔底水汽出口阀。

4.根据权利要求3所述的制氢吸附剂再生工艺，其特征在于，所述吸附剂再生合格的检测方法是：通过检测水汽出口处冷凝水的杂质含量判断吸附剂再生是否合格。

5.根据权利要求3所述的制氢吸附剂再生工艺，其特征在于，所述步骤（23）中，调节塔顶蒸汽入口阀和塔底水汽出口阀，使蒸汽入口流速小于水汽出口流速。

6.根据权利要求5所述的制氢吸附剂再生工艺，其特征在于，所述步骤（22）中，再生蒸汽的温度为240~250℃；

所述步骤（23）中，当塔内温度达到240~260℃后，再生蒸汽的温度低于260℃，再生蒸汽的压力为0.3~0.5Mpa。

7.根据权利要求1所述的制氢吸附剂再生工艺，其特征在于，接入所述再生解吸气的过程是：

（31）从塔顶不断向塔内送入热吹气对吸附剂脱水，在此期间热吹气不断从塔底排出，该热吹气是从运行系统的再生气缓冲罐输出的再生解吸气经加热器加热而成的；

（32）吸附剂脱水完成后，从塔顶不断向塔内送入冷吹气对预处理塔降温，直至预处理塔降到运行温度后停止冷吹风接入，在此期间吸热后的冷吹风从塔底排出，该冷吹气是从再生气缓冲罐直接输出的再生解吸气。

8.根据权利要求7所述的制氢吸附剂再生工艺，其特征在于，所述加热器内流动有电厂产生的蒸汽。