CN110498390A - 一种焦炉煤气制取高纯氢气的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焦炉煤气制取高纯氢气的系统，包括焦炉煤气一级脱硫塔1、焦炉煤气二级脱硫塔2、焦炉煤气超精脱硫塔3、压缩机4、焦炉煤气缓冲罐5、氢气储存装置Ⅰ6、脱氢装置Ⅰ13、氢气缓冲罐14、氢气储存装置Ⅱ15、脱氢装置Ⅱ17；焦炉煤气一级脱硫塔的顶部气体出口与焦炉煤气二级脱硫塔的底部气体进口连接，焦炉煤气二级脱硫塔的顶部气体出口与焦炉煤气超精脱硫塔的底部进口连接，焦炉煤气超精脱硫塔的顶部气体出口与压缩机进口连接，压缩机出口与焦炉煤气缓冲罐进口连接，焦炉煤气缓冲罐出口分别通过气动调节阀Ⅰ和气动调节阀Ⅱ与氢气储存装置Ⅰ和氢气储存装置Ⅱ的焦炉煤气进口连接。本发明设计合理，具有很好的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及氢能利用领域，具体是一种焦炉煤气制取高纯氢气的系统和方法，利用有机储氢材料将氢气从焦炉煤气中分离并储存在有机储氢材料中，加氢饱和的有机储氢材料加热脱氢后，将氢气释放出来，从而获得高纯氢气。
背景技术
氢能是一种重要的可持续发展能源，近年来在全球范围内掀起了氢能产业发展的热潮，氢气的制取是氢能发展的基石。根据2018年《中国氢能源及燃料电池产业发展研究报告》，未来氢能在我国终端能源的消费比例将达到10%。国内外目前运行的加氢站，大多采用电解水制氢，制氢和储氢成本高，安全隐患大，制约了氢能产业的发展。随着氢燃料电池汽车的不断增加，我国氢能的储氢设施的缺口将会越来越大，降低制氢成本成为亟待解决的问题。焦炉煤气中的氢气含量在55%左右，根据煤种不同氢气含量略有差异。我国焦炉煤气资源十分丰富，但焦炉煤气成分复杂，焦炉煤气制取的氢气难以达到氢燃料电池汽车用氢的纯度要求，而且储氢工艺复杂、成本较高、安全隐患大。为解决焦炉煤气制取的氢气难以达到氢燃料电池汽车用氢的纯度要求，而且储氢工艺复杂、成本较高、安全隐患大的问题，开发一种低能高效的焦炉煤气制取氢气的技术具有重要意义。
发明内容
本发明是为了解决目前焦炉煤气制取的氢气难以达到氢燃料电池汽车用氢纯度要求，而且储氢工艺复杂、成本较高、安全隐患大的问题，提供一种可行的焦炉煤气制取高纯氢气的系统和方法。利用有机储氢材料与氢气发生化学反应，通过化学键将焦炉煤气中的氢气固定在有机储氢材料中，其它杂质气体不与有机储氢材料发生化学反应排出装置外，将焦炉煤气中的氢气与其它杂质气体分离并储存起来；加氢的饱和有机储氢材料加热脱氢后，将氢气重新释放出来，从而获得高纯氢气。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种焦炉煤气制取高纯氢气的系统，包括焦炉煤气一级脱硫塔、焦炉煤气二级脱硫塔、焦炉煤气超精脱硫塔、压缩机、焦炉煤气缓冲罐、氢气储存装置Ⅰ、脱氢装置Ⅰ、氢气缓冲罐、氢气储存装置Ⅱ、脱氢装置Ⅱ。
所述氢气储存装置Ⅰ和氢气储存装置Ⅱ结构相同，包括储氢装置底座，所述储氢装置底座上支撑有储氢装置壳体，所述储氢装置壳体内底部安装支撑架Ⅰ，所述支撑架Ⅰ上逐层堆放负载加氢催化剂的载体，所述储氢装置壳体底面设有排液口Ⅰ；所述储氢装置壳体上部设有液态储氢材料进口，所述液态储氢材料进口Ⅰ与位于储氢装置壳体内顶部的雾化器Ⅰ连接，所述雾化器Ⅰ位于负载加氢催化剂的载体的表层上方，所述储氢装置壳体顶面设有气体出口，所述储氢装置壳体内位于气体出口处安装有除沫器，所述储氢装置壳体底部位于支撑架下方设有焦炉煤气进口。
所述脱氢装置Ⅰ和脱氢装置Ⅱ结构相同，包括脱氢装置底座，所述脱氢装置底座上支撑有脱氢装置壳体，所述脱氢装置壳体内底部设有支撑架Ⅱ，所述支撑架Ⅱ上逐层堆放负载脱氢催化剂的载体，所述脱氢装置壳体底面设有排液口Ⅱ，所述脱氢装置壳体上部设有液态储氢材料进口Ⅱ，所述液态储氢材料进口Ⅱ与位于脱氢装置壳体内顶部的雾化器Ⅱ连接，所述雾化器Ⅱ位于负载脱氢催化剂载体的表层上方，所述脱氢装置壳体顶面设有氢气出口，所述脱氢装置壳体内位于氢气出口处安装有冷凝除沫器。
所述焦炉煤气一级脱硫塔的顶部气体出口与焦炉煤气二级脱硫塔的底部气体进口连接，所述焦炉煤气二级脱硫塔的顶部气体出口与焦炉煤气超精脱硫塔的底部进口连接，所述焦炉煤气超精脱硫塔的顶部气体出口与压缩机进口连接，所述压缩机出口与焦炉煤气缓冲罐进口连接，所述焦炉煤气缓冲罐出口分别通过气动调节阀Ⅰ和气动调节阀Ⅱ与氢气储存装置Ⅰ和氢气储存装置Ⅱ的焦炉煤气进口连接。
所述氢气储存装置Ⅰ的底部排液口Ⅰ通过回流泵Ⅰ与换热器Ⅰ的管程进口连接，所述换热器Ⅰ的管程出口与氢气储存装置Ⅰ上部的液态储氢材料进口Ⅰ连接，所述氢气储存装置Ⅰ底部的排液口Ⅰ通过阀门Ⅰ与脱氢装置Ⅰ上部的液态储氢材料进口Ⅱ连接，所述脱氢装置Ⅰ底部的排液口Ⅱ通过回流泵Ⅲ与换热器Ⅲ的管程进口连接，所述换热器Ⅲ的管程出口与脱氢装置Ⅰ上部的液态储氢材料进口Ⅱ连接；氢气储存装置Ⅰ的液态储氢材料进口Ⅰ依次通过电磁阀Ⅰ和电磁阀Ⅱ与脱氢装置Ⅰ的液态储氢材料进口Ⅱ连接；所述氢气储存装置Ⅰ的气体出口与真空泵Ⅰ连接。
所述氢气储存装置Ⅱ的底部排液口Ⅰ通过回流泵Ⅱ与换热器Ⅱ的管程进口连接，所述换热器Ⅱ的管程出口与氢气储存装置Ⅱ上部的液态储氢材料进口Ⅰ连接，所述氢气储存装置Ⅱ底部的排液口Ⅰ通过阀门Ⅰ与脱氢装置Ⅱ上部的液态储氢材料进口Ⅱ连接，所述脱氢装置Ⅱ底部的排液口Ⅱ通过回流泵Ⅳ与换热器Ⅳ的管程进口连接，所述换热器Ⅳ的管程出口与脱氢装置Ⅱ上部的液态储氢材料进口Ⅱ连接；氢气储存装置Ⅱ的液态储氢材料进口Ⅰ依次通过电磁阀Ⅳ和电磁阀Ⅲ与脱氢装置Ⅱ的液态储氢材料进口Ⅱ连接；所述氢气储存装置Ⅱ的气体出口与真空泵Ⅱ连接。
所述脱氢装置Ⅰ和脱氢装置Ⅱ的氢气出口通过真空泵与氢气缓冲罐连接。
进一步的，所述氢气储存装置Ⅰ、脱氢装置Ⅰ、氢气储存装置Ⅱ、脱氢装置Ⅱ上均安装有热电偶温度计。
进一步的，气动调节阀Ⅰ、气动调节阀Ⅱ、热电偶温度计与DCS控制系统连锁。
在上述系统中实现的，一种焦炉煤气制取高纯氢气的方法，如下：预处理焦炉煤气依次经过焦炉煤气一级脱硫塔和焦炉煤气二级脱硫塔，分别脱除焦炉煤气中的有机硫和无机硫，之后经过焦炉煤气超精脱硫塔，进一步脱除焦炉煤气中的无机硫，使无机硫含量控制在0.01ppm以下，净化后的焦炉煤气经过压缩机压缩至2MPa以上后进入焦炉煤气缓冲罐；打开气动调节阀Ⅰ，稳压后的焦炉煤气从下部进入氢气储存装置Ⅰ，液态储氢材料经换热器Ⅰ换热后与焦炉煤气中的氢气在加氢催化剂表面逆流接触后在催化剂表面发生加氢反应，将焦炉煤气中的氢气通过化学键固定并储存于有机储氢材料中，其它杂质气体从氢气储存装置Ⅰ顶部的气体出口排出，有机储氢材料通过回流泵Ⅰ在氢气储存装置Ⅰ内循环进行加氢、储氢过程；待氢气储存装置Ⅰ内的有机储氢材料达到饱和状态时，气动调节阀Ⅰ关闭，同时真空泵Ⅰ打开，进一步减压脱除溶解在有机储氢材料中的杂质气体；氢气储存装置Ⅰ内脱除杂质气体后的饱和有机储氢材料通过回流泵Ⅲ送输至脱氢装置Ⅰ，饱和有机储氢材料在脱氢装置Ⅰ内进行脱氢反应，脱氢产生的氢气进入氢气缓冲罐，有机储氢材料在脱氢装置Ⅰ内依次进行脱氢、回流、雾化、脱氢循环过程，直至有机储氢材料中储存的氢气被完全脱去；脱氢后的有机储氢材料重新返回至氢气储存装置Ⅰ，进行循环利用。
氢气储存装置Ⅰ与氢气储存装置Ⅱ并联交替使用，氢气储存装置Ⅰ中的有机储氢材料进入脱氢工序后，气动调节阀Ⅰ关闭，DCS控制系统开启气动调节阀Ⅱ，有机储氢材料在氢气储存装置Ⅱ中的依次进行加氢、储氢过程。
脱氢装置Ⅰ与脱氢装置Ⅱ并联交替使用，当脱氢装置Ⅰ中的有机储氢材料脱氢完成后，电磁阀Ⅰ和电磁阀Ⅱ开启，有机储氢材料重新返回至氢气储存装置Ⅰ中，待温度达到反应温度后，气动调节阀Ⅰ开启，气动调节阀Ⅱ关闭，有机储氢材料在氢气储存装置Ⅰ内循环进行加氢、储氢过程；当脱氢装置Ⅱ中的有机储氢材料脱氢完成后，电磁阀Ⅲ和电磁阀Ⅳ开启，有机储氢材料重新返回至氢气储存装置Ⅱ中，待温度达到反应温度后，气动调节阀Ⅱ开启，气动调节阀Ⅰ关闭，有机储氢材料在氢气储存装置Ⅱ内循环进行加氢、储氢过程。
能够实现上述系统的有机储氢材料有咔唑、乙基咔唑等，其中乙基咔唑可以在140℃±10℃温度下加氢，在160℃±10℃温度下脱氢，其加氢温度和脱氢温度均低于咔唑，是较为理想的有机储氢材料。Ru-Co或Ru-Ni金属催化剂可以提高乙基咔唑储氢材料的加氢、脱氢反应速率，具有一定的推广应用价值。另外研究发现，苯甲基油等芳烃也可用于用来储氢，在加氢、脱氢方面具有较好的性能，已处于工业应用示范探索阶段。
本发明利用有机储氢材料与氢气发生化学反应，通过化学键将焦炉煤气中的氢气固定在有机储氢材料中，其它杂质气体不与有机储氢材料发生化学反应排出装置外，实现了氢气与其它杂质气体的分离。有机储氢材料经雾化器雾化后与氢气在加氢催化剂表面进行加氢反应，加氢装置底部设有回流泵，未饱和的加氢储氢材料通过回流泵循环至雾化后再次回到加氢反应装置，进一步与焦炉煤气中的氢气进行化学反应，直至有机储氢材料的不饱和氢键全部处于饱和状态。加氢饱和的有机储氢材料在脱氢装置内加热脱氢后，将储存在饱和有机储氢材料中的氢气重新释放出来，从而获得高纯氢气。通过加氢反应催化剂提高加氢反应速率，通过脱氢反应催化剂提高脱氢反应速率。氢气储存装置顶部设有利用真空泵，待加氢反应完成后，利用真空泵将物理吸附在有机储氢材料中的杂质气体脱除。脱氢装置氢气出口设有真空泵，脱氢反应开始后，真空泵开启，使整个脱氢反应维持在负压条件下，提高脱氢效率。
本发明具有如下优点：
1、有机储氢材料经雾化器雾化后与氢气在加氢催化剂表面进行加氢反应，极大提高了有机储氢材料在催化剂表面的分散程度，增强了传质系数，有利于加氢反应的高效进行。
2、加氢装置底部设有回流泵，未饱和的加氢储氢材料通过回流泵循环至雾化后再次回到加氢反应装置，进一步与焦炉煤气中的氢气进行化学反应，该装置结构紧凑，氢气提取速率高，提高了有机储氢材料的利用效率。脱氢装置底部也设有回流泵，有助于提高有机储氢材料的循环利用效率。
3、有机储氢材料不属于危险品和爆炸品，便于运输，解决了目前长管拖车运输氢气存在的安全隐患问题。
4、该焦炉煤气制取高纯氢气的系统和方法通过加氢装置同时解决了氢气的分离、储存和运输问题，为焦炉煤气制氢、储氢提供了新方法和新思路，也拓宽了工业制取高纯氢气的方法。
5、该焦炉煤气制取高纯氢气的系统和方法工艺流程简单，能耗低，在化工副产品制氢、储氢、运氢领域具有良好的应用前景。
本发明设计合理，具有很好的实际应用价值。
附图说明
图1表示本发明系统的结构示意图。
图2表示储氢装置的结构示意图。
图3表示脱氢装置的结构示意图。
图中：1-焦炉煤气一级脱硫塔，2-焦炉煤气二级脱硫塔，3-焦炉煤气超精脱硫塔，4-压缩机，5-焦炉煤气缓冲罐，6-氢气储存装置Ⅰ，7a-换热器Ⅰ，7b-换热器Ⅱ，7c-换热器Ⅲ，7d-换热器Ⅳ，8a-回流泵Ⅰ，8b-回流泵Ⅱ，8c-回流泵Ⅲ，8d-回流泵Ⅳ，9-热电偶温度计，10-气动调节阀Ⅰ，11-DCS控制系统，12a-真空泵Ⅰ，12b-真空泵Ⅱ，13-脱氢装置Ⅰ，14-氢气缓冲罐，15-氢气储存装置Ⅱ，16-气动调节阀Ⅱ，17-脱氢装置Ⅱ，18-电磁阀Ⅰ，19-电磁阀Ⅱ，20-电磁阀Ⅲ，21-电磁阀Ⅳ。
101-储氢装置底座，102-储氢装置壳体，103-保温层Ⅰ，104-负载加氢催化剂的载体，105-支撑架Ⅰ，106-焦炉煤气进口，107-雾化器Ⅰ，108-液态储氢材料进口Ⅰ，109-气体出口，110-除沫器，111-排液口Ⅰ（也作为饱和后的有机储氢材料排出口），112-阀门Ⅰ。
201-脱氢装置底座，202-脱氢装置壳体，203-保温层Ⅱ，204-负载脱氢催化剂的载体，205-支撑架Ⅱ，206-液体分布器，207-氢气出口，208-液态储氢材料进口Ⅱ，209-雾化器Ⅱ，210-阀门Ⅱ，211-排液口Ⅱ（也作为脱氢后的液态储氢材料排出口），212-冷凝除沫器，213-冷却介质进口，214-冷却介质出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种焦炉煤气制取高纯氢气的系统，如图1所示，包括焦炉煤气一级脱硫塔1、焦炉煤气二级脱硫塔2、焦炉煤气超精脱硫塔3、压缩机4、焦炉煤气缓冲罐5、氢气储存装置Ⅰ6、脱氢装置Ⅰ13、氢气缓冲罐14、氢气储存装置Ⅱ15、脱氢装置Ⅱ17。
如图2所示，氢气储存装置Ⅰ6和氢气储存装置Ⅱ15结构相同，包括储氢装置底座101，储氢装置底座101上支撑有储氢装置壳体102，储氢装置壳体102内底部安装支撑架Ⅰ105，支撑架Ⅰ105上逐层堆放负载加氢催化剂的载体104，储氢装置壳体102底面设有排液口Ⅰ111，排液口Ⅰ还可以通过阀门另设置有取样口；储氢装置壳体102上部设有液态储氢材料进口108，液态储氢材料进口Ⅰ108与位于储氢装置壳体102内顶部的雾化器Ⅰ107连接，雾化器Ⅰ107位于负载加氢催化剂载体104的表层上方，储氢装置壳体102顶面设有气体出口109，储氢装置壳体102内位于气体出口处安装有除沫器110，储氢装置壳体102底部位于支撑架105下方设有焦炉煤气进口106；储氢装置壳体102外设有保温层Ⅰ103。
装置底座用来支撑氢气提取装置本体及相关附件，底座与氢气存储装置壳体相连接，壳体外设有保温层，用来降低反应体系的热损失。反应装置内部装有加氢催化剂，用来提高加氢催化反应速率，加氢催化剂负载在若干空心圆柱形载体上，负载加氢催化剂的载体逐层放置在支撑架Ⅰ上，催化剂床层设有热电偶温度计，用来测定反应体系的温度。携带有氢气的焦炉煤气由焦炉煤气进口进入，液态储氢材料首先通过液态储氢材料进口Ⅰ注入该储氢装置，液态储氢材料通过雾化器Ⅰ分散成小液体后，与焦炉煤气在氢气存储装置内逆流接触，并在加氢催化剂表面发生加氢反应，从而将焦炉煤气中的氢气提取出来。加氢装置利用有机储氢材料与氢气的发生化学反应，生成富含氢气的饱和储氢材料并将焦炉煤气中的氢气储存起来，有机储氢材料经雾化器雾化后与氢气在加氢催化剂表面进行加氢反应，极大提高了有机储氢材料在催化剂表面的分散程度，增强了传质系数，有利于加氢反应的高效进行。未参加反应的气体从装置顶部的气体出口排出，气体出口设有除沫器，用来脱除气体中夹带的液体储氢材料。发生加氢反应后的富氢有机储氢材料从排液口Ⅰ排出，排液口Ⅰ还设有有机储氢材料取样口（打开取样阀门即可取样），用来分析富氢储氢材料的饱和程度。未饱和的液态储氢材料通过回流泵返回至雾化器Ⅰ，重复以上过程，直至有机储氢材料达到饱和状态，然后从排液口Ⅰ输送至脱氢装置，经过脱氢处理后可得到高纯氢气。气体出口设有真空泵，待有机储氢材料达到饱和状态时，打开真空泵，通过真空减压脱除溶解在有机储氢材料中的杂质气体，焦炉煤气也可排出。换热器为有机储氢材料提供热量，使加氢反应温度控制在一定范围内。
如图3所示，脱氢装置Ⅰ13和脱氢装置Ⅱ17结构相同，包括脱氢装置底座201，脱氢装置底座201上支撑有脱氢装置壳体202，脱氢装置壳体202内底部设有支撑架Ⅱ205，支撑架Ⅱ205上逐层堆放负载脱氢催化剂的载体204，而且负载脱氢催化剂的载体4中部放置有液体分布器206。脱氢装置壳体202底面设有排液口Ⅱ211，脱氢装置壳体202上部设有液态储氢材料进口208连接，液态储氢材料进口Ⅱ208与位于脱氢装置壳体202内顶部的雾化器Ⅱ209连接，雾化器Ⅱ209位于负载脱氢催化剂载体204的表层上方，脱氢装置壳体202顶面设有氢气出口207，脱氢装置壳体202内位于氢气出口处安装有冷凝除沫器212；脱氢装置壳体202外设有保温层Ⅱ203。
装置底座用来支撑氢气提取装置本体及相关附件，底座与脱氢装置壳体相连接，壳体外设有保温层用来降低反应体系的热损失。反应装置内部装有脱氢催化剂，用来提高脱氢催化反应速率，脱氢催化剂负载在若干空心圆柱形载体上，负载脱氢催化剂的载体逐层放置在支撑架Ⅱ上，脱氢催化剂被液体分布器分为上下两个部分，脱氢过程中，有机储氢材料的粘度不断降低，会出现壁流现象，脱氢装置中间设有液体分布器对液态储氢材料重新分布，使液态储氢材料在脱氢反应装置下部空间分布更均匀，其结构与工业上填料吸收塔使用的液体分布器结构相同。脱氢装置顶部设有真空泵，脱氢反应开始后，真空泵开启，使整个脱氢反应维持在负压条件下，促进化学平衡向有利于脱氢反应的方向移动，提高脱氢效率。液态储氢材料首先通过液态储氢材料进口Ⅱ注入该脱氢装置，液态储氢材料在循环脱氢过程中，依次通过换热器、液态储氢材料进口Ⅱ，换热器为有机储氢材料提供热量，使有机储氢材料达到最佳脱氢反应温度。达到脱氢温度的有机储氢材料进入雾化器Ⅱ，并在雾化器Ⅱ内分散成小液体，在脱氢催化剂表面发生脱氢反应，从而将储存在饱和有机储氢材料中的氢气释放出来，催化剂床层设有热电偶温度计，用来测定反应体系的温度。发生脱氢反应后的有机储氢材料从排液口Ⅱ排出，排液口Ⅱ还另设有有机储氢材料取样口（打开取样阀门即可取样），用来分析饱和储氢材料的脱氢程度。未完全脱氢的有机储氢材料通过回流泵依次返回换热器、雾化器，重复以上过程，直至饱和有机储氢材料中储存的氢气完全脱除。释放出来的氢气从氢气出口排出，氢气出口设有冷凝除沫器，冷凝除沫器通过换热管中的冷却介质冷却夹带的液态储氢材料，冷却后的液态储氢材料，在冷凝管外壁形成小液滴，小液滴在重力作用下重新回到催化剂床层进行脱氢反应。氢气出口还设有真空泵，不仅可以及时抽走脱氢反应释放出来的氢气，还能够降低脱氢反应分压，使得脱氢反应向有利于脱除氢气的方向进行。冷凝除沫器设有冷却介质进口和冷却介质出口，冷凝除沫器的换热管均匀环绕分布在除沫器中。
如图1所示，焦炉煤气一级脱硫塔1的顶部气体出口与焦炉煤气二级脱硫塔2的底部气体进口连接，焦炉煤气二级脱硫塔2的顶部气体出口与焦炉煤气超精脱硫塔3的底部进口连接，焦炉煤气超精脱硫塔3的顶部气体出口与压缩机4进口连接，压缩机4出口与焦炉煤气缓冲罐5进口连接，焦炉煤气缓冲罐5出口分别通过气动调节阀Ⅰ10和气动调节阀Ⅱ16与氢气储存装置Ⅰ6和氢气储存装置Ⅱ15的焦炉煤气进口106连接。
如图1所示，氢气储存装置Ⅰ6的底部排液口Ⅰ111通过回流泵Ⅰ8a与换热器Ⅰ7a的管程进口连接，换热器Ⅰ7a的管程出口与氢气储存装置Ⅰ6上部的液态储氢材料进口Ⅰ108连接，氢气储存装置Ⅰ6底部的排液口Ⅰ111通过阀门Ⅰ112与脱氢装置Ⅰ13上部的液态储氢材料进口Ⅱ208连接，脱氢装置Ⅰ13底部的排液口Ⅱ11通过回流泵Ⅲ8c与换热器Ⅲ7c的管程进口连接，换热器Ⅲ7c的管程出口与脱氢装置Ⅰ13上部的液态储氢材料进口Ⅱ208连接；氢气储存装置Ⅰ6的液态储氢材料进口Ⅰ108依次通过电磁阀Ⅰ18和电磁阀Ⅱ19与脱氢装置Ⅰ13的液态储氢材料进口Ⅱ208连接；氢气储存装置Ⅰ6的气体出口109与真空泵Ⅰ12a连接。
如图1所示，氢气储存装置Ⅱ15的底部排液口Ⅰ111通过回流泵Ⅱ8b与换热器Ⅱ7b的管程进口连接，换热器Ⅱ7b的管程出口与氢气储存装置Ⅱ15上部的液态储氢材料进口Ⅰ108连接，氢气储存装置Ⅱ15底部的排液口Ⅰ111通过阀门Ⅰ112与脱氢装置Ⅱ17上部的液态储氢材料进口Ⅱ208连接，脱氢装置Ⅱ17底部的排液口Ⅱ11通过回流泵Ⅳ8d与换热器Ⅳ7d的管程进口连接，换热器Ⅳ7d的管程出口与脱氢装置Ⅱ17上部的液态储氢材料进口Ⅱ208连接；氢气储存装置Ⅱ15的液态储氢材料进口Ⅰ108依次通过电磁阀Ⅳ21和电磁阀Ⅲ20与脱氢装置Ⅱ17的液态储氢材料进口Ⅱ208连接；氢气储存装置Ⅱ15的气体出口109与真空泵Ⅱ12b连接。
如图1所示，脱氢装置Ⅰ13和脱氢装置Ⅱ17的氢气出口207通过真空泵与氢气缓冲罐14连接。
如图1所示，氢气储存装置Ⅰ6、脱氢装置Ⅰ13、氢气储存装置Ⅱ15、脱氢装置Ⅱ17上均安装有热电偶温度计9。
如图1所示，气动调节阀Ⅰ10、气动调节阀Ⅱ16、热电偶温度计9与DCS控制系统11连锁。
在上述的系统中实现焦炉煤气制取高纯氢气的方法如下：
预处理焦炉煤气依次经过焦炉煤气一级脱硫塔1和焦炉煤气二级脱硫塔2，分别脱除焦炉煤气中的有机硫和无机硫，之后经过焦炉煤气超精脱硫塔3，主要用来进一步脱除焦炉煤气中的无机硫，使无机硫含量控制在0.01ppm以下，净化后的焦炉煤气经过压缩机4压缩至2MPa以上后进入焦炉煤气缓冲罐5，焦炉煤气缓冲罐起稳压平衡的作用，使反应体系压力维持在一定范围内。打开气动调节阀Ⅰ10，稳压后的焦炉煤气从下部进入氢气储存装置Ⅰ6液态储氢材料经换热器Ⅰ7a换热后与焦炉煤气中的氢气在加氢催化剂表面逆流接触后在催化剂表面发生加氢反应，将焦炉煤气中的氢气通过化学键固定并储存于有机储氢材料中，其它杂质气体从氢气储存装置Ⅰ6顶部的气体出口109排出，有机储氢材料通过回流泵Ⅰ8a在氢气储存装置Ⅰ6内循环进行加氢、储氢过程。
氢气储存装置内设有热电偶温度计9，气体进口处设有气动调节阀Ⅰ10和气动调节阀Ⅱ16，并且与所有的热电偶温度计采用DCS控制系统11连锁，当氢气储存装置内催化剂床层温度处于最佳温度范围时，DCS控制系统11通过气动调节阀适当增大焦炉煤气流量；当超出催化剂反应最佳工作范围时，DCS控制系统11通过气动调节阀减小焦炉煤气流量。待氢气储存装置Ⅰ6内的有机储氢材料达到饱和状态时，气动调节阀Ⅰ10关闭，同时真空泵Ⅰ12a打开，进一步减压脱除溶解在有机储氢材料中的杂质气体。氢气储存装置Ⅰ6内脱除杂质气体后的饱和有机储氢材料通过回流泵Ⅲ8c送输至脱氢装置Ⅰ13，饱和有机储氢材料在脱氢装置Ⅰ13内进行脱氢反应，脱氢产生的氢气进入氢气缓冲罐14，有机储氢材料在脱氢装置Ⅰ13内依次进行脱氢、回流、雾化、脱氢循环过程，直至有机储氢材料中的氢气被完全脱去；脱氢后的有机储氢材料重新返回至氢气储存装置Ⅰ6，进行循环利用。
氢气储存装置Ⅰ6与氢气储存装置Ⅱ15并联交替使用，氢气储存装置Ⅰ6中的有机储氢材料进入脱氢工序后，气动调节阀Ⅰ10关闭，DCS控制系统11开启气动调节阀Ⅱ16，有机储氢材料在氢气储存装置Ⅱ15中的依次进行加氢、储氢过程。
脱氢装置Ⅰ13与脱氢装置Ⅱ17并联交替使用，当脱氢装置Ⅰ13中的有机储氢材料脱氢完成后，电磁阀Ⅰ18和电磁阀Ⅱ19开启，有机储氢材料重新返回至氢气储存装置Ⅰ6中，待温度达到反应温度后，气动调节阀Ⅰ10开启，气动调节阀Ⅱ16关闭，有机储氢材料在氢气储存装置Ⅰ6内循环进行加氢、储氢过程；当脱氢装置Ⅱ17中的有机储氢材料脱氢完成后，电磁阀Ⅲ20和电磁阀Ⅳ21开启，有机储氢材料重新返回至氢气储存装置Ⅱ15中，待温度达到反应温度后，气动调节阀Ⅱ16开启，气动调节阀Ⅰ10关闭，有机储氢材料在氢气储存装置Ⅱ15内循环进行加氢、储氢过程。
以上仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神及原则之内的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种焦炉煤气制取高纯氢气的系统，其特征在于：包括焦炉煤气一级脱硫塔（1）、焦炉煤气二级脱硫塔（2）、焦炉煤气超精脱硫塔（3）、压缩机（4）、焦炉煤气缓冲罐（5）、氢气储存装置Ⅰ（6）、脱氢装置Ⅰ（13）、氢气缓冲罐（14）、氢气储存装置Ⅱ（15）、脱氢装置Ⅱ（17）；
所述氢气储存装置Ⅰ（6）和氢气储存装置Ⅱ（15）结构相同，包括储氢装置底座（101），所述储氢装置底座（101）上支撑有储氢装置壳体（102），所述储氢装置壳体（102）内底部安装支撑架Ⅰ（105），所述支撑架Ⅰ（105）上逐层堆放负载加氢催化剂的载体（104），所述储氢装置壳体（102）底面设有排液口Ⅰ（111）；所述储氢装置壳体（102）上部设有液态储氢材料进口（108），所述液态储氢材料进口Ⅰ（108）与位于储氢装置壳体（102）内顶部的雾化器Ⅰ（107）连接，所述雾化器Ⅰ（107）位于负载加氢催化剂载体（104）的表层上方，所述储氢装置壳体（102）顶面设有气体出口（109），所述储氢装置壳体（102）内位于气体出口处安装有除沫器（110），所述储氢装置壳体（102）底部位于支撑架（105）下方设有焦炉煤气进口（106）；
所述脱氢装置Ⅰ（13）和脱氢装置Ⅱ（17）结构相同，包括脱氢装置底座（201），所述脱氢装置底座（201）上支撑有脱氢装置壳体（202），所述脱氢装置壳体（202）内底部设有支撑架Ⅱ（205），所述支撑架Ⅱ（205）上逐层堆放负载脱氢催化剂载体（204），所述脱氢装置壳体（202）底面设有排液口Ⅱ（211），所述脱氢装置壳体（202）上部设有液态储氢材料进口（208）连接，所述液态储氢材料进口Ⅱ（208）与位于脱氢装置壳体（202）内顶部的雾化器Ⅱ（209）连接，所述雾化器Ⅱ（209）位于负载脱氢催化剂载体（204）的表层上方，所述脱氢装置壳体（202）顶面设有氢气出口（207），所述脱氢装置壳体（202）内位于氢气出口处安装有冷凝除沫器（212）；
所述焦炉煤气一级脱硫塔（1）的顶部气体出口与焦炉煤气二级脱硫塔（2）的底部气体进口连接，所述焦炉煤气二级脱硫塔（2）的顶部气体出口与焦炉煤气超精脱硫塔（3）的底部进口连接，所述焦炉煤气超精脱硫塔（3）的顶部气体出口与压缩机（4）进口连接，所述压缩机（4）出口与焦炉煤气缓冲罐（5）进口连接，所述焦炉煤气缓冲罐（5）出口分别通过气动调节阀Ⅰ（10）和气动调节阀Ⅱ（16）与氢气储存装置Ⅰ（6）和氢气储存装置Ⅱ（15）的焦炉煤气进口（106）连接；
所述氢气储存装置Ⅰ（6）的底部排液口Ⅰ（111）通过回流泵Ⅰ（8a）与换热器Ⅰ（7a）的管程进口连接，所述换热器Ⅰ（7a）的管程出口与氢气储存装置Ⅰ（6）上部的液态储氢材料进口Ⅰ（108）连接，所述氢气储存装置Ⅰ（6）底部的排液口Ⅰ（111）通过阀门Ⅰ（112）与脱氢装置Ⅰ（13）上部的液态储氢材料进口Ⅱ（208）连接，所述脱氢装置Ⅰ（13）底部的排液口Ⅱ（11）通过回流泵Ⅲ（8c）与换热器Ⅲ（7c）的管程进口连接，所述换热器Ⅲ（7c）的管程出口与脱氢装置Ⅰ（13）上部的液态储氢材料进口Ⅱ（208）连接；氢气储存装置Ⅰ（6）的液态储氢材料进口Ⅰ（108）依次通过电磁阀Ⅰ（18）和电磁阀Ⅱ（19）与脱氢装置Ⅰ（13）的液态储氢材料进口Ⅱ（208）连接；所述氢气储存装置Ⅰ（6）的气体出口（109）与真空泵Ⅰ（12a）连接；
所述氢气储存装置Ⅱ（15）的底部排液口Ⅰ（111）通过回流泵Ⅱ（8b）与换热器Ⅱ（7b）的管程进口连接，所述换热器Ⅱ（7b）的管程出口与氢气储存装置Ⅱ（15）上部的液态储氢材料进口Ⅰ（108）连接，所述氢气储存装置Ⅱ（15）底部的排液口Ⅰ（111）通过阀门Ⅰ（112）与脱氢装置Ⅱ（17）上部的液态储氢材料进口Ⅱ（208）连接，所述脱氢装置Ⅱ（17）底部的排液口Ⅱ（11）通过回流泵Ⅳ（8d）与换热器Ⅳ（7d）的管程进口连接，所述换热器Ⅳ（7d）的管程出口与脱氢装置Ⅱ（17）上部的液态储氢材料进口Ⅱ（208）连接；氢气储存装置Ⅱ（15）的液态储氢材料进口Ⅰ（108）依次通过电磁阀Ⅳ（21）和电磁阀Ⅲ（20）与脱氢装置Ⅱ（17）的液态储氢材料进口Ⅱ（208）连接；所述氢气储存装置Ⅱ（15）的气体出口（109）与真空泵Ⅱ（12b）连接；
所述脱氢装置Ⅰ（13）和脱氢装置Ⅱ（17）的氢气出口（207）通过真空泵与氢气缓冲罐（14）连接。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉煤气制取高纯氢气的系统，其特征在于：所述脱氢装置壳体（202）的负载脱氢催化剂载体（4）中部放置有液体分布器（206）。
3.根据权利要求1或2所述的一种焦炉煤气制取高纯氢气的系统，其特征在于：所述氢气储存装置Ⅰ（6）、脱氢装置Ⅰ（13）、氢气储存装置Ⅱ（15）、脱氢装置Ⅱ（17）上均安装有热电偶温度计（9）。
4.根据权利要求3所述的一种焦炉煤气制取高纯氢气的系统，其特征在于：气动调节阀Ⅰ（10）、气动调节阀Ⅱ（16）、热电偶温度计（9）与DCS控制系统（11）连锁。
5.根据权利要求1所述的一种焦炉煤气制取高纯氢气的系统，其特征在于：所述储氢装置壳体（102）外设有保温层Ⅰ（103）；所述脱氢装置壳体（202）外设有保温层Ⅱ（203）。
6.一种焦炉煤气制取高纯氢气的方法，该方法在权利要求1-5所述的系统中实现，其特征在于：预处理焦炉煤气依次经过焦炉煤气一级脱硫塔（1）和焦炉煤气二级脱硫塔（2），分别脱除焦炉煤气中的有机硫和无机硫，之后经过焦炉煤气超精脱硫塔（3），进一步脱除焦炉煤气中的无机硫，使无机硫含量控制在0.01ppm以下，净化后的焦炉煤气经过压缩机（4）压缩至2MPa以上后进入焦炉煤气缓冲罐（5）；打开气动调节阀Ⅰ（10），稳压后的焦炉煤气从下部进入氢气储存装置Ⅰ（6），液态储氢材料经换热器Ⅰ（7a）换热后与焦炉煤气中的氢气在加氢催化剂表面逆流接触后在催化剂表面发生加氢反应，将焦炉煤气中的氢气通过化学键固定并储存于有机储氢材料中，其它杂质气体从氢气储存装置Ⅰ（6）顶部的气体出口（109）排出，有机储氢材料通过回流泵Ⅰ（8a）在氢气储存装置Ⅰ（6）内循环进行加氢、储氢过程；
待氢气储存装置Ⅰ（6）内的有机储氢材料达到饱和状态时，气动调节阀Ⅰ（10）关闭，同时真空泵Ⅰ（12a）打开，进一步减压脱除溶解在有机储氢材料中的杂质气体；
氢气储存装置Ⅰ（6）内脱除杂质气体后的饱和有机储氢材料通过回流泵Ⅲ（8c）送输至脱氢装置Ⅰ（13），饱和有机储氢材料在脱氢装置Ⅰ（13）内进行脱氢反应，脱氢产生的氢气进入氢气缓冲罐（14），有机储氢材料在脱氢装置Ⅰ（13）内依次进行脱氢、回流、雾化、脱氢循环过程，直至有机储氢材料中的氢气被完全脱去；脱氢后的有机储氢材料重新返回至氢气储存装置Ⅰ（6），进行循环利用；
氢气储存装置Ⅰ（6）与氢气储存装置Ⅱ（15）并联交替使用，氢气储存装置Ⅰ（6）中的有机储氢材料进入脱氢工序后，气动调节阀Ⅰ（10）关闭，DCS控制系统（11）开启气动调节阀Ⅱ（16），有机储氢材料在氢气储存装置Ⅱ（15）中的依次进行加氢、储氢过程；
脱氢装置Ⅰ（13）与脱氢装置Ⅱ（17）并联交替使用，当脱氢装置Ⅰ（13）中的有机储氢材料脱氢完成后，电磁阀Ⅰ（18）和电磁阀Ⅱ（19）开启，有机储氢材料重新返回至氢气储存装置Ⅰ（6）中，待温度达到反应温度后，气动调节阀Ⅰ（10）开启，气动调节阀Ⅱ（16）关闭，有机储氢材料在氢气储存装置Ⅰ（6）内循环进行加氢、储氢过程；当脱氢装置Ⅱ（17）中的有机储氢材料脱氢完成后，电磁阀Ⅲ（20）和电磁阀Ⅳ（21）开启，有机储氢材料重新返回至氢气储存装置Ⅱ（15）中，待温度达到反应温度后，气动调节阀Ⅱ（16）开启，气动调节阀Ⅰ（10）关闭，有机储氢材料在氢气储存装置Ⅱ（15）内循环进行加氢、储氢过程。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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