CN111333030A - 一种吸附纯化氢气撬块 - Google Patents
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Abstract
一种吸附纯化氢气撬块，用于加氢站燃料氢气的进一步纯化。包括至少两个吸附塔和工艺连接管路，两塔入口设有排放管路，该排放管路上设有安全阀；包括用于对两吸附塔加热的温度调节系统，该温度调节系统包括电加热阻丝、温度变送器、温度控制器、电加热器、温度开关；两塔内设有固定床吸附剂。通过不同的输出压力，通过最高压力PH和最低压力PL计算切换吸附塔的压力PE＝(PH*PL)^0.5，实现吸附塔的切换，解决现有技术中因输出压力不同而导致的两吸附塔压力不平衡，从而造成吸附剂吸附效率降低问题，针对不同输入压力采用高低压吸附塔进行除杂，保证了两塔吸附效率的平衡，使氢气纯化效果更好。
Description
技术领域
本发明专利与工业氢气的纯化有关，涉及一种加氢站可用的变温吸附(Temperature Swing Adsorption缩写为TSA)工艺，适用于加氢站燃料氢气的进一步纯化，把纯化后的氢气作为燃料氢气用于氢气燃料电池汽车的能源。
背景技术
随着氢燃料电池多项关键技术的突破和主要材料的国产化，氢燃料电池的性能和寿命大幅提升，成本快速下降，氢能源行业的发展迅速，而作为其燃料的氢气的产量和纯度，成为决定燃料电池汽车使用寿命和运营成本的重要因素。
然而，目前有些燃料氢气品质不达标。燃料氢气的来源比较少，有些燃料氢厂家只能使用不符合标准的纯氢(99.99％v/v)或价格比较贵的高纯氢(99.999％v/v)来替代，然而，工业纯氢中CO、CO2、N2、CH4、是超标的，高纯氢中CO含量也不符合燃料氢的标准。而在现有的氢气输送过程中，大都使用长管拖车卸气，由于拖车卸气过程中输出压力逐步降低或产生波动，现有的对原料氢气除杂的装置都是固定压力下的吸附，难以确定吸附剂的用量。
发明内容
针对现有技术中出现的技术问题，本发明提供一种变压吸附纯化氢气撬块，解决现有技术中因输出压力不同而导致的两吸附塔压力不平衡，从而造成吸附剂吸附效率降低，对氢气的除杂效果产生影响。
本发明是将长管拖车的氢气，按照压力范围分为几部分，每部分通过不同的吸附塔过滤，产品气均输送到加氢机。吸附剂吸附完成后，通过电加热的方式再生。吸附塔在较低温度(常温或更低)下进行吸附，在较高温度下使吸附的组分解吸出来，使吸附剂再生，达到吸附剂循环使用。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种变压吸附纯化氢气撬块，包括至少两个吸附塔和工艺连接管路，其中一个吸附塔作为高压塔，另一个作为低压塔，根据输入原料气压力高低进行切换，两塔设有排放管路，该排放管路上设有阻火器；包括用于对两吸附塔加热的温度调节系统，该温度调节系统包括对吸附塔加热的电加热阻丝、包括用于对吸附塔内温度采集并输送的温度变送器、包括用于接收温度变送器信号并实现温度控制的温度控制器、包括用于接收温度控制器信号并实现电加热阻丝加热控制的电加热器、包括自动控制防止电阻丝过热的温度开关；高压塔和低压塔内设有固定床吸附剂。
进一步的，吸附塔的切塔压力根据以下方式确定：PE＝(PH*PL)^0.5，其中PE为切塔压力；PH为输送的最高压力；PL为输送的最低压力。
进一步的，包括切塔控制系统，该控制系统包括吸附塔入口长管拖车上的压力变送器，包括高低压吸附塔入口分别设有压力调节阀，包括压力控制系统，通过压力控制系统实现原料气输送压力监控，并根据以下方式实现高低压吸附塔的切换：
两塔吸附时，切塔压力
三塔吸附时，切塔压力
四塔吸附时，切塔压力
n塔吸附时，切塔压力
其中：PH为长管拖车卸车前压力，PL为长管拖车卸车后压力。
本发明的技术效果是：
1，本吸附装置方法可用于加氢站的氢气长管拖车卸气过程的过滤，适用于压力在40～3MPAG之间的气源压力恒定或气源压力逐渐降低或气源压力很低的工况，例如可用于20MPAG长管拖车的氢气的纯化，也可应用于氢气制备端压力恒定的氢气纯化。
2，根据原料中杂质的种类和数量，调整吸附剂的类型，如吸附剂可用分子筛、硅胶、活性氧化铝等。
3，采用电热阻丝加热，减少公用工程的投资，简化了装置。
4，根据卸车时间不同，可以实现各吸附塔依次再生。
5，针对不同输入压力采用高低压吸附塔进行除杂，保证了两塔吸附效率的平衡，使氢气纯化效果更好。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图中：1、阻火器；2、温度变送器；3、高压塔；4、电加热阻丝；5、温度控制器；6、电加热器；7、温度开关；8、低压塔；9、排放管路。
具体实施方式
本发明变压吸附纯化氢气撬块包括至少两个吸附塔和工艺连接管路，其中一个吸附塔作为高压塔3，另一个作为低压塔8，两塔入口设有排放管路9，该排放管路上设有阻火器1，排放管路用于再生工况泄压，并排放到安全位置。本发明还包括用于对两吸附塔加热的温度调节系统，该温度调节系统包括对吸附塔加热的电加热阻丝4、包括用于对吸附塔内温度采集并输送的温度变送器2、包括用于接收温度变送器2信号并实现温度控制的温度控制器5、包括用于接收温度控制器5信号并实现电加热阻丝4加热控制的电加热器6、包括通过自动实现温度过热控制的温度开关7。本发明中电加热阻丝4设置在两吸附塔的外壁，通过预设温度值实现控制。采用电加热阻丝4的加热方式，减少了现有的采用蒸汽等热介质加热的公用工程的投资，简化了装置，可实现装置的小型化。
本发明中高压塔3和低压塔8内设有固定床吸附剂，可根据进入两吸附塔的原料气中杂质的种类和数量，调整所用吸附剂的类型，如吸附剂可用分子筛、硅胶、活性氧化铝等，实现原料气的定向除杂。
本发明装置可以用于40-3MPaG的气源压力逐渐降低的氢气纯化操作，下面以目前常见的长管拖车卸氢气时的压力20-5Mpa，以两塔吸附为例简述工艺流程如下：
20MPaG长管拖车来的原料气的氢气因压力较高，先输送至高压塔3吸附，当气体压力降低到10MPaG时，切换到低压塔8吸附，直至长管拖车压力降低至5MPaG，长管拖车停止进料，高压塔3和低压塔8脱除杂质后的产品气送到下游压缩机或加氢罐。其它工况压力波动操作时，通过最高压力PH和最低压力PL计算切换吸附塔的压力PE＝(PH*PL)^0.5。本例中切塔压力确定为：PE＝(20*5)^0.5＝10MPaG。当吸附完成后，利用电加热阻丝4加热吸附剂使吸附剂再生，有效脱除吸附剂吸附的杂质，脱除杂质后的吸附剂再循环等待纯化下一辆长管拖车。
实施例1：长管拖车卸料氢气的纯化：吸附塔分2m高压塔3和2m低压塔8，当氢气长管拖车的卸气范围在20～10MPa时用高压塔3吸附，当压力降低至10～5MPa时，切换到低压塔8吸附，当低压塔8吸附时，高压塔3用电加热阻丝4加热至120～170℃进行吸附剂的解析，使吸附剂吸附的杂质组分解吸出来，安全排放。在进行下一次吸附前，进行低压塔8的解析，低压塔8用电加热阻丝4加热至120～170℃进行吸附剂的解析，使吸附剂吸附的杂质组分解吸出来，安全排放。纯化后的产品符合燃料氢气的标准。
实施例2：与实施例1不同之处是，本实施例中吸附塔分1.2m并联的高压塔A/B和1.2m并联的低压塔C/D。
当氢气长管拖车的卸气范围在20～10MPa时用高压塔3吸附，当压力降低至10～5MPa时，切换到低压塔8吸附，当低压塔8吸附时，高压塔3用电加热阻丝4加热至120～170℃进行吸附剂的解析，使吸附剂吸附的杂质组分解吸出来，安全排放。在进行下一次吸附前，进行低压塔8的解析，低压塔8用电加热阻丝4加热至120～170℃进行吸附剂的解析，使吸附剂吸附的杂质组分解吸出来，安全排放。纯化后的产品符合燃料氢气的标准。
需要进一步说明的是，以上两个实施例仅仅是为了对本发明技术方案做出清楚的说明，其中的吸附塔并不限于两实施例中所限定的设置，还可将吸附塔设置为3个、4个或更多个，根据设置数量不同，吸附塔的大小可根据实际需要调整。在对高低压吸附塔进行切换时，根据长管拖车卸料氢气的输出压力进行调整，具体的调整方式是：
两塔吸附时，切塔压力
三塔吸附时，切塔压力
四塔吸附时，切塔压力
n塔吸附时，切塔压力
其中：PH为长管拖车卸车前压力，PL为长管拖车卸车后压力。
目前常见的长管拖车卸氢气时的压力范围为20-5Mpa，采用两塔吸附时，切塔压力PE＝P1＝(20*5)^0.5＝10MPaG。
本发明高低压吸附塔压力切换通过手动打开或关闭两塔的进料阀实现，也可通过以下方式完成：在本发明吸附塔入口管路设有压力变送器，高低压吸附塔入口分别设有压力调节阀，设有压力控制系统如PLC来实现压力监控，并根据预设程序通过以上公式实现高低压吸附塔的切换。当输送压力在预设值高压范围时，高压塔3入口阀门打开、低压塔8入口阀门关闭，原料氢气进入高压塔3实现除杂。当输送压力逐渐降低并达到预设值低压范围时，程序控制实现高压塔3入口阀门关闭、低压塔8入口阀门打开，原料氢气进入低压塔8进行除杂，实现了高低压塔的切换。
Claims (6)
1.一种吸附纯化氢气撬块，其特征是：包括至少两个吸附塔和工艺连接管路，其中一个吸附塔作为高压塔(3)，另一个作为低压塔(8)，根据输入原料气压力高低进行切换，两塔入口设有排放管路(9)，该排放管路上设有安全阀(1)；包括用于对两吸附塔加热的温度调节系统，该温度调节系统包括对吸附塔加热的电加热阻丝(4)、包括用于对吸附塔内温度采集并输送的温度变送器(2)、包括用于接收温度变送器(2)信号并实现温度控制的温度控制器(5)、包括用于接收温度控制器(5)信号并实现电加热阻丝(4)加热控制的电加热器(6)、包括通过手动实现温度控制的温度开关(7)；高压塔(3)和低压塔(8)内设有固定床吸附剂。
2.根据权利要求1所述的吸附纯化氢气撬块，其特征是：电加热阻丝(4)设置在两吸附塔的外壁，通过预设温度值实现控制。
3.根据权利要求1所述的吸附纯化氢气撬块，其特征是：吸附剂为分子筛、硅胶、活性氧化铝，根据原料气中杂质的种类和数量选用。
4.根据权利要求1所述的吸附纯化氢气撬块，其特征是：吸附塔的切塔压力根据以下方式确定：PE＝(PH*PL)^0.5，其中PE为切塔压力；PH为输送的最高压力；PL为输送的最低压力。
5.根据权利要求1所述的吸附纯化氢气撬块，其特征是：吸附塔的切塔压力根据以下方式确定：
两塔吸附时，切塔压力
三塔吸附时，切塔压力
四塔吸附时，切塔压力
n塔吸附时，切塔压力
其中：PH为长管拖车卸车前压力，PL为长管拖车卸车后压力。
6.根据权利要求1所述的吸附纯化氢气撬块，其特征是：包括切塔控制系统，该控制系统包括吸附塔入口管路设有的压力变送器，包括高低压吸附塔入口分别设有压力调节阀，包括压力控制系统，通过压力控制系统实现原料气输送压力监控，并根据权利要求5所述的方式实现高低压吸附塔的切换。
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2020
- 2020-04-07 CN CN202010264812.2A patent/CN111333030B/zh active Active
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