CN112744786A - 一种变压吸附制氢工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变压吸附制氢工艺,其特征在于,系统运行时共8台在线吸附塔,每台吸附塔依次经历吸附、第1级压力均衡降、第2级压力均衡降、第3级压力均衡降、顺向放压、逆向放压、反冲洗、第3级压力均衡升、第2级压力均衡升和第1级压力均衡升和最终升压;按系统运行时间将所述变压吸附制氢工艺划分为8个分周期,所述相邻两台在线吸附塔的工艺步骤相差一个分周期,且任意时刻均有2台相邻吸附塔处于吸附步骤。本发明中的变压吸附制氢工艺不但实现节能降耗的目的,还保证正压运行工况,降低正在运行安全风险。
Description
技术领域
本发明属于煤化工技术领域,尤其涉及一种变压吸附制氢工艺。
背景技术
PSA制氢:变压吸附技术(Pressure Swing Adsorption,简称PSA)是以吸附剂(多孔固体物质)内部表面对气体分子的物理吸附为基础,利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组份、不易吸附低沸点组份和高压下被吸附组份吸附量增加、低压下吸附量减小的特性来实现杂质的分离。
将原料气在一定压力下通过吸附剂床层时,原料气中的高沸点杂质组份被选择性吸附,低沸点组份作为净化气由吸附塔出口排出,然后在减压下解吸被吸附的杂质组份,使吸附剂获得再生,以利于下一次再次进行吸附分离杂质。这种在压力下吸附杂质、减压下解吸杂质使吸附剂得到再生的循环便是变压吸附过程。
现有的变压吸附制氢工艺采用8个在线工作塔、1塔吸附、5次均压和抽真空再生工艺,任意时刻总有1台吸附塔处于吸附步骤。每台吸附塔在不同的时间依次经历吸附(A)、第1级压力均衡降(E1D)、第2级压力均衡降(E2D)、第3级压力均衡降(E3D)、第4级压力均衡降(E4D)、第5级压力均衡降(E5D)、逆向放压(D)、抽真空(V)、第5级压力均衡升(E5R)、第4级压力均衡升(E4R)、第3级压力均衡升(E3R)、第2级压力均衡升(E2R)、第1级压力均衡升(E1R)和最终升压(FR)等步骤。8台吸附塔按由控制器自动控制交替循环操作,时间上相互交错一个分周期,以此达到原料气不断输入,产品气不断输出的目的。
但是,该技术的吸附剂再生是通过真空泵抽负压来实现的,不但真空泵电耗、水耗高,填料密封经常泄漏,而且容易带水,造成燃料气和吸附塔带水,影响工况运行;运行工况有负压阶段,如果出现装置泄漏,可能在负压时段从泄露处吸入空气,造成爆炸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变压吸附制氢工艺,本发明中的变压吸附制氢工艺不但实现节能降耗的目的,还保证正压运行工况,降低正在运行安全风险。
本发明提供一种变压吸附制氢工艺,其特征在于,系统运行时共8台在线吸附塔,每台吸附塔依次经历吸附、第1级压力均衡降、第2级压力均衡降、第3级压力均衡降、顺向放压、逆向放压、反冲洗、第3级压力均衡升、第2级压力均衡升和第1级压力均衡升和最终升压;
按系统运行时间将所述变压吸附制氢工艺划分为8个分周期,所述相邻两台在线吸附塔的工艺步骤相差一个分周期,且任意时刻均有2台相邻吸附塔处于吸附步骤。
优选的,所述吸附的压力为1.9~2.1MPa。
优选的,所述第1级压力均衡降的压力下降至1.4~1.6MPa;
所述第2级压力均衡降的压力下降至0.9~1.1MPa;
所述第3级压力均衡降的压力下降至0.5~0.6MPa。
优选的,所述顺向放压分为两个阶段进行,第一顺向放压阶段的压力下降至0.35~0.4MPa,第二顺向放压阶段的压力下降至0.20~0.25MPa;
第一顺向放压阶段的时间与所述第二顺向放压的时间相同。
优选的,所述逆向放压分为两个阶段进行,第一逆向放压阶段的压力下降至0.1~0.15MPa,第二逆向放压阶段的压力下降至0.04~0.05MPa;
第一逆向放压阶段的时间与所述第二逆向放压的时间相同。
优选的,所述反向冲洗分两个阶段进行,第一反向冲洗阶段和第二反向冲洗阶段的时间相同;
所述反向冲洗的压力为0.04~0.05MPa;
所述反向冲洗使用的冲洗气为氢气。
优选的,所述第3级压力均衡升的压力升高至0.5~0.6MPa;
所述第2级压力均衡升的压力升高至0.9~1.1MPa;
所述第1级压力均衡升的压力升高至1.4~1.6MPa。
优选的,所述最终升压的压力升至1.9~2.0MPa。
优选的,所述吸附为2个分周期,所述第1级压力均衡降和第2级压力均衡降为1个分周期,所述第3级压力均衡降和第一顺向放压阶段为1个分周期,所述第二顺向放压阶段和逆向放压为1个分周期,所述反向冲洗为1个分周期,所述第3级均衡压力升和第2级均衡压力升为1个分周期,所述第1级均衡压力升和最终升压为1个分周期。
优选的,所述吸附的时间为120s,所述第1级压力均衡降的时间为30s,所述第2级压力均衡降的时间为30s,所述第3级压力均衡降的时间为30s,所述顺向放压的时间为60s,所述逆向放压的时间为30s,所述反冲洗的时间为60s,所述第3级压力均衡升的时间为30s,所述第2级压力均衡升的时间为30s,所述第1级压力均衡升的时间为30s,所述最终升压的时间为30s。
本发明提供了一种变压吸附制氢工艺,其特征在于,系统运行时共8台在线吸附塔,每台吸附塔依次经历吸附、第1级压力均衡降、第2级压力均衡降、第3级压力均衡降、顺向放压、逆向放压、反冲洗、第3级压力均衡升、第2级压力均衡升和第1级压力均衡升和最终升压;按系统运行时间将所述变压吸附制氢工艺划分为8个分周期,所述相邻两台在线吸附塔的工艺步骤相差一个分周期,且任意时刻均有2台相邻吸附塔处于吸附步骤。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1)本发明利用了反冲洗代替了真空泵,每年不但可节省1728000度电,折合人民币约70万元;脱盐水每年省48000吨,折合人民币约48万元;真空泵、程控阀检维修费用折合人民币约24万元;总折合人民币142万元/年。而且,改造后,燃料气系统将不再带水,班组每班两次的脱水工作将停止,减轻班组工作量;降低吸附剂带水风险,保证吸附剂使用寿命。最主要的是采用反冲洗流程后,PSA系统将不再出现负压运行状态,如果出现泄漏,只能向外泄漏,不会出现以前空气吸入运行系统内,造成PSA装置或后工序爆炸的情况,提高装置安全运行指数;
2)本发明同时将工艺流程改进为2塔吸附,3次均压的工艺流程,能够有效提高制氢量和氢气气体回收率,实验结果表明,本发明中的工艺将原有工艺的最大制氢量由原来8000Nm3/h提升至11000Nm3/h,氢气收率为70%左右,比原工艺提升了3~5%;
3)本发明的工艺运行负荷增加,油洗放空干气可以全部回收,提纯后将长余氢气送合成反应系统,实现放空气回收利用;
4)本发明的工艺现场装置运行声音较以前大幅度减少,气体对管道、阀门的冲刷有所减弱;
5)本发明中的工艺中,控制顺向放压的阀组气体双向流动变为单向流动,程控阀密封垫损坏率可能有所降低,减少检修频次,不但节约检修费用,还能降低检修过程中加盲氢气泄漏造成闪爆事故的风险;
6)本发明中的工艺可以随意进行吸附塔切出,较以前必须成对切塔方便很多,特别是对于程控阀执行机构故障检修提高效率,且以前最多只能同时切出2塔,现在可以同时切出4塔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明变压吸附制氢工艺的吸附塔部分结构示意图;
其中,1~8分表表示8个在线吸附塔;
图2为本发明变压吸附制氢工艺的解吸气部分结构示意图;
其中,9为解吸气缓冲罐,10为解吸气混合罐。
具体实施方式
本发明提供了一种变压吸附制氢工艺,其特征在于,系统运行时共8台在线吸附塔,每台吸附塔依次经历吸附、第1级压力均衡降、第2级压力均衡降、第3级压力均衡降、顺向放压、逆向放压、反冲洗、第3级压力均衡升、第2级压力均衡升和第1级压力均衡升和最终升压;
按系统运行时间将所述变压吸附制氢工艺划分为8个分周期,所述相邻两台在线吸附塔的工艺步骤相差一个分周期,且任意时刻均有2台相邻吸附塔处于吸附步骤。
本发明中的变压吸附制氢工艺运行时共有8台在线吸附塔,每台吸附塔均依次经历吸附、第1级压力均衡降、第2级压力均衡降、第3级压力均衡降、顺向放压、逆向放压、反冲洗、第3级压力均衡升、第2级压力均衡升和第1级压力均衡升和最终升压这11个步骤;上述11个步骤按照每个步骤的时间划分为8个分周期,相邻两台在线吸附塔的工艺步骤相差一个分周期,其中,吸附步骤占了2个分周期,这样能够保证在任意时刻均有2台相邻的吸附塔处于吸附步骤。
在本发明中,所述吸附为2个分周期,所述第1级压力均衡降和第2级压力均衡降为1个分周期,所述第3级压力均衡降和第一顺向放压阶段为1个分周期,所述第二顺向放压阶段和逆向放压为1个分周期,所述反向冲洗为1个分周期,所述第3级均衡压力升和第2级均衡压力升为1个分周期,所述第1级均衡压力升和最终升压为1个分周期。
在本发明中,所述吸附的压力优选为1.9~2.1MPa,更优选为2.0MPa,所述吸附的时间优选为120s。本发明对所述吸附所使用的吸附剂没有特殊的限制,采用本领域技术人员常用的吸附剂即可。
本发明采用3次均压,即3次均衡压力降和3次均衡压力升,第1级均衡压力降优选将压力由吸附步骤的1.9~2.1MPa下降至1.4~1.6MPa,更优选为1.5MPa,所述第1级均衡压力降的时间优选为30s。
所述第2级均衡压力降优选将压力由第1级均衡压力降的1.4~1.6MPa下降至0.9~1.1MPa,更优选为1.0Mpa;所述第2级均衡压力降的时间优选为30s。
所述第3级均衡压力降优选将压力由第2级均衡压力降的0.9~1.1MPa下降至0.5~0.6MPa,更优选为0.53MPa;所述第3级均衡压力降的时间优选为30s。。
本发明通过对均压过程的次数和压力参数进行改进,提高了氢气收率,改变了传统工艺中采用反冲洗所导致的氢气收率低的缺陷。
在本发明中,当吸附塔三次均衡压力降完毕后,吸附塔内存压为0.53MPa左右,打开吸附塔出口端的气体经程控阀和调节阀控制对另一个吸附塔进行反冲洗。气体从塔顶部出口放压,所以称之为顺向放压。在本发明中,所述顺向放压分为两个阶段进行,第一顺向放压阶段和第二顺向放压阶段的时间相同,经过第一顺向放压阶段后,吸附塔内的压力优选下降至0.35~0.4MPa,更优选为0.38MPa;经过第二顺向放压阶段后,吸附塔内的压力优选下降至0.20~0.25MPa,更优选为0.23MPa。所述顺向放压的时间优选为60s,即,所述第一顺向放压阶段和第二顺向放压阶段的时间均为30s。
当吸附塔顺向放压完毕后,吸附塔内存压为0.23MPa左右,程序开启阀门,塔内所剩余的气体从塔底部逆向放压,高压部分逆放气体经过程控阀均匀进入解吸气缓冲罐。由于气体从塔底部出口放压,所以称之为逆向放压。在本发明中,所述逆向放压分为两个阶段进行,第一逆向放压阶段和第二逆向放压阶段的时间相同,经过第一逆向放压阶段后,吸附塔内的压力优选下降至0.15~0.1MPa,更优选为0.1MPa;经过第二逆向放压阶段后,吸附塔内的压力优选下降至0.04~0.05MPa,更优选为0.05MPa。所述逆向放压的时间优选为30s,即,所述第一逆向放压阶段和第二逆向放压阶段的时间均为15s。
吸附塔逆向放压完毕后,开始进行反冲洗步骤,在本发明中,所述反冲洗能够解吸吸附剂的杂质组分,所述反冲洗所使用的冲洗气优选为氢气。
所述反冲洗的时间优选为60s,所述反冲洗优选分两个阶段进行,第一反向冲洗阶段和第二反向冲洗阶段的时间相同,均为30s;
所述反向冲洗过程中压力不变,优选为0.04~0.05MPa,更优选为0.05MPa。
完成所述反向冲洗后,吸附塔内进行3次均衡升压过程,所述第3级压力均衡升的压力由0.04~0.05MPa升高至0.5~0.6MPa,更优选为0.53MPa;所述第3级均衡压力升的时间优选为30s;
所述第2级压力均衡升由0.5~0.6MPa升高至0.9~1.1MPa,更优选为1.0MPa;所述第2级均衡压力升的时间优选为30s;
所述第1级压力均衡升的压力由0.9~1.1MPa升高至1.4~1.6MPa,更优选为1.5MPa;所述第1级均衡压力升的时间优选为30s。
完成所述3次升压后,对所述吸附塔内进行最终升压,将压力升至1.9~2.1MPa,更优选为2.0MPa,所述最终升压的时间优选为30s。
在本发明中,8台吸附塔按由控制器自动控制交替循环操作,时间上相互交错一个分周期,以此达到原料气不断输入,产品气不断输出的目的。产品氢气送出界外。解吸气为逆向放压解吸气和反冲洗解吸气的混合气。第一逆向放压阶段的解吸气通过程控阀进入解吸气缓冲罐,解吸气缓冲罐气体通过调节阀程序控制进入解吸气混合罐;第二逆向放压阶段的解吸气通过调节阀程序控制进入解吸气混合罐;冲洗气通过程控阀控制进入解吸气混合罐。解吸气送往界外。
本发明将原工艺中吸附剂再生抽真空步骤改为反冲洗解吸吸附剂的杂质组分步骤,停制氢装置真空泵,取消抽真空操作,改造为反冲洗流程,将原有的8台在线吸附塔、1塔吸附、5次均压改进为8台在线吸附塔、2塔吸附、3次均压,不但节能降耗,增加装置产能,更重要的是将原抽真空工况变为正压工况,杜绝发生装置泄漏时空气吸入系统造成爆炸的可能。
为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的一种变压吸附制氢工艺进行详细描述,但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
压力2.0Mpa温度≤40℃的原料气(新鲜合成气、油洗干气)送入图1和图2所示的变压吸附系统。变压吸附系统由8台吸附塔、1台解吸气缓冲罐、1台解吸气混合罐、65台程控阀及多台调节阀组成。主工艺流程采用8-2-3/P工艺,即8个在线工作塔、2塔吸附、3次均压、冲洗再生工艺。
具体运行参数如表1所示:
表1中,1~13依次代表吸附(1)、第1级压力均衡降(2)、第2级压力均衡降(3)、第3级压力均衡降(4)、第一次顺向放压(5)、第二次顺向放压(6)、逆向放压(7)、第一次反冲洗(8)、第二次反冲洗(9)、第3级压力均衡升(10)、第2级压力均衡升(11)和第1级压力均衡升(12)和最终升压(13)这13个步骤。
按照本实施例中的工艺,最大制氢量为11000Nm3/h,氢收率为70%左右。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种变压吸附制氢工艺,其特征在于,系统运行时共8台在线吸附塔,每台吸附塔依次经历吸附、第1级压力均衡降、第2级压力均衡降、第3级压力均衡降、顺向放压、逆向放压、反冲洗、第3级压力均衡升、第2级压力均衡升和第1级压力均衡升和最终升压;
按系统运行时间将所述变压吸附制氢工艺划分为8个分周期,所述相邻两台在线吸附塔的工艺步骤相差一个分周期,且任意时刻均有2台相邻吸附塔处于吸附步骤。
2.根据权利要求1所述的变压吸附制氢工艺,其特征在于,所述吸附的压力为1.9~2.1MPa。
3.根据权利要求1所述的变压吸附制氢工艺,其特征在于,所述第1级压力均衡降的压力下降至1.4~1.6MPa;
所述第2级压力均衡降的压力下降至0.9~1.1MPa;
所述第3级压力均衡降的压力下降至0.5~0.6MPa。
4.根据权利要求1所述的变压吸附制氢工艺,其特征在于,所述顺向放压分为两个阶段进行,第一顺向放压阶段的压力下降至0.35~0.4MPa,第二顺向放压阶段的压力下降至0.20~0.25MPa;
第一顺向放压阶段的时间与所述第二顺向放压的时间相同。
5.根据权利要求1所述的变压吸附制氢工艺,其特征在于,所述逆向放压分为两个阶段进行,第一逆向放压阶段的压力下降至0.1~0.15MPa,第二逆向放压阶段的压力下降至0.04~0.05MPa;
第一逆向放压阶段的时间与所述第二逆向放压的时间相同。
6.根据权利要求1所述的变压吸附制氢工艺,其特征在于,所述反向冲洗分两个阶段进行,第一反向冲洗阶段和第二反向冲洗阶段的时间相同;
所述反向冲洗的压力为0.04~0.05MPa;
所述反向冲洗使用的冲洗气为氢气。
7.根据权利要求1所述的变压吸附制氢工艺,其特征在于,所述第3级压力均衡升的压力升高至0.5~0.6MPa;
所述第2级压力均衡升的压力升高至0.9~1.1MPa;
所述第1级压力均衡升的压力升高至1.4~1.6MPa。
8.根据权利要求1所述的变压吸附制氢工艺,其特征在于,所述最终升压的压力升至1.9~2.0MPa。
9.根据权利要求5、6和7所述的变压吸附制氢工艺,其特征在于,所述吸附为2个分周期,所述第1级压力均衡降和第2级压力均衡降为1个分周期,所述第3级压力均衡降和第一顺向放压阶段为1个分周期,所述第二顺向放压阶段和逆向放压为1个分周期,所述反向冲洗为1个分周期,所述第3级均衡压力升和第2级均衡压力升为1个分周期,所述第1级均衡压力升和最终升压为1个分周期。
10.根据权利要求1所述的变压吸附制氢工艺,其特征在于,所述吸附的时间为120s,所述第1级压力均衡降的时间为30s,所述第2级压力均衡降的时间为30s,所述第3级压力均衡降的时间为30s,所述顺向放压的时间为60s,所述逆向放压的时间为30s,所述反冲洗的时间为60s,所述第3级压力均衡升的时间为30s,所述第2级压力均衡升的时间为30s,所述第1级压力均衡升的时间为30s,所述最终升压的时间为30s。
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