CN113929056B - 利用炼化含氢气体制取燃料电池车用氢气的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用炼化含氢气体制取燃料电池用氢气的系统。该系统包括无机膜粗提纯单元、吸附分离提纯单元。所述无机膜粗提纯单元和吸附分离提纯单元采用一体化装置；沿气体流动方向，该一体化装置依次包括原料气控制分配器、膜分离模块、吸附分离模块和产品气控制器。本发明通过模块化地设计原料气控制分配器、膜分离模块与吸附分离模块，将膜分离与吸附分离技术设备实现了一体化；通过原料气控制分配器分层设计与进气管的转动程序控制，实现了对原料气依次通过膜分离与吸附分离模块的控制。本发明采用膜分离与吸附分离高度集成的一体化设备，大幅度减少了装置投资与占地面积。

Description

利用炼化含氢气体制取燃料电池车用氢气的系统
技术领域
本发明涉及高纯氢制取领域，特别是涉及净化炼化含氢气体制取燃料电池车用氢气的装置。
背景技术
随着氢能汽车的推广应用，对氢气的需求量不断增加，如何获得高品质、经济性高的氢气，成为限制氢能汽车推广的关键技术之一。炼化企业作为最大的制氢与用氢单位，由于对氢气品质的高要求以及大规模的生产装置，使其成为了向社会提供氢气的最佳潜在供应商之一。炼化企业的氢源包括制氢装置产氢、催化重组与乙烯装置副产氢，以及催化裂化、焦化、加氢等装置的排放含氢气体，这些含氢气体均含有COx、N2、O2、NH3、卤素、硫化物与低碳烃类等中的多种组分，虽然一些炼油、化工装置对氢气纯度的要求达到99.99%（V），但是，对卤素、硫化物、COx等的要求还是限制在ppm级。如果炼化企业作为燃料电池的供氢单位，参考日本、美国与中国的氢燃料电池车用氢气指标要求，还需要进一步脱除炼化企业含氢气体中的CO至0.2ppm，硫含量至4ppb，卤素至50ppb，甲醛至10ppb，甲酸至0.2ppm，氨至0.1ppm。脱除微量杂质的常用方法主要有深冷、催化反应与吸附法。
专利CN87106121.X采用深冷方法从工业副产氢物流中制取高纯氢气，专利CN201120253262.0和CN200910063769.7均采用金属钯膜作为制取高纯氢气的核心设备，专利CN201010203034.2采用变温与变压吸附组合的工艺制取高纯氢气，专利CN200310113200.X公开了采用催化剂转化氢气中的CO为CO2，并进一步脱除CO2制取燃料电池用氢气的技术。
深冷技术与钯膜分离技术均受到经济性限制，仅限于少量高纯氢气制取的场合。现有的变温、变压与有机膜技术的组合工艺，如果要制取满足燃料电池车用的氢气，则存在工艺流程复杂，占地较大，经济性优势下降等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用炼化含氢气体制取燃料电池车用氢气的系统。
本发明的技术方案如下：
一种利用炼化含氢气体制取燃料电池车用氢气的系统，所述装置包括含氢气体预处理单元、无机膜粗提纯单元、吸附分离提纯单元；所述无机膜粗提纯单元和吸附分离提纯单元构成高纯度气体制取装置；
所述的高纯度气体制取装置，沿原料气到产品气方向，所述装置依次包括原料气控制分配器、膜分离模块、吸附分离模块和产品气控制器；原料气控制分配器与膜分离模块组成无机膜粗提纯单元，吸附分离模块和产品气控制器组成高纯度氢气制备单元；
所述的原料气控制分配器包括原料气进气管、原料气缓冲盘和原料气分配盘；所述原料气缓冲盘的进气侧端面为封闭结构，出气侧包括n个缓冲区，n为整数；所述缓冲区在缓冲盘上呈凹槽状，各缓冲区围绕圆柱或正多边形体的中心设置，且在朝向中心处开口（n个开口彼此隔离且不相通），用于接收来自原料气进气管的原料气；所述原料气进气管贯穿原料气缓冲盘设置；原料气进气管在贯穿原料气缓冲盘（部分）的管壁上设置开口，该开口与原料缓冲区的开口相对应；所述原料气分配盘覆盖于原料气缓冲盘的出气侧端面，二者固定连接，使原料气缓冲区成为n个彼此隔离的区域，原料气只能通过分配盘上的贯通孔进入对应的膜块单元；
所述膜分离模块包括膜分离壳体、两端的膜管支撑板、固定于膜管支撑板之间的若干膜管组件、膜管组件分区隔板，所述膜管组件分区隔板将膜管组件分为n个膜块单元，n个膜块单元与n个原料气缓冲区上下位置相对应；所述膜分离模块的膜管外或膜管内装填用于脱除氢气中的硫、卤素等微量杂质的吸附剂/催化剂。
进一步地，所述吸附分离模块包括吸附分离模块壳体、支撑板、吸附剂床层和吸附分区隔板，吸附分区隔板将吸附剂床层分隔为n个吸附单元，吸附单元与膜块单元上下对应；吸附剂床层的另一端与产品气控制器固定连接。
进一步地，所述产品气控制器为板状结构，其上分布有n个产品气出口，n个产品气出口分别与吸附单元的吸附剂床层相对应，并保持相通。
进一步地，根据吸附剂/催化剂的工艺条件，所述的膜管外或膜管内优选还设置加热装置。
进一步地，高纯度气体制取装置的整体外形结构呈圆柱状或正多边形体状。
进一步地，进入原料气进气管的原料气是来自预处理单元的气体产品。
进一步地，所述的炼化含氢气体可以是天然气、煤制氢、石脑油等制氢装置生产的氢气，也可以是重整装置副产氢、加氢装置外排氢、乙烯副产氢、催化装置与焦化等装置外排含氢气10%（V）-95%（V）的气体。
进一步地，当原料气为制氢装置产含氢气体时，仅采用无机粗提纯单元与吸附分离提纯单元的一体化设备，即可得到燃料电池级的氢气。所述无机膜粗提纯单元，除了脱除含氢气体中部分甲烷、一氧化碳、二氧化碳等组分外，最重要的作用是脱除含氢气体中的硫化物至1ppb、卤素至20ppb、甲酸至5ppb。
进一步地，当含氢气体的来源为非制氢装置产氢，即为各种炼化装置副产氢或排放氢时，所述装置还包括含氢气体预处理单元，用于脱除炼厂气中的机械杂质及部分较重的组分，部分较重的组分包括水、C3+，这些组分在常温、较高的压力下会凝结成液滴，靠重力作用沉降在预处理单元底部并作为脱除液排出装置外。所述预处理部分中可以加速脱液过程的技术有，旋流分离与聚结脱液技术。旋流分离脱液根据物质间的密度差异及离心力的作用，可以将较大分子的水与重烃等凝结脱除；聚结器脱液则是根据不同物质不同的表面张力脱除炼厂气中的大分子物质。经过预处理单元的含氢气体进一步进入无机膜粗提纯单元。
无机膜粗提纯单元用于进一步脱除炼厂气中的轻烃，在无机膜单元的渗透侧，炼厂气中氢气纯度从10（V）%-95（V）%提纯至50（V）%-98（V）%，在无机膜单元的渗余侧，甲烷、乙烷、乙烯等轻烃组分得到浓集。
所述无机膜粗提纯单元中采用的无机膜管，可以是炭分子筛膜、沸石分子筛膜（如NaA、Y、X等类型的分子筛）等。所述无机膜材料必须满足耐受不低于500℃的高温，或使用温度大范围波动时，仍然能保持其分子筛基本结构不破坏，并保持其选择性分离效果。
所述的吸附分离模块中的吸附剂，一般采用氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛、一氧化碳与水等专用吸附剂的级配床层，以用于进一步脱除甲烷至2ppm、水至5ppm、二氧化碳至2ppm、一氧化碳至0.1ppm。
所述无机膜粗提纯单元的最重要特点之一是不被炼厂气中可能产生的凝液污染，在水或液态烃环境中，无机膜材料化学稳定性良好。
所述无机膜粗提纯单元，在无机膜组件壳体内或无机膜管内装填用于脱除硫化物与卤化物的专用吸附剂或催化剂，所述脱除硫化物与卤化物的专用吸附剂/催化剂可以是金属氧化物类、活性炭类、钼/镍金属类或分子筛类。
进一步地，所述无机膜组件壳体内或无机膜管内优选还增设加热系统。当采用高温专用吸附剂或催化剂时，加热系统可以用于加热含氢气体，保证硫化物与卤化物的脱除，同时，无机膜粗提纯单元的无机膜组件不会因为加热而损失性能。
进一步地，所述无机膜组件的壳体内可以均匀布设加热棒或位于壳内壁侧/外壁侧的加热套，或者，在无机膜管内的膜管中心位置插放加热棒。
所述无机膜组件壳体内或无机膜管内增设的加热系统，当原料气中含有C4、C5、C6类重烃时，还可以将无机膜粗提纯单元作为一个变温吸附单元，在无机膜单元中装填的变温吸附剂用于在常温下吸附C4、C5、C6类重烃，在高温下解吸C4、C5、C6类重烃，而无机膜粗提纯单元的分块设计可以实现整套装置的连续运行。
所述变温吸附吸附剂包括分子筛类、硅胶类、活性氧化铝类与活性炭类，所述高温解吸温度在70℃-500℃的范围。
进一步的，吸附分离单元需要在常温下工作，膜分离模块中经过升温脱除硫、卤素等杂质的含氢气体需要进一步冷却至常温，或不高于60℃，方可进入吸附分离模块。优选地，在所述膜分离模块的上部，出气端膜管支撑板的下方设置冷却器。所述冷却期采用包围无机膜管的形式。所述膜分离壳体的上部设置冷却介质进口和冷却介质出口。根据冷却需要，冷却介质可以是不同温度的冷却水或低于0℃的液态冷介质。
进一步的，当原料气中含有的C3组分含量不大于10%（V），硫化物与卤化物含量均不大于1ppm，并且不含有C4+类轻烃时，所述膜分离模块可以不分区块，整个膜分离作为一个脱除微量卤化物、硫化物至ppb级与脱除部分C3的固定床。
进一步的，上述作为固定床的膜分离模块膜管内装填脱除硫化物、卤化物的吸附剂/催化剂，壳体内利用分子筛膜脱除的部分C3烃类可以排出装置外。
进一步的，当膜分离模块作为一个不分区块的固定床时，膜分离模块仅设原料气分配盘；而不再设原料控制分配器中的原料气进气管和原料气缓冲盘。
进一步的，当膜分离模块作为一个不分区块的固定床时，经过膜分离模块粗提纯后的气体，在吸附分离模块的入口处，将采用与膜分离模块分区块时一样的进料气控制分配器，用于实现吸附分离模块的分区块进料。
进一步的，当原料气中含有C4+类轻烃时，膜分离模块则必须分为区块，此时，膜分离模块的每一个区块相当于变温吸附的一个塔，膜分离模块膜管内装填脱除硫化物、卤化物的吸附剂/催化剂，壳体内装填脱除C4+类轻烃的变温吸附剂。
进一步的，膜分离模块区块壳体内的吸附剂在常温下系统C4+类轻烃，并在高温下进行解吸，吸附与解吸在不同的区块内进行。
所述吸附分离模块包括吸附分离模块壳体、支撑板、吸附剂床层和吸附分区隔板，吸附分区隔板将吸附剂床层分隔为n个吸附单元，吸附单元与膜块单元上下对应；吸附剂床层的另一端与产品气控制器固定连接。
所述产品气控制器为板状结构，其上分布有n个产品气出口，n个产品气出口分别与吸附单元的吸附剂床层相对应，并保持相通。
进一步的，所述的原料气进气管与原料气缓冲盘之间为活动连接，原料气进气管可以转动。因此，本发明的装置还可以包括驱动装置，所述驱动装置与原料气进气管之间固定连接，以用于驱动原料气进气管按照设定的程序转动或停止。
所述原料气进气管上开口的面积大小不大于相对应的缓冲盘上缓冲区用于接收原料气开口的面积。所述原料气进气管的末端为封闭结构，且其末端与原料气缓冲盘的出气端端面平齐。
所述的原料气分配盘上分布有若干贯通孔，所述的若干通孔分为n个分区，分别与n个膜分离模块相对应。所述原料气分配盘上的贯通孔，一般呈扇形分布，用于将经过缓冲区的原料气均匀分配到膜分离模块中。
所述膜分离模块进气侧的膜管支撑板上分布有若干孔，所述的若干孔分为n个区，分别与n个原料气分配缓冲区相对应，并互通。
所述的膜分离模块中，膜分离模块进气侧的膜管支撑板与所述原料气分配盘采用同一构件或结构。
所述的膜分离模块壳体在对应n个膜块单元的位置分别设置有渗余气排出口。
所述的膜分离模块壳体与所述的吸附分离模块壳体均采用圆筒或正多边形体结构。所述的膜分离模块与吸附分离模块同轴设置。
所述的膜分离模块，设置的膜组件是无机膜，用于原料气体的粗提纯。
所述的膜分离模块，中空分子筛膜管封装在圆柱状壳体内，封装分子筛膜管的圆柱壳体下端与进入膜分离模块气体控制分配器连接，分子筛膜管被均分为n个区块，每个区块包含有等量中空分子筛膜管。
所述的吸附分离模块壳体在对应n个吸附单元的位置分别设置解吸气排出口，用于解吸程序中排出解吸气。
所述的吸附分离模块中，吸附剂被封装在圆柱状壳体内。圆柱壳体下端与膜分离模块的上端相连接，连接处设有与原料气分配盘类似结构的气体分配盘，圆柱壳体上端与产品气控制器连接。吸附剂通常被均分为n个区块，每个区块能处理的气体量相同。
所述吸附分离模块中，在与膜分离模块上端的连接处，设置的气体分配盘与原料气控制分配器结构类似，但包含的缓冲区块为n个，其n个缓冲区块与n个吸附分离区块一一对应。
上述膜分离模块中均分的分子筛膜管区块数与吸附分离模块中均分的吸附剂区块数目可以根据原料气中需要脱除的杂质而定。一般膜分离模块的区块数可以是大于等于1，优选大于等于2；吸附分离模块的区块数则至少为n个，n大于等于2。
上述吸附分离模块，用于将膜分离制得的粗提纯气体进一步提纯获得高纯度的气体。根据粗提纯气体中杂质组成，吸附分离模块中可分层堆填吸附各种杂质的吸附剂，一般包括活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛、活性炭等。
进一步的，所述产品气控制器为板状结构，其上分布有n个产品气出口，n个产品气出口分别与吸附单元的吸附剂床层相对应，并保持相通。所述的产品气排放口，用于控制产品气的排出与吸附床层内部的压力。
本发明的装置还可以包括中心轴，所述的膜分离模块、吸附分离模块和产品气控制器均通过中心轴安装孔套装于所述中心轴上。中心轴的设置，用于实现制取装置的快速安装与检修。
与现有技术相比较，本发明的炼化含氢气体制取燃料电池级氢气的系统具有如下优点：
1、创新的设计了采用炼化含氢气体制取燃料电池级氢气的工艺系统。
2、通过一体化设备的创新设计，实现了对膜分离、吸附/催化脱除氢气中微量杂质与吸附分离技术的高度集成。
3、为氢燃料电池供氢提供了一种经济高效的技术方法，成本仅为水电解制氢的30%左右。
附图说明
图1为炼化含氢气体制取燃料电池车用氢气系统的结构示意图。
图2为高纯度气体制取装置结构示意图。
图3为高纯度气体制取装置的原料气进气管结构示意图。
图4为高纯度气体制取装置的进料分配器结构示意图。
图5为高纯度气体制取装置的无机膜模块结构示意图。
图6为高纯度气体制取装置的吸附分离模块结构示意图。
图7为膜分离粗提纯单元不分块的高纯度气体制取装置结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明所述炼化含氢气体制取燃料电池车用氢气的技术进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的内容仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
下面结合附图对本发明的系统做进一步说明。
如图1所示，本发明的炼化含氢气体制取燃料电池车用氢气的系统设有预处理单元A、无机膜粗提纯单元B、吸附分离提纯单元C；炼化含氢气体100首先经过预处理单元A，脱液后气体101作为无机膜粗提纯单元B的进料，脱除的水、C3+重烃等组分作为脱除液102从单元A底部排出；脱液后气体101经过无机膜粗提纯单元B后，得到粗提纯产品气201作为吸附分离提纯单元C的进料，得到渗余气和部分轻烃凝液202从单元B底部排出；经过无机膜粗提纯单元提纯后的粗提纯产品气201进一步通过吸附分离提纯单元C，得到满足燃料电池车用氢气指标的产品气301，以及解吸气302从单元C底部排出。
所述预处理脱液单元A中可以采用旋流分离或聚结分离技术。
所述预处理单元A，当含氢气体中不含机械杂质、水、氨及可能产生凝液的轻烃组分时，可以不设该单元。
其中，无机膜粗提纯单元B与吸附分离提纯单元C组成的高纯度气体制取装置，其结构如图2所示。图2中，4为脱液后气体101作为原料气进入高纯气体制取装置的原料气进气管，5为脱液后气体101进入无机膜粗提纯单元B的进料分配器，通过进料分配器5，可以控制脱液后气体101进入单元B中一定的无机膜管区块，6为无机膜粗提纯单元B中无机膜的组装方式示意，7为粗提纯产品气201进入单元C的分配器，8为吸附分离提纯单元C中吸附分离材料装填的结构示意，9为高纯度氢气301出装置的产品气控制器，10为实现无机膜粗提纯单元B与吸附分离提纯单元C结合中心轴，可用于两个单元的快速组装。604为渗余气和部分轻烃凝液202从单元B底部的排出口，804为解吸气302从单元C底部的排出口。
如图3所示，原料气进气管4上设有开口401，用于将原料气通过开口504分配至缓冲区，仅有开口401与一个开口504对应时，原料气进入相应的缓冲区，再依次进入对应的膜分离与吸附分离模块，在开口401所不对应的缓冲区中没有原料气进入。
如图4所示，进料分配器5包括缓冲盘501和分配盘502。
所述缓冲盘501上设有凹槽型进料缓冲区503，同时凹槽设有朝向中轴，用于接收来自原料气管进料的开口504（开口数与缓冲区数相等，且相互隔离），进料分配盘502上设有贯通孔505。
所述的进料分配盘502覆盖于原料气缓冲盘501之上，使得进料只能通过开口504进入缓冲区503，再由缓冲区经分配盘上的贯通孔505均匀分配进入无机膜粗提纯单元B的确定区块中。
如图5所示，所述无机膜粗提纯单元B中，其中无机膜模块6包括膜组件601、膜组件分区隔板602、膜组件安装壳体603、进气端膜管支撑板605、出气端膜管支撑板606和位于安装壳体（上）底部的渗余气排出口604（渗余气排出口的数目与膜组件分隔区的块数相等）。进气端膜管支撑板605可以采用与原料气分配盘完全相同的结构，且其设置的贯通孔亦与原料气分配盘的贯通孔一一对应。或者，进气端膜管支撑板605与原料气分配盘采用同一构件。出气端膜管支撑板606与膜组件安装壳体603边缘密封连接，其上设置若干贯通孔，若干贯通孔与膜组件601的出气口一一对应。渗余气排出口604为渗余气和部分轻烃凝液202的排出口。
所述无机膜粗提纯单元B，在壳体603与膜组件601构成的密闭壳体中，装填用于脱除硫、卤素等氢气中微量杂质组分的吸附剂或催化剂607，或者，吸附剂或催化剂也可以装填在膜组件601的膜管内。所述壳体603与膜组件601构成的密闭壳体中，或膜组件601的膜管内可以设置用于加热的组件608，作为吸附剂或催化剂发生吸附/催化反应时的热源。
所述粗提纯单元装填的用于脱除硫、卤素等杂质的吸附剂或催化剂，典型的反应温度为70℃-500℃。
进一步的，吸附分离单元需要在常温下工作，经过升温脱除硫、卤素等杂质的含氢气体需要进一步冷却至常温，或不高于60℃。
用于冷却含氢气体的冷却器609可以位于无机膜粗提纯单元的上部，并位于出气端膜管支撑板606之下，并采用包围无机膜管的形式。
所述冷却器利用的外界冷介质从冷却介质进口610进入，从冷却介质出口611离开。冷介质根据需要冷却需要，可以是不同温度的冷却水或低于0℃的液态冷介质。
出气端膜管支撑板606与粗提纯产品气201进入吸附分离提纯单元C的分配器7可以采用同样结构形式，或为同一组成构件。
如图6所示，所述的吸附分离提纯单元C中，吸附分离模块8包括吸附剂床层801、吸附剂床层分区隔板802、吸附剂床层壳体803、吸附剂模块分配盘805、位于吸附剂床层壳体803（上）底部的解吸气排出口804（解吸气排出的数目与吸附剂床层分隔区块数相等）。吸附剂模块分配盘805可以采用与出气端膜管支撑板606完全相同的结构，且其设置的贯通孔亦与膜分离模块出气端板上的贯通孔一一对应。或者，吸附剂模块分配盘805与出气端膜管支撑板606采用同一构件。解吸气排出口804为解吸气302从单元C底部的排出口。
图2中，无机膜粗提纯单元B中无机膜管可组装为1个区块（不分块）或2、4、6、8等偶数个区块。
当无机膜粗提纯单元B中无机膜管分块组装时，分块数与吸附分离提纯单元C的分块数相等，并一一对应。通过原料气控制分配可以实现相等数量的无机膜管区块与吸附剂区块同时工作，制取高纯度氢气并回收轻烃，同时其它未工作的区块进行解吸再生的步骤，实现系统的连续生产。
如图7所示，当无机膜粗提纯单元B不分块时，原料气进气管4将原料气导入无机膜粗提纯单元壳体内，原料气经由无机膜管外壁进入膜管内侧，进一步由内侧离开无机膜粗提纯单元。离开无机膜粗提纯单元的粗提纯含氢气体经由气体收集管701进入吸附分离提纯单元的进料分配器7，气体收集管701具有与原料气进气管4同样的结构，见图3，进料分配器7具有与进料分配器5同样结构，见图4。
如图7所示，当无机膜粗提纯单元B不分块时，原料气进气管不转动，仅具有输送原料气至无机膜粗提纯单元的功能，气体收集管701具有转动功能，气体收集管701下段收集离开无机膜粗提纯单元的粗提纯含氢气体作为吸附分离提纯单元的进料气，上段设有与开口401同样的进气口，并通过周期性转动，将气体送入不同的吸附分离区块中进行提纯。
如图7所示，当无机膜粗提纯单元B不分块时，同时无机膜粗提纯单元装填需要加热脱除硫化物、卤化物的催化剂/吸附剂时，冷却器609位于无机膜粗提纯单元的上部，需要冷却的粗提纯含氢气体经由冷却器609壳程后进入气体收集管701，进一步经由分配器7进入吸附分离提纯单元的不同区块。
下面介绍本发明所述一种炼化含氢气体制取燃料电池车用氢气技术的实现过程，以无机膜粗提纯单元B和吸附分离提纯单元C均分为4个区块为例进行说明，所述系统工作时包括如下步骤：
（1）炼厂气100在压力1.0MPa-20.0MPa的工况下进入预处理脱液单元A，采用旋流或聚结脱液的方式，脱除炼厂气中90%以上的水、氨与50%以上的C3+等组分。
（2）脱液后气体101经过无机膜粗提纯单元B的进料分配器5，进入无机膜粗提纯单元中的一个区块，产生的渗余气主要为甲烷和部分C2+凝液，在此过程中保留在渗余侧。
（3）无机膜粗提纯单元产生的粗提纯产品气201作为吸附分离提纯单元C的进料，氢气纯度达到50%-98%（v），通过进料分配器7，粗提纯气体201进入单元C中的对应区块。
（4）置于无机膜粗提纯单元中用于脱除硫化物与卤素等微量杂质组分的吸附剂/催化剂，根据杂质组分的含量，将原料气加热到加热到70℃至500℃的工艺需求范围，脱除硫化物、卤素等杂质，满足燃料电池车用氢气的标准需求。
（5）粗提纯产品气201经过单元C中的吸附剂区块后，得到99.9%-99.9999%（v）的高纯度氢气301，当燃料电池杂质组分标准都满足的情况下，可以调整吸附分离提纯单元吸附剂区块的吸附时间，降低氢气纯度，以提高系统的氢气回收率。
（6）以吸附剂区块的吸附饱和为时间指标，完成步骤（1）-（4）后，通过进料分配管4，将原料炼厂气导入另一无机膜粗提纯单元区块，此过程中，吸附分离提纯单元C与单元B同时被切换。
（7）在另一区块进行工作的同时，通过渗余气排出口604排出上次膜分离过程产生的渗余气和部分C2+凝液；通过解吸气排出口804排出吸附剂中解吸出的杂质气体，完成吸附剂区块的再生。
（8）重复上述步骤（2）～步骤（7），即可实现装置的连续运转，实现对炼厂气中高价值组分的分离回收。
实施例1
炼化含氢气体之一的典型组成为：总硫5mg/Nm3、甲烷-20%（V）、乙烷-10%（V）、乙烯与烯烃-8%（V）、C3+-1.5%（V）、氧气-1%（V）、氮气-14%（V）、一氧化碳-1%（V）、二氧化碳-2%（V）、氢气-42.5%（V）。
采用本发明所述技术，利用上述炼化含氢气体制取燃料电池车用氢气的工艺流程如下：
（1）经由进料分配器5，将上述气体作为无机膜粗提纯单元的进料，无机膜的类型可以是碳分子筛膜、A型、X型或Y型等分子筛膜。
（2）上述系统无机膜提纯单元的无机膜组件壳体或无机膜管内，装填金属氧化物类脱硫吸附剂/催化剂，用于将总硫脱除至10ppb。
（3）上述无机膜提纯单元的操作工艺条件是，原料气压力2MPa-20MPa，原料气经过无机膜后的压力降至少为0.5MPa，操作温度为30℃-350℃。
（4）当操作温度大于80℃时，需要将粗提纯产品气201在无机膜粗提纯单元的顶部利用冷却器609冷却至不高于60℃。
（5）无机膜提纯单元渗透侧为粗提纯产品氢气，经由无机膜提纯单元提纯的产品氢气纯度不小于65%，通过无机膜管两侧压差调节纯度与氢气回收率，保证压差小于等于2MPa时，氢气回收率不小于95%。
（6）经由分配器进入吸附分离单元的含氢气体进一步经过吸附剂床层，典型的吸附剂床层从下至上为硅胶、氧化铝、分子筛，通过控制吸附剂区块的吸附时间，保证离开吸附剂床层的氢气纯度不小于99.99%（V），同时使一氧化碳的浓度低于0.1ppm，总硫含量低于2ppb。
（7）当一组对应的无机膜提纯单元与吸附分离单元完成制取满足标准要求的氢气产品后，转动进料分配器5，将原料气导入另一无机膜提纯单元与对应的吸附分离提纯单元，同时进行已完成提纯过程的无机膜提纯单元渗余气的排放与吸附分离提纯单元解吸气的排放，完成无机膜提纯单元与吸附分离提纯单元中一个工作区块的再生，准备下一次提纯净化制取氢气。
（8）重复上述步骤（1）~（6），可实现利用该类型炼化含氢气体连续制取燃料电池车用的氢气。
实施例2
炼化含氢气体之一的典型组成为：总硫450ppm、甲烷-5%（V）、氮气-0.5%（V）、一氧化碳-3%（V）、二氧化碳-17%（V）、氢气-74.5%（V）、卤素-10ppm、水-300ppm。
采用本发明所述系统，利用上述炼化含氢气体制取燃料电池车用氢气的工艺流程如下：
（1）经由进料分配器5，将上述气体作为无机膜粗提纯单元的进料，无机膜的类型可以是碳分子筛膜、A型、X型或Y型等分子筛膜。
（2）上述系统无机膜提纯单元的无机膜组件壳体或无机膜管内，装填金属氧化物类/贵金属负载类脱硫与脱卤素吸附剂/催化剂，用于将总硫脱除至10ppb、将卤素脱至100ppb。
（3）上述无机膜提纯单元的操作工艺条件是，原料气压力2MPa-20MPa，原料气经过无机膜后的压力降至少为0.5MPa，操作温度为30℃-350℃。
（4）当操作温度大于80℃时，需要将粗提纯产品气201在无机膜粗提纯单元的顶部利用冷却器609冷却至不高于60℃。
（5）无机膜提纯单元渗透侧为粗提纯产品氢气，经由无机膜提纯单元提纯的产品氢气纯度不小于85%，通过无机膜管两侧压差调节纯度与氢气回收率，保证压差小于等于2MPa时，氢气回收率不小于98%。
（6）经由分配器进入吸附分离单元的含氢气体进一步经过吸附剂床层，典型的吸附剂床层从下至上为硅胶、氧化铝、分子筛，通过控制吸附剂区块的吸附时间，保证离开吸附剂床层的氢气纯度不小于99.99%（V），同时使一氧化碳的浓度低于0.1ppm，总硫含量低于2ppb，卤素含硫低于40ppb，水含量低于5ppm。
（7）当一组对应的无机膜提纯单元与吸附分离单元完成制取满足标准要求的氢气产品后，转动进料分配器5，将原料气导入另一无机膜提纯单元与对应的吸附分离提纯单元，同时进行已完成提纯过程的无机膜提纯单元渗余气的排放与吸附分离提纯单元解吸气的排放，完成无机膜提纯单元与吸附分离提纯单元中一个工作区块的再生，准备下一次提纯净化制取氢气。
（8）重复上述步骤（1）~（6），可实现利用该类型炼化含氢气体连续制取燃料电池车用的氢气。

Claims (18)

1.一种利用炼化含氢气体制取燃料电池车用氢气的系统，所述系统包括无机膜粗提纯单元、吸附分离提纯单元；所述无机膜粗提纯单元和吸附分离提纯单元构成高纯度气体制取装置；
所述的高纯度气体制取装置整体外形结构呈圆柱状或正多边形体状，沿原料气到产品气方向，包括原料气控制分配器、膜分离模块、吸附分离模块和产品气控制器；
所述的原料气控制分配器包括原料气进气管、原料气缓冲盘和原料气分配盘；所述原料气缓冲盘的进气侧端面为封闭结构，出气侧包括n个缓冲区，n为整数；所述缓冲区在缓冲盘上呈凹槽状，各缓冲区围绕圆柱或正多边形体的中心设置，且在朝向中心处开口，用于接收来自原料气进气管的原料气；所述原料气进气管贯穿原料气缓冲盘设置；原料气进气管在贯穿原料气缓冲盘的管壁上设置开口，该开口与原料缓冲区的开口相对应；所述原料气分配盘覆盖于原料气缓冲盘的出气侧端面，二者固定连接，使原料气缓冲区成为n个彼此隔离的区域，原料气只能通过分配盘上的贯通孔进入对应的膜块单元；
所述膜分离模块包括膜分离模块壳体、两端的膜管支撑板、固定于膜管支撑板之间的若干膜管组件、膜管组件分区隔板，所述膜管组件分区隔板将膜管组件分为n个膜块单元，n个膜块单元与n个原料气缓冲区上下位置相对应；所述膜管外或膜管内装填吸附剂和/或催化剂；所述膜管的外部或膜管内设置加热装置；
所述吸附分离模块包括吸附分离模块壳体、支撑板、吸附剂床层和吸附分区隔板，吸附分区隔板将吸附剂床层分隔为n个吸附单元，吸附单元与膜块单元上下对应；吸附剂床层的另一端与产品气控制器固定连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述膜分离模块的上部，出气端膜管支撑板的下方设置冷却器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述产品气控制器为板状结构，其上分布有n个产品气出口，n个产品气出口分别与吸附单元的吸附剂床层相对应，并保持相通。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括含氢气体预处理单元，所述含氢气体预处理单元位于无机膜粗提纯单元之前。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的无机膜管选自炭分子筛膜或沸石分子筛膜。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，吸附分离模块中的吸附剂采用氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述膜分离模块中的吸附剂和/或催化剂选自金属氧化物、活性炭、钼/镍金属或分子筛。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加热装置为加热棒，所述加热棒布设在膜分离壳体内，或位于膜分离壳体的内壁侧/外壁侧，或位于无机膜管内。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的原料气进气管与原料气缓冲盘之间为活动连接，原料气进气管可转动。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括驱动装置，所述驱动装置与原料气进气管之间固定连接，以用于驱动原料气进气管按照设定的程序转动或停止。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述原料气进气管上开口的面积不大于相对应的缓冲盘上缓冲区用于接收原料气开口的面积。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述原料气进气管的末端为封闭结构，且其末端与原料气缓冲盘的出气端端面平齐。
13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的原料气分配盘上分布有若干贯通孔，所述的若干贯通孔分为n个分区，分别与n个膜分离模块相对应。
14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述原料气分配盘上的贯通孔呈扇形分布，用于将经过缓冲区的原料气均匀分配到膜分离模块中。
15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述膜分离模块进气侧的模管支撑板上分布有若干孔，所述的若干孔分为n个区，分别与n个原料气分配缓冲区相对应，并互通。
16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的膜分离模块中，膜分离模块进气侧的膜管支撑板与所述原料气分配盘采用同一构件或结构。
17.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的膜分离模块壳体在对应n个膜块单元的位置分别设置有渗余气排出口。
18.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的膜分离模块与吸附分离模块同轴设置。
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