CN115818575A - 一种两级psa装置在原料气中提纯氢气和回收二氧化碳中的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种两级PSA装置在原料气中提纯氢气和回收二氧化碳中的用途。本发明将两级PSA装置应用到二氧化碳和氢气分离中，一级PSA脱除二氧化碳(用来富集二氧化碳)和初步提纯氢气，二级PSA提纯氢气至产品要求，产品氢气的纯度体积纯度可达到99.97％以上，富碳气中二氧化碳的体积纯度可达到91％以上，并且使得回收二氧化碳工艺变得简单，是一种具有良好应用前景和价值的分离工艺。
Description
技术领域
本发明涉及化工分离技术领域，尤其涉及一种两级PSA装置在原料气中提纯氢气和回收二氧化碳中的用途。
背景技术
天然气是继煤炭，石油之后的第三大能源,具有清洁,高效,优质的特点，目前天然气制氢仍是我国最主要的制氢来源。天然气制氢工艺中，在生成氢气的同时往往伴有大量的二氧化碳(质量流量远大于氢气)，二氧化碳的摩尔含量仅次于氢气。二氧化碳作为温室气体，它的回收具有符合“碳中和”目标的环境意义和政治意义。
天然气重整变换气通常含有氢气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、水蒸气等组分，常规方法是采用一套PSA装置来提纯氢气，然后再对解析气进行二氧化碳回收，但此时解析气中二氧化碳浓度较低，对其回收所需的投入和运行成本太高。
因此，针对以上不足，需要提供一种新的装置，达到富集二氧化碳和提纯氢气的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于没有一种能够同时做到回收二氧化碳和提纯氢气的装置，针对现有技术中的缺陷，提供一种两级PSA装置在原料气中提纯氢气和回收二氧化碳中的用途。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种两级PSA装置在原料气中提纯氢气和回收二氧化碳中的用途。
本发明将两级PSA装置应用到二氧化碳和氢气分离中，一级PSA脱除二氧化碳(用来富集二氧化碳)和初步提纯氢气，二级PSA提纯氢气至产品要求。此时的富集二氧化碳气体的回收就变得简单。此种工艺一是降低了二氧化碳回收的难度，二是提高了氢气的回收率。相比于现有技术，现有的两级PSA提纯氢气目的是提高氢气的回收率，解析气则是直接排放，对其中的组分不做回收。
在解析气组分的回收中，通常的思路总是先提纯产品气，然后再对解析气进行回收。以SMR变换气为例，若是提纯氢气后再对解析气中的CO2进行回收，此时解析气中CO2含量仅为30％左右，CO2的回收难度大，设备投资与运行成本高，回收工艺复杂。
SMR(甲烷水汽重整制氢，SMR制氢)变换气经过气液分离后，压力约1.7MPaG，温度约40℃，先经过一段旋转阀PSA脱除二氧化碳(PSA富碳)，氢气回收率90％左右，产品气进入二段旋转阀PSA入口，解析气约90％的二氧化碳气体进入下游的液化单元，回收二氧化碳。一段PSA的产品气进入二段旋转阀PSA提纯(PSA提氢)，得到纯度≥99.97％的氢气产品，指标满足氢燃料电池要求，氢气回收率84％，解析气进入下游处理。
优选地，所述两级PSA装置由两个串联的第一PSA装置和第二PSA装置组成。
优选地，所述第一PSA装置的温度为5～50℃，例如可以是5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或50℃等；优选为30～40℃。
在本发明中，第一PSA装置主要目的是脱除气体中的二氧化碳。
优选地，所述第二PSA装置的温度为5～50℃，例如可以是5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或50℃等；优选为30～40℃。
在本发明中，二级PSA主要目的是提纯氢气。
优选地，所述原料气包括氢气、二氧化碳、甲烷、一氧化碳和水蒸气。
本发明所述变压吸附装置(PSA)，是利用固体吸附剂对不同气体中的吸附选择性以及气体在吸附剂上的吸附量随其压力变化而变化的特性，在特定的压力下吸附，然后通过降低被吸附气体分压使被吸附气体解析的气体分离的装置。吸附塔(填装吸附剂)一般为非标设备，根据气量、气质，产品要求选择材质和尺寸。进一步地，本发明所用的变压吸附装置是瑞必科净化设备(上海)有限公司独有的快周期变压吸附装置(rPSA)。
实施本发明的，具有以下有益效果：
本发明提供的两级PSA装置，经过一段PSA解析气约90％的二氧化碳气体进入下游的液化单元，回收二氧化碳。经过二段旋转阀PSA提纯(PSA提氢)，得到体积纯度不少于99.97％的氢气产品，指标满足氢燃料电池要求，氢气回收率84％；富碳气中二氧化碳的体积纯度可达到91％以上，并且使得回收二氧化碳工艺变得简单，是一种具有良好应用前景和价值的分离工艺。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的两级PSA装置在原料气中提纯氢气和回收二氧化碳的流程示意图。
图2本发明实施例2提供的一级PSA装置在原料气中提纯氢气和回收二氧化碳的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种两级PSA装置在原料气中提纯氢气和回收二氧化碳中的用途SMR变换气经过气液分离后，将原料气通入第一PSA进行富碳，粗氢气通入第二PSA进行提氢。第一PSA产生富碳气，第二PSA产生产品氢气和解析气。具体的原料气、粗氢气、富碳气、产品氢气和解析气的流量、压力、温度以及气体组成如下表1所示。具体的流程图如图1所示。
表1
实施例2
一种两级PSA装置在原料气中提纯氢气和回收二氧化碳中的用途
将原料气通入第一PSA进行富碳，粗氢气通入第二PSA进行提氢。第一PSA产生富碳气，第二PSA产生产品氢气和解析气。具体的原料气、粗氢气、富碳气、产品氢气和解析气的流量、压力、温度以及气体组成如下表2所示。
表2
对比例1
采用一段PSA得到产品气H2≥99.97％，对解析气(CO2 45％)进行二氧化碳回收，具体结果如下表3所示，具体流程图如图2所示。
表3
通过实施例2与对比例1的对比可知，实施例2中氢气收率提高的同时，二氧化碳回收工段的难度降低。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种两级PSA装置在原料气中提纯氢气和回收二氧化碳中的用途。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述两级PSA装置由两个串联的第一PSA装置和第二PSA装置组成。
3.根据权利要求2所述的用途，其特征在于：所述第一PSA装置的温度为5～50℃；优选为30～40℃。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的用途，其特征在于：所述第二PSA装置的温度为5～50℃；优选为30～40℃。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于：所述原料气包括氢气、二氧化碳、甲烷、一氧化碳和水蒸气。
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