CN202953816U

CN202953816U - 一种化工企业氢气尾气回收利用装置

Info

Publication number: CN202953816U
Application number: CN 201220652699
Authority: CN
Inventors: 何双材; 蔡体杰; 刘雅珍; 金志楞; 段鹏辉; 王志刚; 杨学升; 李林
Original assignee: SHANGHAI PUJIANG SPECIALTY GASES CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI PUJIANG SPECIALTY GASES CO Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2022-11-30

Abstract

一种化工企业氢气尾气回收利用装置，它包括一PSA单元、一催化除氧单元、一TSA脱氯单元、一增压包装单元、一除油单元和一自动控制单元，所述自动控制单元分别与所述PSA单元、催化除氧单元、TSA脱氯单元、增压包装单元和除油单元连接，所述TSA脱氯单元的输入端与气源相连接，所述TSA脱氯单元的输出端与所述催化除氧单元相连接，所述催化除氧单元的输出端与所述PSA单元相连接，所述PSA单元的输出端依次与所述增压包装单元和除油单元相连接；与现有技术相比，可以回收含99%氢气的氯碱尾气将其提纯至99.999%以上，气源压力0至1MPa，含氢气纯度80%至99.9%范围内气源均可以作为本装置气源；同时针对部分电子行业客户对油含量的要求，增加除油装置，使产品更加满足客户需要。

Description

一种化工企业氢气尾气回收利用装置

技术领域

本实用新型涉及一种尾气回收利用装置，特别涉及一种化工企业氢气尾气回收利用装置。

背景技术

一方面，近几年，我国氯碱工业发展很快，据统计国内烧碱生产能力约为1000万吨/年，根据测算，生产1吨烧碱，可副产约280立方米氢气，这样我国氯碱工业副产氢气达到28亿立方米/年。据了解，氯碱生产中产生的大量氢气除了合成盐酸用去很少一部分，还有少部分回收的氢气用于双氧水生产、制药工业和石英加工工业；有相当一部分氯碱生产厂没有氢气下游产品，如浙江某氯碱厂将部分氢气用于食堂做饭炒菜的燃料，这样大部分氢气只能白白放空，既浪费了非常清洁的能源，又存在易燃易爆的危险。

另一方面，随着经济的发展，高纯氢需求直线上升、应用范围却在不断的扩大，高纯氢主要用于大规模集成电路的制造，提供还原气氛，作为配制SiH4/H2、PH3/H2、B2H6/H2等混合气的底气。在电真空材料和器件生产过程中，对氢气纯度要求也很高。电子管的阳极、阴极和栅极等金属器件，都需经过专门的烧氢处理。氢也用作色谱载气。在石油化工和煤化工中，氢有广泛的应用。液氢用作火箭燃料和航天器的推进剂，也用于低温材料性能试验及超导研究中。

如果能利用氯碱行业副产物氢气制造高纯氢气，这样不仅可以回收原本白白放空的氢气，避免浪费和危险，而且可以满足市场对高纯氢的需求，实行经济效益的同时具有很大的社会效益。

综上所述，特别需要一种化工企业氢气尾气回收利用装置，已解决上述现有存在的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种化工企业氢气尾气回收利用装置，针对现有技术的不足，可以回收含99%氢气的氯碱尾气将其提纯至99.999%以上，同时针对部分电子行业客户对油含量的要求，增加除油装置，使产品更加满足客户需要。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种化工企业氢气尾气回收利用装置，其特征在于，它包括一PSA单元、一催化除氧单元、一TSA脱氯单元、一增压包装单元、一除油单元和一自动控制单元，所述自动控制单元分别与所述PSA单元、催化除氧单元、TSA脱氯单元、增压包装单元和除油单元连接，所述TSA脱氯单元的输入端与气源相连接，所述TSA脱氯单元的输出端与所述催化除氧单元相连接，所述催化除氧单元的输出端与所述PSA单元相连接，所述PSA单元的输出端依次与所述增压包装单元和除油单元相连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述PSA单元包括第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔和第四吸附塔，第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔和第四吸附塔依次互相连接，第一吸附塔的输入端与所述催化除氧单元的输出端相连接，第四吸附塔的输出端与所述增压包装单元相连接；一个吸附塔吸附，其余三个吸附塔再生，四个吸附塔轮换使用。

在本实用新型的一个实施例中，所述催化除氧单元包括除氧加热器、催化反应器和冷却器，除氧加热器、催化反应器和冷却器互相连接，除氧加热器的输入端与所述TSA脱氯单元的输出端相连接，冷却器的输出端与所述PSA单元的输入端相连接；通过除氧加热器将温度加热至反应温度，经过催化反应器中催化剂的作用介质中的微量氧和氢反应生成水，然后经冷却器将介质气体温度降至常温，使大量气态水凝结为液态水而除掉大量的水分。

在本实用新型的一个实施例中，所述TSA脱氯单元包括第一TSA吸附塔、第二TSA吸附塔和一加热器，第一TSA吸附塔和第二TSA吸附塔相连接，加热器分别连接第一TSA吸附塔和第二TSA吸附塔；一个吸附塔吸附，一个吸附塔再生，相互切换使用，当一个吸附塔吸附饱和后切换至另一个吸附塔吸附，吸附饱和的吸附塔通过加热器加热后的氮气再生，再生合格后冷却至常温待用。

在本实用新型的一个实施例中，所述增压包装单元包括一增压压缩机和一充装压缩机，增压压缩机和充装压缩机互相连接；增压压缩机将气源压力升压至PSA工作压力供PSA单元，充装压缩机将纯化合格的气体增压至包装压力将产品装入包装容器内。

在本实用新型的一个实施例中，所述自动控制单元包括控制器PLC、I/O站、监控站和工程师站，控制器PLC、I/O站、监控站和工程师站互相连接；在监控站上能显示全部流程画面和进行控制操作，在正常生产时，监控站可互为热备，这样就形成了可靠和先进的监控、操作和管理系统。

在本实用新型的一个实施例中，所述除油单元包括第一除油器和第二除油器，第一除油器和第二除油器互相连接；两组除油器轮换使用，当一组除油器失效以后切换至另一组使用，失效的这组再生后备用。

本实用新型的化工企业氢气尾气回收利用装置具有如下优点：

1、利用氢气无油润滑压缩机进行增压，提高对原料气源压力适应范围，0至1Mpa范围内气源均可以作为本装置气源；

2、压缩机后具有过滤器，可以过滤压缩机所带有的微量油分，确保提纯装置气体不含油，延长吸附剂使用时间同时提高产品品质；

3、利用变温吸附脱氯，可适用于含微量氯的气源；

4、通过催化脱氧工序，除掉气源中的氧；

5、除水，通过冷冻方式脱水；

6、变压吸附，通过变压吸附工序除掉气源中的氧、氮、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等其他杂质；

7、变压吸附尾气回收利用后用于再生脱氯吸附塔。利用变压吸附顺放、冲洗的尾气再生脱氯吸附塔，可以节约氢气；

8、产品气体除油，提高产品品质，满足电子行业对高纯氢气含油的要求；

9、充装压缩机增压，可充装气瓶或移动式压力容器，也可管道输送，满足不同客户对产品不同压力范围的要求（0.7至20Mpa）；

10、运用自控系统，实现整个生产系统自动控制；

11、通过工艺参数控制可以生产纯氢、高纯氢、超纯氢产品。

本实用新型的化工企业氢气尾气回收利用装置，与现有技术相比，可以回收含99%氢气的氯碱尾气将其提纯至99.999%以上，气源压力0至1Mpa，含氢气纯度80%至99.9%范围内气源均可以作为本装置气源；同时针对部分电子行业客户对油含量的要求，增加除油装置，使产品更加满足客户需要，实现本实用新型的目的。

本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本实用新型的化工企业氢气尾气回收利用装置的结构框图；

图2为本实用新型的化工企业氢气尾气回收利用装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1和图2所示，本实用新型的化工企业氢气尾气回收利用装置，它包括一PSA单元100、一催化除氧单元200、一TSA脱氯单元300、一增压包装单元400、一除油单元600和一自动控制单元500，所述自动控制单元500分别与所述PSA单元100、催化除氧单元200、TSA脱氧单元300、增压包装单元400和除油单元600连接，所述TSA脱氯单元300的输入端与气源10相连接，所述TSA脱氯单元300的输出端与所述催化除氧单元200相连接，所述催化除氧单元200的输出端与所述PSA单元100相连接，所述PSA单元100的输出端依次与所述增压包装单元400和除油单元600相连接

在本实用新型中，所述PSA单元100包括第一吸附塔101、第二吸附塔102、第三吸附塔103和第四吸附塔104，第一吸附塔101、第二吸附塔102、第三吸附塔103和第四吸附塔104依次互相连接，第一吸附塔101的输入端与所述催化除氧单元200的输出端相连接，第四吸附塔104的输出端与所述增压包装单元400相连接；一个吸附塔吸附，其余三个吸附塔再生，四个吸附塔轮换使用。

PSA单元100采用

分子筛为吸附剂，在一定温度和压力下，吸附剂可以吸附氢气中微量杂质氧气、氮气、水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等，吸附饱和后在一定温度和压力下解吸出这些吸附在分子筛上的杂质，达到重复利用的目的。

除油采用硅胶吸附剂，吸附高纯氢气中微量的油组分，满足电子行业对高纯氢气中油分含量的高要求。

在本实用新型中，所述催化除氧单元200包括除氧加热器201、催化反应器202和冷却器203，除氧加热器201、催化反应器202和冷却器203互相连接，除氧加热器201的输入端与所述TSA脱氯单元300的输出端相连接，冷却器203的输出端与所述PSA单元100的输入端相连接；通过除氧加热器201将温度加热至反应温度，经过催化反应器202中催化剂的作用介质中的微量氧和氢反应生成水，然后经冷却器203将介质气体温度降至常温，使大量气态水凝结为液态水而除掉大量的水分

催化除氧单元200采用钯金催化剂在一定温度下催化反应使氢气中含有的杂质气体氧气与氢气反应生成水，从而除掉氢气中的杂质氧气。

除水采取冷冻脱水的方式，利用冷冻水降低氢气的温度，使其中的水分凝结聚集从排污口排掉，达到除水的作用。

在本实用新型中，所述TSA脱氯单元300包括第一TSA吸附塔301、第二TSA吸附塔302和一加热器303，第一TSA吸附塔301和第二TSA吸附塔302相连接，加热器303分别连接第一TSA吸附塔301和第二TSA吸附塔302；一个吸附塔吸附，一个吸附塔再生，相互切换使用，当一个吸附塔吸附饱和后切换至另一个吸附塔吸附，吸附饱和的吸附塔通过加热器303加热后的氮气再生，再生合格后冷却至常温待用。

TSA脱氧单元300由于氯碱电解槽事故、操作失误、工艺参数不稳定等情况发生时会有微量的氯气进入氢气系统，采用活性炭吸附剂在一定的条件下可以吸附氯气，吸附饱和后在一定的条件下解析，达到吸附剂重复利用之目的。

在本实用新型中，所述增压包装单元400包括一增压压缩机401和一充装压缩机402，增压压缩机401和充装压缩机402互相连接；增压压缩机401将气源压力升压至PSA工作压力供PSA单元100，充装压缩机402将纯化合格的气体增压至包装压力将产品装入包装容器内。

增压包装单元400利用无油氢气压缩机为提纯系统增压，达到提纯所需的压力；再利用无油氢气压缩机增压便于用气瓶或移动式压力容器包装，方便运输，实现与客户的对接。

在本实用新型中，所述自动控制单元500包括控制器PLC503、控制器PLC504、I/O站501、I/O站502、监控站505和工程师站506，控制器PLC503、控制器PLC504、I/O站501、I/O站502、监控站505和工程师站506互相连接；在监控站505上能显示全部流程画面和进行控制操作，在正常生产时，监控站505可互为热备，这样就形成了可靠和先进的监控、操作和管理系统。

自动控制单元500采取先进的PLC系统，实行对整个工艺的自动控制，实行安全化、自动化、高精度的控制。

在本实用新型中，所述除油单元600包括第一除油器601和第二除油器602，第一除油器601和第二除油器602互相连接；两组除油器轮换使用，当一组除油器失效以后切换至另一组使用，失效的这组再生后备用。

本实用新型的化工企业氢气尾气回收利用装置在自动控制单元500的自动化控制下实现整个氢气尾气回收利用装置的自动化生产，气源低纯度（氢含量80%至99.9%，压力0至1Mpa）的氢气经过增压压缩机401增压至提纯系统所需压力1.2-1.5Mpa后经TSA脱氯单元300的第一TSA吸附塔301和第二TSA吸附塔302吸附原料气中微量氯，第一TSA吸附塔301和第二TSA吸附塔302一用一备，当一个吸附塔吸附一定时间后切换至另一个塔吸附，吸附饱和的塔用氮气加热器303加热氮气，热氮气温度100至150℃再生吸附塔，再生一定时间后停止通加热氮气，自然冷却至常温备用。

经过脱氯的原料氢气进入脱氧加热器201，加热至温度100至150℃，经过催化反应器202，在此反应器中在催化剂存在的条件下水分和氢气反应生成水，反应式如下：

H2+O2→H2O

脱氧后的原料气经过冷却器203冷却至10℃左右，将原料气中大部分气态水冷凝成液态的水，通过下部的排污口排掉。脱氯、脱氧、除掉大部分水分的原料气进入PSA单元100。

PSA单元100由四个吸附塔组成，每个塔内装填有吸附剂，正常生产情形下，在自动控制单元500的自动控制下一个塔吸附、其余三个塔降压再生，吸附饱和后的塔也进行再生，更换为再生合格的塔运行。在PSA单元吸附塔可以吸附原料氢气中的微量水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮气等杂质气体，可以除掉原料气中除氢气外的其他杂质气体，使氢气纯度达到99.999%。通过充装压缩机402增加压力至充装压力13至20Mpa，用气瓶或移动式压力容器包装，运输至用户使用，或直接管道输送供用户。

自动控制单元500含有两个相同的控制器PLC504（包括CPU模板、电源模板和通讯模板），两个控制器504通过冗余的PROFIBUS-DP网络508分别访问分布式I/O站501和502。在无故障时两个中央控制器都处在运行状态并随时进行数据同步交换，同时也在不断检测各自与I/O站模板501和502相连的PROFIBUS-DP总线电缆508的通讯情况，一旦出现中央控制器故障或PROFIBUS-DP总线电缆508通讯故障，正常工作的中央控制器能无扰动独立地接替过程的控制，将排除因控制系统偶然硬件故障而造成的装置停机，为装置的平稳、安全、长期运行打下基础。

除自动控制单元500以外的PSA单元100、催化除氧单元200、TSA脱氯单元300、增压包装单元400和除油单元600的各种信号通过控制电缆507传输给自动控制系统的I/O站501和502，I/O站将这些信号通过PROFIBUS-DP网络508送入控制器PLC504处理，通过监控站505和工程师站506显示各种数据。操作人员可以通过监控站和工程师站对整个装置下达操作指令，各种操作指令通过PLC、I/O站作用于各现场自控设备，从而达到对装置自动控制的目的。

本实用新型的化工企业氢气尾气回收利用装置实现自动化操作，程序化控制，稳定性高，产品质量可靠。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种化工企业氢气尾气回收利用装置，其特征在于，它包括一PSA单元、一催化除氧单元、一TSA脱氯单元、一增压包装单元、一除油单元和一自动控制单元，所述自动控制单元分别与所述PSA单元、催化除氧单元、TSA脱氯单元、增压包装单元和除油单元连接，所述TSA脱氯单元的输入端与气源相连接，所述TSA脱氯单元的输出端与所述催化除氧单元相连接，所述催化除氧单元的输出端与所述PSA单元相连接，所述PSA单元的输出端依次与所述增压包装单元和除油单元相连接。

2.如权利要求1所述的化工企业氢气尾气回收利用装置，其特征在于，所述PSA单元包括第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔和第四吸附塔，第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔和第四吸附塔依次互相连接，第一吸附塔的输入端与所述催化除氧单元的输出端相连接，第四吸附塔的输出端与所述增压包装单元相连接。

3.如权利要求1所述的化工企业氢气尾气回收利用装置，其特征在于，所述催化除氧单元包括除氧加热器、催化反应器和冷却器，除氧加热器、催化反应器和冷却器互相连接，除氧加热器的输入端与所述TSA脱氯单元的输出端相连接，冷却器的输出端与所述PSA单元的输入端相连接。

4.如权利要求1所述的化工企业氢气尾气回收利用装置，其特征在于，所述TSA脱氯单元包括第一TSA吸附塔、第二TSA吸附塔和一加热器，第一TSA吸附塔和第二TSA吸附塔相连接，加热器分别连接第一TSA吸附塔和第二TSA吸附塔。

5.如权利要求1所述的化工企业氢气尾气回收利用装置，其特征在于，所述增压包装单元包括一增压压缩机和一充装压缩机，增压压缩机和充装压缩机互相连接。

6.如权利要求1所述的化工企业氢气尾气回收利用装置，其特征在于，所述自动控制单元包括控制器PLC、I/O站、监控站和工程师站，控制器PLC、I/O站、监控站和工程师站互相连接。

7.如权利要求1所述的化工企业氢气尾气回收利用装置，其特征在于，所述除油单元包括第一除油器和第二除油器，第一除油器和第二除油器互相连接。