CN210128249U - 氢气循环利用系统和氯碱工业尾气净化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于化工设备技术领域，涉及氢气循环利用系统和氯碱工业尾气净化系统。该氢气循环利用系统，包括原料气缓冲罐和产品氢气缓冲罐；所述原料气缓冲罐设置有产品氢气进口，所述产品氢气缓冲罐设置有产品氢气第一出口；所述产品氢气第一出口与所述产品氢气进口通过循环管路连接，所述循环管路上设有调节阀，所述原料气缓冲罐上和/或与所述原料气缓冲罐连接的管路上设有压力变送器，所述调节阀与所述压力变送器电连接。本实用新型的氢气循环利用系统，将产品氢气循环利用，可以避免产品氢气的浪费，同时能提高原料气质量，稳定系统压力。

Description

氢气循环利用系统和氯碱工业尾气净化系统

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，具体而言，涉及一种氢气循环利用系统和氯碱工业尾气净化系统。

背景技术

氢气是一种重要的清洁能源，是一种应用广泛的原材料，工业上将氢气作为原料气、还原气、冷却气和保护气等，在化工、冶金、能源、机械加工、电力等科学领域有着广泛的用途。

近年来，氯碱工业发展迅速，氯碱工业中产生的副产物氢气量也越来越多。利用氯碱工业副产物氢气制造高纯氢气，这样不仅可以回收大量放空的氢气，还可以避免浪费和避免引发安全隐患，同时可以满足市场对高纯氢气的需求，具有良好的经济效益和社会效益。

工业上，以氯碱工业副产物含氢的原料气为原料制备高纯氢气时，大多采用吸附法，利用吸附法对原料气进行提纯、净化，得到净化后的成品氢气被储存在成品氢气储罐/成品氢气缓冲罐中，这些成品氢气可以进行外售或者进行重复利用。然而，现有技术中一些企业的氢气提纯装置，由于氢气负荷和客户用气量的关系，造成生产出大量或过量的成品氢气，无法销售及储存，只能排空处理，由于大量的成品氢气被排空处理，导致了氢气资源的大量浪费。

鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种氢气循环利用系统，将产品氢气循环利用，可以避免产品氢气的浪费，同时能提高原料气质量，稳定系统压力，能够克服上述问题或者至少部分地解决上述技术问题。

本实用新型的另一个目的在于提供一种氯碱工业尾气净化系统，该氯碱工业尾气净化系统包括上述的氢气循环利用系统。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种氢气循环利用系统，包括原料气缓冲罐和产品氢气缓冲罐；

所述原料气缓冲罐设置有产品氢气进口，所述产品氢气缓冲罐设置有产品氢气第一出口；

所述产品氢气第一出口与所述产品氢气进口通过循环管路连接，所述循环管路上设有调节阀，所述原料气缓冲罐上和/或与所述原料气缓冲罐连接的管路上设有压力变送器，所述调节阀与所述压力变送器电连接。

进一步，所述调节阀通过信号线与所述压力变送器联锁，所述调节阀根据压力变送器的输出值来调节阀门的开度，控制进入原料气缓冲罐中的产品氢气流量。

进一步，所述调节阀和压力变送器分别通过线路与控制系统连接，所述控制系统接收压力变送器的数据，并控制调节阀。

进一步，控制系统为DCS控制系统。

进一步，所述调节阀为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀或自力式调节阀。

进一步，所述压力变送器接口处安装有压力表。

进一步，所述原料气缓冲罐还设置有原料气进气口和原料气出气口；

所述原料气进气口连接原料气进气管，所述原料气出气口通过原料气出气管连接原料气压缩机的入口，所述原料气压缩机的出口连接氢气提纯装置的入口，所述氢气提纯装置的出口连接产品氢气缓冲罐的氢气入口。

进一步，所述氢气提纯装置包括PSA单元和TSA单元；

所述原料气压缩机的出口连接PSA单元的入口，所述PSA单元的出口连接TSA单元的入口，所述TSA单元的出口连接产品氢气缓冲罐的氢气入口。

进一步，所述PSA单元设有解析气出口，所述解析气出口通过管路与解析气回收利用系统的入口连接。

进一步，所述产品氢气缓冲罐还设置有产品氢气第二出口；

所述产品氢气第二出口通过产品氢气输送管路分别与产品氢气压缩机和产品氢气外售管路连接；

所述产品氢气输送管路与放空管路连接。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种氯碱工业尾气净化系统，包括上述的氢气循环利用系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的氢气循环利用系统，包括原料气缓冲罐和产品氢气缓冲罐，将产品氢气缓冲罐的产品氢气第一出口与原料气缓冲罐的产品氢气进口通过管路连通，即通过增加一条从产品氢气缓冲罐到原料气缓冲罐的工艺管线，将多余的产品氢气输送至原料氢气缓冲罐，作为原料气使用，不仅能使产品氢气得到回收利用，避免将大量的氢气排空，造成资源的浪费，同时能提高原料气质量，有利于降低氢气提纯装置的负荷，延长氢气提纯装置的使用寿命，提高了经济效益。

同时，在循环管路上设置调节阀，在原料气缓冲罐上和/或与原料气缓冲罐连接的管路上设置压力变送器，调节阀与压力变送器电连接，通过调节阀和压力变送器的设置，可以使得原料气的压力保持一定，起到稳压的作用；充分利用了原料缓冲罐和产品氢气缓冲罐的缓冲能力，使减压过程更加平稳，对系统影响更小。

本实用新型的氯碱工业尾气净化系统，包括上述的氢气循环利用系统，因而至少与上述氢气循环利用系统具有相同的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的产品氢气装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的氢气循环系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的氢气循环系统的结构框图。

图标：1－原料气缓冲罐；101－原料气进气口；102－原料气出气口；103－产品氢气进口；2－产品氢气缓冲罐；201－氢气入口；202－产品氢气第一出口；203－产品氢气第二出口；3－调节阀；4－压力变送器；L1－原料气进气管；L2－原料气出气管；L3－产品氢气输送管路；L4－放空管路；L5－循环管路。

具体实施方式

下面将结合实施方式和实施例对本实用新型的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

除非另有定义或说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。

在至少一个实施例中提供一种氢气循环利用系统，包括原料气缓冲罐和产品氢气缓冲罐；

所述原料气缓冲罐设置有产品氢气进口，所述产品氢气缓冲罐设置有产品氢气第一出口；

所述产品氢气第一出口与所述产品氢气进口通过循环管路连接，所述循环管路上设有调节阀，所述原料气缓冲罐上和/或与所述原料气缓冲罐连接的管路上设有压力变送器，所述调节阀与所述压力变送器电连接。

鉴于现有技术中存在大量的产品氢气被排空，造成资源浪费的现象(参照图1所示)，本实用新型通过一条工艺管线将产品氢气送至原料气缓冲罐中，作为原料气使用，不仅能使产品氢气得到回收利用，同时能提高原料气质量，有利于降低氢气提纯装置的负荷，延长氢气提纯装置的使用寿命，提高经济效益。即，本实用新型充分利用原有设备，通过增加一条工艺管线，就可以使原本只能放空的产品氢气，得到有效的利用，安全环保，提高了经济效益和环境效益。

同时，为缓解先前的改进只是增加一条管路，连接原料气缓冲罐和产品氢气缓冲罐，中间通过阀门控制气体流量，需根据压力变化来手动调节阀门的开度，容易出现失误，调节的压力波动范围也比较大的问题。本实用新型在循环管路上设置调节阀，在原料气缓冲罐上和/或与原料气缓冲罐连接的管路上设置压力变送器，将调节阀与压力变送器电连接，并设置联锁，从而可以让系统实时调节阀门的开度，控制压力变化，维持压力稳定。

需要说明的是，所述原料气缓冲罐上和/或与所述原料气缓冲罐连接的管路上设有压力变送器是指，该压力变送器可以设置在原料气缓冲罐上，可以设置在于原料气缓冲罐连接的管路上，也可以设置在原料气缓冲罐和与原料气缓冲罐连接的管路上。

可以理解的是，“与原料气缓冲罐连接的管路”优选是与原料气缓冲罐的原料气进气口或原料气出气口连接的各管路，其不包括与原料气缓冲罐的产品氢气进口连接的循环管路。

本实用新型中，压力变送器即为压力传感器。

上述氢气循环系统主要应用在氯碱工业中，原料气缓冲罐的原料气来源主要来自氯碱系统的粗氢气或氯碱尾气。

在一种优选的实施方式中，所述调节阀通过信号线与所述压力变送器联锁，所述调节阀根据压力变送器的输出值来调节阀门的开度，控制进入原料气缓冲罐中的产品氢气流量。

上述压力变送器设置在原料气缓冲罐上、与原料气缓冲罐的原料气进气口连接的管路上和/或与原料气缓冲罐的原料气出气口连接的管路上，优选地，该压力变送器安装在与原料气缓冲罐的原料气出气口连接的管路上；上述调节阀设置在连通原料气缓冲罐和产品氢气缓冲罐的循环管路上。该调节阀与压力变送器设置联锁，通过调节阀自动降压后，始终让原料气压力保持一定。即，调节阀根据压力变送器的输出值自动调节阀门的开度，控制进入原料气缓冲罐中的产品氢气流量，使系统压力保持在一定的范围内。

本文中，通过调节阀的阀门开度来调节氢气流量，以达到控制缓冲罐压力的目的。通过压力变送器可以检测压力并将检测到的压力值上传到控制系统，当控制系统设置好所需的压力后，程序会根据压力变送器传送的压力值，来调节调节阀的开度，控制进入原料气缓冲罐的氢气流量，以达到缓冲罐压力维持在设置的压力值左右的目的。

也就是说，本实用新型中，通过增加调节阀和压力变送器，并设置联锁，可以让系统实时调节阀门开度，控制压力变化，维持压力稳定。

在另一种实施方式中，调节阀与产品氢气缓冲罐上的远传压力联锁设置，及远程调控。

可以理解的是，本实用新型中，不仅可以将调节阀与原料气缓冲罐上的远传压力联锁设置，还可以调节阀与产品氢气缓冲罐上的远传压力联锁设置，并远程调控，以达到维持系统压力稳定，使系统运行平稳的目的。

在一种优选的实施方式中，所述调节阀和压力变送器分别通过线路与控制系统连接，所述控制系统接收压力变送器的数据，并同时控制对应的调节阀。

优选地，控制系统为DCS控制系统，即分布式控制系统。DCS控制系统分别通过线路与压力变送器和调节阀连接。

需要说明的是，本文中的控制系统为现有技术，其可以采用本领域技术人员熟知的任何化工DCS控制系统，只要能够接收压力变送器的数据，并同时控制对应的调节阀，不对本实用新型的目的产生限制即可。实现该化工DCS控制系统的原理、使用方式等均是本领域技术人员可以获知的。

例如，控制系统包括模型预测控制器、DCS主控卡和DCS数据库，压力变送器通过数据线与DCS数据库相连，DCS数据库通过DCS主控卡与模型预测控制器相连，模型预测控制器通过DCS主控卡来控制氢气调节阀。压力变送器将检测到的压力通过DCS数据库和DCS主控卡反馈给模型预测控制器，模型预测控制器通过DCS主控卡控制调节阀的阀门开度，以达到控制缓冲罐压力的目的，即达到缓冲罐压力维持在设置的压力联锁值左右的目的。

本实用新型中，调节阀连接到DCS控制系统，可随时根据实际情况，远程调节回流的成品氢气量。即，在控制系统上设置好所需的压力后，程序会根据压力变送器传回的压力，调节调节阀的开度，控制进入原料气缓冲罐的氢气流量，以达到缓冲罐压力维持在设置压力左右的目的。

在另一种实施方式中，还可以在循环管路上设置氢气切断阀。通过控制系统控制氢气切断阀的开关，保证系统安全、稳定的运行生产。

在一种优选的实施方式中，所述调节阀为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀或自力式调节阀。

可以理解的是，本文对于调节阀的具体类型没有特殊限制，可以采用本领域技术人员熟知的各调节阀，例如调节阀可以为远程动作的阀门，或自动联锁压力开关的设备。其包括但不限于气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀、自力式调节阀等。通过将调节阀与压力变送器设置联锁，自动控制气体流量，以达到维持压力稳定的目的。

在一种优选的实施方式中，所述压力变送器接口处安装有压力表。可选的，在原料气缓冲罐上和产品氢气缓冲罐上均可设置压力表，通过压力表的设置，更方便实时观察压力的变化。

在一种优选的实施方式中，所述原料气缓冲罐设置有原料气进气口、原料气出气口和产品氢气进口，所述产品氢气缓冲罐设置有氢气入口、产品氢气第一出口和产品氢气第二出口；

所述原料气进气口连接原料气进气管，所述原料气出气口通过原料气出气管连接原料气压缩机的入口，所述原料气压缩机的出口连接氢气提纯装置的入口，所述氢气提纯装置的出口连接产品氢气缓冲罐的氢气入口；

所述产品氢气第一出口与所述产品氢气进口通过循环管路连接，所述产品氢气第二出口通过产品氢气输送管路分别与产品氢气压缩机和产品氢气外售管路连接；

所述产品氢气输送管路与放空管路连接。

上述原料气进气口通过原料气进气管优选与氯碱系统粗氢气源连接。

优选地，所述产品氢气第一出口设置在产品氢气缓冲罐的罐底；

所述产品氢气进口设置在原料气缓冲罐的罐底。

可以理解的是，产品氢气缓冲罐的产品氢气第二出口与产品氢气输送管路连接，产品氢气输送管路又分为了两个支路，其中一个支路为直接将产品氢气管道输送至客户，即进行管道输送外售，另一个支路为经过隔膜压缩机加压后充装进罐车外卖。此外，产品氢气输送管路还与放空管路连接，将剩余的些许氢气通过放空管路排空。

在一种优选的实施方式中，所述氢气提纯装置包括PSA(变压吸附)单元和TSA(变温吸附)单元；

所述原料气压缩机的出口连接PSA单元的入口，所述PSA单元的出口连接TSA单元的入口，所述TSA单元的出口连接产品氢气缓冲罐的氢气入口。

进一步，所述PSA单元设有解析气出口，所述解析气出口通过管路与解析气回收利用系统的入口连接。

应当理解的是，本实用新型对于PSA单元和TSA单元的具体结构、所包含的吸附装置、数量等不作特殊限制，其均可以参照现有技术进行设置。

将上述氯碱系统粗氢气进行提纯的过程，例如可以列举为：

来自界外的压力为0.12MPa(G)、温度为45℃氯碱尾气进入原料气缓冲罐，而后经富氢气压缩机两级压缩和冷却，压力达到1.65MPa(G)左右、温度为40℃，进入原料气分液罐分离其中的机械液滴，然后再直接从塔底部进入吸附塔中正处于吸附工况的吸附塔(始终有1台吸附塔处于吸附状态)内，在多种吸附剂组成的复合吸附床的依次选择吸附下，气体中的N2与O2等组份被塔内吸附剂吸附，纯净的氢气从吸附塔顶部连续排出去后工段，逆放气和冲洗解吸气混合后去界外。

从PSA(变压吸附)工序来的氢气主要含有少量氧气的粗氢气，纯度尚达不到要求，也需要净化。这部分粗氢气首先进入常温脱氧塔，在其中装填的新型常温催化剂的催化下，氧和氢反应生成水，然后经冷却器冷却至常温，再经缓冲罐缓冲后进入由两个干燥塔、一个预干燥塔、一台分液罐、两台换热器等组成的等压TSA干燥系统。经TSA(干燥)处理后的产品氢即可达到纯度99.999％、氧含量小于2ppm的指标；产品氢气进入产品氢气缓冲罐。

根据本实用新型，在至少一个实施例中提供一种氯碱工业尾气净化系统，其包括上述的氢气循环利用系统。对于该尾气净化系统中所包含的氯碱生产相关设备不作特殊限制，其均可以采用现有技术。

应当理解的是，上述氢气循环利用系统和氯碱工业尾气净化系统的说明中未详细描述的内容，均是本领域技术人员容易想到的常用装置、结构或连接方式，因此可以省略对其的详细说明。

下面结合具体实施例和附图，对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如图2和图3所示，一种氢气循环利用系统，包括原料气缓冲罐1和产品氢气缓冲罐2；

原料气缓冲罐1设置有原料气进气口101、原料气出气口102和产品氢气进口103，产品氢气缓冲罐2设置有氢气入口201、产品氢气第一出口202和产品氢气第二出口203；

原料气进气口101连接原料气进气管L1，原料气出气口102通过原料气出气管L2连接原料气压缩机的入口，原料气压缩机的出口连接PSA单元的入口，PSA单元的出口连接TSA单元的入口，TSA单元的出口连接产品氢气缓冲罐2的氢气入口201；产品氢气第二出口203通过产品氢气输送管路L3分别与产品氢气压缩机(隔膜压缩机)和产品氢气外售管路连接；产品氢气输送管路L3与放空管路L4连接；此外，PSA单元设有解析气出口，解析气出口通过管路与解析气回收利用系统的入口连接；

产品氢气第一出口202与产品氢气进口103通过循环管路L5连接，循环管路L5上设有调节阀3，原料气缓冲罐1上和/或与原料气缓冲罐1的原料气出气口连接的管路上设有压力变送器4，调节阀3与压力变送器4电连接。调节阀3和压力变送器4分别通过线路与DCS控制系统连接，DCS控制系统接收压力变送器4的数据，并同时控制对应的调节阀3。

调节阀3通过信号线与压力变送器4联锁，调节阀3根据压力变送器4的输出值自动调节阀门的开度，控制进入原料气缓冲罐1中的产品氢气流量，使系统压力保持在一定的范围内。

本实用新型中，通过增加调节阀和压力变送器，并设置联锁，可以让系统实时调节阀门开度，控制压力变化，维持压力稳定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种氢气循环利用系统，其特征在于，包括原料气缓冲罐和产品氢气缓冲罐；

所述原料气缓冲罐设置有产品氢气进口，所述产品氢气缓冲罐设置有产品氢气第一出口；

所述产品氢气第一出口与所述产品氢气进口通过循环管路连接，所述循环管路上设有调节阀，所述原料气缓冲罐上和/或与所述原料气缓冲罐连接的管路上设有压力变送器，所述调节阀与所述压力变送器电连接。

2.根据权利要求1所述的氢气循环利用系统，其特征在于，所述调节阀通过信号线与所述压力变送器联锁，所述调节阀根据压力变送器的输出值来调节阀门的开度，控制进入原料气缓冲罐中的产品氢气流量。

3.根据权利要求1所述的氢气循环利用系统，其特征在于，所述调节阀和压力变送器分别通过线路与控制系统连接，所述控制系统接收压力变送器的数据，并控制调节阀。

4.根据权利要求1所述的氢气循环利用系统，其特征在于，所述调节阀为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀或自力式调节阀。

5.根据权利要求1所述的氢气循环利用系统，其特征在于，所述压力变送器接口处安装有压力表。

6.根据权利要求1～5任一项所述的氢气循环利用系统，其特征在于，所述原料气缓冲罐还设置有原料气进气口和原料气出气口；

所述原料气进气口连接原料气进气管，所述原料气出气口通过原料气出气管连接原料气压缩机的入口，所述原料气压缩机的出口连接氢气提纯装置的入口，所述氢气提纯装置的出口连接产品氢气缓冲罐的氢气入口。

7.根据权利要求6所述的氢气循环利用系统，其特征在于，所述氢气提纯装置包括PSA单元和TSA单元；

所述原料气压缩机的出口连接PSA单元的入口，所述PSA单元的出口连接TSA单元的入口，所述TSA单元的出口连接产品氢气缓冲罐的氢气入口。

8.根据权利要求7所述的氢气循环利用系统，其特征在于，所述PSA单元设有解析气出口，所述解析气出口通过管路与解析气回收利用系统的入口连接。

9.根据权利要求1～5任一项所述的氢气循环利用系统，其特征在于，所述产品氢气缓冲罐还设置有产品氢气第二出口；

所述产品氢气第二出口通过产品氢气输送管路分别与产品氢气压缩机和产品氢气外售管路连接；

所述产品氢气输送管路与放空管路连接。

10.一种氯碱工业尾气净化系统，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的氢气循环利用系统。

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