CN210874700U - 一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统，包括原料进气主管，均与原料气进气主管连通的若干杂质吸附装置，分别与所有杂质吸附装置均连通的高压氢气中间罐、氢气排放主管、尾气中间罐、尾气混合罐，设置于杂质吸附装置与氢气排放主管之间的回压管，设置于回压管上的高压流量控制阀V11，以及与尾气混合罐相连用于解吸气排放的排气管。通过上述设计，本实用新型的变压吸附氢气提纯系统，将尾气再生的压力控制在0.1～0.3Mpa(G)，与现有的变压吸附提氢气系统的再生压力控制在0.02～0.05Mpa(G)有明显的优势。高压吸附下将含氢的尾气直接进入燃气管网；不仅省去了真空泵，压缩机和回收系统的设备，还节省了抽真空及压缩机部分的能耗。

Description

一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统

技术领域

本实用新型涉及氢气提纯技术领域，具体地说，是涉及一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统。

背景技术

变压吸附技术(PSA)与膜分离技术两种方式都能用于裂解气制取氢气。变压吸附技术(PSA)制取99.9％以上高纯度氢气，在小规模一段式变压吸附制氢装置中运用，为提高收率，降低运行成本，采用多次均压，但其氢气收率一般不会超过92％，并且一次性投资也比较大。长期以来，因为变压吸附技术(PSA) 的特性，产品氢气收率与产品氢气纯度成反比，造成在高纯度产品氢气要求下，产品氢气收率不高，因此，在现有变压吸附技术(PSA)中制取高纯度氢气过程中造成了巨大的资源浪费。

在现有技术的变压吸附氢气提纯系统中，在吸附塔内吸附剂再生主要是冲洗、真空的过程。这几种过程中尾气再生压力均控制在0.02～0.05Mpa(G)。尾气必须经过压缩才能进入燃气管网。必然增加压缩机成本及运行能耗，而一台压缩机的成本高达千万，价格昂贵；同时含氢气体的压缩对整个变压吸附有一定的安全隐患，容易发生爆炸。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统，主要解决现有技术在氢气提纯时需对尾气进行增压导致系统运行成本增加且氢气压缩存在安全隐患的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统，包括用于原料进气的原料进气主管，均与原料进气主管连通的若干杂质吸附装置，分别与所有杂质吸附装置均连通的高压氢气中间罐、氢气排放主管、尾气中间罐、尾气混合罐，设置于杂质吸附装置与氢气排放主管之间的回压管，设置于回压管上的高压流量控制阀V11，以及与尾气混合罐相连用于解吸气排放的排气管；其中，所述尾气中间罐与尾气混合罐相连。

进一步地，所述杂质吸附装置包括与原料进气主管连通的原料进气支管，设置于原料进气支管上的程控阀V1，与原料进气支管连通的吸附塔，与吸附塔另一端连通的氢气排放支管，设置于氢气排放支管上的程控阀V2，设置于程控阀V2与吸附塔之间的氢气排放支管上并与氢气排放支管连通的第三支管、第四支管、第五支管、第六支管，分别对应设置于第三支管、第四支管、第五支管、第六支管上的程控阀V3、程控阀V4、程控阀V5、程控阀V6，一端与吸附塔连通、另一端与尾气混合罐连通的第一出气支管，设置于第一出气支管上的程控阀V7，一端与吸附塔连通、另一端与尾气中间罐连通的第二出气支管，设置于第二出气支管上的程控阀V8；其中，所述氢气排放支管的另一端与氢气排放主管相连，所述高压氢气中间罐的一端与第五支管相连另一端与第六支管相连。

进一步地，所有所述杂质吸附装置的第N支管另一端相互连通；其中N为三～八。

进一步地，所述高压氢气中间罐的进气管上设置有程控阀V9，所述高压氢气中间罐的出气管上设置有压力调节阀V10。

进一步地，所述氢气排放主管上设置有压力调节阀V14。

进一步地，所述尾气中间罐与第二出气支管上的程控阀V8之间的管道上设置有高压流量控制阀V12。

进一步地，所述尾气中间罐与尾气混合罐之间的管道上设置有压力调节阀 V13。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型的变压吸附氢气提纯系统，不含尾气增压压缩机，节省得抽真空及压缩机部分的能耗；同时流程简单，生产、维护成本低；在满足吸附剂解吸再生的情况下，能将尾气直接排入燃气管网。

(2)本实用新型的变压吸附提纯氢技术再生压力控制在0.1～0.3Mpa(G)，吸附剂再生效果明显，氢气提纯效率高，能实际应用于工业中。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-原料进气主管，2-杂质吸附装置，3-高压氢气中间罐，4-氢气排放主管， 5-尾气中间罐，6-尾气混合罐，7-回压管，8-排气管，9-原料进气支管，10-吸附塔，11-氢气排放支管，12-第三支管，13-第四支管，14-第五支管，15-第六支管， 16-第一出气支管，17-第二出气支管，18-压缩机。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1所示，本实用新型公开的一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统，包括用于原料进气的原料进气主管1，均与原料进气主管1连通的若干杂质吸附装置2(对应的吸附塔分别记为A～H)，分别与所有杂质吸附装置2均连通的高压氢气中间罐3、氢气排放主管4、尾气中间罐5、尾气混合罐6，设置于杂质吸附装置2与氢气排放主管4之间的回压管7，设置于回压管7上的高压流量控制阀V11，以及与尾气混合罐6相连用于解吸气排放的排气管8；其中，所述尾气中间罐5与尾气混合罐6相连。所述高压氢气中间罐3的进气管上设置有程控阀V9，所述高压氢气中间罐3的出气管上设置有压力调节阀V10。所述氢气排放主管4上设置有压力调节阀V14。所述尾气中间罐5与第二出气支管 17上的程控阀V8之间的管道上设置有高压流量控制阀V12。所述尾气中间罐5 与尾气混合罐6之间的管道上设置有压力调节阀V13。

所述杂质吸附装置2包括与原料进气主管连通的原料进气支管9，设置于原料进气支管9上的程控阀V1，与原料进气支管9连通的吸附塔10，与吸附塔 10另一端连通的氢气排放支管11，设置于氢气排放支管11上的程控阀V2，设置于程控阀V2与吸附塔10之间的氢气排放支管11上并与氢气排放支管11连通的第三支管12、第四支管13、第五支管14、第六支管15，分别对应设置于第三支管12、第四支管13、第五支管14、第六支管15上的程控阀V3、程控阀 V4、程控阀V5、程控阀V6，一端与吸附塔10连通、另一端与尾气混合罐6连通的第一出气支管16，设置于第一出气支管上的程控阀V7，一端与吸附塔10 连通、另一端与尾气中间罐5连通的第二出气支管17，设置于第二出气支管17 上的程控阀V8；其中，所述氢气排放支管11的另一端与氢气排放主管4相连，所述高压氢气中间罐3的一端与第五支管14相连另一端与第六支管15相连。所有所述杂质吸附装置2的第N支管另一端相互连通；其中N为三～八。

本实用新型的氢气提纯系统的具体工作原理如下：

现以吸附塔(简称A塔)为例描述主流程的整个提纯过程，B～H塔的过程与A完全相同。

(S1)吸附

原料气经程控阀V1A进入吸附塔A，其中除氢气以外的杂质组分被吸附塔 A中装填的多种吸附剂依次吸附，得到纯度大于99.9％的产品氢气经程控阀V2A 排出。大部分氢气通过压力调节阀V14(压力控制在3.9Mpa(G))稳压后送提纯区。随着吸附的进行，当杂质的前沿(即：吸附前沿)上升至接近吸附床一定高度时，关闭V1A、V2A，停止吸附。

(S2)一均降压

在吸附过程完成后，打开程控阀V3A和V3C，通过管线将A塔内较高压力的氢气放入刚完成了二均升压的C塔，直到A、C两塔的压力基本相等为止。压力控制(2.9Mpa(G))。这一过程不仅是降压过程，而且也回收了A塔床层死空间内的氢气。在这一过程中A塔的吸附前沿将继续向前推移，但仍未达到出口。

(S3)二均降压

在一均降压过程完成后，打开程控阀V4A和V4D，通过管线将A塔内较高压力的氢气放入刚完成三均升压的D塔，用于D塔的二均升，压力控制(2.1Mpa (G))。这一过程继续回收A塔床层死空间内的氢气，同时A塔的吸附前沿也将继续向前推移，但仍未达到出口。

(S4)三均降压

在二均降压过程完成后，打开程控阀V4A和V4E，关闭V4D将A塔内较高压力的氢气放入E塔，用于E塔的三均升，直到A、E两塔的压力基本相等为止。压力控制(1.2Mpa(G))。这一过程同样是继续回收A塔床层死空间内的氢气，同时A塔的吸附前沿也将继续向前推移，但仍未达到出口。

(S5)顺放

三均降压过程结束后，吸附塔A压力仍有1.2MPa(G)左右，此时通过程控阀V6A和V9将塔内较高压力的氢气放入氢气高压中间罐。压力控制(0.55Mpa (G))。

(S6)逆放

在完成连续顺向减压过程后，A塔的吸附前沿已基本达到床层出口。这时打开V7A，逆着吸附方向将A塔压力降至0.25Mpa(G)(即将再生的压力控制在0.1～0.3Mpa(G))，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来。逆放解吸气经调节阀V12放入尾气罐，再经调节阀V13稳压后进入尾气混合罐；然后进入燃气管网。

(S7)冲洗

逆放结束后，用中间罐中的气体通过V10；程控阀门V5A、V8A，对A塔进行冲洗，这时被吸附的杂质大量解吸出来，并逆着吸附方向流入尾气混合罐。冲洗压力控制在0.25Mpa(G)(即将再生的压力控制在0.1～0.3Mpa(G))。

(S8)三均升压

在冲洗过程完成后，打开程控阀V4A和V4E，再将E塔内较高压力的氢气回收进A塔，压力控制(1.2Mpa(G))。

(S9)二均升压

在三均升压过程完成后，打开程控阀V4A和V4F，利用F塔二均降时较高压力的氢气对A塔进行二均升，压力控制(2.1Mpa(G))。

(S10)一均升压

在二均升压过程完成后，打开程控阀V3A和V3G，再将G塔内更高压力的氢气回收进刚完成了二均升的A塔，压力控制(2.9Mpa(G))。

(S11)产品气升压过程

通过三次均压升压过程后，吸附塔压力仍然未达到吸附压力。这时打开程控阀V3A，通过调节阀V11用产品氢气对A塔进行缓慢升压，直至A塔压力升至吸附压力为止，压力控制(3.9Mpa(G))

经过上述一系列这降压及升压过程后，吸附塔便完成了整个再生过程，为下一次吸附做好了准备并由此进入下一吸附循环。

吸附塔B～H的工艺步序与A塔都是完全相同的，只是在各步序的运行时间上依次错开1个吸附时间，这样就实现了始终有1塔处于吸附状态，8塔分别处于不同的再生状态，保证了原料气的连续分离与提纯。

通过上述设计，本实用新型的变压吸附氢气提纯系统适用于各种含氢气体的气流量大于1000Nm³/h的氢气提纯，不含尾气增压压缩机，节省了抽真空及压缩机部分的能耗，减少设备的同时却能实现氢气的高效提纯，大大节约了成本。同时操作流程简单，生产、维护成本低；在满足吸附剂解吸再生的情况下，能将尾气直接排入燃气管网。因此，具有很高的使用价值和推广价值。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统，其特征在于，包括用于原料进气的原料进气主管(1)，均与原料进气主管(1)连通的若干杂质吸附装置(2)，分别与所有杂质吸附装置(2)均连通的高压氢气中间罐(3)、氢气排放主管(4)、尾气中间罐(5)、尾气混合罐(6)，设置于杂质吸附装置(2)与氢气排放主管(4)之间的回压管(7)，设置于回压管(7)上的高压流量控制阀V11，以及与尾气混合罐(6)相连用于解吸气排放的排气管(8)；其中，所述尾气中间罐(5)与尾气混合罐(6)相连。

2.根据权利要求1所述的一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统，其特征在于，所述杂质吸附装置(2)包括与原料进气主管连通的原料进气支管(9)，设置于原料进气支管(9)上的程控阀V1，与原料进气支管(9)连通的吸附塔(10)，与吸附塔(10)另一端连通的氢气排放支管(11)，设置于氢气排放支管(11)上的程控阀V2，设置于程控阀V2与吸附塔(10)之间的氢气排放支管(11)上并与氢气排放支管(11)连通的第三支管(12)、第四支管(13)、第五支管(14)、第六支管(15)，分别对应设置于第三支管(12)、第四支管(13)、第五支管(14)、第六支管(15)上的程控阀V3、程控阀V4、程控阀V5、程控阀V6，一端与吸附塔(10)连通、另一端与尾气混合罐(6)连通的第一出气支管(16)，设置于第一出气支管上的程控阀V7，一端与吸附塔(10)连通、另一端与尾气中间罐(5)连通的第二出气支管(17)，设置于第二出气支管(17)上的程控阀V8；其中，所述氢气排放支管(11)的另一端与氢气排放主管(4)相连，所述高压氢气中间罐(3)的一端与第五支管(14)相连另一端与第六支管(15)相连。

3.根据权利要求2所述的一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统，其特征在于，所有所述杂质吸附装置(2)的第N支管另一端相互连通；其中N为三～八。

4.根据权利要求3所述的一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统，其特征在于，所述高压氢气中间罐(3)的进气管上设置有程控阀V9，所述高压氢气中间罐(3)的出气管上设置有压力调节阀V10。

5.根据权利要求4所述的一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统，其特征在于，所述氢气排放主管(4)上设置有压力调节阀V14。

6.根据权利要求5所述的一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统，其特征在于，所述尾气中间罐(5)与第二出气支管(17)上的程控阀V8之间的管道上设置有高压流量控制阀V12。

7.根据权利要求6所述的一种高压再生的变压吸附氢气提纯系统，其特征在于，所述尾气中间罐(5)与尾气混合罐(6)之间的管道上设置有压力调节阀V13。

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