CN211004548U - 一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，包括脱氧塔组，脱氧塔组包括并列设置的第一脱氧塔及第二脱氧塔，且第一脱氧塔及第二脱氧塔的顶部进气口分别设有第一阀门，第一脱氧塔及第二脱氧塔的下部排气口分别设有第二阀门。还包括蒸汽加热器，蒸汽加热器管程出口与脱氧塔组顶部进气口连通。还包括冷却器组，冷却器组管程进口与脱氧塔组下部排气口连通，且冷却器组用于对脱氧塔组排出的氢气二次提浓气进行降温。冷却器组管程进口经管道连接有气液分离器。本实用新型的脱氧塔结构具有结构简单、连通多样化、能源消耗小、安全可靠、连续作业的特点。

Description

一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构

技术领域

本实用新型属于化工设备技术领域，涉及变压吸附制氢装置，具体为一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构。

背景技术

荒煤气可燃成分多是原煤中低温馏干过程中副产的煤气，兰炭生产多的副产品，其中含有约25.0%左右的氢气，也含有微量的氧。

荒煤气成份复杂质量差，微量氧在提氢工序中必须脱出，才能保证运行安全。在变压吸附制氢装置中，脱氧塔的安全可靠运行关系到制氢装置的安全运行，尤其在荒煤气含氧制氢工艺中起到降低氧含量的关键装置，如何保证脱氧塔的脱氧效果，是变压吸附制氢装置关键所在。

当荒煤气经吸附塔制取的氢气量发生大幅波动时，脱氧塔极易发生失温现象，其制约制氢装置负荷的提升；同时，脱氧塔进气量增加时，阻力增加，会造成前段工序的系统压力，严重影响制取的氢气的纯度和收率。

因此，有必要对现有技术中的变压吸附制氢装置予以改进，以解决上述装置运行安全性、稳定性、连续性的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于解决变压吸附制氢装置安全性、稳定性、连续性的的技术问题，提出了一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，通过对变压吸附制氢装置的脱氧塔进行的改进，解决了氢气提浓气中氧含量控制问题，保证了装置运行安全；通过两个脱氧塔并联形成脱氧塔结构，增加流通面积以及降低上游装置的气流阻力，提高制氢产能。同时，通过增加进口蒸汽加热器和换热器，能够保证脱氧塔结构的进气温度的稳定，从而保证装置运行稳定性，从而确保氢气的纯度和收率，提高变压吸附制氢装置的制氢能力。

实现本实用新型目的的技术方案如下：一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，包括脱氧塔组，脱氧塔组包括并列设置的第一脱氧塔及第二脱氧塔，且第一脱氧塔及第二脱氧塔的顶部进气口分别设有第一阀门，第一脱氧塔及第二脱氧塔的下部排气口分别设有第二阀门。

还包括蒸汽加热器，蒸汽加热器管程出口与脱氧塔组顶部进气口连通。蒸汽加热器用于对氢气一次提浓气加热，其能够保证氢气一次提浓气温度的稳定，尤其是在开停车期间对催化剂的激活具有重要的作用，使得氢气一次提浓气中的氧与氢充分的反应，使氢气一次提浓气中氧的含量低于0.01%。

还包括冷却器组，冷却器组管程进口与脱氧塔组下部排气口连通，且冷却器组用于对脱氧塔组排出的氢气二次提浓气进行降温，同时将氢气一次提浓气中氧与氢反应生成的水汽冷凝成为水液。冷却器组管程进口经管道连接有气液分离器，气液分离器顶部排气口排出的氢气二次提浓气进入真空变压提纯工序。

本实用新型通过并列设置的第一脱氧塔及第二脱氧塔，在正常工作时，第一脱氧塔及第二脱氧塔同时使用，能够增加脱氧塔组的流通面积，同时降低上游装置系统的气流阻力，保证了制氢装置稳定运行。在设备检修或者更换催化剂时，第一脱氧塔及第二脱氧塔一个正常使用，一个检修或者更换催化剂，使得变压吸附制氢装置的连续运行，提高了变压吸附制氢装置的效率。

在本实用新型的一个优选实施例中，氢气一次提浓气中不但还有约0.4~1.0%的氧，还含有微量的硫，为了降低甚至除去氢气一次提浓气中的氧及硫，第一脱氧塔及第二脱氧塔内由上到下依次设有第一瓷球层、脱硫剂层、第一钢丝网层、第一脱氧剂层、第二钢丝网层。

在本实用新型的一个优选实施例中，氢气一次提浓气中不但还有约0.4~1.0%的氧，还含有微量的硫，为了降低甚至除去氢气一次提浓气中的氧及硫，同时，为了降低变压吸附制氢装置的设备成本，第一脱氧塔内由上到下依次设有瓷球层、脱硫剂层、第一钢丝网层、第一脱氧剂层、第二钢丝网层，且第二脱氧塔内由上到下依次设有第二瓷球层、第二脱氧剂层，第一脱氧塔的体积大于第二脱氧塔的体积。由于氢气一次提浓气中硫的含量很低，第一脱氧塔中的脱硫剂处理氢气一次提浓气后，通过进一步脱硫，达到保护脱氧催化剂的目的。因此，可在第二脱氧塔中仅设置脱氧剂而不用设置脱硫剂，同时第二脱氧塔的体积小于第一脱氧塔，将第二脱氧塔作为第一脱氧塔的辅助降压设备，在保证氢气一次提浓气除氧及除硫的情况下，降低变压吸附制氢装置的成本。

进一步的，由于经脱氧塔组排出的氢气二次提浓气的温度偏高，在后续工序中还需要对其进行降温，为了充分利用脱氧塔组排出的氢气二次提浓气的热能，变压吸附制氢装置还包括换热器，换热器管程进口与蒸汽加热器壳程出口连通，换热器管程出口与脱氧塔组顶部进气口连通。换热器壳程进口与脱氧塔组下部排气口连通，换热器壳程出口与冷却器管程进口连连通。蒸汽加热器管程进口处设有第三阀门，蒸汽加热器管程出口处还设有第四阀门。装置工作过程中，氢气一次提浓气可以选择性的经蒸汽加热器加热后或者直接进入换热器管程内，同时，脱氧塔组下部排气口排出的氢气二次提浓气进入换热器壳程内，氢气一次提浓气吸热并排出至脱氧塔组进气口进行处理，氢气二次提浓气放热后排出至冷却器组进行再次降温处理。

优选的，为了根据变压吸附制氢装置工作时的实际情况，选择性的使氢气一次提浓气进入蒸汽加热器或者换热器进行加热，亦或者先进入蒸汽加热器再进入换热器进行加热，在脱氧塔组顶部进气口的管道上设有第五阀门及第六阀门，第五阀门靠近换热器管程进口，第六阀门靠近脱氧塔组顶部进气口。

在本实用新型的一个优选实施例中，为了更好的对氢气二次提浓气进行降温，冷却器组包括≥1个冷却器。

进一步的，冷却器至少有2个，且至少2个冷却器并联设置，并联设置的冷却器，能够更好的对氢气二次提浓气进行降温，提高氢气二次提浓气的降温效果。

在本实用新型的一个优选实施例中，脱氧塔组顶部进气口、气液分离器顶部排气口还连接有放空管线。优选的，在第一脱氧塔顶部进气口、第二脱氧塔顶部进气口、气液分离器顶部排气口至放空管线的管道上还设有第七阀门，第七阀门为单向阀。放空管线的设置，在氢气一次提浓气或氢气二次提浓气的气压过大时，能够及时排出多余的气体以降低脱氧塔内结构的气压压强，提高脱氧塔结构的系统安全性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1. 脱氧塔结构通过并列设置的第一脱氧塔及第二脱氧塔，正常工作时，第一脱氧塔及第二脱氧塔同时使用，增加脱氧塔的流通面积，同时降低上游的蒸汽加热器及变压吸附制氢装置的吸附塔的气流阻力，保证了脱氧塔的脱氧效果。设备检修或者更换催化剂时，使第一脱氧塔及第二脱氧塔一个正常使用，一个检修或者更换催化剂，使得变压吸附制氢装置的连续运行，提高了变压吸附制氢装置的效率。

2.换热器的设置，能充分利用脱氧塔组排出的氢气二次提浓气的热能对进入脱氧塔组的氢气一次提浓气进行加热，提高了脱氧塔结构的能源利用率，降低了外界引入热能的消耗，降低了制氢成本。

3.在换热器及蒸汽加热器的管道上分别设有阀门，能够根据变压吸附制氢装置工作时的实际情况，选择性的使氢气一次提浓气进入蒸汽加热器或者换热器进行加热，亦或者先进入蒸汽加热器再进入换热器进行加热，为脱氧塔结构的连通提供多种选择。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的脱氧塔结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的脱氧塔结构示意图；

其中，1.第一脱氧塔；2.第二脱氧塔；3.第一阀门；4.第二阀门；5.蒸汽加热器；6.冷却器；7.气液分离器；8.放空管线；9.第七阀门；10.换热器；11.第三阀门；12.第四阀门；13.第五阀门；14.第六阀门；1-1.第一瓷球层；1-2.脱硫剂层；1-3.第一钢丝网层；1-4.第一脱氧剂层；1-5.第二钢丝网层；2-1.第二瓷球层；2-2.第二脱氧剂层；3-1. 第一脱氧塔上的第一阀门；3-2.第二脱氧塔上的第一阀门；4-1. 第一脱氧塔上的第二阀门；4-2. 第二脱氧塔上的第二阀门；5-1. 蒸汽加热器管程进口；5-2.蒸汽加热器管程出口；10-1.换热器管程进口；10-2换热器管程出口；10-3.换热器壳程进口；10-4.换热器壳程出口。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1：

请参图1所示，一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，在本实施方式中，一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，包括脱氧塔组，脱氧塔组包括并列设置的第一脱氧塔1及第二脱氧塔2，且第一脱氧塔1及第二脱氧塔2的顶部进气口分别设有第一阀门3（第一脱氧塔1上的第一阀门3-1；第二脱氧塔上的第一阀门3-2），第一脱氧塔1及第二脱氧塔2的下部排气口分别设有第二阀门4（第一脱氧塔1上的第二阀门4-1；第二脱氧塔上的第二阀门4-2）。并列设置的第一脱氧塔1及第二脱氧塔2，在正常工作时，第一脱氧塔1及第二脱氧塔2同时使用，能够增加脱氧塔组的流通面积，同时降低上游的蒸汽加热器及变压吸附制氢装置的吸附塔的气流阻力，保证了脱氧塔组的脱氧效果。在设备检修或者更换催化剂时，第一脱氧塔1及第二脱氧塔2一个正常使用，一个检修或者更换催化剂，使得变压吸附制氢装置的连续运行，提高了变压吸附制氢装置的效率。

作为对本实施例的第一脱氧塔1及第二脱氧塔2的进一步优化，一般来说氢气一次提浓气中不但还有约0.4~1.0%的氧，还含有微量的硫，为了降低甚至除去氢气一次提浓气中的氧及硫，如图1所示，第一脱氧1塔及第二脱氧塔2内由上到下依次设有瓷球层1-1、脱硫剂层1-2、第一钢丝网层1-3、第一脱氧剂层1-4、第二钢丝网层1-5。

其中，变压吸附制氢装置还包括蒸汽加热器5，蒸汽加热器管程出口5-1与脱氧塔组顶部进气口连通。蒸汽加热器5用于对氢气一次提浓气加热，其能够保证氢气一次提浓气温度的稳定，尤其是在开停车期间对催化剂的激活具有重要的作用，使得氢气一次提浓气中的氧与氢充分的反应，使氢气一次提浓气中氧的含量低于0.01%。

其中，变压吸附制氢装置还包括冷却器组，冷却器组管程进口与脱氧塔组下部排气口连通，且冷却器组用于对脱氧塔组排出的氢气二次提浓气进行降温，同时将氢气一次提浓气中氧与氢反应生成的水汽冷凝成为水液。冷却器组管程进口经管道连接有气液分离器7，气液分离器顶部排气口排出的氢气二次提浓气进入真空变压提纯工序。

作为对本实施例中冷却器组的进一步优化，为了更好的对氢气二次提浓气进行降温，冷却器组包括≥1个冷却器6。优选的，冷却器6至少有2个，且至少2个冷却器6并联设置，并联设置的冷却器6，能够更好的对氢气二次提浓气进行降温，提高氢气二次提浓气的降温效果，在本实施例中，有3个冷却器6并联形成冷却器组。

作为对实施例的进一步优化，脱氧塔组顶部进气口、气液分离器顶部排气口还连接有放空管线8。优选的，在第一脱氧塔1顶部进气口、第二脱氧塔2顶部进气口、气液分离器7顶部排气口至放空管线8的管道上还设有第七阀门9，第七阀门9为单向阀。放空管线8的设置，在氢气一次提浓气或氢气二次提浓气的气压过大时，能够及时排出多余的气体以降低脱氧塔内结构的气压压强，提高脱氧塔结构的系统安全性。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例对脱氧塔组进行进一步优化，氢气一次提浓气中不但还有约0.4~1.0%的氧，还含有微量的硫，为了降低甚至除去氢气一次提浓气中的氧及硫，同时，为了降低变压吸附制氢装置的设备成本，第一脱氧塔1内由上到下依次设有瓷球层1-1、脱硫剂层1-2、第一钢丝网层1-3、第一脱氧剂层1-4、第二钢丝网层1-5，且第二脱氧塔2内由上到下依次设有第二瓷球层2-1、第二脱氧剂层2-2，第一脱氧塔1的体积大于第二脱氧塔2的体积。由于氢气一次提浓气中硫的含量很低，第一脱氧塔1中的脱硫剂处理氢气一次提浓气后，排出的氢气二次提浓气中的硫含量达到标准，因此，可在第二脱氧塔2中仅设置脱氧剂而不用设置脱硫剂，同时第二脱氧塔2的体积小于第一脱氧塔1，将第二脱氧塔2作为第一脱氧塔1的辅助降压设备，在保证氢气一次提浓气除氧及除硫的情况下，降低变压吸附制氢装置的成本。

实施例3：

作为对实施例1及实施例2的进一步改进，由于经脱氧塔组排出的氢气二次提浓气的温度偏高，在后续工序中还需要对其进行降温，为了充分利用脱氧塔组排出的氢气二次提浓气的热能。如图1及图2所示，变压吸附制氢装置还包括换热器10，换热器管程进口10-1与蒸汽加热器壳程出口5-1连通，换热器管程出口10-2与脱氧塔组顶部进气口连通。换热器壳程进口10-3与脱氧塔组下部排气口连通，换热器壳程出口10-4与冷却器管程进口连连通。蒸汽加热器管程进口5-1处设有第三阀门11，蒸汽加热器管程出口5-1处还设有第四阀门12。装置工作过程中，氢气一次提浓气可以选择性的经蒸汽加热器5加热后或者直接进入换热器10管程内，同时，脱氧塔组下部排气口排出的氢气二次提浓气进入换热器10壳程内，氢气一次提浓气吸热并排出至脱氧塔组进气口进行处理，氢气二次提浓气放热后排出至冷却器组进行再次降温处理。

进一步的，为了根据变压吸附制氢装置工作时的实际情况，选择性的使氢气一次提浓气进入蒸汽加热器5或者换热器10进行加热，亦或者先进入蒸汽加热器5再进入换热器10进行加热，在脱氧塔组顶部进气口的管道上设有第五阀门13及第六阀门14，第五阀门13靠近换热器管程进口10-1，第六阀门14靠近脱氧塔组顶部进气口。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，其特征在于：包括脱氧塔组，所述脱氧塔组包括并列设置的第一脱氧塔及第二脱氧塔，且所述第一脱氧塔及所述第二脱氧塔的顶部进气口分别设有第一阀门，所述第一脱氧塔及所述第二脱氧塔的下部排气口分别设有第二阀门；

还包括蒸汽加热器，蒸汽加热器管程出口与脱氧塔组顶部进气口连通；

还包括冷却器组，冷却器组管程进口与所述脱氧塔组下部排气口连通，且所述冷却器组用于对所述脱氧塔组排出的氢气二次提浓气进行降温；所述冷却器组管程进口经管道连接有气液分离器，气液分离器顶部排气口排出的氢气二次提浓气进入真空变压提纯工序。

2.根据权利要求1所述的一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，其特征在于：所述第一脱氧塔及所述第二脱氧塔内由上到下依次设有第一瓷球层、脱硫剂层、第一钢丝网层、第一脱氧剂层、第二钢丝网层。

3.根据权利要求1所述的一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，其特征在于：所述第一脱氧塔内由上到下依次设有第一瓷球层、脱硫剂层、第一钢丝网层、第一脱氧剂层、第二钢丝网层，且所述第二脱氧塔内由上到下依次设有第二瓷球层、第二脱氧剂层，所述第一脱氧塔的体积大于所述第二脱氧塔的体积。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，其特征在于：还包括换热器，换热器管程进口与蒸汽加热器壳程出口连通，换热器管程出口与所述脱氧塔组顶部进气口连通；

换热器壳程进口与所述脱氧塔组下部排气口连通，换热器壳程出口与冷却器管程进口连连通；

所述蒸汽加热器管程进口处设有第三阀门，所述蒸汽加热器管程出口处还设有第四阀门。

5.根据权利要求4所述的一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，其特征在于：在所述脱氧塔组顶部进气口的管道上设有第五阀门及第六阀门，所述第五阀门靠近所述换热器管程进口，所述第六阀门靠近所述脱氧塔组顶部进气口。

6.根据权利要求1所述的一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，其特征在于：所述冷却器组包括≥1个冷却器。

7.根据权利要求4所述的一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，其特征在于：所述冷却器至少有2个，且至少2个所述冷却器并联设置。

8.根据权利要求1所述的一种基于变压吸附制氢装置的脱氧塔结构，其特征在于：所述脱氧塔组顶部进气口、所述气液分离器顶部排气口还连接有放空管线。

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