CN211871376U - 一种变压吸附制氢脱氧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变压吸附制氢脱氧系统，包括位于变压吸附提浓工序与变压吸附提纯工序之间的脱氧结构，脱氧结构包括依次连接的脱氧塔、换热器、冷却器、气液分离器。脱氧塔包括串联的第一脱氧塔及第二脱氧塔，第一脱氧塔及第二脱氧塔内均设有若干个填充层，填充层用于对变压吸附提浓工序输出的提浓气脱氧及脱硫。填充层包括瓷球层、脱硫剂层、脱氧催化剂层，且各层之间设有钢丝网。脱硫剂层的填充剂为氧化锌，脱氧催化剂层的填充剂为金属催化剂，脱硫剂层用于对脱氧催化剂层内的金属催化剂进行保护，避免其在提浓气内硫化氢的影响下失活。脱氧结构具有结构简单、脱氧率高、系统运行安全度高等优点。

Description

一种变压吸附制氢脱氧系统

技术领域

本实用新型属于煤深加工技术领域，具体涉及一种变压吸附制氢脱氧系统。

背景技术

目前，在煤化工领域，荒煤气通过净化系统后，再通过变压吸附制氢系统的加压工序、预处理工序、氢气纯化工序将氢以外的杂质除去，从而获得浓度为99.99%的氢气。

其中，荒煤气中含有一定量的氧气，经氢气纯化工序处理后，需要将氢气提纯气体内的氧气含量控制在0.01%以下。目前，多数企业的氢气纯化工序采用两段式氢气提浓工序对预处理工序输出的净化荒煤气进行提浓，第一段为变压吸附提浓工序，将氢含量提升到45-50％，第二段为变压吸附提纯工序，将氢含量提升到99.99％。

第一段的变压吸附提浓工序进行提浓后，提浓气中氧的含量提高，此时若直接将提浓气输入变压吸附提纯工序，则会在变压吸附提纯工序中出现氧富集的现象，当氧浓度达到一定的程度时，可能会因气流摩擦发热或产生静电，在系统内发生闪爆，造成安全事故。

有鉴于此，在保证氢气的含量并提高变压吸附制氢系统各个工序的设备的作业安全的基础上，有必要对现有技术中的变压吸附制氢系统予以改进。

发明内容

本实用新型的目的在于在对变压吸附制氢系统进行改进，在两段式氢气提浓工序之间设置脱氧结构，以便于将变压吸附提浓工序输出的提浓气中的氧含量控制在0.001%以下，确保变压吸附提纯工序中氢气提纯气中氢气提纯时的装置运行安全，使变压吸附制氢系统长周期平稳的运行，减少系统停机次数，提高系统运行工况的平稳度。

实现本实用新型目的的技术方案如下：一种变压吸附制氢脱氧系统，包括位于变压吸附提浓工序与变压吸附提纯工序之间的脱氧结构，脱氧结构包括依次连接的脱氧塔、换热器、冷却器、气液分离器。脱氧塔包括串联的第一脱氧塔及第二脱氧塔，第一脱氧塔及第二脱氧塔内均设有若干个填充层，填充层用于对变压吸附提浓工序输出的提浓气脱氧及脱硫。

填充层包括瓷球层、脱硫剂层、脱氧催化剂层，且各层之间设有钢丝网。脱硫剂层的填充剂为氧化锌，脱氧催化剂层的填充剂为金属催化剂，脱硫剂层用于对脱氧催化剂层内的金属催化剂进行保护，避免其在提浓气内硫化氢的影响下失活。

本实用新型通过对第一脱氧塔及第二脱氧塔内填充层的设计，在保证脱氧催化剂层内金属催化剂活性的基础上，确保了提浓气内氧的去除率。

本实用新型对多种脱氧催化剂及脱硫催化剂的理化特性分析和研究，通过采用脱硫催化剂及脱氧催化剂进行不同级配方法的设计，经实际装填运行试验，得到以下2种优选填充层的设置。

进一步的，填充层的一种设置是，填充层由脱氧塔的上端至下端依次为瓷球层、脱硫剂层、脱氧催化剂层。

进一步的，填充层的另一种设置是，填充层由脱氧塔的上端至下端依次为瓷球层、第一脱氧催化剂层、脱硫剂层、第二脱氧催化剂层。

作为对上述脱氧结构的进一步改进，由于不同的金属催化剂，其反应空速、催化温度、激活温度、耐热性等均不同，因此，本实用新型的金属催化剂可以选择钯金，钯金为常规选择的贵金属催化剂型，使用方法较为成熟。

金属催化剂也可以选择非贵金属催化剂，金属催化剂包括但不限于氧化铜、氧化锌，是一种新开发的催化剂型，其反应温度及催化温度均较钯金低，能够降低提浓气的脱氧成本，也能够确保变压吸附制氢系统的各个设备运行的安全性。

作为对上述脱氧结构的进一步改进，第一脱氧塔的排气端连接有主管道，主管道上设有单向阀及第一氧浓度测量仪，且主管道上连通有第一支管道及第二支管道。

第一支管道位于所述第一脱氧塔与第二脱氧塔之间，第一支管道上设有第一电磁阀。

第二支管道位于第二脱氧塔与换热器之间，第二支管道上设有第二电磁阀。

脱氧塔作业的原理是：第一脱氧塔处理来自变压吸附提浓工序的提浓气，将提浓气中的氧气及硫化氢除去后输出至主管道；主管道上第一氧浓度测量仪对主管道内的提浓气中的氧气进行测定，当氧气浓度＜0.1时，第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，提浓气直接输入换热器中进行后续处理；当氧气浓度≥0.1%时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启，提浓气输入第二脱氧塔中进行再次脱氧处理，再经第二脱氧塔输出至换热器中进行后续处理。

本实用新型对脱氧结构进行设计，通过第一脱氧塔及第二脱氧塔联合处理，将变压吸附提浓工序输出的提浓气中的氧气除去，避免变压吸附提纯工序的设备中出现氧富集现象，提高系统运行的安全性。

作为对上述脱氧塔的进一步改进，为了对经第二脱氧塔脱氧处理后输出的提浓气的氧浓度进行控制，在第二脱氧塔的排气管道上设有第二氧浓度测量仪及报警器。当排气管道上第二氧浓度测量仪测定氧气浓度＜0.1时，提浓气直接输入换热器中进行后续处理。当排气管道上第二氧浓度测量仪测定氧气浓度≥0.1时，会促使报警器会进行报警，作业人员采用相应的措施进行处理。

作为对脱氧结构的进一步改进，为了提高脱氧结构的各个管道自动化控制程度，使脱氧结构还包括控制器，控制器与第一氧浓度测量仪、第一电磁阀、第二电磁阀、第二氧浓度测量仪、报警器电连接。通过控制器将第一氧浓度测量仪、第一电磁阀、第二电磁阀、第二氧浓度测量仪、报警器等各个阀门、仪器进行联动组合，以及时根据管道内氧浓度的大小及时将提浓气输入至换热器或第二脱氧塔中。

作为对上述脱氧结构的进一步改进，一般来说，脱氧塔内填充层内的填充剂需要在一定的温度下才能激活剂起活，例如，对于金属催化剂，特别对于贵金属催化剂钯金来说，其是用来吸附处理提浓气中的氧，其起活温度为120℃，在使用一定周期后，其激活温度会达到150℃以上，起活温度达到220℃以上。因此，为了使脱氧塔内的填充剂能够正常且高效作用，在第一脱氧塔及第二脱氧塔还连接有蒸汽预热器，蒸汽预热器用于对第一脱氧塔及第二脱氧塔加热。

作为对上述脱氧结构的进一步改进，第一脱氧塔及第二脱氧塔内还设有温度传感器，且蒸汽预热器与第一脱氧塔之间的管道上设有第三电磁阀，蒸汽预热器与第二脱氧塔之间的管道上设有第四电磁阀。温度传感器14、第三电磁阀、第四电磁阀均与控制器电连接。温度传感器能够实时检测第一脱氧塔和第二脱氧塔内的温度，当温度低时，控制器能够及时控制第三电磁阀开启，使得蒸汽预热器对第一脱氧塔或第二脱氧塔进行加热，确保提浓气中氧及硫的去除效率。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型通过对脱氧结构进行设计，通过第一脱氧塔及第二脱氧塔联合处理，将变压吸附提浓工序输出的提浓气中的氧气除去，避免变压吸附提纯工序的设备中出现氧富集现象，提高系统运行的安全性。

2. 通过本实用新型脱氧结构的设计，系统运行后，输入变压吸附提纯工序的提浓气中氧的含量＜0.1%，提浓气中氧的去除率>99%。

附图说明

图1为本实用新型中变压吸附制氢脱氧系统的脱氧结构的示意图；

图2为本实用新型中脱氧结构的脱氧罐的一种示意图；

图3为本实用新型中脱氧结构的脱氧罐的另一种示意图；

其中，1. 变压吸附提浓工序；2. 变压吸附提纯工序；3. 脱氧塔；31. 第一脱氧塔；32. 第二脱氧塔；4. 换热器；5. 冷却器；6. 分离器；7. 主管道；71.第一支管道；72.第二支管道；8. 单向阀；9. 第一氧浓度测量仪；10. 第一电磁阀；11. 第二电磁阀；12. 第二氧浓度测量仪；13.报警器；14. 温度传感器；15. 蒸汽预热器；16. 第三电磁阀；17. 第四电磁阀；18. 瓷球层；19. 脱硫剂层；20. 脱氧催化剂层；20-1. 第一脱氧催化剂层；20-2.第二脱氧催化剂层；21. 钢丝网。

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，一种变压吸附制氢脱氧系统，在本实施方式中，变压吸附制氢脱氧系统包括位于变压吸附提浓工序1与变压吸附提纯工序2之间的脱氧结构。

其中，脱氧结构包括依次连接的脱氧塔3、换热器4、冷却器5、气液分离器6。脱氧塔3包括串联的第一脱氧塔31及第二脱氧塔32，第一脱氧塔31及第二脱氧塔32内均设有若干个填充层，填充层用于对变压吸附提浓工序1输出的提浓气脱氧及脱硫。在本实施例中，经脱氧塔3输出的提浓气的温度为250~280℃，需要对其进行降温处理后才能输入变压吸附提纯工序2内。第一脱氧塔31或第二脱氧塔32排出的提浓气经换热器4换热后，使用冷却器5（选用循环冷却器）使其温度降至40~60℃，进入气液分离器6内分离提浓气中的水分。

如图2~3所示，脱氧塔3的填充层包括瓷球层18、脱硫剂层19、脱氧催化剂层20，且各层之间设有钢丝网21。

脱硫剂层19的填充剂为氧化锌，脱氧塔3内脱硫的原理是：

ZnO+H₂S→ZnS+H₂O，脱硫剂层19的氧化锌能够保护其下部的脱氧催化剂层20的金属催化剂及后端变压吸附提纯工序的吸附剂的活性，避免其在硫化氢气体的作用下失活；

脱氧催化剂层20的填充剂为金属催化剂，脱氧塔3内脱氧的原理是：

H2和O2在金属催化剂的作用下变成 H2O；瓷球层18是用于使进入脱氧塔3内的提浓气的气流分布均匀。

本实用新型通过对第一脱氧塔31及第二脱氧塔32内填充层的设计，在保证脱氧催化剂层内金属催化剂活性的基础上，确保了提浓气内氧的去除率。

实施例2：

本实施例通过对多种脱氧催化剂及脱硫催化剂的理化特性分析和研究，通过采用脱硫催化剂及脱氧催化剂进行不同级配方法的设计，经实际装填运行试验，得到以下2种优选填充层的设置。

优选的，如图2所示，填充层由脱氧塔3的上端至下端依次为瓷球层18、脱硫剂层19、脱氧催化剂层20。

优选的，如图3所示，填充层由脱氧塔3的上端至下端依次为瓷球层18、第一脱氧催化剂层20-1、脱硫剂层19、第二脱氧催化剂层20-2。

作为对上述脱氧结构的进一步改进，由于不同的金属催化剂，其反应空速、催化温度、激活温度、耐热性等均不同，因此，本实用新型的金属催化剂可以选择钯金，钯金为常规选择的贵金属催化剂型，使用量为千分之0.5，使用方法较为成熟，钯金的价格略高，且其起活温度约为120℃，其脱氧温度高约为150~220℃。

金属催化剂也可以选择非贵金属催化剂，金属催化剂包括但不限于氧化铜、氧化锌。如在本实施例中，金属催化剂选用氧化铜、氧化锌、三氧化铝、助剂的形成的混合物，助剂起到辅助作用，用于提高金属催化剂的流动性、均匀度等物理性能，是一种新开发的催化剂型。本实施例的金属催化剂的价格低，且其起活温度约为80℃，且反应温度及催化温度均较钯金低，能够降低提浓气的脱氧成本，也能够确保变压吸附制氢系统的各个设备运行的安全性。

实施例3：

作为对实施例1及实施例2的脱氧塔结构进行进一步优化，如图1所示，第一脱氧塔31的排气端连接有主管道7，主管道7上设有单向阀8及第一氧浓度测量仪9，且主管道7上连通有第一支管道71及第二支管道72。

第一支管道71位于所述第一脱氧塔31与所述第二脱氧塔32之间，第一支管道71上设有第一电磁阀10。

第二支管道72位于第二脱氧塔32与换热器4之间，第二支管道72上设有第二电磁阀11。

作为对上述脱氧塔3的进一步改进，如图1所示，为了对经第二脱氧塔32脱氧处理后输出的提浓气的氧浓度进行控制，在第二脱氧塔32的排气管道上设有第二氧浓度测量仪12及报警器13。当排气管道上第二氧浓度测量仪12测定氧气浓度＜0.1时，提浓气直接输入换热器4中进行后续处理。当排气管道上第二氧浓度测量仪12测定氧气浓度≥0.1时，会促使报警器13会进行报警，作业人员采用相应的措施进行处理。

作为对脱氧结构的进一步改进，为了提高脱氧结构的各个管道自动化控制程度，使脱氧结构还包括控制器（附体中未画出），控制器与第一氧浓度测量仪9、第一电磁阀10、第二电磁阀11、第二氧浓度测量仪12、报警器13电连接。通过控制器将第一氧浓度测量仪9、第一电磁阀10、第二电磁阀11、第二氧浓度测量仪12、报警器13等各个阀门、仪器进行联动组合，以及时根据管道内氧浓度的大小及时将提浓气输入至换热器4或第二脱氧塔32中。

脱氧塔3作业的原理是：第一脱氧塔31处理来自变压吸附提浓工序1的提浓气，将提浓气中的氧气及硫化氢除去后输出至主管道7；主管道7上第一氧浓度测量仪9对主管道7内的提浓气中的氧气进行测定，当氧气浓度＜0.1时，第一电磁阀10开启，第二电磁阀11关闭，提浓气直接输入换热器4中进行后续处理；当氧气浓度≥0.1%时，第一电磁阀10关闭，第二电磁阀11开启，提浓气输入第二脱氧塔32中进行再次脱氧处理，再经第二脱氧塔32输出至换热器4中进行后续处理。

本实用新型对脱氧结构进行设计，通过第一脱氧塔31及第二脱氧塔32联合处理，将变压吸附提浓工序1输出的提浓气中的氧气除去，避免变压吸附提纯工序2的设备中出现氧富集现象，提高系统运行的安全性。

实施例4：

本实施例是在实施例1~3的基础上，且针对实施例1~3的脱氧结构进行进一步的改进。

一般来说，脱氧塔6内填充层内的填充剂需要在一定的温度下才能激活剂起活，例如，对于金属催化剂，特别是对于贵金属催化剂钯金来说，其是用来吸附处理提浓气中氧，其起活温度为120℃，在使用一定周期后，其激活温度会达到150℃以上，起活温度达到220℃以上。因此，为了使脱氧塔3内的填充剂能够正常且高效作用，在第一脱氧塔31及第二脱氧塔32还连接有蒸汽预热器15，蒸汽预热器15用于对第一脱氧塔31及第二脱氧塔32加热。

作为对上述脱氧结构的进一步改进，第一脱氧塔31及第二脱氧塔32内还设有温度传感器14，且蒸汽预热器15与第一脱氧塔31之间的管道上设有第三电磁阀16，蒸汽预热器15与第二脱氧塔32之间的管道上设有第四电磁阀17。温度传感器14、第三电磁阀16、第四电磁阀17均与控制器电连接。温度传感器能够实时检测第一脱氧塔31和第二脱氧塔32内的温度，当温度低时，控制器能够及时控制第三电磁阀16开启，使得蒸汽预热器15对第一脱氧塔31或第二脱氧塔32进行加热，确保提浓气中氧及硫的去除效率。

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 (9)

1.一种变压吸附制氢脱氧系统，包括位于变压吸附提浓工序（1）与变压吸附提纯工序（2）之间的脱氧结构，所述脱氧结构包括依次连接的脱氧塔（3）、换热器（4）、冷却器（5）、气液分离器（6），其特征在于：所述脱氧塔（3）包括串联的第一脱氧塔（31）及第二脱氧塔（32），所述第一脱氧塔（31）及所述第二脱氧塔（32）内均设有若干个填充层，所述填充层用于对所述变压吸附提浓工序（1）输出的提浓气脱氧及脱硫；

所述填充层包括瓷球层（18）、脱硫剂层（19）、脱氧催化剂层（20），且各层之间设有钢丝网（21）；所述脱硫剂层（19）的填充剂为氧化锌，所述脱氧催化剂层（20）的填充剂为金属催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种变压吸附制氢脱氧系统，其特征在于：所述填充层由所述脱氧塔（3）的上端至下端依次为瓷球层（18）、脱硫剂层（19）、脱氧催化剂层（20）。

3.根据权利要求1所述的一种变压吸附制氢脱氧系统，其特征在于：所述填充层由所述脱氧塔（3）的上端至下端依次为瓷球层（18）、第一脱氧催化剂层（20-1）、脱硫剂层（19）、第二脱氧催化剂层（20-2）。

4.根据权利要求2或3所述的一种变压吸附制氢脱氧系统，其特征在于：所述金属催化剂为钯金，或所述金属催化剂包括但不限于氧化铜、氧化锌。

5.根据权利要求4所述的一种变压吸附制氢脱氧系统，其特征在于：所述第一脱氧塔（31）的排气端连接有主管道（7），所述主管道（7）上设有单向阀（8）及第一氧浓度测量仪（9），且所述主管道（7）上连通有第一支管道（71）及第二支管道（72）；

所述第一支管道（71）位于所述第一脱氧塔（31）与所述第二脱氧塔（32）之间，所述第一支管道（71）上设有第一电磁阀（10）；

所述第二支管道（72）位于所述第二脱氧塔（32）与所述换热器（4）之间，所述第二支管道（72）上设有第二电磁阀（11）。

6.根据权利要求5所述的一种变压吸附制氢脱氧系统，其特征在于：所述第二脱氧塔（32）的排气管道上设有第二氧浓度测量仪（12）及报警器（13）。

7.根据权利要求6所述的一种变压吸附制氢脱氧系统，其特征在于：所述脱氧结构还包括控制器，所述控制器与所述第一氧浓度测量仪（9）、所述第一电磁阀（10）、所述第二电磁阀（11）、所述第二氧浓度测量仪（12）、所述报警器（13）电连接。

8.根据权利要求7所述的一种变压吸附制氢脱氧系统，其特征在于：所述第一脱氧塔（31）及所述第二脱氧塔（32）还连接有蒸汽预热器（15），所述蒸汽预热器（15）用于对所述第一脱氧塔（31）及所述第二脱氧塔（32）加热。

9.根据权利要求8所述的一种变压吸附制氢脱氧系统，其特征在于：所述第一脱氧塔（31）及所述第二脱氧塔（32）内还设有温度传感器（14），且所述蒸汽预热器（15）与所述第一脱氧塔（31）之间的管道上设有第三电磁阀（16），所述蒸汽预热器（15）与所述第二脱氧塔（32）之间的管道上设有第四电磁阀（17）；

所述温度传感器（14）、所述第三电磁阀（16）、所述第四电磁阀（17）均与所述控制器电连接。

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