CN216303270U - 一种用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置，包括原料气缓冲罐、变压吸附塔、解吸气缓冲罐、氢气缓冲罐以及中间缓冲罐；其中，原料气缓冲罐中为煤制乙醇生产过程中会产生的含氢气体，通过多次均压回收吸附塔床层死空间的氢气，从而提高氢气回收率，本实用新型装置氢气回收率高，没有废气排放，提高环保效果，同时为企业降本增效。
Description
技术领域
本实用新型属于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的技术领域，具体涉及一种用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置。
背景技术
中国率先突破“煤制乙醇”工业化生产。科学家们提出以煤基合成气为原料，经甲醇、二甲醚羰基化、加氢合成乙醇的工艺路线。这条路线采用非贵金属催化剂，可以直接生产无水乙醇。“煤制乙醇”项目使以煤为原料制取乙醇成为现实，也使大范围推广乙醇汽油成为可能。此外，乙醇便于运输和储存，可以部分替代乙烯生产下游化工品。
氢是主要的工业原料，也是最重要的工业气体和特种气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成等方面有着广泛的应用。同时，氢也是一种理想的二次能源。由于氢的高燃料性，航天工业使用液氢作为燃料。氢气的需求量很大，所以提高氢气的获取十分重要。
煤制乙醇的过程会产生氢气以及污染物。现有的含氢气体回收装置难以提升对污染气体的处理效果，影响环境质量，而且在含氢气体回收过程中对氢气的回收率较低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置，以解决上述背景技术中提出的现有的含氢气体回收装置难以提升对污染气体的处理效果，影响环境质量，而且在含氢气体回收过程中对氢气的回收率较低的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置，包括原料气缓冲罐、变压吸附塔、解吸气缓冲罐、氢气缓冲罐以及中间缓冲罐；其中，原料气缓冲罐中为煤制乙醇生产过程中会产生的含氢气体，所述原料气缓冲罐与所述氢气缓冲罐之间通过管道依次连接所述变压吸附塔，所述解吸气缓冲罐通过管道连接在变压吸附塔的管道上，所述中间缓冲罐通过管道连接在变压吸附塔与氢气缓冲罐之间的管道上。
所述原料气缓冲罐与氢气缓冲罐之间通过管道依次连接有变压吸附塔，所述变压吸附塔通过多个单项控制阀合理控制阀门开关，通过多次均压回收吸附塔床层死空间的氢气，从而提高氢气回收率。
本实用新型装置能将煤制乙醇生产过程中所产生的含氢气体中氢气分离出来，分离出来的氢气产品用于主装置生产使用
进一步，变压吸附塔数量为多台，多台变压吸附塔并联在原料气缓冲罐与氢气缓冲罐之间，多台可以设置为2台，3台，4台甚至更多，根据实际情况需要可以设置不同数量的变压吸附塔。
多台变压吸附塔并联在所述原料气缓冲罐与所述氢气缓冲罐之间；所述变压吸附塔至少一台进行吸附，其余的塔进行再生。
进一步的，变压吸附塔数量可以根据生产实际情况进行临时增加或减少，以适应生产的需要。
进一步，所述原料缓冲罐、所述解吸气缓冲罐、所述氢气缓冲罐、所述中间缓冲罐以上部件外部均设置有气体检测传感器，用于气体泄漏检测，所述气体检测传感器设置于罐体上段，中段，下段位置。
进一步，所述中间气缓冲罐与所述变压吸附塔与所述氢气缓冲罐之间的管道存在循环回路。
进一步，上述各个管道上都设有通过编程控制仪表风带动的程控阀门。
该用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置具有以下有益效果：
(1)本实用新型装置能将含氢气体中的轻组分氢气和重组分等杂质气体分离，分离出来的氢气和重组分杂质气体分别送往主装置前段工序用于中间产品的还原和再生产，增加企业的经济效益，同时降低煤制乙醇产品生产单耗，为企业降本增效。
(2)本实用新型装置采用常压再生方式，最大程度节约运行能耗，降低成本。
(3)本实用新型装置全部由自动控制系统按预先编制好的程序通过仪表风带动程控阀门运行，无需手动操作。
(4)本实用新型装置可有效脱除原料气中的重组分杂质，保证了吸附剂的长期使用，提高了装置的适应能力，并且不会形成对环境的污染。
(5)本实用新型装置扩能非常方便，只需增加吸附塔就可以将处理能力增大，满足扩产的需要。
(6)本实用新型装置可利用含氢气体自身压力即可实现工艺回收，无需再增压，运行中能耗较低。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制，图1是本实用新型的装置组成示意图。
标记说明：
1-进气管；2-原料气缓冲罐；3-凝液管；4-单向控制阀；5-解吸气管线；6-气体分离系统；7-第一变压吸附塔；8-第二变压吸附塔；9—第三变压吸附塔；10—第四变压吸附塔；11-氢气缓冲罐；12-过滤器；13-出口控制阀；14-连接输出口。
具体实施方式：
下面结合图1，对本实用新型做进一步说明：
本实用新型用于煤制乙醇含氢气体中提纯氢气的装置由以下组成：
包括原料气缓冲罐、变压吸附塔、解吸气缓冲罐、氢气缓冲罐以及中间缓冲罐；其中，原料气缓冲罐中为煤制乙醇生产过程中会产生的含氢气体，所述原料气缓冲罐与所述氢气缓冲罐之间通过管道依次连接所述变压吸附塔，所述解吸气缓冲罐通过管道连接在变压吸附塔的管道上，所述中间缓冲罐通过管道连接在变压吸附塔与氢气缓冲罐之间的管道上。
所述原料气缓冲罐与氢气缓冲罐之间通过管道依次连接有变压吸附塔，所述变压吸附塔通过多个单项控制阀合理控制阀门开关，通过多次均压回收吸附塔床层死空间的氢气，从而提高氢气回收率。
进一步，变压吸附塔数量为多台，多台变压吸附塔并联在原料气缓冲罐与氢气缓冲罐之间，多台可以设置为2台，3台，4台甚至更多，根据实际情况需要可以设置不同数量的变压吸附塔。
多台变压吸附塔并联在所述原料气缓冲罐与所述氢气缓冲罐之间；所述变压吸附塔至少一台进行吸附，其余的塔进行再生。
进一步的，变压吸附塔数量可以根据生产实际情况进行临时增加或减少，以适应生产的需要。
进一步，所述原料缓冲罐、所述解吸气缓冲罐、所述氢气缓冲罐、所述中间缓冲罐以上部件外部均设置有气体检测传感器，用于气体泄漏检测，所述气体检测传感器设置于罐体上段，中段，下段位置。
进一步，所述中间气缓冲罐与所述变压吸附塔与所述氢气缓冲罐之间的管道存在循环回路。
进一步，上述各个管道上都设有通过编程控制仪表风带动的程控阀门。
根据图1，本发明创造用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置由四台变压吸附塔分别是第一变压吸附塔，第二变压吸附塔，第三变压吸附塔，第四变压吸附塔，一台原料气缓冲罐、一台氢气缓冲罐和一台解吸气缓冲罐组成。
所述原料气缓冲罐与所述氢气缓冲罐之间通过管道依次连接所述变压吸附塔，所述解吸气缓冲罐通过管道连接在变压吸附塔的管道上，所述中间缓冲罐通过管道连接在变压吸附塔与氢气缓冲罐之间的管道上。
所述原料气缓冲罐与氢气缓冲罐之间通过管道依次连接有变压吸附塔，所述变压吸附塔通过多个单项控制阀合理控制阀门开关，通过多次均压回收吸附塔床层死空间的氢气，从而提高氢气回收率。
本实用新型装置采用PSA流程来实现氢气的提纯。装置中的每台变压吸附塔都会经过吸附、多次均压降压、冲洗、多次均压升压、终升等几个步骤。所有变压吸附塔由自动控制系统交替进行以上步骤，即可实现氢气和重组分的连续分离与回收。所有步骤由程序自动完成，无需人工手动操作。
本发明一种用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置，也可以设置三台变压吸附塔，五台变压吸附塔等。每台变压吸附塔工作过程如下：
1.1、吸附过程；
来自界外的含氢气体首先经原料气缓冲罐缓冲并除去含氢气体中的大部分游离的水和液态重组分，自变压吸附塔底进入正处于吸附状态的变压吸附塔内。在多种吸附剂的选择吸附下，其中的杂质气体被吸附下来，未被吸附的氢气从塔顶流出，此时氢气纯度很高，经氢气缓冲罐调节缓冲后去用户。
当被吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段时，关掉该变压吸附塔的原料气进料阀和氢气出口阀，停止吸附。吸附床开始转入再生过程。
1.2、均压降压过程；
这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将变压吸附塔内的较高压力的气体放入其它已完成再生的较低压力变压吸附塔的过程，这一过程不仅是降压、解吸过程，更是回收床层死空间氢气的过程。
1.3、顺放过程；
在均压回收氢气过程结束后，继续顺着吸附方向进行减压，将气体通过程控阀放至中间缓冲罐中并储存，用作变压吸附塔冲洗再生气源。
1.4、逆放过程；
顺放结束时、吸附前沿已达到床层出口，逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中大量解吸出来，逆放气进入解吸气缓冲罐，经缓冲稳压调节后去用户。
1.5、冲洗过程；
逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用中间缓冲罐中储存的氢气逆着吸附方向冲洗吸附床层，进一步降低杂质组分的分压，使杂质解吸出来。冲洗解吸气也送至解吸气缓冲罐同样经缓冲稳压调节后去用户。
1.6、均压升压过程；
在冲洗再生过程完成后，用来自其它变压吸附塔的较高压力气体依次对较低压力吸附塔进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是吸附塔升压过程，而且也是回收其它吸附塔的床层死空间氢气的过程。
1.7、产品气(H2)升压过程；
均压升过程完成后，变压吸附塔内的压力还未达到吸附压力，为了吸附塔平稳地切换至下一次吸附并保证产品气纯度和压力在这一过程中不发生波动，需要通过升压调节阀缓慢而平稳地用产品气将吸附塔压力升至吸附压力。
四台变压吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作，即可实现氢气的连续分离与提纯。
本实用新型用于提纯煤制乙醇含氢气体中氢气的装置工作原理如下：
主要由多台塔和缓冲罐组成。
氢气提纯采用变压吸附(Pressure Swing Absorption缩写PSA) 方法来实现氢气提纯。利用气体在吸附剂中的吸附容量具有随气体压力的升高而增大，随气体压力的降低而减少的特性。在较高压力下通过变压吸附塔中的吸附剂床层对气体混合物进行吸附，容易吸附的组分被吸附剂吸附，不易吸附的氢气组分从床层的一端流出，这样就能够实现氢气的提纯。PSA流程中每台变压吸附塔都会经过吸附、多次均压降压、冲洗、多次均压升压、终升等几个步骤。
所有变压吸附塔由自动控制系统交替进行以上步骤即可实现杂质气体的连续分离与氢气的回收。
PSA流程中均压次数的选择取决于原料气的压力、原料气的组成等因素。吸附塔的总数量取决于同一时间进料的吸附塔数、均压次数和吸附时间长短三个因素。而同一时间进料的吸附塔数又主要取决于装置的处理量、吸附压力、投资和占地等因素。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。
Claims (5)
1.一种用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置，包括原料气缓冲罐、变压吸附塔、氢气缓冲罐、解吸气缓冲罐、中间缓冲罐、出口控制阀，其特征在于：所述原料气缓冲罐与所述氢气缓冲罐之间通过管道依次连接所述变压吸附塔，所述解吸气缓冲罐通过管道连接在变压吸附塔的管道上，所述中间缓冲罐通过管道连接在变压吸附塔与氢气缓冲罐之间的管道上。
2.根据权利要求1所述用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置，其特征在于：所述变压吸附塔数量为多台，多台变压吸附塔并联在所述原料气缓冲罐与所述氢气缓冲罐之间；所述变压吸附塔至少一台进行吸附，其余的塔进行再生。
3.根据权利要求2所述用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置，其特征在于：所述原料气缓冲罐、所述解吸气缓冲罐、所述氢气缓冲罐、所述中间缓冲罐以上部件外部均设置有气体检测传感器，用于气体泄漏检测，所述气体检测传感器设置于罐体上段，中段，下段位置。
4.根据权利要求3所述用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置，其特征在于：所述中间缓冲罐与所述变压吸附塔与所述氢气缓冲罐之间的管道存在循环回路。
5.根据权利要求1-4任一所述用于煤制乙醇含氢气体提纯氢气的装置，其特征在于：所述管道上均设有通过编程控制仪表风带动的程控阀门。
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