CN216472232U - 一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统，包括与气液分离罐系统A、粗净化系统B、提纯氢气系统C、解析气加压回收系统D、气液分离罐系统A的排液口相连的P7管道；其中，解析气加压回收系统D通过P6管线与粗净化系统B的回收进气口相连，粗净化系统B还连接有用于排放粗净化系统B解析气的P8管道。本实用新型通过粗净化系统B去除荒煤气中的杂质气体得到粗氢气，粗氢气进入提纯氢气系统C中进行进一步地吸附提纯，从提纯氢气系统C中所得到的解析气进入加压回收系统D中，加压后的含氢解析气在通过P6管线回收至粗净化系统B中，不仅可以减少进入粗净化系统B升压过程中的能耗，同时也能进一步提升氢气的回收率。

Description

一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统

技术领域

本实用新型涉及煤化工技术领域，具体涉及一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统。

背景技术

煤炭分级提质生产过程中副产的荒煤气氢气含量低(19％～21％左右)，即使荒煤气采用变换工艺，将荒煤气中的一氧化碳变换为氢气，氢气含量也只有 30％～34％。粗芳烃加氢装置需要大量供氢，变压吸附提纯前的荒煤气需求量少则十万方，多则二、三十万方。由于荒煤气杂质(非氢气体)含量高，若采用变压吸附一段法提纯氢气则收率很低。为了提高收率，采用抽真空变压吸附流程，则由于解析气量非常大，真空泵能耗较大，制氢成本高。

荒煤气制氢采用传统两段法变压吸附收率虽然比一段法收率高，但第一段荒煤气粗净化工序杂质穿透吸附剂床层，一段出口粗氢气分子量大，吸附塔在均压过程中吸附剂容易粉化。因此，设计一种含低浓度氢气的荒煤气变压吸附提纯氢气的节能工艺，以降低制氢能耗，提高氢气回收率，保证装置平稳长周期运行，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统，在两段吸附工艺中，采用缓冲罐存储解析气能，再通过存储的解析气能实现冲洗和预升压等工艺，降低变压吸附流程的能耗，同时提升氢气的回收效率，降低荒煤气变压吸附制氢成本，保证变压吸附提纯氢气装置平稳长周期运行。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统包括与低浓度氢气荒煤气的进气管道P1管道相连的气液分离罐系统A，通过P2管道与所述气液分离罐系统A的出气口相连的粗净化系统B，通过P3管道与所述粗净化系统B的出气口相连的提纯氢气系统C，通过P5管道与所述提纯氢气系统C的解析气出口相连的解析气加压回收系统D，与所述提纯氢气系统C的排气口相连的并用于提纯氢气外输的P4管道，以及与所述气液分离罐系统A的排液口相连的并用于外排冷凝液的P7管道；其中，所述解析气加压回收系统D通过P6管线与所述粗净化系统B的回收进气口相连，所述粗净化系统B还连接有用于排放所述粗净化系统B解析气的P8管道。

进一步地，所述粗净化系统B包括至少六台并联设置的一段吸附塔，以及分别与一段吸附塔相连的一段均压管线、一段顺放管线、一段逆放管线、一段冲洗管线和用于解析气回收的P6管线；其中，所述一段顺放管线连接有一段顺放缓冲罐；所述一段逆放管线连接有一段逆放缓冲罐。

进一步地，所述一段冲洗管线包括与所述一段吸附塔的出气端相连的一段冲洗进气管线、以及与所述一段吸附塔的进气端相连的一段冲洗出气管线。

进一步地，所述一段逆放缓冲罐和所述一段冲洗出气管线还连接有一段混合缓冲罐；所述一段混合缓冲罐与所述P8管道相连。

进一步地，所述氢气提纯系统C包括至少六台并联设置的二段吸附塔，以及分别与所述二段吸附塔相连的二段均压管线、二段顺放管线、二段逆放管线和二段冲洗管线；其中，所述二段顺放管线连接有二段顺放缓冲罐；所述二段逆放管线连接有二段逆放缓冲罐。

进一步地，所述二段冲洗管线包括与所述二段吸附塔的出气端相连的二段冲洗进气管线、以及与所述二段吸附塔的进气端相连的二段冲洗出气管线。

进一步地，所述二段逆放缓冲罐和所述二段冲洗出气管线还连接有二段混合缓冲罐；所述二段混合缓冲罐与用于解析气回收的P5管线相连。

进一步地，所述解析气加压回收系统D包括一台用于解析气加压的鼓风机或压缩机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过粗净化系统B去除荒煤气中的杂质气体得到粗氢气，粗氢气进入提纯氢气系统C中进行进一步地吸附提纯，从提纯氢气系统C中所得到的解析气进入加压回收系统D中，加压后的含氢解析气再通过P6管线回收至粗净化系统B中，不仅可以减少粗净化系统B原料气升压过程中的能耗，同时也能进一步提升氢气的回收率。

附图说明

图1为本实用新型工艺流程示意图。

图2为本实用新型粗净化系统B工艺流程示意图。

图3为本实用新型提纯氢气系统C工艺流程示意图

其中，附图标记对应的名称为：

1-一段吸附塔，2-一段均压管线，3-一段顺放管线，4-一段逆放管线，5-一段顺放缓冲罐，6-一段逆放缓冲罐，7-一段冲洗进气管线，8-一段冲洗出气管线， 9-一段混合缓冲罐，10-二段吸附塔，11-二段均压管线，12-二段顺放管线，13- 二段逆放管线，14-二段顺放缓冲罐，15-二段逆放缓冲罐，16-二段冲洗进气管线，17-二段冲洗出气管线，18-二段混合缓冲罐。

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。

如图1～3所示：

一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统，包括与低浓度氢气荒煤气的进气管道P1管道相连的气液分离罐系统A，通过P2管道与气液分离罐系统A的出气口相连的粗净化系统B，通过P3管道与粗净化系统B的出气口相连的提纯氢气系统C，通过P5管道与提纯氢气系统C的解析气出口相连的解析气加压回收系统D，与提纯氢气系统C的排气口相连的并用于提纯氢气外输的 P4管道，以及与气液分离罐系统A的排液口相连的并用于外排冷凝液的P7管道；其中，解析气加压回收系统D通过用于解析气回收的P6管线与粗净化系统 B的进气口相连，粗净化系统B还连接有用于排放粗净化系统B解析气的P8 管道。

粗净化系统B包括至少六台并联设置的一段吸附塔1，以及分别与一段吸附塔1相连的一段均压管线2、一段顺放管线3、一段逆放管线4、一段冲洗管线和用于解析气回收的P6管线；其中，一段顺放管线3连接有一段顺放缓冲罐5；一段逆放管线4连接有一段逆放缓冲罐6。一段冲洗管线包括与一段吸附塔1的出气端相连的一段冲洗进气管线7、以及与一段吸附塔1的进气端相连的一段冲洗出气管线8。一段逆放缓冲罐6和一段冲洗出气管线8还连接有一段混合缓冲罐9；一段混合缓冲罐9与P8管道相连。

氢气提纯系统C包括至少六台并联设置的二段吸附塔10，以及分别与二段吸附塔10相连的二段均压管线11、二段顺放管线12、二段逆放管线13和二段冲洗管线；其中，二段顺放管线12连接有二段顺放缓冲罐14；二段逆放管线 13连接有二段逆放缓冲罐15。二段冲洗管线包括与二段吸附塔10的出气端相连的二段冲洗进气管线16、以及与二段吸附塔10的进气端相连的二段冲洗出气管线17。二段逆放缓冲罐15和二段冲洗出气管线17还连接有二段混合缓冲罐 18；二段混合缓冲罐18与P5管线相连。

解析气加压回收系统D包括一台用于解析气加压的鼓风机或压缩机。

本实用新型的原理步骤如下：

步骤1：分液，煤炭分级提质生产过程中副产的荒煤气经过变换后通过P1 管道进入气液分离罐A系统，缓冲并分离掉荒煤气夹带的冷凝液，保护粗净化系统B的吸附剂。冷凝液由P7管道排出。分液后的荒煤气从气液分离罐的顶部通过P2管道输出。

步骤2：氢气粗净化，分液后的荒煤气通过P2管道进入粗净化系统B，去除CO2、N2、CH4和CO等杂质气体得到粗氢气，粗氢气中氢气含量大于90％。粗氢气经P3管道进入氢气提纯系统C。

步骤3：氢气提纯，从P3管道输送的粗氢气(粗氢气中氢气含量大于90％。) 进入氢气提纯系统C去除剩余的10％非氢杂质气体(主要是N2、CO、CH4) 得到氢气纯度大于99.9％的产品气，产品氢气通过P4管道外输。

步骤4：氢气提纯解吸气回收，从氢气提纯系统C下部排出的含氢解吸气，氢气含量在50％～70％，通过P5管道输送至提纯氢气解析气加压回收系统D，加压后的含氢解吸气通过P6管线回收至粗净化系统B。

具体地，步骤2中，氢气粗净化系统B中，低氢荒煤气净化成粗氢气包括以下步骤：

步骤a：吸附，P2管道输送的高压荒煤气从变压吸附粗净化系统B中一段吸附塔1的塔底进入正处于吸附状态的该吸附塔内，在多种吸附剂的依次选择吸附下，高压荒煤气中的水、二氧化碳、氮气和甲烷等杂质被吸附下来以得到 90％～95％的粗氢气，所得90％～95％的粗氢气通过P3管道输送至提纯氢气系统C；

步骤b：均压降压，在所述步骤a吸附结束后，通过一段均压管线2，顺着吸附方向将吸附塔内的较高压力的粗氢气放入其它较低压力的一段吸附塔内回收，提高氢气回收率；

步骤c：顺放，在所述步骤b均压降压结束后，首先顺着吸附方向将一段吸附塔1顶部的粗氢气快速回收进一段顺放缓冲罐5的过程，这部分粗氢气将用作吸附剂的再生气源。

步骤d：逆放，在所述步骤c顺放结束后，通过一段逆放管线4，逆着吸附方向将一段吸附塔内1的压力降至常压，此时被吸附的水、二氧化碳、氮气和甲烷开始从一段吸附塔1的吸附剂中解吸出来，逆放解吸气进入一段逆放缓冲罐6；

步骤e：冲洗，在所述步骤d逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用一段顺放缓冲罐5中的粗氢气逆着吸附方向对吸附床层进行冲洗，进一步降低杂质组分的分压，使吸附剂得以彻底再生，该过程应尽量缓慢匀速以保证再生的效果。冲洗后的冲洗解吸气和逆放解吸气进入一段混合缓冲罐9混合后通过 P8管道送出界区；

步骤f：预升压，在步骤e冲洗结束后，用来自二段加压至65～105kPa.G的提氢解吸气通过P6管线对该一段吸附塔进行预升压，这一过程是回收二段提氢解吸气中的有效气体的过程，提高氢气收率重要步骤；

步骤g：均压升压，在所述步骤f预升压结束后，通过均压管线2用来自其它吸附塔的较高压力粗氢气依次对该一段吸附塔进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它塔的床层死空间粗氢气的过程；

步骤h：终升升压，在所述步骤g均压升压结束后，为了使一段吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，需要通过 P2管道上的升压调节阀缓慢而平稳地用粗氢气将吸附塔压力升至吸附压力；

步骤i：重复步骤a-h，实现高压荒煤气在所述变压吸附粗净化系统B中连续脱除水、二氧化碳、氮气和甲烷以获得90％～95％的粗氢气。

同理：在所述步骤3提纯氢气系统C中，粗氢气提纯为产品纯氢包括以下步骤：

步骤1)：吸附，P3管道输送的高压粗氢气从变压吸附氢气提纯系统C中二段吸附塔的塔底进入正处于吸附状态的该吸附塔内，在多种吸附剂的依次选择吸附下，粗氢气中剩余的氮气、甲烷和一氧化碳等杂质被吸附下来得到≥ 99.9％的纯氢，所得99.9％的产品氢通过P4管道输送至界外；

步骤2)：均压降压，在所述步骤1)吸附结束后，通过二段均压管线11 顺着吸附方向将二段吸附塔内的较高压力的氢气放入其它较低压力的二段吸附塔内回收，提高氢气回收率；

步骤3)：顺放，在所述步骤2)均压降压结束后，通过二段顺放管线12 顺着吸附方向将二段吸附塔顶部的氢气快速回收进二段顺放缓冲罐14中的过程，这部分氢气将用作吸附剂的再生气源。

步骤4)：逆放，在所述步骤3)顺放结束后，通过二段逆放管线13逆着吸附方向将二段吸附塔内的压力降至常压，此时被吸附的氮气、甲烷和一氧化碳开始从二段吸附塔的吸附剂中解吸出来，逆放解吸气进入二段逆放缓冲罐15；

步骤5)：冲洗，在所述步骤4)逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用二段顺放缓冲罐14中的氢气逆着吸附方向对吸附床层进行冲洗，进一步降低杂质组分的分压，使吸附剂得以彻底再生，该过程应尽量缓慢匀速以保证再生的效果。冲洗后的冲洗解吸气和逆放解吸气进入二段混合缓冲罐18混合后通过P5管道送入提纯氢气解析气加压回收系统D；

步骤6)：均压升压，在所述步骤5)冲洗结束后，用来自其它二段吸附塔的较高压力氢气依次对该二段吸附塔进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它塔的床层死空间氢气的过程；

步骤7)：终升升压，在所述步骤6)均压升压结束后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，需要通过 P3管道上升压调节阀缓慢而平稳地用氢气将吸附塔压力升至吸附压力；

步骤8)：重复步骤1)-7)，实现粗氢气在所述变压吸附提纯氢气系统C 中连续脱除氮气、甲烷和一氧化碳以获得≥99.9％的纯氢。

步骤4提纯氢气解析气加压回收系统D中，获得高压回收解吸气包括以下步骤：

步骤α：加压，P5管道输送提纯氢气系统C的低压回收解吸气，进入加压机加压至65-105kPa.G作为粗净化系统B冲洗再生后吸附塔的初始升压气。该步骤大幅度提高了氢气的回收率。

步骤β：冷却，在所述步骤α加压后的回收解吸气温度较高，不能直接回收至粗净化系统B，需要通过冷却器将回收解吸气温度降至5-55℃以下。温度降低后的回收解吸气通过P6管线送至粗净化系统B。

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 (8)

1.一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统，其特征在于：包括与低浓度氢气荒煤气的进气管道P1管道相连的气液分离罐系统A，通过P2管道与所述气液分离罐系统A的出气口相连的粗净化系统B，通过P3管道与所述粗净化系统B的出气口相连的提纯氢气系统C，通过P5管道与所述提纯氢气系统C的解析气出口相连的解析气加压回收系统D，与所述提纯氢气系统C的排气口相连的并用于提纯氢气外输的P4管道，以及与所述气液分离罐系统A的排液口相连的并用于外排冷凝液的P7管道；其中，所述解析气加压回收系统D通过P6管线与所述粗净化系统B的回收进气口相连，所述粗净化系统B还连接有用于排放所述粗净化系统B解析气的P8管道。

2.根据权利要求1所述的一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统，其特征在于：所述粗净化系统B包括至少六台并联设置的一段吸附塔(1)，以及分别与一段吸附塔(1)相连的一段均压管线(2)、一段顺放管线(3)、一段逆放管线(4)、一段冲洗管线和用于解析气回收的P6管线；其中，所述一段顺放管线(3)连接有一段顺放缓冲罐(5)；所述一段逆放管线(4)连接有一段逆放缓冲罐(6)。

3.根据权利要求2所述的一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统，其特征在于：所述一段冲洗管线包括与所述一段吸附塔(1)的出气端相连的一段冲洗进气管线(7)、以及与所述一段吸附塔(1)的进气端相连的一段冲洗出气管线(8)。

4.根据权利要求3所述的一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统，其特征在于：所述一段逆放缓冲罐(6)和所述一段冲洗出气管线(8)还连接有一段混合缓冲罐(9)；所述一段混合缓冲罐(9)与所述P8管道相连。

5.根据权利要求1或4所述的一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统，其特征在于：所述氢气提纯系统C包括至少六台并联设置的二段吸附塔(10)，以及分别与所述二段吸附塔(10)相连的二段均压管线(11)、二段顺放管线(12)、二段逆放管线(13)和二段冲洗管线；其中，所述二段顺放管线(12)连接有二段顺放缓冲罐(14)；所述二段逆放管线(13)连接有二段逆放缓冲罐(15)。

6.根据权利要求5所述的一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统，其特征在于：所述二段冲洗管线包括与所述二段吸附塔(10)的出气端相连的二段冲洗进气管线(16)、以及与所述二段吸附塔(10)的进气端相连的二段冲洗出气管线(17)。

7.根据权利要求6所述的一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统，其特征在于：所述二段逆放缓冲罐(15)和所述二段冲洗出气管线(17)还连接有二段混合缓冲罐(18)；所述二段混合缓冲罐(18)与用于解析气回收的P5管线相连。

8.根据权利要求1或4或7所述的一种低浓度氢气的荒煤气提纯氢气的节能工艺系统，其特征在于：所述解析气加压回收系统D包括一台用于解析气加压的鼓风机或压缩机。

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