[發明專利]從煉廠尾氣中分離提純氫氣的方法

有效

• 申請號: 201811156715.0
• 申請日: 2018-10-08
• 公開（公告）號: CN109502547B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 朱飛
• 申請（專利權）人: 安慶凱美特氣體有限公司
• 主分類號: C01B3/50
• 分類號: C01B3/50;B01D53/047;B01D53/04;C10G70/04
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1.從煉廠尾氣中分離提純氫氣的方法，提供一段變溫吸附氣體分離裝置和四段變壓吸附氣體分離裝置，采用一段變溫吸附工藝和四段變壓吸附工藝，順序進行如下操作：

(1)原料氣進入一段變溫吸附(TSA)氣體分離裝置，進行一段變溫吸附工藝，首先進入一段濕法脫硫塔將原料氣中的硫化氫含量降低至＜20ppm，然后進入一段氣水分離器除去液態水，再經一段壓縮機加壓，然后自一段吸附塔底部進入一段處于吸附狀態的吸附塔內，在吸附床層活性碳的吸附下，原料氣中的易被吸附組分即C6及以上大分子烴類物質被吸附下來，解析后得到的高熱值的燃料氣送至第三段變壓吸附(PSA-3)氣體分離裝置的第三段解析氣壓縮機經加壓后送往界外，未被吸附的一段混合氣從處于吸附狀態的吸附塔頂部流出，進入第一段變壓吸附(PSA-1)氣體分離裝置；

一段變溫吸附(TSA)氣體分離裝置為10座吸附塔3座吸附塔吸附流程，在設定好的程控步序下任一時刻都有3座吸附塔處于吸附狀態，但這3座吸附塔進入吸附(A)存在先后順序，當最先進入吸附(A)的吸附塔的吸附前沿最先到達吸附床層出口預留段初始位置時，關掉該座吸附塔塔底進料閥和塔頂出口閥即停止吸附，其它兩座吸附塔的吸附前沿還未到達吸附床層出口預留段初始位置的吸附塔繼續吸附，與此同時1座已完成最終升壓(FR)的吸附塔按照設定好的程控步序自動切入到吸附(A)，這樣始終保持一段變溫吸附(TSA)氣體分離裝置任意時刻都處于3塔吸附；

5次壓力均衡降(E1D～E5D)：在吸附(A)過程結束后，順著吸附方向將吸附塔內的一段殘留混合氣放入其它處于5次壓力均衡升(E5R～E1R)過程的吸附塔，隨著該座吸附塔塔內壓力逐漸降低，被吸附組分C6及以上大分子烴類物質不斷解吸，解吸后的C6及以上大分子烴類物質到達床層出口預留段時，被預留段內的吸附劑吸附，致使該座吸附塔塔內的吸附劑全部充分吸附C6及以上大分子烴類物質，該過程可以充分回收吸附塔床層死空間內的一段混合氣并提高吸附床層的C6及以上大分子烴類物質氣體濃度；

逆向放壓(BD)：在5次壓力均衡降(E1D～E5D)過程結束后，逆著吸附方向將該座吸附塔壓力降到最低，此時被吸附的C6及以上大分子烴類物質解吸出來送入第二段變壓吸附(PSA-2)氣體分離裝置的第二段吹掃氣緩沖罐進行回收；

熱吹(H)：在逆向放壓(BD)過程結束后，將第三段變壓吸附(PSA-3)氣體分離裝置的第三段解析氣緩沖罐的出口氣作為再生氣源，通過第三段變壓吸附(PSA-3)氣體分離裝置的第三段鼓風機加壓至30KP送到一段再生氣加熱器，加熱至160℃后逆著吸附方向對吸附塔高溫吹掃，熱吹至吸附塔底入口總管溫度至120℃，解析得到的富含C6及以上大分子烴類物質氣體送入一段冷卻器冷卻至40℃，然后進入一段解析氣緩沖罐，再由變壓吸附(PSA-3)氣體分離裝置的第三段解析氣壓縮機加壓后作為高熱值燃氣送往界外；

冷吹(C)：在熱吹(H)過程結束后，停止對一段再生氣加熱器供給蒸汽，打開一段再生氣加熱器旁通閥，直接依靠來自第三段變壓吸附(PSA-3)氣體分離裝置的解析氣對吸附塔內的高溫吸附劑進行冷吹降溫，降溫至該座吸附塔底入口總管溫度至40℃結束，從該座吸附塔底出來的冷吹氣依次經過一段冷卻器和一段解析氣緩沖罐后由第三段變壓吸附(PSA-3)氣體分離裝置的第三段解析氣壓縮機加壓后作為高熱值燃氣送往界外；

五均升(E5R)：在冷吹(C)過程結束后，用來自其它處于第5次壓力均衡降(E5D)過程的吸附塔的混合氣，逆著吸附方向對該吸附塔進行升壓，這一過程與5次壓力均衡降(E1D～E5D)過程中的E5D相對應，不僅是升壓過程，而且更是回收處于第5次壓力均衡降(E5D)過程的吸附塔的床層死空間有效氣體的過程；

隔離(IS)：在五均升(E5R)過程結束后，關掉該吸附塔塔底進料程控閥和塔頂出口程控閥，在壓力不變的狀態下保持一定時間；

剩余4次壓力均衡升(E4R～E1R)：在五均升(E5R)過程結束后，用來自其它處于4次壓力均衡降(E4D～E1D)過程的吸附塔的混合氣，逆著吸附方向依次對該座吸附塔進行升壓，這一過程與4次壓力均衡降(E1D～E4D)過程相對應，不僅是升壓過程，而且更是回收其它處于4次壓力均衡降(E1D～E4D)過程的吸附塔的床層死空間有效氣體的過程；

最終升壓(FR)：剩余4次壓力均衡升(E4R～E1R)過程結束后，用處于吸附狀態的吸附塔的出口氣逆向將該座吸附塔充壓至吸附壓力，通過逆向充壓可以將吸附前沿推向床層進料端，并將其濃度前沿盡量壓平，對下一步吸附操作有利，該座吸附塔在終升(FR)步驟結束后完成一個循環操作，并準備好進行下一循環的吸附操作；

(2)進入第一段變壓吸附(PSA-1)氣體分離裝置的一段混合氣自第一段吸附塔底部進入第一段處于吸附狀態的吸附塔內，進行第一段變壓吸附工藝，在吸附床層氧化鋁、硅膠、分子篩的依次選擇吸附下，一段混合氣中的易被吸附組分即C3、C4和C5+被吸附下來，解析后得到解析氣作為高熱值氣體送往界外，未被吸附的第一段混合氣從處于吸附狀態的吸附塔頂部流出，進入第二段變壓吸附(PSA-2)氣體分離裝置；

第一段變壓吸附(PSA-1)氣體分離裝置為34座吸附塔4座吸附塔吸附流程，在設定好的程控步序下任一時刻都有4座吸附塔處于吸附狀態，但這4座吸附塔進入吸附(A)存在先后順序，當最先進入吸附(A)的吸附塔的吸附前沿最先到達吸附床層出口預留段初始位置時，關掉該座吸附塔塔底進料閥和塔頂出口閥即停止吸附，其它三座吸附塔的吸附前沿還未到達吸附床層出口預留段初始位置的吸附塔繼續吸附，與此同時1座已完成最終升壓(FR)的吸附塔按照設定好的程控步序自動切入到吸附(A)，這樣始終保持第一段變壓吸附(PSA-1)氣體分離裝置任意時刻都處于4塔吸附；

26次壓力均衡降(ED)：在吸附(A)過程結束后，順著吸附方向將該座吸附塔內的殘留第一段混合氣放入其它處于26次壓力均衡升(ER)過程的吸附塔，隨著該座吸附塔內壓力逐漸降低，被吸附組分C3、C4、C5不斷解吸，解吸后的C3、C4、C5到達床層出口預留段時，被預留段內的吸附劑吸附，致使該座吸附塔塔內的吸附劑全部充分吸附C3、C4、C5，該過程可以充分回收該座吸附塔床層死空間內的第一段混合氣并提高吸附床層的C3～C5烴類分子氣體濃度；

逆向放壓(BD)：在26次壓力均衡降(ED)過程結束后，逆著吸附方向將該座吸附塔壓力降到最低，逆放氣進入第二段變壓吸附(PSA-2)氣體分離裝置的第二段吹掃氣緩沖罐；

置換(RP)：在逆向放壓(BD)過程結束后，自第一段解析氣緩沖罐來的解析氣順著吸附方向自塔底進入該座吸附塔，使塔內逆向放壓(BD)過程結束后尚存的第一段混合氣順著吸附方向由塔頂流出送入處于升壓步驟的吸附塔內作為升壓氣，予以回收利用；

抽真空(V)：在置換(RP)過程結束后，逆著吸附方向利用第一段水環真空泵對該座吸附塔進行抽真至-70KP，抽真空得到的富含C3、C4、C5成分的解析氣依次經過第一段氣水分離器、第一段解析氣緩沖罐后送入第一段解析氣壓縮機加壓后作為高熱值燃料送至界外；

升壓(ER)：在抽真空(V)過程結束后，利用處于置換步序的吸附塔內的頂部流出氣，逆著吸附方向進入該座吸附塔進行預升壓，為后續均衡升做準備；

26次壓力均衡升(ER)：在升壓(ER)過程結束后，用來自其它處于26次壓力均衡降(ED)過程的吸附塔的混合氣，逆著吸附方向依次對該座吸附塔進行升壓，這一過程與26次壓力均衡降(ED)過程相對應，不僅是升壓過程，而且更是回收其它處于26次壓力均衡降(ED)過程的床層死空間內的第一段混合氣的過程；

最終升壓(FR)：在26次壓力均衡升(ER)過程結束后，為了使該座吸附塔可以平穩地切換至下一次吸附并減少出口氣在這一過程中的波動，需要緩慢而平穩地用處于吸附狀態的吸附塔的第一段混合氣將吸附塔壓力升至吸附壓力，最終升壓步驟將吸附床層充壓到吸附壓力，該座吸附塔進入下一循環周期；

(3)進入第二段變壓吸附(PSA-2)氣體分離裝置的第一段混合氣自第二段吸附塔底部進入第二段處于吸附狀態的吸附塔內，進行第二段變壓吸附工藝，在吸附床層硅膠、分子篩的依次選擇吸附下，第一段混合氣中的易被吸附組分即C3～C5烴類分子被吸附下來，解吸后得到的氣體返回一段變溫吸附(TSA)氣體分離裝置，未被吸附的第二段混合氣從處于吸附狀態的吸附塔頂部流出，進入第三段變壓吸附(PSA-3)氣體分離裝置；

第二段變壓吸附(PSA-2)氣體分離裝置為18座吸附塔3座吸附塔吸附流程，在設定好的程控步序下任一時刻都有3座吸附塔處于吸附狀態，但這3座吸附塔進入吸附(A)存在先后順序，當最先進入吸附(A)的吸附塔的吸附前沿最先到達吸附床層出口預留段初始位置時，關掉該座吸附塔塔底進料閥和塔頂出口閥即停止吸附，其它兩座吸附塔的吸附前沿還未到達吸附床層出口預留段初始位置的吸附塔繼續吸附，與此同時1座已完成最終升壓(FR)的吸附塔按照設定好的程控步序自動切入到吸附(A)，這樣始終保持第二段變壓吸附(PSA-2)氣體分離裝置任意時刻都處于3塔吸附；

10次壓力均衡降(ED)：在吸附(A)過程結束后，順著吸附方向將該座吸附塔內的殘留第二段混合氣放入其它處于10次壓力均衡升(ER)過程的吸附塔，隨著該座吸附塔塔內壓力逐漸降低，被吸附組分C3～C5烴類分子不斷解吸，解吸后的C3～C5烴類分子到達床層出口預留段時，被預留段內的吸附劑吸附，致使該座吸附塔塔內的吸附劑全部充分吸附C3～C5烴類分子，該過程可以充分回收該座吸附塔床層死空間內的第二段混合氣并提高吸附床層的C3～C5烴類分子氣體濃度；

順放(PP)：在10次壓力均衡降(ED)過程結束后，順著吸附方向分三次將該座吸附塔內的富含氫氣、甲烷、己烷等成分的第二段混合氣分別放入3臺第二段順放氣緩沖罐，作為吹掃的氣源；

逆向放壓(BD)：在順放(PP)過程結束后，逆著吸附方向將該座吸附塔壓力降到最低，被吸附的C3～C5烴類分子氣體解吸出來，進入第二段逆放氣緩沖罐，再由第二段解析氣壓縮機加壓至0.5MPa送至一段變溫吸附(TSA)氣體分離裝置的一段氣水分離器，以回收再分離；

吹掃(P)：在逆向放壓(BD)過程結束后，為使吸附劑得到進一步的再生，分別用3臺第二段順放氣緩沖罐中的富含氫氣、甲烷、己烷成分的第二段混合氣逆著吸附方向對吸附床層吹掃，進一步降低C3～C5烴類分子氣體的分壓，使被吸附的C3～C5烴類分子氣體解吸，吸附劑得以再次再生，解吸出來的C3～C5烴類分子氣體進入第二段吹掃氣緩沖罐，然后送到第二段解析氣壓縮機加壓至0.5MPa送至一段變溫吸附(TSA)氣體分離裝置的一段氣水分離器，以回收再分離；

10次壓力均衡升(ER)：在吹掃(P)過程結束后，用來自其它處于10次壓力均衡降(ED)過程的吸附塔的未被吸附的第二段混合氣，逆著吸附方向依次對該座吸附塔進行升壓，這一過程與10次壓力均衡降(ED)過程相對應，不僅是升壓過程，而且更是回收其它處于10次壓力均衡降(ED)過程的床層死空間內的第二段混合氣的過程；

最終升壓(FR)：在10次壓力均衡升(ER)過程結束后，為了使吸附塔可以平穩地切換至下一次吸附并減少出口氣在這一過程中的波動，需要緩慢而平穩地用處于吸附狀態的吸附塔的第二段混合氣將吸附塔壓力升至吸附壓力，最終升壓步驟將吸附床層充壓到吸附壓力，該座吸附塔進入下一循環周期；

(4)進入第三段變壓吸附(PSA-3)氣體分離裝置的第二段混合氣自第三段吸附塔底部進入第三段處于吸附狀態的吸附塔內，進行第三段變壓吸附工藝，在吸附床層硅膠、制氫分子篩的依次選擇吸附下，第二段混合氣中的易被吸附組分即大量氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷和微量的C3～C5烴類分子被吸附下來，解吸后得到的氣體送入第三段解析氣緩沖罐，然后通過第三段解析氣壓縮機加壓后送往界外，未被吸附的第三段混合氣從處于吸附狀態的吸附塔頂部流出，進入第四段變壓吸附(PSA-4)氣體分離裝置；

第三段變壓吸附(PSA-3)氣體分離裝置為27座吸附塔3座吸附塔吸附流程，在設定好的程控步序下任一時刻都有3座吸附塔處于吸附狀態，但這3座吸附塔進入吸附(A)存在先后順序，當最先進入吸附(A)的吸附塔的吸附前沿最先到達吸附床層出口預留段初始位置時，關掉該座吸附塔塔底進料閥和塔頂出口閥即停止吸附，其它兩座吸附塔的吸附前沿還未到達吸附床層出口預留段初始位置的吸附塔繼續吸附，與此同時1座已完成最終升壓(FR)的吸附塔按照設定好的程控步序自動切入到吸附(A)，這樣始終保持第三段變壓吸附(PSA-3)氣體分離裝置任意時刻都處于3塔吸附；

20次壓力均衡降(ED)：在吸附(A)過程結束后，順著吸附方向將該座吸附塔內的第三段混合氣放入其它處于20次壓力均衡升(ER)過程的吸附塔，隨著該座吸附塔塔內壓力逐漸降低，被吸附組分氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烴類分子不斷解吸，解吸后的氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烴類分子到達床層出口預留段時，被預留段內的吸附劑吸附，致使該座吸附塔塔內的吸附劑全部充分吸附氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烴類分子，該過程可以充分回收該座吸附塔床層死空間內的未被吸附的第三段混合氣并提高吸附床層的氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烴類分子氣體濃度；

逆向放壓(BD)：在20次壓力均衡降(ED)過程結束后，逆著吸附方向將該座吸附塔壓力降到最低，被吸附的氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烴類分子氣體解吸出來，進入第三段解析氣緩沖罐，經過第三段解析氣緩沖罐緩沖穩壓后的逆放氣一部分由第三段羅茨鼓風機加壓至30KPa送至一段變溫吸附(TSA)氣體分離裝置的一段再生氣加熱器，作為吸附劑再生氣源，另一部分經第三段解析氣壓縮機加壓至0.6MPa作為燃料氣送至界外；

吹掃(P)：在逆向放壓(BD)過程結束后，為使吸附劑得到進一步的再生，利用第四段變壓吸附(PSA-4)氣體分離裝置的第四段吹掃氣緩沖罐內的高富氫混合氣逆著吸附方向對吸附床層吹掃，進一步降低氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烴類分子氣體的分壓，使被吸附的氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烴類分子氣體解吸，吸附劑得以再次再生，解吸出來的氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷、C3～C5烴類分子氣體進入第三段吹掃氣緩沖罐，經過第三段解析氣緩沖罐緩沖穩壓后的吹掃氣與逆放氣一樣一部分由第三段羅茨鼓風機加壓至30KPa送至一段變溫吸附(TSA)氣體分離裝置的一段再生氣加熱器，作為吸附劑再生氣源，另一部分經第三段解析氣壓縮機加壓至0.6MPa作為燃料氣送至界外；

四段升(4ER)：在逆向放壓(BD)過程結束后，利用第四段變壓吸附(PSA-4)氣體分離裝置的第四段逆放氣緩沖罐內的逆放氣，逆著吸附方向進入該座吸附塔進行預升壓，為后續均衡升做準備；

隔離(IS)：在四段升(4ER)過程結束后，關掉該吸附塔塔底進料程控閥和塔頂出口程控閥，在壓力不變的狀態下保持一定時間；

20次壓力均衡升(ER)：在四段升(4ER)過程結束后，用來自其它處于20次壓力均衡降(ED)過程的吸附塔的第三段混合氣，逆著吸附方向依次對該座吸附塔進行升壓，這一過程與20次壓力均衡降(ED)過程相對應，不僅是升壓過程，而且更是回收其它處于20次壓力均衡降(ED)過程的床層死空間內的第三段混合氣的過程；

最終升壓(FR)：在20次壓力均衡升(ER)過程結束后，為了使吸附塔可以平穩地切換至下一次吸附并減少出口氣在這一過程中的波動，需要緩慢而平穩地用處于吸附狀態的吸附塔的第三段混合氣將吸附塔壓力升至吸附壓力，最終升壓步驟將吸附床層充壓到吸附壓力，該座吸附塔進入下一循環周期；

(5)進入第四段變壓吸附(PSA-4)氣體分離裝置的第三段混合氣自第四段吸附塔底部進入第四段處于吸附狀態的吸附塔內，進行第四段變壓吸附工藝，在吸附床層制氫分子篩的吸附下，C1、C2烴類及N2氣體被吸附下來，未被吸附的氫氣從3座吸附塔塔頂流出，得到產品氣體；

第四段變壓吸附(PSA-4)氣體分離裝置為12座吸附塔3座吸附塔吸附流程，在設定好的程控步序下任一時刻都有3座吸附塔處于吸附狀態，但這3座吸附塔進入吸附(A)存在先后順序，當最先進入吸附(A)的吸附塔的吸附前沿最先到達吸附床層出口預留段初始位置時，關掉該座吸附塔塔底進料閥和塔頂出口閥即停止吸附，其它兩座吸附塔的吸附前沿還未到達吸附床層出口預留段初始位置的吸附塔繼續吸附，與此同時1座已完成最終升壓(FR)的吸附塔按照設定好的程控步序自動切入到吸附(A)，這樣始終保持第四段變壓吸附(PSA-2)氣體分離裝置任意時刻都處于3塔吸附；

5次壓力均衡降(E1D～E5D)：在吸附(A)過程結束后，順著吸附方向將該座吸附塔內的未被吸附的氫氣放入其它處于5次壓力均衡升(E5R～E1R)過程的吸附塔，隨著該座吸附塔塔內壓力逐漸降低，被吸附組分C1、C2烴類及N2不斷解吸，解吸后的C1、C2烴類及N2到達床層出口預留段時，被預留段內的吸附劑吸附，致使該座吸附塔塔內的吸附劑全部充分吸附C1、C2烴類及N2，該過程可以充分回收該座吸附塔床層死空間內的氫氣并提高吸附床層的C1、C2烴類及N2氣體濃度；

順放(PP)：在5次壓力均衡降(E1D～E5D)過程結束后，順著吸附方向分三次將該座吸附塔內的氫氣分別放入3臺第四段順放氣緩沖罐，作為吹掃的氣源；

逆向放壓(BD)：在順放(PP)過程結束后，逆著吸附方向將該座吸附塔壓力降到最低，被吸附的C1、C2烴類及N2氣體解吸出來，一部分送到第二段變壓吸附(PSA-2)氣體分離裝置的第二段順放氣緩沖罐，作為吹掃氣源，另一部分進入第四段逆放氣緩沖罐，然后送到第三段變壓吸附(PSA-3)氣體分離裝置，作為升壓氣源；

吹掃(P)：在逆向放壓(BD)過程結束后，為使吸附劑得到進一步的再生，分別用3臺第四段順放氣緩沖罐中的氫氣逆著吸附方向對吸附床層吹掃，進一步降低C1、C2烴類及N2氣體的分壓，使被吸附的C1、C2烴類及N2氣體解吸，吸附劑得以再次再生，解吸出來的C1、C2烴類及N2氣體進入第四段吹掃氣緩沖罐，然后送到第三段變壓吸附(PSA-3)氣體分離裝置做為吹掃氣源；

五均升(E5R)：在吹掃(P)過程結束后，用來自其它處于第五5次壓力均衡降(E5D)過程的吸附塔的混合氣，逆著吸附方向對該吸附塔進行升壓，這一過程與5次壓力均衡降(E1D～E5D)過程中的E5D相對應，不僅是升壓過程，而且更是回收處于第五5次壓力均衡降(E5D)過程的吸附塔的床層死空間有效氣體的過程；

隔離(IS)：在五均升(E5R)過程結束后，關掉該吸附塔塔底進料程控閥和塔頂出口程控閥，在壓力不變的狀態下保持一定時間；

剩余4次壓力均衡升(E4R～E1R)：在五均升(E5R)過程結束后，用來自其它處于4次壓力均衡降(E4D～E1D)過程的吸附塔的混合氣，逆著吸附方向依次對該座吸附塔進行升壓，這一過程與4次壓力均衡降(E1D～E4D)過程相對應，不僅是升壓過程，而且更是回收其它處于4次壓力均衡降(E1D～E4D)過程的吸附塔的床層死空間有效氣體的過程；

最終升壓(FR)：在剩余4次壓力均衡升(E4R～E1R)過程結束后，為了使吸附塔可以平穩地切換至下一次吸附并減少出口氣在這一過程中的波動，需要緩慢而平穩地用處于吸附狀態的吸附塔的出口氣將吸附塔壓力升至吸附壓力，最終升壓步驟將吸附床層充壓到吸附壓力，該座吸附塔進入下一循環周期。