[發明專利]吸附柱及氫氮分離系統

在審

• 申請號: 202010043611.X
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111111381A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 林立;羅宇;江莉龍;陳崇啟;蔡國輝
• 申請（專利權）人: 福州大學化肥催化劑國家工程研究中心
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047;B01D53/22
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 李亞南

本發明公開一種吸附柱，包括殼體，還包括：膜組件，設置于所述殼體內部，且其包括若干沿所述殼體的軸向間隔設置的膜分離單元；所述膜分離單元包括依次連通的引導段和膜分離段；吸附劑層，填充于相鄰膜分離單元之間和膜分離單元與殼體內壁之間。本發明還公開了使用該吸附柱作的氫氮分離系統。本發明公開的吸附柱，將膜分離技術和變壓吸附技術一體化，其系統結構緊湊，占地面積小，避免在兩種方法連用時因為管道過多引起的氣體損耗，成本低廉適合中小規模的氣體制備工藝的后續氣體提純，同時兼顧最終得到的氣體的收率和純度，結構靈活，方便拆卸，泛用性強。本發明提供的氫氮分離系統，結構簡單，耗能低，適用于氨氣制氫的后續氫氣提純。

技術領域

本發明涉及氫氣制備技術領域，具體涉及一種吸附柱及氫氮分離系統。

背景技術

隨著環保法規日趨嚴格，清潔氫能的生產和應用引起關注，氨分解制氫是其中重要途徑之一。氨分解的產物為氫氮混合氣，如何對其進行氫氮分離或提純氫氣，以滿足各種設備對氫純度的要求(例如ISO 14687-2:2012規定車用燃料電池需要99.97％純度的氫)，是氨制氫過程中的一個重要環節。

目前常用的氣體分離技術有深冷法、變壓吸附法(PSA)、膜分離法。其中深冷法主要用于大規模的氣體分離，且壓縮與冷卻的能耗較高；變壓吸附法經過幾十年的發展，技術已較為成熟，選擇合適的吸附劑層可使產物氣純度達99.99％以上，大型的PSA裝置通過多次壓力均衡可以實現90％的收率，但中小型PSA裝置由于壓力水平較低，只能實現較低收率(60％-70％)；膜分離技術的分離能力主要取決于膜對不同氣體的滲透性與選擇性，對氫具有良好滲透性和選擇性的鈀膜由于價格昂貴，較難推廣使用，而非金屬膜由于對氫氮氣的選擇性較低，無法獲得高純度的產物氣。

中國專利文獻CN109970029A公開了一種膜分離強化的高含氫煉廠變壓吸附氫氣提純工藝，其在變壓吸附裝置的預處理系統中引入有機蒸汽膜分離單元；在后處理系統中引入氫氣膜分離單元，進一步回收有機蒸汽膜滲透氣和變壓吸附尾氣中的低濃度氫氣，其結合了變壓吸附技術和膜分離技術，提高了氫氣的回收率和純度，但是膜分離單元和變壓吸附裝置分開放置，同時使用多個壓縮機，其結構松散，占地面積大，需要的設備多，無法應用于中小規模的氫氣制備中，同時該裝置內管道復雜，容易影響氫氣的收率和純度。因此對于中小規模的氫氮分離過程，亟需一種解決方案可以來提高裝置集成度。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中氫氮分離裝置集成度低的缺陷，從而提供一種變壓吸附-膜分離一體化的吸附柱及采用該吸附柱的氫氮分離系統。該吸附柱可用于中小規模的氫氮分離，可同時實現實現高純度氫氣、高收率氫氣和低成本的效果。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方法：

本發明提供一種吸附柱，包括殼體，還包括：

膜組件，設置于所述殼體內部，且其包括若干沿所述殼體的軸向間隔設置的膜分離單元；所述膜分離單元包括依次連通的引導段和膜分離段；

吸附劑層，填充于相鄰膜分離單元之間和膜分離單元與殼體內壁之間。

進一步地，所述引導段為引導管，所述膜分離段為中空膜纖維，所述中空膜纖維的一端與所述引導管連通。

優選地，所述膜纖維的氫氣滲透率為60-65barrer，氫氮選擇性為12-20。

進一步地，所述殼體靠近所述引導段的端部設置進氣口，所述進氣口與引導段連通；

所述殼體靠近所述膜分離段的端部設置用于將來自膜分離段的廢氣外排的廢氣出口，所述廢氣出口與膜分離段連通。

進一步地，還包括用于氣體進入殼體內的第一開口和用于殼體內廢氣外排的第二開口，均設置于所述殼體的同一端部；