[發明專利]一種變壓吸附提純氫氣系統及其方法

有效

• 申請號: 202110007141.6
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112758892B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 陳健;卜令兵;王鍵;張宏宇;李克兵;吳巍;周曉烽;李小榮
• 申請（專利權）人: 西南化工研究設計院有限公司
• 主分類號: C01B3/56
• 分類號: C01B3/56;B01D53/047
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 劉小彬

本發明公開了一種變壓吸附提純氫氣系統及其方法，當產品氫氣要求CO、CO₂及CH₄嚴格時，通過在原料氣中加入氮氣，調整了原料氣中的各雜質比例，從而在保證產品氫氣摩爾含量在99.9％以上的同時，增加氫氣回收率，每增加原料氣流量1％的氮氣，氫氣回收率可以增加0.3～2個百分點，與常規的變壓吸附提純氫氣系統相比，本發明變動小，帶來的效益明顯，不僅適合新建裝置，也適合現有裝置改造。

技術領域

本發明屬于變壓吸附氣體分離技術領域，具體涉及一種變壓吸附提純氫氣系統及其方法。

背景技術

變壓吸附技術廣泛應用于各種混合氣體的分離，如從空氣中提純氧氣和氮氣，從富含二氧化碳的工業尾氣中提純二氧化碳，從富含一氧化碳的混合氣體中提純一氧化碳，以及從各種富含氫氣的混合氣體中提純氫氣，其中氫氣作為重要的工業氣體，需求量大，應用范圍廣泛，因此變壓吸附吸附提純氫氣技術的研究和開發更加的深入。

如專利CN 1984705 B公開了連續送進三床變壓吸附系統，實現了三個吸附塔兩步均壓的變壓吸附制十二步循環工藝；為了提高大型裝置的效率專利US6565628B2公開了十六塔的循環工藝，專利CN103534002B公開了十二塔至十六塔工藝循環；為了增強吸附劑的再生效果，專利CN1298410C公開了帶兩個順放罐的變壓吸附工藝，實現了兩次交錯沖洗工藝，專利CN100588449C公開了多次順放交錯沖洗變壓吸附工藝，實現了三次交錯沖洗工藝；為了提升吸附劑的吸附速率專利CN106039917B公開了有孔的吸附劑材料。

氫氣的最大用途是石油化工領域的加氫反應過程，這些化學反應過程對氫氣的純度要求不高，一般在99.9％(mol/mol)，但是對氫氣中的C原子含量如CO、CO₂、CH₄等要求較為嚴格，一般要求CO和CO₂小于20ppmv，個別過程要求CO小于5ppmv甚至1ppmv，而很多工業制氫如烴類蒸汽轉化制氫、煤制氫以及某些工業尾氣制氫在提純氫氣之前的原料氣中都含有一定比例的CO、CO₂和CH₄，要保證變壓吸附提純的氫氣中含有10ppmv甚至更低含量的C原子，氫氣的純度很多情況下要達到99.99～99.999％(mol/mol)，致使變壓吸附提純氫氣的回收率受到一定限制。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種變壓吸附提純氫氣系統及其方法，解決現有變壓吸附提純氫氣設備在產品氫氣中C原子(CO、CO₂和CH₄)含量要求嚴格時氫氣回收率低的技術問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種變壓吸附提純氫氣系統，包括至少三個吸附塔，接入至吸附塔內并設原料氣程控閥的混合原料氣輸送管線、設解吸氣程控閥的解吸氣管線，以及從吸附塔內接出并設沖洗入程控閥的沖洗入管線、設順放程控閥的順放管線、設均壓閥的均壓管線、設第一均壓及最終升壓程控閥的第一均壓及最終升壓管線和設產品氣程控閥的產品氣外輸管線；混合原料氣輸送管線上連接有含氫原料氣輸送管線和氮氣輸送管線。

進一步地，含氫原料氣輸送管線上設有第一流量計，氮氣輸送管線上設有第二流量計和調節閥。

進一步地，沖洗入管線和順放管線之間通過沖洗調節閥相連通，或者在順放管線和沖洗入管線之間通過一至兩個順放緩沖罐、以及沖洗調節閥連通；第一均壓產品氣外輸管線之間通過終充調節閥相連通。

一種變壓吸附提純氫氣系統的變壓吸附提純氫氣方法，采用至少三個吸附塔分別經過重復循環步驟進行變壓吸附提純氫氣，每個吸附塔所經歷重復循環步驟依次為吸附步驟、順向降壓步驟、逆向降壓步驟、再生步驟和升壓步驟。每個吸附塔內裝填有至少一種可選擇性較易吸附原料氣輸送管線內除氫氣以外的其他氣體組分的吸附劑，同時所有吸附塔內所填裝吸附劑可選擇性較易吸附原料氣輸送管線內除氫氣以外的其他所有氣體組分。