[实用新型]一种低消耗的制氢装置

说明书

技术领域

本实用新型属于制氢和变压吸附气体分离技术领域，具体地，涉及一种低消耗的制氢装置。

背景技术

目前，工业氢气主要来源有水电解制氢和化石原料（包含化石原料下游产品）制氢两大途径，因为水电解制氢的电耗很高，是以能源换取原料的工艺，并且电本生也是二次能源，所以其规模和应用领域受到很大限制。化石原料制氢是以原料生产原料，符合原料和能源利用规律，并且其规模范围很大，制氢成本不高，所以它仍然是目前大规模获取氢气的主要方法。

由于原料是化石原料制氢的主要成本来源，因而降低原料单耗是降低制氢成本的关键。化石原料制氢典型工艺是：原料与水蒸气反应获得富含氢气的混合气体（称之为造气），混合气体进入变压吸附提纯氢气（称之为PSA提氢）。所以PSA提氢与造气的有机结合、工艺优化是降低原料消耗的关键。

为了分离化工生产过程中的具有不同分离系数的混合气体，变压吸附工艺获得了广泛的应用。针对不同混合气体的组成、特性、温度、压力，在变压吸附气体分离领域出现了各种不同的PSA分离工艺。常规的变压吸附工艺由于再生过程中有效气混在杂质气体中而无法回收利用，只能放空或作为低热值的燃料气使用，造成原料综合利用率低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种低消耗的制氢装置，采用该装置能够有效分离回收变压吸附工艺再生过程中的有效组分（H2、CO），充分利用有效组分的原料属性而非燃料属性，从而达到降低原料单耗的目的。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种低消耗的制氢装置，包括造气单元、以及由吸附塔构成的变压吸附单元；所述造气单元通过原料气进气管道与所述变压吸附单元连接；所述变压吸附单元的顶部连接输出产品气的产品输出管道；还包括回收有效气的回收气管路，所述回收气管路的引出端设在所述变压吸附单元上、接入端设在造气单元上。

所述变压吸附单元顶部还连接均压管道，以及从产品输出管道上接回至变压吸附单元的终充管道。所述均压管道可以连接均压罐，也可以排放输出系统后进行其他利用。设置终充管道的目的是：通过阀门控制使变压吸附单元内产生的产品气通过终充管道逆流，进而由吸附塔的顶部向下对吸附塔进行冲洗。

所述变压吸附单元的底部连接排放解析气的解析气管道。

为了控制气体流动的时间和方向，所述管道上都可以设置控制阀门。在原料气进气管道设置进料阀，在产品输出管道上设置产品阀，在均压管道上设置均压阀，在终充管道上设置终充阀，在解吸气管道上设置再生阀，回收气管路上设置回收控制阀。

所述回收气管路从变压吸附单元引出后，通过管道依次连接缓冲罐、增压机，再接入造气单元。由回收气管路收集的有效气体经缓冲罐稳压后，再由增压机加压至略高于造气工序原料气压力，送至造气工序与原料气合并（对于造气单元是煤气化的工艺，回收气与水煤气合并），到达降低消耗的目的。

为了最大限度回收PSA再生过程中的有效气（如H2、CO），所述回收气管路的引出端设在吸附塔筒体的侧面，也可以设在变压吸附单元的解析气管道上。

所述吸附塔的数量为3个以上。当一个或几个吸附塔工作单元处于吸附状态持续输出产品时，剩余的吸附塔工作单元处于降压或升压状态，并在吸附状态的工作单元吸附饱和前充压至工作压力待用，如此交替运行构成完整循环，使产品能持续输出。

所述造气单元包括煤气化造气、天然气转化重整造气、甲醇水蒸气转化造气中的一种或一种以上的组合。

本实用新型的工作流程是：原料气通过原料气进气管道进入变压吸附单元，经吸附塔内吸附剂吸附除杂后，由吸附塔塔顶部产品输出管道输出产品气。当一个吸附塔吸附剂饱和时，通过调节变压吸附塔的控制阀门对该吸附塔进行均压降；即关闭该吸附塔底部的进料阀和塔顶的产品阀，开启该吸附塔顶部的均压阀，顺着出气的方向对处于升压状态的吸附塔进行均压，当压力降至一定程度后，开启该吸附塔的回收气管路的回收控制阀以收集塔内有效成分高的气体，当回收气杂质浓度高到一定程度后关闭回收控制阀，开启该吸附塔底部再生阀，继续降压，并采用抽真空或者冲洗的方式对吸附剂彻底再生。再生结束后关闭再生阀，打开该吸附塔顶部均压阀，接收其他处于均压降的塔来的气体，该吸附塔压力在均压过程中压力升至一定程度，再打开塔顶终充阀用产品气将该吸附塔的压力升高到工作压力状态，待用，至此该吸附塔完成一个循环。

综上所述，本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：