[发明专利]一种变压吸附提纯氢气系统及其方法

说明书

本发明公开了一种变压吸附提纯氢气系统及其方法，当产品氢气要求CO、CO₂及CH₄严格时，通过在原料气中加入氮气，调整了原料气中的各杂质比例，从而在保证产品氢气摩尔含量在99.9％以上的同时，增加氢气回收率，每增加原料气流量1％的氮气，氢气回收率可以增加0.3～2个百分点，与常规的变压吸附提纯氢气系统相比，本发明变动小，带来的效益明显，不仅适合新建装置，也适合现有装置改造。

技术领域

本发明属于变压吸附气体分离技术领域，具体涉及一种变压吸附提纯氢气系统及其方法。

背景技术

变压吸附技术广泛应用于各种混合气体的分离，如从空气中提纯氧气和氮气，从富含二氧化碳的工业尾气中提纯二氧化碳，从富含一氧化碳的混合气体中提纯一氧化碳，以及从各种富含氢气的混合气体中提纯氢气，其中氢气作为重要的工业气体，需求量大，应用范围广泛，因此变压吸附吸附提纯氢气技术的研究和开发更加的深入。

如专利CN 1984705 B公开了连续送进三床变压吸附系统，实现了三个吸附塔两步均压的变压吸附制十二步循环工艺；为了提高大型装置的效率专利US6565628B2公开了十六塔的循环工艺，专利CN103534002B公开了十二塔至十六塔工艺循环；为了增强吸附剂的再生效果，专利CN1298410C公开了带两个顺放罐的变压吸附工艺，实现了两次交错冲洗工艺，专利CN100588449C公开了多次顺放交错冲洗变压吸附工艺，实现了三次交错冲洗工艺；为了提升吸附剂的吸附速率专利CN106039917B公开了有孔的吸附剂材料。

氢气的最大用途是石油化工领域的加氢反应过程，这些化学反应过程对氢气的纯度要求不高，一般在99.9％(mol/mol)，但是对氢气中的C原子含量如CO、CO₂、CH₄等要求较为严格，一般要求CO和CO₂小于20ppmv，个别过程要求CO小于5ppmv甚至1ppmv，而很多工业制氢如烃类蒸汽转化制氢、煤制氢以及某些工业尾气制氢在提纯氢气之前的原料气中都含有一定比例的CO、CO₂和CH₄，要保证变压吸附提纯的氢气中含有10ppmv甚至更低含量的C原子，氢气的纯度很多情况下要达到99.99～99.999％(mol/mol)，致使变压吸附提纯氢气的回收率受到一定限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种变压吸附提纯氢气系统及其方法，解决现有变压吸附提纯氢气设备在产品氢气中C原子(CO、CO₂和CH₄)含量要求严格时氢气回收率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种变压吸附提纯氢气系统，包括至少三个吸附塔，接入至吸附塔内并设原料气程控阀的混合原料气输送管线、设解吸气程控阀的解吸气管线，以及从吸附塔内接出并设冲洗入程控阀的冲洗入管线、设顺放程控阀的顺放管线、设均压阀的均压管线、设第一均压及最终升压程控阀的第一均压及最终升压管线和设产品气程控阀的产品气外输管线；混合原料气输送管线上连接有含氢原料气输送管线和氮气输送管线。

进一步地，含氢原料气输送管线上设有第一流量计，氮气输送管线上设有第二流量计和调节阀。

进一步地，冲洗入管线和顺放管线之间通过冲洗调节阀相连通，或者在顺放管线和冲洗入管线之间通过一至两个顺放缓冲罐、以及冲洗调节阀连通；第一均压产品气外输管线之间通过终充调节阀相连通。

一种变压吸附提纯氢气系统的变压吸附提纯氢气方法，采用至少三个吸附塔分别经过重复循环步骤进行变压吸附提纯氢气，每个吸附塔所经历重复循环步骤依次为吸附步骤、顺向降压步骤、逆向降压步骤、再生步骤和升压步骤。每个吸附塔内装填有至少一种可选择性较易吸附原料气输送管线内除氢气以外的其他气体组分的吸附剂，同时所有吸附塔内所填装吸附剂可选择性较易吸附原料气输送管线内除氢气以外的其他所有气体组分。