專利名稱：一種psa制氫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變壓吸附技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PSA制氫方法。
背景技術(shù)：
氫氣是一種重要的原料氣體，常用于化工生產(chǎn)的加氫還原，傳統(tǒng)的制氫工藝采用水電解法，但此法能耗大，成本高，特別是對(duì)于需氧量較大的情況，更顯得不經(jīng)濟(jì)。目前，水電解法正迅速地被節(jié)能效果好、產(chǎn)品純度高、成本廉價(jià)的以焦?fàn)t氣、煉廠氣等富氫氣為原料的變壓吸附(Pressure Swing Adsorption ,簡稱PSA)制氫法所替代。申請(qǐng)人:制氫裝置以煤焦為原料，采用固定床富氧連續(xù)氣體法制取半水煤氣，再經(jīng)常壓脫硫(栲膠法)、壓縮、變換、變壓吸附脫硫脫碳等工序生產(chǎn)出合格的凈化氣，供PSA-H2系統(tǒng)提氫。變壓吸附工藝是在六十年代世界能源危機(jī)的情況下，由美國聯(lián)合碳化物公司開發(fā)成功并投入工業(yè)應(yīng)用。目前全世界約有500余套制氫裝置，產(chǎn)氫能力為200 IOOOOONm3/h不等，其工藝技術(shù)正朝著多床工藝、多次均壓和裝置大型化方向發(fā)展。國內(nèi)對(duì)PSA工藝進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用始于七十年代，西南 化工研究設(shè)計(jì)院率先從事變壓吸附技術(shù)分離氣體混合物的研究工作。申請(qǐng)人:制氫裝置PSA工藝就是采用西南化工研究院的十塔四均壓抽真空(沖洗)脫碳工藝和八塔三均壓抽真空(沖洗)氫氣提純工藝。由于PSA制氫裝置要求的產(chǎn)品H2純度為99.9%，H2的回收率為86% ;所以PSA制氫裝置的解吸氣中含有較多的H2,且氫氣活性極強(qiáng)不易吸附，因而解吸氣中大部分氫氣主要集中在逆放初期的逆放氣中；回收這部分氫氣有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的H2回收率，降低系統(tǒng)的能耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種PSA制氫方法，該法通過對(duì)PSA制氫工序盡可能小的改動(dòng)，達(dá)到回收逆放初期逆放氣中的氫氣。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
一種PSA制氫方法，煤氣依次經(jīng)變換、PSA - C02/R (PSA脫碳工藝)和PSA — H2 (PSA氫氣提純工藝)工序處理得產(chǎn)品H2，其特別之處在于:PSA - H2工序中的逆放氣分為逆放氣I和逆放氣2，將逆放氣I經(jīng)緩沖后送往PSA - C02/R工序?qū)ξ狡鬟M(jìn)行預(yù)升壓，將逆放氣2送去PSA - C02/R工序?qū)ξ狡鬟M(jìn)行沖洗；PSA - H2工序中抽真空產(chǎn)生的解吸氣分為兩部分，初期氣返回到煤氣中，后期氣放空；其中，所述逆放氣I指逆放初期的逆放氣，所述逆放2指逆放后期的逆放氣，所述初期氣為抽真空后H2含量在13-50v%的解吸氣，所述后期氣為抽真空后H2含量小于13v%的解吸氣。具體地，逆放初期的逆放氣為PSA - H2工序中壓力范圍在0.19-0.05MPa的逆放氣。具體地，逆放后期的逆放氣為PSA — H2工序中壓力小于0.05Mpa、大于等于0.02MPa的逆放氣。本發(fā)明工藝改進(jìn)原理:
1、由于PSA制氫裝置要求的產(chǎn)品H2純度為99.9%,H2的回收率為86% ;所以PSA制氫裝置的解吸氣中含有較多的H2，且氫氣活性極強(qiáng)不易吸附，因而解吸氣中大部分氫氣主要集中在逆放初期的逆放氣中；回收這部分氫氣有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的H2回收率，降低系統(tǒng)的能耗。2、PSA脫碳裝置中吸附器經(jīng)抽空解吸后壓力為-0.08MPa,同時(shí)PSA-H2逆放氣中CO2含量較低為4.2%，經(jīng)收集后，可充分利用這部分逆放氣對(duì)PSA脫碳抽空解吸后的吸附器進(jìn)行升壓(形成均壓過程)；且不會(huì)對(duì)PSA脫碳裝置中吸附劑造成污染。逆放后期的逆放氣可作為PSA脫碳裝置的沖洗氣使用。3、由于PSA-C02/R裝置的凈化氣露點(diǎn)為彡-60°C，作為PSA-H2裝置的原料氣產(chǎn)生的逆放氣飽和水含量較小，可直接作為升壓氣和沖洗氣使用。4、抽真空(初期)的解吸氣返回到煤氣中。5、抽真空(后期)的解吸氣通過原解吸氣系統(tǒng)送火炬系統(tǒng)放空。有益效果:本發(fā)明通過對(duì)PSA制氫工序的簡單調(diào)整一將原PSA-H2工序中的逆放(D)分解成逆放I (Dl)和逆放2 (D2)，使逆放初期壓力較高部分的逆放氣I進(jìn)入逆放氣緩沖罐作為PSA脫碳裝置(PSA-C02/R)的升壓氣使用，逆放后期壓力較低部分的逆放氣2作為PSA脫碳裝置(PSA-C02/R)的沖洗氣使用；實(shí)現(xiàn)了 PSA-H2工序中解吸氣氫氣的大量回收，從而提高了氫氣的收率，降低了整個(gè) 制氫系統(tǒng)的能耗。


圖1:改造之前PSA制氫工藝流程圖。圖2:改造之后PSA制氫工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式改造之前PSA制氫工藝流程圖見圖1:煤氣自前工序變換來的原料氣經(jīng)PSA - CO2/R工序吸附器脫除CO2等雜質(zhì)生成合格的凈化氣送往PSA - H2制氫工序經(jīng)吸附器脫除CO、CO2、N2、Ar、CH4、H2S等雜質(zhì)得到純度為99.9%的產(chǎn)品氫。其中由PSA — C02/R工序產(chǎn)生的解吸氣經(jīng)阻火器直接放空，由PSA - H2工序產(chǎn)生的解吸氣去火炬放空。在PSA — C02/R工序變壓吸附系統(tǒng)中，任一時(shí)刻總是有3臺(tái)吸附器處于吸附步驟，由入口端通入原料，在出口端獲得凈化氣。每臺(tái)吸附器在不同時(shí)間依次經(jīng)歷吸附(A)、第I級(jí)壓力均衡降(ElD)、第2級(jí)壓力均衡降(E2D)、第3級(jí)壓力均衡降(E3D)、第4級(jí)壓力均衡降(E4D)、逆向放壓(D，簡稱逆放)、或沖洗(P)、抽真空(V)、預(yù)升壓(R)、第4級(jí)壓力均衡升(E4R)、第3級(jí)壓力均衡升(E3R)、第2級(jí)壓力均衡升(E2R)、第I級(jí)壓力均衡升(ElR)和最終升壓(FR)。吸附器所有的壓力均衡降都是用于其它吸附器的壓力均衡升以充分回收將被再生吸附器中的凈化氣。凈化氣在穩(wěn)定的流量和壓力0.95-1.0Mpa下輸出直接進(jìn)入PSA-H2工序。PSA-H2工序變壓吸附系統(tǒng)工藝流程與PSA - C02/R工序基本相同，任一時(shí)刻總是有3臺(tái)吸附器處于吸附步驟，由入口端通入原料，在出口端獲得合格氫氣。每臺(tái)吸附器在不同時(shí)間依次經(jīng)歷吸附㈧、第I級(jí)壓力均衡降(ElD)、順向放壓(PP，簡稱順放)、第2級(jí)壓力均衡降(E2D)、第3級(jí)壓力均衡降(E3D)、逆向放壓(D，簡稱逆放)、抽真空(V)、第3級(jí)壓力均衡升(E3R)、隔離
(IS)、第2級(jí)壓力均衡升(E2R)、第I級(jí)壓力均衡升(ElR)和最終升壓(FR)。改造之后PSA制氫工藝流程圖見圖2:煤氣自前工序變換來的原料氣經(jīng)PSA — CO2/R工序吸附器脫除CO2等雜質(zhì)生成合格的凈化氣送往PSA - H2制氫工序經(jīng)吸附器脫除CO、CO2, N2, Ar、CH4, H2S等雜質(zhì)得到純度為99.9%的產(chǎn)品氫。其吸附器的工作步驟與改造前相同，在此不再贅述，只是將原PSA-H2工序中的逆放(D)分解成逆放I (Dl)和逆放2 (D2)，PSA - H2逆放前期壓力相對(duì)較高部分(0.19-0.05Mpa)的逆放氣I通過程控閥經(jīng)管線在逆放氣緩沖罐緩沖后送往PSA - C02/R工序?qū)ξ狡鬟M(jìn)行預(yù)升壓；PSA - H2逆放后期(小于
0.05Mpa、大于等于0.02Mpa)的逆放氣2由程控閥控制經(jīng)管線去PSA — C02/R工序?qū)ξ狡鬟M(jìn)行沖洗；PSA - H2抽真空產(chǎn)生的解吸氣分為兩部分，初期氣(H2含量13-50v%)由一程控閥控制經(jīng)管道回煤氣柜以回收有效氣體；后期氣(H2含量小于13v%)由程控閥控制控制經(jīng)管道去GFV管線火炬放空。運(yùn)行效果測(cè)試:
1.2009年4月23日一27日進(jìn)行改造試驗(yàn)測(cè)試，效果以氫氣/原料氣(流量)FIQ802/FIQ7201比值來比較。結(jié)果如下:4月24日一4月27日近4天的時(shí)間自投用本發(fā)明改造工藝以來，氫氣/原料氣均值為0.439，較1-3月氫氣/原料氣均值0.426提高了 0.013。若按原料氣負(fù)荷為16000m3/h計(jì)算，每小時(shí)可提高產(chǎn)氫量約208m3，折合氫氣收率增加百分比為:
η 增=208/ (16000X49.8%) =2.61%
注:49.8%為原料氣中氫的體積百分比含量 2.達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效益如下:
若按原料氣負(fù)荷16000m3/h時(shí)投用本發(fā)明改造工藝時(shí)，每小時(shí)提高產(chǎn)氫約208m3，按2元/m3氫氣，年運(yùn)行時(shí)間8000小時(shí)計(jì)算，每年可節(jié)約成本330萬元。
權(quán)利要求
1.一種PSA制氫方法，煤氣依次經(jīng)變換、PSA - C02/R和PSA — H2工序處理得產(chǎn)品H2,其特征在于:PSA - H2工序中的逆放氣分為逆放氣I和逆放氣2，將逆放氣I經(jīng)緩沖后送往PSA - C02/R工序?qū)ξ狡鬟M(jìn)行預(yù)升壓，將逆放氣2送去PSA - C02/R工序?qū)ξ狡鬟M(jìn)行沖洗；PSA - H2工序中抽真空產(chǎn)生的解吸氣分為兩部分，初期氣返回到煤氣中，后期氣放空；其中，所述逆放氣I指逆放初期的逆放氣，所述逆放2指逆放后期的逆放氣，所述初期氣為抽真空后H2含量在13-50v%的解吸氣，所述后期氣為抽真空后H2含量小于13v%的解吸氣。
2.如權(quán)利要求1所述的PSA制氫方法，其特征在于:逆放初期的逆放氣為PSA— H2工序中壓力范圍在0.19-0.05MPa的逆放氣。
3.如權(quán)利要求1所述的PSA制氫方法，其特征在于:逆放后期的逆放氣為PSA— H2工序中壓力小于0.05Mpa、大于等于0.02MPa的逆放氣。
全文摘要
本發(fā)明屬于變壓吸附技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種PSA制氫方法。煤氣依次經(jīng)變換、PSA－CO2/R和PSA－H2工序處理得產(chǎn)品H2，其特別之處在于PSA－H2工序中的逆放氣分為逆放氣1和逆放氣2，將逆放氣1經(jīng)緩沖后送往PSA－CO2/R工序?qū)ξ狡鬟M(jìn)行預(yù)升壓，將逆放氣2送去PSA－CO2/R工序?qū)ξ狡鬟M(jìn)行沖洗；PSA－H2工序中抽真空產(chǎn)生的解吸氣分為兩部分，初期氣返回到煤氣中，后期氣放空；其中，所述逆放氣1指逆放初期的逆放氣，所述逆放2指逆放后期的逆放氣，所述初期氣為抽真空后H2含量在13-50v%的解吸氣，所述后期氣為抽真空后H2含量小于13v%的解吸氣。本發(fā)明方法通過對(duì)PSA制氫工序盡可能小的改動(dòng)，達(dá)到回收逆放初期逆放氣中的氫氣。
文檔編號(hào)C01B3/56GK103112825SQ201310062858
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者劉國學(xué), 陳聚良, 宮冬青, 李時(shí)清, 侯國軍, 戴新 申請(qǐng)人:河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司