一种实现双高带压解吸psa提氢的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型记载了一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置，涉及制氢和变压吸附气体分离技术领域，包括一段变压吸附装置和二段变压吸附装置，通过阀门控制吸附塔进行吸附、解吸步骤，两个变压吸附装置均进行包括以下的连续循环的工艺步骤：吸附、一级均压降、二级均压降、逆放、一级均压升、二级均升压、终充等步骤，解吸时采用带压解吸的方式，解吸气不用压缩直接去管网作为燃烧气，克服了传统变压吸附工艺解吸尾气需增压以回收利用而带来的能耗高的缺点，取消了解吸尾气压缩机，增加了装置可靠性的同时大大降低了装置的投资和能耗，采用两段变压吸附装置浓缩、提纯，在保证产品纯度99.9%以上的同时，也提高收率至90%以上，实现了“双高”即高纯度、高收率的提氢目标。
【专利说明】
一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及制氢和变压吸附气体分离技术领域，尤其涉及一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置。
【背景技术】
[0002]随着不可再生能源储量的不断减少和轻质燃料需求的持续增长，氢气在能源化工业的重要性日益凸显，对不同组成、性质的低体积分数氢气进行净化、提浓供用氢单元再利用，可有效降低制氢单元负荷，减少制氢原料消耗，已成为企业解决氢源供应瓶颈，减少碳排放的有效方法;含氢的各种尾气、废气比如:变压吸附重整气制氢装置的解吸气、中变气制氢装置的解吸气、低分气、催化干气、火炬气等，这些气源中含有大量的氢气、二氧化碳以及各种烃类，有很高的利用价值。
[0003]这类气体通常采用变压吸附工艺，由于再生过程中有效气混在杂质气体中而无法回收利用，所以在此过程中的解吸尾气通常作为低热值的燃料气送往燃料气管网或送去火炬烧掉，解吸后的尾气通常为常压，需要加压到一定压力才能送往燃料气管网或火炬系统，由此压缩机带来的高能耗、高成本以及动力设备带来的装置故障率成为制约含氢尾气高值利用的瓶颈，尤其是一些量大的含氢尾气，还含有高烃类的物质容易对压缩机造成堵塞，导致装置无法运行。
[0004]例如一股50000Nm3/h的炼厂干气含氢约50%，一段变压吸附提氢后的解吸尾气就有大约14000Nm3/h，可见解吸尾气占了原料气约l/3，14000Nm3/h的解吸尾气从常压
0.02Mpa(g)压缩到0.5Mpa(g)，需要电耗800Kwh的压缩机一开一备，一台800Kwh的两级压缩机投资约为400?500万，这样总投资了近1000万，一年的电耗成本为470万。带压解吸变压吸附的工艺能使解吸尾气本身带压，不用压缩直接去管网作为燃烧气，这样省掉了近1000万的投资和一年470万的电耗。然而普通的一段带压解吸变压吸附工艺，保证产品高纯度的同时氢气收率非常低，大约只有60?70%。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型提供一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置，解决了压缩机带来的高能耗、高成本以及高装置故障率的问题，保证产品高纯度的同时保证氢气的高收率。
[0006]本实用新型的技术方案如下:
[0007]—种实现双高带压解吸PSA提氢的装置，包括一段变压吸附装置和二段变压吸附装置，所述一段变压吸附装置包括一段进气管、一段吸附塔、一段逆放管、一段出气管、一段终充管、一段一级均压管、一段二级均压管、一段解吸尾气总管、解吸气缓冲罐，所述一段进气管通过一段支管与一段吸附塔接通，所述一段终充管、一段一级均压管、一段二级均压管均通过一段支管与一段出气管接通，所述一段解吸尾气总管的一端与一段逆放管相接，另一端与解吸气缓冲罐相接通，所述一段支管、一段逆放管、一段解吸尾气总管上均设有控制气体流通的阀门，所述一段终充管靠近一段出气管的位置设有阀门，所述一段一级均压管、一段二级均压管之间通过阀门接通，所述解吸气缓冲罐通过管道直接与燃烧管网或者火炬系统相连通;所述二段变压吸附装置包括二段进气管、二段吸附塔、二段逆放管、二段出气管、二段终充管、二段一级均压管、二段二级均压管、二段解吸尾气总管、产品气管，所述二段进气管一端与一段出气管相连接，另一端通过二段支管与二段吸附塔接通，所述二段终充管、二段一级均压管、二段二级均压管均通过二段支管与二段出气管接通，所述二段解吸尾气总管的一端与二段逆放管相接，另一端放空，所述二段支管、二段逆放管、二段解吸尾气总管上均设有控制气体流通的阀门，所述二段出气管与产品气管相接通，所述二段终充管靠近二段出气管的位置设有阀门，所述二段一级均压管、二段二级均压管之间通过阀门接通。
[0008]更进一步的，所述一段出气管上设有止回阀，防止二段变压吸附装置的气体回流到一段变压吸附装置，避免影响一段吸附效率，起到安全防护的作用。
[0009]更进一步的，所述产品气管上设有调节阀组，其信号与前面的压力表远传信号相连输入，以稳定产品气的输出压力。
[0010]更进一步的，所述一段出气管上设置远传压力表，便于监控整个吸附与再生的压力，而一段逆放管上设置远传压力表，以监控解吸气尾气的压力，当压力高于或低于设定的压力时，监控系统会提示警报。
[0011]更进一步的，所述一段解吸气总管设置安全阀组，一旦压力超过设定的压力值，安全阀起跳，实现对整个装置的安全保护。
[0012]更进一步的，所述一段吸附塔的个数不低于4个，保证吸附和解吸过程的同步进行。
[0013]更进一步的，所述二段吸附塔的个数不低于4个，保证吸附和解吸过程的同步进行。
[0014]综上所述，本实用新型的有益技术效果如下:
[0015](I)通过阀门实现气体的吸附与解吸过程，解吸时采用带压解吸的方式，解吸气不用压缩直接去管网作为燃烧气，克服了传统变压吸附工艺解吸尾气需增压以回收利用而带来的能耗高的缺点，取消了解吸尾气压缩机，增加了装置可靠性的同时大大降低了装置的投资和能耗；
[0016](2)通过两段法变压吸附技术可进行分段分离回收，在保证产品纯度达99.9%以上的同时，将收率提升至90%以上，实现了 “双高”即高纯度、高收率的提氢目标。
【附图说明】
[0017]图1为一段变压吸附装置示意图；
[0018]图2为二段变压吸附装置示意图；
[0019]图中标记分别为:1、一段进气管;2、一段吸附塔;3、一段支管;4、一段逆放管;5、一段出气管;6、一段终充管；7、一段一级均压管;8、一段二级均压管；9、一段解吸尾气总管；
10、解吸气缓冲罐;11、二段进气管；12、二段吸附塔;13、二段支管；14、二段逆放管；15、二段出气管；16、二段终充管；17、二段一级均压管；18、二段二级均压管；19、二段解吸尾气总管；20、产品气管;21、阀门；22、止回阀；23、安全阀。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细地说明，但本实用新型的实施方式并不限于此。
[0021]实施例1
[0022]如图1-图2所示，一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置，包括一段变压吸附装置和二段变压吸附装置，所述一段变压吸附装置包括一段进气管1、一段吸附塔2、一段逆放管
4、一段出气管5、一段终充管6、一段一级均压管7、一段二级均压管8、一段解吸尾气总管9、解吸气缓冲罐10，所述一段进气管I通过一段支管3与一段吸附塔2接通，所述一段终充管6、一段一级均压管7、一段二级均压管8均通过一段支管3与一段出气管5接通，所述一段解吸尾气总管9的一端与一段逆放管4相接，另一端与解吸气缓冲罐10相接通，所述一段支管3、一段逆放管4、一段解吸尾气总管9上均设有控制气体流通的阀门21，所述一段终充管6靠近一段出气管5的位置设有阀门21，所述一段一级均压管7、一段二级均压管8之间通过阀门21接通，所述解吸气缓冲罐10通过管道直接与燃烧管网或者火炬系统相连通;所述二段变压吸附装置包括二段进气管11、二段吸附塔12、二段逆放管14、二段出气管15、二段终充管16、二段一级均压管17、二段二级均压管18、二段解吸尾气总管19、产品气管20，所述二段进气管11 一端与一段出气管5相连接，另一端通过二段支管13与二段吸附塔12接通，所述二段终充管16、二段一级均压管17、二段二级均压管18均通过二段支管13与二段出气管15接通，所述二段解吸尾气总管19的一端与二段逆放管14相接，另一端放空，所述二段支管13、二段逆放管14、二段解吸尾气总管19上均设有控制气体流通的阀门21，所述二段出气管15与产品气管20相接通，所述二段终充管16靠近二段出气管15的位置设有阀门21，所述二段一级均压管17、二段二级均压管18之间通过阀门21接通。
[0023]本实施例中，通过阀门控制吸附塔进行吸附、解吸步骤，两个变压吸附装置均进行包括以下的连续循环的工艺步骤:
[0024]a吸附、b—级均压降、c 二级均压降、d逆放、e—级均压升、f 二级均升压、g终充等步骤；
[0025]所述一段变压吸附装置中:
[0026]a.一段吸附:控制阀门21，将成分为氢气含量为61%、甲烧含量为25%、其他经类含量为14%、压力为1.2Mpa的原料气经一段进气管1、一段支管3送入一段变压吸附单元的任意2个一段吸附塔2内，一段吸附塔2内装填氢气浓缩吸附剂，利用对不同组分的不同吸附容量，将原料气中的甲烷和其他烃类吸附，有效气成分氢气及其它杂质气体作为中间气则从2个相应的一段吸附塔2顶部的一段出气管5输出，此时氢气的含量为90%以上；
[0027]b.一段一级均压降:气体在上述步骤参与吸附的一段吸附塔2内经过240秒吸附完成后，调节相应的阀门21，将一段吸附塔2的一段出气管5经一段一级均压管7与其他任意2个一段吸附塔2的进料端相连，减压排出气体，直至其两两相应的塔压力相等；
[0028]c.一段二级均压降:调节相应的阀门21，将上述步骤参与吸附的一段吸附塔2的一段出气管5经一段二级均压管8继续与上述步骤相应的其他2个一段吸附塔的进料端相连，按照预设定的时间和压力，减压排出气体直至压力降为设定的值；
[0029]d.一段逆放:均压降完成后，此时上述步骤参与吸附的一段吸附塔2内部的压力约为0.05?I Mpa，调节相应的阀门21，经一段逆放管4逆向减压排出气体，此时逆放气中氢气含量约10%，从而完成整个再生过程;排出的逆放气作为解吸尾气经一段解吸尾气总管9引入到解吸气缓冲罐10，稳定压力至0.05?I Mpa后解吸尾气作为燃料气被直接送去燃料管网或者火炬系统；
[0030]e.一段一级均压升:逆放完成后，从调节相应的阀门21，上述步骤参与吸附的一段吸附塔2的一段出气管5经一段一级均压管7逆向引入相应的均压塔排出的气体直至两塔或其余两两塔的床层压力相等。
[0031]f.一段二级均压升:调节相应的阀门21，从上述步骤参与吸附的一段吸附塔2的一段出气管5经一段二级均压管8继续逆向引入与其他相应的均压塔排出的气体，按照预设定的时间和压力，升压直至压力升为设定的值。
[0032]g.终充:调节相应的阀门21，从上述步骤参与吸附的一段吸附塔2的一段出气管5经一段终充管6逆向引入部分产品气体以升高床层压力到吸附压力。
[0033]所述一段变压吸附装置中:
[0034]a.二段吸附:调节相应的阀门21，从一段吸附塔2顶部输出的中间气按一定的时间间隔，分不同的时段，逐次按顺序经二段进气管11、二段进气支管13进入任意I个二段吸附塔12内，吸附塔内装填氢气提纯吸附剂，利用对不同组分的不同吸附容量，将中间气中剩余甲烷等杂质吸附，产品氢气则经二段吸附塔12顶部的二段出气管15输出，经产品气管20将产品氢气送出装置，此时氢气的含量为99.9%以上；
[0035]b.二段一级均压降:中间气在二段吸附塔12内经过240秒吸附完成后，调节相应的阀门21，从上述参与吸附的二段吸附塔12的二段出气管15经二段一级均压管17与其他任意I个二段吸附塔12的进料端相连，减压排出气体，直至其两个或多个相应的塔压力相等；
[0036]c.二段二级均压降:调节相应的阀门21，将上述参与吸附的二段吸附塔12的二段出气管15经二段二级均压管18继续与其他相应的二段吸附塔12的进料端相连，按照预设定的时间和压力，减压排出气体直至压力降为设定的值；
[0037]d.二段逆放:均压降完成后，调节相应的阀门21，通过二段逆放管14进行逆向减压排出气体，直至压力达到10kpa?500kpa的放空压力，解吸尾气经二段解吸尾气总管19放空；
[0038]e.二段一级均压升:逆放完成后，调节相应的阀门21，从上述参与吸附的二段吸附塔12的二段出气管15经二段一级均压管17逆向引入相应的均压塔排出的气体直至吸附塔床层压力相等。
[0039]f.二段二级均压升:调节相应的阀门21，从上述参与吸附的二段吸附塔12的二段出气管15经二段二级均压管18继续逆向引入与其他相应的均压塔排出的气体，按照预设定的时间和压力，升压直至压力升为设定的值。
[0040]g.终充:调节相应的阀门21，从上述参与吸附的二段吸附塔12的二段出气管15经二段终充管16逆向引入部分产品气体以升高床层压力到吸附压力。
[0041 ] 实施例2
[0042]在实施例1所述一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置的基础上进一步优化，所述一段出气管5上设有止回阀22，防止二段变压吸附装置的气体回流到一段变压吸附装置，避免影响一段吸附效率，起到安全防护的作用。
[0043]实施例3
[0044]在实施例1所述一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置的基础上进一步优化，所述产品气管20上设有调节阀组，其信号与前面的压力表远传信号相连输入，以稳定产品气的输出压力。
[0045]实施例4
[0046]在实施例1所述一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置的基础上进一步优化，所述一段出气管5上设置远传压力表，便于监控整个吸附与再生的压力；一段逆放管4上设置远传压力表，以监控解吸气尾气的压力，当压力高于或低于设定的压力时，监控系统会提示警报。
[0047]实施例5
[0048]在实施例1所述一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置的基础上进一步优化，所述一段解吸气总管9设置安全阀组，一旦压力超过设定的压力值，安全阀起跳，实现对整个装置的安全保护。
[0049]实施例6
[0050]在实施例1所述一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置的基础上进一步优化，所述一段吸附塔2的个数不低于4个，所述二段吸附塔12的个数不低于4个，保证吸附和解吸过程的同步进行，保证产品纯度与收率。
[0051]如上所述即为本实用新型的实施例。本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下做出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置，其特征在于:包括一段变压吸附装置和二段变压吸附装置，所述一段变压吸附装置包括一段进气管(I)、一段吸附塔(2)、一段逆放管(4)、一段出气管(5)、一段终充管(6)、一段一级均压管(7)、一段二级均压管(8)、一段解吸尾气总管(9)、解吸气缓冲罐(10)，所述一段进气管(I)通过一段支管(3)与一段吸附塔(2)接通，所述一段终充管(6)、一段一级均压管(7)、一段二级均压管(8)均通过一段支管(3)与一段出气管(5)接通，所述一段解吸尾气总管(9)的一端与一段逆放管(4)相接，另一端与解吸气缓冲罐(10)相接通，所述一段支管(3)、一段逆放管(4)、一段解吸尾气总管(9)上均设有控制气体流通的阀门(21)，所述一段终充管(6)靠近一段出气管(5)的位置设有阀门(21)，所述一段一级均压管(7)、一段二级均压管(8)之间通过阀门(21)接通，所述解吸气缓冲罐(10)通过管道直接与燃烧管网或者火炬系统相连通;所述二段变压吸附装置包括二段进气管(11)、二段吸附塔(12)、二段逆放管(14)、二段出气管(15)、二段终充管(16)、二段一级均压管(17)、二段二级均压管(18)、二段解吸尾气总管(19)、产品气管(20)，所述二段进气管(11) 一端与一段出气管(5)相连接，另一端通过二段支管(13)与二段吸附塔(12)接通，所述二段终充管(16)、二段一级均压管(17)、二段二级均压管(18)均通过二段支管(13)与二段出气管(15)接通，所述二段解吸尾气总管(19)的一端与二段逆放管(14)相接，另一端放空，所述二段支管(13)、二段逆放管(14)、二段解吸尾气总管(19)上均设有控制气体流通的阀门(21)，所述二段出气管(15)与产品气管(20)相接通，所述二段终充管(16)靠近二段出气管(15)的位置设有阀门(21)，所述二段一级均压管(17)、二段二级均压管(18)之间通过阀门(21)接通。2.根据权利要求1所述的一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置，其特征在于:所述一段出气管(5)上设有止回阀(22)。3.根据权利要求1所述的一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置，其特征在于:所述产品气管(20)上设有调节阀组。4.根据权利要求1所述的一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置，其特征在于:所述一段出气管(5)、一段逆放管(4)上设置远传压力表。5.根据权利要求1所述的一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置，其特征在于:所述一段解吸气总管(9)设置安全阀组。6.根据权利要求1所述的一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置，其特征在于:所述一段吸附塔(2)的个数不低于4个。7.根据权利要求1所述的一种实现双高带压解吸PSA提氢的装置，其特征在于:所述二段吸附塔(12)的个数不低于4个。
【文档编号】C01B3/56GK205575628SQ201521058531
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年12月18日
【发明人】刘开莉, 钟雨明
【申请人】四川天采科技有限责任公司