专利名称：一种低消耗的制氢装置的制作方法
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、C0)，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。[0010]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、C0)，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(1)、本实用新型设置回收有效气的回收气管路，回收气管路上设置缓冲罐和增压阀，能够有效分离回收再生过程中的有效组分(H2、C0)，充分利用有效组分的原料属性而非燃料属性，提高了原料综合利用率，从而达到降低原料单耗的目的，既降耗、又环保。(2)、本实用新型将回收气支管的引出端设置在变压吸附单元的再生管路支管上， 可以更大限度地回收PSA再生过程中的有效气(如H2、C0)。(3)、由于造气初期原料气呈氧化性氛围，回收H2、CO有效气后呈还原性氛围，本实用新型将回收的有效组分重新输入造气单元，对于抗析碳、脱硫、延长催化剂寿命都有巨大好处。
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。图中各部件的对应名称为1-原料气进气管道；2-进料阀；Al-第一吸附塔； A2-第二吸附塔；A3-第三吸附塔；A4-第四吸附塔；4-产品阀；5-产品输出管道；6、 8、9_均压阀；7-终充阀；10-回收气支管；11-回收控制阀；12-再生阀；13-解析气管道； 15-回收气管路；31-进料支管；32再生管路支管；33-出气支管；34-均压管道；35-终充管道；Vl-缓冲罐；V2-均压罐；C-压缩机。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。实施例1 如图1所示，本实施例一种低消耗的制氢装置包括造气单元、以及由4个吸附塔构成的变压吸附单元。造气单元可以是煤气化造气、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。所述造气单元连接原料气进气管道1 ；每个吸附塔的底部连接设有进料阀2的进料支管31，4个进料阀连通并都连接到原料气进气管道1 ；每个吸附塔的底部连接设有再生阀12的再生管路支管32，4个再生阀连通并都连接到解析气管道13 ；每个吸附塔的顶部连接设有产品阀4的出气支管33，4个产品阀4连通并连接输出产品气的产品输出管道5 ；每个吸附塔的顶部还连接从产品输出管道5接回至吸附塔顶部、并设有终充阀7的终充管道 35;每个吸附塔的顶部还连接均压管道34，均压管道上连接均压罐V2或排放再利用；每个吸附塔的侧面还连接设有回收控制阀11的回收气支管10。回收控制阀可以11控制回收气体通过的时间和流量。所述4个回收气支管10从吸附塔筒体的侧面引出后，通过回收控制阀11，4个回收控制阀连通，并汇总成回收气管路15再连接到缓冲罐VI、增压机C，最后接入造气单元。 即该回收气管路15所回收的H2、C0等有效气经缓冲罐稳压后，再由增压机送至制氢装置的造气单元作为补充原料气。本实施例中所述吸附塔的数量为4个。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。本实施例中，为了最大限度回收PSA再生过程中的有效气(如H2、C0)，所述回收气支管10的引出端也可以设在再生管路支管32上。本实施例的工作流程是原料天然气进入天然气转化重整造气单元，首先与来自变压吸附的回收气混合，经过一系列的预热、脱硫、反应、换热、分液获得富含氢气的混合气。该混合气通过原料气进气管道1和进料支管31进入吸附塔。由于变压吸附是通过以各吸附塔为中心的工作单元周期性变化连续工作的，因而以第一吸附塔Al为例，以下详细描述第一吸附塔Al工作的工作流程。原料天然气由原料气进气管道1和进料支管31进入第一吸附塔Al，通过进料阀2进入吸附塔Al，在第一吸附塔Al内装填的吸附剂作用下将原料气中的杂质组分吸附下来，产品氢气从第一吸附塔Al 顶部的产品阀4流出，并经由产品输出管道5获得产品氢气。当第一吸附塔Al吸附剂饱和时，关闭第一吸附塔Al底部进料阀2和塔顶的产品阀4，依次开启Al塔顶部的均压阀6、8、9，顺着出气的方向对处于升压状态的吸附塔或者均压罐V2进行均压。当压力降至一定程度后，开启第一吸附塔Al的回收气程控阀11，通过管路10收集塔内H2、C0有效成份高的气体，并回收气缓冲罐Vl稳压后，再由管路送至增压机C加压，回收气通过回收气管路15返回上游造气工序作为原料气回收利用。当回收气杂质浓度高到一定程度后关闭回收控制阀11，开启第一吸附塔Al底部再生阀12，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，再生解析气通过回收气管路15排出变压吸附单元。 再生结束后关闭再生阀12，依次打开第一吸附塔Al顶部均压阀9、8、6，接收其他处于均压降的塔来的气体，或者均压罐存储的气体对第一吸附塔Al升压。压力升至一定程度后，再打开塔顶终充阀7，同时打开均压阀6，使终充管道35开通，用产品气将第一吸附塔Al的压力升高到工作压力状态，待用。至此第一吸附塔Al工作单元完成一个循环。在第一吸附塔Al工作单元处于吸附输出产品时，塔A2、A3、A4等工作单元或处于升压状态、或出于抽空(或冲洗)再生状态、或出于降压状态，当第一吸附塔Al工作单元进入降压状态时，第二吸附塔A2工作单元接替第一吸附塔Al吸附并输出产品氢气，由此可以保证产品连续稳定的输出。由于在通过再生阀12前增加了从回收气管路回收有效气体的步骤，使床层中原本会在再生过程中与杂质气体一起混合排出的有效气体提前分离回收，并通过压缩返回造气单元作为原料。在本实例中，通过回收管路回收了解析气中35%的氢气，使单位产品氢气消耗的原料天然气下降 10%，效果明显。如下表所示(以进装置IOOkmol天然气为基准)进造气单元原料天然气
权利要求1.一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(1)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(5);其特征在于，还包括回收有效气的回收气管路(15)，所述回收气管路(15)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。
2.如权利要求1所述的一种低消耗的制氢装置，其特征在于，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。
3.如权利要求2所述的一种低消耗的制氢装置，其特征在于，所述变压吸附单元的底部连接排放解析气的解析气管道(13)。
4.如权利要求2所述的一种低消耗的制氢装置，其特征在于，所述均压管道连接均压罐。
5.如权利要求1至4任一项所述的一种低消耗的制氢装置，其特征在于，所述回收气管路(15)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。
6.如权利要求5所述的一种低消耗的制氢装置，其特征在于，所述回收气管路(15)的引出端设在吸附塔筒体的侧面。
7.如权利要求5所述的一种低消耗的制氢装置，其特征在于，所述回收气管路(15)的引出端设在变压吸附单元的解析气管道(13)上。
8.如权利要求1至4任一项所述的一种低消耗的制氢装置，其特征在于，所述吸附塔的数量为3个以上。
9.如权利要求1所述的一种低消耗的制氢装置，其特征在于，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。
专利摘要本实用新型公开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。本实用新型设置回收有效气的回收气管路，回收气管路上设置缓冲罐和增压阀，能够有效分离回收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，提高了原料综合利用率，从而达到降低原料单耗的目的,既降耗、又环保。
文档编号C01B3/50GK201999730SQ20112006799
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者叶建红, 张学文, 曾启明, 牟树荣, 钟雨明 申请人:四川亚连科技有限责任公司