专利名称：一种psa制氢方法
技术领域：
本发明属于变压吸附技术领域，具体涉及一种PSA制氢方法。
背景技术：
氢气是一种重要的原料气体，常用于化工生产的加氢还原，传统的制氢工艺采用水电解法，但此法能耗大，成本高，特别是对于需氧量较大的情况，更显得不经济。目前，水电解法正迅速地被节能效果好、产品纯度高、成本廉价的以焦炉气、炼厂气等富氢气为原料的变压吸附(Pressure Swing Adsorption ,简称PSA)制氢法所替代。申请人:制氢装置以煤焦为原料，采用固定床富氧连续气体法制取半水煤气，再经常压脱硫(栲胶法)、压缩、变换、变压吸附脱硫脱碳等工序生产出合格的净化气，供PSA-H2系统提氢。变压吸附工艺是在六十年代世界能源危机的情况下，由美国联合碳化物公司开发成功并投入工业应用。目前全世界约有500余套制氢装置，产氢能力为200 IOOOOONm3/h不等，其工艺技术正朝着多床工艺、多次均压和装置大型化方向发展。国内对PSA工艺进行开发应用始于七十年代，西南 化工研究设计院率先从事变压吸附技术分离气体混合物的研究工作。申请人:制氢装置PSA工艺就是采用西南化工研究院的十塔四均压抽真空(冲洗)脱碳工艺和八塔三均压抽真空(冲洗)氢气提纯工艺。由于PSA制氢装置要求的产品H2纯度为99.9%，H2的回收率为86% ;所以PSA制氢装置的解吸气中含有较多的H2,且氢气活性极强不易吸附，因而解吸气中大部分氢气主要集中在逆放初期的逆放气中；回收这部分氢气有利于提高整个系统的H2回收率，降低系统的能耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PSA制氢方法，该法通过对PSA制氢工序尽可能小的改动，达到回收逆放初期逆放气中的氢气。为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下:
一种PSA制氢方法，煤气依次经变换、PSA - C02/R (PSA脱碳工艺)和PSA — H2 (PSA氢气提纯工艺)工序处理得产品H2，其特别之处在于:PSA - H2工序中的逆放气分为逆放气I和逆放气2，将逆放气I经缓冲后送往PSA - C02/R工序对吸附器进行预升压，将逆放气2送去PSA - C02/R工序对吸附器进行冲洗；PSA - H2工序中抽真空产生的解吸气分为两部分，初期气返回到煤气中，后期气放空；其中，所述逆放气I指逆放初期的逆放气，所述逆放2指逆放后期的逆放气，所述初期气为抽真空后H2含量在13-50v%的解吸气，所述后期气为抽真空后H2含量小于13v%的解吸气。具体地，逆放初期的逆放气为PSA - H2工序中压力范围在0.19-0.05MPa的逆放气。具体地，逆放后期的逆放气为PSA — H2工序中压力小于0.05Mpa、大于等于0.02MPa的逆放气。本发明工艺改进原理:
1、由于PSA制氢装置要求的产品H2纯度为99.9%,H2的回收率为86% ;所以PSA制氢装置的解吸气中含有较多的H2，且氢气活性极强不易吸附，因而解吸气中大部分氢气主要集中在逆放初期的逆放气中；回收这部分氢气有利于提高整个系统的H2回收率，降低系统的能耗。2、PSA脱碳装置中吸附器经抽空解吸后压力为-0.08MPa,同时PSA-H2逆放气中CO2含量较低为4.2%，经收集后，可充分利用这部分逆放气对PSA脱碳抽空解吸后的吸附器进行升压(形成均压过程)；且不会对PSA脱碳装置中吸附剂造成污染。逆放后期的逆放气可作为PSA脱碳装置的冲洗气使用。3、由于PSA-C02/R装置的净化气露点为彡-60°C，作为PSA-H2装置的原料气产生的逆放气饱和水含量较小，可直接作为升压气和冲洗气使用。4、抽真空(初期)的解吸气返回到煤气中。5、抽真空(后期)的解吸气通过原解吸气系统送火炬系统放空。有益效果:本发明通过对PSA制氢工序的简单调整一将原PSA-H2工序中的逆放(D)分解成逆放I (Dl)和逆放2 (D2)，使逆放初期压力较高部分的逆放气I进入逆放气缓冲罐作为PSA脱碳装置(PSA-C02/R)的升压气使用，逆放后期压力较低部分的逆放气2作为PSA脱碳装置(PSA-C02/R)的冲洗气使用；实现了 PSA-H2工序中解吸气氢气的大量回收，从而提高了氢气的收率，降低了整个 制氢系统的能耗。
图1:改造之前PSA制氢工艺流程图。图2:改造之后PSA制氢工艺流程图。
具体实施例方式改造之前PSA制氢工艺流程图见图1:煤气自前工序变换来的原料气经PSA - CO2/R工序吸附器脱除CO2等杂质生成合格的净化气送往PSA - H2制氢工序经吸附器脱除CO、CO2、N2、Ar、CH4、H2S等杂质得到纯度为99.9%的产品氢。其中由PSA — C02/R工序产生的解吸气经阻火器直接放空，由PSA - H2工序产生的解吸气去火炬放空。在PSA — C02/R工序变压吸附系统中，任一时刻总是有3台吸附器处于吸附步骤，由入口端通入原料，在出口端获得净化气。每台吸附器在不同时间依次经历吸附(A)、第I级压力均衡降(ElD)、第2级压力均衡降(E2D)、第3级压力均衡降(E3D)、第4级压力均衡降(E4D)、逆向放压(D，简称逆放)、或冲洗(P)、抽真空(V)、预升压(R)、第4级压力均衡升(E4R)、第3级压力均衡升(E3R)、第2级压力均衡升(E2R)、第I级压力均衡升(ElR)和最终升压(FR)。吸附器所有的压力均衡降都是用于其它吸附器的压力均衡升以充分回收将被再生吸附器中的净化气。净化气在稳定的流量和压力0.95-1.0Mpa下输出直接进入PSA-H2工序。PSA-H2工序变压吸附系统工艺流程与PSA - C02/R工序基本相同，任一时刻总是有3台吸附器处于吸附步骤，由入口端通入原料，在出口端获得合格氢气。每台吸附器在不同时间依次经历吸附㈧、第I级压力均衡降(ElD)、顺向放压(PP，简称顺放)、第2级压力均衡降(E2D)、第3级压力均衡降(E3D)、逆向放压(D，简称逆放)、抽真空(V)、第3级压力均衡升(E3R)、隔离
(IS)、第2级压力均衡升(E2R)、第I级压力均衡升(ElR)和最终升压(FR)。改造之后PSA制氢工艺流程图见图2:煤气自前工序变换来的原料气经PSA — CO2/R工序吸附器脱除CO2等杂质生成合格的净化气送往PSA - H2制氢工序经吸附器脱除CO、CO2, N2, Ar、CH4, H2S等杂质得到纯度为99.9%的产品氢。其吸附器的工作步骤与改造前相同，在此不再赘述，只是将原PSA-H2工序中的逆放(D)分解成逆放I (Dl)和逆放2 (D2)，PSA - H2逆放前期压力相对较高部分(0.19-0.05Mpa)的逆放气I通过程控阀经管线在逆放气缓冲罐缓冲后送往PSA - C02/R工序对吸附器进行预升压；PSA - H2逆放后期(小于
0.05Mpa、大于等于0.02Mpa)的逆放气2由程控阀控制经管线去PSA — C02/R工序对吸附器进行冲洗；PSA - H2抽真空产生的解吸气分为两部分，初期气(H2含量13-50v%)由一程控阀控制经管道回煤气柜以回收有效气体；后期气(H2含量小于13v%)由程控阀控制控制经管道去GFV管线火炬放空。运行效果测试:
1.2009年4月23日一27日进行改造试验测试，效果以氢气/原料气(流量)FIQ802/FIQ7201比值来比较。结果如下:4月24日一4月27日近4天的时间自投用本发明改造工艺以来，氢气/原料气均值为0.439，较1-3月氢气/原料气均值0.426提高了 0.013。若按原料气负荷为16000m3/h计算，每小时可提高产氢量约208m3，折合氢气收率增加百分比为:
η 增=208/ (16000X49.8%) =2.61%
注:49.8%为原料气中氢的体积百分比含量 2.达到的经济效益如下:
若按原料气负荷16000m3/h时投用本发明改造工艺时，每小时提高产氢约208m3，按2元/m3氢气，年运行时间8000小时计算，每年可节约成本330万元。
权利要求
1.一种PSA制氢方法，煤气依次经变换、PSA - C02/R和PSA — H2工序处理得产品H2,其特征在于:PSA - H2工序中的逆放气分为逆放气I和逆放气2，将逆放气I经缓冲后送往PSA - C02/R工序对吸附器进行预升压，将逆放气2送去PSA - C02/R工序对吸附器进行冲洗；PSA - H2工序中抽真空产生的解吸气分为两部分，初期气返回到煤气中，后期气放空；其中，所述逆放气I指逆放初期的逆放气，所述逆放2指逆放后期的逆放气，所述初期气为抽真空后H2含量在13-50v%的解吸气，所述后期气为抽真空后H2含量小于13v%的解吸气。
2.如权利要求1所述的PSA制氢方法，其特征在于:逆放初期的逆放气为PSA— H2工序中压力范围在0.19-0.05MPa的逆放气。
3.如权利要求1所述的PSA制氢方法，其特征在于:逆放后期的逆放气为PSA— H2工序中压力小于0.05Mpa、大于等于0.02MPa的逆放气。
全文摘要
本发明属于变压吸附技术领域，具体公开了一种PSA制氢方法。煤气依次经变换、PSA－CO2/R和PSA－H2工序处理得产品H2，其特别之处在于PSA－H2工序中的逆放气分为逆放气1和逆放气2，将逆放气1经缓冲后送往PSA－CO2/R工序对吸附器进行预升压，将逆放气2送去PSA－CO2/R工序对吸附器进行冲洗；PSA－H2工序中抽真空产生的解吸气分为两部分，初期气返回到煤气中，后期气放空；其中，所述逆放气1指逆放初期的逆放气，所述逆放2指逆放后期的逆放气，所述初期气为抽真空后H2含量在13-50v%的解吸气，所述后期气为抽真空后H2含量小于13v%的解吸气。本发明方法通过对PSA制氢工序尽可能小的改动，达到回收逆放初期逆放气中的氢气。
文档编号C01B3/56GK103112825SQ201310062858
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者刘国学, 陈聚良, 宫冬青, 李时清, 侯国军, 戴新 申请人:河南神马尼龙化工有限责任公司