一种冷轧退火全氢罩式炉废氢净化提纯系统的制作方法

本实用新型属于氢气净化提纯技术领域，具体为一种冷轧退火全氢罩式炉废氢净化提纯系统。

背景技术：

全氢罩式炉用于对冷轧板带退火使冷轧板带再结晶，消除冷轧加工硬化，恢复塑性以得到预期的物理及物理-化学性能的热处理工序。为了获得表面无氧化不脱碳的板带，将板带在保护气氛中完成光亮退火。现在比较广泛的是采用氢气作为保护气氛，在加热过程中会有大量的挥发性轧制油、乳化液的废氢排出，这种废氢尾气一般厂家都直接放空或排放至火炬燃烧，即污染环境又浪费能源。

针对全氢罩式炉含油废氢尾气，已有人尝试采用一定的方法及系统进行回收利用。但是现有公开的方法中都没有对废氢尾气中的焦油等杂质进行处理，对氢气提纯也没有提出明确的方案，因此回收的氢气很难达到全氢罩式炉氢气的使用标准，给生产安全和质量带来隐患。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种冷轧退火全氢罩式炉废氢净化提纯系统，解决现有技术中全氢罩式炉废氢尾气杂质处理不完全，产品质量不达标的问题。

本实用新型目的通过以下技术方案来实现：

一种冷轧退火全氢罩式炉废氢净化提纯系统，包冷却分离单元、压缩单元、脱油干燥单元、氢气提纯单元以及火炬燃烧单元：

所述冷却分离单元包括冷却器、气液分离器和捕油器，所述冷却器的管程入口与全氢罩式炉废氢排放总管相连，所述气液分离器的进口与冷却器的管程出口经管道相连，所述气液分离器的气相出口与捕油器进口经管道相连；

所述压缩单元包括氢压机进气缓冲罐和氢压机，所述氢压机进气缓冲罐的进口与捕油器的出口经管道相连，所述氢压机进气缓冲罐的出口与氢压机进口经管道相连；

所述脱油干燥单元包括脱焦油塔和干燥塔，所述脱焦油塔进口与氢压机出口经管道相连，所述干燥塔进口与脱焦油塔出口经管道相连；

所述氢气提纯单元包括变压吸附提氢装置和产品氢气缓冲罐，所述变压吸附提氢装置的进气管道与干燥塔出口经管道相连，所述变压吸附提氢装置的穿透气出口经管道与产品氢气缓冲罐相连，所述变压吸附提氢装置解析气出口经管道与火炬燃烧单元相连。

进一步，所述全氢罩式炉废氢排放总管与冷却器连接的管线上装有在线氧分析仪，在线氧分析仪和冷却器进口管线间设有程控阀1，程控阀1和在线氧分析仪之间设有放空管道连接至火炬燃烧系统。

进一步，所述放空管道上设有程控阀2和止回阀1。

进一步，所述氢压机出口通过管道与氢压机进气缓冲罐相连，氢压机出口与氢压机进气缓冲罐连接的管道上设置有压力控制阀1。

进一步，所述变压吸附提氢装置采用多塔多均工艺流程，其中多塔为4～6个吸附塔，多均为2～3次均压。

进一步，所述脱焦油塔内设置有脱焦油吸附剂。脱胶油吸附剂优选为活性炭。

进一步，所述氢压机进气缓冲罐压力控制在0～2kPa，所述变压吸附提氢装置压力控制在0.5～1.5MPa，所述产品氢气的纯度≥99.999％。

采用上述净化提纯系统对冷轧退火全氢罩式炉废氢进行净化提纯的方法，包括以下步骤：

1)将全氢罩式炉的废氢尾气通过管道汇总到总管上，通过在线氧分析仪分析尾气中氧含量，氧含量在安全指标(氧含量≤0.4％)范围内时进入冷却器冷却，超出安全指标则通过放空管道排放至火炬燃烧单元燃烧，冷却后的气体进入气液分离器初步分离水和油，然后进入捕油器进一步除油；

2)经捕油器除油后的气体进入氢压机进气缓冲罐，然后经氢压机加压得到压缩气；

3)经氢压机加压后的压缩气进入脱焦油塔在脱焦油吸附剂的作用下进一步除油，除油后进入干燥塔干燥，得到干燥气；

4)干燥气进入变压吸附提氢装置进行氢气提纯，提纯后的氢气进入产品氢气缓冲罐，解析气则去火炬燃烧单元燃烧。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型系统及流程简单，设计科学，充分考虑了废氢中的杂质并提出处理办法，采用变压吸附提氢装置得到的产品氢气纯度≥99.999％。

本实用新型充分考虑了系统的安全性，保证生产的安全。在废氢尾气收集管上安装在线氧分析仪和程控阀2，程控阀2与氧分析仪连锁，当氧含量超标时，自动将氢尾气排放至火炬燃烧单元，保证系统安全。

附图说明

图1为本实用新型冷轧退火全氢罩式炉废氢净化提纯系统示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实施例提供一种冷轧退火全氢罩式炉废氢净化提纯系统，如图1所示，包括冷却分离单元、压缩单元、脱油干燥单元、氢气提纯单元以及火炬燃烧单元。

所述冷却分离单元包括冷却器、气液分离器和捕油器，所述冷却器的管程入口与全氢罩式炉废氢排放总管相连，所述气液分离器的进口与冷却器的管程出口经管道相连，所述气液分离器的气相出口与捕油器进口经管道相连。一般全氢罩式炉废氢总管上废氢温度大于60℃，冷却器能使废氢气体中的饱和水和焦油部分冷凝下来，在冷却器下部和气液分离器中将部分冷凝的水和焦油除去，经过冷凝气液分离后气体中的水和焦油主要以饱和状态存在，通过捕油器除去大部分焦油，将焦油量降至50ppm以下，保证氢压机的安全和减少后面脱油塔内吸附剂的更换频率。

所述压缩单元包括氢压机进气缓冲罐和氢压机，所述氢压机进气缓冲罐的进口与捕油器的出口经管道相连，所述氢压机进气缓冲罐的出口与氢压机进口经管道相连。氢压机进气缓冲罐保证氢压机进气的稳定性，保护氢压机，氢压机则是将废氢气体升压，便于后面的干燥、深度脱油、和氢气提纯，氢气压力可根据用氢单位需要调节。

所述脱油干燥单元包括脱焦油塔和干燥塔，所述脱焦油塔进口与氢压机出口经管道相连，所述干燥塔进口与脱焦油塔出口经管道相连。脱油塔是将废氢中未脱除的焦油进一步脱除至≤1ppm，干燥塔是将废氢中的水分深度脱除至露点≤-60℃以满足达到制取高纯氢气的要求。

所述氢气提纯单元包括变压吸附提氢装置和产品氢气缓冲罐，所述变压吸附提氢装置的进气管道与干燥塔出口经管道相连，所述变压吸附提氢装置的穿透气出口经管道与产品氢气缓冲罐相连，所述变压吸附提氢装置解析气出口经管道与火炬燃烧单元相连。变压吸附装置主要用来提纯废氢，通过该装置最终获得99.999％的高纯氢气，产品氢气缓冲罐则将得到的高纯产品氢暂时储存，火炬燃烧单元主要是将不合格的原料废氢和变压吸附装置的解吸气焚烧，使气体达标排放。

为保证系统的安全，所述全氢罩式炉废氢排放总管至冷却器连接的管线上设有在线氧分析仪，在线氧分析仪和冷却器进口管线间设有程控阀1，程控阀1和在线氧分析仪之间设有放空管道连接至火炬燃烧单元，该放空管道上设有程控阀2和止回阀1。当在线氧分析仪分析尾气中氧含量≤0.4％时进入冷却器冷却，超出安全指标≤0.4％则通过放空管道排放至火炬燃烧单元燃烧。

为了更好的保证系统的正常运行，氢压机出口通过管道与氢压机进气缓冲罐连接，所述氢压机出口与氢压机进气缓冲罐连接的管道上设置有压力控制阀1用于控制氢压机进气缓冲罐的压力。

为了得到高纯度产品氢气，变压吸附提氢装置采用4～6塔2～3次均压工艺流程。

实施例2

采用实施例1中的系统进行冷轧退火全氢罩式炉废氢净化提纯方法，具体包括以下步骤：

1、来自全氢罩式炉的废氢尾气总管上的流量为400Nm³/h，压力为4kPa(G)，温度为90℃，其中焦油含量为0.07％，氧含量为0.2％，氢气含量为92％，进入到冷却器管程，冷却至40℃后进入气液分离器分离水分和焦油，分离后的气相进入捕油器进一步除焦油，将焦油含量降至48mg/Nm³。

2、除油后的气体进入氢压机进气缓冲罐，控制氢压机进气缓冲罐的压力在1kPa(G)，气体经氢压机加压至0.5MPa(G)。

3、加压的气体经冷却后进入到脱焦油塔，在特制活性炭的吸附下，焦油含量降至0.8mg/Nm³，然后进入干燥塔，将气体的露点降至-65℃。

4、干燥后的气体进入变压吸附提氢装置，变压吸附提氢装置采用5塔3均工艺流程，通过本实施例提纯得到99.999％的高纯氢产品气进入到产品气缓冲罐。

实施例3

采用实施例1中的系统进行冷轧退火全氢罩式炉废氢净化提纯方法，具体包括以下步骤：

1、来自全氢罩式炉的废氢尾气总管上的流量为700Nm3/h，压力为3.5kPa(G)，温度为95℃。其中焦油含量为0.065％，氧含量为0.18％，氢气含量为93％，进入到冷却器管程，冷却至40℃后进入气液分离器分离水分和焦油，分离后的气相进入捕油器进一步除焦油，将焦油含量降至50mg/Nm³。

2、除油后的气体进入氢压机进气缓冲罐，控制氢压机进气缓冲罐的压力在0.5kPa(G)，气体经氢压机加压至1.5MPa(G)。

3、加压的气体经冷却后进入到脱焦油塔，在特制活性炭的吸附下，焦油含量降至0.6mg/Nm³，然后进入干燥塔，将气体的露点降至-67℃。

4、干燥后的气体进入变压吸附提氢装置，变压吸附提氢装置采用6塔3均工艺流程，通过本实施例提纯得到99.999％的高纯氢产品气进入到产品气缓冲罐。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。