一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的方法，該方法包括一段變壓吸附、二段變壓吸附和再生步驟，再生步驟具體為一段變壓吸附塔均壓降后逆放，二段變壓吸附塔均壓降后逆放，二段變壓吸附塔的逆放氣體對一段變壓吸附塔進行第一次沖洗，二段變壓吸附塔均壓升，然后采用產品氫氣對二段變壓吸附塔進行高壓沖洗，同時將高壓沖洗氣體導入膜分離裝置，回收氫氣含量較高的滲透氣，將未滲透氣用于對一段變壓吸附塔進行第二次沖洗，沖洗完成后，對一段變壓吸附塔進行均壓升。本發明專利技術還公開了一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的裝置。本發明專利技術的優點在于收率高、氫氣純度高、成本投入小、能耗低。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及氫氣回收領域，具體涉及一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的方法及裝置。
技術介紹
變壓吸附技術(PSA)廣泛應用于氫氣回收領域。在現有的變壓吸附制氫工藝及裝置中，為提高收率，降低運行成本，采用多次均壓，但其氫氣收率一般不會超過92%。長期以來，因為變壓吸附技術的特性，產品氫氣收率與產品氫氣純度成反比，造成在得到高純度產品氫氣的要求下，產品氫氣收率不高，因此，在現有變壓吸附技術基礎上制取高純度氫氣造成了巨大的資源浪費。變壓吸附塔在工作一段時間后，其內部的分子篩會逐漸失去活性，需要再生后才能繼續工作，傳統的再生方法包括真空抽取法和沖洗法兩種。真空抽取法需要用到大型的真空泵，提高了成本投入，而且后續的能源消耗量也更大。沖洗法是通過產品氫氣對分子篩進行沖洗，使分子篩內雜質分壓降低，從而完成分子篩的再生，這個過程需要用到大量產品氫氣和加壓裝置，提高了成本投入，增加了能耗，得到的沖洗氣體無法有效利用，降低了氫氣的收率。另外，膜分離技術也越來越廣泛的運用到氫氣回收領域。通過膜分離技術得到的氫氣純度較高，最高能達到99.8%，但是依然不能達到高純度的要求。而且，原料氣體在需要較高的壓力才能通過膜分離裝置，這使得膜分離裝置前端要配備增壓泵，增加了成本投入和能耗。
技術實現思路
`本專利技術的第一個目的即在于克服現有工藝氫氣收率低、氫氣純度不高、成本投入大、能耗高的不足，提供一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的方法。本專利技術的第一個目的通過以下技術方案實現: 一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的方法，包括以下步驟: A.一段變壓吸附:將原料氣體加壓后送入一段變壓吸附塔，吸附部分雜質，得到中間氣體； B.二段變壓吸附:將中間氣體加壓后送入二段變壓吸附塔，吸附雜質，得到產品氫氣； C.再生:一段變壓吸附塔均壓降后逆放，二段變壓吸附塔均壓降后逆放，二段變壓吸附塔的逆放氣體對一段變壓吸附塔進行第一次沖洗，二段變壓吸附塔均壓升，然后采用產品氫氣對二段變壓吸附塔進行高壓沖洗，同時將高壓沖洗氣體導入膜分離裝置，回收氫氣含量較高的滲透氣，將未滲透氣用于對一段變壓吸附塔進行第二次沖洗，沖洗完成后，對一段變壓吸附塔進行均壓升，完成再生。均壓降是指，吸附過程結束后的變壓吸附塔順著吸附方向將塔內的較高壓力的氣體放入其它已完成再生的較低壓力的變壓吸附塔內的過程。這一過程用于降低吸附過程結束后的變壓吸附塔的內部壓力，更為重要的是，通過氣體的流動，可以回收床層死空間(吸附完成后，床層內未能有效利用的部分，該部分內含有有效氣體氫氣)內的有效氣體。逆放是指，變壓吸附塔完成最后一次均壓降之后，逆著吸附方向放出塔內氫氣含量較低的氣體，將變壓吸附塔內壓力降至接近常壓。均壓升是與均壓降對應的過程，即是將其他變壓吸附塔內的較高壓力的氣體放入內部壓力較低的變壓吸附塔內，使其內部壓力升高的過程。該過程同樣可以回收床層死空間內的有效氣體。沖洗是指采用氫氣含量高的氣體通過變壓吸附塔內的分子篩，使分子篩內雜質的分壓降低，從而帶出分子篩內雜質的過程。專利技術人通過研究，發現變壓吸附技術和膜分離技術都存在一定程度的缺陷，為了克服上述缺陷，專利技術人將膜分離技術和變壓吸附技術組合起來使用。本方案采用兩段式變壓吸附以得到高純度氫氣，并通過膜分離裝置處理二段變壓吸附的沖洗氣體，提高了收率。傳統的膜分離技術要用到增壓泵，其成本投入大，能耗高，專利技術人將將變壓吸附技術與膜分離技術相結合也克服了上述缺陷。方法是，在二段變壓吸附塔逆放完成后，對二段變壓吸附塔均壓升，使二段變壓吸附塔內具備較高的壓力，然后再對其進行高壓沖洗，從而讓沖洗氣體達到高壓狀態，高壓狀態的沖洗氣體能夠自動通過膜分離裝置，避免了增壓泵的使用，降低了成本投入和能耗(如果在二段變壓吸附塔逆放完成后，直接通入沖洗氣體，沖洗氣體的壓力無疑會變低，無法自動通過膜分離裝置)，實現了無動力膜分離。另外，傳統的變壓吸附技術中，沖洗氣體需要用加壓裝置進行加壓后才能送入變壓吸附塔進行沖洗，為解決這一問題，專利技術人將二段變壓吸附塔的逆放氣體用于一段變壓吸附塔的第一次沖洗，將未滲透氣用于對一段變壓吸附塔的第二次沖洗，由于逆放氣體和未滲透氣均具備一定壓力，可以不用加壓即可直接用 于一段變壓吸附塔的沖洗，避免了加壓裝置的使用，降低了成本投入和能耗，實現了無動力沖洗，充分利用了氫氣含量較低的逆放氣體和未滲透氣。作為本專利技術技術方案的第一種優化，在所述步驟C中，所述高壓沖洗氣體經穩壓后導入膜分離裝置。由于變壓吸附塔內部壓力不均，從二段變壓吸附塔出來的高壓沖洗氣體的壓力存在波動，直接將其導入膜分離裝置會影響膜分離裝置的壽命。將高壓沖洗氣體穩壓后再導入膜分離裝置避免了上述問題。通常，我們可以采用穩壓閥等裝置對高壓沖洗氣體進行穩壓。作為本專利技術技術方案的第二種優化，將所述滲透氣作為原料氣體使用，進一步提高了收率。作為本專利技術技術方案的第三種優化，在所述步驟C中，在對一段變壓吸附塔均壓升后，對一段變壓吸附塔進行終充，使一段變壓吸附塔內部壓力達到吸附壓力；在二段變壓吸附塔沖洗完成后，對二段變壓吸附塔進行終充，使二段變壓吸附塔內部壓力達到吸附壓力。終充是指向變壓吸附塔內充入氣體，使變壓吸附塔內部壓力達到吸附壓力，其作用是使變壓吸附塔可以平穩地切換至下一次吸附狀態，并保證產品純度和壓力在這一過程中不發生過大波動。進一步的，采用所述中間氣體對一段變壓吸附塔進行終充，采用所述產品氫氣對二段變壓吸附塔進行終充。由于一段變壓吸附對氫氣純度的要求不高，因此采用中間氣體對一段變壓吸附塔進行終充，二段變壓吸附用于輸出產品氫氣，對氫氣純度要求高，因此，采用產品氫氣對二段變壓吸附進行終充，減少了產品氫氣的使用，提高了收率。本專利技術的第二個目的即在于克服現有的變壓吸附裝置和膜分離裝置氫氣收率低、氫氣純度不高、成本投入大、能耗高的不足，提供一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的裝置。本專利技術的第二個目的通過以下技術方案實現: 一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的裝置，包括進氣壓縮機、多個一段變壓吸附塔、第一逆放管、出氣管、第一終充管、第一均壓管、連接管、中間氣體壓縮機、多個二段變壓吸附塔、第二逆放管、第二終充管、第二均壓管、膜分離裝置、緩沖罐A、緩沖罐B、第一沖洗管和高壓沖洗管，進氣壓縮機通過管路與一段變壓吸附塔的進口連接，第一逆放管與一段變壓吸附塔的進口連接，第一終充管、第一均壓管、第一沖洗管與一段變壓吸附塔的出口連接，第二逆放管、高壓沖洗管與二段變壓吸附塔的進口連接，出氣管、第二終充管、第二均壓管與二段變壓吸附塔的出口連接，連接管與一段變壓吸附塔的出口以及二段變壓吸附塔的進口連接，中間氣體壓縮機設置于連接管上，膜分離裝置的非滲透端與高壓沖洗管和緩沖罐A連接，膜分離裝置的滲透端與緩沖罐B連接，緩沖罐B和第二逆放管與第一沖洗管連接。 本專利技術將變壓吸附裝置與膜分離裝置結合，提高了氫氣的收率和氫氣的純度，并且將緩沖罐B和第二逆放管與第一沖洗管連接，使得二段變壓吸附塔的逆放氣體以及未滲透氣能夠最接對一段變壓吸附塔進行沖洗，避免了加壓裝置的使用，降低了成本投入和能耗，實現了無動力沖洗。另外，第二均壓管不單能起到均壓降的作用，還能在二段變壓吸附塔逆放完成后，對二段變壓吸附塔均壓升，使二段本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的方法，其特征在于，包括以下步驟：A．一段變壓吸附：將原料氣體加壓后送入一段變壓吸附塔，吸附部分雜質，得到中間氣體；B．二段變壓吸附：將中間氣體加壓后送入二段變壓吸附塔，吸附雜質，得到產品氫氣；C．再生：一段變壓吸附塔均壓降后逆放，二段變壓吸附塔均壓降后逆放，二段變壓吸附塔的逆放氣體對一段變壓吸附塔進行第一次沖洗，二段變壓吸附塔均壓升，然后采用產品氫氣對二段變壓吸附塔進行高壓沖洗，同時將高壓沖洗氣體導入膜分離裝置，回收氫氣含量較高的滲透氣，將未滲透氣用于對一段變壓吸附塔進行第二次沖洗，沖洗完成后，對一段變壓吸附塔進行均壓升，完成再生。

【技術特征摘要】
1.一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的方法，其特征在于，包括以下步驟: A.一段變壓吸附:將原料氣體加壓后送入一段變壓吸附塔，吸附部分雜質，得到中間氣體； B.二段變壓吸附:將中間氣體加壓后送入二段變壓吸附塔，吸附雜質，得到產品氫氣； C.再生:一段變壓吸附塔均壓降后逆放，二段變壓吸附塔均壓降后逆放，二段變壓吸附塔的逆放氣體對一段變壓吸附塔進行第一次沖洗，二段變壓吸附塔均壓升，然后采用產品氫氣對二段變壓吸附塔進行高壓沖洗，同時將高壓沖洗氣體導入膜分離裝置，回收氫氣含量較高的滲透氣，將未滲透氣用于對一段變壓吸附塔進行第二次沖洗，沖洗完成后，對一段變壓吸附塔進行均壓升，完成再生。2.根據權利要求1所述的一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的方法，其特征在于:所述步驟C中，所述高壓沖洗氣體經穩壓后導入膜分離裝置。3.根據權利要求1所述的一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的方法，其特征在于:所述滲透氣作為原料氣體使用。4.根據權利要求1所述的一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的方法，其特征在于:所述步驟C中，在對一段變壓吸附塔均壓升后，對一段變壓吸附塔進行終充，使一段變壓吸附塔內部壓力達到吸附壓力；在二段變壓吸附塔沖洗完成后，對二段變壓吸附塔進行終充，使二段變壓吸附塔內部壓力達到吸附壓力。5.根據權利要求4所述的一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的方法，其特征在于:采用所述中間氣體對一段變壓吸附塔進行終充，采用所述產品氫氣對二段變壓吸附塔進行終充。6.用于實現權利要求f5中任意一項所述方法的一種變壓吸附無動力膜分離聯合分離氫氣的裝置，其特征在于:包括進氣壓縮機(I)、多個一段變壓吸附塔(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鐘雨明，鐘婭玲，詹家聰，陳運，
申請(專利權)人：四川亞連科技有限責任公司，
類型：發明
國別省市：