一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的方法，该方法包括一段变压吸附、二段变压吸附和再生步骤，再生步骤具体为一段变压吸附塔均压降后逆放，二段变压吸附塔均压降后逆放，二段变压吸附塔的逆放气体对一段变压吸附塔进行第一次冲洗，二段变压吸附塔均压升，然后采用产品氢气对二段变压吸附塔进行高压冲洗，同时将高压冲洗气体导入膜分离装置，回收氢气含量较高的渗透气，将未渗透气用于对一段变压吸附塔进行第二次冲洗，冲洗完成后，对一段变压吸附塔进行均压升。本发明专利技术还公开了一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的装置。本发明专利技术的优点在于收率高、氢气纯度高、成本投入小、能耗低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氢气回收领域，具体涉及一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的方法及装置。
技术介绍
变压吸附技术(PSA)广泛应用于氢气回收领域。在现有的变压吸附制氢工艺及装置中，为提高收率，降低运行成本，采用多次均压，但其氢气收率一般不会超过92%。长期以来，因为变压吸附技术的特性，产品氢气收率与产品氢气纯度成反比，造成在得到高纯度产品氢气的要求下，产品氢气收率不高，因此，在现有变压吸附技术基础上制取高纯度氢气造成了巨大的资源浪费。变压吸附塔在工作一段时间后，其内部的分子筛会逐渐失去活性，需要再生后才能继续工作，传统的再生方法包括真空抽取法和冲洗法两种。真空抽取法需要用到大型的真空泵，提高了成本投入，而且后续的能源消耗量也更大。冲洗法是通过产品氢气对分子筛进行冲洗，使分子筛内杂质分压降低，从而完成分子筛的再生，这个过程需要用到大量产品氢气和加压装置，提高了成本投入，增加了能耗，得到的冲洗气体无法有效利用，降低了氢气的收率。另外，膜分离技术也越来越广泛的运用到氢气回收领域。通过膜分离技术得到的氢气纯度较高，最高能达到99.8%，但是依然不能达到高纯度的要求。而且，原料气体在需要较高的压力才能通过膜分离装置，这使得膜分离装置前端要配备增压泵，增加了成本投入和能耗。
技术实现思路
`本专利技术的第一个目的即在于克服现有工艺氢气收率低、氢气纯度不高、成本投入大、能耗高的不足，提供一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的方法。本专利技术的第一个目的通过以下技术方案实现: 一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的方法，包括以下步骤: A.一段变压吸附:将原料气体加压后送入一段变压吸附塔，吸附部分杂质，得到中间气体； B.二段变压吸附:将中间气体加压后送入二段变压吸附塔，吸附杂质，得到产品氢气； C.再生:一段变压吸附塔均压降后逆放，二段变压吸附塔均压降后逆放，二段变压吸附塔的逆放气体对一段变压吸附塔进行第一次冲洗，二段变压吸附塔均压升，然后采用产品氢气对二段变压吸附塔进行高压冲洗，同时将高压冲洗气体导入膜分离装置，回收氢气含量较高的渗透气，将未渗透气用于对一段变压吸附塔进行第二次冲洗，冲洗完成后，对一段变压吸附塔进行均压升，完成再生。均压降是指，吸附过程结束后的变压吸附塔顺着吸附方向将塔内的较高压力的气体放入其它已完成再生的较低压力的变压吸附塔内的过程。这一过程用于降低吸附过程结束后的变压吸附塔的内部压力，更为重要的是，通过气体的流动，可以回收床层死空间(吸附完成后，床层内未能有效利用的部分，该部分内含有有效气体氢气)内的有效气体。逆放是指，变压吸附塔完成最后一次均压降之后，逆着吸附方向放出塔内氢气含量较低的气体，将变压吸附塔内压力降至接近常压。均压升是与均压降对应的过程，即是将其他变压吸附塔内的较高压力的气体放入内部压力较低的变压吸附塔内，使其内部压力升高的过程。该过程同样可以回收床层死空间内的有效气体。冲洗是指采用氢气含量高的气体通过变压吸附塔内的分子筛，使分子筛内杂质的分压降低，从而带出分子筛内杂质的过程。专利技术人通过研究，发现变压吸附技术和膜分离技术都存在一定程度的缺陷，为了克服上述缺陷，专利技术人将膜分离技术和变压吸附技术组合起来使用。本方案采用两段式变压吸附以得到高纯度氢气，并通过膜分离装置处理二段变压吸附的冲洗气体，提高了收率。传统的膜分离技术要用到增压泵，其成本投入大，能耗高，专利技术人将将变压吸附技术与膜分离技术相结合也克服了上述缺陷。方法是，在二段变压吸附塔逆放完成后，对二段变压吸附塔均压升，使二段变压吸附塔内具备较高的压力，然后再对其进行高压冲洗，从而让冲洗气体达到高压状态，高压状态的冲洗气体能够自动通过膜分离装置，避免了增压泵的使用，降低了成本投入和能耗(如果在二段变压吸附塔逆放完成后，直接通入冲洗气体，冲洗气体的压力无疑会变低，无法自动通过膜分离装置)，实现了无动力膜分离。另外，传统的变压吸附技术中，冲洗气体需要用加压装置进行加压后才能送入变压吸附塔进行冲洗，为解决这一问题，专利技术人将二段变压吸附塔的逆放气体用于一段变压吸附塔的第一次冲洗，将未渗透气用于对一段变压吸附塔的第二次冲洗，由于逆放气体和未渗透气均具备一定压力，可以不用加压即可直接用 于一段变压吸附塔的冲洗，避免了加压装置的使用，降低了成本投入和能耗，实现了无动力冲洗，充分利用了氢气含量较低的逆放气体和未渗透气。作为本专利技术技术方案的第一种优化，在所述步骤C中，所述高压冲洗气体经稳压后导入膜分离装置。由于变压吸附塔内部压力不均，从二段变压吸附塔出来的高压冲洗气体的压力存在波动，直接将其导入膜分离装置会影响膜分离装置的寿命。将高压冲洗气体稳压后再导入膜分离装置避免了上述问题。通常，我们可以采用稳压阀等装置对高压冲洗气体进行稳压。作为本专利技术技术方案的第二种优化，将所述渗透气作为原料气体使用，进一步提高了收率。作为本专利技术技术方案的第三种优化，在所述步骤C中，在对一段变压吸附塔均压升后，对一段变压吸附塔进行终充，使一段变压吸附塔内部压力达到吸附压力；在二段变压吸附塔冲洗完成后，对二段变压吸附塔进行终充，使二段变压吸附塔内部压力达到吸附压力。终充是指向变压吸附塔内充入气体，使变压吸附塔内部压力达到吸附压力，其作用是使变压吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附状态，并保证产品纯度和压力在这一过程中不发生过大波动。进一步的，采用所述中间气体对一段变压吸附塔进行终充，采用所述产品氢气对二段变压吸附塔进行终充。由于一段变压吸附对氢气纯度的要求不高，因此采用中间气体对一段变压吸附塔进行终充，二段变压吸附用于输出产品氢气，对氢气纯度要求高，因此，采用产品氢气对二段变压吸附进行终充，减少了产品氢气的使用，提高了收率。本专利技术的第二个目的即在于克服现有的变压吸附装置和膜分离装置氢气收率低、氢气纯度不高、成本投入大、能耗高的不足，提供一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的装置。本专利技术的第二个目的通过以下技术方案实现: 一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的装置，包括进气压缩机、多个一段变压吸附塔、第一逆放管、出气管、第一终充管、第一均压管、连接管、中间气体压缩机、多个二段变压吸附塔、第二逆放管、第二终充管、第二均压管、膜分离装置、缓冲罐A、缓冲罐B、第一冲洗管和高压冲洗管，进气压缩机通过管路与一段变压吸附塔的进口连接，第一逆放管与一段变压吸附塔的进口连接，第一终充管、第一均压管、第一冲洗管与一段变压吸附塔的出口连接，第二逆放管、高压冲洗管与二段变压吸附塔的进口连接，出气管、第二终充管、第二均压管与二段变压吸附塔的出口连接，连接管与一段变压吸附塔的出口以及二段变压吸附塔的进口连接，中间气体压缩机设置于连接管上，膜分离装置的非渗透端与高压冲洗管和缓冲罐A连接，膜分离装置的渗透端与缓冲罐B连接，缓冲罐B和第二逆放管与第一冲洗管连接。 本专利技术将变压吸附装置与膜分离装置结合，提高了氢气的收率和氢气的纯度，并且将缓冲罐B和第二逆放管与第一冲洗管连接，使得二段变压吸附塔的逆放气体以及未渗透气能够最接对一段变压吸附塔进行冲洗，避免了加压装置的使用，降低了成本投入和能耗，实现了无动力冲洗。另外，第二均压管不单能起到均压降的作用，还能在二段变压吸附塔逆放完成后，对二段变压吸附塔均压升，使二段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤：A．一段变压吸附：将原料气体加压后送入一段变压吸附塔，吸附部分杂质，得到中间气体；B．二段变压吸附：将中间气体加压后送入二段变压吸附塔，吸附杂质，得到产品氢气；C．再生：一段变压吸附塔均压降后逆放，二段变压吸附塔均压降后逆放，二段变压吸附塔的逆放气体对一段变压吸附塔进行第一次冲洗，二段变压吸附塔均压升，然后采用产品氢气对二段变压吸附塔进行高压冲洗，同时将高压冲洗气体导入膜分离装置，回收氢气含量较高的渗透气，将未渗透气用于对一段变压吸附塔进行第二次冲洗，冲洗完成后，对一段变压吸附塔进行均压升，完成再生。

【技术特征摘要】
1.一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤: A.一段变压吸附:将原料气体加压后送入一段变压吸附塔，吸附部分杂质，得到中间气体； B.二段变压吸附:将中间气体加压后送入二段变压吸附塔，吸附杂质，得到产品氢气； C.再生:一段变压吸附塔均压降后逆放，二段变压吸附塔均压降后逆放，二段变压吸附塔的逆放气体对一段变压吸附塔进行第一次冲洗，二段变压吸附塔均压升，然后采用产品氢气对二段变压吸附塔进行高压冲洗，同时将高压冲洗气体导入膜分离装置，回收氢气含量较高的渗透气，将未渗透气用于对一段变压吸附塔进行第二次冲洗，冲洗完成后，对一段变压吸附塔进行均压升，完成再生。2.根据权利要求1所述的一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的方法，其特征在于:所述步骤C中，所述高压冲洗气体经稳压后导入膜分离装置。3.根据权利要求1所述的一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的方法，其特征在于:所述渗透气作为原料气体使用。4.根据权利要求1所述的一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的方法，其特征在于:所述步骤C中，在对一段变压吸附塔均压升后，对一段变压吸附塔进行终充，使一段变压吸附塔内部压力达到吸附压力；在二段变压吸附塔冲洗完成后，对二段变压吸附塔进行终充，使二段变压吸附塔内部压力达到吸附压力。5.根据权利要求4所述的一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的方法，其特征在于:采用所述中间气体对一段变压吸附塔进行终充，采用所述产品氢气对二段变压吸附塔进行终充。6.用于实现权利要求f5中任意一项所述方法的一种变压吸附无动力膜分离联合分离氢气的装置，其特征在于:包括进气压缩机(I)、多个一段变压吸附塔(...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟雨明，钟娅玲，詹家聪，陈运，
申请(专利权)人：四川亚连科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：