吸附柱及氢氮分离系统技术方案

本发明专利技术公开一种吸附柱，包括壳体，还包括：膜组件，设置于所述壳体内部，且其包括若干沿所述壳体的轴向间隔设置的膜分离单元；所述膜分离单元包括依次连通的引导段和膜分离段；吸附剂层，填充于相邻膜分离单元之间和膜分离单元与壳体内壁之间。本发明专利技术还公开了使用该吸附柱作的氢氮分离系统。本发明专利技术公开的吸附柱，将膜分离技术和变压吸附技术一体化，其系统结构紧凑，占地面积小，避免在两种方法连用时因为管道过多引起的气体损耗，成本低廉适合中小规模的气体制备工艺的后续气体提纯，同时兼顾最终得到的气体的收率和纯度，结构灵活，方便拆卸，泛用性强。本发明专利技术提供的氢氮分离系统，结构简单，耗能低，适用于氨气制氢的后续氢气提纯。

Adsorption column and hydrogen nitrogen separation system

【技术实现步骤摘要】
吸附柱及氢氮分离系统
本专利技术涉及氢气制备
，具体涉及一种吸附柱及氢氮分离系统。
技术介绍
随着环保法规日趋严格，清洁氢能的生产和应用引起关注，氨分解制氢是其中重要途径之一。氨分解的产物为氢氮混合气，如何对其进行氢氮分离或提纯氢气，以满足各种设备对氢纯度的要求(例如ISO14687-2:2012规定车用燃料电池需要99.97％纯度的氢)，是氨制氢过程中的一个重要环节。目前常用的气体分离技术有深冷法、变压吸附法(PSA)、膜分离法。其中深冷法主要用于大规模的气体分离，且压缩与冷却的能耗较高；变压吸附法经过几十年的发展，技术已较为成熟，选择合适的吸附剂层可使产物气纯度达99.99％以上，大型的PSA装置通过多次压力均衡可以实现90％的收率，但中小型PSA装置由于压力水平较低，只能实现较低收率(60％-70％)；膜分离技术的分离能力主要取决于膜对不同气体的渗透性与选择性，对氢具有良好渗透性和选择性的钯膜由于价格昂贵，较难推广使用，而非金属膜由于对氢氮气的选择性较低，无法获得高纯度的产物气。中国专利文献CN109970029A公开了一种膜分离强化的高含氢炼厂变压吸附氢气提纯工艺，其在变压吸附装置的预处理系统中引入有机蒸汽膜分离单元；在后处理系统中引入氢气膜分离单元，进一步回收有机蒸汽膜渗透气和变压吸附尾气中的低浓度氢气，其结合了变压吸附技术和膜分离技术，提高了氢气的回收率和纯度，但是膜分离单元和变压吸附装置分开放置，同时使用多个压缩机，其结构松散，占地面积大，需要的设备多，无法应用于中小规模的氢气制备中，同时该装置内管道复杂，容易影响氢气的收率和纯度。因此对于中小规模的氢氮分离过程，亟需一种解决方案可以来提高装置集成度。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中氢氮分离装置集成度低的缺陷，从而提供一种变压吸附-膜分离一体化的吸附柱及采用该吸附柱的氢氮分离系统。该吸附柱可用于中小规模的氢氮分离，可同时实现实现高纯度氢气、高收率氢气和低成本的效果。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方法：本专利技术提供一种吸附柱，包括壳体，还包括：膜组件，设置于所述壳体内部，且其包括若干沿所述壳体的轴向间隔设置的膜分离单元；所述膜分离单元包括依次连通的引导段和膜分离段；吸附剂层，填充于相邻膜分离单元之间和膜分离单元与壳体内壁之间。进一步地，所述引导段为引导管，所述膜分离段为中空膜纤维，所述中空膜纤维的一端与所述引导管连通。优选地，所述膜纤维的氢气渗透率为60-65barrer，氢氮选择性为12-20。进一步地，所述壳体靠近所述引导段的端部设置进气口，所述进气口与引导段连通；所述壳体靠近所述膜分离段的端部设置用于将来自膜分离段的废气外排的废气出口，所述废气出口与膜分离段连通。进一步地，还包括用于气体进入壳体内的第一开口和用于壳体内废气外排的第二开口，均设置于所述壳体的同一端部；还包括用于收集提纯后气体的第三开口及用于壳体内部吹扫及压力调整的第四开口，均设置于所述壳体的另一端部。优选地，所述第一开口与废气出口位于所述壳体的同一端部，所述第三开口与进气口位于所述壳体的同一端部。本专利技术还公开一种氢氮分离系统，包括上述吸附柱。优选地，所述吸附柱至少为两个，包括第一吸附柱和第二吸附柱；所述第一吸附柱和第二吸附柱上的第四开口彼此连通，用于变压吸附过程的压力均衡操作，有利于提高变压吸附的收率并降低能耗；还包括压缩机，其进气端分别与所述第一吸附柱和第二吸附柱上的第二开口连通，出气端分别与所述第一吸附柱和第二吸附柱上的进气口连通。进一步地，还包括供气装置、氢气收集装置和废气收集装置；所述供气装置分别与第一吸附柱和第二吸附柱上的第一开口连通，所述氢气收集装置分别与第一吸附柱和第二吸附柱上的第三开口连通，所述废气收集装置分别与第一吸附柱和第二吸附柱上的废气出口连通；或者，所述供气装置分别与第一吸附柱和第二吸附柱上的进气口连通，所述压缩机的进气端还与所述供气装置连通以对供气加压送入进气口中，所述氢气收集装置分别与第一吸附柱和第二吸附柱上的第三开口连通，所述废气收集装置分别与第一吸附柱和第二吸附柱上的废气出口连通。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的吸附柱，将膜分离技术和变压吸附技术一体化，将用于变压吸附的吸附剂层，填充于相邻用于膜分离的膜分离单元之间和膜分离单元与壳体内壁之间，两种气体分离技术均在一个吸附柱内完成，其系统结构紧凑，占地面积小，避免在两种方法连用时因为管道过多引起的气体损耗，成本低廉适合中小规模的气体制备工艺的后续气体提纯。2.本专利技术提供的吸附柱结构灵活，方便拆卸，设计具体工艺时，通过调整混合气进入吸附柱的进口位置，可实现不同的变压吸附-膜分离联用方式，泛用性强。3.本专利技术提供的吸附柱，将膜分离技术收率高，变压吸附技术回收纯度高的特点结合，使得最终得到的气体兼顾收率和纯度。4.本专利技术提供的氢氮分离系统，结构简单，分离中对混合气压力实现梯级利用，整个分离过程仅需一个压缩机，耗能低，适用于氨气制氢的后续氢气提纯。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的实施例1中吸附柱的结构示意图；图2为图1中膜分离单元的放大图；图3为本专利技术的实施例2和4中氢氮分离装置的结构示意图；图4为本专利技术的实施例3和5中氢氮分离装置的结构示意图；附图标记说明：1-第一吸附柱；101-壳体；102-膜组件；103-膜分离单元；104-吸附剂层；105-第一开口；106-第二开口；107-第三开口；108-第四开口；109-进气口；110-废气出口；111-引导管；112-膜纤维；2-第二吸附柱；3-供气装置；4-压缩机；5-氢气收集装置；6-废气收集装置；7-阀门。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附柱，包括壳体，其特征在于，还包括：/n膜组件，设置于所述壳体内部，且其包括若干沿所述壳体的轴向间隔设置的膜分离单元；所述膜分离单元包括依次连通的引导段和膜分离段；/n吸附剂层，填充于相邻膜分离单元之间和膜分离单元与壳体内壁之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种吸附柱，包括壳体，其特征在于，还包括：
膜组件，设置于所述壳体内部，且其包括若干沿所述壳体的轴向间隔设置的膜分离单元；所述膜分离单元包括依次连通的引导段和膜分离段；
吸附剂层，填充于相邻膜分离单元之间和膜分离单元与壳体内壁之间。


2.根据权利要求1所述的吸附柱，其特征在于，所述引导段为引导管，所述膜分离段为中空膜纤维，所述中空膜纤维的一端与所述引导管连通。


3.根据权利要求2所述的吸附柱，其特征在于，所述膜纤维的氢气渗透率为10-100barrer，氢氮选择性为5-100。


4.根据权利要求3所述的吸附柱，其特征在于，所述壳体靠近所述引导段的端部设置进气口，所述进气口与引导段连通；
所述壳体靠近所述膜分离段的端部设置用于将来自膜分离段的废气外排的废气出口，所述废气出口与膜分离段连通。


5.根据权利要求4所述的吸附柱，其特征在于，还包括用于气体进入壳体内的第一开口和用于壳体内废气外排的第二开口，均设置于所述壳体的同一端部；
还包括用于收集提纯后气体的第三开口及用于壳体内部吹扫及压力调整的第四开口，均设置于所述壳体的另一端部。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：林立，罗宇，江莉龙，陈崇启，蔡国辉，
申请(专利权)人：福州大学化肥催化剂国家工程研究中心，
类型：发明
国别省市：福建;35