一种变压吸附气体分离提纯氢气系统及其分离提纯方法技术方案

本发明专利技术公开一种变压吸附气体分离提纯氢气系统及其分离提纯方法，解决现有技术变压吸附气体分离效率低及变压吸附气体分离系统吸附塔体积大的技术问题，本发明专利技术包括3个吸附塔、1个中间罐、16台程控阀、4台调节阀、以及相应的进料管路、产品输送管路、均压管路、冲洗管路和解吸管路。采用3塔12循环步序将原料气分离以得到高纯度产品气。本发明专利技术每个吸附塔经过12个步骤完成从吸附、均压降压、逆向放压、冲洗、均压升压到产品气升压的循环，任一时刻均有一个吸附塔处于进料吸附并生产氢气的过程，使得原料气进料和产品气生产连续进行。使得循环时间由目前的480s减少到396s，减小了吸附塔进料时间，从而减小吸附塔的体积，以提升系统吸附分离效率。

【技术实现步骤摘要】
一种变压吸附气体分离提纯氢气系统及其分离提纯方法
本专利技术属于变压吸附气体分离
，具体涉及一种变压吸附气体分离提纯氢气系统及其分离提纯方法。
技术介绍
变压吸附(简称PSA)气体分离技术是利用吸附剂对不同气体的吸附容量的差异，以及吸附容量随压力的升高而增加，随压力的降低而减小的特性，在高压下吸附，在低压下解吸，从而实现气体物理分离的气体分离技术。变压吸附气体分离可以实现高纯度和高效率，因此广泛应用于石化、冶金、能源、环保、医疗等领域。变压吸附气体分离可以从混合气体中分离提纯氢气、氧气、氮气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等各种工业气体，其中应用最广泛的是变压吸附提纯氢气技术。利用变压吸附方法可以从变换气、重整气、甲醇裂解气、甲醇弛放气、炼厂尾气、合成氨尾气等氢气含量大于40％以上的氢气中脱除CO2、CO、CH4、CnHm、N2、H2O等杂质，获得纯度大于等于99.9％的氢气，满足各类用氢需求。变压吸附提氢技术在应用的过程中其工艺流程也不断优化，早期的专利如US3430418和US3456816公开了4塔变压吸附工艺过程，随着变压吸附规模的不断提升，压力的不断提高发展了多塔变压吸附工艺技术，如专利CN1298410C公开了带两个顺放罐的变压吸附工艺公开了一种10塔的工艺流程，专利CN103534002B公开了一种12塔以上的工艺流程。然而变压吸附提氢技术不仅应用于大型工业领域，也应用于中小规模领域，因此需要开发投资省、效率更高的变压吸附工艺流程。节约投资而且可靠性高的途径就是减少吸附塔的数量和程控阀门的数量，专利CN1984705B公开了一种连续送进三床变压吸附系统，该系统包含3个吸附塔、17程控阀和5台调节阀，实现如下表所示12步工艺循环。其中AD：吸附和产品生产，ED1：第一均衡下降，PPG：提供净化气体，ED2：第二均衡下降，BD：泄料；PG：接受净化气，EU1：第一均衡上升，EU2：第二均衡上升，PP：从产品集合管接收产品气体用于产品加压，以及FD：进料加压。由12步的循环表可以看出，该工艺有3个吸附进料步骤和1个进料加压步骤，即每个分周期有4个进料步骤，可以实现连续送进料的目的，但是，该工艺只有在3个吸附步骤有产品氢气产出，在进料加压和第二均衡升共同进行的步骤内吸附塔内的压力没有达到吸附压力，没有产品气输出，即该流程有1/4的步骤没有产品气输出。另外，CN1984705B的三塔流程12步循环总的循环时间为480s，即分周期时间160s，分周期时间长，其吸附分离效率还不理想。因此，设计一种新的三塔变压吸附气体分离提纯氢气系统及其分离提纯方法，提升系统变压吸附气体分离效率，并减小系统装置的体积，成为所属
技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种变压吸附气体分离提纯氢气系统及其分离提纯方法，解决现有技术变压吸附气体分离效率低、以及吸附塔体积大的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种变压吸附气体分离提纯氢气系统，包括第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔、中间罐、原料气输送管、均压管线、冲洗管线、解吸气管、以及产品气外输管，所述原料气输送管分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔管道连接，所述解吸气管分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔管道连接，所述产品气外输管分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔管道连接，所述中间罐通过所述均压管线分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔连接，所述中间罐通过所述冲洗管线分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔连接。进一步地，所述原料气输送管与所述第一吸附塔连接的管道上设有程控阀1A；优选地，所述原料气输送管与所述第二吸附塔连接的管道上设有程控阀1B；更优选地，所述原料气输送管与所述第三吸附塔连接的管道上设有程控阀1C。进一步地，所述解吸气管与所述第一吸附塔连接的管道上设有程控阀3A；优选地，所述解吸气管与所述第二吸附塔连接的管道上设有程控阀3B；更优选地，所述解吸气管与所述第三吸附塔连接的管道上设有程控阀3C。进一步地，所述产品气外输管与所述第一吸附塔连接的管道上设有程控阀2A；优选地，所述产品气外输管与所述第二吸附塔连接的管道上设有程控阀2B；更优选地，所述产品气外输管与所述第三吸附塔连接的管道上设有程控阀2C。进一步地，所述均压管线的一端与所述中间罐连通，另一端通过管道分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔连通。具体地说，所述均压管线与所述第一吸附塔连接的管道上设有程控阀4A；优选地，所述均压管线与所述第二吸附塔连接的管道上设有程控阀4B；更优选地，所述均压管线与所述第三吸附塔连接的管道上设有程控阀4C。进一步地，所述冲洗管线的一端与所述中间罐连通，另一端通过管道分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔连通。进一步地，所述冲洗管线与所述第一吸附塔连接的管道上设有程控阀5A；优选地，所述冲洗管线与所述第二吸附塔连接的管道上设有程控阀5B；更优选地，所述冲洗管线与所述第三吸附塔连接的管道上设有程控阀5C。进一步地，所述产品气外输管上设有调节阀PV-1；优选地，所述冲洗气管上设有调节阀PV-3；更优选地，所述解吸气管上设有调节阀PV-4；进一步优选地，所述均压管线上设有程控阀4D。进一步地，所述产品气外输管和所述均压管线之间连接有终升管线，优选地，所述终升管线上设有调节阀PV-2。一种变压吸附气体分离提纯氢气系统的分离提纯方法，采用三塔十二循环步序将原料气分离以得到高纯度产品气，所述十二循环步序包括四个吸附步骤、2个均压降压步骤、1个逆放步骤、2个冲洗步骤、2个均压升压步骤、以及1个产品气升压步骤。进一步地，在二个所述均压降压步骤中，第一个均压降压步骤是吸附塔与中间罐均压；优选地，在两个所述均压升压步骤中，第一个均压升压步骤是吸附塔与中间罐均压。进一步地，所述产品气为99.9％的氢气；优选地，所述原料气的压力为0.8～3.0MPag；更优选地，所述原料气的氢气含量大于40％。进一步地，所述十二循环步序具体如下表所示：步骤123456789101112第一吸附塔A1A2A3A4ED1ED2DPPER2ER1FR第二吸附塔PER2ER1FRA1A2A3A4ED1ED2DP第三吸附塔ED1ED2DPPER2ER1FR...

【技术保护点】
1.一种变压吸附气体分离提纯氢气系统，其特征在于，包括第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔、中间罐、原料气输送管、均压管线、冲洗管线、解吸气管、以及产品气外输管，所述原料气输送管分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔管道连接，所述解吸气管分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔管道连接，所述产品气外输管分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔管道连接，所述中间罐通过所述均压管线分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔连接，所述中间罐通过所述冲洗管线分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种变压吸附气体分离提纯氢气系统，其特征在于，包括第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔、中间罐、原料气输送管、均压管线、冲洗管线、解吸气管、以及产品气外输管，所述原料气输送管分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔管道连接，所述解吸气管分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔管道连接，所述产品气外输管分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔管道连接，所述中间罐通过所述均压管线分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔连接，所述中间罐通过所述冲洗管线分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔连接。


2.根据权利要求1所述的一种变压吸附气体分离提纯氢气系统，其特征在于，所述原料气输送管与所述第一吸附塔连接的管道上设有程控阀1A；优选地，所述原料气输送管与所述第二吸附塔连接的管道上设有程控阀1B；更优选地，所述原料气输送管与所述第三吸附塔连接的管道上设有程控阀1C。
进一步地，所述解吸气管与所述第一吸附塔连接的管道上设有程控阀3A；优选地，所述解吸气管与所述第二吸附塔连接的管道上设有程控阀3B；更优选地，所述解吸气管与所述第三吸附塔连接的管道上设有程控阀3C。
进一步地，所述产品气外输管与所述第一吸附塔连接的管道上设有程控阀2A；优选地，所述产品气外输管与所述第二吸附塔连接的管道上设有程控阀2B；更优选地，所述产品气外输管与所述第三吸附塔连接的管道上设有程控阀2C。


3.根据权利要求1所述的一种变压吸附气体分离提纯氢气系统，其特征在于，所述均压管线的一端与所述中间罐连通，另一端通过管道分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔连通；
具体地说，所述均压管线与所述第一吸附塔连接的管道上设有程控阀4A；优选地，所述均压管线与所述第二吸附塔连接的管道上设有程控阀4B；更优选地，所述均压管线与所述第三吸附塔连接的管道上设有程控阀4C。


4.根据权利要求1所述的一种变压吸附气体分离提纯氢气系统，其特征在于，所述冲洗管线的一端与所述中间罐连通，另一端通过管道分别与所述第一吸附塔、所述第二吸附塔和所述第三吸附塔连通；

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，卜令兵，王键，张杰，张宏宇，张崇海，吴巍，赵洪法，
申请(专利权)人：西南化工研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51