一种焦炉煤气提纯氢气的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及化工设备技术领域，公开了一种焦炉煤气提纯氢气的系统及方法，包括常压吸附单元、化学吸收单元、膜分离单元变压吸附单元，常压吸附单元上设有焦炉煤气进口，常压吸附单元的出气口与化学吸收单元的进气口连接，化学吸收单元的出气口与膜分离单元的进气口之间通过第一压缩机连接，膜分离单元的低压出气侧与变压吸附单元的进气口通过第二压缩机连接，变压吸附单元上设有氢气出口。通过常压吸附、化学吸收、膜分离和变压吸附等单元的耦合集成，高效制备满足要求的燃料电池用氢气，回收率超过90％，通过膜分离单元的分阶段渗透、变压吸附单元的分阶段解吸、膜分离单元与变压吸附单元的耦合集成，减少氢气纯化过程的浓差返混，提高分离效率。提高分离效率。提高分离效率。

【技术实现步骤摘要】
一种焦炉煤气提纯氢气的系统及方法


[0001]本专利技术涉及化工设备
，特别是涉及一种焦炉煤气提纯氢气的系统及方法。

技术介绍

[0002]由于化石能源枯竭、温室气体排放等原因，全球能源体系正迎来一场变革，氢能源是新能源体系坚持绿色低碳、实现可持续发展的关键载体。首先，氢能源是公认的清洁能源，转化和利用过程中基本不产生污染，可通过燃料电池等途径实现远高于热机效率的能量转化，并与电力系统兼容沟通。其次，太阳能、风能等不稳定的非常规可再生能源可转化为氢能源，有利于储存、运输和多途径使用。除此之外，油砂、生物质和泥煤等低热值的固态高碳资源，也可以转化为氢能源，实现能源提质的同时，有利于管道运输和集中碳减排。
[0003]在氢能源体系中，以氢气为燃料的新能源交通工具占据重要地位，在这种新能源迅速发展的趋势下，规模化生产价格合理的燃料电池用氢气，成为现阶段制约氢能源体系发展的重要瓶颈。
[0004]焦炉煤气是指煤炭在炼焦炉中高温干馏副产的可燃性气体。一般情况下，每吨干煤可副产300－350标方焦炉煤气，主要成分为氢气(55－60％)、甲烷(23－27％)，以及少量一氧化碳、轻烃、萘、焦油、二氧化碳、硫化氢、氧气和氮气。焦炉煤气的热值一般可达17－19MJ/Nm3，通常用做高温工业炉的燃料和城市煤气，也有少数项目用于合成氨的生产。在焦炉煤气的这些传统用途中，氢气资源被当作普通燃料，并没有充分实现其价值。如果能够通过有效的分离工艺将这些氢气分离提纯，制备燃料电池用氢气，其价值能够提升5－10倍。综上所述，焦炉煤气将是极具潜力的规模化生产燃料电池用氢气的原料。
[0005]氢燃料电池对氢气的纯度，尤其是特殊杂质含量，有严格的要求。根据国家标准《质子交换膜燃料电池汽车用燃料——氢气(GB/T37244－2018)》的规定，燃料电池用氢气需要满足以下关键指标，氢气99.97mol％、甲烷+氮气+氩气100ppm、氧5ppm、水5ppm、二氧化碳2ppm、一氧化碳0.2ppm。然而焦炉煤气的杂质含量远高于GB/T37244－2018国家标准的限定水平。为了实现以焦炉煤气为原料生产具有高附加值的燃料电池用氢气，必须开发高效提纯技术，对多种杂质进行深度甚至超深度脱除。
[0006]授权公告号为CN101850949B的专利公开了一种高纯度、高回收率提纯焦炉煤气中氢气的方法，焦炉煤气经变温吸附脱除萘、焦油、NH3、H2S及其他芳香族化合物等杂质后，进入变压吸附装置获得纯度大于99.9v％的氢气，经进一步脱氧与干燥后获得纯度大于99.999v％，氧含量小于3ppm，露点低于－70℃的高纯氢；变压吸附解吸气中氢气纯度大于20v％，经压缩并降温后进入膜分离装置，得到的氢气纯度55～65v％的渗透气返回焦炉煤气压缩机，进一步回收其中的氢气；渗余气排出装置界区。
[0007]上述的从焦炉煤气中提纯氢气的方法将萘、焦油、NH3、H2S及其他芳香族化合物等杂质都通过变温吸附来脱除，需要多种吸附剂按照严格的分配来装填，操作难度大。变温吸附需要消耗额外的蒸汽来进行吸附剂的再生，能耗较高。除此之外，焦炉煤气经变温吸附后
直接进入变压吸附，进料氢气浓度只有55～60v％，根据工业化变压吸附装置的运行经验，这不是变压吸附能高效运行的进料浓度条件，分离效率较低。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是：提供一种焦炉煤气提纯氢气的系统，通过多技术集成来深度脱除多种杂质气体，高效生产燃料电池用氢气；本专利技术还提供了一种焦炉煤气提纯氢气的方法。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种焦炉煤气提纯氢气的系统，包括用于吸收重烃的常压吸附单元、用于除去酸性杂质气体的化学吸收单元、用于分离氢气的膜分离单元、用于吸附轻烃的变压吸附单元，所述常压吸附单元上设有焦炉煤气进口，所述常压吸附单元的出气口与所述化学吸收单元的进气口连接，所述化学吸收单元的出气口与所述膜分离单元的进气口之间通过第一压缩机连接，所述膜分离单元的低压出气侧与所述变压吸附单元的进气口通过第二压缩机连接，所述变压吸附单元上设有氢气出口。
[0010]优选地，所述膜分离单元包括第一膜分离单元和第二膜分离单元，所述第一压缩机与所述第一膜分离单元的进气口连接，所述第一膜分离单元的低压出气侧与所述第二压缩机连接，所述第一膜分离单元的高压出气侧与所述第二膜分离单元的进气口连接，所述第二膜分离单元的低压出气侧与所述化学吸收单元的进气口连接，所述第二膜分离单元的高压出气侧与所述常压吸附单元的进气口连接。
[0011]优选地，所述第二膜分离单元的高压出气侧与所述常压吸附单元的进气口之间连接有再生加热器。
[0012]优选地，所述变压吸附单元的常压解吸出口与所述第一压缩机的进气口连接，所述变压吸附单元的负压解吸出口与所述第二膜分离单元的进气口连接。
[0013]优选地，所述变压吸附单元的负压解吸出口与所述第二膜分离单元的进气口之间顺次连接有真空泵和第三压缩机。
[0014]优选地，所述化学吸收单元包括碱液吸收单元和水洗单元，所述碱液吸收单元的底部的进气口与所述常压吸附单元连接，所述碱液吸收单元的顶部的出气口与所述水洗单元的底部的进气口连接，所述水洗单元顶部的出气口与所述膜分离单元的进气口连接，所述碱液吸收单元的顶部连接有碱液进管，所述水洗单元的顶部连接有进水管道。
[0015]本专利技术还提供了一种焦炉煤气提纯氢气的方法，使用上述任一技术方案所述的焦炉煤气提纯氢气的系统，包括以下步骤，步骤S1，焦炉煤气由常压吸附单元底部的进气口进入常压吸附单元，重烃被吸附后产生无油焦炉煤气；
[0016]步骤S2，无油焦炉煤气自碱液吸收单元的塔底进入并与塔顶进入的碱液逆流接触，形成脱硫脱碳富液由塔底排出，形成脱硫焦炉煤气从碱液吸收单元的塔顶进入水洗单元，水洗后形成净化焦炉煤气；
[0017]步骤S3，净化焦炉煤气经过第一压缩机加压后形成第一膜分离进料，第一膜分离进料进入第一膜分离单元，在第一膜分离单元的低压侧形成第一膜分离富氢渗透气，第一膜分离富氢渗透气进入第二压缩机，在第一膜分离单元的高压侧形成第一膜分离贫氢渗余气；
[0018]步骤S4，第一膜分离富氢渗透气经过第二压缩机升压后形成变压吸附进料，变压
吸附进料进入变压吸附单元，变压吸附单元产出燃料电池用氢气。
[0019]优选地，还包括步骤S5，第一膜分离贫氢渗余气进入第二膜分离单元，第二膜分离单元的低压侧形成第二膜分离富氢渗透气，第二膜分离富氢渗透气进入碱液吸收单元，第二膜分离单元的高压侧形成第二膜分离贫氢渗余气；
[0020]步骤S6，第二膜分离贫氢渗余气进入再生加热器形成热再生进气，热再生进气进入常压吸附单元解吸重烃，形成热再生尾气。
[0021]优选地，变压吸附单元的吸附塔接近饱和状态时，切换进入脱附再生工作状态，在脱附再生第一阶段常压解吸并产出第一解吸气，第一解吸气与净化焦炉煤气合股后进入第一压缩机；在脱附再生第二阶段进行负压解吸并产出第二解吸气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焦炉煤气提纯氢气的系统，其特征在于，包括用于吸收重烃的常压吸附单元、用于除去酸性杂质气体的化学吸收单元、用于分离氢气的膜分离单元、用于吸附轻烃的变压吸附单元，所述常压吸附单元上设有焦炉煤气进口，所述常压吸附单元的出气口与所述化学吸收单元的进气口连接，所述化学吸收单元的出气口与所述膜分离单元的进气口之间通过第一压缩机连接，所述膜分离单元的低压出气侧与所述变压吸附单元的进气口通过第二压缩机连接，所述变压吸附单元上设有氢气出口。2.根据权利要求1所述的焦炉煤气提纯氢气的系统，其特征在于，所述膜分离单元包括第一膜分离单元和第二膜分离单元，所述第一压缩机与所述第一膜分离单元的进气口连接，所述第一膜分离单元的低压出气侧与所述第二压缩机连接，所述第一膜分离单元的高压出气侧与所述第二膜分离单元的进气口连接，所述第二膜分离单元的低压出气侧与所述化学吸收单元的进气口连接，所述第二膜分离单元的高压出气侧与所述常压吸附单元的进气口连接。3.根据权利要求2所述的焦炉煤气提纯氢气的系统，其特征在于，所述第二膜分离单元的高压出气侧与所述常压吸附单元的进气口之间连接有再生加热器。4.根据权利要求2所述的焦炉煤气提纯氢气的系统，其特征在于，所述变压吸附单元的常压解吸出口与所述第一压缩机的进气口连接，所述变压吸附单元的负压解吸出口与所述第二膜分离单元的进气口连接。5.根据权利要求4所述的焦炉煤气提纯氢气的系统，其特征在于，所述变压吸附单元的负压解吸出口与所述第二膜分离单元的进气口之间顺次连接有真空泵和第三压缩机。6.根据权利要求1－5任一项所述的焦炉煤气提纯氢气的系统，其特征在于，所述化学吸收单元包括碱液吸收单元和水洗单元，所述碱液吸收单元的底部的进气口与所述常压吸附单元连接，所述碱液吸收单元的顶部的出气口与所述水洗单元的底部的进气口连接，所述水洗单元顶部的出气口与所述膜分离单元的进气口连接，所述碱液吸收单元的顶部连接有碱液进管，所述水洗单元的顶部连接有进水管道。7.一种焦炉煤气提纯氢气的方法，使用权利要求1－6任...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙翔，朱光涛，罗志斌，王小博，罗海中，阮雪华，
申请(专利权)人：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：