一种脱除还原性气体的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于还原性气体处理技术领域，公开了一种脱除还原性气体的装置和方法，所述的装置包括：两个可切换运行模式的催化反应器，两个所述催化反应器中一个处于正常运行模式、另一个处于再生运行模式，且两个催化反应器分别为第一催化反应器和第二催化反应器；两个风机，分别为第一风机和第二风机；两个预热器，分别为第一预热器和第二预热器；一个加热器；多个连接管路和阀门，并通过多个阀门的启闭实现催化反应器正常运行模式与再生运行模式的切换；本发明专利技术通过周期性切换反应器的方式，实现催化剂的再生，延长催化剂使用寿命，同时还有效实现氢气的连续脱除，并且不引入其它气体，保证气体纯度。保证气体纯度。保证气体纯度。

【技术实现步骤摘要】
一种脱除还原性气体的装置和方法


[0001]本专利技术属于还原性气体处理
，具体涉及一种脱除还原性气体的装置和方法。

技术介绍

[0002]氦气因其低密度、低沸点和惰性的性质被广泛应用于航空航天、制冷、医疗、光纤、检漏、深海潜水、高精度焊接生产等领域。尤其在航天发射场，在采用液氢/液氧作燃料的航天运载火箭发射工程中，由于氦的低沸点及安全性而被广泛用于管路安全置换、火箭贮箱安全置换和飞行过程中火箭贮箱的增压补气以及部分低温部件的安全吹除。目前尚无其它产品可替代氦气功能。氦气主要从富氦的天然气中分离提取。液化天然气工厂的气体中含有大量的氦气资源，气体是液化天然气生产过程中的不凝气，一般都将气体循环再液化，部分气体会当作工厂锅炉的燃料烧掉，还有一部分气体经过火炬燃烧，排入大气，其中含有的稀缺氦资源被白白浪费，通过回收提纯该气体，作为氦气的重要来源。
[0003]燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学键能通过电极反应直接转化为电能的发电装置，能量转换效率高，对环境污染小。质子交换膜燃料电池技术获得了高速发展，特别适用于可移动电源、备用电源和分散电站，质子交换膜燃料电池最理想的原料是纯氢，质子交换膜电池的工作中，向阳极供给氢气，向阴极供给空气或氧气，由于其对燃料氢气不能实现100％的完全利用，因此必将有少量的氢气随着阳极尾气排出质子交换膜燃料电池系统。这种含氢尾气如果直接排放，不仅会造成质子交换膜燃料电池燃料的极大浪费，还会造成环境污染，并可能引发燃烧或爆炸的危险性事故。
[0004]中国专利CN110844893A公开了一种从含氢粗氦中提取氦气的装置及提取方法，提供一种从含氢粗氦中提取氦气的装置。该装置通过设置脱氢组件，能够有效的将原料气中的氢气去除，通过设置膜分离装置，能够利用膜分离装置中的膜分离组件将脱氢后的原料气中的甲烷、氮气、氩气等杂质气体有效分离，通过设置变压吸附装置，能够对膜分离装置分离后的气体进行变压吸附，进一步提高氦气纯度。
[0005]中国专利CN101543776A公开了一种一氧化碳原料气脱氢催化剂及其制备和应用方法，该专利采用分步浸渍制备以氧化铝为载体，钯或铂为活性组分，碱土金属、过渡金属为助剂的催化剂，可对CO原料气中小于5％的氢气进行深度脱除，脱氢率大于99％。
[0006]由此可见，脱除还原性气体是通常采用催化氧化方法，该种方法虽然能够处理脱除还原性气体，但在使用过程中可能会引入氧气或氮气，影响气体纯度；并且工艺复杂、能耗较大，无法实现长周期的稳定运行。

技术实现思路

[0007]鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种脱除还原性气体的装置和方法；具体通过周期性切换反应器的方式，实现催化剂的再生，同时还有效实现氢气的连续脱除，并且不引入其它气体，保证气体纯度。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种脱除还原性气体的装置，包括：
[0010]两个可切换运行模式的催化反应器，两个所述催化反应器中一个处于正常运行模式、另一个处于再生运行模式，且两个催化反应器分别为第一催化反应器和第二催化反应器；
[0011]两个风机，分别为第一风机和第二风机；且所述第一风机用于向处于正常运行模式的一个催化反应器中导入含有还原性气体的第一混合气体；所述第二风机用于向处于再生运行模式的另一个催化反应器中导入由空气与氮气混合而成的第二混合气体；
[0012]两个预热器，分别为第一预热器和第二预热器；且所述第一预热器连接于第一风机与第二预热器之间，用于实现正常运行模式下的一个催化反应器中产生的反应气体与第一风机导入的第一混合气体之间的初步热换；所述第二预热器连接于第一预热器的出气端，用于实现再生运行模式下的一个催化反应器中产生的反应气体与初步热换后的第一混合气体之间的再次热换；
[0013]一个加热器，连接于第二预热器的出气端，用于对再次热换后的第一混合气体进行最终加热，并使加热后的第一混合气体进入处于正常运行模式下的一个催化反应器中；
[0014]多个连接管路和阀门；且多个所述连接管用于导通连接两个催化反应器、两个风机、两个预热器和一个加热器，多个所述阀门分别安装于对应连接管路上，并通过多个阀门的启闭实现催化反应器正常运行模式与再生运行模式的切换。
[0015]优选的，所述预热器采用管壳式换热器或板式换热器。
[0016]优选的，所述加热器采用电加热器或燃烧式加热器。
[0017]优选的，所述第一预热器将第一混合气体初步预热至40
‑
500℃，所述第二预热器将第一混合气体再次预热至80
‑
500℃，所述加热器将第一混合气体最终加热至100
‑
500℃。
[0018]优选的，所述第一混合气体中包含氢和/或CO，所述氢和/或CO占比为0.01vol.％～10vol.％。
[0019]优选的，所述催化剂均为颗粒或规整结构催化剂。
[0020]优选的，所述催化剂的活性组分为过渡金属氧化物中的一种或几种的组合；或者为过渡金属与贵金属形成的合金；或者过渡金属氧化物负载的贵金属；
[0021]所述过渡金属包括Co、Mn、Cu、Cr、Mo、Fe中的一种或几种的组合，所述贵金属包括Pt、Pd、Rh中的一种或几种的组合。
[0022]优选的，在所述催化反应器中，反应器空速为1000
‑
100000h
‑1，反应温度20
‑
800℃。
[0023]优选的，任一所述催化反应器处于再生运行模式时，再生气采用空气和氮气混合气体；所述催化剂的再生温度为20
‑
800℃，再生时间1
‑
24h。
[0024]为实现上述目的，本专利技术还提供如下技术方案：
[0025]一种脱除还原性气体的方法，包括如下步骤：
[0026]将含有还原性气体的第一混合气体导入第一预热器中进行初步预热；
[0027]将初步预热后的第一混合气体导入第二预热器中进行再次预热；
[0028]将再次预热后的第一混合气体导入加热器中进行加热；
[0029]将加热后的第一混合气体导入正常运行的催化反应器中，进行还原催化反应；
[0030]向再生运行的催化反应器中通入空气与氮气混合而成的第二混合气体，进行催化
剂氧化再生反应。
[0031]具体：
[0032]第一催化反应器或第二催化反应器正常运行时，反应后的反应气体被导入所述第一预热器中，为第一混合气体在第一预热器内的初步预热提供热源；
[0033]第二催化反应器或第一催化反应器再生运行时，反应后的反应气体被导入所述第二预热器中，为第一混合气体在第二预热器内的再次预热提供热源。
[0034]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0035](1)本专利技术所提供的脱除还原性气体的方法，不仅能实现还原性气体的脱除，还能实现催化剂的氧化再生，延长催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脱除还原性气体的装置，其特征在于，包括：两个可切换运行模式的催化反应器，两个所述催化反应器中一个处于正常运行模式、另一个处于再生运行模式，且两个催化反应器分别为第一催化反应器和第二催化反应器；两个风机，分别为第一风机和第二风机；且所述第一风机用于向处于正常运行模式的一个催化反应器中导入含有还原性气体的第一混合气体；所述第二风机用于向处于再生运行模式的另一个催化反应器中导入由空气与氮气混合而成的第二混合气体；两个预热器，分别为第一预热器和第二预热器；且所述第一预热器连接于第一风机与第二预热器之间，用于实现正常运行模式下的一个催化反应器中产生的反应气体与第一风机导入的第一混合气体之间的初步热换；所述第二预热器连接于第一预热器的出气端，用于实现再生运行模式下的一个催化反应器中产生的反应气体与初步热换后的第一混合气体之间的再次热换；一个加热器，连接于第二预热器的出气端，用于对再次热换后的第一混合气体进行最终加热，并使加热后的第一混合气体进入处于正常运行模式下的一个催化反应器中；多个连接管路和阀门；且多个所述连接管用于导通连接两个催化反应器、两个风机、两个预热器和一个加热器，多个所述阀门分别安装于对应连接管路上，并通过多个阀门的启闭实现催化反应器正常运行模式与再生运行模式的切换。2.根据权利要求1所述的一种脱除还原性气体的装置，其特征在于：所述预热器采用管壳式换热器或板式换热器。3.根据权利要求1所述的一种脱除还原性气体的装置，其特征在于：所述加热器采用电加热器或燃烧式加热器。4.根据权利要求1所述的一种脱除还原性气体的装置，其特征在于：所述第一预热器将第一混合气体初步预热至40
‑
500℃，所述第二预热器将第一混合气体再次预热至80
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：王胜，王树东，林乐，汪明哲，倪长军，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：