專利名稱：一段式變壓吸附膜分離提純氫氣的方法及實現裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及氫氣提純領域，具體是ー種一段式變壓吸附膜分離提純氫氣的方法及實現裝置。
背景技術：
變壓吸附技術(PSA)與膜分離技術兩種方式都能用于裂解氣制取氫氣。變壓吸附技術(PSA)制取99. 9%以上高純度氫氣，在小規模一段式變壓吸附制氫裝置中運用，為提高收率，降低運行成本，采用多次均壓，但其氫氣收率一般不會超過92%，并且一次性投資也比較大。長期以來，因為變壓吸附技術(PSA)的特性，產品氫氣收率與產品氫氣純度成反比，造成在高純度產品氫氣要求下，產品氫氣收率不高，因此，在現有變壓吸附技術(PSA)中制取高純度氫氣過程中造成了巨大的資源浪費。 在制氫エ藝中還采用了膜分離技術，雖然采用膜分離技術可以降低能耗，減少一次性投資，收率也高，但所制取的氫氣純度一般不會超過99. 8%，同時對原料氣流量超過1-2萬標方/小時狀況，膜分離一次性投資將會大幅度上升。
發明內容
本發明提供了一段式變壓吸附膜分離提純氫氣的方法及實現裝置，相比傳統的氫氣提純生產エ藝，可減少變壓吸附裝置的規模，提高氫氣收率，減小成本。本發明為解決技術問題主要通過以下技術方案實現一段式變壓吸附膜分離提純氫氣的方法，包括以下步驟
a、吸附將氫氣含量為75%、ニ氧化碳含量為24.5%、一氧化碳含量為O. 5%、壓カ為I. 2Mpa的原料氣按一定的時間間隔，分不同的時段，逐次按順序送入吸附塔內，吸附塔內裝填有氫氣提純吸附劑，利用對不同組分的不同吸附容量，將原料氣中的ニ氧化碳及ー氧化碳吸附，有效氣成分氫氣則從吸附塔頂部輸出，經出口閥將產品氫氣送出裝置給用戶，此時氫氣的含量99. 9%以上；
b、再生原料氣在吸附塔內經過240秒吸附完成后，先對吸附塔進行均壓降，接著進行逆放，逆放氣進入膜分離單元，膜分離單元的非滲透氣放空，滲透氣存放于緩沖罐中，而后將滲透氣回補到已抽空的吸附塔中，最后在吸附塔內完成均壓升、終充，從而完成整個再生過程。所述步驟b的具體過程為
bl、均壓降吸附過程結束后，順著吸附方向將吸附塔內壓カ較高的氣體放入其它已完成再生的壓カ較低的吸附塔內；這ー過程不僅是降壓過程，更是回收床層死空間的有效氣的過程，床層死空間，即吸附塔內未能有效利用的部分，床層死空間內所含氣體組分為有效
氣體氫氣。b2、逆放吸附塔完成最后一次均壓降之后，逆著吸附方向將吸附塔內的壓カ降至接近常壓，此時得到的逆放氣中氫氣含量為35%、其余為ニ氧化碳及ー氧化碳；b3、將逆放氣加壓后經膜分離單元后進入緩沖罐內暫存，此時氫氣含量約為70% ； b4、逆放完成后，對吸附塔進行抽真空處理；
b5、抽空完成后，對吸附塔進行升壓，最初的一次就是將緩沖罐中的逆放氣回補至吸附塔內，稱為初步升壓；
b6、在初步升壓完成后，用其它吸附塔內壓カ較高的氫氣依次對該吸附塔進行升壓；這一過程與均壓降過程相對應，既是升壓過程，也是回收其他吸附塔內床層死空間的氫氣的過程。b7、在完成最后一次均壓升后，通過終充，緩慢而平穩地用產品氣將吸附塔內的壓力升至吸附壓力。這樣做是為了使吸附塔可以平穩地切換至下一次吸附，并保證產品純度和壓カ在這ー過程中不發生波動。一種實現上述的一段式變壓吸附膜分離提純氫氣的方法的裝置，包括進氣管、至 少3個吸附塔、膜組件、緩沖罐、真空泵、出氣管以及逆放管，所述進氣管、出氣管、逆放管分別通過設有氣動切斷閥的管道與吸附塔連通，所述膜組件、真空泵通過設有氣動切斷閥的管道與逆放管連通，所述膜組件通過設有氣動切斷閥的管道與緩沖罐連通，所述緩沖罐通過設有氣動切斷閥的管道與吸附塔連通，所述吸附塔通過設有氣動切斷閥的管道還連接有終充管、均壓管。所述終充管與出氣管相連通，且終充管與出氣管的連通處設有氣動調節閥。所述出氣管上設有氣動調節閥。所述吸附塔有4個。本發明與現有技術相比具有以下優點和有益效果本發明具有膜分離技術和變壓吸附技術的雙重特點，原料氣經預處理后，進入變壓吸附単元進行變壓吸附，處理量可以很大，而且可得到高純度氫氣。變壓吸附單元的逆放管上加裝膜組件，并在膜組件的滲透側設置緩沖罐，緩沖罐中滲透氣回補到變壓吸附單元抽完真空的吸附塔中。這樣得到高純度氫氣，不僅提高了氫氣收率，還減小了變壓吸附裝置的規模，從而使成本較低。
圖I為氫氣提純裝置的結構示意圖。附圖中所對應的附圖標記為1、進氣管，2、吸附塔，3、逆放管，4、膜組件，5、緩沖
罐，6、真空泵，7、出氣管，8、氣動調節閥，9、終充管，10、均壓管。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進ー步的詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。實施例
本實施例的一段式變壓吸附膜分離提純氫氣的方法包括以下步驟
a、吸附將氫氣含量為75%、ニ氧化碳含量為24. 5%、一氧化碳含量為O. 5%、壓カ為
I.2Mpa的原料氣按一定的時間間隔，分不同的時段，逐次按順序送入吸附塔內，吸附塔內裝填有氫氣提純吸附劑，利用對不同組分的不同吸附容量，將原料氣中的ニ氧化碳及ー氧化碳吸附，有效氣成分氫氣則從吸附塔頂部輸出，經出口閥將產品氫氣送出裝置給用戶，此時氫氣的含量99. 9%以上；b、再生原料氣在吸附塔內經過240秒吸附完成后，先對吸附塔進行均壓降，接著進行逆放，逆放氣進入膜分離單元，膜分離單元的非滲透氣放空，滲透氣存放于緩沖罐中，而后將滲透氣回補到已抽空的吸附塔中，最后在吸附塔內完成均壓升、終充，從而完成整個再生過程。所述步驟b的具體過程為
bl、均壓降吸附過程結束后，順著吸附方向將吸附塔內壓カ較高的氣體放入其它已完成再生的壓カ較低的吸附塔內；
b2、逆放吸附塔完成最后一次均壓降之后，逆著吸附方向將吸附塔內的壓カ降至接近 常壓，此時得到的逆放氣中氫氣含量為35%、其余為ニ氧化碳及ー氧化碳；
b3、將逆放氣加壓后經膜分離單元后進入緩沖罐內暫存，此時氫氣含量約為70% ； b4、逆放完成后，對吸附塔進行抽真空處理；
b5、抽空完成后，對吸附塔進行升壓，最初的一次就是將緩沖罐中的逆放氣回補至吸附塔內，稱為初步升壓；
b6、在初步升壓完成后，用其它吸附塔內壓カ較高的氫氣依次對該吸附塔進行升壓；b7、在完成最后一次均壓升后，通過終充，緩慢而平穩地用產品氣將吸附塔內的壓カ升至吸附壓力。如圖I所示，本實施例的一段式變壓吸附膜分離提純氫氣的裝置，包括進氣管I、至少3個吸附塔2、膜組件4、緩沖罐5、真空泵6、出氣管7以及逆放管3，進氣管I、出氣管7、逆放管3分別通過設有氣動切斷閥的管道與吸附塔2連通。本實施例的膜組件4、真空泵6通過設有氣動切斷閥的管道與逆放管11連通，膜組件4通過設有氣動切斷閥的管道與緩沖罐5連通。本實施例的緩沖罐5通過設有氣動切斷閥的管道與吸附塔2連通，吸附塔2通過設有氣動切斷閥的管道還連接有終充管9、均壓管10。本實施例的終充管9與出氣管7相連通，且終充管9與出氣管7的連通處設有氣動調節閥8。本實施例的出氣管7上設有氣動調節閥8。作為優選，本實施例的吸附塔2有4個。本實施例的工作原理首先，原料氣從進氣管I進入，然后進入吸附塔2，吸附塔2吸附其中雜質后，經出氣管7將合格產品氣送出給用戶。吸附塔2在完成吸附過程后，進行再生，具體過程是，先打開均壓管10與吸附塔2之間的氣動切斷閥進行均壓降，然后打開逆放管3與吸附塔2之間的氣動切斷閥實現逆放，在逆放過程中，打開膜組件4與逆放管3以及膜組件4與緩沖罐5之間的氣動切斷閥，關閉真空泵6與逆放管3之間的氣動切斷閥，在膜組件4的滲透側回收逆放氣中所含的氫氣，并暫存于緩沖罐5中；吸附塔2逆放完成后，關閉膜組件4與逆放管3以及膜組件4與緩沖罐5之間的氣動切斷閥，打開真空泵6與逆放管3之間的氣動切斷閥進行抽真空，完成抽真空后，將緩沖罐5中的滲透氣回補到已抽成真空的吸附塔2中，完成滲透氣的回收；最后吸附塔2再由均壓管10實現均壓升，由終充管9完成終充，從而完成整個再生過程。
權利要求
1.一段式變壓吸附膜分離提純氫氣的方法，其特征在于包括以下步驟 a、吸附將氫氣含量為75%、ニ氧化碳含量為24.5%、一氧化碳含量為O. 5%、壓カ為I.2Mpa的原料氣按一定的時間間隔，分不同的時段，逐次按順序送入吸附塔內，吸附塔內裝填有氫氣提純吸附劑，利用對不同組分的不同吸附容量，將原料氣中的ニ氧化碳及ー氧化碳吸附，有效氣成分氫氣則從吸附塔頂部輸出，經出口閥將產品氫氣送出裝置給用戶，此時氫氣的含量99. 9%以上； b、再生原料氣在吸附塔內經過240秒吸附完成后，先對吸附塔進行均壓降，接著進行逆放，逆放氣進入膜分離單元，膜分離單元的非滲透氣放空，滲透氣存放于緩沖罐中，而后將滲透氣回補到已抽空的吸附塔中，最后在吸附塔內完成均壓升、終充，從而完成整個再生過程。
2.根據權利要求I所述的一段式變壓吸附膜分離提純氫氣的方法，其特征在于所述步驟b的具體過程為 bl、均壓降吸附過程結束后，順著吸附方向將吸附塔內壓カ較高的氣體放入其它已完成再生的壓カ較低的吸附塔內； b2、逆放吸附塔完成最后一次均壓降之后，逆著吸附方向將吸附塔內的壓カ降至接近常壓，此時得到的逆放氣中氫氣含量為35%、其余為ニ氧化碳及ー氧化碳； b3、將逆放氣加壓后經膜分離單元后進入緩沖罐內暫存，此時氫氣含量約為70% ； b4、逆放完成后，對吸附塔進行抽真空處理； b5、抽空完成后，對吸附塔進行升壓，最初的一次就是將緩沖罐中的逆放氣回補至吸附塔內，稱為初步升壓； b6、在初步升壓完成后，用其它吸附塔內壓カ較高的氫氣依次對該吸附塔進行升壓；b7、在完成最后一次均壓升后，通過終充，緩慢而平穩地用產品氣將吸附塔內的壓カ升至吸附壓力。
3.ー種實現權利要求f 2所述的一段式變壓吸附膜分離提純氫氣的方法的裝置，其特征在于包括進氣管(I)、至少3個吸附塔(2)、膜組件(4)、緩沖罐(5)、真空泵(6)、出氣管(7)以及逆放管(3)，所述進氣管(I)、出氣管(7)、逆放管(3)分別通過設有氣動切斷閥的管道與吸附塔(2)連通，所述膜組件(4)、真空泵(6)通過設有氣動切斷閥的管道與逆放管(11)連通，所述膜組件(4)通過設有氣動切斷閥的管道與緩沖罐(5)連通，所述緩沖罐(5)通過設有氣動切斷閥的管道與吸附塔(2)連通，所述吸附塔(2)通過設有氣動切斷閥的管道還連接有終充管(9)、均壓管(10)。
4.根據權利要求3所述的ー種高純度高收率的氫氣制備裝置，其特征在于所述終充管(9)與出氣管(7)相連通，且終充管(9)與出氣管(7)的連通處設有氣動調節閥(8)。
5.根據權利要求3所述的ー種高純度高收率的氫氣制備裝置，其特征在于所述出氣管(7 )上設有氣動調節閥(8 )。
6.根據權利要求3所述的ー種高純度高收率的氫氣制備裝置，其特征在于所述吸附塔(2)有4個。
全文摘要
本發明公開了一段式變壓吸附膜分離提純氫氣的方法及實現裝置，其包括以下步驟a、吸附將氫氣含量為75%、二氧化碳含量為24.5%、一氧化碳含量為0.5%、壓力為1.2Mpa的原料氣送入吸附塔內，吸附塔內裝填有氫氣提純吸附劑，將原料氣中的二氧化碳及一氧化碳吸附，有效氣成分氫氣則從吸附塔頂部輸出，經出口閥將產品氫氣送出裝置給用戶；b、再生原料氣在吸附塔內吸附完成后，先對吸附塔進行均壓降、逆放，逆放氣進入膜分離單元，滲透氣存放于緩沖罐中，而后將滲透氣回補到已抽空的吸附塔中，最后在吸附塔內完成均壓升、終充。本發明采用上述工藝，能減少變壓吸附裝置的規模，提高氫氣收率，減小成本。
文檔編號C01B3/56GK102674249SQ20121019034
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月11日 優先權日2012年6月11日
發明者詹家聰, 鐘婭玲, 鐘雨明 申請人:四川亞連科技有限責任公司