一種煤氣提氫的新工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種煤氣提氫新工藝的裝置。其特征是：1.本工藝?yán)萌巫儞Q反應(yīng)，將原料氣中甲烷、一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)，生成氫氣，減少排放的同時(shí)，增加了氫氣的含量。2.本工藝采用世界先進(jìn)的PSA變壓吸附提純技術(shù)，有效提高氫氣的含量。3.工段轉(zhuǎn)化之間設(shè)置增濕器，防止催化劑過溫失活。4.壓縮機(jī)出口設(shè)置壓力調(diào)節(jié)裝置，保持整個(gè)裝置的壓力穩(wěn)定。5.設(shè)置變換氣分離器，自動排水。6.在最后的干燥步驟中，使用無損干燥技術(shù)，再生氣自動返回系統(tǒng)，進(jìn)一步降低損耗。本發(fā)明專利適用于煤層氣中的氫氣回收及煤層氣制氫裝置。它具有低能耗，高收率，同時(shí)減少了易燃易爆的氣體的排放量，裝置更安全、更環(huán)保。
【專利說明】一種煤氣提氫的新工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及氣體變換反應(yīng)及煤層氣提氫技術(shù)、變壓吸附氣體 凈化裝置，適用于氣體回收、提純行業(yè)，尤其適用于煤層氣提氫、變換氣提氫及變壓吸附提 純氫氣裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤氣制氫裝置主要有脫硫脫萘、壓縮預(yù)處理、氣體變換、變壓吸附提氫、脫氧干燥 等工序組成。其中焦?fàn)t煤氣的預(yù)處理系統(tǒng)為變溫吸附（TSA)，制氫系統(tǒng)為變壓吸附（PSA)， 而氫氣精制系統(tǒng)也為變溫吸附，可用焦?fàn)t煤氣制取純度99. 999%的氫氣。
[0003] 煤氣的產(chǎn)率和組成因煉焦煤質(zhì)量和焦化過程不同而有所差別，一般每噸干煤可生 產(chǎn)焦?fàn)t煤氣300?350Nm3。焦?fàn)t煤氣為有毒和易燃易爆氣體，在空氣中的爆炸極限為6%? 30%。
[0004] 煤氣中的雜質(zhì)多，組成十分復(fù)雜，除有大量的CH4和一定量的N2、02、CO、C02、飽 和烴及不飽和烴外，還有少量的C5以上飽和烴、萘、無機(jī)硫、焦油等。經(jīng)過壓縮的焦?fàn)t煤氣 首先通過變溫吸附工序除去C5以上烴類、萘和微量的高沸點(diǎn)雜質(zhì)，達(dá)到凈化焦?fàn)t煤氣的目 的，然后再經(jīng)過變壓吸附工藝除去雜質(zhì)，得到純度99. 9%以上的氫氣。整個(gè)工藝過程分為2 個(gè)工序：
[0005] (1)預(yù)凈化和壓縮工序。將處于常壓的焦?fàn)t煤氣脫除萘、苯、焦油和部分H2S、NH3 等，然后送入壓縮工序?qū)怏w壓力增至需要的壓力，然后除去焦?fàn)t煤氣中的焦油、苯、萘、硫 化物、高級烴類及壓縮后氣體中攜帶的機(jī)油等有害組分。
[0006] (2)變壓吸附提氫工序。除去煤氣中大部分的雜質(zhì)組分，氫氣得到濃縮和提純。
[0007] 本方法制得的氫氣純度低，氧含量高，氣體收率低，不利于氣體的提純。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明針對上述【背景技術(shù)】存在的缺陷發(fā)明了一種全新的煤氣制氫技術(shù)，通過粗脫 硫預(yù)處理、三次中變反應(yīng)、精脫硫、PSA變壓吸附技術(shù)、脫氧干燥等工序，以求得到高純度的 氫氣，同時(shí)提高產(chǎn)品氣收率，降低投資及生產(chǎn)成本。為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明公布了一種煤 氣提氫的新工藝，它由通過管道相連的原料氣分離器、粗脫硫罐、原料氣增壓機(jī)、除油器、熱 交換器、變換氣分離器、變換爐、增濕器、精脫硫罐、提氫塔、脫氧器、脫氧冷卻器、粗氫加熱 器、脫氧分離器、凈化塔、再生氣加熱器、再生氣冷卻器等設(shè)備組成。
[0009] 綜上所述：本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0010] 1.利用甲烷、一氧化碳與水蒸氣的反應(yīng)，生成氫氣，增加了氫氣的含量，減少了廢 氣的排放，同時(shí)提南了氫氣收率。
[0011] 2.本工藝?yán)萌巫儞Q反應(yīng)，防止催化劑過溫失活，轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)徹底。
[0012] 3.本工藝獨(dú)創(chuàng)一次變換反應(yīng)后，增設(shè)增濕器，向氣體中加入水蒸汽，使變換反應(yīng)更 加徹底。
[0013] 4.在對反應(yīng)后氣體的處理上，本工藝采用世界先進(jìn)的PSA變壓吸附提純技術(shù)，有 效提高氫氣的含量，減少雜質(zhì)氣體的排放。
[0014] 5.本工藝設(shè)置原料氣和水蒸氣按一定比例混合的自動化混合裝置，通過電腦控制 的反應(yīng)進(jìn)料系統(tǒng)，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。
[0015] 6.壓縮機(jī)出口設(shè)置壓力調(diào)節(jié)裝置，保持整個(gè)裝置的壓力穩(wěn)定。
[0016] 7.設(shè)置變換氣分離器，自動排水。
[0017] 8.在脫氧干燥過程中，使用無損干燥技術(shù)，再生氣自動返回系統(tǒng)，進(jìn)一步降低損 耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明一種煤氣提氫的新工藝的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征、技術(shù)手段及所達(dá)到的具體目的、功能，下面結(jié)合附 圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0020] 1、請參閱附圖1，該裝置為一種新型煤氣提氫的新裝置，原料氣中氫氣純度為 17% ;甲烷純度為：3% ; -氧化碳純度為：29% ;氮?dú)饧兌葹椋?7.8% ;氧氣純度為：0.2% ; 硫化氫含量為1. 5ppm。裝置整體操作壓力為0. 8MPa。該裝置通過進(jìn)氣管道1、原料氣緩沖 罐S1、原料氣增壓機(jī)S2、除油器S3、熱交換器S4、變換爐S5、變換氣冷卻器S6、變換氣分離 器S7、提氫塔S8、脫氧器S9、脫氧冷卻器S10、脫氧氣分離器S11、凈化塔S12、再生氣冷卻器 S13、再生氣加熱器S14、增濕器S15、程控閥S16?S19及其相連的管道；其特征是：進(jìn)氣管 道1與原料氣緩沖罐S1進(jìn)口相連，原料氣緩沖罐S1出口通過管道2與原料氣增壓機(jī)S2進(jìn) 口相連，原料氣增壓機(jī)S2出口通過管道3與除油器S3進(jìn)口相連、除油器S3出口通過管道4 與熱交換器S4進(jìn)口相連，熱交換器S4最頂端出口通過管道5與變換爐S5的N1進(jìn)口相連， 變換爐S5的N2出口通過管道6與增濕器S15進(jìn)口相連，增濕器S15出口通過管道7與變 換爐S5的N3進(jìn)口相連，變換爐S5的Μ出口通過管道8與熱交換器S4上端進(jìn)口相連，熱 交換器S4中端出口通過管道9與變換爐S5的Ν5進(jìn)口相連，變換爐S5的Ν6出口通過管道 10與熱交換器S4的中端進(jìn)口相連，熱交換器S4的底端出口通過管道11與變換氣冷卻器 S6進(jìn)口相連，變換氣冷卻器S6通過管道12與變換氣分離器S7的進(jìn)口相連，變換氣分離器 S7的出口通過管道13與提氫塔S8的進(jìn)口相連，提氫塔S8的出口通過管道14與脫氧器S9 的進(jìn)口相連，脫氧器S9的出口通過管道15與脫氧冷卻器S10進(jìn)口相連，脫氧氣冷卻器S10 出口通過管道16與脫氧器分離器S11進(jìn)口相連，脫氧氣分離器S11出口通過管道17分別 與凈化塔S12、再生氣冷卻器S13的進(jìn)口相連，并且在管道17和管道22上設(shè)置了一組程控 閥S16,在管道22上設(shè)置了另一組程控閥S19,再生氣冷卻器S13通過管道23出整個(gè)裝置 界外；凈化塔S12通過管道18與程控閥S17相連，程控閥S17通過管道19與界外相連，管 道20接在管道19上，管道20與再生氣加熱器S14進(jìn)口相連，再生氣加熱器S14出口通過 管道21與管道18相連，并在管道21上設(shè)置了一組程控閥S18。
[0021] 2.通過所述的氣體凈化裝置的工藝包括如下步驟：
[0022] 原料氣經(jīng)過脫硫、中變、PSA變壓吸附、脫氧、干燥等步驟實(shí)現(xiàn)煤氣提氫。脫硫步 驟中，采用專用的脫硫劑，經(jīng)過脫硫的原料氣進(jìn)入換熱器，加熱原料氣，經(jīng)加熱后的原料氣 進(jìn)入中變單元，中變單元里，為保證原料氣中的甲烷與一氧化碳反應(yīng)完全及防止反應(yīng)催化 劑過熱失活，采用3次中變的方法，每次中變后的氣體都會進(jìn)入換熱器與原料氣進(jìn)行換熱， 反應(yīng)后的氣體進(jìn)入PSA變壓吸附單元，在變壓吸附單元中，反應(yīng)氣體中所剩余的少量水蒸 氣，二氧化碳，甲烷，一氧化碳，氮?dú)鈱晃絼┪?，從PSA變壓吸附裝置中出來的氣體 含有大量的氫氣及極少量的氧氣，為得到高純度的氫氣，該混合氣體將進(jìn)行脫氧步驟，脫氧 在本工藝中采用專用的鈀觸媒，脫氧效率高，最后經(jīng)過脫氧的氣體中含有氫氣和少量水蒸 氣，脫氧后便需要經(jīng)過干燥這個(gè)步驟得到干燥的氫氣，本發(fā)明采用的干燥為無損干燥，干 燥后剩余的水將返回系統(tǒng)在次利用。經(jīng)過本發(fā)明所述的步驟，最后的氫氣純度可以高達(dá) 99. 999%。
[0023] 以上所述實(shí)例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不 能因此而理解為對本發(fā)明范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。 因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種煤氣提氫的新工藝，包括進(jìn)氣管道1、原料氣緩沖罐S1、原料氣增壓機(jī)S2、除油 器S3、熱交換器S4、變換爐S5、變換氣冷卻器S6、變換氣分離器S7、提氫塔S8、脫氧器S9、脫 氧冷卻器S10、脫氧氣分離器S11、凈化塔S12、再生氣冷卻器S13、再生氣加熱器S14、增濕器 S15、程控閥S16?S19及其相連的管道；其特征是：進(jìn)氣管道1與原料氣緩沖罐S1進(jìn)口相 連，原料氣緩沖罐S1出口通過管道2與原料氣增壓機(jī)S2進(jìn)口相連，原料氣增壓機(jī)S2出口 通過管道3與除油器S3進(jìn)口相連、除油器S3出口通過管道4與熱交換器S4進(jìn)口相連，熱 交換器S4最頂端出口通過管道5與變換爐S5的N1進(jìn)口相連，變換爐S5的N2出口通過管 道6與增濕器S15進(jìn)口相連，增濕器S15出口通過管道7與變換爐S5的N3進(jìn)口相連，變換 爐S5的Μ出口通過管道8與熱交換器S4上端進(jìn)口相連，熱交換器S4中端出口通過管道9 與變換爐S5的Ν5進(jìn)口相連，變換爐S5的Ν6出口通過管道10與熱交換器S4的中端進(jìn)口 相連，熱交換器S4的底端出口通過管道11與變換氣冷卻器S6進(jìn)口相連，變換氣冷卻器S6 通過管道12與變換氣分離器S7的進(jìn)口相連，變換氣分離器S7的出口通過管道13與提氫 塔S8的進(jìn)口相連，提氫塔S8的出口通過管道14與脫氧器S9的進(jìn)口相連，脫氧器S9的出 口通過管道15與脫氧冷卻器S10進(jìn)口相連，脫氧氣冷卻器S10出口通過管道16與脫氧器 分離器S11進(jìn)口相連，脫氧氣分離器S11出口通過管道17分別與凈化塔S12、再生氣冷卻器 S13的進(jìn)口相連，并且在管道17和管道22上設(shè)置了一組程控閥S16,在管道22上設(shè)置了另 一組程控閥S19,再生氣冷卻器S13通過管道23出整個(gè)裝置界外；凈化塔S12通過管道18 與程控閥S17相連，程控閥S17通過管道19與界外相連，管道20接在管道19上，管道20 與再生氣加熱器S14進(jìn)口相連，再生氣加熱器S14出口通過管道21與管道18相連，并在管 道21上設(shè)置了一組程控閥S18。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種煤氣提氫的新工藝，其特征在于設(shè)置了原料氣緩沖 罐。
3. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種煤氣提氫的新工藝，其特征在于在原料氣增壓機(jī)S2和 熱交換器S4之間設(shè)置了除油器S3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種煤氣提氫的新工藝，其特征在于熱交換器上多個(gè)管口 通過管道與變換爐S5的出口相連，進(jìn)行熱交換。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種煤氣提氫的新工藝，其特征在于變換爐Ν2和Ν3管口 設(shè)置了增濕器S15。
6. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種煤氣提氫的新工藝，其特征在于脫氧器S9和脫氧氣分 離器S11之間設(shè)置了脫氧冷卻器S10。
7. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種煤氣提氫的新工藝，其特征在于脫氧氣分離器S11的 出口管道17通過程控閥S16進(jìn)入了凈化塔S12和再生氣冷卻器S13進(jìn)口相連。
8. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種煤氣提氫的新工藝，其特征在于在產(chǎn)品氣出界外的管 道19上，設(shè)置了再生氣加熱器S14。
9. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種煤氣提氫的新工藝，其特征在于外界蒸汽管道通過管 道24與熱交換器S4的進(jìn)口相連，并在管道24和管道4上設(shè)置了按比例混合原料氣含量的 自動化裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種煤氣提氫的新工藝，其特征在于變換爐S5,采用三段 轉(zhuǎn)化爐，既能保證反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，又能保護(hù)催化劑不被破壞。
11. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種煤氣提氫的新工藝，其特征在于脫氧器S9,采用鈀觸 媒作為催化劑，有極好的脫氧效果。
12. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種煤氣提氫的新工藝，其特征在于采用無損干燥工藝， 使凈化后的有效氣體回流，提高氣體的利用率。
【文檔編號】C01B3/50GK104098069SQ201410271589
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】李卓謙, 李可根, 黃勇, 郭旭輝, 石敏 申請人:成都盛利達(dá)科技有限公司