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CN110548365A - 由含氢气体制备高纯氢气的装置及方法 - Google Patents

由含氢气体制备高纯氢气的装置及方法 Download PDF

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CN110548365A CN201810564673.8A CN201810564673A CN110548365A CN 110548365 A CN110548365 A CN 110548365A CN 201810564673 A CN201810564673 A CN 201810564673A CN 110548365 A CN110548365 A CN 110548365A
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Abstract

本发明涉及高纯氢气制备领域,具体涉及一种由含氢气体制备高纯氢气的装置及方法。该装置包括:含氢气体供给单元(1)、变压吸附单元(2)、氢气吸收单元(3)、用于将氢气吸收单元中未被吸收的气体输送至含氢气体供给单元的气体回流管线(4)。该方法包括:变压吸附单元吸附、氢气吸收单元吸收、氢气吸收单元顺向放空、解析产品气、其中,所述含氢气体含有所述未被吸附的气体。本发明提供的装置和方法具有以下优点:(1)产品气的纯度高,可以得到纯度为99.999%的氢气;(2)工艺流程简单,操作方便,无需复杂的预处理,可以处理多种复杂的气源。

Description

由含氢气体制备高纯氢气的装置及方法
技术领域
本发明涉及高纯氢气制备领域,具体涉及一种由含氢气体制备高纯氢气的装置及方法。
背景技术
氢气是一种重要的化工原料、工业保护气、清洁燃料,例如,氢气是合成氨工业中的主要原料之一,在炼油工业中氢气被广泛用于对石脑油、粗柴油、燃料油、重油的脱硫以及不饱和烃等的加氢精制以提高油品的质量;在电子和冶金工业中,氢气主要用作还原气;在燃料电池汽车房爷,氢是重要的燃料。随着环保法规要求的日益严格以及氢气所具有的良好的燃烧性能,未来市场对氢气具有巨大的潜在需求。工业生产中对氢气的纯度要求较高,比如电子工业需要纯度大于99.999%,在某些情况下甚至要求更高。因此需要对含氢原料气进行分离提纯以满足不同的生产需求。目前已开发的氢气分离方法有变压吸附法、深冷法、膜分离法、金属氢化物法。
1.变压吸附法:变压吸附(Pressure Swing Adsorption,PSA)分离技术的基本原理是利用不同气体组分在固体材料上吸附特性差异及吸附量随压力变化的特性,通过周期性的改变吸附床层的压力实现气体的分离或提纯。然而对于制备高纯气体而言,产品气的纯度与产品的回收率是逆相关的,再追求高纯度的产品氢气的同时,必然会降低氢气的回收率。因此通过变压吸附制备高纯氢气,尤其是原料气杂中惰性组分,如N2、Ar等杂质气体含量较高的情况,存在产品氢气收效率过低的问题。
2.深冷分离法:深冷分离法又称低温精馏法,是一种低温分离工艺,其原理是利用原料中各组分相对挥发度的差异,通过气体透平膨胀制冷,在低温下将干气中各组分按工艺要求冷凝下来,然后用精馏法将其中的各类烃依其沸点的不同逐一加以分离。该工艺的特点是:有效地把原料分成多股物流,氢气回收率也较高。但其投资较高,装置启动时间长,而且原料气在进入深冷设备前需先将水分及CO2等杂质脱除,以免在低温下堵塞设备等问题,因此当含氢原料气气量较小时,采用深冷分离工艺变得很不经济。
3.膜分离法:膜分离是一项新兴的高效分离技术,它是用膜作为选择障碍层,在膜的两侧存在一定量的能量差作为动力,允许某些组分透过而保留混合物中其它组分,各组分透过膜的迁移率不同,从而达到分离目的的技术。膜分离的工艺流程非常简单、操作方便、投资少;但制膜技术(如膜的均匀性、稳定性、抗老化性、耐热性等)有待不断改进,膜的使用寿命短,而且要求原料气不含固体和油滴以防止损坏膜组件。产品的纯度一般不高(<99%),但所需原料气的压力较高,采用两级膜分离器产品氢纯度可到99%。
4.金属氢化物法:金属氢化物净化法是利用储氢材料在低温下吸氢,高温下释放氢的特点实现氢气的纯化,产品氢气的纯度很高,但它对原料气中除去氢气以外的杂质气体种类要求严格,H2O、H2S和O2等杂质气体会对金属氢化物造成毒化作用,而且储氢金属材料多次循环使用会产生脆裂粉化现象,生产规模也不大,因而不适合粗氢及含氢尾气的大规模直接分离提纯。
因此,开发出一种能够兼顾回收率以及氢气纯度的方法显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的如上问题,提供一种由含氢气体制备高纯氢气的装置及方法,利用该装置和方法得到的产品氢气浓度大于99.999%,且氢气的回收率高于80%,可以处理多种复杂的气源。
为了实现上述目的,本发明一方面提供一种由含氢气体制备高纯氢气的装置,该装置包括:
含氢气体供给单元;
变压吸附单元,用于对来自含氢气体供给单元的含氢气体中相对于氢气的重组分气体进行变压吸附,获得含氢中间产品气;
氢气吸收单元,用于对所述含氢中间产品气中的氢气进行吸收;
气体回流管线,用于将氢气吸收单元中未被吸收的气体输送至含氢气体供给单元,并与其中含有的气体混合后作为所述含氢气体。
本发明第二方面提供一种由含氢气体制备高纯氢气的方法,该方法包括:
(1)变压吸附单元吸附:
在相对于氢气的重组分气体的吸附压力下,将所述含氢气体中的相对于氢气的重组分气体在变压吸附单元中进行吸附,获得含氢中间产品气;
(2)氢气吸收单元吸收:
将所述含氢中间产品气在氢气吸收单元中与储氢合金接触,以对所述含氢中间产品气中的氢气进行吸收;
(3)氢气吸收单元顺向放空:
将氢气吸收单元中未被吸收的气体排出;
(4)解析产品气:
在解析条件下,将顺向放空后的氢气吸收单元中吸收的氢气进行解析,获得产品气;
其中,所述含氢气体含有所述未被吸收的气体。
本发明提供的装置和方法具有以下优点:(1)产品气的纯度高,可以得到纯度为99.999%以上的氢气,且氢气的回收率可达80%以上;(2)工艺流程简单,操作方便,无需复杂的预处理,可以处理多种复杂的气源。
附图说明
图1显示了本发明一种具体实施方式的由含氢气体制备高纯氢气的装置。
附图标记说明
1含氢气体供给单元 2变压吸附单元 3氢气吸收单元
4气体回流管线 5增压泵 6真空泵 7废气管线
A-1、A-2为变压吸附塔,B-1、B-2为氢气吸收塔;
A-1-1、A-1-2、A-1-3、A-2-1、A-2-2、A-2-3、B-1-1、B-1-2、B-1-3、B-1-4、B-2-1、B-2-2、B-2-3、B-2-4为程控阀。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
根据本发明的第一方面,提供一种由含氢气体制备高纯氢气的装置,该装置包括:
含氢气体供给单元1;
变压吸附单元2,用于对来自含氢气体供给单元1的含氢气体中相对于氢气的重组分气体进行变压吸附,获得含氢中间产品气;
氢气吸收单元3,用于对所述含氢中间产品气中的氢气进行吸收;
气体回流管线4,用于将氢气吸收单元3中未被吸收的气体输送至含氢气体供给单元1,并与其中含有的气体混合后作为所述含氢气体。
本发明中,所述含氢气体(原料气)可以为任意的含有氢气的气体,一般为通常用来制备高纯氢气的含有氢气的原料气。例如,所述含氢气体(原料气)可以为含氢浓度在20-85体积%的各种工业排放尾气,如甲醇驰放气、焦炉煤气尾气、氯碱行业含氢尾气等。
本发明中,所述变压吸附单元2优选包括至少2个并联的变压吸附塔,在该优选的情况下,可以实现含氢气体的连续性分离,也即,当其中1个或几个变压吸附塔再生时,另外的变压吸附塔可以处于工作状态,由此可以实现含氢气体的持续分离,大大缩短了分离时间。
此外,所述变压吸附塔中装填有可以特异性吸附含氢气体中相对于氢气的重组分气体的填料(吸附剂)。所述填料的种类可以根据原料气的组成而进行具体的选择,可以为一种,也可以为多种,例如,可以选自活性炭、分子筛、硅胶、碳分子筛、活性氧化铝、沸石及各种改性吸附剂。例如,当所述原料气为氢气与二氧化碳混合气时,所述填料可以为活性炭;当所述原料气为氢气与氮气或者氩气的混合气时,所述填料可以活性炭和/或5A分子筛。本发明在此不再一一列举。
其中,对所述重组分的吸附压力也可以根据原料气的组成而进行具体的调整,优选的,所述吸附压力为0.15-5MPa。例如,当所述原料气为甲醇驰放气尾气时,所述吸附压力可以为1.0-3.0MPa;当所述原料气为焦炉煤气尾气时,所述吸附压力可以为0.15-1.0MPa。本发明在此不再一一列举。
本发明中,提供所述变压吸附单元2中吸附压力的方法没有特别的限制,例如,可以通过将产品气逆向通入到所述变压吸附单元2中提供所述吸附压力,也可以将含氢气体(原料气)通入到所述变压吸附单元2中提供所述吸附压力,还可以将所述含氢中间产品气通入到所述变压吸附单元2中提供所述吸附压力,也可以是这些种类的气体组合提供。当整个工艺运行时,可以通过原料气的进料压力以及中间产品的出料压力的压力差来提供所述吸附压力。
本发明中,所述氢气吸收单元3优选包括至少2个并联的氢气吸收塔,在该优选的情况下,可以实现含氢气体的连续性分离,也即,当其中1个或几个氢气吸收塔进行杂质气体的放空以及氢气的解析时,另外的氢气吸收塔可以处于工作状态,由此可以实现含氢气体的持续分离,大大缩短了分离时间。
此外,所述氢气吸收塔中装填有可以与含氢气发生反应形成金属氢化物的储氢合金。所述储氢合金可以为常规的用于与氢气发生反应的各种储氢合金,本发明优选稀土系储氢合金、AB型钛基储氢合金、钒基固溶体型储氢合金、镁基储氢合金和AB2型Laves相钛系储氢合金中的至少一种。
其中,对氢气与储氢合金反应的条件可以常规选择,优选的,为了实现氢气最大效率的吸收反应以及脱除其他杂质气体,在所选储氢合金的储氢特定工作温度下(例如,0-250℃)的平台压(0.5-5MPa)以上进行氢气吸收。其中,对于每种储氢合金的特定工作温度以及平台压均是本领域技术人员所公知的,本发明在此不再赘述。
本发明中,对氢气吸收单元3中的氢气进行解析的方式可以包括室温(5-40℃)降压解析、升温降压解析和真空解析,还可以在所选储氢合金的储氢特定工作温度下的平台压以下进行氢气的解析。
根据本发明,为了能够有效地对氢气吸收单元3中未被吸收的气体进行回收并作为部分所述含氢气体,在所述气体回流管线4上还设置有增压泵5,以将从氢气吸收单元3中放空出来的未被吸收的气体回收至所述含氢气体供给单元1。其中,所述气体回流管线4为设置在所述氢气吸收单元3下游管线上的第一分支管线。
根据本发明,为了进一步提高最终所得产品气氢气的纯度,所述装置还优选包括设置在氢气吸收单元3的下游管线的第二分支管线上的真空泵,以在所述增加泵5将放空的未被吸收的气体回收至所述含氢气体供给单元1后,对所述氢气吸收单元3进行抽真空,以进一步排出其中未被吸收的气体。
根据本发明,在所述变压吸附单元2的下游还设置有用于排放变压吸附单元2中吸附的所述重组分的废气管线7。
其中,对于重组分的解析方式可以参照本领域公知的变压吸附中对变压吸附单元进行再生的方式,例如,通过用减压(抽真空)或常压解吸的方法。
根据本发明的第二方面,提供了一种由含氢气体制备高纯氢气的方法,该方法包括:
(1)变压吸附单元2吸附:
在相对于氢气的重组分气体的吸附压力下,将所述含氢气体中的相对于氢气的重组分气体在变压吸附单元2中进行吸附,获得含氢中间产品气;
(2)氢气吸收单元3吸收:
将所述含氢中间产品气在氢气吸收单元3中与储氢合金接触,以对所述含氢中间产品气中的氢气进行吸收;
(3)氢气吸收单元3顺向放空:
将氢气吸收单元3中未被吸收的气体排出;
(4)解析产品气:
在解析条件下,将顺向放空后的氢气吸收单元3中吸收的氢气进行解析,获得产品气;
其中,所述含氢气体含有所述未被吸收的气体。
如上已经详细了介绍了由含氢气体制备高纯氢气的工艺装置、工艺条件以及优选方案,为了避免不必要的重复,本发明在此不再赘述。
根据本发明,为了提高氢气的回收率,优选的,先将所述变压吸附单元2吸附剂外的所述中间产品气均压至另外的存储单元,当所述变压吸附单元包括2个以上的变压吸附塔时,所述另外的存储单元可以为另外的变压吸附塔。待对外均压结束后,可以打开变压吸附单元2与废气管线7之间的程控阀,例如,A-1-2或A-2-2对其吸附的重组分进行排放,以完成变压吸附单元2的逆向放空。
根据本发明,为了完成下一个循环的吸附,还包括对逆向放空的变压吸附单元进行吹扫再生、升压以及终生压。其中,所述吹扫再生优选使用得到的含氢中间产品气,当所述变压吸附单元2包括2个以上的变压吸附塔时,吹扫气来自另外的变压吸附塔。待吹扫再生后,对变压吸附单元的升压可以采用对外均压流出的中间产品气进行均升压,当所述变压吸附单元2包括2个以上的变压吸附塔时,可以采用正在对外均压的变压吸附塔释放出来的中间产品气进行均升压。均升压结束后,可以采用产品气逆向通入到所述变压吸附单元2中提供吸附压力,也可以将含氢气体(原料气)通入到所述变压吸附单元2中提供吸附压力,还可以将所述含氢中间产品气通入到变压吸附单元2中提供所述吸附压力,也可以是这些种类的气体组合提供。本发明优选采用含氢气体(原料气)通入到所述变压吸附单元2中提供吸附压力。
根据本发明,当所述变压吸附单元2包括至少2个并联的变压吸附塔,所述氢气吸收单元3包括至少2个并联的氢气吸收塔时,可以通过合理的安排每个塔的工作时序,使得整个系统一直处于连续的工作状态,从而使得生产效率大大提升。其中,以所述变压吸附单元2包括2个并联的变压吸附塔A-1和A-2,所述氢气吸收单元3包括2个并联的氢气吸收塔B-1和B-2为例来说明保持系统持续运行的方式,具体每个塔的工作时序参见表1。
其中,A-1塔中吹扫再生以及升压的含氢中间产品气来自A-2塔,A-2塔中吹扫再生以及升压的含氢中间产品气来自A-1塔;所述升压为均升压。
本发明中,气流在各单元之间的流动可以通过设置在管线上的程控阀来控制,例如,结合图1对本发明的一种具体的实施方式进行说明,
(1-1)吸附塔-吸附:开启程控阀A-1-1、A-1-3,原料气经由A-1-1进入吸附塔A-1,原料气中重组分吸附质在吸附压力下被吸附剂吸附。当重组分物质的吸附前沿到达吸附塔某一位置时关闭阀A-1-1、A-1-3,原料气停止输入吸附塔A-1,塔内保持吸附时的压力。
(1-2)吸收塔-吸收:打开阀门A-1-3的同时,打开程控阀门B-1-4,未被吸附的轻组分通过阀A-1-3、B-1-4进入吸收塔B-1内,未被吸附的轻组份中氢气被储氢合金吸收,而少量的未被吸附的杂质气体处于B-1塔内体相内。当吸附结束后,关闭A-1-3、B-1-4阀门的同时,关闭程控阀B-1-3。
(2-1)吸附塔-对外均压:将A-1塔吸附步骤停止后,即开启程控阀A-1-3和A-2-3,使A-1塔出口端与结束吹扫再生的A-2塔出口端相连通,A-1塔内死空间气体由A-1塔出口端经A-1-3和A-2-3阀,从A-1塔出口端流入A-2塔。该步骤结束时,A-1和A-2两塔压力基本上达到平衡。
(2-2)吸收塔-顺向放空:B-1塔吸收完成后,打开程控阀门B-1-2,吸收塔体相中未被吸收气体顺向泄压放空,而放空的气体通过增加泵5回收至含氢气体供给单元1内,顺向放空结束后关闭阀门B-1-2。
(3-1)吸附塔-逆向放空:A-1塔均压降步骤结束后,关闭程控阀A-1-3和A-2-3阀,打开程控阀A-1-2,塔内被吸附的重组分气体逆向放空,逆放气通过阀A-1-2作为废气排放,在此过程中大部分被吸附的重组分吸附质脱附了出来,吸附剂得到一定程度的再生。逆放步骤结束时,吸附塔A-1塔内压力应基本接近常压。
(3-2)吸收塔-抽真空:为了提高产品气中氢气的纯度,增加吸收塔真空步骤。打开阀门B-1-3,将体相中残存的气体进一步脱除,达到一定真空度后,关闭程控阀B-1-3。
(4-1)吸附塔-吹扫再生:逆向放压步骤结束后,开启A-1-3、A-2-3和A-1-2,并且调节阀门A-1-3开度,使A-1塔出口端与吸附塔A-2出口端相连通,A-2塔部分产品气由A-2塔出口端经A-2-3、A-1-3和A-1-2阀,从A-2塔出口端流入A-1塔,作为再生废气排除系统外。该步骤结束时,关闭阀A-1-3、A-2-3和A-1-2,A-1塔再生完成。
(4-2)吸收塔-解析产品气:开启程控阀B-1-1,储氢合金吸收塔B-1与产品气管路联通,氢气解析进入产品气管路,当氢气解析结束后关闭阀门B-1-1。
(5)吸附塔-均升压:开启程控阀A-1-3和A-2-3,使再生完成的A-1塔出口端与完成吸附的A-2塔出口端相连通,A-2塔内死空间气体由A-2塔出口端经A-1-3和A-2-3阀,从A-2塔出口端流入A-1塔。该步骤结束时,A-1和A-2两塔压力基本上达到平衡。
(6)吸附塔-终升压:打开阀门A-1-1,保持程控阀A-1-3关闭,直至压力达到吸附压力。
(7)吸收塔-等待:为了与吸附塔配合形成周期性操作,在吸附塔处于均升压和终升压的两步骤时,吸收塔B-1相关的阀门全部处于常闭状态,等待下一轮的吸附、吸收循环过程。
其中,本申请需要说明的是,在如上的每步骤中,除了描述的打开的阀门外,其余阀门均处于关闭状态。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的由含氢气体制备高纯氢气的工艺
含氢气体为氢气与氮气所组成的混合气体,具体组成为氢气含量55%,氮气45%,结合图1进行说明。
(1-1)吸附塔-吸附:开启程控阀A-1-1、A-1-3,在吸附压力下,原料气经由A-1-1进入吸附塔A-1,原料气中重组分吸附质在吸附压力下被吸附剂吸附。当重组分物质的吸附前沿到达吸附塔某一位置时关闭阀A-1-1、A-1-3,原料气停止输入吸附塔A-1,塔内保持吸附时的压力。
其中,原料气的进气压力为1.5MPa,中间产品气的出气压力为1.5MPa,使得变压吸附单元1中的吸附压力得以维持,其中,所述吸附剂为5A分子筛。
(1-2)吸收塔-吸收:打开阀门A-1-3的同时,打开程控阀门B-1-4,未被吸附的轻组分通过阀A-1-3、B-1-4进入吸收塔B-1内,在室温条件下,未被吸附的轻组份中氢气被B-1内储氢合金为稀土系AB5合金吸收,而少量的未被吸附的杂质气体处于B-1塔内体相内。当吸附结束后,关闭A-1-3、B-1-4阀门的同时,关闭程控阀B-1-3。
(2-1)吸附塔-对外均压:将A-1塔吸附步骤停止后,即开启程控阀A-1-3和A-2-3,使A-1塔出口端与结束吹扫再生的A-2塔出口端相连通,A-1塔内死空间气体由A-1塔出口端经A-1-3和A-2-3阀,从A-1塔出口端流入A-2塔。该步骤结束时,A-1和A-2两塔压力基本上达到平衡。
(2-2)吸收塔-顺向放空:B-1塔吸收完成后,打开程控阀门B-1-2,在室温下低于1MPa条件下,吸收塔体相中未被吸收气体顺向泄压放空,而放空的气体通过增加泵5回收至含氢气体供给单元1内,顺向放空结束后关闭阀门B-1-2。
(3-1)吸附塔-逆向放空:A-1塔均压降步骤结束后,关闭程控阀A-1-3和A-2-3阀,打开程控阀A-1-2,塔内被吸附的重组分气体逆向放空,逆放气通过阀A-1-2作为废气排放,在此过程中大部分被吸附的重组分吸附质脱附了出来,吸附剂得到一定程度的再生。逆放步骤结束时,吸附塔A-1塔内压力应基本接近常压。
(3-2)吸收塔-抽真空:为了提高产品气中氢气的纯度,增加吸收塔真空步骤。打开阀门B-1-3,将体相中残存的气体进一步脱除,达到一定真空度后,关闭程控阀B-1-3。
(4-1)吸附塔-吹扫再生:逆向放压步骤结束后,开启A-1-3、A-2-3和A-1-2,并且调节阀门A-1-3开度,使A-1塔出口端与吸附塔A-2出口端相连通,A-2塔部分产品气由A-2塔出口端经A-2-3、A-1-3和A-1-2阀,从A-2塔出口端流入A-1塔,作为再生废气排除系统外。该步骤结束时,关闭阀A-1-3、A-2-3和A-1-2,A-1塔再生完成。
(4-2)吸收塔-解析产品气:开启程控阀B-1-1,储氢合金吸收塔B-1与产品气管路联通,氢气解析进入产品气管路,当氢气解析结束后关闭阀门B-1-1。
(5)吸附塔-均升压:开启程控阀A-1-3和A-2-3,使再生完成的A-1塔出口端与完成吸附的A-2塔出口端相连通,A-2塔内死空间气体由A-2塔出口端经A-1-3和A-2-3阀,从A-2塔出口端流入A-1塔。该步骤结束时,A-1和A-2两塔压力基本上达到平衡。
(6)吸附塔-终升压:打开阀门A-1-1,保持程控阀A-1-3关闭,直至压力达到吸附压力。
(7)吸收塔-等待:为了与吸附塔配合形成周期性操作,在吸附塔处于均升压和终升压的两步骤时,吸收塔B-1相关的阀门全部处于常闭状态,等待下一轮的吸附、吸收循环过程。
其中,本申请需要说明的是,在如上的每步骤中,除了描述的打开的阀门外,其余阀门均处于关闭状态。
原料气纯化结束后,氢气的回收率为95%,纯度在99.9999%以上。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的由含氢气体制备高纯氢气的工艺
按照实施例1的方法进行工艺进行高纯氢气的制备,不同的是,气体回流管线上4不设置有增压泵5。
原料气纯化结束后,氢气的回收率为80%,纯度在99.9999%以上。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的由含氢气体制备高纯氢气的工艺
按照实施例1的方法进行工艺进行高纯氢气的制备,不同的是,不设置真空泵6。
原料气纯化结束后,氢气的回收率为90%,纯度在99.999%以上。
对比例1
本对比例用于说明参比的由含氢气体制备高纯氢气的工艺
按照实施例1的方法进行工艺进行高纯氢气的制备,不同的是,不设置氢气吸收单元3,也即只进行变压吸附。
原料气纯化结束后,氢气的回收率为67%,纯度在99.99%以上。
对比例2
本对比例用于说明参比的由含氢气体制备高纯氢气的工艺
按照实施例1的方法进行工艺进行高纯氢气的制备,不同的是,不设置变压吸附单元2,也即只进行原料气的储氢合金吸收反应。
原料气纯化结束后,氢气的回收率为95%,纯度在99.999%以上。
虽然对比例2与实施例1的氢气回收率接近,但是该对比例的工艺过程仅适用于99%浓度以上的氢气进一步精制,对于低浓度含氢气的原料气而言,该工艺会缩短储氢化合物的寿命,且无法获得99.999%以上纯度的氢气。
对比例3
按照实施例1的方法进行工艺进行高纯氢气的制备,不同的是,氢气吸收单元3中未被吸收的气体不输送至含氢气体供给单元1。
原料气纯化结束后,氢气的回收率为67%,纯度在99.999%以上。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种由含氢气体制备高纯氢气的装置,该装置按照物流的走向,依次置包括:
含氢气体供给单元(1);
变压吸附单元(2),用于对来自含氢气体供给单元(1)的含氢气体中相对于氢气的重组分气体进行变压吸附,获得含氢中间产品气;
氢气吸收单元(3),用于对所述含氢中间产品气中的氢气进行吸收;
气体回流管线(4),用于将氢气吸收单元(3)中未被吸收的气体输送至含氢气体供给单元(1),并与其中含有的气体混合后作为所述含氢气体。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,所述变压吸附单元(2)包括至少2个并联的变压吸附塔,所述氢气吸收单元(3)包括至少2个并联的氢气吸收塔。
3.根据权利要求1或2所述的装置,其中,所述气体回流管线(4)为所述氢气吸收单元(3)的下游管线的第一分支管线,所述气体回流管线(4)上还设置有增压泵(5);
优选的,在所述氢气吸收单元(3)的下游管线的第二分支管线上还设置有真空泵(6)。
4.根据权利要求1所述的装置,其中,在所述变压吸附单元(2)的下游还设置有用于排放变压吸附单元(2)中吸附的所述重组分的废气管线(7)。
5.一种由含氢气体制备高纯氢气的方法,其特征在于,该方法包括:
(1)变压吸附单元(2)吸附:
在相对于氢气的重组分气体的吸附压力下,将所述含氢气体中的相对于氢气的重组分气体在变压吸附单元(2)中进行吸附,获得含氢中间产品气;
(2)氢气吸收单元(3)吸收:
将所述含氢中间产品气在氢气吸收单元(3)中与储氢合金接触,以对所述含氢中间产品气中的氢气进行吸收;
(3)氢气吸收单元(3)顺向放空:
将氢气吸收单元(3)中未被吸收的气体排出;
(4)解析产品气:
在解析条件下,将顺向放空后的氢气吸收单元(3)中吸收的氢气进行解析,获得产品气;
其中,所述含氢气体含有所述未被吸收的气体。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,该方法在步骤(3)和步骤(4)之间还包括对顺向放空后的氢气吸收单元(3)进行抽真空再次放空。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其中,所述变压吸附单元(2)包括至少2个并联的变压吸附塔,所述氢气吸收单元(3)包括至少2个并联的氢气吸收塔;
其中,所述变压吸附单元(2)以及氢气吸收单元(3)的工作时序设置使得所述由含氢气体制备高纯氢气连续进行。
8.根据权利要求5-7中任意一项所述的方法,其中,该方法还包括对吸附有所述重组分的变压吸附单元(2)进行对外均压;然后将吸附的重组分排出以对所述变压吸附单元(2)进行逆向放空;
优选的,该方法还包括:
吹扫再生:向逆向放空后的变压吸附单元(2)引入所述含氢中间产品气以对所述变压吸附单元(2)进行吹扫再生;
升压:向吹扫再生后的变压吸附单元(2)再次引入所述含氢中间产品气以对所述变压吸附单元(2)进行升压;
终升压:向升压后的变压吸附单元(2)引入所述含氢气体进行终升压以使所述变压吸附单元(2)达到吸附压力;
进一步优选的,所述变压吸附单元(2)包括2个并联的变压吸附塔A-1和A-2,所述氢气吸收单元(3)包括2个并联的氢气吸收塔B-1和B-2;该方法按照下表中的时序进行操作;
其中,A-1塔中吹扫再生以及升压的含氢中间产品气来自A-2塔,A-2塔中吹扫再生以及升压的含氢中间产品气来自A-1塔;所述升压为均升压。
9.根据权利要求5-8中任意一项所述的方法,其中,所述相对于氢气的重组分气体的吸附压力为0.15-5MPa;
优选的,所述变压吸附单元(1)中的吸附剂选自活性炭、分子筛、硅胶、碳分子筛、活性氧化铝及各种改性吸附剂。
10.根据权利要求5-9中任意一项所述的方法,其中,所述储氢合金选自稀土系储氢合金、AB型钛基储氢合金、钒基固溶体型储氢合金、镁基储氢合金和AB2型Laves相钛系储氢合金。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112557524A (zh) * 2020-10-26 2021-03-26 湖北葛化中极氢能源有限公司 一种氯碱尾气提氢装置的分析系统
CN113148955A (zh) * 2021-03-19 2021-07-23 南京宝雅气体有限公司 一种高纯氢气变压吸附制氢系统
CN114300719A (zh) * 2021-12-27 2022-04-08 中汽创智科技有限公司 一种氢气回收装置及燃料电池系统测试台架
CN116812869A (zh) * 2022-03-22 2023-09-29 国家能源投资集团有限责任公司 含h2和co2的混合气的纯化方法和系统及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1299701A (zh) * 1999-11-03 2001-06-20 普拉塞尔技术有限公司 用于生产氢的变压吸附方法
CN101371966A (zh) * 2007-08-23 2009-02-25 四川省达科特化工科技有限公司 从炼油厂干气回收乙烯和氢气的变压吸附新工艺
CN102015974A (zh) * 2008-02-20 2011-04-13 Gtl汽油有限公司 处理氢气和一氧化碳的系统和方法
CN102343196A (zh) * 2011-07-08 2012-02-08 杭州普菲科空分设备有限公司 一段法变压吸附提氢并回收富碳气的方法及装置
WO2018037481A1 (ja) * 2016-08-23 2018-03-01 株式会社ジャパンブルーエナジー バイオマス熱分解ガスからの水素回収方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1299701A (zh) * 1999-11-03 2001-06-20 普拉塞尔技术有限公司 用于生产氢的变压吸附方法
CN101371966A (zh) * 2007-08-23 2009-02-25 四川省达科特化工科技有限公司 从炼油厂干气回收乙烯和氢气的变压吸附新工艺
CN102015974A (zh) * 2008-02-20 2011-04-13 Gtl汽油有限公司 处理氢气和一氧化碳的系统和方法
CN102343196A (zh) * 2011-07-08 2012-02-08 杭州普菲科空分设备有限公司 一段法变压吸附提氢并回收富碳气的方法及装置
WO2018037481A1 (ja) * 2016-08-23 2018-03-01 株式会社ジャパンブルーエナジー バイオマス熱分解ガスからの水素回収方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
编辑委员会: "《化工百科全书第3卷》", 31 March 1993, 化学工业出版社 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112557524A (zh) * 2020-10-26 2021-03-26 湖北葛化中极氢能源有限公司 一种氯碱尾气提氢装置的分析系统
CN113148955A (zh) * 2021-03-19 2021-07-23 南京宝雅气体有限公司 一种高纯氢气变压吸附制氢系统
CN114300719A (zh) * 2021-12-27 2022-04-08 中汽创智科技有限公司 一种氢气回收装置及燃料电池系统测试台架
CN114300719B (zh) * 2021-12-27 2024-03-01 中汽创智科技有限公司 一种氢气回收装置及燃料电池系统测试台架
CN116812869A (zh) * 2022-03-22 2023-09-29 国家能源投资集团有限责任公司 含h2和co2的混合气的纯化方法和系统及其应用

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