專利名稱：一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及到一種變壓吸附制氫裝置，尤其涉及到一種能極大提高富碳氣回收率的一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的方法及裝置。
背景技術(shù)：
針對焦爐煤氣轉(zhuǎn)化制甲醇或聯(lián)產(chǎn)合成氨(或需氫產(chǎn)品)的類似裝置中，原料氣中含有氫氣、二氧化碳、一氧化碳、氮氣等氣體成分，一般采用二段法制氫方法，即先將原料氣經(jīng)變壓吸附脫碳流程處理得到粗氫氣，脫碳流程中解析出來的含碳氣體(富碳氣)返回甲醇系統(tǒng)，再將粗氫氣通過分子篩變壓吸附提氫流程處理而得到較高純度的成品氫氣，提氫流程中解析出來的氣體直接送去燃料管網(wǎng)或排空，如中國專利號為CN200610022102.9的、 名稱為一種高收率甲醇重整制氫方法的發(fā)明專利，包括將甲醇與水混合后增壓送入汽化過熱器，達到反應溫度后進入轉(zhuǎn)化器，在催化劑作用下重整生成轉(zhuǎn)化氣，再將該轉(zhuǎn)化氣冷卻至常溫，將該轉(zhuǎn)化氣凈化處理后送入一套裝有脫碳吸附劑的變壓吸附脫碳裝置中脫去二氧化碳，得到含有H2、C0、CH4的脫碳粗氫氣，再將該脫碳粗氫氣送入一套以分子篩為主要吸附劑的變壓吸附提氫裝置中脫去所有雜質(zhì)即得到產(chǎn)品氫氣，提氫裝置中的尾氣增壓后并入來自汽化過熱器的甲醇與水的混合氣體進入轉(zhuǎn)化器，脫碳裝置中的尾氣直接排放，該種方法雖可大幅度提高氫氣總的收率，降低制氫成本，但由于采用二段法，對設備的投資較大，裝置占地面積大，而一氧化碳回收率較低，約為15%，高純氫的回收率也較低，約為91%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決二段法提氫設備投資大、氫氣回收率較低、一氧化碳和二氧化碳的回收率低、制氫成本高的技術(shù)問題；提供一種可充分回收一氧化碳和二氧化碳、氫氣純度高、總氫回收率高、設備投資少、占地面積小、裝置總體經(jīng)濟效益好的一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的方法及裝置。為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明主要是采用下述技術(shù)方案
一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的方法，采用變壓吸附原理從甲醇合成弛放氣中提取高純度的氫氣作為產(chǎn)品氣，同時回收脫附過程中產(chǎn)生的高純度富碳氣作為甲醇裝置的原料氣，而且產(chǎn)生的較高濃度的順放氫氣返回至甲醇系統(tǒng)，低濃度的順放置換氣作為燃料氣排入燃料管網(wǎng)，其工藝流程中的每一循環(huán)均包括吸附過程、均壓降壓過程、順放過程、置換過程、逆放過程、抽真空過程、均壓升壓過程和終沖過程，具體工藝流程如下
a)吸附過程經(jīng)原料氣單元處理后的甲醇合成弛放氣通過進口程控閥進入變壓吸附提氫單元中正處于吸附狀態(tài)的吸附塔內(nèi)，在多種吸附劑的依次選擇性吸附下，將甲醇合成弛放氣中的H20、醇類、CO2, CO、CH4, N2等組分吸附下來，未被吸附的氫氣等組分從塔頂通過產(chǎn)品氣程控閥流入產(chǎn)品氣管，輸入至產(chǎn)品氣單元中的氫氣緩沖罐內(nèi)；
b)均壓降壓過程在吸附過程結(jié)束后，通過均壓程控閥，順著吸附方向?qū)⑽剿?nèi)的較高壓力的氫氣排放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔內(nèi)，該過程不僅是降壓過程，更是回收吸附床層死空間內(nèi)氫氣的過程，本過程可包括多次降壓步驟以保證氫氣的充分回收；
C)順放過程在均壓降壓過程結(jié)束后，將吸附塔內(nèi)還有一定壓力的氫氣順放送出，通過順放氣程控閥和順放氫氣控制閥進入順放氫氣儲氣罐，重新回送到甲醇系統(tǒng)，此過程可以將吸附床死空間的較低壓力氫氣回收從而提高裝置的總氫回收率；
d)置換過程順放過程結(jié)束后，來自置換氣儲氣罐內(nèi)較高壓力的富碳氣通過置換程控閥進入吸附塔底部，將吸附床內(nèi)的氮氣和甲烷順放置換出來，置換出來的氣體通過順放氣程控閥和燃料氣控制閥輸出至燃料管網(wǎng)，此過程可將吸附層中的氮氣和甲烷置換出來，提高吸附塔內(nèi)的二氧化碳和一氧化碳的濃度，也提高了解析氣中的二氧化碳和一氧化碳的含量，有效地降低解析氣中氮氣組份的含量；
e)逆放過程在置換過程結(jié)束后，將吸附塔內(nèi)還有一定壓力的氣體通過置換程控閥逆排至逆放氣緩沖罐，并通過壓力調(diào)節(jié)閥送入解析氣混合罐，此時吸附塔內(nèi)的氣體壓力降至常壓；
f)抽真空過程在逆放過程結(jié)束后，真空泵通過抽真空程控閥對吸附塔進行抽真空，吸附塔內(nèi)的壓力進一步降低，使被吸附的組份完全脫附出來，脫附氣直接送至解析氣混合罐， 解析氣混合罐內(nèi)的一部分脫附氣被壓縮機吸入并壓縮升壓后進入置換氣儲氣罐，作為較高壓力的富碳氣為置換過程作好準備，剩余的脫附氣則作為富碳氣輸出重新成為甲醇裝置的原料氣；
g)均壓升壓過程在抽真空過程結(jié)束后，用來自其他吸附塔內(nèi)的較高壓力氫氣對該吸附塔進行持續(xù)升壓，包括多次升壓步驟以保證氫氣的充分回收，該過程與均壓降壓過程相對應；
h)終沖過程在均壓升壓過程結(jié)束后，為了使吸附塔可以平穩(wěn)切換至下一次吸附過程并保證產(chǎn)品氫氣壓力在這一過程中不發(fā)生波動，通過終沖程控閥將產(chǎn)品氣緩慢而平穩(wěn)地送入吸附塔內(nèi)，使吸附塔內(nèi)的壓力升至吸附壓力，保證產(chǎn)品升壓過程充分和減少吸附壓力波動的影響；
i)若干個吸附塔交替順序進行以上的吸附一再生操作過程，即可實現(xiàn)對甲醇合成弛放氣的連續(xù)分離與提純的目的?！畏ㄗ儔何教釟洳⒒厥崭惶細獾难b置，包括原料氣單元、變壓吸附提氫單元、 產(chǎn)品氣單元、順放氣單元和解析氣單元，甲醇合成弛放氣經(jīng)原料氣單元處理后進入變壓吸附提氫單元，提取出高純氫氣并輸出至產(chǎn)品氣單元，脫附產(chǎn)生的氣體經(jīng)解析氣單元處理后， 一部分脫附氣作為置換氣重新進入變壓吸附提氫單元，另一部分作為富碳氣回送至甲醇系統(tǒng)，針對甲醇合成弛放氣，通過該裝置的變壓吸附提氫工藝，可提取高純度的氫氣，同時得到高含量的富碳氣回送至甲醇系統(tǒng)。 作為優(yōu)選，所述原料氣單元包括進口調(diào)節(jié)閥、超壓調(diào)節(jié)閥、計量閥和氣液分離器， 甲醇合成弛放氣通過進口調(diào)節(jié)閥降低壓力，并經(jīng)計量閥計算流量后進入氣液分離器處理， 處理后的原料氣進入變壓吸附提氫單元，原料氣經(jīng)過降壓和氣液分離處理后，達到了變壓吸附提氫工藝的要求。
作為優(yōu)選，所述變壓吸附提氫單元包括若干吸附塔和相應的程控閥，變壓吸附提氫單元設有原料氣進口管、吸附塔出口管、產(chǎn)品氣管、均壓管、順放氣管、終沖氣管、吸附塔逆放管、解析氣管和抽真空管，所述原料氣進口管與吸附塔底部的吸附塔逆放管之間設有進口程控閥，甲醇合成弛放氣通過進口程控閥進入吸附塔，所述產(chǎn)品氣管與吸附塔頂部的吸附塔出口管之間設有產(chǎn)品氣程控閥，變壓吸附提取的高純氫通過產(chǎn)品氣程控閥流入產(chǎn)品氣管，并輸出到產(chǎn)品氣單元，所述的均壓管與吸附塔出口管之間設有均壓程控閥，結(jié)束吸附過程的吸附塔內(nèi)較高壓力的氫氣可通過相應的均壓程控閥流入到結(jié)束再生的較低壓力的吸附塔內(nèi)，所述的順放氣管與吸附塔出氣管之間設有順放氣程控閥，變壓吸附過程中的順放氣通過順放氣程控閥流入順放氣管并輸出至順放氣單元，所述終沖氣管與吸附塔出口管之間設有 終沖程控閥，來自產(chǎn)品氣單元的產(chǎn)品氣可通過終沖程控閥流入吸附塔內(nèi)完成升壓，所述解析氣管與吸附塔逆放管之間設有置換程控閥，脫附氣體可通過置換程控閥流入解析氣管并排出至解析氣單元，同時，置換氣也可通過置換程控閥流入吸附塔逆放管并進入吸附塔內(nèi)對吸附劑進行置換，所述抽真空管與吸附塔逆放管之間設有抽真空程控閥，吸附塔內(nèi)的殘余脫附氣體通過抽真空程控閥進入抽真空管并排出至解析氣單元，通過控制各程控閥，使不同的吸附塔工作在不同的階段，保證吸附塔的吸附和再生過程連續(xù)和平穩(wěn)，吸附床內(nèi)死空間的氫氣可輸送至另外的吸附塔內(nèi)，各組分的氣體均得到回收和利用，裝置的總氫回收率高，通過利用富碳氣對吸附床的置換，可提高解析氣中一氧化碳和二氧化碳的濃度，降低解析氣中的含氮量，達到回收解析氣的目的。作為優(yōu)選，所述吸附塔的數(shù)量為6臺 12臺，多塔循環(huán)作業(yè)形成吸附一再生過程中的多次均壓，既回收了吸附床死空間內(nèi)的高純度氫氣，極大提高了氫氣的回收率，又減少了吸附床內(nèi)的壓力波動，延長了吸附劑的使用壽命，用戶可根據(jù)實際需要和經(jīng)濟指標，合理選用吸附塔的數(shù)量。作為優(yōu)選，所述吸附塔內(nèi)設有一種或多種吸附劑，所述多種吸附劑按吸附性能依次分層裝填組成復合吸附床，不同種類的吸附劑對應吸附不同的氣體組分，可充分吸附甲醇合成弛放氣中的各氣體組分，氣體分離效果好并進而提升了裝置總氫回收率和富碳氣回收率，提高了經(jīng)濟效益。作為優(yōu)選，所述產(chǎn)品氣單元包括氫氣緩沖罐、氫氣壓力調(diào)節(jié)閥和終沖氣壓力調(diào)節(jié)閥，所述氫氣壓力調(diào)節(jié)閥一端與產(chǎn)品氣管連接，另一端與氫氣緩沖罐連接，所述終沖氣壓力調(diào)節(jié)閥一端與產(chǎn)品氣管連接，另一端與終沖氣管連接，保證了產(chǎn)品氫氣的壓力平穩(wěn)，滿足使用需要，同時，調(diào)節(jié)終沖氣使結(jié)束再生吸附塔的壓力能平穩(wěn)升至吸附壓力，減少壓力波動對吸附過程和吸附劑的影響。作為優(yōu)選，所述的順放氣單元包括順放氫氣控制閥、燃料氣控制閥和順放氫氣儲氣罐，所述順放氫氣控制閥一端與順放氣管連接，另一端與順放氫氣儲氣罐連接，所述燃料氣控制閥一端與順放氣管連接，另一端與燃料管網(wǎng)連接，將吸附床死空間內(nèi)的較高壓力的氫氣重新回收，回送至甲醇系統(tǒng)，提高了裝置總氫回收率，而置換出來的含有氮氣、甲烷的低壓氣體，可作為燃料氣送至燃料管網(wǎng)，充分利用，經(jīng)濟效益好。作為優(yōu)選，所述解析氣單元包括真空泵、壓縮機、置換氣儲氣罐、逆放氣儲氣罐和解析氣混合罐，所述解析氣混合罐分別設有兩個進口與兩個出口，所述逆放氣儲氣罐的出口與解析氣混合罐的進口之間設有壓力調(diào)節(jié)閥，所述壓力調(diào)節(jié)閥的一端與逆放氣儲氣罐連接，另一端與解析氣混合罐連接，逆放氣儲氣罐的進口通過脫附氣控制閥與解析氣管連接， 解析氣混合罐的另一個進口與真空泵的出口連接，真空泵的進口與抽真空管連接，所述壓縮機吸氣口與解析氣混合罐的一個出口連接，壓縮機的排氣口與置換氣儲氣罐連接，置換氣儲氣罐的另一端通過置換氣控制閥與解析氣管連接，吸附過程脫附出來的富含二氧化碳和一氧化碳的脫附氣經(jīng)過二次調(diào)節(jié)后，一部分被壓縮機壓縮并送入置換氣儲氣罐，作為置換吸附床內(nèi)氮氣、甲烷等氣體的置換氣，可提高脫附氣的一氧化碳和二氧化碳含量，降低脫附氣中氮氣的含量，又可以在解析氣中得到高純度的富碳氣，回送至甲醇系統(tǒng)，真空脫附的再生效果好，能提高產(chǎn)品收率高和解析氣的純度。作為優(yōu)選，所述置換氣儲氣罐與置換氣控制閥之間設有置換氣流量閥，可實時檢測置換氣的流量。
本發(fā)明的有益效果是與常規(guī)二段變壓吸附法相比
①、采用此種方法可以達到投資省，性價比高；
②、裝置總氫回收率高，^98% ；
③、產(chǎn)品氫氣回收率高，彡94%( C0+C02彡10PPM)；
④、一氧化碳回收率高，^80% (含氮量< 5%)，有利于甲醇增產(chǎn)；
⑤、工藝指標穩(wěn)定可靠，操控性強；
⑥、 裝置布局合理，占地面積小。


圖1是本發(fā)明的一種工藝流程框圖； 圖2是本發(fā)明的一種裝置示意圖3是本發(fā)明的一種工藝流程時序表； 圖4是本發(fā)明的一種工藝流程操作參數(shù)表；
圖中1.原料氣單元，11.進口調(diào)節(jié)閥，12.超壓調(diào)節(jié)閥，13.計量閥，14.氣液分離器， 2.變壓吸附提氫單元，21.吸附塔，22.原料氣進口管，23.吸附塔出口管，24.產(chǎn)品氣管， 25.均壓管，26.順放氣管，27.終沖氣管，28.吸附塔逆放管，29.解析氣管，30.抽真空管， 31.進口程控閥，32.產(chǎn)品氣程控閥，33.均壓程控閥，34.順放氣程控閥，35.終沖程控閥， 36.置換程控閥，37.抽真空程控閥，4.產(chǎn)品氣單元，41.氫氣緩沖罐，42.氫氣壓力調(diào)節(jié)閥， 43.終沖氣壓力調(diào)節(jié)閥，5.順放氣單元，51.順放氫氣控制閥，52.燃料氣控制閥，53.順放氫氣儲氣罐，6.解析氣單元，61.真空泵，62.壓縮機，63.置換氣儲氣罐，64.逆放氣儲氣罐， 65.解析氣混合罐，66.壓力調(diào)節(jié)閥，67.脫附氣控制閥，68.置換氣控制閥，69.置換氣流量閥。
具體實施例方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例本實施例的一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的裝置，如圖1所示，采用變壓吸附原理從甲醇合成弛放氣中提取高純度的氫氣作為產(chǎn)品氣，同時回收脫附過程中產(chǎn)生的高純度富碳氣作為甲醇裝置的原料氣，而且產(chǎn)生的較高濃度的順放氫氣返回至甲醇系統(tǒng)，低濃度的順放置換氣作為燃料氣排入燃料管網(wǎng)，變壓吸附提氫單元采用10-2-6PR/ VPSA，如圖2所示，吸附塔數(shù)量為10臺，其中始終有二臺吸附塔處于吸附狀態(tài)，均壓過程為6 次，其工藝流程中的每一循環(huán)均包括吸附過程、均壓降壓過程、順放過程、置換過程、逆放過程、抽真空過程、均壓升壓過程和終沖過程，工藝流程時序表如圖3所示，工藝流程的操作參數(shù)表如圖4所示，具體工藝流程(以A塔工作為例)如下
a)吸附過程來自外 界的壓力為5.OMpa，溫度為30°C甲醇合成弛放氣進入該裝置，經(jīng)原料氣單元處理后，減壓至2. 7 MPa，通過進口程控閥31A進入A塔內(nèi)，在多種吸附劑的依次選擇性吸附下，將甲醇合成弛放氣中的H20、醇類、C02、C0、CH4、N2等組分吸附下來，未被吸附的氫氣等組分從塔頂通過產(chǎn)品氣程控閥32A流入產(chǎn)品氣管24，輸入至產(chǎn)品氣單元4中的氫氣緩沖罐內(nèi)41，吸附時間約為120秒；
b)均壓降壓過程在吸附過程結(jié)束后，關(guān)閉進口程控閥31A和產(chǎn)品氣程控閥32A，開啟均壓程控閥33A和33D，順著吸附方向?qū)塔內(nèi)的2. 7 MPa的氫氣排放入已完成再生的D 塔，時間為15秒，此時A、D兩塔壓力平衡為2. 302 MPa ；
關(guān)閉均壓程控閥33D，打開均壓程控閥33E，A塔內(nèi)2. 302 MPa的氫氣順著吸附方向流入E塔，時間為15秒，此時A、E兩塔壓力平衡為1.905 MPa；
關(guān)閉均壓程控閥33E，打開均壓程控閥33F，A塔內(nèi)1.905 MPa的氫氣順著吸附方向流入F塔，時間為15秒，此時A、F兩塔壓力平衡為1.508MPa;
關(guān)閉均壓程控閥33F，打開均壓程控閥33G，A塔內(nèi)1. 508MPa的氫氣順著吸附方向流入 G塔，時間為15秒，此時A、G兩塔壓力平衡為1. Ill MPa；
關(guān)閉均壓程控閥33G，打開均壓程控閥33H，A塔內(nèi)1. Ill MPa的氫氣順著吸附方向流入H塔，時間為15秒，此時A、H兩塔壓力平衡為0.714 MPa ；
關(guān)閉均壓程控閥33H，打開均壓程控閥331，A塔內(nèi)0. 714 MPa的氫氣順著吸附方向流入I塔，時間為15秒，此時A、I兩塔壓力平衡為0.317 MPa ；
c)順放過程在均壓降壓過程結(jié)束后，關(guān)閉均壓程控閥33A和331，打開順放氣程控閥 34A和順放氫氣控制閥51，A塔內(nèi)0. 317 MPa的氫氣流入順放氫氣儲氣罐53，時間為15秒， 此時A塔內(nèi)的壓力下降為0.15 MPa；
d)置換過程順放過程結(jié)束后，關(guān)閉順放氫氣控制閥51，打開燃料氣控制閥52、置換程控閥36A和置換氣控制閥68，來自置換氣儲氣罐63內(nèi)較高壓力的富碳氣通過置換程控閥36A進入A塔，將吸附床內(nèi)的氮氣和甲烷順放置換出來，置換出來的氣體通過順放氣程控閥34A和燃料氣控制閥輸出至燃料管網(wǎng)，置換時間為15秒，此時A塔內(nèi)的壓力下降為0. 1 MPa ；
e)逆放過程在置換過程結(jié)束后，關(guān)閉順放氣程控閥34A、燃料氣控制閥52和置換氣控制閥68，打開脫附氣控制閥67，A塔內(nèi)0. 1 MPa的氣體逆排至逆放氣緩沖罐64，并通過壓力調(diào)節(jié)閥66送入解析氣混合罐65，逆放時間為15秒，此時A塔內(nèi)的壓力降至常壓；
f)抽真空過程在逆放過程結(jié)束后，關(guān)閉脫附氣控制閥67和置換程控閥36A，打開抽真空程控閥37A和真空泵61，對A塔進行抽真空，A塔內(nèi)的壓力進一步降低，使被吸附的組份完全脫附出來，脫附氣直接送至解析氣混合罐65，解析氣混合罐內(nèi)的一部分脫附氣被壓縮機62吸入并壓縮升壓后進入置換氣儲氣罐63，作為較高壓力的富碳氣為置換過程作好準備，剩余的脫附氣則作為富碳氣輸出重新作為甲醇裝置的原料氣，抽真空時間為60秒，此時A塔內(nèi)的壓力下降為-0.08 MPa ；
g)均壓升壓過程在抽真空過程結(jié)束后，關(guān)閉抽真空程控閥37A和真空泵61，開啟均壓程控閥33A和33C，順著吸附方向?qū)塔內(nèi)的0. 714 MPa的氫氣引入已完成再生的A塔，時間為15秒，此時A、C兩塔壓力平衡為0.317 MPa；
關(guān)閉均壓程控 閥33C，經(jīng)過30秒延時后打開均壓程控閥33D，D塔內(nèi)1. IllMPa的氫氣順著吸附方向流入A塔，時間為15秒，此時A、D兩塔壓力平衡為0. 714 MPa ；
關(guān)閉均壓程控閥33D，經(jīng)過30秒延時后打開均壓程控閥33E，E塔內(nèi)1. 508 MPa的氫氣順著吸附方向流入A塔，時間為15秒，此時A、E兩塔壓力平衡為1. IllMPa ；
關(guān)閉均壓程控閥33E，經(jīng)過30秒延時后打開均壓程控閥33F，F(xiàn)塔內(nèi)1. 905MPa的氫氣順著吸附方向流入A塔，時間為15秒，此時A、F兩塔壓力平衡為1.508 MPa；
關(guān)閉均壓程控閥33F，經(jīng)過30秒延時后打開均壓程控閥33G，G塔內(nèi)2. 302 MPa的氫氣順著吸附方向流入G塔，時間為15秒，此時A、G兩塔壓力平衡為1. 905 MPa ；
關(guān)閉均壓程控閥33G，經(jīng)過30秒延時后打開均壓程控閥33H，H塔內(nèi)2. 7MPa的氫氣順著吸附方向流入A塔，時間為15秒，此時A、H兩塔壓力平衡為2. 302 MPa；
用來自其他吸附塔內(nèi)的較高壓力氫氣對A塔進行持續(xù)升壓，包括六次升壓步驟以保證氫氣的充分回收，該過程與均壓降壓過程相對應；
h)終沖過程在均壓升壓過程結(jié)束后，打開終沖程控閥35A，2.7 MPa的產(chǎn)品氣流入A塔內(nèi)，時間為45秒，此時A塔內(nèi)的壓力上升為2. 7 MPa，達到吸附的壓力要求；
i)10臺吸附塔交替順序進行以上的吸附一再生操作過程，即可實現(xiàn)原料氣的連續(xù)分離與提純的目的。 以上說明并非對本發(fā)明作了限制，本發(fā)明也不僅限于上述說明的舉例，本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所作出的變化、改型、增添或替換，都應視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的方法，采用變壓吸附原理從甲醇合成弛放氣中提取高純度的氫氣，同時回收脫附過程中產(chǎn)生的高純度富碳氣作為甲醇裝置的原料氣，而且產(chǎn)生的較高濃度的順放氫氣回收返送至甲醇系統(tǒng)，低濃度的順放置換氣則作為燃料氣排入燃料管網(wǎng)，其工藝流程中的每一循環(huán)均包括吸附過程、均壓降壓過程、順放過程、 置換過程、逆放過程、抽真空過程、均壓升壓過程和終沖過程，具體工藝流程如下a)吸附過程經(jīng)原料氣單元處理后的甲醇合成弛放氣通過進口程控閥進入變壓吸附提氫單元中正處于吸附狀態(tài)的吸附塔內(nèi)，在多種吸附劑的依次選擇性吸附下，甲醇合成弛放氣中的H20、醇類、CO2, CO、CH4, N2等組分被吸附下來，未被吸附的氫氣等組分從塔頂通過產(chǎn)品氣程控閥流入產(chǎn)品氣管，輸入至產(chǎn)品氣單元中的氫氣緩沖罐內(nèi)；b)均壓降壓過程在吸附過程結(jié)束后，通過均壓程控閥，順著吸附方向?qū)⑽剿?nèi)較高壓力的氫氣排放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔內(nèi)，該過程不僅是降壓過程，更是回收吸附床層死空間內(nèi)氫氣的過程，本過程可包括多次降壓步驟以保證氫氣的充分回收；c)順放過程在均壓降壓過程結(jié)束后，將吸附塔內(nèi)還有一定壓力的氫氣順放送出，通過順放氣程控閥和順放氫氣控制閥進入順放氫氣儲氣罐，重新回送到甲醇系統(tǒng)，此過程可以將吸附床死空間的較低壓力氫氣回收從而提高裝置的總氫回收率；d)置換過程順放過程結(jié)束后，來自置換氣儲氣罐內(nèi)較高壓力的富碳氣通過置換程控閥進入吸附塔底部，將吸附床內(nèi)的氮氣和甲烷順放置換出來，置換出來的氣體通過順放氣程控閥和燃料氣控制閥輸出至燃料管網(wǎng)，此過程可將吸附層中的氮氣和甲烷置換出來，提高吸附塔內(nèi)的二氧化碳和一氧化碳的濃度，也提高了解析氣中的二氧化碳和一氧化碳的含量，有效地降低解析氣中氮氣組份的含量；e)逆放過程在置換過程結(jié)束后，將吸附塔內(nèi)還有一定壓力的氣體通過置換程控閥逆排至逆放氣緩沖罐，并通過壓力調(diào)節(jié)閥送入解析氣混合罐，此時吸附塔內(nèi)的氣體壓力降至常壓；f)抽真空過程在逆放過程結(jié)束后，真空泵通過抽真空程控閥對吸附塔進行抽真空，吸附塔內(nèi)的壓力進一步降低，使被吸附的組份完全脫附出來，脫附氣直接送至解析氣混合罐， 解析氣混合罐內(nèi)的一部分脫附氣被壓縮機吸入并壓縮升壓后進入置換氣儲氣罐，作為較高壓力的富碳氣為置換過程作好準備，剩余的脫附氣則作為富碳氣輸出重新成為甲醇裝置的原料氣；g)均壓升壓過程在抽真空過程結(jié)束后，用來自其他吸附塔內(nèi)的較高壓力氫氣對該吸附塔進行持續(xù)升壓，包括多次升壓步驟以保證氫氣的充分回收，該過程與均壓降壓過程相對應；h)終沖過程在均壓升壓過程結(jié)束后，為了使吸附塔可以平穩(wěn)切換至下一次吸附過程并保證產(chǎn)品氫氣壓力在這一過程中不發(fā)生波動，通過終沖程控閥將產(chǎn)品氣緩慢而平穩(wěn)地送入吸附塔內(nèi)，使吸附塔內(nèi)的壓力升至吸附壓力，保證產(chǎn)品升壓過程充分和減少吸附壓力波動的影響；i)若干個吸附塔交替順序進行以上的吸附一再生操作過程，即可實現(xiàn)對甲醇合成弛放氣的連續(xù)分離與提純的目的。
2.一種一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的裝置，其特征在于包括原料氣單元(1)、 變壓吸附提氫單元(2)、產(chǎn)品氣單元(4)、順放氣單元(5)和解析氣單元(6)，甲醇合成弛放氣經(jīng)原料氣單元處理后進入變壓吸附提氫單元，提取出高純氫氣并輸出至產(chǎn)品氣單元，脫附產(chǎn)生的氣體經(jīng)解析氣單元處理后，一部分脫附氣作為置換氣重新進入變壓吸附提氫單元，另一部分作為富碳氣回送至甲醇系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的裝置，其特征在于所述原料氣單元(1)包括進口調(diào)節(jié)閥(11)、超壓調(diào)節(jié)閥(12 )、計量閥(13 )和氣液分離器(14)， 甲醇合成弛放氣通過進口調(diào)節(jié)閥降低壓力，并經(jīng)計量閥計算流量后進入氣液分離器處理， 處理后的原料氣進入變壓吸附提氫單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的裝置，其特征在于所述變壓吸附提氫單元(2)包括若干吸附塔(21A、B、O··)和相應的程控閥，變壓吸附提氫單元設有原料氣進口管(22)、吸附塔出口管(23)、產(chǎn)品氣管(24)、均壓管(25)、順放氣管 (26)、終沖氣管(27)、吸附塔逆放管(28)、解析氣管(29)和抽真空管(30)，所述原料氣進口管與吸附塔底部的吸附塔逆放管之間設有進口程控閥(31 Α、Β、0··)，甲醇合成弛放氣通過進口程控閥進入吸附塔，所述產(chǎn)品氣管與吸附塔頂部的吸附塔出口管之間設有產(chǎn)品氣程控閥(32 A、B、O··)，變壓吸附提取的高純氫通過產(chǎn)品氣程控閥流入產(chǎn)品氣管，并輸出到產(chǎn)品氣單元(4)，所述的均壓管與吸附塔出口管之間設有均壓程控閥(33A、B、O··)，結(jié)束吸附過程的吸附塔內(nèi)較高壓力的氫氣可通過相應的均壓程控閥流入到結(jié)束再生的較低壓力的吸附塔內(nèi)，所述的順放氣管與吸附塔出氣管之間設有順放氣程控閥(34 A、B、O··)，變壓吸附過程中的順放氣通過順放氣程控閥流入順放氣管并輸出至順放氣單元(5)，所述終沖氣管與吸附塔出口管之間設有終沖程控閥(35 A、B、C···)，來自產(chǎn)品氣單元的產(chǎn)品氣可通過終沖程控閥流入吸附塔內(nèi)完成升壓，所述解析氣管與吸附塔逆放管之間設有置換程控閥(36 A、 B、O··)，脫附氣體可通過置換程控閥流入解析氣管并排出至解析氣單元(6)，同時，置換氣也可通過置換程控閥流入吸附塔逆放管并進入吸附塔內(nèi)對吸附劑進行置換，所述抽真空管與吸附塔逆放管之間設有抽真空程控閥(37 Α、Β、0··)，吸附塔內(nèi)的殘余脫附氣體通過抽真空程控閥進入抽真空管并排出至解析氣單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的裝置，其特征在于所述吸附塔(21 A、B、C···)的數(shù)量為6臺 12臺。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的，其特征在于所述吸附塔(21Α、Β、0··)內(nèi)設有一種或多種吸附劑，所述多種吸附劑按吸附性能依次分層裝填組成復合吸附床。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的裝置，其特征在于所述產(chǎn)品氣單元(4)包括氫氣緩沖罐(41)、氫氣壓力調(diào)節(jié)閥(42)和終沖氣壓力調(diào)節(jié)閥(43)， 所述氫氣壓力調(diào)節(jié)閥一端與產(chǎn)品氣管(24)連接，另一端與氫氣緩沖罐連接，所述終沖氣壓力調(diào)節(jié)閥一端與產(chǎn)品氣管連接，另一端與終沖氣管(27)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的裝置，其特征在于所述順放氣單元(5)包括順放氫氣控制閥(51)、燃料氣控制閥(52)和順放氫氣儲氣罐(53)， 所述順放氫氣控制閥一端與順放氣管(26)連接，另一端與順放氫氣儲氣罐連接，所述燃料氣控制閥一端與順放氣管連接，另一端與燃料管網(wǎng)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的裝置，其特征在于所述解析氣單元(6)包括真空泵(61)、壓縮機(62)、置換氣儲氣罐(63)、逆放氣儲氣罐(64)和解析氣混合罐(65)，所述解析氣混合罐分別設有兩個進口與兩個出口，所述逆放氣儲氣罐的出口與解析氣混合罐的進口之間設有壓力調(diào)節(jié)閥(66)，所述壓力調(diào)節(jié)閥的一端與逆放氣儲氣罐連接，另一端與解析氣混合罐連接，逆放氣儲氣罐的進口通過脫附氣控制閥(67)與解析氣管(29)連接，解析氣混合罐的另一個進口與真空泵的出口連接，真空泵的進口與抽真空管(30)連接，所述壓縮機吸氣口與解析氣混合罐的一個出口連接，壓縮機的排氣口與置換氣儲氣罐連接，置換氣儲氣罐的另一端通過置換氣控制閥(68)與解析氣管連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的裝置，其特征在于所述置換氣儲氣罐(63)與置換氣控制閥(68)之間設有置換氣流量閥(69)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一段法變壓吸附提氫并回收富碳氣的方法及裝置，采用變壓吸附原理從甲醇合成弛放氣中提取高純度的氫氣作為產(chǎn)品氣，同時回收脫附過程中產(chǎn)生的高純度富碳氣作為甲醇裝置的原料氣，而且產(chǎn)生的較高濃度的順放氫氣返回至甲醇系統(tǒng)，低濃度的順放置換氣作為燃料氣排入燃料管網(wǎng)，其工藝流程中的每一循環(huán)均包括吸附過程、均壓降壓過程、順放過程、置換過程、逆放過程、抽真空過程、均壓升壓過程和終沖過程，本發(fā)明與常規(guī)二段法提氫工藝流程相比，裝置的總氫回收率和產(chǎn)品氫氣回收率得到了提高，同時，在解析氣中得到了高純度的富碳氣，裝置投資省，占地面積小，具有較好的經(jīng)濟效益。
文檔編號B01D53/047GK102343196SQ20111019069
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者李可根, 李忠俐, 程小華 申請人:杭州普菲科空分設備有限公司