变压吸附技术在焦炉煤气制氢中的应用

变压吸附技术在焦炉煤气制氢中的应用

戴四新

（厦门市建坤实业发展公司，福建厦门 361012）

摘要：介绍了变压吸附（PSA）技术的基本原理及其应用于焦炉煤气提氢的Sysiv和Bergbau PSA制氢典型工艺。指出PSA技术是近年国内外发展最快、技术最成熟、成本最低的煤气制氢方法，在国内焦炉煤气制氢中最具发展前途，应大力推广应用。

关键词：变压吸附（PSA）技术;焦炉煤气;制氢技术

中图分类号：ＴＱ028.１+5 文献标识码：B 文章编号：1004-4620(2002)02-0065-02

Application of the Pressure Shift Absorbing Technique in

Hydrogen Making Process from COG

DAI Si-xin

(Xiamen Jiankun Industry Developing Corp.,Xiamen 361012,China)

Abstract：The basic pinciple of the Pressure Shift Absorbing(PSA) Technique and the representative technics(Sysiv and Bergban)of it`s application for hydrogen making process from COG are discribing.It is pointed out that in recend past years the development of the PSA technique for the hydrogen-making process from COG is the most rapid and the technique is also the most perfect and economical way in the world,and it has the best developing foreground in hydrogen-making process from COG in China.It should be expanded and applied widely soon.

Key words：pressure shift absorbing(PSA);coke oven gas(COG);hydrogen making technology

焦炉煤气中含有丰富的氢气,约占55%（体积比）,目前焦炉煤气主要用作工业和民用燃料,宝贵的氢气资源被浪费掉。另一方面,轧钢、化工合成工业又需高纯度氢气来作为冷轧钢板保护气及合成化工基本原料。制取氢气的传统方法为电解水或氨裂解,该法因成本高、投资大,难以推广应用。为解决氢气来源并探索其最合理经济的制取方法,各国都在不懈研究着。1978年美国UCC公司建成了世界上第一套焦炉煤气制氢的工业PSA装置,1984年实现了工业化,之后该技术得到了迅速推广应用。

1985年宝钢引进了焦炉煤气PSA制氢技术装置，之后西南化工研究院、鞍山热能研究院在吸收研究基础上分别在武钢、鞍钢、攀钢及本钢建成了1000Nm3/h 和500Nm3/h的PSA制氢装置。随着轧钢产品对质量的要求提高，对氢气的质量和数量要求必然提高，同时，随着天然气的民用开发，焦炉煤气尤其是其中H

2提取和利用应着手思考、研究，而PSA技术因其工艺十分简单、产品纯度高(99.9%以上)、成本低已经成为且将来仍必将成为制氢的一种主导方法。

1变压吸附的基本原理

变压吸附技术是以吸附剂（多孔固体物质）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和高压下吸附量增加（吸附组分）、减压下吸附量减少（解吸组分）的特性，将原料气在压力下通过吸附剂床层，相对于氢的高沸点杂质组分被选择性吸附，低沸点组分的氢不易吸附而通过吸附剂床层，达到氢和杂质组分的分离。然后在减压下解吸被吸附的杂质组分使吸附剂获得再生，以利于再次进行杂质的吸附分离。具体变压吸附过程见图1、图2。

图1 变压吸附过程示意图（常压解吸）

图2 变压吸附过程示意图（真空解吸）

由图1看出，变压吸附过程中，主要包括升压过程（A→B），吸附过程（B→C），顺放过程（C→D），逆放过程（D→F）。但常压解吸和真空解吸的最后一步略有差别（即E→A）。前者为冲洗过程，在过程最低压力P

下进行逆向冲洗以不断

1

降低杂质分压使杂质解吸并随冲洗气带出吸附床；后者采用烽真空不断降压的方法降低杂质分压，使杂质解吸并随抽空气带出吸附床。两者都说明冲洗解吸时冲气量越多或真空解吸时抽空压力越低，吸附剂再生越彻底。

2焦炉煤气变压吸附提氢典型工艺

焦炉煤气（COG）是焦化厂炼焦过程中产生的气体。其典型组成见表1。

表1 焦炉煤气典型组成

微量杂质/mg·Nm-3以后的组分都是高沸点组分，在吸附剂上具有很强的吸附能力，

煤气中C

4

很难在常温下脱附。故在焦炉煤气提氢装置中先变温吸附除去C

以上烃类及苯

f

焦油和其它微量高沸点杂质组分，然后再通过PSA除去氢气以外的所有杂质，获。

得高纯度的H

2

2.1 Sysiv(沸点分子筛为吸附剂)PSA制氢工艺

图3 Sysiv PSA制氢工艺方框图

如图3所示，经脱苯、脱萘、脱硫的焦炉煤气进入油冷式蜗杆压缩机，加压至所需压力后进入活性炭预处理器，除去萘、焦油、NO。再进入变压吸附塔，该塔为四只，一塔进行吸附，除氢气外的其它组分被吸附，获高纯度氢气；其它三塔分别进行减压、清洗与冲压。变压吸附所获得的纯氢气中含有微量的氧气，采用充填了二氧化硅为粗体、Ni-LeO-Rh组成的三元催化剂的氧化器，将氧气脱除到10-7%以下。技术指标见表2。

表2 Sysiv PSA装置单耗（1m3氢气为单位）及氢气质量指标