变压吸附技术在焦炉煤气制氢中的应用
变压吸附提氢技术在制备燃料电池氢过程中的应用
变压吸附提氢技术在制备燃料电池氢过程中的应用摘要:随着人们对环境保护的日益重视,也迫切需要一种能够替代化石能源的绿色环保,可持续发展的新型能源来满足各项各业对能源的需求。
氢能正是这样的一种二次能源,发展绿色氢能具有重要的意义。
先介绍了氢能的获取方式,再分析了变压吸附在焦炉煤气制氢的优点,然后探讨了变压吸附在焦炉煤气制氢中的实际应用工艺流程。
关键词:氢能;变压吸附;脱碳引言我国和欧美等发达国家按照各自的实际情况和需要指定了绿色氢能源发展纲要。
目前,我国已在氢能等绿色能源方面取得了诸多的进展,并在部分领域走到了世界的前列,在不久的将来有望成为将氢能大规模应用于日常生产和生活中的国家之一,也被国际社会公认为最有可能率先实现氢能燃料电池和氢能汽车产业化的国家之一。
一、发展绿色氢能的意义氢能作为最具有发展潜力的清洁能源,也是实现双碳目标的重要抓手。
氢气根据制取方式不同,有灰氢、蓝氢、绿氢等之分。
目前,全球氢气产量中,全球98%的氢气是“灰氢”,而“绿氢”和“蓝氢”的占比各为1%。
氢能正是这样的一种二次能源,它是通过一定的方法利用其他能源制取的,而不是像煤、石油、天然气可以直接开采[1]。
氢能是公认的清洁能源,作为低碳和零碳能源正在脱颖而出,对构建清洁低碳、安全高效的能源体系,实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。
二、氢能的获取方式灰氢是通过化石燃料(例如石油、天然气、煤)燃烧制取的氢气,碳排放量最高;蓝氢是在灰氢的基础上,应用碳捕捉、碳封存技术,实现低碳制氢;绿氢是通过光伏发电、风电以及太阳能等可再生能源电解水制氢,制氢过程中基本不会产生温室气体,因此被称为“零碳氢气”。
长期来看,绿氢是方向,而蓝氢主要体现资源的综合利用。
氢能的制备主要有以下途径:1、电解水制氢最清洁、最可持续的制氢方式,并将成为燃料电池发展中最具潜力的制氢方法之一。
但是目前电解水制氢受制于较高的成本而难以大规模运用,短时间内暂时无法通过电解水获得大量高纯度氢气的工业化装置。
变压吸附煤气制氢工艺改造
Ab ta t n od rt e ov h e u n q pme tto b e n o a albit fh do e kn rm a e eutd i src:I r e o r sle te f q e te ui r n ru ls a d lw v i ly o y rg n ma ig fo g s strs l n a i e d fce td s lh rz t n a d n p tae e rmo a,Jn n Se l od rlig Pa tto o au e u h a pi zn h eiin e up uiai n a h h ln e v l ia te C l— oln ln o k s me me s rs s c s o tmiig te o
第3卷 第5 2 期 2 1 1 月 00年 O
山 东 冶 金
S a d n M ealr y hn og tl g u
V0 _ 2 l NO5 3 .
0c o e O O tb r 2 1
变压 吸附煤气 制氢工艺改造
邵 传收 , 董 凯, 薛垂 义 , 王雪 晗
5 ~ 0 0. 0 8 3 5 5 8 15 3 2 2 4 ~ 0 ~1 0 ~ O 5 6 4~ . ~ ~ . ~3 2 ~ 8 ~ 2 5 5
焦炉煤气 中C H 以后 的组 分是 沸 点 较 高 的组 分, 与吸 附剂结合 吸 附性较 强 。采用 变温解 析 先除
污染 。为此 , 对制 氢机组进行 了针对性 的改造 。
焦炉煤气制氢操作规程
储配分公司大青站制氢工段焦炉煤气提氢装置操作规程第一章工艺技术规程1.1 装臵概况1.1.1 装臵简介本装臵建成于2012年2月,焦炉煤气处理量≥4208.41Nm3/h( 干基)。
产品氢气流量2100Nm3/h。
本装臵主要采用6-2-2/V程序变压吸附工艺技术从焦炉煤气中提取高纯氢。
整个过程主要分为预净化工序、提纯氢气的PSA工序、氢气脱氧和干燥工序、产品压缩和装车五个工序。
1.1.2 工艺原理利用固体吸附剂对气体的吸附有选择性,以及气体在吸附剂上的吸附量随其分压的降低而减少的特性,实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。
1.1.3工艺流程说明焦炉煤气经过压缩机加压至0.76MPa后进入预净化工序,经过预处理器脱除萘、焦油等杂质后进入变压吸附工序。
在吸附塔中氢气与其他杂质分离后进入脱氧干燥工序,纯度达99.99%的合格产品气经计量进入氢气压缩机压缩至20MPa后装车。
1.1.4 工艺原则流程图:焦炉煤气1.2 工艺指标: 1.2.1 原料气指标 原料气组成(干基) 组成H 2N 2CO 2CH 4 CO O 2 CnHm ΣV% 56.7 3.2 2.7 26.3 7.7 0.9 2.5 100 原料气中杂质含量(mg/Nm3) 组成 萘焦油 H 2S NH 3 mg/Nm 3冬≤50 夏≤100≤10≤20≤501.2.2 成品指标 组成H 2COO 2N 2CO 2CH 4 合计V% 99.992 0.0005 0.0005 0.006 0.0001 0.001 100 1.2.3 公用工程指标 项目 压力及规格 温度 流量及容量 蒸汽0.5MPa饱和温度夏天350kg/h 冬天430kg/h仪表空气 0.4-0.6MPa 常温 100Nm3/h 循环水给水0.4MPa回水0.25MPa 给水28℃回水40℃47t/h 电220V 50HZ 380V 50HZ安装容量:455KW 最大单台设备容预净化工序变压吸附单元 氢气加压单元脱氧、干燥单元产品装车单元量:132KW需要容量:382.86KW 低压氮气≧0.4MPa 常温开车初期一次1000Nm3/h 1.2.4 主要操作条件1. 预处理(100#)工序操作条件吸附压力(MPa)0.6-0.8吸附温度(℃)≦40再生压力(MPa)0.02-0.04再生温度(℃):进口150再生温度(℃):出口冷吹后温度达到110℃为标准切换周期(h/T)12其中:加热时间(h) 6冷吹时间(h) 6蒸汽压力(MPa)≧0.52. 变压吸附(200#)工序操作条件项目名称指标流量(Nm3/h)原料气4208.41(设计) 产品气2100(设计)浓度(%)原料气中氢56.7 产品气中氢99.9步骤设计压力(MPa)时间(S)A 吸附0.8 180E1D 一均降0.8→0.51 30E2D 二均降0.51→0.22 30D 逆放0.22→0.02 30V 抽空0.02→-0.08 120E2R 二均升-0.08→0.22 30E1R 一均升0.22→0.51 30FR 终升0.51→0.76 90循环周期540(设计)3. 脱氧干燥(300#)工序操作条件脱氧部分催化剂反应温度(℃)80-100 空塔速度(h-1)操作压力(MPa)0.8产品气中氧含量(ppm)≤5干燥塔部分操作压力(MPa)0.7-0.8温度(℃)40再生压力(MPa)0.8再生温度(℃):进口150出口≥环境温度+30切换时间(h)干燥4h,加热4h,冷吹4h蒸汽压力(MPa)0.6产品氢露点(℃)≤-60第二章工艺装臵操作指南2.1 100#工序操作要点2.1.1在操作中需定期取样分析净化后的原料气中C5组分的浓度,一般浓度控制在200ppm以下,否则要进行切换。
变压吸附提氢工艺在煤气合成气中的合理利用
62变压吸附提氢工艺在煤气合成气中的合理利用朱从军(新疆天业(集团)化工研究院,新疆石河子 832000)摘要:介绍了新疆天业利用变压吸附装置从煤气合成气中提取氢气的工艺流程布置,及其关键设备选择。
关键词:变压吸附(PSA);提氢装置;流程;布置;安全随着循环经济理念的不断深入,通过清洁生产新工艺、新技术的不断开发和应用,使化工行业不断走上可持续发展的道路,实现发展与资源、环境的统一,已成为当今社会工业发展的必然趋势。
变压吸附气体分离与提纯技术已经成为当代化工独树一帜的生产工艺和操作单元,而且随着变压吸附技术自身的不断完善,它在化工行业的不可或缺性已经愈演愈烈。
新疆天业(集团)有限公司作为新疆兵团所属的大型国有企业,依托新疆丰富的煤、盐、石灰石等资源优势,实施优势资源转化战略,目前,已具备年产110万吨电石乙炔法聚氯乙烯、90万吨离子膜烧碱装置及配套的自备电厂、电石厂和电石渣制水泥装置,是国内生产能力最大的电石法聚氯乙烯生产企业。
公司作为国内第一批循环经济试点单位,始终坚持以循环经济的理念发展煤电化一体化产业,清洁生产的新工艺、新技术得到了充分的开发和应用,并在行业内推广应用。
在天业集团,变压吸附分离技术主要应用于空分制氮、精馏尾气的回收、天然气制氢精制、富氢裂解气氢气提浓等等。
1从煤气合成气中利用变压吸附提氢的原理吸附按性质不同可分为两大类,即化学吸附和物理吸附,变压吸附从本质上来说属于物理吸附。
其特点是:吸附过程中没有化学反应,吸附过程进行的很快,参与吸附的各种物质间动态平衡在瞬间即可完成,并且非常重要的一点是:这种吸附理论上说是完全可逆的。
由煤气化路线产生的合成气,往往由数十种气体组成(详见表1),成分复杂,选择合理的分离工艺,对企业长远的正常生产运行至关重要。
之所以选择变压吸附提氢工艺,主要是因为吸附剂在整个物理吸附过程中所具有的两个性质,(1)对合成气中各个组分的吸附能力不同;(2)吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加,随吸附温度上升而下降。
焦炉煤气变压吸附制氢新工艺_宁红军
体积分数 /% 55 . 5 0. 43 8 . 1 5. 86 2 . 86 23. 68 3. 2 0. 31
组成
m g/Nm
HCN
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
193
3 000 ~ 4 000
100 ~ 400
- 6
0 . 21 4 000~ 5 000
注 : NH 3 含 量为 ( 50 ~ 100) 10 。
- 6
10 , NO 含 量 为 1 . 6
48
河南化工 HENAN CH EM ICAL I NDU STRY
2007 年
第 24 卷
焦炉煤气变压吸附制氢新工艺
宁红军 , 赵新亮 , 曹晓宝
(平顶山市三源制氢有限公司 , 河南 平顶山 467001 )
摘
要 : 变压吸附制氢气体分离技术在工业上得到 了广泛 应用 , 已逐步 成为一 种主要 的气体 分离技术 。 本文重 点
介绍变 压吸附技术在焦炉煤气制氢新工艺上的开发与利用 , 并 对变压吸附技术在焦炉煤气实际应用作详细说明 。 关键词 : 变压吸附 ( PSA 法 ) ; 压缩 ; 冷冻 ; 二段分离 中图分 类号 : TQ 116. 23 文献标识码 : B 文章编 号 : 1003- 3467( 2007) 11- 0048- 03
图 1 制氢装置工艺流程图
本装置工艺流程分为 5 个工序: 原料气压缩工 序 ( 简 称 100 工序 ); 冷冻净 化分离 ( 简称 200 工 序 ) ; PSA- C /R 工序及精脱硫 ( 简称 300 工序 ); 半 产品气压缩 (简称 400 工序 ) ; PSA - H 2 工序及脱氧 (简称 500 工序 )。 本装置所用原料气是 来自焦化公司的焦炉煤 气, 主要用于锅炉、 化工产品原料气及城市煤气; 因 净化难度高, 故气体质量较差 , 分离等级较低, 因此 杂质的净化分离均以该公司使用的这套工艺装置实 现的。原料煤气组分数据见下页表 1 。
焦炉煤气制氢新工艺
焦炉煤气变压吸附制氢新工艺的开发与应用焦炉煤气变压吸附(PSA)制氢工艺利用焦化公司富余放散的焦炉煤气,从杂质极多、难提纯的气体中长周期、稳定、连续地提取纯氢,不仅解决了焦化公司富余煤气放散燃烧对大气的污染问题;而且还减少了大量焦炭能源的耗用及废水、废气、废渣的排污问题;是一个综合利用、变废为宝的环保型项目;同时也是一个低投入、高产出、多方受益的科技创新项目。
该装置首次采用先进可靠的新工艺,其经济效益、社会效益可观,对推进国内PSA技术进步也有重大意义。
1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空气的文献、20世纪60年代初,美国联合碳化物(Union Carbide)公司首次实现了变压吸附四床工艺技术工业化,进入20世纪70年代后,变压吸附技术获得了迅速的发展。
装置数量剧增,装置规模不断扩大,使用范围越来越广,主要应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域。
本套大规模、低成木提纯氢气装罝,是用难以净化的焦炉煤气为原料,国内还没有同类型的装置,并且走在了世界同行业的前列。
1、焦炉煤气PSA制氢新工艺。
传统的焦炉煤气制氢工艺按照正常的净化分离步骤是:焦炉煤气首先经过焦化系统的预处理,脱除大部分烃类物质;经初步净化后的原料气再经过湿法脱硫、干法脱萘、压缩机、精脱萘、精脱硫和变温吸附(TSA)系统,最后利用PSA制氢工艺提纯氢气,整个系统设备投资大、工业处理难度大、环境污染严重、操作不易控制、生产成本高、废物排放量大,因此用焦炉煤气PSA制氢在某种程度上受到一定的限制,所以没有被大规模的应用到工业生产当中。
本装置釆用的生产工艺是目前国内焦炉煤气PSA制氢工艺中较先进的生产工艺,它生产成本低、效率高,能解决焦炉煤气制氢过程中杂质难分离的问题,从而推动了焦炉煤气PSA制氢的发展。
该工艺的特点是:焦炉煤气压缩采用分步压缩法、冷冻净化及二段脱硫法等新工艺技术。
1.1工艺流程。
PSA制氢新工艺如图1所示。
该裝罝工艺流程分为5个工序:A、原料气压缩工序(简称100#工序),B、冷冻净化分离(简称200#工序),C、PSA-C/R工序及精脱硫工序(简称300#工序),D、半成品气压缩(简称400#工序)E、PSA-H2工序及脱氧工序(简称500#工序)。
焦炉煤气变压吸附制氢新工艺的开发与应用
平顶山市三源制氢有限公司由中国神马集团、平顶山煤业集团有限责任公司合作建设,该公司年产万纯氢,采用地焦炉煤气变压吸附()制氢项目是一个综合利用、变废为宝地环保型工程.它直接把两大公司地主生产系统联在一起,充分利用了平顶山煤业集团天宏焦化公司富余放散地焦炉煤气,从杂质极多、难提纯地气体中长周期、稳定、连续地提取纯氢,以较低地生产成本解决了河南神马尼龙化工公司因扩产万尼龙盐而急需解决地原料问题.项目地建成投产,不仅解决了平顶山煤业集团天宏焦化公司富余煤气放散燃烧对大气地污染问题;而且还减少了河南神马尼龙化工公司因扩产需增加地高额投资和大量耗用焦炭能源及废水、废气、废渣地排污问题;同时也是一个低投入、高产出、多方受益地科技创新项目.该装置规模为目前国内最大,首次采用先进可靠地新工艺,其经济效益、社会效益可观,对推进国内技术进步也有重大意义.年德国发表了第一篇无热吸附净化空气地文献,世纪年代初,美国联合碳化物()公司首次实现了变压吸附四床工艺技术地工业化,进入世纪年代后,变压吸附技术获得了迅速地发展.装置数量剧增,装置规模不断扩大,使用范围越来越广,主要应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域.平顶山三源制氢公司这套大规模低成本提纯氢气装置,是以一种难以净化地焦炉煤气为原料,在国内还没有同类型地装置,特别是其产品——高纯氢用于技术水平居世界前列地尼龙盐公司,更是国内首创,走在了世界同行业地前列.资料个人收集整理,勿做商业用途焦炉煤气制氢新工艺传统地焦炉煤气制氢工艺按照正常地净化分离步骤是:焦炉煤气首先经过焦化系统地预处理,脱除大部分烃类物质;经初步净化后地原料气再经过湿法脱硫、干法脱萘、压缩机、精脱萘、精脱硫和变温吸附()系统,最后利用制氢工艺提纯氢气,整个系统设备投资大、工业处理难度大、环境污染严重、操作不易控制、生产成本高、废物排放量大,因此用焦炉煤气制氢在某种程度上受到一定地限制,所以没有被大规模地应用到工业生产当中.资料个人收集整理,勿做商业用途平顶山市三源制氢有限公司所采用地生产工艺是对四川同盛科技有限责任公司提供地工艺方案进行优化后地再组合,是目前国内焦炉煤气制氢工艺中最先进地生产工艺,它生产成本低、效率高,能解决焦炉煤气制氢过程中杂质难分离地问题,从而推动了焦炉煤气制氢地发展.该工艺地特点是:焦炉煤气压缩采用分步压缩法、冷冻净化及二段脱硫法等新工艺技术.资料个人收集整理,勿做商业用途工艺流程制氢新工艺如图(略)所示.该装置工艺流程分为个工序:①原料气压缩工序(简称工序),②冷冻净化分离(简称工序),③工序及精脱硫工序(简称工序),④半成品气压缩(简称工序),⑤工序及脱氧工序(简称工序).资料个人收集整理,勿做商业用途装置所用地原料气来自平顶山煤业集团天宏焦化公司地焦炉煤气,该公司地焦炉煤气主要用于锅炉、化工产品原料气及城市煤气;因净化难度高,故气体质量较差,分离等级较低,因此杂质地净化分离均以该公司使用地这套工艺装置来实现.表为原料煤气组成.资料个人收集整理,勿做商业用途表原料煤气组成组成体积分数续表组成萘总焦油苯()××质量浓度·工序中,首先把焦炉煤气通过螺杆压缩机对煤气进行加压,将煤气压力从加压至,并经冷却器冷却至℃后输出.经压缩冷却后地煤气含有机械水、焦油、萘、苯等组分,易对后工序吸附剂造成中毒或吸附剂性能下降,该装置设计冰机冷冻分离工序(冷却器为一开一备)对上述杂质进行脱除,此时,重组分物质被析出停留在分离器内,当冷却器前后压差高于设定值或运行一段时间后,自动切换至另一个系统,对停止运行地系统进入加热吹扫,利用低压蒸汽对冷却器和分离器内附着地重组分进行吹除,完成后处于待用状态,经分离后,仍有微量重组分杂质蒸汽带入煤气中,随着装置运行时间地增长,会逐步造成后续工段吸附剂中毒,所以,在冷冻分离后增加了除油器,主要是精脱重组分及水蒸气.煤气进入工序,该工序地主要目地是脱除煤气中强吸附组分、、、、、、有机硫以及大部分、、等;经过工序后地半成品气已得到净化,对压缩机工作条件要求较低,采用一级活塞式压缩工艺,将半成品气从压缩至,再进入工序(在和提氢工序之间设有脱氧工序,是因为经脱氧反应后会生成水分,传统工艺需要等压干燥脱水系统,该系统选用地二段法新工艺不仅节约了投资,而且降低了操作运行费用).工序在传统地制氢工艺中是整套装置地核心部分,而在本装置工艺中只是作为对氢气地提纯,即从上道工序中经脱碳后得到氢体积分数为地原料气,再提纯到后作为商品氢出售.资料个人收集整理,勿做商业用途工艺方案地选择焦炉煤气压缩采用螺杆式压缩机焦炉煤气地压缩国内传统工艺流程中几乎均采用活塞式压缩机.而该公司根据对制氢工艺新技术地掌握,针对原料气地特点,在焦炉煤气压缩地问题上,经多方论证后,确定采用分步压缩方案,即低压段采用螺杆压缩机,脱除杂质组分后,再用活塞式压缩机升压,这种低压段大气量将焦炉煤气压缩到地螺杆压缩机在国内尚属首次使用.资料个人收集整理,勿做商业用途采用螺杆压缩机压缩焦炉煤气最大地优点是:螺杆机结构简单、运行时间长,可以保证装置长周期安全稳定运行,对原料气烃类杂质含量要求不高,无需备用压缩机.与活塞式压缩机相比,无需维修频繁堵塞地气阀(原料气中焦油及萘含量较高,故需经常停车更换气阀内件),维修工作量几乎为零.而传统地往复式压缩机辅助设备多、检修频率高,若用于焦炉煤气压缩,气阀更易堵塞,维修工作量大,还需要备用压缩机.资料个人收集整理,勿做商业用途该工艺地另一主要优势是采用了柴油喷淋冷却工艺,出口温度控制在℃左右,在该温度下,焦炉煤气中地轻质焦油、萘等大分子烃类大部分溶解在柴油中(回收地焦油、萘等烃类物质进行集中处理),但经过冷却器降温至℃时,焦炉煤气中地萘要结晶析出,为此笔者又完善了使用柴油喷淋循环冷却地工艺,这样既能保证管道畅通、又能保证冷却效果,这也是该工艺地独到之处.资料个人收集整理,勿做商业用途从投资地角度而言,原料气螺杆压缩机和半成品活塞式压缩机总购置费用不超过万元,比目前国内同类装置采用台活塞式压缩机(其中台备用)节省投资约万元.资料个人收集整理,勿做商业用途原料气预处理系统采用净化分离工艺焦炉煤气制氢国内同类装置原料气均采用活塞式压缩机,原料气在进入活塞式压缩机之前必须将萘、苯、焦油等重组分杂质脱除,以保证活塞式压缩机地正常工作,整个工艺气地处理需经过脱硫、脱萘、脱苯、除氨等预处理工艺及电捕焦油器、风机等附属设备,而该装置在螺杆压缩机后首次采用了冰机冷冻分离工艺,可以将原料气中大部分高碳烃类、苯、萘等重组分杂质在低温下脱除,从而大大降低了原料气预处理系统地投资和运行成本.资料个人收集整理,勿做商业用途如果从原料气预处理系统地投资和运行成本分析,冷冻净化工艺则比传统工艺投资方面减少约万元,运行成本节约万元.资料个人收集整理,勿做商业用途原料气脱硫采用技术原料气经该装置冷冻净化工艺后,还含有质量浓度地硫无法在此工段中脱除(硫含量取决于所选焦煤地煤质),因此,原料气脱硫问题则是该装置地关键流程.资料个人收集整理,勿做商业用途传统地脱硫方法有:()干法脱硫.采用氧化铁干法脱硫,其优点是一次性投资较小,但缺点是运行成本非常高,易造成长期地二次污染.资料个人收集整理,勿做商业用途()湿法脱硫.如等传统脱硫方法.湿法脱硫具有安全可靠,运行稳定、运行费用低于干法脱硫等优点.但是,湿法脱硫地缺点也很明显,那就是装置投资高、设备腐蚀严重、环境污染大,对有机硫几乎没有脱除效果,而对于变压吸附工艺地吸附剂,危害最大地就是有机硫,它会造成吸附剂寿命减少或失活,影响吸附效果,从而影响了产品氢气质量.另外,经脱硫后产生地硫渣及含硫废水易造成二次污染.资料个人收集整理,勿做商业用途该装置采用目前最先进地,并且是非常成熟地两段法吸附技术,即把脱碳和制氢种工艺合二为一,取长补短.结合焦化公司对解析气中硫含量要求不高地实际情况(因焦炉煤气中硫含量地波动较大,从本装置分离出地解吸气占平顶山煤业集团煤气总量地比例较小,且解吸气热值高出焦炉煤气,并经过多级净化,用途广泛),从根本上解决了有机硫处理地难题.该装置第一段采用脱碳技术,可以大幅度脱除原料气中有机硫、无机硫、、等杂质组分,使氢气体积分数达到以上,同时将原料气中地总硫质量浓度从脱除到以下,然后进入下段制氢工序,由于专用耐硫吸附剂对硫地解吸性能非常好,可以循环使用(与地吸附解吸性能接近),同时也保证了脱碳吸附剂使用寿命可以达到年以上,第二段制氢吸附剂使用寿命更长,可以达到年以上.资料个人收集整理,勿做商业用途两段法提高氢气回收率传统制氢工艺中氢气回收率只有,而该装置选用地工艺技术可将氢气回收率提高到以上,从这套装置来讲,解吸气全部返回到煤气管网,因此,从表面上讲,氢气回收率似乎并不重要,但氢气回收率低,则会增加原料气量,不仅仅会增加压缩功耗,同时也增大了装置对杂质组分地处理量,导致装置运行费用增大,氢气成本增高.因此,努力提高氢气回收率是降低氢气成本,提高经济效益地有效手段.资料个人收集整理,勿做商业用途该装置推荐采用目前最先进地两段法吸附技术是提高氢气回收率地最佳方案.将二段制氢地逆放废气回收作为本装置地升压气;将二段制氢地解吸气用于一段脱碳地冲洗气;将一段脱碳地逆放气和抽空解吸气作为除油器和系统地冷吹气和再生气使用,最后全部返回解吸气管网.资料个人收集整理,勿做商业用途从投资角度讲,该装置由于采用了两段法吸附技术,使主装置总投资由万元降低到万元.脱氧系统无需干燥设备在国内已经运行地制氢装置中,凡是对产品氢中含量有要求者,几乎无一例外,均设计了一套钯催化剂等压干燥系统,其原因是和地分离系数较小,仅仅通过很难达到产品氢气对微量杂质含量地严格要求(一般均要求体积分数小于×).资料个人收集整理,勿做商业用途在预留地脱氧系统中,取消了干燥系统.主要是因为如果产品气中要求体积分数≤×,则脱氧系统放在二段后面,不需要干燥系统;如果产品气中要求体积分数≤×,则脱氧系统放在和二段之间,同样不需要干燥系统.资料个人收集整理,勿做商业用途不足之处及整改措施()在对冷凝系统及除油器进行蒸汽再生时,其再生蒸汽导淋插入高低位水池(系统伴热导淋和脱氧器导淋也排入池内),系统再生废热直接进入水池,致使池内废油液位被不断加热至局部沸腾.池内含大量地苯,苯被挥发出去(苯、萘沸点约为℃)而导致周围环境受到污染.资料个人收集整理,勿做商业用途()制冷机组冰机制冷量不够.从目前冬季运行情况来看,环境温度较低,而且生产处于半负荷状态,暂时可以满足生产,夏季高负荷生产时可能达不到预期地制冷效果.资料个人收集整理,勿做商业用途()水质问题,该公司使用地水是焦化公司提供地二次水,某些指标达不到工业用水地要求,而且循环水冷却塔所处位置距煤加工场太近,易带人大量粉尘,会造成水质严重污染.资料个人收集整理,勿做商业用途该公司准备增加一套苯、萘回收装置,以解决环境污染问题;增加一台制冷量较大地冰机和强制性风冷塔.装置运行情况该装置自年月日运行至今,在试生产过程中,工艺、设备、仪表、电气等方面虽然也出现了不少问题,但整个运行情况是稳定地,没有出现大地缺陷.装置投产以来大大缓解了河南神马尼龙化工公司对氢气地需求,同时也充分利用了天宏焦化公司地焦炉煤气资源,是一个多方收益地工程.资料个人收集整理,勿做商业用途。
变压吸附技术在焦炉煤气制氢中的应用
一、焦炉煤气利用情况分析随着我国天然气工业的崛起,西气东输工程的建成,用天然气代替焦炉煤气成为我国天然气工业的主要燃料。
要保持独立焦化企业的生存和发展,各大城市都必须寻找新的利用途径,解决焦炉大量过剩的问题。
当前,一些高炉煤气和煤气生产企业直接排放烟气,造成严重的环境污染。
对焦化企业来说,调整煤气结构,充分利用高炉煤气或高焦混合煤气作为加热燃料,净化处理含55%~58%氢气的有效成分,是焦化企业合理利用煤气的一项重要措施,既可发挥煤层气的潜力,又可为化工企业提供重要的原煤资源。
现在的炼焦工业只生产焦炭,浪费严重。
我国炼焦工业与日本、德国等发达国家相比,在国际市场上主要以煤的深加工和分选为主。
因为日本炼焦工业的副产品,焦炭中含有超过200种化学物质,而中国最好的只有20种。
由于中国出口的非再生资源比黄金珠宝更便宜,因此我们必须以更高的价格购买。
与此同时,还要为资源的二次浪费和环境污染付出沉重代价。
二、浅谈焦炉煤气的利用炼焦气的利用途径有燃料气、化学气和发电。
像炼铁一样,在工业生产中,这些气体可以进入城市燃气管道供居民使用;近一百多年来,焦炉气体一直被用作各种加热设备的燃料。
由于其具有使用方便、管道输送、传热效率高等优点,深受工业和民用用户的青睐。
因为焦炉煤气中含有H2S,HCN,NH3等有害物质,在民用燃料的生产过程中会产生大量的污染物。
所以随着天然气的发展与上升,焦炉气将被天然气取代。
炼焦煤气生产纯H2,甲醇,化肥等;焦炉气生产纯H2,利用焦炉气生产纯H2(PSA工艺)在我国有着悠久的历史。
与水解法相比,水解法生产工艺成熟,经济合理,效益更显著。
水解制氢电耗为6.5kwh/m3,而用焦炉煤气制氢电耗为0.5kwh/m3。
按能力计算,1000Nm3/h可节省电力约500-800万元,远高于HPSA制氢设备。
采用焦炉气生产甲醇,可以节约一段气的生产工序,直接用于二段炉,大大降低了建设投资。
CH4只要转化为CO,H2,即可满足生产甲醇合成气的要求。
变压吸附技术在焦炉煤气制氢中运用分析
变压吸附技术在焦炉煤气制氢中运用分析摘要:焦炉煤气制氢作业主要为了实现高效制取大规模工业氢气的目标,而变压吸附技术的应用,刚好可以提高制氢效率与预处理质量。
本文立足变压吸附(PSA)技术原理,简要分析影响制氢效果的具体因素,并通过明晰装填标准、合理选用吸附剂、完善PSA装置结构、优化PSA装置参数等优化方法,促使焦炉煤气制氢在变压吸附技术助力下达到预期制氢效果,满足工业领域氢气使用需求。
关键词:变压吸附技术;焦炉煤气制氢;吸附剂前言:据了解:2022年我国焦炭产量高达4.7344亿t,同比增长1.3%,且⅓焦炭产能企业为钢铁联营,其余为独立焦化企业,其放散量每年30km³。
为促使多余焦炉煤气得到有效利用,理应积极采用变压吸附技术改善工业制氢现状,进而获取99.999%纯度左右的氢气,由此充分推行PSA制氢系统,可达到工业领域每小时3000m³供氢标准(每套PSA系统产氢1000 m³/h),从而在技术手段下促进工业领域的良性运作。
一、变压吸附技术原理焦炉煤气变压吸附制氢系统中多涵盖预处理、变压吸附以及脱氧干燥等模块,为充分获得高纯度氢气产品,理应密切关注变压吸附技术应用效果。
此技术实则是借助吸附剂去除原料杂质,而后在特定参数条件下,依托吸附作用,促使焦炉煤气中除氢气以外成分均实现有效吸附,进而在吸附分解后获得所需工业氢气。
此技术具体包含吸附、均压、顺放、逆放、冲洗和升压等应用环节,即先吸附,后解吸,而后方能在重复吸附作用下逐渐制取丰富的氢气产品。
因此,需围绕变压吸附技术原理确认技术应用方向。
二、变压吸附技术在焦炉煤气制氢中运用效果影响因素焦炉煤气制氢中关于PSA运用效果的分析,能够发现多与以下两项因素有关:(1)PSA装置构造特征,PSA装置作为承载吸附剂的重要设备,若本身依据各工序建立的装置构造不符合工序要求,或者变压吸附部分存在运行异常情况,将直接削弱变压吸附效能,甚至容易造成焦炉煤气原料得不到充分吸附处理,最终因杂质较多影响技术应用成果[1]。
焦炉煤气变压吸附提氢典型工艺及选择
不同行业对氢气纯度和产量的要求不同, 工艺选择需考虑产品纯度和产量的要求。
设备投资和运行维护
不同工艺的能耗和成本不同,工艺选择需 考虑经济性因素。
设备投资和运行维护也是工艺选择需要考 虑的因素。
不同工艺的比较和选择
变压吸附法
变压吸附法是一种常用的提氢工艺,具有产品纯 度高、能耗低等优点,适用于从焦炉煤气中提取 高纯度氢气。
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03
典型焦炉煤气变压吸 附提氢工艺流程
工艺流程一:预处理+变压吸附提氢
预处理
对焦炉煤气进行预处理,除去其中的杂质,如水分、硫化物 、氮化物等。
变压吸附提氢
利用变压吸附技术,从预处理后的焦炉煤气中提取氢气。
工艺流程二:变压吸附提氢+深冷分离
变压吸附提氢
从焦炉煤气中提取氢气。
深冷分离
将变压吸附提氢后的气体进行深冷分离,得到高纯度的氢气。
前景
随着环保要求的提高和能源结构的调整,焦 炉煤气变压吸附提氢技术将具有更加广阔的 应用前景,未来将不断改进和完善工艺技术 ,实现更加高效、环保的能源利用。
06
结论与展望
研究结论
经过对各种焦炉煤气变压吸附 提氢典型工艺的比较和分析, 可以得出以下结论
采用预处理+变压吸附提氢工艺 可以获得较高的氢气纯度和回 收率,同时工艺流程简单,易 于操作和维护。
适应性强
焦炉煤气成分复杂,含有多种 气体成分,变压吸附技术可实 现对其中氢气的有效分离和纯 化,适用于多种不同来源的焦
炉煤气。
环保性好
变压吸附提氢技术不产生废水、废 渣等污染物,可实现清洁生产。
经济性高
变压吸附提氢技术具有较高的能源 利用率和较低的运行成本,可实现 氢气的低成本生产。
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发布时间:10-05-28 00:00:00 阅读:1100摘要:变压吸附制氢气体分离技术在工业上得到了广泛应用,已逐步成为一种主要的气体分离技术。
它具有能耗低、投资小、流程简单、操作方便、可靠性高、自动化程度高及环境效益好等特点。
本文重点介绍变压吸附技术在焦炉煤气提氢技术的发展水平,并对变压吸附技术在焦炉煤气实际应用作详细说明。
关键词:变压吸附(PSA法) 分离解吸脱附解吸气自动控制程控阀门一、前言随着炼焦行业、钢铁工业和化学工业的飞速发展,焦化工业在我国出现超常规的发展态势,目前我国已是世界上最大的焦炭生产、消费和出口国,2004年焦炭总产量为2.24亿吨,占全球产量的56%,同时伴生700多亿立方米焦炉煤气,可回收利用的焦炉煤气约300亿立方米。
如此高速发展,致使我国炼焦工业凸现三大难题:1、炼焦煤资源问题;2、环境污染问题;3、焦炉煤气的利用问题;本文就焦炉煤气的利用问题作重点论述。
二、焦炉煤气的利用背景由于我国天然气工业的崛起,西气东输工程已经贯通,天然气已代替焦炉煤气管道气成为民用的主要燃料。
为此,各大中城市的独立焦化厂,为维持其生存与发展,必需寻找新的利用途径,以解决大量富余的焦炉煤气问题。
目前钢铁企业中大量的高炉煤气、焦炉煤气的富余,甚至直接放散、排放、污染环境,已成为企业的突出的问题。
因此,调整企业的燃气结构,充分利用高炉煤气或高、焦混合煤气作为所有设备的加热燃料、提纯其中有效组份(如H含2量为55%~58%)等,将是各焦化企业合理利用燃气的重要措施,不仅可以充分发挥煤资源的潜能,又为化学工业提供重要的原、燃料资源。
焦炉煤气是炼焦行业最主要的副产品之一,每炼一吨焦炭,可产生430m3左右的煤气,其中一半回炉助燃,另外约的200m3焦炉煤气必须使用专门的装臵进行回收,目前我国只有不到10%的焦炉煤气被回收,主要用于城市煤气供应、发电、化工生产等,绝大多数排入大气点了“天灯”,在污染环境的同时,造成稀缺资源的极大浪费。
焦炉煤气变压吸附制氢工艺探讨
焦炉煤气变压吸附制氢工艺探讨煤焦油加氢技术中,提氢工艺是一种相当成熟的一种工艺,可以提取99.99%纯度的氢气。
焦炉煤气PSA制取16000Nm³/h氢气是由四川省化工设计院设计建设。
本装置以焦炉煤气为原料,通过粗脱、压缩、预处理以及两段变压吸附的工艺来进行产品氢气的提纯,该装置与焦油加氢装置配套,达到节能降耗、提高综合经济效益的目的。
本装置界区内按照功能可以分为三区,一是煤气净化区,二是压缩机厂房区,三是PSA设备区。
压缩机厂房有螺杆压缩机两台,煤气净化区有脱焦油,脱硫工序、粗脱工序、预处理工序组成,PSA设备区分别独立。
在PSA设备区,两排吸附塔及解吸气缓冲罐、顺放气罐、氢气缓冲罐等基本沿“一”字形排列在界区。
本装置的整个生产过程(吸附与再生)工艺切换过程均通过程控阀门按一定的工艺步序和顺序进行开关来实现的。
(一)、粗脱工序,粗脱工序主要由3台粗脱塔组成,2台运行,1台备用,其主要作用是将原料煤气中的萘含量从380mg/Nm³降至10mg/Nm³,必要时可采用3台同时运行的程序。
粗脱塔内装填有高效吸附剂。
粗脱的步序为:吸附过程、加热再生过程、吹冷过程。
两台粗脱塔交替进行吸附和再生,达到连续工作的目的。
(二)、预处理工序,预处理工序主要由2台除油塔、3台预处理塔和1台再生气加热器组成。
除油塔的作用是除去压缩机带出的油,避免油进入预处理塔,污染吸附剂,2台除油塔,1用1备。
预处理塔的主要作用是利用吸附剂的选择性,脱除煤气中的苯、萘、焦油、NH3、H2S等杂质。
预处理塔采用2台吸附、1台再生的步骤进行操作。
具体步骤为:吸附过程、降压过程、加热过程、冷却过程、升压过程。
(三)、PSA工序,变压吸附工序第一段PSA-I采用8-2-3分组抽真空流程,即装置的8个吸附塔中有2个吸附塔始终处于进料吸附的状态。
其吸附和再生工艺过程由吸附、连续3次均压降压、顺放、逆放、抽真空、预升压、连续3次均压升压和产品最终升压等步骤组成。
焦炉煤气制氢操作手册
得一化工股份有限公司600Nm3/h焦炉气提氢变压吸附装置操作运行说明书得一化工有限公司二00七年八月山西介休第一章前言一、概述本装置是采用变压吸附(简称PSA)法从焦炉煤气(简称COG)中提取氢气,改变操作条件可生产不同纯度的氢气。
本装置采用气相吸附工艺, 因此, 原料气中不应含有任何液体和固体。
在启动和运转这套装置之前, 要求操作人员透彻地阅读本操作运行说明书, 因为不适当的操作会导致运行性能低劣和吸附剂的损坏。
本说明书中涉及到的压力均为表压, 组成浓度均为体积百分数, 流量除专门标注外均为标准状态下的流量。
二、设计参数1、原料气组成:原料气压力: ≥3Kpa (表压);原料气温度: ≤40℃。
2、产品气压力: ≥1.2MPa (表压);产品气流量:600Nm3/h;产品气温度: ≤40℃;产品氢气纯度: H2≥99.9 % CO+CO2≤10PPmO2≤10PPm H2O≤30PPmS≤2PPm3、解吸气压力: ~0.02Mpa (表压);解吸气流量:~550Nm3/h;解吸气温度: ≤40℃。
4、解吸气组成:第二章工艺说明一、提氢工艺流程基本构成本装置采用变压吸附技术从焦炉煤气中提取氢气,焦炉煤气中杂质较多,组成十分复杂,随原料煤不同有较大变化,除有大量的CH4和一定量的N2、CO、CO2、O2外还有少量的高碳烃类、萘、苯、无机硫、焦油等,后者都是些高沸点、大分子量的组份,很难在常温下解吸,对变压吸附采用的吸附剂而言,吸附能力相当强,这些杂质组分会逐渐积累在吸附剂中而导致吸附剂性能下降,因此本装置采用两种不同的吸附工艺,变温吸附工艺和变压吸附工艺。
经过脱萘脱油后压缩的焦炉煤气首先通过变温吸附工艺除去C5以上的烃类和其它高沸点杂质组份,达到预净化焦炉煤气的目的,然后再经过变压吸附工艺除去除氮、甲烷、一氧化碳及二氧化碳等气体组份,获得纯度约为99.5%的氢气,最后再经过精脱硫、脱氧、干燥系统的净化得到99.9%的产品氢气。
焦炉煤气变压吸附制氢工艺优化应用实践
焦炉煤气变压吸附制氢工艺优化应用实践摘要:随着炼焦、钢铁和化学工业的迅速发展,我国炼焦业发展成为世界上最大的炼焦生产国、消费国和出口国,2020年共生产4.71亿吨焦炭,占世界产量的70 %,焦炭总量超过700亿立方米其中只有34 %得到回收。
焦炭窑气体含有丰富的氢,约占目前主要用作工业和民用燃料的焦炭窑气体的55%(按体积计算),宝贵的氢资源被作为燃料燃烧。
另一方面,轧钢和化工合成工业需要高纯度氢来保护冷轧钢板的空气和化工合成工业的原材料。
传统的氢提取方法是水电解或氨裂解,由于成本高和投资大,这种方法很难推广。
关键词:焦炉煤气;变压吸附制氢工艺;应用实践引言压力吸附技术主要利用吸附剂的两个主要特性来净化和提取氢。
首先,吸附剂对不同化学性质物质的吸附能力差别很大,从而产生分离效应。
其次,吸附剂报告的吸附能力因压力和温度而异。
因此,应重点研究吸附剂,以确保整个吸附过程。
1PSA制氢的原理及研究现状PSA是根据吸附能力或扩散率将气体分离到同一吸附剂中的一种方法。
随着人工合成沸石,PSA迅速发展,从空气分离到氢净化,实现了氢的工业应用。
随着PSA理论的不断改进,吸附剂的不断发展,特别是人工合成碳分子筛,扩大了PSA的范围。
随着新型吸附剂的不断发展和吸附理论的不断完善,现代PSA获得的氢纯度超过了99.999%(φ)。
吸附平衡理论对于研究吸附和分离过程至关重要,特别是反映吸附压力和数量平衡关系的吸附等温线,合理的等温线模型可以直观地预测吸附效果,PSA制氢遵循物理吸附理论伴随着计算机的不断发展,基于动力学、热力学、Polanyi位置和统计等四种吸附理论,迅速开发了各种PSA氢反应模拟软件,如Aspen吸附、流动、gproms等。
研究人员利用相关仿真软件,继续改进各种吸附等温的相关参数,构建PSA相关数学模型,研究吸附剂的相关性能。
作者建立了一个PSA制氢模型,该模型不是一个温度相等的多路径单元。
利用碳分子筛分离空气和富集N2,将H2/CH4/CO2作为吸附剂从活性炭中分离出来,并与Doong模型进行了孔隙/表面散射和平衡,从而填补了固体冻结概念、等温假设等方面的空白。
焦炉煤气制氢
焦炉煤气中含有氢气体积分数为50%~60%,1t原煤可得焦炉煤气300m3~350m3,即可以得到165m3~210m3的氢气。
变压吸附技术是利用所采用的吸附剂对不同组分的吸附量随压力的不同而呈现差异的特性,使氢气和其他杂质实现分离。
它以吸附剂(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和高压下吸附量增加(吸附组分)的特性,将原料气在一定吸附压力下通过吸附剂床层,高沸点杂质组分被选择性吸附,低沸点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。
吸附剂在减压下解吸被吸附的杂质组分后得到再生。
制氢装置由4个工序组成:脱硫脱萘工序、压缩及预处理工序、变压吸附提氢工序、脱氧干燥工序。
一、生产方法焦炉煤气中杂质较多,组成十分复杂,除有大量的CH4和一定量的N2、CO、CO2、O2外,还有少量的高碳烃类、萘、无机硫和焦油等,后者都是很难在常温下脱附的组分。
对变压吸附采用的吸附剂而言,吸附能力相当强,以至于难以解吸,因此焦炉煤气变压吸附装置采用两种不同的吸附工艺:变温吸附工艺和变压吸附工艺。
经过加压的焦炉煤气首先通过变温吸附工艺除去C5以上的烃类和其他高沸点杂质组分,达到预净化焦炉煤气的目的,然后再经过压缩变压吸附工艺除去除氧以外的所有杂质组分,获得99.6%纯度的产品,最终通过催化反应除去氢气中的氧,并经等压干燥获得99.99%纯度的产品。
变压吸附提氢工艺技术为:焦炉煤气先进入预处理系统,经脱萘、干法脱硫、压缩、除油等预处理后,进入PSA-H2系统的吸附器,PSA-H2采用5-2-2/P工艺,吸附压力1.7Mpa,吸附器顶部输出的氢气压力约1.7Mpa,经氢气缓冲罐后,送到后处理工序,经脱氧、脱水、干燥后,产品氢气送到界外。
解吸气作为预处理器和脱萘器的再生气,对预处理器和脱萘器进行再生后,直接输出到界外,作为副产品,解吸气的输出压力为0.02MPa。
二、生产工艺流程1、脱萘脱硫工序原料焦炉煤气首先进入脱萘塔脱除焦炉煤气中的萘。
焦炉煤气变压吸附制氢工艺的应用
N ,的体积分数/ 0 H l“
N 的 体 积 分  ̄ /o O t l
5 0~10 O
16 .
B 23 ・
第2 卷 第 1 期 8 0 3 2 工艺流 程 .
煤 气 与 热 力
N 、 H 、O等从 吸附床层 上 部流 出 , 为 半成 品气 :C C 称 ( 时氢 气体 积 分 数 为 9 % ~ 5 ) 此 4 9 % 。经 逆 放 和抽
由于 能耗低 , 流程 简单 , 置 自动 化 程 度 高 , 品 纯 装 产
烷外 , 其他组分相当复杂 , 随原料煤的不同有较大的 差 别 。平煤 集 团天宏 焦 化公 司 焦炉煤 气 的组成 见 表
1 其 中的杂 质含 量见 表 2 , 。
表 1 焦炉 煤 气 组 成
度高 , 成本 低 , 已经成 为 制氢 的一 种主 导方 法 。
Ap l a i n o r su e S n s r t n Hy r g n Pr d ci n p i t fP e s r wi g Ad o p i d o e o u t c o o o
Te hn l g r m ke Ov n a c o o y f o Co e G s
1 概 述
的安 排 、 同工序 所 需 时 间及 压 力 的 分 配等 参 数 对 不
焦 炉 煤 气 中含 有 丰 富 的氢 气 , :体 积 分 数 约 H 5 % 。 目前焦 炉煤 气 主要 用 作 工 业 和 民用 燃 料 , 5 宝 贵 的氢气 资 源未得 到更 好 的利用 。随着 轧钢 产 品对
组分
H 2
0 2
C O
C2 O
N 2
2 变压 吸 附 的基 本 原 理 … 变 压 吸附 的基 本 原理 是利 用 吸附 剂对 不 同气体
焦炉煤气制氢
目录前言 (3)第一节吸附工艺原理 (5)1.1 吸附的概念 (5)1.2 吸附的分类 (6)1.3 吸附力 (7)1.4 吸附热 (9)1.5 吸附剂 (9)1.6 吸附平衡 (12)1.7 PSA-H2工艺的特点 (14)第二节PSA-H2流程选择分析 (16)2.1 TSA与PSA流程的选择 (16)2.2 真空再生流程与冲洗再生流程的选择 (17)2.3 均压次数的确定 (17)第三节PSA-H2流程描述 (18)3.1 工艺流程简图 (18)3.2工艺流程简述...................................................................................... 错误!未定义书签。
2.3.1工艺方案的选择 (18)2.3.2本装置工艺技术特点 (18)2.4工艺流程简述 (20)2.4.1预净化工序100#(参见图P0860-32-101) (20)2.4.2压缩及预处理工序200#(参见图P0860-32-201、P0860-32-202) (20)2.4.3变压吸附提氢工序300#(参见图P0860-32-301) (21)2.4.4脱氧干燥工序400#(参见图P0860-32-401) (22)2.5装置布置(参见图P0860-33-01) (22)2.6主要工艺控制指标 (23)第四节PSA-H2操作参数的调整 (24)4.1 相关参数对吸附的影响 (24)4.2 吸附压力曲线及其控制方式 (24)4.3 关键吸附参数的设定原则及自动调节方式 (25)4.4 提高PSA-H2装置可靠性的控制手段 (26)第五节PSA-H2装置注意事项 (27)5.1 吸附剂装填注意事项 (27)5.2 生产注意事项 (27)前言吸附分离是一门古老的学科。
早在数千年前,人门就开始利用木炭、酸性白土、硅藻土等物质所具有的强吸附能力进行防潮、脱臭和脱色。
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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
2.2 Bergbau(碳分子筛为吸附剂)PSA制氢工艺
如图4所示,该工艺中的焦炉煤气采用油冷、螺杆式压缩机加压到规定的工作压力后并联进入活性炭预处理器和充填有碳分子筛的PSA吸附塔,依次进行吸附、减压、清洗、升压等四个操作程序。
活性炭处理器与吸附塔是串联操作的,每一个吸附塔对应于一个活性炭预处理器。
上述塔、器均一开一备。
预处理器中
装有特殊的活性炭,以除去H
2S、NH
3
、BTx、萘等杂质,经吸附塔可将CH
4
、CO、
CO
2、N
2
、O
2
等组分吸附,获得高纯度H
2。
该工艺装置最大优点是可从焦炉煤气中
制得大于99.9999%的高纯氢,吸附剂寿命长,可半永久性使用,不需要除氧器与除温器,吸附与脱附快,循环时间短。
技术指标见表3。
图4 Bergbau PSA制氢工艺方框图
表3 Bergbau PSA装置单耗(1m3氢气为单位)及氢气质量指标
3结语
随着石油、天然气减少,其价格不断上涨,人们重新将注意力转移到从钢铁企
业付产气体中提取H
2、CO及CO
2
,尤其注重从焦炉煤气中提取H
2
,一方面可作为高
纯度冷轧钢的保护气,另一方面还可作为合成化工原料甲醇、甲酸的基础原料气。
无论从哪方面考虑,将来对氢气需用量越来越大。
变压吸附技术能从廉价炼焦付
产煤气中分离出高纯度氢气,该技术因其工艺简单、投资少、操作成本低、H
纯
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度高而日益成为焦炉煤气分离的主导技术,它必将在国内焦炉煤气分离氢气方面得到大力推广应用。