变压吸附原理在工业制氢中的运用.pdf

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1、第43卷第3期新材料与新技术化工设计通讯2017年3月NewMaterialandNewTechnologyChemicalEngineeringDesignCommunications变压吸附原理在工业制氢中的运用刘洋（四川天一科技股份有限公司，四川双流610225）3摘要：变压吸附（PSA）是一种新型的气体吸附分离技术，目前在工业制氢中的应用非常广泛。选取的氢源是130000m/h的半焦煤气，其φ（H2）＜30%，具体讨论PSA原理在半焦煤气制氢工作中的运用，目的是分离制取纯度较高的H2。关键词：半焦煤气；PSA；制氢装置中图分

2、类号：TQ116.2文献标志码：B文章编号：1003–6490（2017）03–0048–02ApplicationofPressureSwingAdsorptionPrincipleinIndustrialHydrogenProductionLiuYangAbstract：PSA（PSA）isanewgasadsorptionandseparationtechnology，whichiswidelyusedinindustrialhydrogen3production.Inthiscase，theauthorselectedthe

3、sourceofhydrogenis130000Nm/hsemi-cokegasandits<30%，specificallydiscusstheprincipleofPSAinsemi-cokegashydrogenproductionwork，thepurposeistoseparatethepreparationofhighpurityH2.Keywords：semi-cokegas；PSA；hydrogenplant与膜分离法、低温分离法等相比，PSA具有H2纯度高、焦煤气中铵盐与氨的去除率可达90%以上。经济节能、操作简单

4、、容易维护及投资少等优点，因此被广1.2预处理工序泛应用在工业制氢中。针对PSA制氢装置，其原料气源包括在预处理环节，主要的任务是通过变温吸附（TSA）来去工业生产中的含氢尾气及天然气、重油、煤制成的含氢气源，除半焦煤气中的苯、萘和焦油等杂质，并以60h为一个循环周通常φ（H2）＞20%的气源均可选作PSA的制氢原料气。期。在预处理塔的吸附量接近饱和状态时，转入吸附剂的再3本案选取的是130000m/h半焦煤气及其φ（H2）＜30%。生过程，具体流程如下：降压→加热脱附杂质→冷却吸附剂半焦煤气是煤干馏的产物，其成分一般取决于炭化炉的

5、型式。→升压。在这一过程中，预处理器选用的再生气是变压吸附[3]以内热式直立炭化炉为例。在半焦煤气中，φ（N2）为44.3%；氢气提纯工序中产生的低压解吸气。φ（H2）为27.0%；φ（CO）为11.0%；φ（CH4）和φ（CO2）1.3真空变压吸附氢气提浓与脱氧工序都为7.5%；φ（CmHn）为1.5%；φ（O2）为1.2%。虽然在前工在真空变压吸附中，主要采用的工艺是12-4-3工艺，其设段已对半焦煤气做了净化处理，但半焦煤气中仍存在一定量有吸附塔共计12台，其中总是保持吸附状态的吸附塔共4台，大分子量、高沸点的杂质，比如苯、萘

6、和焦油等，且其会毒同时包括3次均压升（降）压过程。吸附剂通常具有选择性，[1]害PSA制氢装置的吸附剂。本工作浅析了PSA半焦煤气制则在这一选择性吸附作用下，净化处理后的半焦煤气可一次3氢装置流程，具体讨论130000Nm/h半焦煤气的PSA提氢、性去除除氢氮外的全部杂质，而获得的提浓H2的φ（H2）＞解吸气回收与再利用。45%。在此之后，先加热，再进入脱氧塔进行脱氧处理，可1PSA半焦煤气制氢装置流程使H2的回收率大大提高，其中最为关键的步骤是抽真空脱吸，图1所示为PSA半焦煤气制氢装置流程图。其可使解吸后的吸附剂彻底再生。通常而

7、言，吸附剂的再生顺放罐过程如下：3次均压降压→逆放→抽真空→预升压→3次均压[4]冲洗顺放升压→产品气升压。逆放气氢气1.4变压吸附氢气提纯工序半焦煤气冲洗气PSA加热器变压吸附氢气提纯工序是真空变压吸附氢气提浓与脱氧预升压工艺气工序后的重要步骤，其采用的工艺主要是10-4-1工艺，其设有工艺气工艺气VPSA工艺气脱氧塔吸附塔共计10台，其中总是处在吸附状态下的吸附塔共4台，水洗除盐预处理同时包括1次均压升（降）过程。在吸附剂的选择性吸附作用下，逆放气金属镁燃料气提浓后的H2可一次性去除除氢外的全部杂质，且获得的产品除盐水站真空泵混

8、合罐H2的φ（H2）＞99.9%。在这一工序中，吸附剂的再生过程如下：解吸气锅炉燃料气1次均压降压→顺放一→顺放二→逆放→冲洗→1次均压升压图1PSA半焦煤气制氢装置流程→产品最终升压。其中，顺放一产生的气体存储在顺放气缓如图1所示，