一种利用合成氨驰放气制备燃料电池用氢气的装置及工艺

摘要

本发明公开了一种利用合成氨驰放气制备燃料电池用氢气的装置及工艺，其装置包括缓冲罐，缓冲罐的物料出口连通洗涤塔的物料进口，洗涤塔的物料出口连通干燥器的物料进口，干燥器的物料出口连通膜分离器的物料进口，膜分离器的物料出口连通吸附塔的物料进口，吸附塔的物料出口连通高效脱硫塔的物料进口，高效脱硫塔的物料出口连通氢气储罐。并公开其工艺，包括缓冲、洗涤、干燥、膜分离、变压吸附、高效脱硫。本发明提供的利用合成氨驰放气制备燃料电池用氢气的装置及工艺，能够提升实现燃料电池级氢气的大规模生产，提高合成氨驰放气利用率，实现节约、高效、综合应用的目的。

说明书

技术领域

本发明属于氢气制备技术领域，尤其涉及一种利用合成氨驰放气制备燃料电池用氢气的装置及工艺。

背景技术

氢能是世界公认的清洁能源，世界主要国家积极布局氢能产业发展战略。近年来，我国也在持续加大对氢能产业发展的政策引导和支持力度，提出将“氢能与燃料电池”作为战略新兴产业，氢能产业于2018年进入“氢能元年”。为加快氢能产业的发展，2018年发布由中国标准化研究院和全国氢能标准化技术委员会编制的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》，2019年又发布了由中国氢能联盟编制的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》；白皮书指出，氢能将成为中国能源体系的重要组成部分，预计到2050年，氢能在我国终端能源体系中的占比约为10%，氢气需求量接近6000万t，其中交通运输领域用氢2458万t，全国加氢站达到10000座以上，交通运输、工业等领域将实现氢能普及应用。

氢能产业包括氢气制取、氢气储运和氢气利用三个主要环节，其中氢气的制取处于整个氢能产业链上游，是氢能产业的基础。制取燃料电池用氢气的主要途径有石化能源重整制氢、工业副产氢纯化制氢以及水电解制氢等，其中工业副产氢在化工、钢铁、石化等领域产量巨大，包括各种富含氢气的排放气如焦炉煤气、合成氨弛放气、甲醇驰放气、氯碱工业副产氢气和炼厂副产工业氢气等。

工业副产氢纯化制氢优点是氢源广泛、成本较低，适合大规模生产，缺点是气体杂质多，脱除净化困难。因此，可以开发一种利用合成氨驰放气/循环气作为氢源、通过逐级提纯制备燃料电池用氢气的装置，实现企业能源供应结构的优化升级。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用合成氨驰放气制备燃料电池用氢气的装置及工艺，能够提升实现燃料电池级氢气的大规模生产，提高合成氨驰放气利用率，实现节约、高效、综合应用的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种利用合成氨驰放气制备燃料电池用氢气的装置，包括缓冲罐，缓冲罐的物料出口连通洗涤塔的物料进口，洗涤塔的物料出口连通干燥器的物料进口，干燥器的物料出口连通膜分离器的物料进口，膜分离器的物料出口连通吸附塔的物料进口，吸附塔的物料出口连通高效脱硫塔的物料进口，高效脱硫塔的物料出口连通氢气储罐。

进一步地，所述干燥器为自动循环再生吸附式干燥器。

进一步地，所述膜分离器上还设置有膜分离器杂质气体出口，膜分离器杂质气体出口连通锅炉系统。

进一步地，所述膜分离器数量为4-6个，吸附塔数量为4-10个。

进一步地，所述吸附塔的物料出口处设置有气体检测装置。

进一步地，所述膜分离器与膜分离器之间通过串并联组合方式连接。

一种利用合成氨驰放气制备燃料电池用氢气的工艺，包括以下步骤：

（1）合成氨驰放气经过缓冲罐缓冲降压，再通过洗涤塔中软水洗涤后进入干燥器中干燥；

（2）步骤（1）中干燥后的气体进入膜分离器净化，而后送入吸附塔进行循环变压吸附；

（3）步骤（2）中循环变压吸附后的气体进入高效脱硫塔脱硫，得到氢气。

进一步地，所述步骤（1）中缓冲罐缓冲降压至0.8-3MPa。

进一步地，所述步骤（2）中膜分离器数量为4-6个，膜分离器与膜分离器之间通过串并联组合方式连接。

本发明具有的优点是：

本发明中（1）缓冲罐能够对合成氨驰放气进行缓冲降压，有利于后续对杂质气体的脱除，同时也增加了负荷的弹性操作，保障了本工艺的连续稳定运行。

（2）洗涤塔可以便于将气体中部分氨气进行彻底的洗涤清除，延长了后工序膜分离器和吸附塔的寿命，同时对氨回收也避免了氨的浪费。

（3）干燥器能够实现燃料氢气的露点要求，同时彻底干燥气体，可以避免水蒸气带入后工序对膜分离及变压吸附的吸附剂产生影响，提高了分离膜和吸附剂的使用寿命。

（4）膜分离器首先可以对高含量的氮气、甲烷进行有效的脱除，从而达到净化氢气、提高氢气纯度的目的；其次，膜分离器的设置在除杂的同时，可以实现承受气体的压力降和气体分压变化的影响，实现了变压吸附前的压力平衡，同时提高了变压吸附的效果。

（5）吸附塔通过吸附床层的专业设计和吸附剂的筛选实现氢气中甲烷、氮气、氦气等的痕量脱除，从而使氢气中杂质气体达到燃料电池用标准，实现氢气的高纯净化。

（6）高效脱硫塔的设置，提纯后的氢气通过装填高效锌基脱硫剂深度脱硫，控制床层温度在150-400℃，实现氢气中总硫含量降低至4ppb以下，达到燃料电池用氢气标准，产出合格氢气。

本发明提供的利用合成氨驰放气制备燃料电池用氢气的装置及工艺，能够提升实现燃料电池级氢气的大规模生产，提高合成氨驰放气利用率，实现节约、高效、综合应用的目的。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种利用合成氨驰放气制备燃料电池用氢气的装置，包括缓冲罐1，缓冲罐1顶部设有安全泄压装置，缓冲罐1顶部最高点设有放空管，缓冲罐1上部设有压力测量仪表，缓冲罐1下部设有氮气吹扫置换接口。缓冲罐物料出口102连通洗涤塔物料进口201，洗涤塔2配有软水槽、水分、洗涤水回收装置等辅助设备，并且有相应管道互相连接保证洗涤过程中水量的充足以及洗涤水的后续处理。洗涤塔物料出口202连通干燥器物料进口301，干燥器3为自动循环再生吸附式干燥器，主要由吸附塔、冷凝器、气水分离器、强制循环风机和控制系统等组成。干燥器物料出口302连通膜分离器物料进口401，膜分离器4上还设置有膜分离器杂质气体出口402，膜分离器杂质气体出口403连通锅炉系统，膜分离器4数量为5个，膜分离器4与膜分离器4之间通过串并联组合方式连接。

膜分离器物料出口402连通吸附塔物料进口501，吸附塔5数量为6个，吸附塔5内装填有活性炭吸附剂，粒径4-10目，采用顺向降压的吸附方式进行，配有顺向缓冲罐、逆向缓冲罐，吸附塔物料出口502处设置有气体检测装置。吸附塔物料出口502连通高效脱硫塔物料进口601，高效脱硫塔6装填的脱硫剂是锌基高效脱硫剂，采用高温吸附的方式，吸附温度150-400℃，吸附后的氢气中硫含量低于4ppb。高效脱硫塔物料出口602连通氢气储罐7。

一种利用合成氨驰放气制备燃料电池用氢气的工艺，包括缓冲、洗涤、干燥、膜分离、变压吸附、高效脱硫，具体步骤为：

（1）将压力为12-15MPa的合成氨驰放气通过缓冲罐物料进口101进入缓冲罐1，缓冲降压至0.8-3MPa，再由缓冲罐物料出口102通过洗涤塔物料进口201进入洗涤塔2，洗涤塔2顶部喷淋软水进行逆流洗涤、吸收氨，洗涤塔2的洗涤水可通过洗涤塔回收装置返回合成氨系统进一步处理，洗涤塔2的气体经洗涤塔物料出口202由干燥器物料进口301进入干燥器3中干燥。

（2）步骤（1）中干燥后的气体从干燥器物料出口302流入膜分离器物料进口401而进入膜分离器4，在膜分离器4中进行氮气、甲烷等杂质气体脱除，杂质气体可通过膜分离器4杂质气体出口排出送至锅炉系统燃烧，净化后的气体通过膜分离器物料出口402、吸附塔物料进口501送入吸附塔5，在吸附塔5中进行循环变压吸附，深度脱除氮气、甲烷等杂质气体。

（3）步骤（2）中循环变压吸附后的气体通过循环吸附气体检测装置检测合格，由吸附塔物料出口502经过高效脱硫塔物料进口601进入高效脱硫塔6脱硫，气体在高效脱硫塔6内经过处理硫含量降低至4ppb以下，通过高效脱硫塔物料出口602送至氢气储罐7，得到合格产品氢气。