一种荒煤气制氢系统及荒煤气制氢工艺

摘要

本申请公开了一种荒煤气制氢系统及荒煤气制氢工艺，涉及荒煤气变压吸附制氢技术领域。该荒煤气制氢系统包括气体压缩装置、变温吸附装置和两个以上提浓提纯机构，气体压缩装置的出口端与变温吸附装置的入口端连接，两个以上提浓提纯机构并联，且均连接于变温吸附装置的出口端；提浓提纯机构包括提浓吸附装置、脱氧装置和提纯吸附装置，提浓吸附装置、脱氧装置和提纯吸附装置沿着荒煤气的流动方向依次串联设置。本申请提供的荒煤气制氢系统及荒煤气制氢工艺，原料荒煤气在经压缩分离及变温吸附后，通过进行两路并行的提浓、脱氧及提纯，不仅降低了荒煤气制氢系统的阻力，保证制氢系统的长周期稳定运行，而且大幅提高了氢气收率和氢气纯度。

说明书

技术领域

本申请涉及荒煤气变压吸附制氢技术领域，尤其涉及一种荒煤气制氢系统及荒煤气制氢工艺。

背景技术

荒煤气是煤炭干馏过程中析出的未经净化处理的气体产物，其主要成分包含氢气、氮气、甲烷及一氧化碳等。产业中荒煤气大部分被用作燃料发电，不仅造成了资源的极大浪费，而且因荒煤气中的硫化物含量较高，在燃烧过程中造成了严重的环境污染，更是对荒煤气中富含氢气的低效利用。氢气是一种重要的化工原料和工业保护气体，在合成氨、炼油、电子和冶金工业中有着广泛的应用，同时氢气具有良好的燃烧性能和环保特点，未来市场对氢气有潜在的巨大需求。因此，产业以荒煤气为原料制取高纯度氢气，不仅能够解决荒煤气排放和/或燃烧的污染问题，而且能够减少大量焦炭资源的浪费，是荒煤气加工利用的一种经济、环保型措施，具有明显的竞争优势。

目前，产业在利用荒煤气制取高纯度氢气中通常采用真空变压吸附法，真空变压吸附法是利用压力的变化来实现气体的吸附与再生，从而达到气体分离的技术，具有安全高效、节能环保的优点。

但是，在现有利用真空变压吸附法制取高纯度氢气的分离技术中，通常因为荒煤气的处理量很大而造成制氢系统阻力增大，从而导致氢气的收率和纯度明显降低，分析其原因主要包括以下两点：一是原料荒煤气经压缩及变温吸附后的压力显著增高，造成提浓真空变压吸附过程中的逆放压力远高于设计值，不利于提浓真空变压吸附过程中的逆放再生以及后续提纯吸附剂的再生；二是吸附剂的再生效果差，从而连锁效应造成提浓、提纯装置吸附能力差，而且吸附剂再生不彻底，一方面造成制氢系统不能稳定运行，另一方面很可能导致负荷增大而氢气收率和纯度下降。

发明内容

本申请实施例通过提供一种荒煤气制氢系统及荒煤气制氢工艺，解决了现有真空变压吸附制取氢气过程中存在的系统阻力大、荒煤气处理量小、氢气收率低以及氢气纯度不足的技术问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案是：

第一方面，本申请实施例提供的一种荒煤气制氢系统，包括气体压缩装置、变温吸附装置和两个以上提浓提纯机构；

所述气体压缩装置的出口端与所述变温吸附装置的入口端连接，两个以上所述提浓提纯机构并联，且均连接于所述变温吸附装置的出口端；

所述提浓提纯机构包括提浓吸附装置、脱氧装置和提纯吸附装置；

所述提浓吸附装置、脱氧装置和提纯吸附装置沿着荒煤气的流动方向依次串联设置。

结合第一方面，在本申请实施例的一些可选实施方案中，该荒煤气制氢系统还包括增纯装置；

所述增纯装置并联于任一个所述提纯吸附装置的两端。

结合第一方面，在本申请实施例的一些可选实施方案中，所述气体压缩装置包括气体压缩机和气液分离器；

所述气液分离器连接于所述气体压缩机的出口端。

结合第一方面，在本申请实施例的一些可选实施方案中，该荒煤气制氢系统还包括预处理装置；

所述预处理装置设于所述气体压缩装置与所述变温吸附装置之间，用于除去荒煤气中的铵盐类杂质。

结合第一方面，在本申请实施例的一些可选实施方案中，所述预处理装置包括水洗喷淋塔。

结合第一方面，在本申请实施例的一些可选实施方案中，所述变温吸附装置中至少装填有焦炭和活性炭。

结合第一方面，在本申请实施例的一些可选实施方案中，所述脱氧装置包括脱氧塔；

所述脱氧塔内至少装填有脱硫脱氧剂。

第二方面，本申请实施例提供的一种荒煤气制氢工艺，包括：

对荒煤气进行压缩及预处理；

对压缩及预处理后的荒煤气进行变温吸附；

对变温吸附后的荒煤气分为多个并行的支路，每个支路均进行提浓、脱氧和提纯。

结合第二方面，在本申请实施例的一些可选实施方案中，该荒煤气制氢工艺还包括：

在任一支路的提纯过程中，并行进行增纯操作。

与现有技术相比，本申请实施例的有益效果或优点包括：

本申请实施例提供的荒煤气制氢系统，包括气体压缩装置、变温吸附装置和两个以上提浓提纯机构，气体压缩装置的出口端与变温吸附装置的入口端连接，两个以上提浓提纯机构并联，且均连接于变温吸附装置的出口端；其中提浓提纯机构包括提浓吸附装置、脱氧装置和提纯吸附装置，提浓吸附装置、脱氧装置和提纯吸附装置沿着荒煤气的流动方向依次串联设置。鉴于此，原料荒煤气在经压缩及变温吸附后，可通过并联的提浓提纯机构同时进行提浓真空变压吸附、脱氧以及提纯真空变压吸附，一方面降低了提浓真空变压吸附过程中的逆放压力，实现了对荒煤气制氢系统阻力的降低；另一方面提高了对荒煤气提浓、脱氧及提纯的处理量，从而增加了氢气收率和产量；同时还提高了提浓真空变压吸附、脱氧和提纯真空变压吸附过程中吸附剂的再生效果以及改善了提浓真空变压吸附、提纯真空变压吸附的吸附能力，从而实现了对制取氢气纯度的提高。

本申请实施例提供的荒煤气制氢系统及工艺，一方面可将荒煤气处理量由15万Nm

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的荒煤气制氢系统的一种结构示意图；

图2为本申请实施例提供的荒煤气制氢系统的另一种结构示意图；

图3为本申请实施例提供的气体压缩装置的结构示意图；

图4本申请实施例提供的荒煤气制氢工艺流程图。

图标：1-气体压缩装置；2-变温吸附装置；3-提浓提纯机构；4-增纯装置；5-过滤装置；11-气体压缩机；12-气液分离器；31-提浓吸附装置；32-脱氧装置；33-提纯吸附装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为解决目前利用变压吸附法制氢过程中存在的系统阻力大，荒煤气处理量小、氢气收率低及氢气纯度不足的问题，本申请实施例提供了一种荒煤气制氢系统及荒煤气制氢工艺。

请参阅图1至图4，其中图1为本实施例提供的荒煤气制氢系统的一种结构示意图；图2为本实施例提供的荒煤气制氢系统的另一种结构示意图；图3为本实施例提供的气体压缩装置的结构示意图；图4本申请实施例提供的荒煤气制氢工艺流程图。

如图1所示，该荒煤气制氢系统包括气体压缩装置1、变温吸附装置2和两个以上提浓提纯机构3。气体压缩装置1的出口端与变温吸附装置2的入口端连接，两个以上提浓提纯机构3并联，且均连接于变温吸附装置2的出口端。提浓提纯机构3包括提浓吸附装置31、脱氧装置32和提纯吸附装置33，提浓吸附装置31、脱氧装置32和提纯吸附装置33沿着荒煤气的流动方向依次串联设置。

气体压缩装置1是能够压缩荒煤气体积并进行气液分离的的设备和/或装置，可由气体压缩机和气液分离器组成。其中，图3示出了一种气体压缩装置1的组成结构，该气体压缩装置1包括气体压缩机11和气液分离器12，气液分离器12连接于气体压缩机11的出口端。鉴于此，该气体压缩装置1可将原料荒煤气压缩至压力≥0.65MPa后进行气液分离，从而能够分离出荒煤气中所含的部分酚类和焦油等杂质。

需要说明的是，气体压缩装置1还可由两个以上气体压缩机11和相应数量的气液分离器12组成，其中两个以上气体压缩机11并联设置，且每个气体压缩机11的出口端均连接有气液分离器12，从而实现对原料荒煤气的快速压缩及气液分离。

原料荒煤气的组成与用煤性质及配比、生产操作条件、荒煤气净化方法和操作等因素有关，其中表1示出了一种原料荒煤气的组成配比。通过表1可以看出，原料荒煤气的组成相当复杂，且变化范围很大。本实施例通过采用气体压缩装置1对原料荒煤气进行压缩及气液分离，不仅能够脱除原料荒煤气中的部分酚类及焦油等杂质，使后续的变温吸附及变压吸附速度更快、效果更好，而且能够提高制氢效率。

表1-荒煤气组分配比

变温吸附装置2是能够对压缩荒煤气进行变温吸附-解吸的设备和/或装置，可由两个以上并联的吸附塔及配套的程控阀门等组成，通过阀门切换和温度变化实现吸附及解吸操作，例如活性炭变温吸附装置。当变温吸附装置2运行时，压缩荒煤气进入其中一个吸附塔，先后经历吸附、逆向放压、加温脱附、冷却吸附剂、吸附器冲压五个步骤后，通过阀门切换退出荒煤气流动管路，同时另一个吸附塔重复上述五个步骤，从而通过两个吸附塔进行相互交替的吸附-解吸，实现对压缩荒煤气的连续变温吸附-解吸。由于每个吸附塔中装填有吸附剂，因而本实施例采用变温吸附装置2对压缩荒煤气进行变温吸附处理，能够脱除压缩荒煤气中夹带的萘和残余焦油。其中，变温吸附装置中装填的吸附剂至少包括焦炭和活性炭。

提浓吸附装置31是能够对变温吸附后的荒煤气进行真空变压吸附-解吸的设备和/或装置，可由多个并联的吸附塔、真空泵、解吸气缓冲罐及配套的程控阀门等组成。当提浓吸附装置31运行时，变温吸附后的荒煤气进入其中一个吸附塔，先后经历吸附、多次均压降压、顺放与逆放、抽真空冲洗及多次均压升压步骤，通过多个吸附塔交替重复上述变压吸附-解吸步骤，从而实现对变温吸附后荒煤气的真空变压吸附。由于每个吸附塔中装填有多种专用吸附剂，因而在不同吸附剂的选择性吸附下，能够脱除荒煤气中除H

脱氧装置32是能够对富氢气进行脱硫脱氧的设备和/或装置，如脱氧塔。本实施的脱氧塔内至少装填有脱硫剂和脱氧剂。当脱氧装置32运行时，富氢气进入脱氧塔，经进口脱硫剂脱除富氢气中有机硫杂质，同时在脱氧剂的作用下，其中所含的少量O

提纯吸附装置33是能够对脱氧富氢气进行真空变压吸附-解吸及干燥的设备和/或装置，可由多个并联的吸附塔、真空泵、解吸气缓冲罐及配套的程控阀门等组成。当提纯吸附装置33运行时，脱氧富氢气进入其中一个吸附塔，先后经历吸附、多次均压降压、顺放与逆放、抽真空冲洗及多次均压升压步骤，多个吸附塔交替重复上述真空变压吸附-解吸步骤，从而实现对富氢气的真空变压吸附。由于每个吸附塔中装填有多种专用吸附剂，因而在不同吸附剂的选择性吸附下进行提纯，例如装填硅胶，能够脱除富氢气中生产的H

同时参阅图1和图2，该荒煤气制氢系统还包括增纯装置4，增纯装置4并联于任一个提纯吸附装置33的两端，以实现对脱氧富氢气的增纯。其中，增纯装置4是可以对脱氧富氢气进行真空变压吸附-解吸的设备和/或装置，由多个并联的吸附塔、真空泵、解吸气缓冲罐及配套的程控阀门等组成。当增纯装置4运行时，脱氧富氢气进入其中一个吸附塔，先后经历吸附、多次均压降压、顺放与逆放、抽真空冲洗及多次均压升压步骤，多个吸附塔交替重复上述真空变压吸附-解吸步骤，从而实现对脱氧富氢气的真空变压吸附增纯。由于每个吸附塔中装填有多种专用吸附剂，因而在不同吸附剂的选择性吸附下，不仅能够脱除富氢气中生产的H

如图2所示，该荒煤气制氢系统还包括预处理装置5，预处理装置5设于气体压缩装置4与变温吸附装置5之间，用于除去荒煤气中的铵盐类杂质，从而加快后续的变温吸附以及提浓提纯的真空变压吸附。具体地，预处理装置5是能够对压缩荒煤气组分进行水洗除盐的设备，如水洗喷淋塔等。在本实施例中，通过利用水洗喷淋塔对压缩荒煤气进行水洗喷淋，从而脱除荒煤气中的铵盐类杂质。

通过以上描述可知，本申请实施例提供的荒煤气制氢系统，包括气体压缩装置1、变温吸附装置2和两个以上提浓提纯机构3，气体压缩装置1的出口端与变温吸附装置2的入口端连接，两个以上提浓提纯机构3并联，且均连接于变温吸附装置2的出口端；提浓提纯机构3包括提浓吸附装置31、脱氧装置32和提纯吸附装置33，提浓吸附装置31、脱氧装置32和提纯吸附装置33沿着荒煤气的流动方向依次串联设置。鉴于此，该荒煤气制氢系统在运行时，原料荒煤气首先进入气体压缩装置1进行压缩及气液分离，使原料荒煤气中夹带的部分酚类和焦油被分离脱除；进入包括水洗喷淋塔的预处理装置5，预处理装置5中的水洗喷淋塔能够脱除其中的铵盐类杂质；进入变温吸附装置2，在工作温度≤40℃下，先后经历吸附、逆向放压、加温脱附、冷却吸附剂、吸附器冲压五个步骤，实现对荒煤气的连续变温吸附-解吸，从而脱除其中夹带的萘和残余焦油类杂质；变温吸附后的富氢气进行两路并行的提浓真空变压吸附、脱氧和提纯真空变压吸附，不仅减少了原有提浓真空变压吸附和脱氧路径上的解吸气通过量，使提浓真空变压吸附过程中的逆放压力得到降低，实现了对变温吸附后荒煤气在进行提浓变压吸附过程中阻力的降低，而且增加了提浓吸附装置31中专用吸附剂的负载量，使专用吸附剂的吸附效果和再生效果以及提浓真空变压吸附、提纯真空变压吸附的吸附能力得到提高，既能保证制氢系统的长周期稳定运行，又能实现对制取氢气纯度的提高；同时通过两路并行的提浓真空变压吸附及脱氧，可以增加单位时间内的荒煤气的处理量，实现了对制取氢气收率和产量的提高；以及在提纯真空变压吸附过程中并行进行增纯，由于富氢气在脱氧后进行三路并行的提纯真空变压吸附及增纯真空变压吸附，减少了原有提纯真空变压吸附路径上的富氢气的通过率，使提纯真空变压吸附过程中的逆放压力得到降低，不仅实现了对富氢气在通过提纯真空吸附装置33时阻力的降低，而且增加了提纯吸附装置33中的专用吸附剂的负载量，使专用吸附剂的吸附效果和再生效果以及提浓真空变压吸附、提纯真空变压吸附的吸附能力得到提高，既能保证制氢系统的长周期稳定运行，又能实现对制取氢气纯度的提高。

基于该荒煤气制氢系统，本实施例还提供了一种荒煤气制氢工艺，如图4所示，该工艺包括：

S401、对荒煤气进行压缩及预处理：将原料荒煤气利用气体压缩机11压缩至大于0.65MPa后，进入气液分离器12脱除其中的部分酚类、焦油和苯类杂质，获得压缩荒煤气；再对压缩荒煤气进行预处理，以脱除其中所含的铵盐类杂质；

S402、对压缩及预处理后的荒煤气进行变温吸附：在工作压力为1.7MPa，温度≤40℃的条件下，压缩荒煤气进入变温吸附装置2，依次经历吸附、逆向放压、加温脱附、冷却吸附剂、吸附器冲压，以对荒煤气进行变温吸附-解吸，脱除荒煤气中的萘、残余焦油和笨类等杂质；

S403、对变温吸附后的荒煤气分为多个并行的支路，每个支路均进行提浓、脱氧和提纯：在工作压力为1.7MPa，温度≤40℃的条件下，变温吸附后的解吸气进行两路并行的提浓真空变压吸附、脱氧和提纯真空变压吸附以获得高纯度氢气，具体地，变温吸附后的解吸气分为两路进入两个并联的提浓吸附装置31，在每个提浓吸附装置31中先后经历吸附、多次均压降压、顺放与逆放、抽真空冲洗及多次均压升压，以对变温吸附后的荒煤气真空变压吸附-解吸步骤，脱除其中除H

为了降低提纯吸附装置33在提纯真空变压吸附过程中的逆放压力，并提高提纯吸附装置33中的专用吸附剂的吸附效果与再生效果，该荒煤气制氢工艺还包括：

S404、在提纯过程中还包括在任一支路的提纯过程中，并行进行增纯操作。

本申请实施例通过该荒煤气制氢工艺，可将荒煤气处理量由15万Nm

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解的是。其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。