一种工业副产含氢尾气净化及氢提纯的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种工业副产含氢尾气净化及氢提纯的方法和系统，属于煤化工技术领域，包括以下步骤：对工业副产含氢尾气进行预处理，脱除甲烷、水与一氧化碳，获得粗氢气；将粗氢气通入装填有金属氢化物吸附剂的金属氢化物反应器组进行吸附，在金属氢化物反应器组的一个金属氢化物反应器内的金属氢化物吸附剂达到饱和状态后停止通入粗氢气，向金属氢化物吸附剂不饱和的金属氢化物反应器内通入粗氢气；加热金属氢化物反应器，使氢气排出，得到氢气。本发明专利技术能够净化工业副产含氢尾气并进行氢提纯，利用基于金属氢化物的分离提纯氢气技术，实现了复杂组分来源气中大浓度变化范围内的氢气的高效回收，可进行尾气的持续处理和氢气的持续生产。气的持续生产。气的持续生产。

【技术实现步骤摘要】
一种工业副产含氢尾气净化及氢提纯的方法和系统


[0001]本专利技术属于煤化工领域，涉及一种工业副产含氢尾气净化及氢提纯的方法和系统。

技术介绍

[0002]氢气作为重要的化工原料，不仅在合成氨、石油化工和煤化工等领域有着非常广泛的应用，而且在冶金、电子、医药、食品、航空航天工业中也有所应用。此外，氢能是重要的绿色能源，能量密度高且无污染。随着新能源技术的不断革新、航空电子信息产业的发展，尤其是随着氢燃料电池汽车的发展，高纯度氢的需求和消耗量仍在持续增加，然而目前高纯氢气领域主要依赖于电解水，能耗较大，成本较高。
[0003]工业副产含氢尾气作为炼油、化工等行业产品生产过程中普遍存在的副产物，具有成本低，资源丰富等优势。工业副产含氢尾气成分通常非常复杂，含有一定浓度的氢气和部分有毒有害物质，现有的工业副产氢只是将含氢工业尾气进行简单的纯化，纯度不高，作为低附加值的工业用氢出售，未能充分利用工业副产含氢尾气。而若能够高效得净化工业副产含氢尾气并进行氢提纯，不仅能够实现无污染、环境友好的气体排放，而且能够实现资源的有效回收利用，所获得的高纯度氢可满足多种行业的需要，具有显著的社会效益和经济效益。
[0004]现有的能够纯化获得高纯氢(99.999)的方法主要有三种：金属氢化物法、变压吸附法和金属膜扩散法。目前利用工业副产气体制氢的方法基本采用变压吸附法进行纯化，然而变压吸附法对于来源气体中的含氢量有一定的要求，只适用于氢含量适中的工业尾气，对于氢含量较低的尾气，此方法处理成本将增加，同时效果也会下降。此外，变压吸附法产品回收率较低，仅有75％左右，未能实现尾气地高效回收利用，降低了经济收益。
[0005]金属膜扩散法利用氢气选择性扩散穿过钯金属膜的原理，能够实现高效的纯化，纯化后氢气浓度可达99.9999％，并且几乎没有氢气损耗，回收率可达99％。但是此方法也存在很明显的缺陷，钯膜的透氢速率不高导致其回收速率较低，并且由于钯膜极为昂贵生产成本很高，无法实现工业上的大规模应用。
[0006]上述这些问题限制了变压吸附法和金属膜扩散法在实际回收利用工业副产含氢尾气生产高纯氢中的应用。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的问题，为了达到高效回收利用工业副产含氢尾气生产高纯氢和节约资源保护环的目的，本专利技术提供了一种工业副产含氢尾气净化及氢提纯的方法和系统，该方法具有低成本、定向除杂的特点。
[0008]为了达到以上目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种工业副产含氢尾气净化及氢提纯的方法，包括以下步骤：
[0010]1)对工业副产含氢尾气进行预处理，获得净煤气；
[0011]2)将净煤气脱除甲烷、水与一氧化碳，获得粗氢气；
[0012]3)将粗氢气通入装填有金属氢化物吸附剂的金属氢化物反应器组进行吸附，在金属氢化物反应器组的一个金属氢化物反应器内的金属氢化物吸附剂达到饱和状态后停止通入粗氢气，向金属氢化物吸附剂不饱和的金属氢化物反应器内通入粗氢气；
[0013]4)加热金属氢化物反应器，使氢气从金属氢化物吸附剂中排出，得到氢气。
[0014]进一步的，对工业副产含氢尾气进行预处理脱除焦油、硫、氨、萘与苯。
[0015]进一步的，采用5a分子筛脱除甲烷与水。
[0016]进一步的，采用PSA\VPSA提氢吸附剂5a分子筛脱除一氧化碳。
[0017]进一步的，吸附剂为镧镍系AB5型LaNi5/MmNi5、镧镍系AB5型LaNi5/MmNi5衍生物、钛铁系AB型TiFe、钛铁系AB型TiFe衍生物、A2B镁基Mg2Ni或A2B镁基Mg2Ni衍生物。
[0018]进一步的，收集采用氢气对金属氢化物反应器进行吹扫的尾气。
[0019]如上所述的方法采用的工业副产含氢尾气净化及氢提纯系统，包括预处理装置、变压吸附装置、金属氢化物反应器组；其中，预处理装置经变压吸附装置与金属氢化物反应器组相连；所述金属氢化物反应器组包括若干金属氢化物反应器，其中，至少有一个金属氢化物反应器处于吸氢状态时，其余金属氢化物反应器处于放氢状态。
[0020]进一步的，预处理装置包括依次相连的氨水喷淋器、气液分离器、初冷器、煤气鼓风机、电捕焦油器、脱硫塔、喷淋式饱和器、终冷器与洗脱苯塔，洗脱苯塔与变压吸附装置相连。
[0021]进一步的，还包括吹扫尾气瓶，吹扫尾气瓶入口与金属氢化物反应器组相连，吹扫尾气瓶出口与金属氢化物反应器组相连。
[0022]进一步的，金属氢化物反应器组包括第一金属氢化物反应器和第二金属氢化物反应器；
[0023]变压吸附装置出口经第二阀门分为两路，一路与第一金属氢化物反应器相连，另一路与第二金属氢化物反应器相连；
[0024]吹扫气管路经第三阀门分为两路，一路与第一金属氢化物反应器相连，另一路与第二金属氢化物反应器相连；
[0025]第一金属氢化物反应器和第二金属氢化物反应器均设置有氮气吹扫尾气出口、高纯氢出口以及氢气吹扫尾气出口；
[0026]第一金属氢化物反应器和第二金属氢化物反应器的吹扫尾气R出口与吹扫尾气瓶的入口相连，吹扫尾气瓶的出口与第六阀门入口相连，第六阀门出口分为两路，一路与第一阀门入口相连，第一阀门出口分为两路，一路与第一金属氢化物反应器入口相连，另一路与第二金属氢化物反应器入口相连。
[0027]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果为：
[0028]本专利技术提出的利用金属氢化物法进行工业副产含氢尾气净化和氢提纯，由于金属氢化物反应器内的金属氢化物吸附剂在适当的温度和压力条件下可直接与氢气发生可逆反应，生成金属氢化物，并且具有在降温升压时吸氢，在升降压时放氢的性质，可以实现低能耗下氢气的高纯度回收(可达99.999％)。利用金属氢化物法回收提纯氢气不仅具有氢气选择性好，氢气回收率高，氢气回收浓度范围宽等特点，而且具有占地面积小、操作简单、工作压力低、工况安全、一次性投资少等突出优势，适用于进行工业副产含氢尾气的净化和氢
提纯。
[0029]进一步的，该系统设置有预处理装置以对工业副产含氢尾气进行净化处理，使获得的净煤气中有害物质的含量降低到一定的标准，延长系统的使用寿命，并且净化所得的焦油、苯、萘等副产物可用于其他工业领域中，具有提升资源回收利用率的效果。
[0030]进一步的，该系统采用多级吹扫的方式，第一次用廉价易得的氮气对金属氢化物反应器进行吹扫，用氮气置换大部分残余的一氧化碳等对金属氢化物吸附剂具有毒害作用的物质，不仅延长了金属氢化物吸附剂的使用寿命，而且可以达到减少第二次氢气吹扫的用氢量的目的，进而提高氢气的回收率。
[0031]进一步的，该系统设置了吹扫尾气瓶用以在第二次氢气吹扫是收集吹扫尾气，此时吹扫尾气中含有较高浓度的氢气，采用将吹扫尾气再度通入金属氢化物反应器进行吸氢的方式实现了吹扫用氢气的再利用，减小了氢损耗，提升了氢提纯过程的经济性。
[0032]进一步的，该系统设置了包含至少两个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业副产含氢尾气净化及氢提纯的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对工业副产含氢尾气进行预处理，获得净煤气；2)将净煤气脱除甲烷、水与一氧化碳，获得粗氢气；3)将粗氢气通入装填有金属氢化物吸附剂的金属氢化物反应器组进行吸附，在金属氢化物反应器组的一个金属氢化物反应器内的金属氢化物吸附剂达到饱和状态后停止通入粗氢气，向金属氢化物吸附剂不饱和的金属氢化物反应器内通入粗氢气；4)加热金属氢化物反应器，使氢气从金属氢化物吸附剂中排出，得到氢气。2.根据权利要求1所述的一种工业副产含氢尾气净化及氢提纯的方法，其特征在于，对工业副产含氢尾气进行预处理脱除焦油、硫、氨、萘与苯。3.根据权利要求1所述的一种工业副产含氢尾气净化及氢提纯的方法，其特征在于，采用5a分子筛脱除甲烷与水。4.根据权利要求1所述的一种工业副产含氢尾气净化及氢提纯的方法，其特征在于，采用PSA\VPSA提氢吸附剂5a分子筛脱除一氧化碳。5.根据权利要求1所述的一种工业副产含氢尾气净化及氢提纯的方法，其特征在于，吸附剂为镧镍系AB5型LaNi5/MmNi5、镧镍系AB5型LaNi5/MmNi5衍生物、钛铁系AB型TiFe、钛铁系AB型TiFe衍生物、A2B镁基Mg2Ni或A2B镁基Mg2Ni衍生物。6.根据权利要求1所述的一种工业副产含氢尾气净化及氢提纯的方法，其特征在于，收集采用氢气对金属氢化物反应器进行吹扫的尾气。7.权利要求1所述的方法采用的工业副产含氢尾气净化及氢提纯系统，其特征在于，包括预处理装置(1)、变压吸附装置(2)、金属氢化物反应器组(3)；其中，预处理装置(1)经变压吸附装置(2)与金属氢化物反应器组(3)相连；所述金属氢化物反应器组(3)包括若干金属氢化物反应器，其中，至少有一个金属氢化物反应器处于吸氢状态时，其余金属氢化物反应器处于放氢状态。8.根据权利要求1所述的工业副产含氢尾气净化及氢提纯系统，其特征在于，预处理装置(1)包括依次相连的氨水喷淋器(1
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1)、气液分离器(1
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2)、初冷器(1
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3)、煤...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴震，朱铭杰，郭磊磊，肖浩哲，周星睿，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：