公开提供一种氢气变温吸附除杂装置及氢气变温吸附除杂工艺，所述氢气变温吸附除杂装置包括：顺序连通的上分布器、上填充区、吸附区、下填充区和下分布器；换热管装置，其设于吸附区；换热管装置包括从上至下顺序连通的介质进气管、换热管组件和介质出气管；介质进气管在靠近吸附区的上部贯穿吸附区的壳体，介质出气管在靠近吸附区的下部贯穿吸附区的壳体；上分布器和下分布器分别对应设有净化气出口和原料气进口，上填充区和下填充区填充有陶瓷球；吸附区填充有吸附剂；通过本公开实施例的氢气变温吸附除杂装置，能够实现氢气变温过程的蒸汽或空气间接加热冷却，从减少直接换热过程中的吹扫净化过程，进而缩短操作周期，提高产品气纯度。产品气纯度。产品气纯度。
【技术实现步骤摘要】
一种氢气变温吸附除杂装置及氢气变温吸附除杂工艺
[0001]本专利技术属于氢气及燃料电池用氢等新兴绿色环保
，特别涉及一种氢气变温吸附除杂装置及氢气变温吸附除杂工艺。
技术介绍
[0002]目前，氢能利用被视作与化石燃料清洁低碳利用、可再生能源规模化利用并行的一种可持续能源利用路径。氢能在能源转型过程中的角色价值日益凸显，化石能源、新能源及氢电二次能源网络的互联互动将成为一种长期应用场景。国际氢能委员会认为：全球将从2030年开始大规模利用氢能，2040年氢能将承担全球终端能源消费量的18％，2050年氢能利用可以贡献全球二氧化碳减排量的20％。
[0003]另外，氢气作为原料气体及工业气体的生产和使用规模越来越庞大，规模最大的制氢方式是化石燃料制氢。其中，通过煤气化制氢以及烃类蒸气转化制氢成为氢气的主要来源。每年焦炭、氯碱、甲醇和合成氨生产过程中副产大量氢气，也是氢气来源的重要组成部分。因此，寻找一种能够以煤化工和石油化工等化工产氢为原料，通过提纯工艺来实现燃料级氢气制备的工艺受到广泛关注。目前，在氢气提纯技术主要有PSA(变压吸附，Pressure Swing Adsorption)、TSA(变温吸附，Temperature Swing Adsorption)和过渡金属膜分离等工艺。
[0004]现有技术中，用于氢气提纯技术的氢气纯化装置及其纯化方法普遍采用电加热的方式，而由于电加热的局限性，只适用于以撬装方式的小型纯化装置，无法在大型装置上使用。特别是，当设备尺寸增大后会引起设备内温度不均，从而影响净化效果。
技术实现思路
[0005]鉴于现有技术中存在的上述问题，本公开提供了一种便于循环运行、能够缩短操作周期、提高产品气纯度的氢气变温吸附除杂装置。
[0006]为实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案是：
[0007]一方面，提供一种氢气变温吸附除杂装置，其包括：顺序连通的上分布器、上填充区、吸附区、下填充区和下分布器；换热管装置，其设于所述吸附区；所述换热管装置包括从上至下顺序连通的介质进气管、换热管组件和介质出气管；所述介质进气管在靠近所述吸附区的上部贯穿所述吸附区的壳体，所述介质出气管在靠近所述吸附区的下部贯穿所述吸附区的壳体；所述上分布器和所述下分布器分别对应设有净化气出口和原料气进口，所述上填充区和所述下填充区填充有陶瓷球；所述吸附区填充有吸附剂。
[0008]在本公开的一些实施例中，所述换热管装置构造为鼠笼式换热管束结构。
[0009]在本公开的一些实施例中，所述换热管组件包括：构造为环形结构的分布管组件和收集管组件，还包括：多根换热管；所述分布管组件和收集管组件彼此通过所述换热管连通。
[0010]在本公开的一些实施例中，所述分布管组件和所述收集管组件各自包括多根彼此
对应并层叠设置的环形管；所述分布管组件和所述收集管组件各自对应的环形管通过导管连通；所述分布管组件和所述收集管组件彼此之间对应设置的环形管通过所述换热管连通。
[0011]在本公开的一些实施例中，所述介质进气管和所述介质出气管分别与所述环形管连通。
[0012]在本公开的一些实施例中，所述环形管组件包括至少三根所述环形管；每根所述环形管所围成圆环的轴线重合；每根所述环形管所围成圆环的直径从朝向靠近所述换热管的方向顺次增加。
[0013]在本公开的一些实施例中，所述换热管与所述导管的数量分别设置为偶数。
[0014]在本公开的一些实施例中，所述导管、所述换热管分别相对于所述环形管所围成圆环的轴线呈对称分布。
[0015]在本公开的一些实施例中，所述换热管、所述环形管与所述导管具有相同的管径。
[0016]另一方面，提供一种氢气变温吸附除杂工艺，其用于所述氢气变温吸附除杂装置；具体包括如下步骤：
[0017]第一步骤，吸附；原料气从原料气进口进入，并自上而下顺次经过上分布器、上填充区、吸附区、下填充区和下分布器，在被吸附脱除杂质后，作为产品气从净化气出口流出，并输送入下游工段；
[0018]第二步骤，逆向放压；当吸附预设时间后，吸附区内的吸附剂接近吸附饱和，对吸附区进行逆向放压；
[0019]第三步骤，升温解吸；当压力至常压后，纯净气体通过原料气进口进入，并自下而上顺次经过下分布器、下填充区、吸附区、上填充区和上分布器；同时，加热介质从介质进气管进入换热管组件，并对吸附区内的吸附剂和气体进行升温加热，及对残留气体进行解吸；加热介质从介质出气管排出；解吸后的气体通过净化气出口排出；
[0020]第四步骤，降温；在完成第三步骤后，通入冷却介质对吸附区进行降温冷却；冷却介质流从介质进气管进入换热管组件，并对吸附区内的吸附剂和气体进行降温冷却；冷却介质从介质出气管排出；吸附区内的原料气进口进入吸附区对残余组分进行吹扫，而后自原料气进口排出；
[0021]第五步骤，终充压；关闭所述介质进气管、所述介质出气管和净化气出口；直至吸附区内的吸附剂达到吸附压力，至此吸附区完成变温吸附一个循环。
[0022]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术实施例的氢气变温吸附除杂装置，通过在吸附区内布置吸附区，由此实现氢气变温过程的蒸汽或空气间接加热冷却，从减少直接换热过程中的吹扫净化过程，缩短操作周期，提高产品气纯度。进一步地，在所述吸附区内设置换热管装置，大大增加了气固接触面积，减少了传热和传质时间，提高了换热和传质效率，对缩短操作周期也发挥了积极作用。
[0024]另外，为实现变温吸附过程的温度分布均匀和方便吸附过程中的气体流动，本专利技术实施例中的吸附区采用管程通入加热冷却介质，而壳程填装吸附填料，从而避免管程装填产生的气体分布不均，进而能够提高净化气纯度。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例的一种氢气变温吸附除杂装置的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例的一种氢气变温吸附除杂装置中换热管组件的结构示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例的一种氢气变温吸附除杂工艺的流程图。
[0028]附图标记说明
[0029]1‑
上分布器；2
‑
上填充区；3
‑
吸附区；4
‑
下填充区；5
‑
下分布器；
[0030]6‑
介质进气管；7
‑
换热管组件；8
‑
介质出气管；9
‑
净化气出口；
[0031]10
‑
原料气进口；11
‑
分布管组件；12
‑
收集管组件；13
‑
换热管；
[0032]14
‑
环形管；15
‑
导管
具体实施方式
[0033]下面，结合附图对本专利技术的具体实施例进行详细的描述，但不作为本专利技术的限定。为使本领域技术人员更好的理解本公本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氢气变温吸附除杂装置，其特征在于，其包括：顺序连通的上分布器、上填充区、吸附区、下填充区和下分布器；换热管装置，其设于所述吸附区；所述换热管装置包括从上至下顺序连通的介质进气管、换热管组件和介质出气管；所述介质进气管在靠近所述吸附区的上部贯穿所述吸附区的壳体，所述介质出气管在靠近所述吸附区的下部贯穿所述吸附区的壳体；所述上分布器和所述下分布器分别对应设有净化气出口和原料气进口，所述上填充区和所述下填充区填充有陶瓷球；所述吸附区填充有吸附剂。2.根据权利要求1所述的氢气变温吸附除杂装置，其特征在于，所述换热管装置构造为鼠笼式换热管束结构。3.根据权利要求2所述的氢气变温吸附除杂装置，其特征在于，所述换热管组件包括：构造为环形结构的分布管组件和收集管组件，还包括：多根换热管；所述分布管组件和收集管组件彼此通过所述换热管连通。4.根据权利要求3所述的氢气变温吸附除杂装置，其特征在于，所述分布管组件和所述收集管组件各自包括多根彼此对应并层叠设置的环形管；所述分布管组件和所述收集管组件各自对应的环形管通过导管连通；所述分布管组件和所述收集管组件彼此之间对应设置的环形管通过所述换热管连通。5.根据权利要求4所述的氢气变温吸附除杂装置，其特征在于，所述介质进气管和所述介质出气管分别与所述环形管连通。6.根据权利要求4所述的氢气变温吸附除杂装置，其特征在于，所述环形管组件包括至少三根所述环形管；每根所述环形管所围成圆环的轴线重合；每根所述环形管所围成圆环的直径从朝向靠近所述换热管的方向顺次增加。7.根据权利要求4所述的氢气变温吸附除杂装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：林东杰，殷雨田，刘金锋，姜从斌，陆遥，逯卫强，丁建平，
申请(专利权)人：航天长征化学工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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