[实用新型]一种液态二氧化碳深冷式变压吸附提纯氢气系统

说明书

本实用新型涉及气体纯化技术领域，公开了一种液态二氧化碳深冷式变压吸附提纯氢气系统，包括预处理单元、二氧化碳循环单元、产品气体收集管道以及气体提纯单元；预处理单元包括依次连接的过滤装置、第一换热器和第一氢气纯度在线分析仪；气体提纯单元包括依次连接的变压吸附塔、第二换热器和第二氢气纯度在线分析仪；前一个气体提纯单元的第二氢气纯度在线分析仪的出口端与后一个气体提纯单元的变压吸附塔的进口端连接，各个第二氢气纯度在线分析仪的出口端均与产品气体收集管道连接。其有益效果在于：能够对工业尾气中的氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和乙烯等在变压吸附塔中进行深度脱除，得到纯度逐级递增的产品氢气。

技术领域

本实用新型涉及气体纯化技术领域，具体涉及一种液态二氧化碳深冷式变压吸附提纯氢气系统。

背景技术

现代煤化工、冶金工业、石油炼制和硫酸工业等的生产过程中会产生大量富含氢气的工业尾气。将这些工业尾气直接排放到大气中，一方面会对大气造成污染，另一方面尾气中的氢气作为一种优质清洁能源也形成了浪费。因此，回收并提纯工业尾气中的氢气有着重要的环保价值和经济价值。

目前，从富含氢气的工业尾气中提纯氢气的工艺主要由两种，即深冷分离法和变压吸附法。基于不同的分离原理，它们的工艺特性相差显著，最终产品纯度也存在着较大差异。深冷分离法是在低温条件下，利用各组成相对挥发度的差异来进行分离，其特点为流程简单、处理量大、产品纯度高，适合大规模化生产，但是必须脱除原料气中的水和二氧化碳，使其含量小于1ppm(体积比)，否则在低温下易堵塞导管。变压吸附法是一种新的气体分离技术，且得到了广泛应用，原理是利用吸附剂在某一时间内对工业尾气中的气体杂质选择性吸附，实现氢气在气体相中富集，结合加压吸附、减压脱附的循环过程，完成氢气的提纯。变压吸附工艺装置简单，能耗低，操作弹性大，产品氢气纯度高，但工业应用中流程复杂，设备数量多，吸附剂和切换阀寿命短，故障率高，可靠性较差，且氢气回收率较低。

以上两种分离提纯工艺都有其自己的特点和适用的原料，但是，对于富含氢气的工业尾气，其压力较低(0.4～0.7MPa)，且组分复杂，含有氮气、一氧化氮、二氧化氮、甲烷和乙烯等，无论是深冷分离还是变压吸附，仅采用单一的气体分离方法最终达成的效果都存在不足之处。如果根据工艺特点，依照特定工程要求，将两种工艺联合起来，可取得更大的效益。这种联合方式在近几年中得到了实际应用，但是应用范例还不多，且主要是深冷分离和变压吸附分步处理，对原料气体直接深冷分离处理，没有解决深冷分离装置投资较高的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种采用已产品化的液态二氧化碳对变压吸附床及换热器蒸发制冷，对工业尾气中的氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和乙烯等在变压吸附塔中进行深度脱除，得到纯度逐级递增的产品氢气，减少废气排放的液态二氧化碳深冷式变压吸附提纯氢气系统。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：一种液态二氧化碳深冷式变压吸附提纯氢气系统，包括预处理单元、二氧化碳循环单元、产品气体收集管道以及若干个气体提纯单元；所述预处理单元包括依次连接的过滤装置、第一换热器和第一氢气纯度在线分析仪；所述气体提纯单元包括依次连接的变压吸附塔、第二换热器和第二氢气纯度在线分析仪；所述第一氢气纯度在线分析仪的出口端与第一个气体提纯单元的变压吸附塔的进口端连接，前一个气体提纯单元的第二氢气纯度在线分析仪的出口端与后一个气体提纯单元的变压吸附塔的进口端连接，各个第二氢气纯度在线分析仪的出口端均与产品气体收集管道连接，所述二氧化碳循环单元与第一换热器、变压吸附塔和第二换热器连接。

进一步地，还包括解吸气体管道、单元减压泵、维修控制阀和解吸控制阀；第一氢气纯度在线分析仪的出口端、第二氢气纯度在线分析仪的出口端和变压吸附塔的进口端均与解吸气体管道连接，所述单元减压泵安装于变压吸附塔的进口端与解吸气体管道之间，所述维修控制阀安装于单元减压泵与解吸气体管道之间，所述解吸控制阀安装于单元减压泵与变压吸附塔的进口端之间。