[发明专利]适应宽流量波动的氢气提纯系统

说明书

本发明提供了一种适应宽流量波动的氢气提纯系统，包括PSA氢提纯装置，所述PSA氢提纯装置的入口与原料氢输出口相连接；产品氢增压单元，设置于所述PSA氢提纯装置的出口与产品氢的输出口之间；第一循环回流单元，用于回流所述PSA氢提纯装置的部分的氢流量；第二循环回流单元，用于回流所述产品氢增压单元的部分的氢流量。本发明氢气提纯系统通过产品氢增压单元、第一循环回流单元和第二循环回流单元与PSA氢提纯装置进行工艺流程组合设计，分别控制产品氢的压力、PSA氢提纯装置的氢回流量以及增压后的氢回流量，从而保证不同负荷时入口压力的稳定性，又可保证PSA氢提纯装置在低于30％负荷时仍能安全、稳定运行。

技术领域

本发明涉及石油化工领域，具体地说，涉及一种适应宽流量波动的氢气提纯系统。

背景技术

氢气是一种重要的工业气体资源，广泛应用于工业领域的各个行业；同时它还是一种清洁、高效和可持续的二次能源，被视为人类的“终极能源”，有着广阔的应用前景。氢气无论是作为资源或是能源用途，均需要对粗氢或富氢气体进行精制处理，达到产品质量要求后才能供给氢气用户使用。

目前高纯氢或杂质限量极其苛刻的工业氢的精制技术大部分采用变压吸附法(Pressure Swing Adsorption，PSA)氢提纯，PSA氢提纯工艺的操作弹性为30％～110％，适宜的操作压力为1.5MPaG～3.5MPaG。

目前，如聚丙烯装置用氢和氢能源用氢等都是采用PSA氢提纯工艺对粗氢或富氢气体进行精制处理，才可制出杂质限量极其苛刻的满足用氢质量的合格氢气。但聚丙烯装置和氢能源这两个氢用户与所选用的PSA氢提纯供氢系统，均存在产用操作弹性不匹配和产用压力不匹配的实际问题，简要说明如下：

1.聚丙烯装置用氢

氢气在聚丙烯生产中是一种重要的反应物，具有突出的链转移作用，用作丙烯聚合反应的链终止剂和摩尔质量调节剂，通过控制聚合物摩尔质量的大小来控制产品的熔体质量流动速率，进而决定了最终产品的特性和牌号。

聚丙烯用氢特点：

a.杂质含量要求苛刻

氢气是高效催化剂的一种重要活性剂，氢气纯度和杂质含量直接影响聚丙烯品质和产量，杂质控制不合格影响催化剂活性和寿命，造成催化剂更换频繁，耗量增加，不利于聚丙烯装置稳定运行。

针对此特点，目前采用先进、成熟可靠的PSA氢提纯工艺就可以产出杂质限量苛刻的合格氢气。

b.负荷操作弹性宽、负荷调整频繁

对于不同牌号的聚丙烯产品，氢气需求量波动范围较大(5％～110％)。

针对此特点，目前采用操作弹性为30％～110％的PSA氢提纯产氢工艺，在不设缓冲罐的前提下，是难以满足操作弹性为5％～110％的用氢平衡。当聚丙烯用氢负荷为5％～30％时，通常只能将最低30％负荷运行的PSA供给的多余氢气放火炬或返回原系统，造成氢气的高质低用或损失。

c.用氢压力高

多数聚丙烯装置的用氢压力是高于PSA的适宜操作压力。

针对此特点，目前是通过配置压缩机进行增压，以满足聚丙烯装置的用氢压力。

2.氢能源用氢特点

a.杂质含量要求苛刻

氢燃料电池氢气需满足质子交换膜燃料电池用氢质量标准(GB/T37244-2018)，其中对各种杂质含量要求很苛刻，对氢气纯度要求也较高。

针对此特点，目前采用先进、成熟可靠的PSA氢提纯工艺就可以产出杂质限量苛刻的合格氢气。

b.负荷操作弹性宽、负荷调整频繁