[发明专利]一种氢气变温吸附除杂装置及氢气变温吸附除杂工艺

说明书

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。

技术领域

本发明属于氢气及燃料电池用氢等新兴绿色环保技术领域，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。

背景技术

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％。

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，PressureSwing Adsorption)、TSA(变温吸附，Temperature Swing Adsorption)和过渡金属膜分离等工艺。

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。

发明内容

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。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：

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。

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。

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。

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。

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。

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。