[发明专利]一种高低压耦合式变压吸附提氢系统及方法

说明书

本发明公开一种高低压耦合式变压吸附提氢系统及方法，解决现有技术不同氢气含量高低压原料气分离氢气设备投资成本高及运行能耗高的技术问题。提氢系统包括高压变压吸附提氢装置和低压变压吸附提氢装置，低压变压吸附提氢装置上低压产品氢气外输管分别与高压变压吸附提氢装置中每一个高压吸附塔相连接。分离提纯方法为高压变压吸附装置提氢吸附塔增加储氢步骤，低压变压吸附提氢装置产品氢气在高压吸附塔经历储氢步骤时进入该高压吸附塔内暂存，高压吸附塔经历均压升压步骤和最终升压步骤后升压以作为高压产品氢气输出。本发明省去低压产品氢气单独增压过程，降低压缩机设备投资，降低压缩机设备能耗成本，减少二氧化碳排放量。

技术领域

本发明属于变压吸附气体分离技术领域，具体涉及一种高低压耦合式变压吸附提氢系统及方法。

背景技术

变压吸附提纯氢气技术广泛应用于石油、化工、能源等领域，随着工业技术的发展，变压吸附提纯氢气技术已经成为工业系统的重要单元，并且装置规模已经从最初的每小时几百立方米增加到每小时几十万立方米。随着变压吸附提氢技术应用领域的不断拓展，装置规模的不断增加，变压吸附提氢的工艺也在不断进步，变压吸附提氢的效率也在不断的增加。

变压吸附提氢装置的吸附压力变化范围比较广，如煤制氢净化气、甲醇弛放气等气源的压力较高，压力在5.0～7.0MPaG，而重整气、低分气等气体的压力在2.0～2.7MPaG，还有一些工业尾气的压力仅有0.6MPaG或者常压。对于一些大的企业，原料气有高压和低压多种，而需要的产品氢气压力一般只有一种规格，这时常规的做法是把低压原料气压缩至高压原料气的压力，氢气含量相当的高低压原料气进入一套变压吸附装置提纯氢气，得到一种压力规格的氢气；当低压原料气的氢气含量与高压原料气的氢气含量相差较大时，高压原料气和低压原料气分别进入高压变压吸附装置和低压吸附装置，低压变压吸附装置的产品氢气经压缩机压缩至高压变压吸附装置的产品氢气压力，如图5所示。高压原料气和低压原料气同时存在，同时建设高、低压变压吸附制氢装置是常规配置，低压变压吸附提氢装置所分离出的低压氢气需要经过压缩后方能与高压变压吸附提氢装置所分离出的高压氢气混合输送，与低压变压吸附提氢装置所配套的氢气压缩机，不仅增加了设备投资，而且运行能耗高。

因此，设计一种高低压耦合式变压吸附提氢系统及方法，以降低不同氢气含量高低压原料气分离氢气的设备投资成本和装置运行成本，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高低压耦合式变压吸附提氢系统及方法，利用高压变压吸附提氢装置循环过程中均压降压气体的动力将低压变压吸附提氢装置的低压产品氢气压力升至高压变压吸附装置高压产品氢气的压力，低压变压吸附和高压变压吸附装置的产品氢气都从高压变压吸附装置输出，从而省去了低压变压吸附装置低压产品氢气单独压缩工序，如此可省去该步序压缩机，既降压缩机设备投资，又节省压缩机运行能耗成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高低压耦合式变压吸附提氢系统，包括高压变压吸附提氢装置和低压变压吸附提氢装置，低压变压吸附提氢装置上的低压产品氢气外输管分别与高压变压吸附提氢装置中每一个高压吸附塔相连接用于高压吸附塔经历储氢步骤时将低压变压吸附提氢装置所分离提纯的低压产品氢气送入相应高压吸附塔内。

进一步地，低压产品氢气外输管上设有调节阀，并且该低压产品氢气外输管与每一个高压吸附塔相连接的管道上均设有程控阀。

一种高低压耦合式变压吸附提氢系统的分离提纯方法，由高压变压吸附提氢装置和低压变压吸附提氢装置协作完成，高压变压吸附提氢装置每个高压吸附塔均经历吸附步骤、降压步骤、再生步骤、均压升压步骤、储氢步骤和最终升压步骤，低压变压吸附提氢装置所分离提纯的低压产品氢气在高压变压吸附提氢装置吸附塔经历储氢步骤时进入该高压吸附塔内暂存，并且在该高压吸附塔经历均压升压步骤和最终升压步骤后其内暂存的低压产品氢气达到高压变压吸附提氢装置的吸附压力，在其转入吸附步骤后该高压吸附塔内的氢气均作为高压产品氢气输出。