[发明专利]一种利用合成氨厂放空混合气制造高纯氢的方法及装置

说明书

本发明涉及一种从含氢混合气体中分离、精制氢和氢的贮运技术。

从工业尾气中，特别是从合成氨厂放空气体中分离回收氢气，常用的方法有变压吸附法（PSA），中空纤维法（PRISM）以及深度冷冻法，这些方法氢的回收率和氢纯度的技术经济指标难以兼顾，且投资大，成本高，只适用于将回收的氢在现场返回合成氨系统加以利用。

日本专利JP55-56001提供一种从废气中提取氢的方法，采用四塔或八塔金属氢化物床连续回收装置以利用石油精炼尾气制氢，其金属氢化物床是固定式的，尾气经四塔装置处理后，氢的回收率为15%;美国空气产品和化学公司同MPD技术公司联合开发的多床金属氢化物吸附系统，用于从合成氨弛放气中分离回收氢气，所用的金属氢化物床为固定床，回收氢的纯度达到99%时，其回收率为75%～95%，分离后的氢都返回合成塔。

常用的贮运氢气设备是高压钢瓶，其缺陷是贮氢密度低（25℃10MPa时，贮氢密度为0.008g/cm³），充灌氢气时需有加压设备。若采用液氢贮运，则能耗及费用均高，难以普遍推广应用。以高压钢瓶和液氢槽车贮运氢气还存在着安全性差的问题。

本发明的目的在于提供一种利用合成氨厂放空的混合气制造纯度为99.999%的高纯氢的方法及装置，其中的贮氢合金分离床可分别用于吸氢净化、贮运备用和解吸供氢目的，三个分离床即可循环周转使用。在温度为25℃压力为0.5MPa时，列管式反应器内贮氢密度达到0.08g/cm³。

图1为一种制造-贮运高纯氢装置的示意图。图中：

1-氨洗涤塔    N-高压水泵

2-气水分离器    3、3′-双塔式变压吸附脱水装置

4、4′、4″-贮氢合金分离床

K1～K13-阀门。

图2为贮氢合金分离床的结构示意图。

以下结合附图说明，详细描述本发明的具体内容。

一种利用合成氨厂放空混合气制造高纯氢的方法，包括含氢气源，脱氨干燥预处理，贮氢合金分离净化和金属氢化物氢贮运，其特征是含氢气源采用合成氨厂放空的混合气，其含氢量≥50Vol%，经过氨洗涤塔1、气水分离器2、变压吸附脱水装置3/3′预处理后的混合气露点温度为-40～-60℃，含氨量小于200PPm，含氢量＞50Vol%;预处理后的混合气送入贮氢合金分离床4（4′、4″），在室温下吸氢形成金属氢化物同时分离杂质，排出尾气。当贮氢合金吸氢饱和时，氢化物解吸一部份高纯氢吹除内部的残余气体，至出口处检测出氢纯度达到99.999%为止，然后将该贮氢合金分离床4（4′、4″）用车载直接运往用氢场合解吸供氢。

图1中3、3′为双塔式变压吸附脱水装置，3、3′交替地处于运行和再生状态。当采用三塔或四塔式变压吸附装置时，预处理后混合气中氢含量≥90Vol%。贮氢合金分离床4（4′、4″）排出的尾气作为锅炉燃料。

操作说明：

合成氨厂放空的混合气中，含氢量≥50Vol%，其余为N₂、Ar、CH₄、NH₃杂质气体，进入图1所示氨洗涤塔1的压力为2.0～6.0MPa，由高压水泵N送入高压水，逆向洗涤脱氨，氨水从洗涤塔底部排出，过量混合气经阀K12放空，脱氨后的混合气送入双塔式变压吸附脱水装置3/3′，阀门K1′、K2关闭，阀门K2′打开，装有活性氧化铝或分子筛的塔3进行加压吸附，干燥后的混合气经阀门K4送入贮氢合金分离床4（4′、4″）分离净化，另一部份干燥混合气经阀门K9、K3′进入塔3′，使塔3′内的活性氧化铝或分子筛解吸再生，废气通过阀门K2′放空。

经脱氨干燥预处理后的混合气露点温度为-40～-60℃，含氨量降至200PPm以下，含氢量＞50Vol%。

打开阀门K5、K6、K7、K8、K10，反应区的其余阀门关闭，贮氢合金分离床4吸氢分离，排出的富含CH₄尾气送锅炉作燃料;贮氢合金分离床4吸氢形成氢化物，吸氢饱和时，让氢化物解吸一部份高纯氢吹除其内部的残余杂质气体，在出口处检测出氢纯度达到99.999%时，关闭阀门K5、K6、K7、K8，贮氢合金分离床4分离净化过程结束，高纯氢以金属氢化物形式贮存于分离床4中，利用车载运送到用氢场合解吸供氢。按同样的方法，使贮氢合金分离床4′分离净化，4″和4处于解吸供氢和贮运备用。