專利名稱：一種利用變壓吸附法從水煤氣中分離并提純氫氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用變壓吸附法(PSA)從水煤氣中分離并提純氫氣方法。
背景技術(shù)：
甲苯二異氰酸酯(TDI)是世界上用量最大的異氰酸酯類產(chǎn)品之一，是聚氨酯的主 要原料之一。TDI生產(chǎn)工藝主要是由氣體凈化裝置提供的一氧化碳(CO)和氯堿裝置提供 的氯氣反應(yīng)生成光氣(COCL2),由氣體凈化裝置提供的氫氣(H2)和硝化裝置提供的二硝基 甲苯(DNT)生成甲苯二胺(TDA)，再由TDA和COCL2反應(yīng)生成TDI。目前世界上生產(chǎn)TDI的 幾家大公司，都使用自己的專有技術(shù)，而且毫無例外均使用傳統(tǒng)的光氣法。這些公司為拜 耳(BAYER)、巴斯夫(BASF)、道化學(xué)(DOWS CHEM)、羅納普朗克(RHONE P0ULENE)、埃尼化學(xué) (ENI CHEM)、奧林(OLIN)和三井東亞。氣體凈化裝置普遍采用變壓吸附法(PSA)分離并提 純氣體。PSA比較廉價(jià)而且能夠容易實(shí)行，因此在相關(guān)的領(lǐng)域中被廣泛利用。變壓吸附法 (PSA)是一種利用多孔固體吸附劑在一定壓力、溫度下，對混合氣體中不同組分具有選擇性 吸附的特性，實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離的技術(shù)。根據(jù)需要分離的產(chǎn)品在吸附床中處于的吸附或 非吸附狀態(tài)，可分為吸附相產(chǎn)品和非吸附性產(chǎn)品。通常，在PSA法中，使用多個(gè)填充有吸附 劑的吸附塔。向各吸附塔中導(dǎo)入原料氣體，通過反復(fù)進(jìn)行吸附工序、減壓工序、脫附工序和 升壓工序，得到作為目的物的制品氣體。得到目的氣體的原理，敘述如下。如果導(dǎo)入吸附塔 內(nèi)的原料氣體的壓力變高，包含在該原料氣體中的排除氣體的分壓也變高。其結(jié)果，排除 氣體成分被填充在吸附塔內(nèi)的吸附劑吸附(即從原料氣體中去除不要?dú)怏w成分)。通過在 該狀態(tài)下排出塔內(nèi)的氣體，就得到排除氣體成分少的制品氣體。此后，隨吸附塔內(nèi)的壓力降 低，排除氣體成分從吸附劑脫附(吸附劑的再生)。脫附的成分與其他成分一起成為殘留氣 體，被排出至塔外。再生的吸附劑能夠從新導(dǎo)入的原料氣體中去除排除氣體成分，由此得到 追加量的目的氣體。作為目的氣體，例如氫氣、氧氣、CO等。在各吸附塔中使用的吸附劑， 根據(jù)目的氣體的種類或應(yīng)去除的排除氣體成分的種類來選擇。例如，為了從原料氣體中去 除氮?dú)獬煞只蛞谎趸汲煞?，從而得到作為制品氣體的氫氣，吸附劑是使用沸石，從原料氣 體中去除二氧化碳成分的情況下，作為吸附劑是使用活性碳系的吸附劑。就PSA法來說，為 了提高所得到的目的氣體的純度或收率，提出了各種改進(jìn)方案。就這些改進(jìn)方案來說，例如 在 JP-B2-62 (1987)-38014 號公報(bào)、JP-B2-7 (1995) 4498 號公報(bào)、JP_A_8(1996) 10551 號公 報(bào)中已公開。在PSA法中使用的原料氣體，例如是利用水蒸汽將烴(甲醇或天然氣)進(jìn)行 改性而得到的混合氣體。該混合氣體的組成，例如在甲醇改性的情況，氫氣成為約75%，二 氧化碳成為約對％，一氧化碳?xì)怏w成為約1%。如果想從這樣的混合氣體得到純度高的氫 氣(目的氣體)，就需要去除二氧化碳成分和一氧化碳成分的這兩者。如上所述，在現(xiàn)有的 PSA法中，為了去除一氧化碳成分，作為吸附劑使用沸石，為了去除二氧化碳成分，使用活性 碳系吸附劑。因此，為了去除二氧化碳成分和一氧化碳成分的這兩者，需要在各吸附塔中填 充這2種吸附劑。但是，像這樣，由于填充多種吸附劑，就需要容積大的吸附塔。中國發(fā)明專利申請201010211500. 1《一種真空變壓吸附系統(tǒng)》提供了一種真空變壓吸附系統(tǒng)，其特征在于，包括六臺吸附器、兩組獨(dú)立的鼓風(fēng)機(jī)以及三組獨(dú)立的真空泵；其 中，各組鼓風(fēng)機(jī)分別連接四臺吸附器的入口端，各組真空泵分別連接兩臺吸附器的入口端， 各臺吸附器的入口端與大氣相通，由各組真空泵連接的兩臺吸附器的出口端相連，各臺吸 附器的出口端與產(chǎn)品氣罐連接；所述真空變壓吸附系統(tǒng)循環(huán)執(zhí)行以下步驟吸附步驟各 組鼓風(fēng)機(jī)向其連接的一吸附器輸送壓縮空氣，由該吸附器進(jìn)行吸附處理后，輸出產(chǎn)品氣至 產(chǎn)品氣罐；順向放壓步驟在當(dāng)前吸附器達(dá)到或穩(wěn)定在預(yù)定的最高壓力時(shí)，由當(dāng)前吸附器 向與其出口端相連的另一吸附器進(jìn)行順向放壓；真空解吸步驟由連接當(dāng)前吸附器的真空 泵對當(dāng)前吸附器抽真空；充壓步驟利用與當(dāng)前吸附器出口端相連的另一吸附器的順向放 壓氣，以及，產(chǎn)品氣罐中的產(chǎn)品氣，對當(dāng)前吸附器進(jìn)行逆向充壓，并在當(dāng)前吸附器的壓力低 于大氣壓時(shí)，從大氣中吸入原料空氣；所述吸附步驟的執(zhí)行時(shí)間與真空解吸步驟的執(zhí)行時(shí) 間的比值小于1。所述順向放壓步驟分兩次進(jìn)行第一次順向放壓為在當(dāng)前吸附器達(dá)到或 穩(wěn)定在預(yù)定的最高壓力時(shí)，由當(dāng)前吸附器向與其出口端相連的另一吸附器進(jìn)行順向放壓； 第二次順向放壓為由當(dāng)前吸附器繼續(xù)向與其出口端相連的另一吸附器進(jìn)行順向放壓，同時(shí) 打開連接當(dāng)前吸附器的真空泵對當(dāng)前吸附器抽真空。所述充壓步驟分四次進(jìn)行第一次充 壓為輸入與當(dāng)前吸附器出口端相連的另一吸附器第一次流出的順向放壓氣，同時(shí)當(dāng)前吸附 器的入口端抽真空；第二次充壓為輸入與當(dāng)前吸附器出口端相連的另一吸附器第二次流出 的順向放壓氣，同時(shí)當(dāng)前吸附器的入口端從大氣吸入原料空氣；第三次充壓為輸入產(chǎn)品氣 罐中的產(chǎn)品氣，同時(shí)當(dāng)前吸附器的入口端繼續(xù)從大氣吸入原料空氣；第四次充壓為輸入產(chǎn) 品氣罐中的產(chǎn)品氣，同時(shí)當(dāng)前吸附器的入口端接收與其連接的鼓風(fēng)機(jī)輸送的壓縮空氣。所 述連接有兩組鼓風(fēng)機(jī)的吸附器在執(zhí)行第四次充壓步驟和吸附步驟時(shí)，選擇當(dāng)前時(shí)間段空閑 的鼓風(fēng)機(jī)向當(dāng)前吸附器輸送壓縮空氣，并在當(dāng)前鼓風(fēng)機(jī)需要向其它吸附器輸送壓縮空氣 時(shí)，切換至其它鼓風(fēng)機(jī)向當(dāng)前吸附器輸送壓縮空氣。所述真空解吸步驟中還用于執(zhí)行清 洗子步驟由連接當(dāng)前吸附器的真空泵對當(dāng)前吸附器抽真空，同時(shí)產(chǎn)品氣罐中的產(chǎn)品氣流 入當(dāng)前吸附器的出口端，對當(dāng)前吸附器進(jìn)行逆向清洗。所述吸附步驟的執(zhí)行時(shí)間與真空 解吸步驟的執(zhí)行時(shí)間的比值小于1是指，吸附器開始吸進(jìn)壓縮空氣到吸附器達(dá)到或穩(wěn)定在 預(yù)定最高壓力的時(shí)間，與吸附器開始抽真空到清洗結(jié)束所需時(shí)間的比值小于1。所述吸附 器內(nèi)部裝填LIX分子篩和用于脫除空氣中水分、二氧化碳和其它雜質(zhì)組分的吸附劑，在執(zhí) 行吸附步驟時(shí)，空氣中的水分、二氧化碳、其它雜質(zhì)組分及氮?dú)獗凰鯨IX分子篩和吸附劑 所吸附，空氣中的氧氣被富集，作為產(chǎn)品氣流出吸附器，流入產(chǎn)品氣罐。所述順向放壓的 氣流方向與壓縮空氣的氣流方向相同，經(jīng)過第一次順向放壓，當(dāng)前吸附器的床層壓力降低 IOkPa 30kPa。所述真空解吸步驟執(zhí)行完成后，當(dāng)前吸附器的床層壓力降低至預(yù)定的最低 壓力。 中國發(fā)明專利申請200910076745. 5《一種五床變壓吸附制造氧氣的方法》，利用五 個(gè)吸附床進(jìn)行變壓吸附分離氧氣，在一個(gè)吸附周期內(nèi)，每臺吸附床都依次進(jìn)行吸附、順向放 壓、抽真空、清洗、均壓和充壓六個(gè)步驟，各吸附床依次相差一個(gè)吸附步驟。其特征在于，在 進(jìn)行各個(gè)步驟時(shí)，都有兩臺吸附床在進(jìn)行吸附步驟，兩臺吸附床在進(jìn)行抽真空步驟。五個(gè)吸 附床以管道和閥門相互連接，調(diào)節(jié)閥門，利用順向放壓的氣體進(jìn)行均壓。利用吸附步驟的產(chǎn) 品氣進(jìn)行清洗。利用產(chǎn)品氣和大氣同時(shí)進(jìn)行充壓。一種五床變壓吸附裝置，主要包括五個(gè) 吸附床，鼓風(fēng)機(jī)和真空泵，各吸附床進(jìn)口端相互連接，并分別連通大氣、連接到真空泵和鼓風(fēng)機(jī)；各吸附床的出口端相互連接。還包括氧氣產(chǎn)品罐，各吸附床進(jìn)口端相互連接；各吸附 床的出口端都連接到產(chǎn)品罐。中國發(fā)明專利申請200910076634. 4所述變壓吸附裝置由充填吸附劑的至少2個(gè) 吸附床構(gòu)成；吸附劑為三氧化二鋁、硅膠、活性碳、負(fù)載銅化合物的分子篩、負(fù)載銅化合物的 活性炭和負(fù)載銅化合物的氧化鋁中的一種或多種。所述吸附過程包括以下循環(huán)步驟吸附 (A)、均壓(ED)、順放(P)、置換沖洗(C)、逆放(BD)、抽真空(V)、充壓(ER)、終充壓(FR)，吸 附步驟的壓力在0. 01 4. OMPa ；所述置換步驟的壓力在0. 01 1. 8MPa ；所述抽真空步驟 壓力為-0. 05 -0. 09MPa。以兩床變壓吸附流程(A、B兩個(gè)吸附床)為例，描述通過變壓吸 附富集高爐煤氣中的CO的具體過程，以A吸附床為主來描述吸附(A)預(yù)凈化后的高爐氣 在一定壓力下(0. 01 4. OMPa)進(jìn)入吸附床A，吸附床中吸附劑快速吸附C0，未被吸附的其 他組份在此壓力下餾出；均壓降壓(ED)讓吸附床A與處于較低壓力的吸附床B連通，降低 吸附床A的壓力，同時(shí)使吸附床B升壓，均壓結(jié)束后兩床壓力相同；然后B床導(dǎo)入充壓氣，用 A床的餾出氣進(jìn)行終充壓，開始吸附；順放(P)開啟A塔上部程控閥，使A塔順向放壓(塔 頂流出)，順向放壓氣經(jīng)頂部流出回氣柜；置換沖洗(C)由A塔底部導(dǎo)入富集的CO氣，在 0.01 l.SMPa表壓下，對A塔進(jìn)行順向置換沖洗；逆向放壓(BD)從吸附塔底部逆向放出 產(chǎn)品CO;抽真空(V)對吸附床抽真空，抽出的即是產(chǎn)品C0，抽真空結(jié)束時(shí)，吸附床壓力應(yīng)達(dá) 到-0. 05 -0. 09MPa ；均壓充壓(ER)使吸附床與B塔進(jìn)行壓力均衡，充壓氣由吸附塔底部 導(dǎo)入，充壓結(jié)束，吸附床壓力與B塔壓力相等。終充壓(FR)由吸附流出氣逆向?qū)塔進(jìn)行 充壓升到吸附壓力。中國發(fā)明專利ZL01821301. 4《氫氣的分離方法》，該分離方法是使用分別填充吸附 劑且設(shè)置有制品氣體出口的多個(gè)吸附塔、從原料氣體中分離氫氣的方法，其特征在于利用 吸附劑吸附原料氣體中的不要?dú)怏w成分、從制品氣體出口排出氫氣濃度高的制品氣體的吸 附工序、使吸附塔內(nèi)的壓力降低的減壓工序、使吸附劑上的不要?dú)怏w成分脫附的脫附工序、 向吸附塔內(nèi)導(dǎo)入洗凈氣體的洗凈工序、使吸附塔內(nèi)的壓力升高的升壓工序，反復(fù)進(jìn)行由吸 附工序、減壓工序、脫附工序、洗凈工序和升壓工序組成的一個(gè)循環(huán)中，洗凈工序包括以從 正在進(jìn)行的吸附工序的吸附塔得到的制品氣體作為洗凈氣體導(dǎo)入的追加洗凈工序，一個(gè)循 環(huán)中的洗凈工序包括第1洗凈工序和第2洗凈工序，一個(gè)循環(huán)中的減壓工序包括第1減壓 工序和第2減壓工序，所述吸附工序中的最高壓力是絕對壓為0. 2 3. 6MPa的范圍，所述 脫附工序中的最低壓力是絕對壓為大氣壓 0. 15MI^的范圍。所述原料氣體含有作為不要 氣體成分的二氧化碳?xì)怏w。

發(fā)明內(nèi)容
對比上述發(fā)明，本發(fā)明的主要技術(shù)方案為1、一種利用變壓吸附法從水煤氣中分離并提純氫氣的方法，原料氣依次經(jīng)過 PSA-I脫碳工序、PSA-2提純CO工序、PSA-3提純H2工序，包括a)第一步是PSA-I脫碳工序，主要有一段吸附塔TlAB⑶EF六個(gè)吸附床和原料氣 緩沖罐VI、順放罐V2、脫炭逆放罐V3、脫炭解吸氣罐V4、真空泵P1，從原料氣緩沖罐Vl來 的氣體自下而上通過吸附床，脫碳專用吸附劑在一定吸附壓力下吸附雜質(zhì)，并隨著壓降、順 放、逆放和抽真空的步驟從吸附劑上解析下來，實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生，半產(chǎn)品氣多數(shù)穿過吸附床層送至下工序，每個(gè)吸附塔在一個(gè)周期中需經(jīng)歷吸附、一次均壓降壓、二次均壓降壓、逆 向放壓、抽空、一次均壓充壓、二次均壓充壓、終充壓等步驟，其中吸附塔TlA的吸附、再生 步驟為(i)吸附(A)原料氣在0. 5 1. 壓力下通過塔底相應(yīng)程控閥門進(jìn)入到吸附塔 TlA內(nèi)，其中的C02、H2O, H2S, CH4被吸附在吸附劑上，未被吸附的H2、CO、N2組分從吸附塔頂 經(jīng)過相應(yīng)程控閥門流出，去下工序，當(dāng)吸附進(jìn)行到預(yù)定的吸附時(shí)間后，相應(yīng)程控閥門關(guān)閉， 吸附步驟結(jié)束，吸附塔轉(zhuǎn)入到下一操作步驟，(ii) 一次均壓降壓(EDl)選擇性關(guān)閉、打開相應(yīng)程控閥門，吸附塔TlA中的氣體 進(jìn)入到處于較低壓力的吸附塔T1D，TlA的壓力降低，同時(shí)TlD升壓，均壓結(jié)束后兩吸附塔壓 力接近，(iii) 二次均壓降壓(ED2)繼續(xù)選擇性打開相應(yīng)程控閥門，TlA中的氣體進(jìn)入到 吸附塔TIE，TlA的壓力繼續(xù)降低，同時(shí)TlE升壓，均壓結(jié)束后兩個(gè)吸附塔壓力接近，(iv)順放(P)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，TlA中氣體去順放罐V2，(ν)逆放I(BDl)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，TlA的壓力降壓，氣體通過脫炭 逆放罐V3流出，(vi)逆放2(BD2):選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，繼續(xù)使TlA的壓力降壓，并跨 過脫炭逆放罐V3直接流出至火炬系統(tǒng)，(vii)抽空(V)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，用真空泵Pl對TlA進(jìn)行抽真空， 進(jìn)一步降低TlA壓力，使吸附劑徹底解吸，(viii) —次均壓充壓(ER2):選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，TlA同剛完成第一 均壓步驟的吸附塔TlC進(jìn)行均壓，均壓結(jié)束后兩吸附塔的壓力基本相同，(ix) 二次均壓充壓(ERl):選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔TlD內(nèi)的氣體 進(jìn)入到TlA內(nèi)，TlA的壓力升高，同時(shí)使TlD壓力下降，均壓結(jié)束后兩吸附塔壓力基本相同，(χ)終充壓(FR)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附尾氣進(jìn)入到TlA逆向充壓 至吸附壓力，終充壓結(jié)束時(shí)TlA的壓力接近吸附壓力，準(zhǔn)備開始下一循環(huán)，至此，吸附塔TlA 完成了吸附-解吸再生過程，其它吸附塔和TlA塔操作步驟相同，只是在操作時(shí)間上相互錯(cuò) 開，實(shí)現(xiàn)了原料氣的連續(xù)進(jìn)入和半產(chǎn)品氣的連續(xù)輸出；b)第二步是PSA-2提純CO工序，主要有二段吸附塔T2AB⑶ER；七個(gè)吸附床和原 料氣緩沖罐V5、逆放罐V6、置換氣罐V7、C0產(chǎn)品氣罐V8、真空泵P2，專有Cu+吸附劑在一定 吸附壓力下，選擇吸附CO組分，再通過順放、置換將其他雜質(zhì)去除，提高CO的純度至產(chǎn)品 要求，然后通過逆放和抽真空步驟得到產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生，任何時(shí)刻都有兩個(gè)吸附 塔處在吸附狀態(tài)，每臺吸附塔都依次經(jīng)歷吸附、一次均壓降、二次均壓降、順放、置換沖洗、 一次逆放、二次逆放、抽真空、一次均壓升、預(yù)吸附、二次均壓升和終充壓步驟后完成一次循 環(huán)，其中T2A的吸附、再生步驟為(i)吸附(A)原料氣緩沖罐V5中的半產(chǎn)品氣在0. 5 1. 2ΜΙ^壓力下通過塔底相 應(yīng)程控閥門進(jìn)入到吸附塔Τ2Α，專用Cu+吸附劑快速吸附C0，未被吸附的N2、H2等及少量CO 作為吸附尾氣流出吸附塔冷卻后去下工序，(ii) 一次均壓降壓(EDl)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔T2A中的氣體 進(jìn)入到T2D，降低T2A的壓力，均壓結(jié)束后T2A和T2D的壓力相同，(iii) 二次均壓降壓(ED2):選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，T2A中氣體從底部對T2E塔進(jìn)行均壓，使兩塔壓力相等，(iv)順放(P)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，使T2A塔順向放出的氣體經(jīng)過 T2E塔后，經(jīng)相應(yīng)程控閥門流出至逆放罐V6，(ν)置換沖洗(C)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，從置換氣罐V7來的置換氣，由 Τ2Α塔底部導(dǎo)入，在0. 1 0. 5MPa壓力下，對T2A塔進(jìn)行順向置換沖洗，置換沖洗排放氣仍 按上一步驟路線排出，置換結(jié)束，關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，此時(shí)T2A內(nèi)氣體的CO純度已經(jīng)滿足產(chǎn) 品要求，(vi) 一次逆向放壓(BDl)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，T2A內(nèi)的CO放入逆放 罐V6，(vii) 二次逆向放壓(BD2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，T2A逆放氣直接進(jìn)入 到CO產(chǎn)品氣罐V8，最終T2A和V2C壓力基本平衡在0. 01 0. 08MPa,(viii)抽真空(V)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，用真空泵P2對T2A抽 真空，使專用Cu+吸附劑再生，抽出的即是產(chǎn)品C0，抽真空結(jié)束時(shí)，吸附塔壓力應(yīng)達(dá) 到-0. 01 -0. 09MPa,(ix) 一次均壓充壓(ER2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔T2D順向放出 的氣體進(jìn)入到T2A，T2A和T2D壓力相等，(χ)預(yù)吸附(PP)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，來自T2D塔的順向放壓氣和置 換沖洗排放氣在Τ2Α塔進(jìn)行預(yù)吸附，以回收CO組份，預(yù)吸附尾氣通過相應(yīng)程控閥門排出，(I) 二次均壓充壓(ERl)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，將Τ2Ε中的氣體流入吸 附塔Τ2Α，均壓結(jié)束后兩者的壓力相同，(II)終充壓(FR)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附尾氣對Τ2Α塔進(jìn)行逆向充 壓，使Τ2Α塔壓力接近吸附壓力，至此，吸附塔Τ2Α完成了吸附-解吸再生過程，其它吸附塔 和Τ2Α塔操作步驟相同，只是在操作時(shí)間上相互錯(cuò)開，實(shí)現(xiàn)了原料氣的連續(xù)進(jìn)入和CO產(chǎn)品 氣的連續(xù)輸出；c)第三步是PSA-3提純H2工序，包括三段吸附塔Τ3ΑΒ⑶EFGH八個(gè)吸附床和原料 氣緩沖罐V9、產(chǎn)品氫氣緩沖罐V10、制氫沖洗氣緩沖罐VII、制氫解吸氣緩沖罐V12，在一個(gè) 周期中，每臺吸附塔均須經(jīng)歷吸附、均壓降、順放、逆放、沖洗、均壓升和終充壓等步驟，其 中Τ3Α的吸附、再生步驟為(i)吸附㈧選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，使原料氣緩沖罐V9的制氫原料氣 從塔底進(jìn)入T3A塔，其它各種雜質(zhì)組分被多種吸附劑依次吸附下來，未被吸附的H2則作為 產(chǎn)品氣從塔頂排出進(jìn)入產(chǎn)品氫氣緩沖罐V10，(ii) 一次均壓降壓(EDl)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，T3A中的氣體進(jìn)入到 T3D，降低T3A的壓力，均壓結(jié)束后兩吸附塔的壓力相同，(iii) 二次均壓降壓(ED2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，T3A中的氣體進(jìn)入到 T3E，降低T3A的壓力，均壓結(jié)束后兩吸附塔的壓力相同，(iv)三次均壓降壓(ED3)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔T3A中的氣體 進(jìn)入到T3F，降低T3A的壓力，均壓結(jié)束后兩吸附塔的壓力相同，(ν)四次均壓降壓(ED4)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，Τ3Α中的氣體進(jìn)入到 T3G，降低Τ3Α的壓力，均壓結(jié)束后兩吸附塔的壓力相同，
(vi)五次均壓降壓(ED5)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，T3A中的氣體進(jìn)入到 T3H，降低T3A的壓力，均壓結(jié)束后兩吸附塔的壓力相同，(vii)順放(PP)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，將吸附塔T3A氣體流入制氫沖 洗氣緩沖罐VII，吸附塔壓力進(jìn)一步降低，順放氣作為相應(yīng)吸附塔的沖洗氣，(viii) —次逆向放壓(BDl)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，使T3A內(nèi)的被吸附 氣體放入制氫解吸氣緩沖罐V12，(ix) 二次逆向放壓(BD2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，使T3A內(nèi)的被吸附氣 體跨過制氫解吸氣緩沖罐V12直接放到火炬系統(tǒng)，(χ) 一次沖洗(Pl)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，使制氫沖洗氣緩沖罐Vll儲 存的氣體流入Τ3Α，并通過相應(yīng)程控閥門直接放到火炬系統(tǒng)，(I) 二次沖洗(P》選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，使產(chǎn)品氫氣流入Τ3Α，并通過 相應(yīng)程控閥門直接放到火炬系統(tǒng)，使吸附劑獲得較為徹底的再生，(II) 一次均壓充壓(ER5)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔BB順向放出 的氣體進(jìn)入到Τ3Α，充壓結(jié)束時(shí)，Τ3Α和BB壓力相等，(III) 二次均壓充壓(ER4)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔T3C順向放出 的氣體進(jìn)入到Τ3Α，充壓結(jié)束時(shí)，Τ3Α和T3C壓力相等，(IV)三次均壓充壓(ER3)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔T3D順向放出 的氣體進(jìn)入到Τ3Α，充壓結(jié)束時(shí)，Τ3Α和T3D壓力相等，(V)四次均壓充壓(ER2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔Τ3Ε順向放出的 氣體進(jìn)入到Τ3Α，充壓結(jié)束時(shí)，Τ3Α和Τ3Ε壓力相等，(VI)五次均壓充壓(ERl)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔T3F順向放出 的氣體進(jìn)入到Τ3Α，充壓結(jié)束時(shí)，Τ3Α和T3F壓力相等，(VII)終充壓(FR)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附尾氣對Τ3Α塔進(jìn)行逆向 充壓，使Τ3Α壓力接近吸附壓力，至此，吸附塔Τ3Α完成了吸附-解吸再生過程，其它吸附塔 和Τ3Α塔操作步驟相同，只是在操作時(shí)間上相互錯(cuò)開，實(shí)現(xiàn)了原料氣的連續(xù)進(jìn)入和產(chǎn)品氫 氣的連續(xù)輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明用PSA-3提純吐工序的逆放氣作為PSA-I脫碳工序的外吹氣，提高氫氣 得率3%左右。2、本發(fā)明六床PSA-I工藝，回收順放氣到原料氣壓縮機(jī)入口循環(huán)提純，減少脫碳 工序有效組分損失。3、本發(fā)明七床PSA-2工藝，產(chǎn)品氣中甲烷含量降低到0，產(chǎn)品CO得率提高到80% 以上。


圖1是PSA-I脫碳工序的示意圖。圖2是PSA-2提純CO工序的示意圖。圖3是PSA-3提純氫氣工序的示意圖。圖4是PSA-I脫碳工序執(zhí)行循環(huán)過程的時(shí)序示意圖。
圖5是PSA-2提純CO工序執(zhí)行循環(huán)過程的時(shí)序示意圖。圖6是PSA-3提純氫氣工序執(zhí)行循環(huán)過程的時(shí)序示意圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖具體地說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。下列實(shí)施例僅用于進(jìn)一步詳細(xì) 說明本發(fā)明方法。上面所披露的本發(fā)明的精神和范圍不受這些實(shí)施例的限制。實(shí)施例1原料氣質(zhì)量要求
權(quán)利要求
1. 一種利用變壓吸附法從水煤氣中分離并提純氫氣的方法，原料氣依次經(jīng)過PSA-I脫 碳工序、PSA-2提純CO工序、PSA-3提純吐工序，包括a)第一步是PSA-I脫碳工序，主要有一段吸附塔T1ABCDEF六個(gè)吸附床和原料氣緩沖罐 VI、順放罐V2、脫炭逆放罐V3、脫炭解吸氣罐V4、真空泵P1，從原料氣緩沖罐Vl來的氣體自 下而上通過吸附床，脫碳專用吸附劑在一定吸附壓力下吸附雜質(zhì)，并隨著壓降、順放、逆放 和抽真空的步驟從吸附劑上解析下來，實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生，半產(chǎn)品氣多數(shù)穿過吸附床層送 至下工序，每個(gè)吸附塔在一個(gè)周期中需經(jīng)歷吸附、一次均壓降壓、二次均壓降壓、逆向放壓、 抽空、一次均壓充壓、二次均壓充壓、終充壓等步驟，其中吸附塔TlA的吸附、再生步驟為(i)吸附㈧原料氣在0. 5 1. 壓力下通過塔底相應(yīng)程控閥門進(jìn)入到吸附塔TlA 內(nèi)，其中的C02、H20、H2S, CH4被吸附在吸附劑上，未被吸附的H2、CO、N2組分從吸附塔頂經(jīng)過 相應(yīng)程控閥門流出，去下工序，當(dāng)吸附進(jìn)行到預(yù)定的吸附時(shí)間后，相應(yīng)程控閥門關(guān)閉，吸附 步驟結(jié)束，吸附塔轉(zhuǎn)入到下一操作步驟，( ) 一次均壓降壓(EDl):選擇性關(guān)閉、打開相應(yīng)程控閥門，吸附塔TlA中的氣體進(jìn)入 到處于較低壓力的吸附塔T1D，TlA的壓力降低，同時(shí)TlD升壓，均壓結(jié)束后兩吸附塔壓力接 近，(iii)二次均壓降壓(ED2)繼續(xù)選擇性打開相應(yīng)程控閥門，TlA中的氣體進(jìn)入到吸附 塔TIE，TlA的壓力繼續(xù)降低，同時(shí)TlE升壓，均壓結(jié)束后兩個(gè)吸附塔壓力接近，(iv)順放(P)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，TlA中氣體去順放罐V2，(ν)逆放I(BDl)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，TlA的壓力降壓，氣體通過脫炭逆放 罐V3流出，(vi)逆放2(BD2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，繼續(xù)使TlA的壓力降壓，并跨過脫 炭逆放罐V3直接流出至火炬系統(tǒng)，(vii)抽空(V)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，用真空泵Pl對TlA進(jìn)行抽真空，進(jìn)一 步降低TlA壓力，使吸附劑徹底解吸，(viii)—次均壓充壓(ER2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，TlA同剛完成第一均壓 步驟的吸附塔TlC進(jìn)行均壓，均壓結(jié)束后兩吸附塔的壓力基本相同，(ix)二次均壓充壓(ERl):選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔TlD內(nèi)的氣體進(jìn)入 到TlA內(nèi)，TlA的壓力升高，同時(shí)使TlD壓力下降，均壓結(jié)束后兩吸附塔壓力基本相同，(x)終充壓(FR)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附尾氣進(jìn)入到TlA逆向充壓至吸 附壓力，終充壓結(jié)束時(shí)TlA的壓力接近吸附壓力，準(zhǔn)備開始下一循環(huán)，至此，吸附塔TlA完成 了吸附-解吸再生過程，其它吸附塔和TlA塔操作步驟相同，只是在操作時(shí)間上相互錯(cuò)開， 實(shí)現(xiàn)了原料氣的連續(xù)進(jìn)入和半產(chǎn)品氣的連續(xù)輸出；b)第二步是PSA-2提純CO工序，主要有二段吸附塔T2AB⑶Ere七個(gè)吸附床和原料氣緩 沖罐V5、逆放罐V6、置換氣罐V7、C0產(chǎn)品氣罐V8、真空泵P2，專有Cu+吸附劑在一定吸附壓 力下，選擇吸附CO組分，再通過順放、置換將其他雜質(zhì)去除，提高CO的純度至產(chǎn)品要求，然 后通過逆放和抽真空步驟得到產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生，任何時(shí)刻都有兩個(gè)吸附塔處在 吸附狀態(tài)，每臺吸附塔都依次經(jīng)歷吸附、一次均壓降、二次均壓降、順放、置換沖洗、一次逆 放、二次逆放、抽真空、一次均壓升、預(yù)吸附、二次均壓升和終充壓步驟后完成一次循環(huán)，其 中T2A的吸附、再生步驟為(i)吸附(A):原料氣緩沖罐V5中的半產(chǎn)品氣在0.5 1.2MI^壓力下通過塔底相應(yīng)程 控閥門進(jìn)入到吸附塔T2A，專用Cu+吸附劑快速吸附C0，未被吸附的N2、H2等及少量CO作為 吸附尾氣流出吸附塔冷卻后去下工序，( ) 一次均壓降壓(EDl):選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔T2A中的氣體進(jìn)入 到T2D，降低T2A的壓力，均壓結(jié)束后T2A和T2D的壓力相同，(iii)二次均壓降壓(ED2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，T2A中氣體從底部對T2E 塔進(jìn)行均壓，使兩塔壓力相等，(iv)順放⑵選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，使T2A塔順向放出的氣體經(jīng)過T2E塔 后，經(jīng)相應(yīng)程控閥門流出至逆放罐V6，(ν)置換沖洗(C)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，從置換氣罐V7來的置換氣，由Τ2Α 塔底部導(dǎo)入，在0. 1 0. 5ΜΙ^壓力下，對Τ2Α塔進(jìn)行順向置換沖洗，置換沖洗排放氣仍按上 一步驟路線排出，置換結(jié)束，關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，此時(shí)Τ2Α內(nèi)氣體的CO純度已經(jīng)滿足產(chǎn)品要 求，(vi)一次逆向放壓(BDl):選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，Τ2Α內(nèi)的CO放入逆放罐V6,(vii)二次逆向放壓(BD2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，Τ2Α逆放氣直接進(jìn)入到CO 產(chǎn)品氣罐V8，最終Τ2Α和V2C壓力基本平衡在0. 01 0. 08MPa,(viii)抽真空(V)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，用真空泵P2對T2A抽 真空，使專用Cu+吸附劑再生，抽出的即是產(chǎn)品C0，抽真空結(jié)束時(shí)，吸附塔壓力應(yīng)達(dá) 到-0. 01 -0. 09MPa,(ix)一次均壓充壓(ER2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔T2D順向放出的氣 體進(jìn)入到T2A，T2A和T2D壓力相等，(χ)預(yù)吸附(PP)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，來自T2D塔的順向放壓氣和置換沖 洗排放氣在Τ2Α塔進(jìn)行預(yù)吸附，以回收CO組份，預(yù)吸附尾氣通過相應(yīng)程控閥門排出，(I)二次均壓充壓(ERl)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，將Τ2Ε中的氣體流入吸附塔 Τ2Α，均壓結(jié)束后兩者的壓力相同，(II)終充壓(FR)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附尾氣對Τ2Α塔進(jìn)行逆向充壓， 使Τ2Α塔壓力接近吸附壓力，至此，吸附塔Τ2Α完成了吸附-解吸再生過程，其它吸附塔和 Τ2Α塔操作步驟相同，只是在操作時(shí)間上相互錯(cuò)開，實(shí)現(xiàn)了原料氣的連續(xù)進(jìn)入和CO產(chǎn)品氣 的連續(xù)輸出；c)第三步是PSA-3提純H2I序，包括三段吸附塔Τ3ΑΒ⑶EFGH八個(gè)吸附床和原料氣緩沖 罐V9、產(chǎn)品氫氣緩沖罐V10、制氫沖洗氣緩沖罐VII、制氫解吸氣緩沖罐V12，在一個(gè)周期中， 每臺吸附塔均須經(jīng)歷吸附、均壓降、順放、逆放、沖洗、均壓升和終充壓等步驟，其中Τ3Α的 吸附、再生步驟為(i)吸附(A)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，使原料氣緩沖罐V9的制氫原料氣從塔 底進(jìn)入T3A塔，其它各種雜質(zhì)組分被多種吸附劑依次吸附下來，未被吸附的H2則作為產(chǎn)品 氣從塔頂排出進(jìn)入產(chǎn)品氫氣緩沖罐V10，(ii)一次均壓降壓(EDl):選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，T3A中的氣體進(jìn)入到T3D， 降低T3A的壓力，均壓結(jié)束后兩吸附塔的壓力相同，(iii)二次均壓降壓(ED2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，T3A中的氣體進(jìn)入到T3E， 降低T3A的壓力，均壓結(jié)束后兩吸附塔的壓力相同，(iv)三次均壓降壓(ED3):選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔T3A中的氣體進(jìn)入 到T3F，降低T3A的壓力，均壓結(jié)束后兩吸附塔的壓力相同，(ν)四次均壓降壓(ED4)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，Τ3Α中的氣體進(jìn)入到T3G，降 低Τ3Α的壓力，均壓結(jié)束后兩吸附塔的壓力相同，(vi)五次均壓降壓(ED5)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，Τ3Α中的氣體進(jìn)入到Τ3Η， 降低Τ3Α的壓力，均壓結(jié)束后兩吸附塔的壓力相同，(vii)順放(PP)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，將吸附塔Τ3Α氣體流入制氫沖洗氣 緩沖罐VII，吸附塔壓力進(jìn)一步降低，順放氣作為相應(yīng)吸附塔的沖洗氣，(viii)—次逆向放壓(BDl)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，使Τ3Α內(nèi)的被吸附氣體 放入制氫解吸氣緩沖罐V12，(ix)二次逆向放壓(BD2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，使T3A內(nèi)的被吸附氣體跨 過制氫解吸氣緩沖罐V12直接放到火炬系統(tǒng)，(x)一次沖洗(Pl)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，使制氫沖洗氣緩沖罐Vll儲存的 氣體流入Τ3Α，并通過相應(yīng)程控閥門直接放到火炬系統(tǒng)，(I)二次沖洗(P》選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，使產(chǎn)品氫氣流入Τ3Α，并通過相應(yīng) 程控閥門直接放到火炬系統(tǒng)，使吸附劑獲得較為徹底的再生，(II)一次均壓充壓(ER5)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔BB順向放出的氣 體進(jìn)入到Τ3Α，充壓結(jié)束時(shí)，Τ3Α和BB壓力相等，(III)二次均壓充壓(ER4)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔T3C順向放出的氣 體進(jìn)入到Τ3Α，充壓結(jié)束時(shí)，Τ3Α和T3C壓力相等，(IV)三次均壓充壓(ER3)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔T3D順向放出的氣 體進(jìn)入到Τ3Α，充壓結(jié)束時(shí)，Τ3Α和T3D壓力相等，(V)四次均壓充壓(ER2)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔Τ3Ε順向放出的氣體 進(jìn)入到Τ3Α，充壓結(jié)束時(shí)，Τ3Α和Τ3Ε壓力相等，(VI)五次均壓充壓(ERl):選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附塔T3F順向放出的氣 體進(jìn)入到Τ3Α，充壓結(jié)束時(shí)，Τ3Α和T3F壓力相等，(VII)終充壓師)選擇性打開、關(guān)閉相應(yīng)程控閥門，吸附尾氣對Τ3Α塔進(jìn)行逆向充壓， 使Τ3Α壓力接近吸附壓力，至此，吸附塔Τ3Α完成了吸附-解吸再生過程，其它吸附塔和Τ3Α 塔操作步驟相同，只是在操作時(shí)間上相互錯(cuò)開，實(shí)現(xiàn)了原料氣的連續(xù)進(jìn)入和產(chǎn)品氫氣的連 續(xù)輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中PSA-3提純H2工序的逆放氣作為PSA-I 脫碳工序的外吹氣，提高氫氣得率3%左右。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中PSA-I回收順放氣到原料氣壓縮機(jī)入口 循環(huán)提純，減少脫碳工序有效組分損失。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中PSA-2產(chǎn)品氣中甲烷含量降低到0，產(chǎn) 品CO得率提高到80%以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用變壓吸附法從水煤氣中分離并提純氫氣的方法，原料氣依次經(jīng)過PSA-1脫碳工序、PSA-2提純CO工序、PSA-3提純H2工序，主要有一段吸附塔T1ABCDEF六個(gè)吸附床、二段吸附塔T2ABCDEFG七個(gè)吸附床和三段吸附塔T3ABCDEFGH八個(gè)吸附床。本發(fā)明用PSA-3提純H2工序的逆放氣作為PSA-1脫碳工序的外吹氣，提高氫氣得率3％左右；六床PSA-1回收順放氣到原料氣壓縮機(jī)入口循環(huán)提純，減少脫碳工序有效組分損失；七床PSA-2工藝產(chǎn)品氣中甲烷含量降低到0，產(chǎn)品CO得率提高到80％以上。
文檔編號B01D53/047GK102078740SQ20101058432
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者丁連河, 崔曉錦, 張國義, 施玉宏, 李曉明, 李曉照 申請人:甘肅銀光聚銀化工有限公司, 甘肅銀達(dá)化工有限公司