一种尾气中氢气的提纯工艺的制作方法

本发明属于尾气处理领域，涉及一种尾气中氢气的提纯工艺。

背景技术：

在气体提纯的过程中，原料气有时会伴有一些重烃成分。目前，脱除重烃的常用方法有很多，例如，异戊烷溶解法、活性炭吸附法、深冷分离法等。深冷分离法常见于空气的分离，其分离空气的原理是以空气为原料，经过压缩、净化、用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同，通过精馏，使它们分离来获得氮气和氧气。

cn205495345u提供了一种用于提纯已内酰胺尾气中氢气的设备，原料缓冲罐中为己内酰胺生产过程中产生的尾气，原料缓冲罐与氢气缓冲罐之间通过管道依次连接有变温吸附塔和变压吸附塔，解吸气输入端和解吸气缓冲罐分别独立通过管道连接在变温吸附塔与变压吸附塔之间的管道上，解吸气输出端通过管道连接在原料缓冲罐与变温吸附塔之间的管道上，中间缓冲罐通过管道连接在变压吸附塔与氢气缓冲罐之间的管道上。该装置中包含多个变温吸附塔以及多个变压吸附塔，装置结构复杂，提纯工艺繁琐。

cn210944857u提供了一种混合烷烃脱氢中氢气提纯装置，包含：psa提纯装置、产品氢气压缩机及尾气压缩机；psa提纯装置入口与混合烷烃脱氢反应器连接，其出口分为两路，其中一路用于直接输送至下游设备，另一路连接氢气压缩机入口，氢气压缩机出口连接氢气缓冲罐；psa提纯装置尾气排放口连接尾气压缩机入口，尾气压缩机出口通过管路外接燃料气制备系统。本实用新型结构简单，设计新颖、合理，通过psa提纯装置吸附提纯处理后，分为两路，一直直接输送至下游设备，另一路作为氢气产品经过压缩和缓冲后进行输送，且设置有与燃料气制备系统连接的尾气处理压缩机。该装置仅包含变压分离设备，对氢气的提纯效果一般，氢气纯度低。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种尾气中氢气的提纯工艺，所述工艺减轻tsa的吸附容量，操作简便，需要的设备以及装置较少，有效降低了投入成本。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种尾气中氢气的提纯工艺，其特征在于，所述工艺包括尾气经2～10℃的冷冻水冷却去除重芳烃后，依次进行变温吸附以及变压吸附得到提纯氢气。

其中，尾气的温度可以是3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃或9℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，使用冷冻水冷却尾气替代深冷分离工艺，利用冷冻水冷却原料气也可以将原料气中一些重烃组分脱除，此法与深冷分离法的原理相似，都是将气体冷却后，利用不同气体沸点上的差异进行精馏，使不同气体得到分离。但是冷冻水法分离重烃组分较比深冷分离法具有一定的优势：回收冷冻分离出来的重烃类，可以减轻后续tsa的吸附容量，进而减少投资。

作为本发明优选的技术方案，所述冷冻水的温度为5～7℃，如5.2℃、5.5℃、5.8℃、6℃、6.2℃、6.5℃或6.8℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述尾气经冷冻水冷却后的温度为12～18℃，如12.5℃、13℃、13.5℃、14℃、14.5℃、15℃、15.5℃、16℃、16.5℃、17℃或17.5℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述变温吸附的压力为0.5～1.5mpag，如0.6mpag、0.7mpag、0.8mpag、0.9mpag、1.0mpag、1.1mpag、1.2mpag、1.3mpag或1.4mpag等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述变温吸附的吸附剂为脱烃吸附剂。

优选地，所述脱烃吸附剂包括活性氧化铝。

作为本发明优选的技术方案，所述变压吸附的温度为30～50℃，如32℃、35℃、38℃、40℃、42℃、45℃或48℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述变压吸附的压力为0.5～1.5mpag，如0.6mpag、0.7mpag、0.8mpag、0.9mpag、1.0mpag、1.1mpag、1.2mpag、1.3mpag或1.4mpag等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，述变压吸附的吸附剂包括活性氧化铝和/或沸石。

作为本发明优选的技术方案，所述变压吸附的解析气用于所述变温吸附的再生气。

作为本发明优选的技术方案，所述尾气包括脱氢尾气以及闪蒸罐尾气。

优选地，所述尾气包括h2以及co2、co、h2o、环己醇、环己酮、n2、ch4、苯、环己烯或环己烷中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：co2的co组合、co和h2o的组合、h2o和环己醇的组合、环己醇和环己酮的组合、n2和ch4的组合、苯和环己烯的组合、环己烯和环己烷的组合或o2、co、h2o、环己醇、环己酮、n2、ch4、苯、环己烯以及环己烷的组合等。

优选地，所述尾气的温度为35～55℃，如36℃、38℃、40℃、42℃、45℃、48℃、50℃、52℃或54℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，本领域技术人员可根据尾气中气体的组成对变温吸附以及变压吸附的具体操作条件进行选择，在此不再赘述。

作为本发明优选的技术方案，上述尾气中氢气的提纯工艺包括：

将35～55℃的尾气经2～10℃的冷冻水冷却至12～18℃去除重芳烃后，进行变温吸附，变温吸附的压力为0.5～1.5mpag，使用吸附剂为脱烃吸附剂，之后进行变压吸附得到提纯氢气，变压吸附的温度为30～50℃，压力为0.5～1.5mpag，吸附剂包括活性氧化铝和/或沸石，所述变压吸附的解析气用于所述变温吸附的再生气。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供一种尾气中氢气的提纯工艺，所述工艺可以有效去除尾气中的重芳烃以及其他组份，提纯得到的氢气纯度可达99.9％；

(2)本发明提供一种尾气中氢气的提纯工艺，所述工艺减轻tsa的吸附容量，操作简便，需要的设备以及装置较少，有效降低了投入成本。

附图说明

图1是本发明提供的尾气中氢气的提纯工艺的流程示意图。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

本发明具体实施方式中处理的尾气为脱氢尾气以及闪蒸罐尾气，尾气包含h2、co2、co、h2o、环己醇、环己酮、n2、ch4、苯、环己烯以及环己烷。其中，氢气的含量为95.58％

实施例1

本实施例提供一种尾气中氢气的提纯工艺，其工艺如图1所示，所述工艺包括：

将35℃的尾气经2℃的冷冻水冷却至12℃去除重芳烃后，进行变温吸附，变温吸附的压力为0.5mpag，使用吸附剂为脱烃吸附剂，之后进行变压吸附得到提纯氢气，变压吸附的温度为30℃，压力为1.5mpag，吸附剂包括活性氧化铝和沸石，所述变压吸附的解析气用于所述变温吸附的再生气。

实施例2

本实施例提供一种尾气中氢气的提纯工艺，其工艺如图1所示，所述工艺包括：

将55℃的尾气经10℃的冷冻水冷却至18℃去除重芳烃后，进行变温吸附，变温吸附的压力为1.5mpag，使用吸附剂为脱烃吸附剂，之后进行变压吸附得到提纯氢气，变压吸附的温度为50℃，压力为0.5mpag，吸附剂包括活性氧化铝和沸石，所述变压吸附的解析气用于所述变温吸附的再生气。

实施例3

本实施例提供一种尾气中氢气的提纯工艺，其工艺如图1所示，所述工艺包括：

将40℃的尾气经5℃的冷冻水冷却至13℃去除重芳烃后，进行变温吸附，变温吸附的压力为0.8mpag，使用吸附剂为脱烃吸附剂，之后进行变压吸附得到提纯氢气，变压吸附的温度为35℃，压力为1.0mpag，吸附剂包括活性氧化铝和沸石，所述变压吸附的解析气用于所述变温吸附的再生气。

实施例4

本实施例提供一种尾气中氢气的提纯工艺，其工艺如图1所示，所述工艺包括：

将40℃的尾气经7℃的冷冻水冷却至16℃去除重芳烃后，进行变温吸附，变温吸附的压力为1.2mpag，使用吸附剂为脱烃吸附剂，之后进行变压吸附得到提纯氢气，变压吸附的温度为45℃，压力为1.4mpag，吸附剂包括活性氧化铝和沸石，所述变压吸附的解析气用于所述变温吸附的再生气。

实施例5

本实施例提供一种尾气中氢气的提纯工艺，其工艺如图1所示，所述工艺包括：

将40℃的尾气经6℃的冷冻水冷却至15℃去除重芳烃后，进行变温吸附，变温吸附的压力为1.0mpag，使用吸附剂为脱烃吸附剂，之后进行变压吸附得到提纯氢气，变压吸附的温度为40℃，压力为1.0mpag，吸附剂包括活性氧化铝和沸石，所述变压吸附的解析气用于所述变温吸附的再生气。

对比例1

本对比例中除了将冷冻水冷却尾气替换为深冷分离法外，其他条件均与实施例5相同。

对比例2

本对比例中除了不使用冷冻水冷却尾气外，其他条件均与实施例5相同。

对比例3

本对比例中除了仅进行变压吸附不进行变温吸附外，其他条件均与实施例5相同。

对比例4

本对比例中除了仅进行2级变压吸附不进行变温吸附外，其他条件均与实施例5相同。

本发明实施例1-5以及对比例1-4中尾气的流速为约15m/s，变温吸附中吸附剂的用量为2.8t，变压吸附的吸附剂用量为25.5t。对实施例1-5以及对比例1-4提纯后的氢气取样，进行气相色谱分析测试氢气纯度，其结果如表1所示。

表1

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。