【技術實現步驟摘要】
本申請屬于氫氣制備，具體涉及一種用于氫氣提純的換熱式吸附系統及方法。
技術介紹
1、燃料電池技術主要以工藝最成熟、產業化程度最高的質子交換膜燃料電池(proton?exchange?membrane?fuel?cell，簡稱pemfc)為主。質子交換膜燃料電池(pemfc)具有發電效率高、環境友好、氫燃料來源廣泛等優點，在固定電站、車載電源、便攜式電源、航空航天等領域具有廣闊的應用前景，得到了世界各國政府高度重視。在pemfc的電極催化劑上，由于擔載作為催化劑的貴金屬pt對co和硫非常敏感，當氫氣中微量的雜質過多，由于含c和s等化合物對電極有不可逆的毒化作用，因此對氫氣中的雜質要求很高，尤其是鉑、鈀等貴金屬電極對co吸附作用大于對h2的吸附作用，使co吸附在鉑電極上阻礙h2的電化學反應，使能量轉化效率降低、縮短電池使用壽命，甚至完全失活。氫燃料電池對氫氣質量的要求非常高，在氫氣加注前首先要對其進行純化，脫除其中的雜質。
2、目前，國內的氫氣提純以變壓吸附為主，按照工業氫氣的標準，將各種來源的氫氣提純，但采用傳統的變壓吸附工藝將原料氫氣提純達到燃料電池用氫的要求，效率比較低，總硫(按h2s計)含量低于4ppb(parts?per?billion，簡稱ppb，十億分之一)的要求相對來說更容易實現，但是由于吸附劑的消耗，氫氣中co的含量則很難長期穩定的達到低于0.2ppm(parts?per?million，簡稱ppm，百萬分之一)的標準。目前市場上缺乏一種更高效、更經濟的氫氣純化技術及裝置，特別是讓氫氣中co含量長期穩定
技術實現思路
1、為解決現有技術中氫氣提純工藝有吸附劑的消耗，使得得到的氫氣中co的含量則很難長期穩定的達到低于0.2ppm的標準，鉑、鈀等貴金屬電極對co吸附作用大于對h2的吸附作用，使co吸附在鉑電極上阻礙h2的電化學反應，使能量轉化效率降低、縮短電池使用壽命，甚至使電池完全失活的技術問題，本申請提供一種用于氫氣提純的換熱式吸附系統及方法。
2、在本申請的第一方面，提供一種用于氫氣提純的換熱式吸附系統，包括第一吸附器和第二吸附器；
3、所述第一吸附器和所述第二吸附器的內部均設置有吸附劑，所述吸附劑用于吸附原料氫氣中的co和h2s；
4、所述第一吸附器的內部設置有第一換熱管，用于對所述第一吸附器內的吸附劑加熱解吸；所述第一吸附器外壁上設置有第一原料氣入口、第一產品氣出口和第一換熱介質入口，所述第一換熱介質入口與所述第一換熱管連通；
5、所述第二吸附器的內部設置有第二換熱管，用于對所述第二吸附器內的吸附劑加熱解吸；所述第二吸附器外壁上設置有第二原料氣入口、第二產品氣出口和第二換熱介質入口，所述第二產品氣出口與所述第一產品氣出口連通，所述第二換熱介質入口與所述第二換熱管連通；
6、在吸附過程中，第一原料氣入口和第二原料氣入口分別將原料氫氣導入所述第一吸附器和所述第二吸附器中，吸附劑將co和h2s吸附，得到的產品氫氣從所述第一產品氣出口和所述第二產品氣出口流出；
7、在解吸過程中，解吸氣分別通過第一換熱介質入口和第二換熱介質入口進入所述第一換熱管和所述第二換熱管，對吸附劑進行加熱，以將吸附的co和h2s從吸附劑上解吸出來；
8、所述第一吸附器和所述第二吸附器的吸附和解吸交替進行，所述第一產品氣出口和所述第二產品氣出口，其中的一個向另一個輸送部分產品氫氣，用于對解吸出的co和h2s進行吹掃，以使co和h2s從所述第一原料氣入口和所述第二原料氣入口流出至廢氣處理管線。
9、在一些實施方式中，所述第一原料氣入口和所述第二原料氣入口分別通過第一進料支管和第二進料支管與氫氣進料主管道連接，所述第一進料支管上設置有第一進氣閥，所述第二進料支管上設置有第二進氣閥；
10、所述第一產品氣出口和所述第二產品氣出口分別通過第一出料支管和第二出料支管與產品出料主管道連接，所述第一出料支管設置有上第一出氣閥，所述第二出料支管上設置有第二出氣閥，所述第一產品氣出口與所述第一出氣閥之間的所述第二出料支管和所述第二產品氣出口與所述第二出氣閥之間的所述第一出料支管之間連接有回流管道，所述回流管道上設置有回流閥和換向閥；
11、所述第一產品氣出口和所述第二產品氣出口分別通過第一廢氣回收支管和第二廢氣回收支管與廢氣回收主管道連接，所述第一廢氣回收支管與所述第一出氣閥和所述第一產品氣出口之間的第一出料支管連接，所述第一廢氣回收支管上設置有第一廢氣閥；所述第二廢氣回收支管與所述第二出氣閥和所述第二產品氣出口直徑的第二出料支管連接，所述第二廢氣回收支管上設置有第二廢氣閥；
12、在吸附過程中，所述第一廢氣閥和所述第二廢氣閥關閉，所述第一進氣閥、所述第二進氣閥、所述第一出氣閥和所述第二出氣閥打開，原料氫氣分別通過所述第一進料支管和所述第二進料支管進入所述第一吸附器和所述第二吸附器，產品氫氣分別從所述第一出料支管和所述第二出料支管流出所述第一吸附器和所述第二吸附器；
13、在解吸過程中，所述回流閥和所述換向閥打開，所述第一吸附器吸附產生的產品氫氣通過所述第一產品氣出口進入所述第二產品氣出口，對所述第二吸附器中的吸附劑解吸出的co和h2s進行吹掃，以使co和h2s從所述第二原料氣入口流出至廢氣處理管線；或者，所述第二吸附器吸附產生的產品氫氣通過所述第二產品氣出口進入所述第一產品氣出口，對所述第一吸附器中的吸附劑解吸出的co和h2s進行吹掃，以使co和h2s從所述第一原料氣入口流出至廢氣處理管線。
14、在一些實施方式中，在吸附過程中，當吸附劑吸附飽和后，所述第一進氣閥、所述第二進氣閥、所述第一出氣閥和所述第二出氣閥關閉，所述第一廢氣閥和所述第二廢氣閥打開，所述第一吸附器和所述第二吸附器中的氣體分別從所述第一原料氣入口和所述第二原料氣入口流出至廢氣處理管線，將所述第一吸附器和所述第二吸附器中的壓力減至預設壓力閾值。
15、在一些實施方式中，在所述吸附劑中的co和h2s完全解吸出來后，通過第一換熱介質入口和第二換熱介質入口向所述第一換熱管和所述第二換熱管繼續通入解吸氣，以將所述第一吸附器和所述第二吸附器內的溫度降至預設吸附溫度，所述預設吸附溫度為20～40℃。
16、在一些實施方式中，在解吸過程中，待解吸出的co和h2s完全被吹掃至廢氣處理管線后，第一廢氣閥和所述第二廢氣閥關閉，所述第一產品氣出口和所述第二產品氣出口，其中的一個向另一個輸送部分產品氫氣，使其內部壓力升壓至預設吸附壓力，所述預設吸附壓力為1-3mpa。
17、在一些實施方式中，還包括解吸氣供應裝置和解吸氣回收裝置，所述第一換熱介質入口與所述解吸氣供應裝置連通，所述第一吸附器的外壁上還設置有第一換熱介質出口，所述第一換熱介質出口分別與所述第一換熱管和所述解吸氣回收裝置連接，用于對解吸氣回收利用；所述第二換熱介質入口通過第二介質進入支管與所述解吸氣供應裝置連通，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，包括第一吸附器和第二吸附器；
2.根據權利要求1所述的用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，所述第一原料氣入口和所述第二原料氣入口分別通過第一進料支管和第二進料支管與氫氣進料主管道連接，所述第一進料支管上設置有第一進氣閥，所述第二進料支管上設置有第二進氣閥；
3.根據權利要求2所述的用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，在吸附過程中，當吸附劑吸附飽和后，所述第一進氣閥、所述第二進氣閥、所述第一出氣閥和所述第二出氣閥關閉，所述第一廢氣閥和所述第二廢氣閥打開，所述第一吸附器和所述第二吸附器中的氣體分別從所述第一原料氣入口和所述第二原料氣入口流出至廢氣處理管線，將所述第一吸附器和所述第二吸附器中的壓力減至預設壓力閾值。
4.根據權利要求3所述的用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，在所述吸附劑中的CO和H2S完全解吸出來后，通過第一換熱介質入口和第二換熱介質入口向所述第一換熱管和所述第二換熱管繼續通入解吸氣，以將所述第一吸附器和所述第二吸附器內的溫度降至預設吸附溫度，所述預設吸附溫度為20
5.根據權利要求1所述的用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，在解吸過程中，待解吸出的CO和H2S完全被吹掃至廢氣處理管線后，第一廢氣閥和所述第二廢氣閥關閉，所述第一產品氣出口和所述第二產品氣出口，其中的一個向另一個輸送部分產品氫氣，使其內部壓力升壓至預設吸附壓力，所述預設吸附壓力為1-3MPa。
6.根據權利要求4所述的用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，還包括解吸氣供應裝置和解吸氣回收裝置，所述第一換熱介質入口與所述解吸氣供應裝置連通，所述第一吸附器的外壁上還設置有第一換熱介質出口，所述第一換熱介質出口分別與所述第一換熱管和所述解吸氣回收裝置連接，用于對解吸氣回收利用；所述第二換熱介質入口通過第二介質進入支管與所述解吸氣供應裝置連通，所述第二吸附器的外壁上還設置有第二換熱介質出口，所述第二換熱介質出口分別與所述第二換熱管和所述解吸氣回收裝置連接，用于對解吸氣回收利用。
7.一種用于氫氣提純的換熱式吸附方法，使用權利要求1-6任一項所述的用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，包括：
8.根據權利要求7所述的用于氫氣提純的換熱式吸附方法，其特征在于，所述通過向所述第一換熱管和所述第二換熱管中通入解吸氣，以對吸附劑進行加熱，將吸附的CO和H2S從吸附劑上解吸出來之后，還包括：通過第一換熱介質入口和第二換熱介質入口向所述第一換熱管和所述第二換熱管繼續通入解吸氣，以將所述第一吸附器和所述第二吸附器內的溫度降至預設吸附溫度，所述預設吸附溫度為20～40℃。
9.根據權利要求7所述的用于氫氣提純的換熱式吸附方法，其特征在于，所述使CO和H2S從所述第一原料氣入口和所述第二原料氣入口流出至廢氣處理管線之后，還包括：第一廢氣閥和第二廢氣閥關閉，所述第一產品氣出口和所述第二產品氣出口，其中的一個向另一個輸送部分產品氫氣，使其內部壓力升壓至預設吸附壓力，所述預設吸附壓力為1-3MPa。
10.根據權利要求7所述的用于氫氣提純的換熱式吸附方法，其特征在于，所述通過吸附劑對從第一原料氣入口和第二原料氣入口導入的原料氫氣中的CO和H2S吸附，包括：當吸附劑吸附飽和后，第一進氣閥、第二進氣閥、第一出氣閥和第二出氣閥關閉，第一廢氣閥和第二廢氣閥打開，所述第一吸附器和所述第二吸附器中的氣體分別從所述第一原料氣入口和所述第二原料氣入口流出至廢氣處理管線，將所述第一吸附器和所述第二吸附器中的壓力減至預設壓力閾值。
...【技術特征摘要】
1.一種用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，包括第一吸附器和第二吸附器；
2.根據權利要求1所述的用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，所述第一原料氣入口和所述第二原料氣入口分別通過第一進料支管和第二進料支管與氫氣進料主管道連接，所述第一進料支管上設置有第一進氣閥，所述第二進料支管上設置有第二進氣閥；
3.根據權利要求2所述的用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，在吸附過程中，當吸附劑吸附飽和后，所述第一進氣閥、所述第二進氣閥、所述第一出氣閥和所述第二出氣閥關閉，所述第一廢氣閥和所述第二廢氣閥打開，所述第一吸附器和所述第二吸附器中的氣體分別從所述第一原料氣入口和所述第二原料氣入口流出至廢氣處理管線，將所述第一吸附器和所述第二吸附器中的壓力減至預設壓力閾值。
4.根據權利要求3所述的用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，在所述吸附劑中的co和h2s完全解吸出來后，通過第一換熱介質入口和第二換熱介質入口向所述第一換熱管和所述第二換熱管繼續通入解吸氣，以將所述第一吸附器和所述第二吸附器內的溫度降至預設吸附溫度，所述預設吸附溫度為20～40℃。
5.根據權利要求1所述的用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，在解吸過程中，待解吸出的co和h2s完全被吹掃至廢氣處理管線后，第一廢氣閥和所述第二廢氣閥關閉，所述第一產品氣出口和所述第二產品氣出口，其中的一個向另一個輸送部分產品氫氣，使其內部壓力升壓至預設吸附壓力，所述預設吸附壓力為1-3mpa。
6.根據權利要求4所述的用于氫氣提純的換熱式吸附系統，其特征在于，還包括解吸氣供應裝置和解吸氣回收裝置，所述第一換熱介質入口與所述解吸氣供應裝置連通，所述第一吸附器的外壁上還設置有第一換熱介質出口，所述第一換熱介質出口分...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陶鈞，陳萍，陳勝彬，蔣小文，徐儒庸，邢憲寧，
申請(專利權)人：中國石油天然氣集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。