一种改进型焦炉煤气PSA提氢装置及其生产工艺

技术领域

本发明属于焦炉煤气PSA气体分离技术领域，具体涉及一种改进型焦炉煤气PSA提氢装置及其生产工艺。

背景技术

现有技术中，传统焦炉煤气PSA提氢生产工艺利用吸附塔的顺放气作为冲洗气对吸附塔进行冲洗，排放的冲洗气直接送至外管网燃烧或作为预处理系统的再生气后送外管网进行燃烧，因后期冲洗吸附塔时排放的冲洗气氢含量较高，直接用来燃烧造成很大的资源浪费，不利于碳中和及降低碳排放指标的实施。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的上述技术问题，提供一种改进型焦炉煤气PSA提氢装置及其生产工艺，以克服现有技术的不足。

为了实现上述目的，本发明一方面，提供一种改进型焦炉煤气PSA提氢装置，它包括吸附塔A、吸附塔B、吸附塔C 、吸附塔D和顺放气缓冲罐及塔A焦炉煤气进口程控阀、塔A氢气出口程控阀、塔A 1均降/均升/产品H

所述吸附塔A、所述吸附塔B、所述吸附塔C和所述吸附塔D进行并联；

所述吸附塔A通过所述塔A焦炉煤气进口程控阀相连；

所述吸附塔A通过所述塔A氢气出口程控阀相连；

所述吸附塔A通过所述塔A1均降/均升/产品H

所述吸附塔A通过所述塔A 2均降/均升程控阀和所述塔吸附D2均降/均升程控阀相连；

所述吸附塔A通过所述塔A顺放气出口程控阀和所述顺放气进缓冲罐调节阀相连；

所述吸附塔A通过所述塔A逆放气出口程控阀将被吸附的杂质从吸附剂中解吸出来；

所述吸附塔A通过所述塔A冲洗气进口程控阀和所述冲洗气出缓冲罐调节阀相连；

所述吸附塔A与所述塔冲洗气出口程控阀相连；

所述吸附塔A与所述冲洗气回收程控阀相连；

所述吸附塔A通过所述塔A2均降/均升程控阀和所述塔B2均降/均升程控阀相连；

所述吸附塔A通过所述塔A1均降/均升/产品H

所述吸附塔A通过所述8塔A1均降/均升/产品H

所述吸附塔B与所述塔B焦炉煤气进口程控阀相连；

所述吸附塔B与所述塔B氢气出口程控阀相连；

所述吸附塔B通过所述塔B1均降/均升/产品H

所述吸附塔B通过所述塔B 2均降/均升程控阀和所述塔吸附A2均降/均升程控阀相连；

所述吸附塔B通过所述塔B顺放气出口程控阀和所述顺放气进缓冲罐调节阀相连；

所述吸附塔B通过所述塔B逆放气出口程控阀将被吸附的杂质从吸附剂中解吸出来；

所述吸附塔B通过所述塔B冲洗气进口程控阀和所述冲洗气出缓冲罐调节阀相连；

所述吸附塔B通过所述塔B冲洗气出口程控阀将氢含量较低的气体逆着吸附方向送出界区；

所述吸附塔B与所述冲洗气回收程控阀相连；

所述吸附塔B通过所述塔B2均降/均升程控阀和所述塔C2均降/均升程控阀相连；

所述吸附塔B通过所述塔B 1均降/均升/产品H

所述吸附塔B通过所述塔B1均降/均升/产品H

所述吸附塔C与所述塔C焦炉煤气进口程控阀相连；

所述吸附塔C与所述塔C氢气出口程控阀相连；

所述吸附塔C通过所述塔C1均降/均升/产品H

所述吸附塔C通过所述塔C2均降/均升程控阀和所述塔吸附B2均降/均升程控阀相连；

所述吸附塔C通过所述塔C顺放气出口程控阀和所述顺放气进缓冲罐调节阀相连；

所述吸附塔C通过所述塔C逆放气出口程控阀将被吸附的杂质从吸附剂中解吸出来；

所述吸附塔C通过所述塔C冲洗气进口程控阀和所述冲洗气出缓冲罐调节阀相连；

所述吸附塔C与所述塔C冲洗气出口程控阀；

所述吸附塔C与所述塔C冲洗气回收程控阀相连；

所述吸附塔C通过所述塔C2均降/均升程控阀和所述塔D2均降/均升程控阀相连；

所述吸附塔C通过所述塔C1均降/均升/产品H

所述吸附塔C通过所述塔C1均降/均升/产品H

所述吸附塔D与所述塔D焦炉煤气进口程控阀相连；

所述吸附塔D与所述塔D氢气出口程控阀相连；

所述吸附塔D通过所述塔D1均降/均升/产品H

所述吸附塔D通过所述塔D2均降/均升程控阀和所述塔吸附C2均降/均升程控阀相连；

所述吸附塔D通过所述塔D顺放气出口程控阀和所述顺放气进缓冲罐调节阀相连；

所述吸附塔D通过所述塔D逆放气出口程控阀将被吸附的杂质从吸附剂中解吸出来；

所述吸附塔D通过所述塔D冲洗气进口程控阀和所述冲洗气出缓冲罐调节阀相连；

所述吸附塔D通过所述塔A冲洗气出口程控阀将氢含量较低的气体逆着吸附方向送出界区；

所述吸附塔D与所述冲洗气回收程控阀相连；

所述吸附塔D通过所述塔D2均降/均升程控阀和所述塔A2均降/均升程控阀相连；

所述吸附塔D通过所述塔D1均降/均升/产品H

所述吸附塔D通过所述塔D1均降/均升/产品H

本发明的另一方面，提供一种改进型焦炉煤气PSA提氢生产工艺，包括如下步骤：

焦炉煤气经压缩后，除去其中夹带的油滴、水污，自吸附塔塔底进入正处于吸附工况的吸附塔，在吸附剂选择吸附的条件下一次性除去氢以外的绝大部分杂质，获得纯度大于99.99%的合格产品氢气，从塔顶排出，经稳压缓冲后送界外；

当被吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段某一位置时，停止吸附，转入再生过程；

吸附剂的再生过程依次如下：

a.均压降压过程

这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的氢气放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，这一过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间氢气的过程。本流程共包括了2次连续的均压降压过程，以保证氢气的充分回收；

b.顺放过程

在均压回收氢气过程结束后，继续顺着吸附方向进行减压，顺放出来的氢气放入顺放气缓冲罐中混合并储存起来，用作吸附塔冲洗的再生气源；

c.逆放过程

在顺放结束、吸附前沿已达到床层出口后，逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中大量解吸出来，解吸气送出界区用作预处理系统的再生气源；

d.冲洗过程1

逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用顺放气缓冲罐中储存的氢气逆着吸附方向冲洗吸附床层，进一步降低杂质组分的分压，并将杂质冲洗出来；冲洗前期氢含量较低再生气送出界区用作预处理系统的再生气源；

e.冲洗过程2

冲洗后期氢含量较高再生气，可进行回收，送至气柜出口煤气总管作为原料气进行二次利用；

f.均压升压过程

在冲洗再生过程完成后，用来自其它吸附塔的较高压力氢气依次对该吸附塔进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且也是回收其它塔的床层死空间氢气的过程，本流程共包括了连续2次均压升压过程；

g.产品气升压过程

在2次均压升压过程完成后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，需要通过升压调节阀缓慢而平稳地用产品氢气将吸附塔压力升至吸附压力；经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。

本发明专利利用后期冲洗气回收程控阀，回收利用了吸附塔后期冲洗过程排放的氢含量较高的冲洗气，作为原料气进行二次利用，为焦炉煤气PSA提氢生产工艺的优化提升提供了新的研究方向。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中1.吸附塔A 2.吸附塔B 3.吸附塔C 4.吸附塔D 5.顺放气缓冲罐 6.塔A焦炉煤气进口程控阀 7.塔A氢气出口程控阀 8.塔A 1均降/均升/产品H

具体实施方式

参照图1，本发明一方面，提供一种改进型焦炉煤气PSA提氢装置，

它包括吸附塔A1、吸附塔B2、吸附塔C3、吸附塔D4和顺放气缓冲罐5及塔A焦炉煤气进口程控阀6、塔A氢气出口程控阀7、塔A 1均降/均升/产品H

所述吸附塔A1、所述吸附塔B2、所述吸附塔C3和所述吸附塔D4进行并联，其中1台正常吸附，3台进行再生；脱除焦炉煤气中的甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮气、硫、水等杂质；

所述吸附塔A1通过所述塔A焦炉煤气进口程控阀6相连，吸附焦炉煤气中的甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮气、硫、水等杂质；

所述吸附塔A1通过所述塔A氢气出口程控阀7相连，将合格氢气送往后工段；

所述吸附塔A1通过所述塔A 1均降/均升/产品H

所述吸附塔A1通过所述塔A2均降/均升程控阀9和所述塔吸附D 2均降/均升程控阀36相连，将所述吸附塔A1内较高压力的氢气放入刚完成二均升的所述吸附塔D4，用于所述吸附塔D4的二均升；

所述吸附塔A1通过所述塔A顺放气出口程控阀10和所述顺放气进缓冲罐调节阀43相连，顺放气放入所述顺放气缓冲罐5；

所述吸附塔A1通过所述塔A逆放气出口程控阀12将被吸附的杂质从吸附剂中解吸出来，逆放解吸气大部分经稳压后送出界区；

所述吸附塔A1通过所述塔A冲洗气进口程控阀11和所述冲洗气出缓冲罐调节阀44相连，将顺放气做为冲洗气送入所述吸附塔A1；

所述吸附塔A1通过所述塔冲洗气出口程控阀13相连，将氢含量较低的气体逆着吸附方向送出界区；

所述吸附塔A1通过所述冲洗气回收程控阀14相连，将含氢量较高的后期冲洗气逆着吸附方向回收到总管，经稳压后送到气柜出口总管作为原料气进行二次利用；

所述吸附塔A1通过所述塔A 2均降/均升程控阀9和所述塔B 2均降/均升程控阀18相连，将所述吸附塔B2内较高压力的氢气回收进刚完成了冲洗过程的所述吸附塔A1，进行二均升；

所述吸附塔A1通过所述塔A 1均降/均升/产品H

所述吸附塔A1通过所述塔A 1均降/均升/产品H

所述吸附塔B2通过所述塔B焦炉煤气进口程控阀15相连，吸附焦炉煤气中的甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮气、硫、水等杂质；

所述吸附塔B2通过所述塔B氢气出口程控阀16相连，将合格氢气送往后工段；

所述吸附塔B2通过所述塔B1均降/均升/产品H

所述吸附塔B2通过所述塔B 2均降/均升程控阀18和所述塔吸附A 2均降/均升程控阀9相连，将所述吸附塔B2内较高压力的氢气放入刚完成冲洗的所述吸附塔A1，用于所述吸附塔A1的二均升；

所述吸附塔B2通过所述塔B顺放气出口程控阀19和所述顺放气进缓冲罐调节阀43相连，顺放气放入所述顺放气缓冲罐5；

所述吸附塔B2通过所述塔B逆放气出口程控阀21将被吸附的杂质从吸附剂中解吸出来，逆放解吸气大部分经稳压后送出界区；

所述吸附塔B2通过所述塔B冲洗气进口程控阀20和所述冲洗气出缓冲罐调节阀44相连，将顺放气做为冲洗气送入所述吸附塔B2；

所述吸附塔B2通过所述塔B冲洗气出口程控阀22，将氢含量较低的气体逆着吸附方向送出界区；

所述吸附塔B2通过所述冲洗气回收程控阀23相连，将含氢量较高的后期冲洗气逆着吸附方向回收到总管，经稳压后送到气柜出口总管作为原料气进行二次利用；

所述吸附塔B2通过所述塔B2均降/均升程控阀18和所述塔C2均降/均升程控阀27相连，将所述吸附塔C3内较高压力的氢气回收进刚完成了冲洗过程的所述吸附塔B2，进行二均升；

所述吸附塔B2通过所述塔B1均降/均升/产品H

所述吸附塔B2通过所述塔B1均降/均升/产品H

所述吸附塔C3通过所述塔C焦炉煤气进口程控阀24相连，吸附焦炉煤气中的甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮气、硫、水等杂质；

所述吸附塔C3通过所述塔C氢气出口程控阀25相连，将合格氢气送往后工段；

所述吸附塔C3通过所述塔C1均降/均升/产品H

所述3吸附塔C通过所述27塔C 2均降/均升程控阀和18塔吸附B 2均降/均升程控阀相连，将所述吸附塔C3内较高压力的氢气放入刚完成二均升的所述吸附塔B2，用于所述吸附塔B2的二均升；

所述吸附塔C3通过所述塔C顺放气出口程控阀28和所述顺放气进缓冲罐调节阀43相连，顺放气放入所述顺放气缓冲罐5；

所述吸附塔C3通过所述塔C逆放气出口程控阀30将被吸附的杂质从吸附剂中解吸出来，逆放解吸气大部分经稳压后送出界区；

所述吸附塔C3通过所述塔C冲洗气进口程控阀29和所述冲洗气出缓冲罐调节阀44相连，将顺放气做为冲洗气送入所述吸附塔C3；

所述吸附塔C3通过所述塔C冲洗气出口程控阀31，将氢含量较低的气体逆着吸附方向送出界区；

所述吸附塔C3通过所述塔C冲洗气回收程控阀32相连，将含氢量较高的后期冲洗气逆着吸附方向回收到总管，经稳压后送到气柜出口总管作为原料气进行二次利用；

所述吸附塔C3通过所述塔C2均降/均升程控阀27和所述塔D2均降/均升程控阀36相连，将所述吸附塔D4内较高压力的氢气回收进刚完成了冲洗过程的所述吸附塔C3，进行二均升；

所述吸附塔C3通过所述塔C1均降/均升/产品H

所述吸附塔C3通过所述塔C1均降/均升/产品H

所述吸附塔D4通过所述塔D焦炉煤气进口程控阀33相连，吸附焦炉煤气中的甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮气、硫、水等杂质；

所述吸附塔D4通过所述塔D氢气出口程控阀34相连，将合格氢气送往后工段；

所述吸附塔D4通过所述塔D1均降/均升/产品H

所述吸附塔D4通过所述塔D 2均降/均升程控阀36和所述塔吸附C2均降/均升程控阀27相连，将所述吸附塔D4内较高压力的氢气放入刚完成二均升的所述吸附塔C3，用于所述吸附塔C3的二均升；

所述吸附塔D4通过所述塔D顺放气出口程控阀37和所述顺放气进缓冲罐调节阀43相连，顺放气放所述顺放气缓冲罐5；

所述吸附塔D4通过所述塔D逆放气出口程控阀39将被吸附的杂质从吸附剂中解吸出来，逆放解吸气大部分经稳压后送出界区；

所述吸附塔D4通过所述塔D冲洗气进口程控阀38和所述冲洗气出缓冲罐调节阀44相连，将顺放气做为冲洗气送入所述吸附塔D4；

所述吸附塔D4通过所述塔A冲洗气出口程控阀39，将氢含量较低的气体逆着吸附方向送出界区；

所述吸附塔D4通过所述冲洗气回收程控阀41相连，将含氢量较高的后期冲洗气逆着吸附方向回收到总管，经稳压后送到气柜出口总管作为原料气进行二次利用；

所述吸附塔D4通过所述塔D2均降/均升程控阀36和所述塔A 2均降/均升程控阀9相连，将所述吸附塔A1内较高压力的氢气回收进刚完成了冲洗过程的所述吸附塔D4，进行二均升；

所述吸附塔D4通过所述塔D1均降/均升/产品H

所述吸附塔D4通过所述塔D1均降/均升/产品H

本发明的另一方面，提供一种改进型焦炉煤气PSA提氢生产工艺，包括如下步骤：

来自压缩工序焦炉煤气，除去焦炉煤气中的油滴、水污后，再进入由4塔组成的PSA系统；PSA系统采用4-1-2流程，即由4个吸附塔组成，其中1个吸附塔始终处于进料吸附状态，2次均压；其工艺过程由吸附、2次均压降压、顺放、逆放、冲洗1、冲洗2、2次均压升压和产品最终升压等步骤组成，具体工艺过程如下：

焦炉煤气经压缩后，除去其中夹带的油滴、水污，自吸附塔塔底进入正处于吸附工况的吸附塔，在吸附剂选择吸附的条件下一次性除去氢以外的绝大部分杂质，获得纯度大于99.99%的合格产品氢气，从塔顶排出，经稳压缓冲后送界外；

当被吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段某一位置时，停止吸附，转入再生过程；

吸附剂的再生过程依次如下：

a. 均压降压过程

这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的氢气放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程，这一过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间氢气的过程；本流程共包括了2次连续的均压降压过程，以保证氢气的充分回收；

b. 顺放过程

在均压回收氢气过程结束后，继续顺着吸附方向进行减压，顺放出来的氢气放入顺放气缓冲罐中混合并储存起来，用作吸附塔冲洗的再生气源；

c. 逆放过程

在顺放结束、吸附前沿已达到床层出口后，逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中大量解吸出来，解吸气送出界区用作预处理系统的再生气源；

d. 冲洗过程1

逆放结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用顺放气缓冲罐中储存的氢气逆着吸附方向冲洗吸附床层，进一步降低杂质组分的分压，并将杂质冲洗出来；冲洗前期氢含量较低再生气送出界区用作预处理系统的再生气源；

e. 冲洗过程2

冲洗后期氢含量较高再生气，可进行回收，送至气柜出口煤气总管作为原料气进行二次利用；

f. 均压升压过程

在冲洗再生过程完成后，用来自其它吸附塔的较高压力氢气依次对该吸附塔进行升压，这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且也是回收其它塔的床层死空间氢气的过程，本流程共包括了连续2次均压升压过程；

g. 产品气升压过程

在2次均压升压过程完成后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，需要通过升压调节阀缓慢而平稳地用产品氢气将吸附塔压力升至吸附压力；经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附-再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。

本发明专利利用后期冲洗气回收程控阀，回收利用了吸附塔后期冲洗过程排放的氢含量较高的冲洗气，作为原料气进行二次利用，为焦炉煤气PSA提氢生产工艺的优化提升提供了新的研究方向。

本工艺流程包括正常吸附提氢过程→1均降→2均降→顺放→逆放→冲洗1→冲洗2→2均升→1均升→产品H

4个吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作实现气体的连续分离与提纯。其主流流程工艺步续描述如下：

现以吸附塔1为例描述主流程的整个工艺步序过程，吸附塔2～4的工艺过程与1完全相同。

所述步骤1：吸附

经预处理后升压的焦炉煤气经塔A焦炉煤气进口程控阀进入吸附塔A，其中除H

所述步骤2：一均降压

在吸附过程完成后，打开塔A 1均降/均升/产品H

所述步骤3：二均降压

在一均降过程完成后，打开塔A 2均降/均升程控阀和塔D 2均降/均升程控阀，同时关闭塔A 1均降/均升/产品H

所述步骤4：顺放

二均降过程结束后，吸附塔A压力仍有0.4MPa左右,此时打开塔A顺放气出口程控阀，同时关闭塔A 2均降/均升程控阀和塔D 2均降/均升程控阀，将吸附塔A内较高压力的氢气通过顺放气进缓冲罐调节阀放入顺放气缓冲罐。

所述步骤5：逆放

在完成连续顺向减压过程后，吸附塔A的吸附前沿已基本达到床层出口。这时打开塔A逆放气出口程控阀，同时关闭塔A顺放气出口程控阀及顺放气进缓冲罐调节阀，逆着吸附方向将吸附塔A压力降至接近于常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来。逆放解吸气大部分经稳压后送出界区。

所述步骤6：冲洗前期

逆放结束后，打开塔A冲洗气进口程控阀和冲洗气出缓冲罐调节阀，同时关闭塔A逆放气出口程控阀，对吸附塔A进行冲洗，这时被吸附的杂质大量解吸出来，冲洗前期打开塔A逆放气出口程控阀，将氢含量较低的冲洗气逆着吸附方向送出界区。

所述步骤7：冲洗后期

进入冲洗后期时，取样分析冲洗气氢含量是否达到可回收浓度，这时关闭塔A逆放气出口程控阀，同时打开塔A冲洗气回收程控阀，将含氢量较高的后期冲洗气逆着吸附方向回收到总管，经稳压后送到气柜出口总管作为原料气进行二次利用。

所述步骤8：二均升压

在冲洗过程完成后，打开塔A 2均降/均升程控阀和塔B 2均降/均升程控阀，同时关闭塔A冲洗气进口程控阀和冲洗气出缓冲罐调节阀和塔A冲洗气回收程控阀，再将吸附塔D内较高压力的氢气回收进刚完成了冲洗过程的吸附塔A，进行二均升。

所述步骤9：一均升压

在二均升压过程完成后，打开塔A 1均降/均升/产品H

所述步骤10：产品气升压过程

通过二次均压升压过程后，吸附塔压力仍然未达到吸附压力。这时打开塔A 1均降/均升/产品H

经过上述一系列这降压及升压过程后，吸附塔便完成了整个再生过程，为下一次吸附做好了准备并由此进入下一吸附循环。

焦化装置气柜工段来焦炉煤气管网压力（P：0.002～0.003Mpa）低，可以最大限度回收吸附塔后期冲洗过程排放的氢含量较高的冲洗气，焦化装置气柜一般容积较大，而且吸附塔后期冲洗气回收程控阀可以通过控制阀门开度陆续回收，也可以根据冲洗气氢含量高低弹性调节回收时间，不会影响气柜工段及焦化装置的正常生产。

来自压缩工序焦炉煤气，除去焦炉煤气中的油滴、水污后，再进入由4塔组成的PSA系统。PSA系统采用4-1-2流程，即由4个吸附塔组成，其中1个吸附塔始终处于进料吸附状态，2次均压。其工艺过程由吸附、2次均压降压、顺放、逆放、冲洗1、冲洗2、2次均压升压和产品最终升压等步骤组成。

在吸附塔冲洗气出口程控阀组前增加一组后期冲洗气回收程控阀组，在吸附塔冲洗的后期关闭冲洗气出口程控阀组，打开后期冲洗气回收程控阀组，将吸附塔后期冲洗过程排放的氢含量较高的冲洗气回收到气柜出口焦炉煤气总管，作为原料气进行二次利用。

该改进工艺利用后期冲洗气回收程控阀组，回收利用了吸附塔后期冲洗过程排放的氢含量较高的冲洗气，作为原料气进行二次利用，为焦炉煤气PSA提氢生产工艺的优化提升提供了新的研究方向。