一种焦炉煤气同时制取氢气和HCNG的系统的制作方法

一种焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统
技术领域
1.本实用新型涉及焦炉煤气处理技术领域，尤其涉及一种焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统。

背景技术：

2.随着当前世界能源形势的日趋紧张和环保超低排放要求的日益严格，寻发动机清洁替代燃料的研究越来越多地收到人们的关注，主要的替代燃料包括天然气、氢气、醇醚燃料和生物质燃料等。天然气由于其有害排放低、燃料辛烷值高、抗爆性能好和价格便宜等优点，在多个城市的交通系统获得了较好的推广，但是，天然气主要成分是甲烷(高位发热值)，其四面体分子结构中c-h键能比较大(415.2kj
·
mol)，在发动机上使用时仍存在以下缺点：点火能量高、火焰传播速度比较慢、着火范围窄、燃烧时间长、燃烧稳定性差、燃烧不完全、co排放较高、产生积碳等。同天然气相比，氢气则刚好相反，点火能量低、反应速率快、可燃范围宽、排气中无含碳污染物且可再生等优点，但其火焰传播速率过快会导致发动机的早燃、回火，甚至爆震；天然气和氢气的混合燃料，称“hcng”或“hythane”，也叫混氢天然气，可以提高混合燃料的燃烧热效率，并且不需要高能点火系统；同时提高了燃料的h/c比，从燃料本身减少了co、co2和碳氢化合物的生成，有效地降低了温室气体的排放；是理想的低碳、绿的发动机替代燃料，能显著提高发动机的燃烧和排放性能，实现发动机的清洁高效运行。根据规范gb/t 34537《车用压缩氢气天然气(hcng)混合燃料》中对hcng的技术指标要求，混氢天然气中氢气的体积分数为2％～25％。
3.同时，焦炉煤气是冶金企业炼焦过程中的副产物，我国焦炭生产量位居世界前列，除去生产合成化工原料、加热回炉自用及用作城市煤气外，我国每年燃烧放散掉的焦炉煤气约200亿m3，占焦炉煤气总量的十分之一，焦炉煤气燃烧排放会产生大量二氧化碳，不仅会造成资源的巨大浪费，又造成严重的环境污染。目前焦炉煤气的回收利用，主要是用于分别制取氢气或天然气，无法获取天然气和氢气的混合燃料，制取hcng时，需将氢气和天然气进行混合，导致流程复杂，效率低，从而降低焦炉煤气的回收效率。

技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统，包括压缩单元、第一净化单元、第一变压吸附单元、第二变压吸附单元，所述压缩单元、第一净化单元、第一变压吸附单元、第二变压吸附单元沿焦炉煤气方向依次连接。
5.进一步地，所述压缩单元包括压缩机，所述压缩机的进气端与所述焦炉煤气连接，出气端与所述第一净化单元连接。
6.进一步地，所述压缩单元还包括设置在所述压缩机进气端的过滤器、第一消音器，以及依次设置在所述压缩机出气端的第二消音器、冷却器和汽水分离装置。
7.进一步地，所述第一净化单元包括脱硫塔和tsa预处理单元，所述脱硫塔的出气端与所述tsa预处理单元连接，所述tsa预处理单元包括tsa吸附塔。
8.进一步地，所述第一变压吸附单元包括至少一个第一psa吸附塔，所述第一psa吸附塔与所述第一净化单元的出气端连接。
9.进一步地，所述第一变压吸附单元还连接有用于净化氢气的第二净化单元。
10.进一步地，所述第二净化单元包括依次设置的脱氧反应器和干燥塔。
11.进一步地，所述第二变压吸附单元包括至少一个第二psa吸附塔，所述第二psa吸附塔与所述第一变压吸附单元的解吸气出口连接。
12.进一步地，所述第一变压吸附单元中氢气的提取率≥89.4％。
13.进一步地，所述第二变压吸附单元中制取的hcng中氢气含量为18.3～25％。
14.本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：
15.1)本实用新型提供的焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统，结构简单，可以充分利用焦炉煤气制取氢气和hcng两种清洁燃料气体，提高焦炉煤气的资源化回收利用效率，降低hcng的生产成本；
16.2)本实用新型提供的焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统，第一变压吸附单元的解吸气用来制备hcng，避免点火放散浪费，或者汇入现有燃气管网中影响现有燃气热值波动，保证同时制备氢气和hcng系统的安全性。
附图说明
17.图1为本实用新型的流程示意图；
18.图2为本实用新型的结构示意图。
19.1-压缩单元；11-压缩机；2-第一净化单元；21-脱硫塔；22-tsa吸附塔；3-第一变压吸附单元；31-第一psa吸附塔；4-第二变压吸附单元；5-第二净化单元；51-脱氧反应器；52-干燥塔。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。附图中，为清晰可见，可能放大了某部分的尺寸及相对尺寸。
21.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义解释，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“中心”、“水平”、“竖直”、“顶”、“底”、“内”、“外”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
23.此外，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，
而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
24.如说明书附图1所示，本实用新型提供了一种焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统，包括压缩单元1、第一净化单元2、第一变压吸附单元3、第二变压吸附单元4，焦炉煤气中的各成分及含量为h2：56～66％，ch4：21～26.5％，co：5～8％，co2：2～3.5％，n2：2～6％，其他：～1％，所述压缩单元1、第一净化单元2、第一变压吸附单元3、第二变压吸附单元4沿焦炉煤气方向依次连接，外部的5kpa的焦炉煤气经过压缩单元1压缩至0.6～0.8mpa，再通过管道进入第一净化单元2进行净化除尘，净化后的焦炉煤气进入第一变压吸附单元3，可以分离出氢气，第一变压吸附单元3的解吸气进入第二变压吸附单元4内可以分离出混氢天然气(即hcng)，可以充分回收焦炉煤气中的可燃性气体得到氢气和hcng，用作清洁能源，提高焦炉煤气的资源化回收利用效率。
25.优化实施方式，所述压缩单元1包括压缩机11，所述压缩机11的进气端与所述焦炉煤气连接，出气端与所述第一净化单元2连接，进一步地，为了减少噪音污染，所述压缩单元还包括设置在所述压缩机11进气端的过滤器、第一消音器，以及依次设置在所述压缩机11出气端的第二消音器、冷却器和汽水分离装置，具体的，焦炉煤气经过所述过滤器初步净化后，通过第一消音器消音后进入压缩机11内进行压缩，压缩至0.6～0.8mpa后，再经由第二消音器、冷却器和汽水分离装置后进入第一净化单元2内，消音器可以减少焦炉煤气的噪音，降低噪音污染，如说明书附图2所示，本实施例中，包含两个所述压缩机11，可以是1用1备，也可以根据焦炉煤气的流量进行启动。
26.优化实施方式，所述第一净化单元2包括脱硫塔21和tsa预处理单元，所述脱硫塔21的进气端与所述压缩机11的出气端连接，所述脱硫塔21的出气端与所述tsa预处理单元连接，所述tsa预处理单元包括tsa吸附塔22，具体的，第一净化单元2包括至少一个脱硫塔21，脱硫塔21的数量以及型号可以根据焦炉煤气的量进行设置，脱硫塔21内装填固体脱硫脱焦油吸附剂，焦炉煤气从脱硫塔21的底部进入，经过吸附剂床脱出焦油、硫化物等杂质，使得焦炉煤气中硫化物含量≤20mg/nm3，脱硫塔21出来的焦炉煤气进入tsa吸附塔22中进一步净化，本实施例中，tsa预处理单元包括3台所述tsa吸附塔22，tsa吸附塔22内设置有分别用于吸附萘、苯等的吸附剂床层，经脱硫脱焦油的焦炉煤气从tsa吸附塔22的下部进入，依次通过萘、苯的吸附剂床层，萘、苯等杂质被对应的专用吸附剂的孔隙所吸附，从而使焦炉煤气得以净化，净化后的焦炉煤气中萘、苯等杂质含量≤10mg/nm3，深层净化后的焦炉煤气进入第一变压吸附单元内进行提氢；进一步地，tsa预处理单元中还包括再生加热器和冷却器(图中未示出)，用于提高tsa吸附塔22的处理效率。所述第一变压吸附单元3包括至少一个第一psa吸附塔31，所述第一psa吸附31的进气端与tsa吸附塔22的出气端连接，对精制焦炉煤气进行提氢操作，psa吸附塔31内填充有可吸附焦炉煤气中其他气体的吸附剂，焦炉煤气由psa吸附塔31的底部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，获得粗氢气，粗氢气从塔顶排出，当被吸附杂质的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，焦炉煤气经过第一变压吸附单元3后得到粗氢气和解吸气，第一变压吸附单元3内氢气的提取率为≥89.4％，提氢后的解吸气中还含有部分氢气，其中氢气和甲烷的体积比接近1:4，满足制取hcng的技术指标要求。
27.具体的，所述第一变压吸附单元3连接有第二净化单元5和第二变压吸附单元4，psa吸附塔31塔顶的粗氢气经过第二净化单元5净化后得到高纯度氢气，第一变压吸附单元3排出的解吸气经过第二变压吸附单元4后，得到hcng产物，所述第二净化单元5包括依次设置的脱氧反应器51和干燥塔52，粗氢气中含有少量的氧气，纯度达不到要求，粗氢气进入脱氧反应器51中，在催化剂的作用下，氧气和氢反应生成水，然后在干燥塔52中进行干燥，得到产品氢气纯度99.999％，可做清洁燃料使用；进一步地，粗氢气在脱氧反应器51中反应后，可通过冷却器冷却至室温，再经气液分离后进入干燥塔52，得到高纯度的氢气。
28.优化实施方式，所述第二变压吸附单元4包括至少一个第二psa吸附塔41，所述第二psa吸附塔41的进气端与所述第一变压吸附单元3的解吸气出口连接，所述第二psa吸附塔41中填充有用于吸附除氢气和甲烷外的其他杂质，可得到氢气和甲烷的混合燃料，即得到混氢天然气，其中氢气的含量为18.3～25％，第二psa吸附塔中的排出的解吸气中包含co、co2、n2等，可进一步进行资源化回收，或者是按照排放标准处理后进行排放。
29.进一步地，本实用新型的系统中，各设备和各管道上均设置有温度传感器、压力传感器和流量阀，可实时检测系统的运行状况，便于工况监测以及检修。
30.同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
31.传统的变压吸附制氢其解吸气有两种处理方法，一是返回现有煤气管网，如此会造成现有煤气热值的波动，二是通过火炬点火放散，造成了对资源的浪费。本实用新型中提供的焦炉煤气同时制取氢气和hcng系统，可以充分回收焦炉煤气中的可燃性气体，得到高纯度的氢气，以及可用作汽车燃料的hcng，可提高焦炉煤气的资源化回收效率。
32.本技术领域的技术人员应理解，本实用新型可以以许多其他具体形式实现而不脱离本实用新型的精神和范围。尽管已描述了本实用新型的实施例，应理解本实用新型不应限制为此实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本实用新型精神和范围之内作出变化和修改。

技术特征：

1.一种焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统，其特征在于，包括压缩单元、第一净化单元、第一变压吸附单元、第二变压吸附单元，所述压缩单元、第一净化单元、第一变压吸附单元、第二变压吸附单元沿焦炉煤气方向依次连接。2.根据权利要求1所述的焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统，其特征在于，所述压缩单元包括压缩机，所述压缩机的进气端与所述焦炉煤气连接，出气端与所述第一净化单元连接。3.根据权利要求2所述的焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统，其特征在于，所述压缩单元还包括设置在所述压缩机进气端的过滤器、第一消音器，以及依次设置在所述压缩机出气端的第二消音器、冷却器和汽水分离装置。4.根据权利要求1所述的焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统，其特征在于，所述第一净化单元包括脱硫塔和tsa预处理单元，所述脱硫塔的出气端与所述tsa预处理单元连接，所述tsa预处理单元包括tsa吸附塔。5.根据权利要求1所述的焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统，其特征在于，所述第一变压吸附单元包括至少一个第一psa吸附塔，所述第一psa吸附塔与所述第一净化单元的出气端连接。6.根据权利要求1所述的焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统，其特征在于，所述第一变压吸附单元还连接有用于净化氢气的第二净化单元。7.根据权利要求6所述的焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统，其特征在于，所述第二净化单元包括依次设置的脱氧反应器和干燥塔。8.根据权利要求1所述的焦炉煤气同时制取氢气和hcng的系统，其特征在于，所述第二变压吸附单元包括至少一个第二psa吸附塔，所述第二psa吸附塔与所述第一变压吸附单元的解吸气出口连接。

技术总结

本实用新型涉及焦炉煤气处理技术领域，尤其涉及一种焦炉煤气同时制取氢气和HCNG的系统；包括压缩单元、第一净化单元、第一变压吸附单元、第二变压吸附单元，所述压缩单元、第一净化单元、第一变压吸附单元、第二变压吸附单元沿焦炉煤气方向依次连接，所述第一变压吸附单元包括第一PSA吸附塔可以提氢，所述第二变压吸附单元包括第二PSA吸附塔可制取HCNG。本实用新型结构简单，可以充分利用焦炉煤气制取氢气和HCNG两种清洁燃料气体，提高焦炉煤气的资源化回收利用效率，降低HCNG的生产成本。降低HCNG的生产成本。降低HCNG的生产成本。