本發(fā)明涉及氫氣回收和純化，尤其涉及從火炬系統(tǒng)尾氣中提取高純氫氣的系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

1、火炬系統(tǒng)是石油化工、冶金等行業(yè)為處理生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的或剩余的易燃有害氣體的控制措施，是保證工藝設(shè)備安全運(yùn)行的重要保障，同時(shí)也是降低環(huán)境污染的重要措施。而石油化工、冶金等火炬系統(tǒng)尾氣中通常富含氫氣。

2、氫能是一種來(lái)源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，正逐步成為全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要載體之一。從火炬系統(tǒng)尾氣中提取高品質(zhì)的氫氣，可以廣泛用于合成氨和甲醇等化工品生產(chǎn)，也可以作為氫能源交通工具的燃料。

3、目前氫氣回收和純化方法中，膜分離和變壓吸附(psa)是較為有效的方法。膜分離法的主要原理是兩種或兩種以上的氣體混合物通過(guò)高分子膜時(shí)，由于各種氣體在膜中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)的不同，導(dǎo)致不同氣體在膜中相對(duì)滲透速率有差異，其中滲透速率相對(duì)快的氣體能夠優(yōu)先通過(guò)滲透膜而被富集，滲透速率相對(duì)較慢的氣體則在膜的滯留側(cè)被富集，從而達(dá)到混合氣體分離的目的。而變壓吸附工藝運(yùn)行時(shí)，在加壓的情況下吸附，在常壓或真空情況下解析，從而達(dá)到混合氣體分離的目的。變壓吸附操作由于吸附劑的熱導(dǎo)率較小，吸附熱和解析熱所引起的吸附劑床層溫度變化不大，故可將其視作等溫過(guò)程。

4、在公開(kāi)號(hào)為cn114191930a的專(zhuān)利中，公開(kāi)了一種煉廠火炬氣回收氫氣的方法尾氣方法，該專(zhuān)利采用了1級(jí)1段膜提純工藝，產(chǎn)品氫氣的體積濃度只能達(dá)到95％，不能達(dá)到國(guó)標(biāo)工業(yè)氫或者純氫的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

5、在公開(kāi)號(hào)為cn208920078u的專(zhuān)利中，公開(kāi)了一種用于發(fā)電的火炬氣回收處理系統(tǒng)，其中變壓吸附工藝用于脫除n2和co2后對(duì)火炬氣中的可燃成分進(jìn)行提純，其目標(biāo)并不是制取高品質(zhì)的氫氣。

6、在公開(kāi)號(hào)為cn117645279a的專(zhuān)利中，公開(kāi)了一種提純石油煉制排放氣中氫氣的工藝，采用了4段變壓吸附工藝目標(biāo)用于提取體積濃度為90％的co2和體積濃度為99.9％的氫氣。該工藝配置復(fù)雜，回收原料氣中低濃度氫氣情況下能耗較高，氫氣回收率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種從尾氣中提取高品質(zhì)氫氣的系統(tǒng)及其方法，其通過(guò)膜分離回收氫氣和變壓吸附純化氫氣耦合工藝，提高氫氣的回收率，有效降低制取高品質(zhì)氫氣產(chǎn)品的能耗和總體運(yùn)行成本。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種從尾氣中提取高品質(zhì)氫氣的系統(tǒng)，包括：低壓預(yù)處理模塊、原料氣壓縮機(jī)模塊、膜分離回收氫氣模塊以及變壓吸附純化氫氣模塊。低壓預(yù)處理模塊用以將低壓尾氣預(yù)處理形成低壓凈化尾氣，原料氣壓縮機(jī)模塊用以將低壓凈化尾氣預(yù)處理形成增壓凈化尾氣；膜分離回收氫氣模塊包括第一段膜分離單元和第二段膜分離單元，增壓凈化尾氣輸入第一段膜分離單元，第一段膜分離單元用以分離增壓凈化尾氣得到粗氫產(chǎn)品氣和第一非滲透氣，第二段膜分離單元用以分離第一非滲透氣得到氫氣富集氣和第二非滲透氣，氫氣富集氣回流至原料氣壓縮機(jī)模塊；變壓吸附純化氫氣模塊包括粗氫壓縮機(jī)單元和變壓吸附單元，變壓吸附純化氫氣模塊的產(chǎn)品氣即為高品質(zhì)氫氣產(chǎn)品，變壓吸附純化氫氣模塊的富氫解析氣回流至原料氣壓縮機(jī)模塊中混合單元。

3、進(jìn)一步地，膜分離回收氫氣模塊包含第一段膜分離單元和第二段膜分離單元。第一段膜分離單元設(shè)有第一進(jìn)氣口、第一滲透氣出口以及第一非滲透氣出口，第二段膜分離單元設(shè)有第二進(jìn)氣口、第二滲透氣出口以及第二非滲透氣出口，第一進(jìn)氣口與原料氣壓縮機(jī)模塊的出口端連通，第一滲透氣出口排出濃縮的粗氫產(chǎn)品氣，第一非滲透氣出口與第二進(jìn)氣口連通，使得第二段膜分離單元濃縮第一非滲透氣得到氫氣富集氣，第二滲透氣出口與原料氣壓縮機(jī)模塊的進(jìn)口端連通，得以使氫氣富集氣與低壓凈化尾氣混合，混合氣體經(jīng)原料氣壓縮機(jī)模塊的處理而進(jìn)入第一段膜分離單元，第二非滲透氣出口排出第二非滲透氣。

4、進(jìn)一步地，第一段膜分離單元和第二段膜分離單元分別由多個(gè)氣體膜組件并聯(lián)形成，氣體膜組件選自中空纖維膜、卷式膜、板式膜中的一種或多種。

5、進(jìn)一步地，變壓吸附純化氫氣模塊包括粗氫壓縮機(jī)單元和變壓吸附單元，變壓吸附純化氫氣模塊的產(chǎn)品氣即為高品質(zhì)氫氣產(chǎn)品，變壓吸附純化氫氣模塊的富氫解析氣回流至原料氣壓縮機(jī)模塊中混合單元。

6、進(jìn)一步地，原料氣壓縮機(jī)模塊包括混合單元、原料氣壓縮機(jī)單元，混合單元位于原料氣壓縮機(jī)模塊的進(jìn)口端，混合單元連通低壓預(yù)處理模塊的出口端、第二滲透氣出口，變壓吸附單元的解析氣。通過(guò)混合單元將低壓凈化尾氣和氫氣富集氣混合，能顯著提高氫氣回收率。

7、進(jìn)一步地，低壓預(yù)處理模塊包括氣固分離單元、露點(diǎn)調(diào)節(jié)單元以及氣液分離單元，氣固分離單元初步去除尾氣中主要的固體雜質(zhì)，露點(diǎn)調(diào)節(jié)單元用以調(diào)節(jié)尾氣的干球溫度和露點(diǎn)溫度，氣液分離單元用以進(jìn)一步去除尾氣中的液態(tài)物質(zhì)，以滿足原料氣壓縮機(jī)單元的進(jìn)氣要求。

8、一種從尾氣中提取高品質(zhì)氫氣的方法，包括步驟：

9、s100將待處理尾氣通入低壓預(yù)處理模塊，低壓預(yù)處理模塊用于對(duì)尾氣進(jìn)行氣固分離、露點(diǎn)調(diào)節(jié)和氣液分離，得到低壓凈化尾氣；

10、s200將低壓凈化尾氣通入原料氣壓縮機(jī)模塊的混合單元，經(jīng)原料氣壓縮機(jī)單元增壓后，得到增壓凈化尾氣，使得增壓凈化尾氣滿足入膜條件；

11、s300將增壓凈化尾氣通入第一段膜分離單元，將第一段膜分離單元產(chǎn)生的第一非滲透氣通入第二段膜分離單元，第一段膜分離單元的第一滲透氣口排出濃縮的粗氫產(chǎn)品氣，第二段膜分離單元從第二滲透氣口排出氫氣富集氣回流至原料氣壓縮機(jī)模塊中的混合單元；

12、s400將第一滲透氣經(jīng)過(guò)粗氫壓縮機(jī)單元增壓后，進(jìn)入變壓吸附單元。變壓吸附單元產(chǎn)品氣即為高品質(zhì)氫氣產(chǎn)品，變壓吸附單元解析氣回流至原料氣壓縮機(jī)模塊中的混合單元。

13、進(jìn)一步地，步驟s100包括步驟：

14、s110將尾氣經(jīng)氣固分離單元處理去除大部分固體雜質(zhì)；

15、s120將除塵后的尾氣進(jìn)行露點(diǎn)調(diào)節(jié)，部分液體雜質(zhì)凝結(jié)；

16、s130將露點(diǎn)調(diào)節(jié)后的尾氣通過(guò)氣液分離單元，去除凝結(jié)的液體雜質(zhì)去除，得到低壓凈化尾。

17、進(jìn)一步地，步驟s200包括步驟：

18、s210將低壓凈化尾氣和第二段膜分離單元回收的氫氣富集氣和變壓吸附單元的富氫解析氣在混合單元中混合；

19、s220將混合氣體進(jìn)行增壓處理。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

21、(1)通過(guò)膜分離回收氫氣工藝耦合變壓吸附提純氫氣工藝，可以提取高品質(zhì)氫氣產(chǎn)品，其質(zhì)量滿足gb/t?3634.1-2006工業(yè)氫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或者gb/t3634.2-2011純氫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；

22、(2)通過(guò)將第一段膜分離單元產(chǎn)生的低濃度氫氣的第一非滲透氣經(jīng)第二段膜分離單元濃縮，將濃縮的氫氣富集氣回流合于原料氣壓縮機(jī)模塊的混合單元中，再次通過(guò)第一段膜分離單元濃縮，有助于提高氫氣的回收率；

23、通過(guò)將變壓吸附的富氫解析氣回流原料氣壓縮機(jī)模塊的混合單元中，再次通過(guò)第一段膜分離單元濃縮，有助于提高氫氣的回收率；

24、(3)通過(guò)尾氣預(yù)處理，對(duì)尾氣進(jìn)行氣固分離、露點(diǎn)調(diào)節(jié)和氣液分離等處理，有利于氫氣回收和純化工藝的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。