CN105600752A - 一种用于生物质燃气中氢气的提纯方法及其*** - Google Patents

一种用于生物质燃气中氢气的提纯方法及其*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于生物质燃气中氢气的提纯方法及其***，所述提纯方法由脱碳、干燥、变压吸附等工艺单元组成，所述变压吸附采用多个吸附塔并联的连接方式，各吸附塔之间设置控制管路，控制两吸附塔之间的气体流通，以达到两吸附塔之间的气压交换；其中各吸附塔顶部出口输出产品气，底部出口输出解吸气；其中每个吸附塔依次进行吸附、均降、顺放、逆放、冲洗、抽真空、均升、终升的循环步骤。本发明采用变压吸附原理，工艺设置合理，提纯后的氢气纯度可以达到99.99％，且氢气回收率高。

Description

一种用于生物质燃气中氢气的提纯方法及其***
技术领域
本发明涉及气体分离技术领域，尤其涉及一种用于生物质燃气中氢气的提纯方法及其***。
背景技术
氢气的燃烧产物只有水，被誉为“绿色能源”和“最清洁的燃料”。目前的主要制氢方法有：化石燃料制氢、水电解制氢、生物质制氢和光催化制氢。化石燃料(煤、石油、天然气等)制氢方法占到市场的90％以上。但是化石燃料在制氢过程中排放出大量的CO2，且制氢过程耗能过大，是不可持续的制氢路径。生物质制氢，主要是指生物质热化学转化方法制氢，是以生物质为原料，通过热化学转化技术来制氢，技术相对成熟，较为容易实现产业化生产。
秸秆由有机物、少量矿物质及水分构成，其有机物组成主要是木质素、纤维素和半纤维素，营养价值低。农作物成熟后，秸秆中的维生素几乎已全部被破坏。如何充分利用农作物秸秆资源，同时避免环境污染，是现代农业面临的重大问题。
例如，本申请发明人公司利用秸秆进行炭化净化后取得的生物质燃气主要成分为氢气25％、甲烷28％、一氧化碳13.5％和二氧化碳28.3％，乙烷1.6％，丙烷0.57％，乙烯0.95％，丙烯0.37，氮气0.5％等。但是，由于氢气的***极限为5％-75％，为迎合工业要求，需要对氢气进行提纯。
目前氢气提纯的工艺有变压吸附法、膜分离法和深冷分离法等，其中，膜分离流程倒也简单，但其得到氢气纯度低，并且有机膜使用寿命短。而深冷分离法一般在重整氢的初步提纯中应用。
变压吸附技术是以吸附剂(多孔固体物质)内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和高压下吸附量增加、减压下吸附量减小的特性，将原料气在压力下通过吸附剂床层，相对于氢的高沸点杂质组分被选择性吸附，低沸点组分的氢不易吸附而通过吸附剂床层，达到氢和杂质组分的分离；然后在减压下解吸被吸附的杂质组分使吸附剂获得再生，以利于再次进行杂质的吸附分离。
变压吸附提纯工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂的吸附容量随吸附质的分压上升而增加。利用吸附剂的第一个性质，可实现对含氢气源中杂质组分的优先吸附而使氢气得以提纯：利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在高压下吸附而在低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离提纯的目的。
但是现有技术的变压吸附提纯工艺无法实现高效率的提纯出高纯度的氢气，尤其是针对生物质燃气中氢气的提纯。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种用于生物质燃气中氢气的提纯方法及其***，采用变压吸附原理，工艺设置合理，提纯后的氢气纯度可以达到99.99％，且氢气回收率高，并且提纯效率得到了显著的提升。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于生物质燃气中氢气的提纯方法，由脱碳、干燥、变压吸附等工艺单元组成，所述变压吸附采用多个吸附塔并联的连接方式，各吸附塔之间设置控制管路，控制两吸附塔之间的气体流通，以达到两吸附塔之间的气压交换；其中各吸附塔顶部出口输出产品气，底部出口输出解吸气；其中每个吸附塔依次进行吸附、均降、顺放、逆放、冲洗、抽真空、均升、终升的循环步骤。
此处不限定各吸附塔之间控制管路的形式，本领域技术人员可以根据现有技术选取合适管件、仪表、阀门等以合适连接方式进行连接，只需要实现个吸收塔之间连接与断开的自动控制即可，按照工艺要求能够在预订的时间内连通两吸收塔并在预订的时间内关闭两塔之间的连接。
吸附步骤:生物质燃气自下而上进入吸附塔，杂质组分被装填在吸附塔内的吸附剂进行选择性吸附，其中除H2以外的杂质组份被吸附，得到纯净H2；
均压降压(均降)步骤:吸附步骤完成后，顺着吸附方向将吸附塔内较高压力氢气依次放入其它已完成的低压吸附塔的过程，这一过程既起到高压吸附塔降压的作用，同时也回收了吸附塔死空间内的氢气和压力；
顺放步骤：吸附塔在均降步骤结束后，顺着吸附方向减压，减压出来的H2进入顺放缓冲罐储存起来；
逆放步骤:吸附塔顺放结束后，逆着吸附方向将吸附塔内压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来，放入到缓冲罐中；
冲洗步骤：逆放结束后，用顺放气罐中的低压H2对吸附塔进行冲洗，这时被吸附的杂质大量解吸出来，并逆着吸附方向流入解吸气缓冲罐；
抽真空步骤:在这一过程中，用真空泵逆着吸附方向对吸附床进行抽真空，使杂质彻底抽出，让塔内的吸附剂完全得到再生；
均压升压(均升)步骤:与均压降压步骤相对应，利用其它吸附塔的均压降压步骤输出的气体从该吸附塔顶部输入对吸附塔进行升压，这一过程回收了其它吸附床死空间的氢气；
产品气升压步骤(终升):通过均升过程后，吸附塔压力已升至接近于吸附压力。此时，用产品H2将吸附塔压力升至吸附压力；经过这一过程后，吸附塔便完成了整个再生过程，为下一次吸附做好了准备。
每个吸附塔均经过上述过程，完成了吸附塔各个步骤的吸附过程，进入下一个循环过程。
作为进一步的优选，所述变压吸附工艺单元采用8台吸附塔并联连接，每台吸附塔进行的均降步骤包括一均降、二均降、三均降，均升步骤包括一均升、二均升、三均升，其中两个吸附塔之间，第一个吸附塔的一均降步骤对应于另一个吸附塔的三均升步骤，第一个吸附塔的二均降步骤对应于另一个吸附塔的二均升步骤，第一个吸附塔的三均降步骤对应于另一个吸附塔的一均升步骤。
作为进一步的优选，所述变压吸附工艺单元中多个吸附塔依次进行的吸附、均降、顺放、逆放、冲洗、抽真空、均升、终升的循环步骤中的相同步骤在时间上错开运行。
作为进一步的优选，通过两台吸附塔之间的控制管路控制，其中一台吸附塔的均降步骤输出的气体供另一台吸附塔运行均升步骤，此时运行均降步骤的吸附塔内的气压大于运行均升步骤的吸附塔内的气压。
作为进一步的优选，其中一均降、二均降、三均降、逆放、冲洗、抽真空、一均升、二均升、三均升、终升等步骤的运行时间皆为一个单位时间，其中顺放步骤的运行时间为两个单位时间，吸附步骤的运行时间为四个单位时间。例如，一均升、二均升、三均升、终升等步骤的运行时间皆为1分钟，其中顺放步骤的运行时间为2分钟，吸附步骤的运行时间为4分钟。
作为进一步的优选，各吸附塔顺放步骤中输出的气体临时存储在顺放缓冲罐内，顺放缓冲罐分别供气给各吸附塔运行冲洗步骤。所述的顺放缓冲罐也通过控制管路与各吸附塔连接，实现与各吸附塔之间连通与断开的自动控制。。
作为进一步的优选，所述脱碳工艺单元采用至少两个碱液吸收塔串联组成，生物质燃气依次通过至少两个碱液吸收塔，其中碱液吸收塔进口压力控制在0.3MPa～0.5Mpa；所述干燥工艺单元采用至少两个干燥塔串联组成；所述吸附步骤中吸附塔内升压为1.5Mpa～2.0MPa，所述抽真空步骤中抽真空压力为-0.05Mpa～-0.01Mpa。
一种用于生物质燃气中氢气的提纯***，其特征在于：包括：
至少一个碱液吸收塔，多个碱液吸收塔之间串联连接，用于吸收生物质燃气中的二氧化碳；
至少一个干燥塔，多个干燥塔之间串联连接，第一个干燥塔与最后一个碱液吸收塔连接，用于生物质燃气脱水；
至少两个吸附塔，所述吸附塔包括至少一个顶部出口和至少一个底部出口，多个吸附塔之间并联连接；所述多个吸附塔底部出口的并联总口与最后一个干燥塔连接，所述多个吸收塔的顶部出口的并联总口输出产品氢气。
解吸气缓冲罐，与所述多个吸附塔底部出口连接，用于接收解吸气；
顺放缓冲罐，与所述多个吸附塔顶部出口，用于接收顺放步骤输出的气体；
控制管路，所述控制管路设置在各吸附塔之间以及各吸附塔与解吸气缓冲罐、顺放缓冲罐之间，控制两吸附塔之间的气体流通，以达到两吸附塔之间的气压交换。
作为进一步的优选，所述吸附塔的数量为8个；所述控制管路包括管道、程控阀、压力表以及流量计。
作为进一步的优选，由于燃气在吸附塔中的分布为：CO2在最底层，有机气体在CO2气体上面同时在吸附塔的中部，CO在CH4上面，最上面为H2；基于燃气的分布区域，所述吸附塔内吸附剂采用分层放置，分为3层，最下面一层全为活性炭，中间层为活性炭和5A分子筛混合放置，所述中间层采用活性炭和5A分子筛按照4～2:1的体积比例混合作为吸附剂，最上层全为5A分子筛。吸附剂分层填充的目的是因为在变压吸附的过程中气体的分布不同，吸附剂分层能够达到更好的净化效果。
本发明的有益效果是：本发明通过变压吸附法来提纯生物质燃气中的氢气，合理设置吸附塔数量及结构，使得目的产品氢气纯度可以达到99.99％，并且氢气回收率以及提纯效率得到显著的提升。
1、根据生物质燃气的成分，合理的选择了吸附塔所用吸附剂及其配比。燃气中CO2的含量大。活性炭对二氧化碳的吸附能力很大，而且吸附量随压力的升降变化十分明显，是二氧化碳的良好的吸附剂，5A分子筛则不然，它在低压下就大量吸附二氧化碳，而且随压力升高吸附量变化不明显，在低压下脱附困难，故不能作二氧化碳的吸附剂，因此吸附剂中要有活性炭。5A分子筛对于甲烷的吸附能力很强，它在压力变化幅度相同时，平衡吸附量的变化基本相同，可以作为甲烷的吸附剂。同时分子筛对于有机气体和氮气的吸附能力均很强，适用于此生物质燃气。活性炭和5A分子筛都可用作一氧化碳的吸附剂，活性炭的高压吸附量比分子筛的大，低压脱附容易，但是分子筛的吸附能力更强，适用于要求产品中一氧化碳很低的情况，二者对于CO的吸附均能达到要求。活性炭的再生能力强，基于成本考虑和实验结果，本工艺中吸附剂采用活性炭和5A分子筛铺满到吸附床中。
2、基于燃气的分布区域，本发明所述吸附剂采用分层放置，分为3层，最下面一层全为活性炭，中间层为活性炭和5A分子筛按照4～2:1的体积比例混合放置，最上层全为5A分子筛。阀门为程控阀门。吸附塔为GB150压力容器。配备压力表和流量计，来控制压力和燃气的流量。经过实验证明，吸附效果可以达到所需的要求，氢气纯度达到99.99％。吸附剂分层填充的目的是因为在变压吸附的过程中气体的分布不同，吸附剂分层能够达到更好的净化效果。
3、本发明采用八个吸附塔可提升均升均降次数，使得氢气的纯度达标，均压次数设定为3次，即均降和均升各3次。
4、各吸附塔内的吸附压力相同，均通过外部的压缩机和真空泵来控制。压缩机升压，真空泵降压。利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和高压下吸附量增加、减压下吸附量减小的特性，将原料气在压力下通过吸附剂床层，相对于氢的高沸点杂质组分被选择性吸附，低沸点组分的氢不易吸附而通过吸附剂床层，达到氢和杂质组分的分离；然后在减压下解吸被吸附的杂质组分使吸附剂获得再生，以利于再次进行杂质的吸附分离。
5、本发明均压降压过程:吸附过程完成后，顺着吸附方向将吸附床内较高压力氢气依次放入其它已完成的低压吸附床的过程，这一过程既起到降压的作用，同时也回收了吸附床死空间内的氢气和压力，本流程共包括了三次均压降压过程，因此可以保证氢气的充分回收。
6、本发明均压升压过程:与均压降压过程相对应，利用其它吸附床的均压降压气体从顶部对吸附床进行升压，这一过程回收了其它吸附床死空间的氢气。本发明氢气回收率可达到89％。
附图说明
图1为本申请实施例用于生物质燃气中氢气的提纯方法的流程图。
图2为本申请实施例用于生物质燃气中氢气提纯***的结构示意图。
附图中标记的说明如下：1-第一碱液吸收塔、2-第二碱液吸收塔、3-第一干燥塔、4-第二干燥塔、5-解吸气缓冲罐、6-吸附塔装置、7-真空泵、8-顺放缓冲罐、9-产品气罐。
具体实施方式
本发明通过提供一种用于生物质燃气中氢气的提纯方法及其***，采用变压吸附原理，工艺设置合理，提纯后的氢气纯度可以达到99.99％，且氢气回收率高。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
如图1所示，本申请实施例用于生物质燃气中氢气的提纯方法，由脱碳、干燥、变压吸附等工艺单元组成，所述变压吸附采用多个吸附塔并联的连接方式，各吸附塔之间设置控制管路，控制两吸附塔之间的气体流通，以达到两吸附塔之间的气压交换；其中各吸附塔顶部出口输出产品氢气，底部出口输出解吸气；其中每个吸附塔依次进行吸附、均降、顺放、逆放、冲洗、抽真空、均升、终升的循环步骤。
吸附步骤:生物质燃气自下而上进入吸附塔，杂质组分被装填的吸附剂进行选择性吸附，其中除H2以外的杂质组份被吸附，得到纯净H2，吸附过程在进行到吸附前沿接近于吸附塔顶部出口时结束；
均压降压(均降)步骤:吸附步骤完成后，顺着吸附方向将吸附塔内较高压力氢气依次放入其它已完成的低压吸附塔的过程，这一过程既起到高压吸附塔降压的作用，同时也回收了吸附床死空间内的氢气和压力，本流程根据吸附塔的并联数量可以进行多次均压降压过程，其中一个优选的实施例是选用八台吸附并联，可以进行共包括了三次均压降压过程，因此可以保证氢气的充分回收；
顺放步骤：吸附塔在均降结束后，顺着吸附方向减压，减压出来的H2进入顺放缓冲罐储存起来；
逆放步骤:吸附塔顺放结束后，逆着吸附方向将吸附塔内压力降至接近常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中解吸出来，放入到缓冲罐中；
冲洗步骤：逆放结束后，用顺放气罐中的低压H2对吸附塔进行冲洗，这时被吸附的杂质大量解吸出来，并逆着吸附方向流入解吸气缓冲罐；
抽真空步骤:在这一过程中，用真空泵逆着吸附方向对吸附床进行抽真空，使杂质彻底抽出，让塔内的吸附剂完全得到再生；
均压升压(均升)步骤:与均压降压步骤相对应，利用其它吸附塔的均压降压气体从顶部对吸附床进行升压，这一过程回收了其它吸附塔死空间的氢气，该步骤的次数与均压降压步骤的次数相对应；
产品气升压过程(终升):通过均升过程后，吸附塔压力已升至接近于吸附压力。此时，用产品H2将吸附塔压力升至吸附压力；经过这一过程后，吸附塔便完成了整个再生过程，为下一次吸附做好了准备。
单个吸附塔按时间依次运行上述步骤，两个吸附塔运行上述步骤在时间上错开，目的使两塔之间的不同步骤同时运行，以使两塔之间进行其他交换，比如其中一塔运行均降步骤时，通过控制管路中程控阀们的开合，使该塔气体出口与运行均升步骤的另一塔的气体进口连通，此时两塔之间由于压差就进行了气体交换，直至两塔气压相等为止，此过程完毕后后控制管路自动断开两塔之间的连接，使两塔可以正常运行下一步骤。
经过上述过程，完成了吸附塔各个步骤的吸附过程，进入下一个循环过程。
优选的一个实施例，所述变压吸附工艺单元采用8台吸附塔并联连接，每台吸附塔进行的均降步骤包括一均降、二均降、三均降，均升步骤包括一均升、二均升、三均升。采用8个吸附塔可提升均升、均降次数，使得氢气的纯度达标。
选用8个吸附塔组成的变压吸附工艺单元，通过控制管路合理的工艺控制，实现单个吸附塔分别都能够进行三次均降过程和三次均升过程，此种工艺安排既能有限提升氢气的提纯纯度，同时对提纯效率影响不大，是目前最优化的工艺选择。
所述变压吸附工艺单元中多个吸附塔依次进行的吸附、均降、顺放、逆放、冲洗、抽真空、均升、终升的循环步骤中的相同步骤在时间上错开运行。
通过两台吸附塔之间的控制管路控制，其中一台吸附塔的均降步骤输出的气体供另一台吸附塔运行均升步骤，此时运行均降步骤的吸附塔内的气压大于运行均升步骤的吸附塔内的气压。
其中一均降、二均降、三均降、逆放、冲洗、抽真空、一均升、二均升、三均升、终升等步骤的运行时间皆为一个单位时间，其中顺放步骤的运行时间为两个单位时间，吸附步骤的运行时间为四个单位时间。
所述冲洗步骤所需的冲洗气来源于顺放步骤输出的气体。
所述脱碳工艺单元采用至少两个碱液吸收塔串联组成，生物质燃气依次通过至少两个碱液吸收塔，其中碱液吸收塔进口压力控制在0.3MPa～0.5Mpa；所述干燥工艺单元采用至少两个干燥塔串联组成。
所述吸附步骤中吸附塔内升压为1.5Mpa～2.0MPa，所述抽真空步骤中抽真空压力为-0.05Mpa～-0.01Mpa。
各吸附塔顺放步骤中输出的气体临时存储在顺放缓冲罐内，顺放缓冲罐分别供气给各吸附塔运行冲洗步骤。
如图2所示，本申请实施例用于生物质燃气中氢气的提纯***，其特征在于：包括：
第一碱液吸收塔1、第二碱液吸收塔2，两个碱液吸收塔之间串联连接，用于吸收生物质燃气中的二氧化碳；
第一干燥塔3、第二干燥塔4，两个干燥塔之间串联连接，第一干燥塔3与第二碱液吸收塔2连接，用于生物质燃气脱水；
多个吸附塔6，所述吸附塔包括至少一个顶部出口和至少一个底部出口，多个吸附塔之间并联连接；所述多个吸附塔底部出口的并联总口与第二干燥塔4连接，所述多个吸收塔的顶部出口的并联总口输出产品气。
控制管路，所述控制管路设置各吸附塔之间，控制两吸附塔之间的气体流通，以达到两吸附塔之间的气压交换。
所述吸附塔的数量为8个。
所述控制管路包括管道、程控阀、压力表以及流量计。
还包括解吸气缓冲罐5，与所述多个吸附塔底部出口的并联总口连接，用于接收解吸气。
还包括顺放缓冲罐8，与所述多个吸附塔顶部出口的并联总口连接，用于接收顺放步骤输出的气体。
所述吸附塔内吸附剂采用分层放置，分为3层，最下面一层为活性炭，中间层为活性炭和5A分子筛混合放置，最上层为5A分子筛。
所述中间层采用活性炭和5A分子筛按照4～2:1的体积比例混合作为吸附剂。
本实施例中，8个吸附塔分别为A、B、C、D、E、F、G及H塔，所述8个吸附塔的具体工艺流程可见下表1:
表1
现举例吸附塔A的吸附过程：A塔在进行4分钟的吸附后，开始进行一均降，与D塔相连。A塔压力降低，D塔压力升高。均压结束后，两塔压力基本相等。一均降结束后，进行二均降。A塔与E塔相连，同样过程。然后三均降A塔与F塔相连，同样过程。均降时间都为1分钟。三次均降后，A塔进行顺放过程，与H塔相连，对H塔进行冲洗，同时压力也在降低，气体流入到顺放气罐里。顺放时间设定为2分钟。顺放后A塔进行逆放过程，气体为解吸气，进入到解吸气缓冲罐中。然后进行冲洗过程，此时A塔与B塔相连，B塔内的顺放气流经A塔，后进入顺放气罐。冲洗完成后对A塔进行抽真空，使A塔吸附剂吸附的气体释放出来，回收利用，提高纯度和回收率。之后开始三均升，与D塔相连，进行均压，使A塔压力提升，D塔降压。二均升与E塔相连，一均升与F塔相连，过程一样，均压升压。均升时间都为1分钟。最后进行终压升压，升压到吸附的压力，时间1分钟。然后再进行吸附。每个塔都经历这12个过程，循环进行。均压是塔与塔之间进行的，在每个时间段，只有两个塔在进行吸附，这种设计处理量大，并且各个步骤衔接合理。
实施例1各参数如下:吸附剂活性炭与5A分子筛比例为2:1，进口压力为0.4MPa，一个碱液塔，两个干燥塔，抽真空为-0.02MPa，升压为1.5MPa，提纯H2的纯度为99.892％，回收率82％，达到了所需要求。
实施例2各参数如下:吸附剂活性炭与5A分子筛比例为3:1，进口压力为0.3MPa，两个碱液塔，两个干燥塔，抽真空为-0.03Mpa，升压为1.7MPa，提纯H2的纯度为99.894％，回收率84％，基本达到要求。
实施例3各参数如下:吸附剂活性炭与5A分子筛比例为4:1，进口压力为0.5MPa，两个碱液塔，一个干燥塔，抽真空为-0.04MPa，升压为1.9MPa，提纯H2的纯度为99.898％，回收率85％，达到了所需要求。
实施例4各参数如下:吸附剂活性炭与5A分子筛比例为4:1，进口压力为0.5MPa，两个碱液塔，两个干燥塔，抽真空为-0.05MPa，升压为2.0MPa，提纯H2的纯度为99.993％，回收率89％，达到了所需要求。
经过数据统计正交实验，本申请实施例采用活性炭与5A分子筛比例为4:1，进口压力为0.5MPa，碱液塔为两个，干燥塔为两个，变压吸附过程中抽真空压力为-0.015MPa，升压为2.0Mpa的工艺参数时，提纯H2的纯度达到了所需的要求，氢气回收率达到89％，基于对成本的考虑以及氢气工业应用的要求，可将此工艺为八塔吸附生物质燃气提纯氢气的最佳工艺。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：生物质制氢技术可以利用丰富的生物资源，污染小，是一种发展前景广阔的环境友好型制氢方法。本申请通过变压吸附法对生物质燃气进行提纯，使得氢气的纯度达到99.99％以上，达到了工业应用要求：
1、根据生物质燃气的成分，合理的选择了吸附塔所用吸附剂及其配比。燃气中CO2的含量大。活性炭对二氧化碳的吸附能力很大，而且吸附量随压力的升降变化十分明显，是二氧化碳的良好的吸附剂，5A分子筛则不然，它在低压下就大量吸附二氧化碳，而且随压力升高吸附量变化不明显，在低压下脱附困难，故不能作二氧化碳的吸附剂，因此吸附剂中要有活性炭。5A分子筛对于甲烷的吸附能力很强，它在压力变化幅度相同时，平衡吸附量的变化基本相同，可以作为甲烷的吸附剂。同时分子筛对于有机气体和氮气的吸附能力均很强，适用于此生物质燃气。活性炭和5A分子筛都可用作一氧化碳的吸附剂，活性炭的高压吸附量比分子筛的大，低压脱附容易，但是分子筛的吸附能力更强，适用于要求产品中一氧化碳很低的情况，二者对于CO的吸附均能达到要求。活性炭的再生能力强，基于成本考虑和实验结果，本工艺中吸附剂采用活性炭和5A分子筛铺满到吸附床中。
2、基于燃气的分布区域，本发明所述吸附剂采用分层放置，分为3层，最下面一层全为活性炭，中间层为活性炭和5A分子筛按照4～2:1的体积比例混合放置，最上层全为5A分子筛。阀门为程控阀门。吸附塔为GB150压力容器。配备压力表和流量计，来控制压力和燃气的流量。经过实验证明，吸附效果可以达到所需的要求，氢气纯度达到99.99％。吸附剂分层填充的目的是因为在变压吸附的过程中气体的分布不同，吸附剂分层能够达到更好的净化效果。
3、本发明采用八个吸附塔可提升均升均降次数，使得氢气的纯度达标，均压次数设定为3次，即均降和均升各3次。
4、各吸附塔内的吸附压力相同，均通过外部的压缩机和真空泵来控制。压缩机升压，真空泵降压。利用吸附剂在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分和高压下吸附量增加、减压下吸附量减小的特性，将原料气在压力下通过吸附剂床层，相对于氢的高沸点杂质组分被选择性吸附，低沸点组分的氢不易吸附而通过吸附剂床层，达到氢和杂质组分的分离；然后在减压下解吸被吸附的杂质组分使吸附剂获得再生，以利于再次进行杂质的吸附分离。
5、本发明均压降压过程:吸附过程完成后，顺着吸附方向将吸附床内较高压力氢气依次放入其它已完成的低压吸附床的过程，这一过程既起到降压的作用，同时也回收了吸附床死空间内的氢气和压力，本流程共包括了三次均压降压过程，因此可以保证氢气的充分回收。
6、本发明均压升压过程:与均压降压过程相对应，利用其它吸附床的均压降压气体从顶部对吸附床进行升压，这一过程回收了其它吸附床死空间的氢气。本发明氢气回收率可达到89％。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于生物质燃气中氢气的提纯方法，由脱碳、干燥、变压吸附等工艺单元组成，其特征在于:变压吸附采用多个吸附塔并联的连接方式，各吸附塔之间设置控制管路，控制两吸附塔之间的气体流通，以达到两吸附塔之间的气压交换；其中各吸附塔顶部出口输出产品气，底部出口输出解吸气；其中每个吸附塔依次进行吸附、均降、顺放、逆放、冲洗、抽真空、均升、终升的循环步骤。
2.根据权利要求1所述的用于生物质燃气中氢气的提纯方法，其特征在于：所述变压吸附工艺单元采用8台吸附塔并联连接，每台吸附塔进行的均降步骤包括一均降、二均降、三均降，均升步骤包括一均升、二均升、三均升。
3.根据权利要求1-2任一项所述的用于生物质燃气中氢气的提纯方法，其特征在于：变压吸附工艺单元中多个吸附塔依次进行的吸附、均降、顺放、逆放、冲洗、抽真空、均升、终升的循环步骤中的相同步骤在时间上错开运行。
4.根据权利要求1-2任一项所述的用于生物质燃气中氢气的提纯方法，其特征在于：通过两台吸附塔之间的控制管路控制，其中一台吸附塔的均降步骤输出的气体供另一台吸附塔运行均升步骤，此时运行均降步骤的吸附塔内的气压大于运行均升步骤的吸附塔内的气压。
5.根据权利要求2所述的用于生物质燃气中氢气的提纯方法，其特征在于：其中一均降、二均降、三均降、逆放、冲洗、抽真空、一均升、二均升、三均升、终升等步骤的运行时间皆为一个单位时间，其中顺放步骤的运行时间为两个单位时间，吸附步骤的运行时间为四个单位时间。
6.根据权利要求1-2任一项所述的用于生物质燃气中氢气的提纯方法，其特征在于：各吸附塔顺放步骤中输出的气体临时存储在顺放缓冲罐内，顺放缓冲罐分别供气给各吸附塔运行冲洗步骤。
7.根据权利要求1-2任一项所述的用于生物质燃气中氢气的提纯方法，其特征在于：
所述脱碳工艺单元采用至少两个碱液吸收塔串联组成，生物质燃气依次通过至少两个碱液吸收塔，其中碱液吸收塔进口压力控制在0.3MPa～0.5Mpa；
所述干燥工艺单元采用至少两个干燥塔串联组成；
所述变压吸附工艺单元中吸附步骤中吸附塔内升压为1.5Mpa～2.0MPa，所述抽真空步骤中抽真空压力为-0.05Mpa～-0.01Mpa。
8.一种用于生物质燃气中氢气的提纯***，其特征在于：包括：
至少一个碱液吸收塔，多个碱液吸收塔之间串联连接，用于吸收生物质燃气中的二氧化碳；
至少一个干燥塔，多个干燥塔之间串联连接，第一个干燥塔与最后一个碱液吸收塔连接，用于生物质燃气脱水；
至少两个吸附塔，所述吸附塔包括至少一个顶部出口和至少一个底部出口，多个吸附塔之间并联连接；所述多个吸附塔底部出口的并联总口与最后一个干燥塔连接，所述多个吸收塔的顶部出口的并联总口输出产品氢气；
解吸气缓冲罐，与所述多个吸附塔底部出口连接，用于接收解吸气；
顺放缓冲罐，与所述多个吸附塔顶部出口连接，用于接收顺放步骤输出的气体；
控制管路，所述控制管路设置在各吸附塔之间以及各吸附塔与解吸气缓冲罐、顺放缓冲罐之间，控制两吸附塔之间的气体流通，以达到两吸附塔之间的气压交换。
9.根据权利要求8所述的用于生物质燃气中氢气的提纯***，其特征在于：所述吸附塔的数量为8个；
所述控制管路包括管道、程控阀、压力表以及流量计。
10.根据权利要求8所述的用于生物质燃气中氢气的提纯***，其特征在于：所述吸附塔内吸附剂分3层放置，最下面一层为活性炭，中间层为活性炭和5A分子筛混合放置，最上层为5A分子筛；其中中间层的活性炭和5A分子筛按照4～2:1的体积比例混合。
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