CN111924803A - 一种氢气的提纯工艺技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢气的提纯工艺技术，总反应得混合气体为CH4、H2O、C02和H2，一级冷却器将水蒸气去除，甲烷吸收罐通过甲烷融入四氯化碳溶剂中将甲烷去除，二氧化碳反应釜通过CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2将二氧化碳去除，二级冷却器又将空气中极少数的水汽去除，整个过程在真空中进行，进而得到纯度为99.5‑99.9%的氢气，提纯工艺针对性高，逐一去除，而且提纯设备简单化，设备成本低，对应中小型企业用提纯氢气成本低，便于推广。
Description
技术领域
本发明涉及氢气提纯技术领域，具体为一种氢气的提纯工艺技术。
背景技术
氢气（Hydrogen）是世界上已知的最轻的气体。它的密度非常小，只有空气的1/14，即在标准大气压，0℃下，氢气的密度为0.0899g/L。氢气（H2）最早与16世纪初被人工合成，当时使用的方法是将金属置于强酸中。1766–1781年，亨利·卡文迪许发现氢气是一种与以往所发现气体不同的另一种气体，在燃烧时产生水，这一性质也决定了拉丁语“hydrogenium”这个名字（“生成水的物质”之意）。常温常压下，氢气是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味的气体。
随着社会的发展，氢气的需求量与日俱增，因此需要不断的对其进行氢气提纯处理，而先如今的氢气的提纯工艺设备复杂，许多提纯工艺中气体混合反应，去除副反应多，而且对应中小型工厂，氢气的提纯设备昂贵，不便于大力推广。
因此，我们推出了一种氢气的提纯工艺技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氢气的提纯工艺技术，通过总反应得混合气体为CH4、H2O、C02和H2，一级冷却器将水蒸气去除，甲烷吸收罐通过甲烷融入四氯化碳溶剂中将甲烷去除，二氧化碳反应釜通过CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2将二氧化碳去除，二级冷却器又将空气中极少数的水汽去除，整个过程在真空中进行，进而得到纯度为99.5-99.9%的氢气，从而解决了上述背景中所提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氢气的提纯工艺技术，氢气的提纯工艺技术步骤如下：
S1：总反应
将天然气与水蒸气分别同时通入密封的总反应釜中，且内部温度设置为600-800℃，压强为0.1013Pan，此反应为间断性操作反应，水蒸气在通入前经过500-600℃的高温处理；
S2：一级水汽去除
将一次S1总反应釜反应的一级混合气体通入S形降温管道输送至一级冷却器中，将一级混合气体的温度冷却至23-28℃，且将一级混合气体中的水蒸气去除； S3：甲烷去除
将常温的二级混合气体利用U形管通入到甲烷吸收罐，U形管的一端为插入甲烷吸收罐底部，将二级混合气体中的甲烷去除；
S4：二氧化碳去除
将三级混合气体利用U形管通入到二氧化碳反应釜中，且U形管的一端为插入二氧化碳反应釜底部，将三级混合气体中二氧化碳去除；
S5：二级水蒸气去除
重复S2，再将且将三级混合气体通入二级冷却器，的四级混合气体，且温度冷却至1-5℃，出高纯度氢气，并通入集气罐中。
进一步的，所述总反应釜的化学方程式为CH4+H2O=CO+H2，CO+H20=C02+3H2，且催化剂为镍，一级混合气体为CH4、H2O、C02和H2，出装置的氢气浓度为70-75%。
进一步的，所述S1中的水蒸气为过量充入，且是天然气量的1.3-1.8倍，初始天然气与水蒸气反应量比为1:1反应，多余的天然气为后续充入式通入。
进一步的，所述一级混合气体为CH4、H2、C02和大量的水蒸气，二级混合气体为CH4、C02、H2和少量的水蒸气，三级混合气体为C02、H2和少量的水蒸气，四级混合气体为H2和极少量的水蒸气，此时H2浓度为99.5-99.9%。
进一步的，所述甲烷吸收罐内部灌装有2/3的四氯化碳溶剂。
进一步的，所述二氧化碳反应釜中灌装有2/3的石灰石溶液，反应方程式为CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2。
进一步的，所述每次进行氢气提纯前均需要进行管道及设备内部抽真空处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果为总反应得混合气体为CH4、H2O、C02和H2，一级冷却器将水蒸气去除，甲烷吸收罐通过甲烷融入四氯化碳溶剂中将甲烷去除，二氧化碳反应釜通过CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2将二氧化碳去除，二级冷却器又将空气中极少数的水汽去除，整个过程在真空中进行，进而得到纯度为99.5-99.9%的氢气，提纯工艺针对性高，逐一去除，而且提纯设备简单化，设备成本低，对应中小型企业用提纯氢气成本低，便于推广。
附图说明
图1为本发明的提纯工艺流程图；
图2为本发明的提纯工艺设备示意图。
图中：1、总反应釜；2、一级冷却器；3、甲烷吸收罐；4、二氧化碳反应釜；5、二级冷却器；6、集气罐。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，一种氢气的提纯工艺技术，氢气的提纯工艺技术步骤如下：
实施例一：
每次进行氢气提纯前均需要进行管道及设备内部抽真空处理，降低空气中的氧气、氢气等气体对提纯工艺的影响，将天然气与水蒸气分别同时通入密封的总反应釜1中，且内部温度设置为600-800℃，压强为0.1013Pan，此反应为间断性操作反应，使得反应混合气体抽离时，不会混入大量的天然气与水蒸气，水蒸气在通入前经过500-600℃的高温处理，总反应釜1的化学方程式为CH4+H2O=CO+H2，CO+H20=C02+3H2，且催化剂为镍，S1中的水蒸气为过量充入，且是天然气量的1.3-1.8倍，初始天然气与水蒸气反应量比为1:1反应，多余的天然气为后续充入式通入，这样水蒸气过量，可以与天然气充分反应，最大程度的减少一级混合气体中甲烷的量，而且可将反应产生CO反应为C02，进一步减少混合气体的数量，一级混合气体为CH4、H2O、C02和H2，出装置的氢气浓度为70-75%。
实施例二：实施例一中的混合气体包括CH4、H2O、C02和H2，需要进行进一步提纯；
将一次S1总反应釜1反应的一级混合气体通入S形降温管道输送至一级冷却器2中，S形降温管道可将高温的将一级混合气体进行初步的降温处理，再通入一级冷却器2中时，降温速度更快，一级混合气体的温度冷却至23-28℃，且将一级混合气体中的水蒸气去除，二级混合气体为CH4、C02、H2和少量的水蒸气。 实施例三：实施例二中的混合气体包括CH4、C02、H2和少量的水蒸气，需要进行进一步提纯；
将常温的二级混合气体利用U形管通入到甲烷吸收罐3，U形管的一端为插入甲烷吸收罐3底部，即可防液体倒灌，又可使混合气体与溶剂或液体充分混合，甲烷吸收罐3内部灌装有2/3的四氯化碳溶剂，甲烷从四氯化碳溶剂冒出时，会融入四氯化碳溶剂中，进而将甲烷进行去除，三级混合气体为C02、H2和少量的水蒸气。
实施例四：实施例三中的混合气体包括C02、H2和少量的水蒸气，需要进行进一步提纯：
将三级混合气体利用U形管通入到二氧化碳反应釜4中，且U形管的一端为插入甲烷吸收罐3底部，二氧化碳反应釜4中灌装有2/3的石灰石溶液，反应方程式为CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2，当三级混合气体从石灰石溶液底部冒出时，通过反应方程式CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2的反应，可将三级混合气体中的CO2全部去除。
实施例五：实施例四中的混合气体包括H2和少量的水蒸气，需要进行进一步提纯：
重复S2，再将三级混合气体通入二级冷却器5，出四级混合气体，且温度冷却至1-5℃，将空气中少量的水汽进一步冷凝，进一步提高氢气纯度，最终出高纯度氢气，并通入集气罐6中，四级混合气体为H2和极少量的水蒸气，此时H2浓度为99.5-99.9%。
综上所述：本发明提出的一种氢气的提纯工艺技术，总反应得混合气体为CH4、H2O、C02和H2，一级冷却器2将水蒸气去除，甲烷吸收罐3通过甲烷融入四氯化碳溶剂中将甲烷去除，二氧化碳反应4釜通过CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2将二氧化碳去除，二级冷却器5又将空气中极少数的水汽去除，整个过程在真空中进行，进而得到纯度为99.5-99.9%的氢气，提纯工艺针对性高，逐一去除，而且提纯设备简单化，设备成本低，对应中小型企业用提纯氢气成本低，便于推广。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种氢气的提纯工艺技术，其特征在于，氢气的提纯工艺技术步骤如下：
S1：总反应
将天然气与水蒸气分别同时通入密封的总反应釜（1）中，且内部温度设置为600-800℃，压强为0.1013Pan，此反应为间断性操作反应，水蒸气在通入前经过500-600℃的高温处理；
S2：一级水汽去除
将一次S1总反应釜（1）反应的一级混合气体通入S形降温管道输送至一级冷却器（2）中，将一级混合气体的温度冷却至23-28℃，且将一级混合气体中的水蒸气去除； S3：甲烷去除
将常温的二级混合气体利用U形管通入到甲烷吸收罐（3），U形管的一端为插入甲烷吸收罐（3）底部，将二级混合气体中的甲烷去除；
S4：二氧化碳去除
将三级混合气体利用U形管通入到二氧化碳反应釜（4）中，且U形管的一端为插入二氧化碳反应釜（4）底部，将三级混合气体中二氧化碳去除；
S5：二级水蒸气去除
重复S2，再将且将三级混合气体通入二级冷却器（5），的四级混合气体，且温度冷却至1-5℃，出高纯度氢气，并通入集气罐（6）中。
2.如权利要求1所述的一种氢气的提纯工艺技术，其特征在于：所述总反应釜（1）的化学方程式为CH4+H2O=CO+H2，CO+H20=C02+3H2，且催化剂为镍，一级混合气体为CH4、H2O、C02和H2，出装置的氢气浓度为70-75%。
3.如权利要求1所述的一种氢气的提纯工艺技术，其特征在于：所述S1中的水蒸气为过量充入，且是天然气量的1.3-1.8倍，初始天然气与水蒸气反应量比为1:1反应，多余的天然气为后续充入式通入。
4.如权利要求1所述的一种氢气的提纯工艺技术，其特征在于：所述一级混合气体为CH4、H2、C02和大量的水蒸气，二级混合气体为CH4、C02、H2和少量的水蒸气，三级混合气体为C02、H2和少量的水蒸气，四级混合气体为H2和极少量的水蒸气，此时H2浓度为99.5-99.9%。
5.如权利要求1所述的一种氢气的提纯工艺技术，其特征在于：所述甲烷吸收罐内部灌（3）装有2/3的四氯化碳溶剂。
6.如权利要求1所述的一种氢气的提纯工艺技术，其特征在于：所述二氧化碳反应釜（4）中灌装有2/3的石灰石溶液，反应方程式为CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2。
7.如权利要求1所述的一种氢气的提纯工艺技术，其特征在于：所述每次进行氢气提纯前均需要进行管道及设备内部抽真空处理。
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