PDH分离系统联产燃料电池车用氢气装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921644003.3 (22)申请日 2019.09.29 (73)专利权人 杭州中泰深冷技术股份有限公司 地址 311402 浙江省杭州市富阳区东州街 道高尔夫路228号 (72)发明人 章有虎陈环琴李传明韦小雄 苟文广吴小飞 (74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 郑海峰 (51)Int.Cl. F25J 3/02(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种PDH分离系统联产燃料电池车用氢气。

2、装 置 (57)摘要 本实用新型公开了一种PDH分离系统联产燃 料电池车用氢气装置。 该装置包括一级冷却器、 一级分离器、 二级冷却器、 二级分离器、 高压膨胀 机、 高压膨胀机后汽液分离器、 低压膨胀机、 低压 膨胀机后汽液分离器、 液体产品闪蒸罐、 液体产 品泵、 PSA系统； 该PDH分离系统联产燃料电池车 用氢气装置， 将两个系统巧妙结合起来， 在得到 PDH制丙烯的液体产品要求的同时， 又利用PDH分 离系统经的富含氢气的干气产品， 经过PSA系统 提纯得到高纯度的用于燃料电池的氢气。 该装置 同时为燃料电池车用氢气提供了原料来源， 提高 了工厂和产品的经济性。 权利要求书1页 说明。

3、书4页 附图1页 CN 211177620 U 2020.08.04 CN 211177620 U 1.一种PDH分离系统联产燃料电池车用氢气装置， 其特征在于包括一级冷却器(E- 101)、 一级分离器(D-101)、 二级冷却器(E-102)、 二级分离器(D-102)、 高压膨胀机(EXP- 110)、 高压膨胀机后汽液分离器(D-110)、 低压膨胀机(EXP-120)、 低压膨胀机后汽液分离器 (D-120)、 液体产品闪蒸罐(D-301)、 液体产品泵(P-301A/B)、 PSA系统； 新鲜原料流(F1)股经一级冷却器(E-101)后分为流股a和流股b， 其中流股a穿过二级冷 却。

4、器(E-102)并与低压膨胀机后汽液分离器(D-120)产出的气相流股合流后穿过二级冷却 器(E-102)， 穿出二级冷却器(E-102)后与流股b合流穿过一级冷却器(E-101)； 上游的反应产物流股(F2)穿过一级冷却器(E-101)并与一级分离器(D-101)的进料口 相连， 一级分离器(D-101)的气相出料流股穿过二级冷却器(E-102)并与二级分离器(D- 102)的进料口相连， 二级分离器(D-102)的气相流股穿过二级冷却器(E-102)并分为两股， 一股进入高压膨胀机(EXP-110)， 另一股作为干气产品(F3)部分或全部进入PSA系统； 高压 膨胀机(EXP-110)的出。

5、口与高压膨胀机后汽液分离器(D-110)相连； 高压膨胀机后汽液分离 器(D-110)的气相出料流股经二级冷却器(E-102)后与低压膨胀机(EXP-120)相连； 低压膨 胀机(EXP-120)出口与低压膨胀机后汽液分离器(D-120)相连， 低压膨胀机后汽液分离器 (D-120)的气相流股与经二级冷却器(E-102)冷却的原料流股合流； 一级分离器(D-101)、 二级分离器(D-102)、 高压膨胀机后汽液分离器(D-110)、 低压膨 胀机后汽液分离器(D-120)中产出的液相出料流股均与液体产品闪蒸罐(D-301)相连， 液体 产品闪蒸罐(D-301)的气相出料流股经过一级冷却器(E。

6、-101)、 二级冷却器(E-102)复热成 常温后离开反应产物分离系统； 液体产品闪蒸罐(D-301)的液体出料流股经过液体产品泵 (P-301A/B)加压后进入一级冷却器(E-101)复热成常温后离开反应产物分离系统。 2.根据权利要求1所述的一种PDH分离系统联产燃料电池车用氢气装置， 其特征在于所 述的低压膨胀机(EXP-120)设有旁路， 高压膨胀机后汽液分离器(D-110)的气相出料流股经 二级冷却器(E-102)后可全部或部分经旁路直接与低压膨胀机后汽液分离器(D-120)相连。 3.根据权利要求1所述的一种PDH分离系统联产燃料电池车用氢气装置， 其特征在于所 述的高压膨胀机(。

7、EXP-110)设有旁路， 二级分离器(D-102)的气相流股一部分作为干气产 品， 另一部分穿过二级冷却器(E-102)后可全部或部分经旁路直接进入高压膨胀机后汽液 分离器(D-110)。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211177620 U 2 一种PDH分离系统联产燃料电池车用氢气装置 技术领域 0001 本实用新型涉及一种PDH分离系统联产燃料电池车用氢气装置， 特别是巧妙结合 PDH分离系统和PSA系统， 既得到丙烯的液体产品， 又利用富含氢气的干气产品得到用于燃 料电池的氢气。 背景技术 0002 一种PDH项目的冷箱低温分离系统， 它包括四台板翅式换热器、 七台汽液分离器、 。

8、二台膨胀机组和一台低温泵， 第一板翅式换热器有一个热流通道和两个热流通道， 其中第 一进料连通热流通道， 在该第一板翅式换热器复热后接出分离的第一产出物通道； 第二板 翅式换热器设置有两个热流通道和两个冷流通道； 第三板翅式换热器设置一个热流通道和 一个冷流通道； 第四板翅式换热器设置一个热流通道和三个冷流通道； 第四板翅式换热器 的第一冷流通道出口与第一板翅式换热器的第二冷流到出口并接成为第二产出物通道； 第 一气液分离器、 第二气液分离器、 第三气液分离器、 第四气液分离器、 第六气液分离器各自 分的液体出口通过节流阀门后并接于闪蒸罐， 闪蒸罐上分别接出成为第三产出物通道和第 四产出物通道。

9、； 具有流程简易、 产品回收率高、 节能、 易操作、 经济性能优良特点等。 0003 一种PDH项目的冷箱低温分离系统， 主要适用于催化工艺的TOH项目中对进料再细 分的低温区域进行有效分离及能量回收。 这种系统有效利用分配的低温冷量使得各个板翅 式换热器具有理想的换热性能， 并通过膨胀机对外发电高效回收能量， 节约整个项目的能 耗。 0004 一种可回收利用不合格氢气以及富余氢气的PSA制氢系统。 其包括制氢原料气进 气管、 氢气输出管、 焦炉煤气压缩机、 PSA制氢装置和氢气储罐； 氢气储罐和PSA制氢装置之 间设有放空管， 放空管上由内向外依次设有第二自动阀和放空管， 放空管与氢气储罐之。

10、间 设有第一自动阀， 第二自动阀和放空管之间连有氢气回收管， 氢气回收管与制氢原料气进 气管相连接， 氢气回收管上设有回收阀。 该系统可以在当用户氢气用量减少， 氢气储罐压力 升高到设定压力或者制氢装置出现故障， 生产出不合格的氢气时， 将不合格氢气或者富余 氢气通过氢气回收管进行回收再利用， 从而有效杜绝了氢气排空到大气中， 避免了能源浪 费及环境污染。 0005 当前技术背景没有将PDH分离系统和PSA系统创造性的结合， 利用PDH分离的富氢 干气产品经过PSA制氢系统提取高纯度的氢气， 作为燃料电池的氢气来源。 发明内容 0006 本实用新型的目的是克服现有技术的不足， 提供一种PDH分。

11、离系统联产燃料电池 车用氢气装置， 特别是利用PDH分离的富氢干气产品经过PSA制氢系统提取高纯度的氢气， 作为燃料电池的氢气来源。 0007 一种PDH分离系统联产燃料电池车用氢气装置包括一级冷却器、 一级分离器、 二级 冷却器、 二级分离器、 高压膨胀机、 高压膨胀机后汽液分离器、 低压膨胀机、 低压膨胀机后汽 说明书 1/4 页 3 CN 211177620 U 3 液分离器、 液体产品闪蒸罐、 液体产品泵、 PSA系统； 0008 新鲜原料流股经一级冷却器后分为流股a和流股b， 其中流股a穿过二级冷却器并 与低压膨胀机后汽液分离器产出的气相流股合流后穿过二级冷却器， 穿出二级冷却器后与。

12、 流股b合流穿过一级冷却器； 0009 上游的反应产物流股穿过一级冷却器并与一级分离器的进料口相连， 一级分离器 的气相出料流股穿过二级冷却器并与二级分离器的进料口相连， 二级分离器的气相流股穿 过二级冷却器并分为两股， 一股进入高压膨胀机， 另一股作为干气产品部分或全部进入PSA 系统； 高压膨胀机的出口与高压膨胀机后汽液分离器相连； 高压膨胀机后汽液分离器的气 相出料流股经二级冷却器后与低压膨胀机相连； 低压膨胀机出口与低压膨胀机后汽液分离 器相连， 低压膨胀机后汽液分离器的气相流股与经二级冷却器冷却的原料流股合流； 0010 一级分离器、 二级分离器、 高压膨胀机后汽液分离器、 低压膨胀。

13、机后汽液分离器中 的液相出料流股均与液体产品闪蒸罐相连， 液体产品闪蒸罐的气相出料流股经过一级冷却 器、 二级冷却器复热成常温后也离开反应产物分离系统。 液体产品闪蒸罐的液体出料流股 经过液体产品泵加压后进入一级冷却器复热成常温后离开反应产物分离系统 0011 作为本实用新型的优选方案， 所述的低压膨胀机设有旁路， 高压膨胀机后汽液分 离器的气相出料流股经二级冷却器后可全部或部分经旁路直接与低压膨胀机后汽液分离 器相连。 0012 作为本实用新型的优选方案， 所述的高压膨胀机设有旁路， 二级分离器的气相流 股一部分作为干气产品， 另一部分穿过二级冷却器后可全部或部分经旁路直接进入高压膨 胀机后。

14、汽液分离器。 0013 本实用新型弥补了PDH分离系统和PSA系统工艺流程领域存在的不足， 创造了制备 燃料电池车用氢气的联产工艺装置。 该PDH分离系统联产燃料电池车用氢气装置， 将两个系 统巧妙结合起来， 在得到PDH制丙烯的液体产品要求的同时， 又利用PDH分离系统经的富含 氢气的干气产品， 经过PSA系统提纯得到高纯度的用于燃料电池的氢气。 因两个系统匹配使 用， 使得经过低温分离系统的粗氢气相比较杂质含量低， 没有甲醛甲酸等对燃料氢电池有 害的杂质， 故省去了除杂质的工序， 该干气氢产品纯度和杂质含量正好适用于制燃料电池 车用氢气。 该PDH分离系统简化了流程的组织， 减少了相关设备。

15、， 提高了换热器的最小温差， 减少换热夹点出现的几率， 增强了装置的可操作性和适应性， 并且能在较高膨胀机效率运 行的同时降低系统能耗。 该联产装置在提高PDH项目富氢气的利用率的同时， 为燃料电池车 用氢气提供了原料来源， 同时提高了工厂和产品的经济性。 附图说明 0014 图1为本实用新型一种PDH分离系统联产燃料电池车用氢气装置工艺流程； 0015 图2为本实用新型一种PSA系统工艺流程； 0016 图中， 一级冷却器E-101、 一级分离器D-101、 二级冷却器E-102、 二级分离器D-102、 高压膨胀机EXP-110、 高压膨胀机后汽液分离器D-110、 低压膨胀机EXP-12。

16、0、 低压膨胀机后 汽液分离器D-120、 液体产品闪蒸罐D-301、 液体产品泵P-301A/B、 PSA系统。 说明书 2/4 页 4 CN 211177620 U 4 具体实施方式 0017 本实用新型的一种可具体实施的PDH分离系统联产燃料电池车用氢气装置如图1 和2所示， 它包括一级冷却器E-101、 一级分离器D-101、 二级冷却器E-102、 二级分离器D- 102、 高压膨胀机EXP-110、 高压膨胀机后汽液分离器D-110、 低压膨胀机EXP-120、 低压膨胀 机后汽液分离器D-120、 液体产品闪蒸罐D-301、 液体产品泵P-301A/B、 PSA系统； 0018 。

17、新鲜原料流股F1经一级冷却器E-101后分为流股a和流股b， 其中流股a穿过二级冷 却器E-102并与低压膨胀机后汽液分离器D-120产出的气相流股合流后穿过二级冷却器E- 102， 穿出二级冷却器E-102后与流股b合流穿过一级冷却器E-101； 0019 上游的反应产物流股F2穿过一级冷却器E-101并与一级分离器D-101的进料口相 连， 一级分离器D-101的气相出料流股穿过二级冷却器E-102并与二级分离器D-102的进料 口相连， 二级分离器D-102的气相流股穿过二级冷却器E-102并分为两股， 一股进入高压膨 胀机EXP-110， 另一股作为干气产品进入部分或全部PSA系统； 。

18、高压膨胀机EXP-110的出口与 高压膨胀机后汽液分离器D-110相连； 高压膨胀机后汽液分离器D-110的气相出料流股经二 级冷却器E-102后与低压膨胀机EXP-120相连； 低压膨胀机EXP-120出口与低压膨胀机后汽 液分离器D-120相连， 低压膨胀机后汽液分离器D-120的气相流股与经二级冷却器E-102冷 却的原料流股合流； 0020 一级分离器D-101、 二级分离器D-102、 高压膨胀机后汽液分离器D-110、 低压膨胀 机后汽液分离器D-120中的液相出料流股均与液体产品闪蒸罐D-301相连， 液体产品闪蒸罐 D-301的气相出料流股经过一级冷却器E-101、 二级冷却器。

19、E-102复热成常温后也离开反应 产物分离系统。 液体产品闪蒸罐D-301的液体出料流股经过液体产品泵P-301A/B加压后进 入一级冷却器E-101复热成常温后离开反应产物分离系统 0021 根据本实用新型的一个具体实施例， 所述的一种PDH分离系统联产燃料电池车用 氢气装置， 其特征在于所述的低压膨胀机EXP-120设有旁路， 高压膨胀机后汽液分离器D- 110的气相出料流股经二级冷却器E-102后可全部或部分经旁路直接与低压膨胀机后汽液 分离器D-120相连。 0022 根据本实用新型的一个具体实施例， 所述的一种PDH分离系统联产燃料电池车用 氢气装置， 其特征在于所述的高压膨胀机EX。

20、P-110设有旁路， 二级分离器D-102的气相流股 一部分作为干气产品， 另一部分穿过二级冷却器E-102后可全部或部分经旁路直接进入高 压膨胀机后汽液分离器D-110。 0023 PSA系统是一种新的气体分离技术， 以吸附剂分子筛为例， 其原理是利用分子筛对 不同气体分子 “吸附” 性能的差异而将气体混合物分开； 从富氢气流中回收或提纯氢,改变 操作条件可生产不同纯度的氢气,氢气纯度可达99.99。 本实用新型弥补了PDH分离系统 和PSA系统工艺流程领域存在的不足， 创造了制备燃料电池车用氢气的联产工艺装置。 该 PDH分离系统联产燃料电池车用氢气装置， 将两个系统巧妙结合起来， 在得到。

21、PDH制丙烯的 液体产品要求的同时， 又利用PDH分离系统经的富含氢气的干气产品， 经过PSA系统提纯得 到高纯度的用于燃料电池的氢气。 0024 本实用新型装置的联合处理流程如下： 0025 1)新鲜原料和上游的反应产物在一级冷却器E-101中作为热流进行冷热量交换； 0026 2)被一级冷却器E-101冷凝后的反应产物在一级分离器D-101中进行气相与液相 说明书 3/4 页 5 CN 211177620 U 5 分离； 0027 3)一级冷却器E-101分离出来的气体和被一级冷却器E-101冷凝后的部分新鲜原 料作为热流在二级冷却器E-102中进行冷热量交换； 0028 4)一级冷却器E。

22、-101分离出来的气体被二级冷却器E-102冷凝后在二级分离器D- 102中进行气相和液相分离； 0029 5)二级冷却器E-102分离出来的气体在二级冷却器E-102中过热后， 部分进入高压 膨胀机EXP-110进行膨胀制冷； 另一部分作为干气产品； 0030 6)步骤5)膨胀后的物流进入高压膨胀机后汽液分离器D-110进行气液相分离， 分 离出来的气体在二级冷却器E-102中复热； 0031 7)步骤6)复热后的气体出二级冷却器E-102， 部分直接进入低压膨胀机后汽液分 离器D-120， 另一部分经低压膨胀机EXP-120中膨胀制冷后进入低压膨胀机后汽液分离器D- 120； 0032 8。

23、)低压膨胀机后汽液分离器D-120分离的气体与被二级冷却器E-102冷凝后的新 鲜原料混合作为预混合的联合进料给二级冷却器E-102提供冷量； 0033 9)预混合的联合进料出二级冷却器E-102后， 与被一级冷却器E-101冷凝后的另一 部分新鲜原料进入一级冷却器E-101中作为联合进料给一级冷却器E-101提供冷量， 变成常 温后出反应产物分离系统； 0034 10)富含氢气的干气产品依次经过二级冷却器E-102、 一级冷却器E-101复热成常 温气体出反应产物分离系统； 0035 11)一级分离器D-101、 二级分离器D-102、 高压膨胀机后汽液分离器D-110、 低压膨 胀机后汽液。

24、分离器D-120中的液体经过节流降压后进入液体产品闪蒸罐D-301， 液体产品闪 蒸罐D-301中的气体经过一级冷却器E-101复热成常温后也离开反应产物分离系统； 0036 12)液体产品闪蒸罐D-301中的液体经过液体产品泵P-301A/B加压后进入一级冷 却器E-101复热成常温， 作为液体产品离开反应产物分离系统； 0037 13)富含氢气的干气产品出反应产物分离系统后， 部分或全部进入PSA系统依次经 历吸附(A)、 多级压力均衡降(EID)、 顺放(PP)、 逆放(D)、 冲洗(P)、 多级压力均衡升(EIR)、 最 终升压(FR)处理步骤进行氢气提纯作为用于燃料电池的氢气。 0038 为了实现上述的工艺， 以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式， 其 描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。 应当指出的 是， 对于本领域的普通技术人员来说， 在不脱离本实用新型构思的前提下， 还可以做出若干 变形和改进， 这些都属于本实用新型的保护范围。 因此， 本实用新型专利的保护范围应以所 附权利要求为准。 说明书 4/4 页 6 CN 211177620 U 6 图1 图2 说明书附图 1/1 页 7 CN 211177620 U 7 。