摘要
随着我国“碳达峰、碳中和”目标的提出，脱碳加氢和清洁高效成为未来能源发展的趋势。氢能作为重要的工业原料和能源载体，满足未来能源发展的要求，是当前最理想的清洁能源。随着氢能下游产业的迅速发展，高纯氢的用量也越来越大。焦炉煤气副产氢规模大、成本低、杂质种类多。如果可以提纯至燃料电池用氢的标准，将大大降低氢气的成本，对我国交通行业的脱碳减排有重要的意义。 本文结合焦炉煤气变压吸附制氢工艺，在氢燃料电池用氢标准的背景下，探究了煤化工副产氢精制燃料电池用氢在工业上的可行性。针对煤化工副产氢规模大、有机物含量多的特点，制定了变压吸附加终端定向脱除的总体方案。设计了6-1-2变压吸附工艺流程及时序，对定向脱除进行工艺计算及工艺流程设计。针对硫化物的脱除，用Aspenadsorption软件在传质系数分别为：100s-1、1s-1、0.01s-1下和操作压力分别为：10bar、20bar、30bar条件对吸附过程进行模拟。结果显示，在传质系数为1s-1和压力为30bar条件下吸附效果最佳，为吸附剂的选型提供了理论依据。在最佳条件下，对吸附过程进行模拟，结果显示，500天内出口气一直达标，验证了工艺的可行性。 对需要耐高温、高压的塔设备进行传统的理论计算，确定了基本尺寸和结构。对内置加热器进行理论计算和选型。用Ansys软件对设计的塔设备进行应力校核，验证了塔设备结构的合理性。借助Fluent软件对脱硫塔内部流程进行模拟，着重分析了填料层的速度、压力以及温度分布，验证了工艺条件以及加热器选型的合理性。 本文设计了PSA加终端纯化的流程，用数值模拟软件对吸附过程和塔设备进行模拟分析，为煤化工副产氢提纯燃料电池用氢成套技术研究提供了理论依据。
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