膜分離與變壓吸附結(jié)合制取高純一氧化碳和氫氣的雙高工藝制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供一種膜分離與變壓吸附結(jié)合制取高純一氧化碳和氫氣的雙高工藝，將富含氫氣、一氧化碳及少量雜質(zhì)氣組成的混合氣體(原料氣)，通過(guò)預(yù)處理脫除氣體中少量的雜質(zhì)成分后，進(jìn)入膜分離與變壓吸附循環(huán)系統(tǒng)，在兩者高效組合下，制取高純度一氧化碳與氫氣的同時(shí)，提高產(chǎn)品一氧化碳與產(chǎn)品氫氣的高收率。該工藝一氧化碳和氫氣濃度高，同時(shí)一氧化碳及氫氣的收率高。

High-purity carbon monoxide and hydrogen production by membrane separation combined with pressure swing adsorption

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
膜分離與變壓吸附結(jié)合制取高純一氧化碳和氫氣的雙高工藝
本專(zhuān)利技術(shù)屬于員工原料氣分離提純領(lǐng)域，具體涉及制取高純一氧化碳和氫氣的工藝。
技術(shù)介紹
煤制合成氣、冶金的高爐氣、轉(zhuǎn)爐氣均含有氫氣、一氧化碳等高品位氣體資源，該資源在化工領(lǐng)域中，經(jīng)過(guò)羰基化反應(yīng)，可以合成醇類(lèi)、酸類(lèi)等高附加值有機(jī)化工原料。這些合成反應(yīng)前，均需要對(duì)氣體進(jìn)行分離提純。氣體分離技術(shù)有深冷技術(shù)、干法吸附技術(shù)、濕法吸收技術(shù)、膜分離技術(shù)等。氣體分離技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)裝置，在長(zhǎng)周期、安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，合成氣，級(jí)約氣體分離技術(shù)同時(shí)滿(mǎn)足能耗、投資低、氫氣、一氧化碳濃度高的要求，是本領(lǐng)域需要長(zhǎng)期研究和攻克的難題。研究煤化工中產(chǎn)生的煤制合成氣以及冶金行業(yè)中的高爐氣、轉(zhuǎn)爐氣，制取高濃一氧化碳、氫氣，對(duì)于減少?gòu)U氣排放，充分利用資源，節(jié)約成本，并為合成醇類(lèi)、酸類(lèi)、醚類(lèi)等產(chǎn)品均具有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種膜分離與變壓吸附結(jié)合制取高純一氧化碳和氫氣的雙高工藝，該工藝一氧化碳和氫氣濃度高，同時(shí)一氧化碳及氫氣的收率高。本發(fā)方法將富含氫氣、一氧化碳及少量雜質(zhì)氣組成的混合氣體(原料氣)，通過(guò)預(yù)處理脫除氣體中少量的雜質(zhì)成分后，進(jìn)入膜分離與變壓吸附循環(huán)系統(tǒng)，在兩者高效組合下，制取高純度一氧化碳與氫氣的同時(shí)，提高產(chǎn)品一氧化碳與產(chǎn)品氫氣的高收率。氣體分離技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)裝置，在長(zhǎng)周期、安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有合成氣，級(jí)約氣體分離技術(shù)，同時(shí)滿(mǎn)足能耗、投資低、氫氣、一氧化碳濃度高的要求。膜分離系統(tǒng)的工作原理就是利用一種高分子聚合物薄膜來(lái)選擇“過(guò)濾”進(jìn)料氣而達(dá)到分離的目的。當(dāng)兩種或兩種以上的氣體混合物通過(guò)聚合物薄膜時(shí)，各氣體組分在聚合物中的溶解擴(kuò)散系數(shù)的差異，導(dǎo)致其滲透通過(guò)膜壁的速率不同。膜分離法的主要特點(diǎn)是無(wú)相變，能耗低，裝置規(guī)模根據(jù)處理量的要求可大可小，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便安全，啟動(dòng)快，運(yùn)行可靠性高，不污染環(huán)境，投資少，用途廣等優(yōu)點(diǎn)。由此，可將氣體分為快氣即滲透氣(如H2O、H2、He等)和慢氣即非滲透氣(如N2、CH4及其它烴類(lèi)等)。快氣壓力降低，慢氣維持工作壓力。變壓吸附技術(shù)是以吸附劑(多孔固體物質(zhì))內(nèi)部表面對(duì)氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，利用吸附劑在相同壓力下易吸附高沸點(diǎn)組分、不易吸附低沸點(diǎn)組分和加壓下吸附量增加(吸附組分)、減壓下吸附量減小(解吸組分)的特性。將原料氣在一定壓力下通過(guò)吸附劑床層，相對(duì)于氫的高沸點(diǎn)雜質(zhì)組分被選擇性吸附，低沸點(diǎn)組分的氫不易吸附而通過(guò)吸附劑床層，達(dá)到氫和雜質(zhì)組分的分離。然后在減壓下解吸被吸附的雜質(zhì)組分使吸附劑獲得再生，以利于下一次再進(jìn)行吸附分離雜質(zhì)。這種加壓下吸附雜質(zhì)提純氫氣、減壓下解吸雜質(zhì)使吸附劑再生的循環(huán)便是變壓吸附過(guò)程。由此可以從吸附相和吸附質(zhì)得到產(chǎn)品氣。吸附相的產(chǎn)品氣有CO、CO2等，壓力降低，吸附質(zhì)產(chǎn)品氣H2，與吸附壓力相當(dāng)。變壓吸附技術(shù)應(yīng)用于制氫，有如下優(yōu)點(diǎn)。(1)產(chǎn)品氫純度高，可達(dá)99.0％～99.9999％。(2)工藝流程短，自動(dòng)化程度高、可靠性和靈活性好，開(kāi)停車(chē)方便。(3)動(dòng)設(shè)備減少，消耗低，易于管理與維修。兩者共同特點(diǎn)均為物理過(guò)程，能耗低，工作壓力范圍較大。根據(jù)工況條件，著眼于快氣、慢氣、吸附相、吸附質(zhì)，根據(jù)各自壓力變化引起濃度變化，通過(guò)合理的工作壓力，將兩種技術(shù)有機(jī)結(jié)合，最大限度利用各自工作效率，在得到高濃度的氫氣、一氧化碳時(shí)，壓力勢(shì)能損失最小，耗能低，收率高。根據(jù)原料混合氣中一氧化碳和氫氣的組分體積百分?jǐn)?shù)的不同，選擇膜分離技術(shù)或變壓吸附技術(shù)的兩種不同的組合方式進(jìn)行，一是先進(jìn)行膜分離在進(jìn)行變壓吸附，一是先進(jìn)行變壓吸附再進(jìn)行膜分離。本專(zhuān)利技術(shù)提供的第一種膜分離與變壓吸附結(jié)合制取高純一氧化碳和氫氣的雙高工藝，該方法適用于原料氣中一氧化碳含量相對(duì)較高的原料氣，具體包括以下步驟：(1)通過(guò)預(yù)處理脫除原料氣中少量雜質(zhì)成分，包括CH3OH、NH3、CNC、DME；(2)預(yù)處理后的原料氣依次進(jìn)入多級(jí)膜分離工序提取一氧化碳，除最后一級(jí)膜分離外，每一級(jí)膜分離的高壓滲透氣進(jìn)入變壓吸附工序提取氫氣，非滲透氣進(jìn)入下一級(jí)膜分離，最后一級(jí)膜分離的低壓滲透氣，或其與變壓吸附后的解析氣混合后，經(jīng)直接加壓或加壓脫除氫氣和一氧化碳?xì)庖酝獾碾s質(zhì)氣體后，返回第一級(jí)膜分離工序，形成閉式循環(huán)流程；或步驟(2)為：預(yù)處理后的原料氣依次進(jìn)入多級(jí)膜分離工序提取一氧化碳，每一級(jí)膜分離的高壓滲透氣進(jìn)入對(duì)應(yīng)的變壓吸附工序提取氫氣，非滲透氣進(jìn)入下一級(jí)膜分離，最后一級(jí)膜分離的非滲透氣經(jīng)減壓得到一氧化碳產(chǎn)品；上一級(jí)變壓吸附的解析氣返回下一級(jí)變壓吸附，與該級(jí)的滲透氣混合再次提取氫氣，最后一級(jí)變壓吸附的解析氣經(jīng)加壓返回第一級(jí)膜分離工序，形成閉式循環(huán)流程，各級(jí)變壓吸附的得到產(chǎn)品氫氣。進(jìn)一步地，所述膜分離工序分為2-3級(jí)膜分離工序，各級(jí)之間串聯(lián)。進(jìn)一步地，原料氣體中一氧化碳體積濃度為15％～80％、氫氣體積濃度為80％～10％時(shí)，雜質(zhì)氣體的體積濃度為0～1％范圍。進(jìn)一步地，膜分離工作壓力范圍為4MPaG～10MPaG，變壓吸附工作壓力為0.3～3.0MPaG。膜分離工序的高壓參透氣壓力范圍：0.3～3.0MPa；低壓參透氣壓力范圍：＜0.3MPa。根據(jù)滲透氣壓力范圍選擇是否在進(jìn)行下一級(jí)變壓吸附環(huán)節(jié)。根據(jù)混合氣中除氫氣和一氧化碳以外的氣體含量，高壓滲透氣壓力為變壓吸附壓力，低壓滲透氣與變壓吸附解吸氣混合后，經(jīng)過(guò)直接加壓或加壓脫除氫氣和一氧化碳?xì)庖酝獾碾s質(zhì)氣體后返回膜分離系統(tǒng)。本專(zhuān)利技術(shù)提供的第二種膜分離與變壓吸附結(jié)合制取高純一氧化碳和氫氣的雙高工藝，該方法適用于原料氣中氫氣含量相對(duì)較高的原料氣，具體包括以下步驟：(1)通過(guò)預(yù)處理脫除原料氣中少量雜質(zhì)成分，包括CH3OH、NH3、CNC、DME；(2)預(yù)處理后的原料氣進(jìn)入變壓吸附工序提取氫氣，解吸氣通過(guò)加壓后依次進(jìn)入多級(jí)膜分離工序提取一氧化碳，各級(jí)膜分離的高壓滲透氣返回至變壓吸附工序，形成閉式循環(huán)流程，非滲透氣進(jìn)入下一級(jí)膜分離，最后一級(jí)膜分離的非滲透氣為一氧化碳產(chǎn)品起。進(jìn)一步地，所述膜分離工序分為2-3級(jí)膜分離工序，各級(jí)之間串聯(lián)。根據(jù)混合氣中除氫氣和一氧化碳以外的氣體含量，變壓吸附壓力為高壓滲透氣壓力，低壓滲透氣與變壓吸附解吸氣混合后，經(jīng)過(guò)直接加壓或加壓脫除氫氣和一氧化碳?xì)庖酝獾碾s質(zhì)氣體后返回變壓吸附系統(tǒng)。進(jìn)一步地，混合氣中一氧化碳濃度(體積百分?jǐn)?shù))在2％～15％、氫氣濃度(體積百分?jǐn)?shù))在80％～98％(范圍值高底限對(duì)應(yīng)問(wèn)題)時(shí)，采用第二種變壓吸附與膜分離循環(huán)組合技術(shù)形成的閉式循環(huán)流程。進(jìn)一步地，變壓吸附工作壓力為0.3～3.0MPaG，膜分離工作壓力范圍為4MPaG～10MPaG。高壓滲透氣壓力范圍：0.3～3.0MPa。根據(jù)混合氣中除氫氣和一氧化碳以外的氣體含量，變壓吸附壓力為高壓滲透氣壓力，低壓滲透氣與變壓吸附解吸氣混合后，經(jīng)過(guò)直接加壓或加壓脫除氫氣和一氧化碳?xì)庖酝獾碾s質(zhì)氣體后返回變壓吸附系統(tǒng)。進(jìn)一步地，以上兩種方法中，最后一級(jí)膜分離的一氧化碳?xì)怏w經(jīng)減壓、純化處理得到高純度的一氧化碳產(chǎn)品氣。進(jìn)一步地，所述純化處理方法為采用深冷技術(shù)或吸附技術(shù)等到高純度CO。進(jìn)一步地，以上兩種方法中，所述預(yù)處理是通過(guò)變溫吸附、或冷凝技術(shù)等進(jìn)行脫除原料氣中含有對(duì)膜、變壓吸附特制吸附劑有危害的雜質(zhì)。本專(zhuān)利技術(shù)涉及到富含氫氣和一氧化碳混合氣體制取高濃本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種膜分離與變壓吸附結(jié)合制取高純一氧化碳和氫氣的雙高工藝，其特征在于，具體包括以下步驟：(1)通過(guò)預(yù)處理脫除原料氣中少量雜質(zhì)成分，包括CH3OH、NH3、CNC、DME；(2)預(yù)處理后的原料氣依次進(jìn)入多級(jí)膜分離工序提取一氧化碳，除最后一級(jí)膜分離外，每一級(jí)膜分離的高壓滲透氣進(jìn)入變壓吸附工序提取氫氣，非滲透氣進(jìn)入下一級(jí)膜分離，最后一級(jí)膜分離的低壓滲透氣，或其與變壓吸附后的解析氣混合后，經(jīng)直接加壓或加壓脫除氫氣和一氧化碳?xì)庖酝獾碾s質(zhì)氣體后，返回第一級(jí)膜分離工序，形成閉式循環(huán)流程；或步驟(2)為：預(yù)處理后的原料氣依次進(jìn)入多級(jí)膜分離工序提取一氧化碳，每一級(jí)膜分離的高壓滲透氣進(jìn)入對(duì)應(yīng)的變壓吸附工序提取氫氣，非滲透氣進(jìn)入下一級(jí)膜分離，最后一級(jí)膜分離的非滲透氣經(jīng)減壓得到一氧化碳產(chǎn)品；上一級(jí)變壓吸附的解析氣返回下一級(jí)變壓吸附，與該級(jí)的滲透氣混合再次提取氫氣，最后一級(jí)變壓吸附的解析氣經(jīng)加壓返回第一級(jí)膜分離工序，形成閉式循環(huán)流程，各級(jí)變壓吸附的得到產(chǎn)品氫氣。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種膜分離與變壓吸附結(jié)合制取高純一氧化碳和氫氣的雙高工藝，其特征在于，具體包括以下步驟：(1)通過(guò)預(yù)處理脫除原料氣中少量雜質(zhì)成分，包括CH3OH、NH3、CNC、DME；(2)預(yù)處理后的原料氣依次進(jìn)入多級(jí)膜分離工序提取一氧化碳，除最后一級(jí)膜分離外，每一級(jí)膜分離的高壓滲透氣進(jìn)入變壓吸附工序提取氫氣，非滲透氣進(jìn)入下一級(jí)膜分離，最后一級(jí)膜分離的低壓滲透氣，或其與變壓吸附后的解析氣混合后，經(jīng)直接加壓或加壓脫除氫氣和一氧化碳?xì)庖酝獾碾s質(zhì)氣體后，返回第一級(jí)膜分離工序，形成閉式循環(huán)流程；或步驟(2)為：預(yù)處理后的原料氣依次進(jìn)入多級(jí)膜分離工序提取一氧化碳，每一級(jí)膜分離的高壓滲透氣進(jìn)入對(duì)應(yīng)的變壓吸附工序提取氫氣，非滲透氣進(jìn)入下一級(jí)膜分離，最后一級(jí)膜分離的非滲透氣經(jīng)減壓得到一氧化碳產(chǎn)品；上一級(jí)變壓吸附的解析氣返回下一級(jí)變壓吸附，與該級(jí)的滲透氣混合再次提取氫氣，最后一級(jí)變壓吸附的解析氣經(jīng)加壓返回第一級(jí)膜分離工序，形成閉式循環(huán)流程，各級(jí)變壓吸附的得到產(chǎn)品氫氣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于，所述膜分離工序分為2-3級(jí)膜分離工序，各級(jí)之間串聯(lián)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于，原料氣體中一氧化碳體積濃度為15％～80％、氫氣體積濃度為80％～10％時(shí)，雜質(zhì)氣體的體積濃度為0～1％范圍。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述工藝，其特征在于，膜分離工作壓力范圍為4MPaG～10MPaG，變壓吸附工作壓力為0.3～...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：牟洋，黃世奇，李強(qiáng)，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：四川一脈科技有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川,51