[發明專利]一種膜分離和變壓吸附耦合調節合成氣氫碳比同時副產氫氣的系統

在審

• 申請號: 202111175509.6
• 申請日: 2021-10-09
• 公開（公告）號: CN113735060A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 何紹輝;徐徜徉;楊文皓
• 申請（專利權）人: 天邦膜技術國家工程研究中心有限責任公司
• 主分類號: C01B3/56
• 分類號: C01B3/56
• 代理公司: 大連千益智行專利代理有限公司 21270
• 代理人: 佟蕊

本發明公開了一種膜分離和變壓吸附耦合調節合成氣氫碳比同時副產氫氣的系統，原料氣首先進入膜分離器，在分離膜兩側壓差的推動下得到滲透氣和非滲透氣，滲透氣經過變壓吸附提純高濃度產品氫氣和一氧化碳濃度較高的解析氣，解析氣經壓縮機增壓后與膜分離非滲透氣混合成氫碳比達到要求的合成氣。通過調節膜分離的操作壓力或膜分離面積調整進入變壓吸附的滲透氣量，從而調節變壓吸附的生產氫氣量，來調節合成氣的氫碳比。本發明充分利用了膜分離和變壓吸附兩種氣體分離方法的各自優點，整套系統能耗低、無外排廢氣產生，同時達到調節合成氣氫碳比和副產高濃度氫氣的目的。

技術領域

本發明涉及煤化工和石油化工的氣體分離領域，具體為一種膜分離和變壓吸附耦合工藝調節合成氣氫碳比同時副產氫氣的系統。

背景技術

用合成氣生產不同的化工產品要求合成氣具有不同的氫碳比，如；費托合成要求的氫碳比為3～3.6；合成甲醇的要求氫碳比為2.05～2.25；二丙基庚醇（2PH）生產要求氫碳比盡量維持在1.02；羰基合成反應要求氫碳比為1左右，另外合成氨的氫氮比要求為3，因此合成氣的調比對于生產是必須的調整手段。

隨著科技的進步，現代化的煤或天然氣制合成氣一般造氣壓力較高可以達到固定床加壓煤氣化壓力為2.4MPa，流化床煤氣化壓力3.0-6.5MPa，使粗合成氣具有較高的壓力，便于采用膜分離的方法分離氣體。

粗合成氣可以在前序生產工段通過如造氣、二次轉化、補充新鮮氫氣、補碳等手段調整氫碳比，但是受生產條件限制，操作復雜，不能滿足后續生產要求。

大型煤化工的合成反應轉化率不高，一般為循環加氫工藝，氫氣作為過量反應物有回收價值，同時氫氣作為新型清潔能源當前國家正在大力推廣使用，利用合成氣副產高濃度氫氣具有廣泛的應用前景。

除深冷分離外，本發明涉及的膜分離和變壓吸附是主要的氣體分離技術，在煤化工和石油化工的氣體回收領域有廣泛的應用，例如：回收甲醇合成和氨合成的馳放氣中的氫氣，變壓吸附提純重整氫氣；回收加氫裂化或加氫精制生產中的含氫排放氣中的氫氣，甲醇裂解氣變壓吸附制氫等。

單獨用膜分離或變壓吸附技術調整合成氣的氫碳比也有報道和專利申請，如實用新型授權專利公告號CN201065400Y煤氣聯產甲醇過程中原料氣氫碳比調節裝置，是用膜分離裝置回收甲醇馳放氣中的氫氣返回到合成反應中提高合成氣的氫碳比。公布號CN111232923A的發明專利是用變壓吸附調節天然氣直裂解循環反應氣氫碳比的方法。申請公布號CN108384572A是用變壓吸附技術調節費托合成氫碳比和聯產氫氣的方法。

受變壓吸附和膜分離技術本身特點的限制，用單一技術調節合成氣氫碳比并生產高濃度氫氣一直未能得到實際廣泛應用，因為膜分離技術調整合成氣的氫碳比是可行的，但是這項技術一般只能得到純度小于99%的氫氣，同時滲透氣壓力需要降低很多，能耗較高；膜分離的優點是非滲透氣不降壓。

變壓吸附技術在制取高濃度氫氣領域有廣泛的應用，但是因為作為合成氣的解析氣經過變壓吸附后壓力通常接近常壓，增壓的能耗較高，所以不能在合成氣調比領域廣泛應用。通常大型煤化工裝置的合成氣量比較大，增加了變壓吸附和解析的負荷，使投資大幅增加。

發明內容

為解決背景技術中描述的問題，克服單一技術調節合成氣氫碳比同時副產氫氣的技術缺陷，本發明提供了一種膜分離和變壓吸附耦合工藝調節合成氣氫碳比同時副產氫氣的系統。

本發明是這樣實現的：

壓力較高、氫碳比較高的粗合成原料氣（11）首先進入膜分離器（1），在分離膜兩側壓差的推動下得到壓力降低一些的滲透氣和僅有管道阻力降的非滲透氣；經過膜分離得到的滲透氣氫氣濃度約80%--98%，膜分離的滲透氣具有的壓力能夠保證其進入變壓吸附提純氫氣的要求，而非滲透氣壓力不降低；