CN105435580A - 从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，本发明现将低温甲醇洗尾气进行压缩，后经过两级变压吸附、膜分离、浅冷甲醇吸收三种技术的组合，实现了尾气的达标排放，同时回收了二氧化碳和非甲烷烃类，本发明回收的二氧化碳的纯度超过97mol%,回收的非甲烷轻烃物质的纯度超过mol90%,实现了巨大的经济价值。

Description

从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法
技术领域
本发明涉及一种含烃尾气的处理方法，特别涉及一种从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法。
背景技术
煤气化装置配套的低温甲醇洗之后尾气中主要以二氧化碳与氮气为主，同时含有少量烃类；并且气量极大，热值低，无法直接燃烧；少量的烃类无法达标排放，处理难度大。目前，煤气化装置配套的低温甲醇洗之后的尾气基本上是直接排放，给环境带来极大的破坏。但随着环保意识的提高和国家环保要求的严格化，为了可持续发展的需要，煤气化装置配套的低温甲醇洗之后的尾气势必要严格控制达标排放甚至做到资源回收利用。低温甲醇洗尾气中主要以二氧化碳与氮气为主，同时含有少量烃类CmHn(CmHn主要是碳二，也有少量的碳三和碳四)。该尾气中非甲烷总烃的含量为0.60mol％，远大于《大气污染物综合排放标准》。由于尾气气量较大，非甲烷烃类总量较大，直接排放于大气中不仅污染了环境，也浪费了部分宝贵的能源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，解决了低温甲醇洗尾气气量大，尾气中含低浓度非甲烷烃，无法达标排放的问题，而且回收了尾气中的烃类物质和二氧化碳，节约了能源，得到了较大的经济价值。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
(1)变压吸附：
(101)低温甲醇洗尾气进入第一段变压吸附装置进行吸附，
(102)经过第一段变压吸附装置吸附后的非吸附相气体调整压力至30～80Kpa,然后进入第二段变压吸附装置进行吸附，
(103)经过第二段变压吸附装置吸附后的非吸附相气体排入大气，经过第二段变压吸附装置吸附后的吸附相气体再回到第一段变压吸附装置重新进行吸附；
(2)膜分离：
(201)将第一段变压吸附装置内的吸附相气体压缩至3.0～4.0Mpa,
(202)在步骤(201)中经压缩后的气体进入膜分离装置进行分离,渗透侧的气体进行回收，得到二氧化碳气体；
(3)甲醇吸收：
(301)经过步骤(202)分离的非渗透侧的气体进入甲醇吸收装置进行二氧化碳吸收，然后将剩余气体进行回收，得到烃类物质；所述甲醇吸收装置的温度为10～15℃。
优选的，所述第一段变压吸附装置由N个吸附塔组成，N为大于1的自然数；其中1～N-1个吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔处于再生状态。
优选的，所述第二段变压吸附装置由N个吸附塔组成，N为大于1的自然数；其中1～N-1个吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔处于再生状态。
优选的，所述吸附塔内装填料是活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。
优选的，所述的膜分离装置采用的膜材是聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、醋酸纤维素中的一种或多种制成。
优选的，所述的步骤(301)中甲醇吸收二氧化碳后成为富甲醇液，所述富甲醇液经解吸后成为贫甲醇液循环使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明设置有两段变压吸附装置，这样保证了尾气能够达标排放。
2、本发明的变压吸附装置设置有多个吸附塔，当一部分吸附塔处于吸附状态时，另一部分吸附塔处于再生状态，这样实现了变压吸附装置的连续运行。
3、本发明将第二段变压吸附装置的吸附塔再生后的非吸附相气体返回第一段变压吸附装置进行循环，这样提高了烃类物质的回收率。
4、本发明所述膜分离装置采用的膜材是聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、醋酸纤维素有机高分子材料中的一种或多种制成，其对二氧化碳和轻烃具有较高的分离系数，膜材能选择性的允许二氧化碳快速渗透。有利于提高回收的二氧化碳的浓度，并保证了接下来烃类物质回收的浓度。
5、本发明将二氧化碳进行回收利用，回收的二氧化碳浓度高于97mol％，节约了资源，实现了较大的经济价值。
6、本发明甲醇吸收单元温度处于浅冷范围，即10～15℃。在该温度范围内，甲醇对二氧化碳和烃类物质的选择性高，能吸收二氧化碳的同时保证烃类物质不被吸收，提高吸收单元烃类的回收率。
7、本发明将非甲烷的烃类物质进行回收利用，回收的烃类物质的浓度高于90mol％,且回收率高于95％,在减少环境污染的基础上实现了巨大的经济价值。
附图说明：
图1为本发明工艺流程图
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，该方法的步骤如下：低温甲醇尾气进入第一段变压吸附装置进行吸附，第一段变压吸附装置主要目的是进行烃类物质的浓缩。第一段吸附装置采用两个吸附塔，吸附塔内装填料是：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。一个吸附塔处于吸附状态，另一个处于再生状态。吸附和再生交替进行，从而实现装置的连续运行。吸附状态时，强吸附性的烃类物质被吸附在吸附剂上，大部分的二氧化碳和其他弱吸附性的气体(如氮气)等非吸附相气体调整压力至30Kpa,然后进入第二段变压吸附装置进行吸附，第二段变压吸附装置目的是保证尾气达标排放。第二段吸附装置采用两个吸附塔，吸附塔内装填料是：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。一个吸附塔处于吸附状态，另一个处于再生状态。吸附和再生交替进行，从而实现装置的连续运行。烃类物质在第二段变压吸附装置的吸附塔中进一步吸附净化后，排放大气。第二段变压吸附装置的吸附塔真空再生后的非吸附相气体返回第一段变压吸附装置进行烃类物质的浓缩。
第一段变压吸附装置的吸附塔经过抽真空的方式再生，从而得到富含烃类物质的吸附相气体，将该吸附相气体加压至3.0Mpa后，进入膜分离装置。气体膜分离是基于不同气体在膜中的溶解扩散速率不同而实现分离的；所述膜分离装置由粗过滤、精过滤、加热等预处理单元和膜组件单元构成，所述膜分离装置采用的膜材是聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、醋酸纤维素等有机高分子材料中的一种或多种制成，其对二氧化碳和轻烃具有较高的分离系数，膜材能选择性的允许二氧化碳气体快速渗透。二氧化碳等气体快速透过膜，渗透侧的二氧化碳进一步进行食品级二氧化碳回收。烃类物质等不能透过膜的气体在非渗透侧得以浓缩,浓缩后的非渗透侧进入甲醇吸收装置，吸收液为甲醇，吸收温度为10℃，在该温度下，甲醇对二氧化碳和轻烃的选择性高，能吸收二氧化碳的同时保证轻烃不被吸收，提高吸收单元轻烃的回收率。在甲醇吸收装置中二氧化碳被甲醇吸收，在吸收塔顶得到回收的烃类物质。富含二氧化碳的甲醇液减压加热再生，脱除二氧化碳的甲醇可循环使用。
实施例2
从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，该方法的步骤如下：将低温甲醇洗尾气压缩至100Kpa，压缩后的尾气进入第一段变压吸附装置进行吸附，第一段变压吸附装置主要目的是进行烃类物质的浓缩。第一段吸附装置采用四个吸附塔，吸附塔内装填料是：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。两个吸附塔处于吸附状态，其他处于再生状态。吸附和再生交替进行，从而实现装置的连续运行。吸附状态时，强吸附性的烃类物质被吸附在吸附剂上，大部分的二氧化碳和其他弱吸附性的气体(如氮气)等非吸附相气体调整压力至80Kpa,然后进入第二段变压吸附装置进行吸附，第二段变压吸附装置目的是保证尾气达标排放。第二段吸附装置采用四个吸附塔，吸附塔内装填料是：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。两个吸附塔处于吸附状态，其他处于再生状态。吸附和再生交替进行，从而实现装置的连续运行。烃类物质在第二段变压吸附装置的吸附塔中进一步吸附净化后，排放大气。第二段变压吸附装置的吸附塔真空再生后的非吸附相气体返回第一段变压吸附装置进行烃类物质的浓缩。
第一段变压吸附装置的吸附塔经过抽真空的方式再生，从而得到富含烃类物质的吸附相气体，将该吸附相气体加压至4.0Mpa后，进入膜分离装置。气体膜分离是基于不同气体在膜中的溶解扩散速率不同而实现分离的。所述膜分离装置由粗过滤、精过滤、加热等预处理单元和膜组件单元构成，所述膜分离装置采用的膜材是聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、醋酸纤维素等有机高分子材料中的一种或多种制成，其对二氧化碳和轻烃具有较高的分离系数，膜材能选择性的允许二氧化碳气体快速渗透。二氧化碳等气体快速透过膜，渗透侧的二氧化碳进一步进行食品级二氧化碳回收。烃类物质等不能透过膜的气体在非渗透侧得以浓缩,浓缩后的非渗透侧气体,再进入甲醇吸收装置，吸收液为甲醇，吸收温度为15℃，在该温度下，甲醇对二氧化碳和轻烃的选择性高，能吸收二氧化碳的同时保证轻烃不被吸收，提高吸收单元轻烃的回收率。在甲醇吸收装置中二氧化碳被甲醇吸收，在吸收塔顶得到回收的烃类物质。富含二氧化碳的甲醇液减压加热再生，脱除二氧化碳后可循环使用。
实施例3
从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，该方法的步骤如下：将低温甲醇洗尾气压缩至70Kpa，压缩后的尾气进入第一段变压吸附装置进行吸附，第一段变压吸附装置主要目的是进行烃类物质的浓缩。第一段吸附装置采用七个吸附塔，吸附塔内装填料是：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。三个吸附塔处于吸附状态，其他处于再生状态。吸附和再生交替进行，从而实现装置的连续运行。吸附状态时，强吸附性的烃类物质被吸附在吸附剂上，大部分的二氧化碳和其他弱吸附性的气体(如氮气)等非吸附相气体调整压力至55Kpa,然后进入第二段变压吸附装置进行吸附，第二段变压吸附装置目的是保证尾气达标排放。第二段吸附装置采用七个吸附塔，吸附塔内装填料是：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。三个吸附塔处于吸附状态，其他处于再生状态。吸附和再生交替进行，从而实现装置的连续运行。烃类物质在第二段变压吸附装置的吸附塔中进一步吸附净化后，排放大气。第二段变压吸附装置的吸附塔真空再生后的非吸附相气体返回第一段变压吸附装置进行烃类物质的浓缩。
第一段变压吸附装置的吸附塔经过抽真空的方式再生，从而得到富含烃类物质的吸附相气体，将该吸附相气体加压至3.5Mpa后，进入膜分离装置。气体膜分离是基于不同气体在膜中的溶解扩散速率不同而实现分离的。所述膜分离装置由粗过滤、精过滤、加热等预处理单元和膜组件单元构成，所述膜分离装置采用的膜材是聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、醋酸纤维素等有机高分子材料中的一种或多种制成，其对二氧化碳和轻烃具有较高的分离系数，膜材能选择性的允许二氧化碳气体快速渗透。二氧化碳等气体快速透过膜，渗透侧二氧化碳进一步进行食品级二氧化碳回收。烃类物质等不能透过膜的气体在非渗透侧得以浓缩,浓缩后的非渗透侧气体再进入甲醇吸收装置，吸收液为甲醇，吸收温度为12℃，在该温度下，甲醇对二氧化碳和轻烃的选择性高，能吸收二氧化碳的同时保证轻烃不被吸收，提高吸收单元轻烃的回收率。在甲醇吸收装置中二氧化碳被甲醇吸收，在吸收塔顶得到回收的烃类物质。富含二氧化碳的甲醇液减压加热再生，脱除二氧化碳后可循环使用。
实施例4
从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，该方法的步骤如下：将低温甲醇洗尾气压缩至55Kpa，压缩后的尾气进入第一段变压吸附装置进行吸附，第一段变压吸附装置主要目的是进行烃类物质的浓缩。第一段吸附装置采用九个吸附塔，吸附塔内装填料是：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。三个吸附塔处于吸附状态，其他处于再生状态。吸附和再生交替进行，从而实现装置的连续运行。吸附状态时，强吸附性的烃类物质被吸附在吸附剂上，大部分的二氧化碳和其他弱吸附性的气体(如氮气)等非吸附相气体调整压力至35Kpa,然后进入第二段变压吸附装置进行吸附，第二段变压吸附装置目的是保证尾气达标排放。第二段吸附装置采用五个吸附塔，吸附塔内装填料是：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。二个吸附塔处于吸附状态，其他处于再生状态。吸附和再生交替进行，从而实现装置的连续运行。烃类物质在第二段变压吸附装置的吸附塔中进一步吸附净化后，排放大气。第二段变压吸附装置的吸附塔真空再生后的非吸附相气体返回第一段变压吸附装置进行烃类物质的浓缩。
第一段变压吸附装置的吸附塔经过抽真空的方式再生，从而得到富含烃类物质的吸附相气体，将该吸附相气体加压至3.1Mpa后，进入膜分离装置。气体膜分离是基于不同气体在膜中的溶解扩散速率不同而实现分离的。所述膜分离装置由粗过滤、精过滤、加热等预处理单元和膜组件单元构成，所述膜分离装置采用的膜材是聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、醋酸纤维素等有机高分子材料中的一种或多种制成，其对二氧化碳和轻烃具有较高的分离系数，膜材能选择性的允许二氧化碳气体快速渗透。二氧化碳等气体快速透过膜，渗透侧二氧化碳进一步进行食品级二氧化碳回收。烃类物质等不能透过膜的气体在非渗透侧得以浓缩，浓缩后的非渗透侧气体再进入甲醇吸收装置，吸收液为甲醇，吸收温度为11℃，在该温度下，甲醇对二氧化碳和轻烃的选择性高，能吸收二氧化碳的同时保证轻烃不被吸收，提高吸收单元轻烃的回收率。在甲醇吸收装置中二氧化碳被甲醇吸收，在吸收塔顶得到回收的烃类物质。富含二氧化碳的甲醇液减压加热再生，脱除二氧化碳后可循环使用。
实施例5
从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，该方法的步骤如下：将低温甲醇洗尾气压缩至95Kpa，压缩后的尾气进入第一段变压吸附装置进行吸附，第一段变压吸附装置主要目的是进行烃类物质的浓缩。第一段吸附装置采用三个吸附塔，吸附塔内装填料是：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。一个吸附塔处于吸附状态，其他处于再生状态。吸附和再生交替进行，从而实现装置的连续运行。吸附状态时，强吸附性的烃类物质被吸附在吸附剂上，大部分的二氧化碳和其他弱吸附性的气体(如氮气)等非吸附相气体调整压力至78Kpa,然后进入第二段变压吸附装置进行吸附，第二段变压吸附装置目的是保证尾气达标排放。第二段吸附装置采用三个吸附塔，吸附塔内装填料是：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。一个吸附塔处于吸附状态，其他处于再生状态。吸附和再生交替进行，从而实现装置的连续运行。烃类物质在第二段变压吸附装置的吸附塔中进一步吸附净化后，排放大气。第二段变压吸附装置的吸附塔真空再生后的非吸附相气体返回第一段变压吸附装置进行烃类物质的浓缩。
第一段变压吸附装置的吸附塔经过抽真空的方式再生，从而得到富含烃类物质的吸附相气体，将该吸附相气体加压至3.9Mpa后，进入膜分离装置。气体膜分离是基于不同气体在膜中的溶解扩散速率不同而实现分离的。所述膜分离装置由粗过滤、精过滤、加热等预处理单元和膜组件单元构成，所述膜分离装置采用的膜材是聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、醋酸纤维素等有机高分子材料中的一种或多种制成，其对二氧化碳和轻烃具有较高的分离系数，膜材能选择性的允许二氧化碳气体快速渗透。二氧化碳等气体快速透过膜，渗透侧二氧化碳进一步进行食品级二氧化碳回收。烃类物质等不能透过膜的气体在非渗透侧得以浓缩，浓缩后的非渗透侧气体再进入甲醇吸收装置，吸收液为甲醇，吸收温度为14℃，在该温度下，甲醇对二氧化碳和轻烃的选择性高，能吸收二氧化碳的同时保证轻烃不被吸收，提高吸收单元轻烃的回收率。在甲醇吸收装置中二氧化碳被甲醇吸收，在吸收塔顶得到回收的烃类物质。富含二氧化碳的甲醇液减压加热再生，脱除二氧化碳后可循环使用。
表1低温甲醇洗尾气组分摩尔百分比：
组分 二氧化碳 氮气 甲烷 轻烃 硫化氢 甲醇
含量/mol％ 89.246 10.05 0.09 0.60 50ppm 90ppm
表2以上各实施例中，排入大气的非吸附相气体的组分摩尔百分比：
表3以上各实施例中，第一段变压吸附装置解析后得到的吸附相气体的组分摩尔百分比：
表4以上各实施例中，膜分离后渗透侧的气体的组分摩尔百分比：
表5以上各实施例中，膜分离后非渗透侧的气体的组分摩尔百分比：
表6以上各实施例中，回收的烃类物质的组分摩尔百分比：
表1～表6的数据均采用Agilent-6890NGC气相色谱仪测得。由以上实验数据可知，本发明处理后的尾气能够达到排放标准；且本发明可回收尾气中的非甲烷烃类物质和二氧化碳，回收的二氧化碳浓度高于97mol％,回收的非甲烷烃类物质的浓度高于90％。

Claims (6)

1.从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
（1）变压吸附：
（101）低温甲醇洗尾气进入第一段变压吸附装置进行吸附，
（102）经过第一段变压吸附装置吸附后的非吸附相气体调整压力至30~80Kpa,然后进入第二段变压吸附装置进行吸附，
（103）经过第二段变压吸附装置吸附后的非吸附相气体排入大气，经过第二段变压吸附装置吸附后的吸附相气体再回到第一段变压吸附装置重新进行吸附；
（2）膜分离：
（201）将第一段变压吸附装置内的吸附相气体压缩至3.0～4.0Mpa,
（202）在步骤(201)中经压缩后的气体进入膜分离装置进行分离,渗透侧的气体进行回收，得到二氧化碳气体；
（3）甲醇吸收：
（301）经过步骤（202）分离的非渗透侧的气体进入甲醇吸收装置进行二氧化碳吸收，然后将剩余气体进行回收，得到烃类物质；所述甲醇吸收装置的温度为10～15℃。
2.根据权利要求1所述的从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，其特征在于，所述第一段变压吸附装置由N个吸附塔组成，N为大于1的自然数；其中1～N-1个吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔处于再生状态。
3.根据权利要求1所述的从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，其特征在于，所述第二段变压吸附装置由N个吸附塔组成，N为大于1的自然数；其中1～N-1个吸附塔处于吸附状态，其余吸附塔处于再生状态。
4.根据权利要求2～3任意一项所述的从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，所述吸附塔内装填料是活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，所述的膜分离装置采用的膜材是聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、醋酸纤维素中的一种制成。
6.根据权利要求1所述的从低温甲醇洗尾气中分离及回收烃类组分的方法，所述的步骤(301)中甲醇吸收二氧化碳后成为富甲醇液，所述富甲醇液经解吸后成为贫甲醇液循环使用。
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