CN105457455A - 一种用于脱除变换气中酸性气体的方法 - Google Patents

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于品华
王祥云
毛松柏
孔凡敏
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Abstract

本发明提供了一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，可实现一步脱除变换气中的酸性组分H2S、CO2等酸性气体，属于气体净化技术领域。从合成氨来变换气经减压阀减压后，换热至指定温度，后进入气体增湿器，饱和水分后的气体增湿器经三级精密过滤，除去大部分固体颗粒和杂质后，再经预热器预热，随后进入膜分离器组，实现CO2、H2S等酸性组分与H2、CO、N2、烃类气体的一步分离。与传统的吸收法相比，该方法所用设备少，能耗低，投资成本低，避免了使用有毒有害溶剂具有环境友好、操作简单、经济性好等优势。

Description

一种用于脱除变换气中酸性气体的方法
技术领域
一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，用于从合成氨变换气中同时脱除二氧化碳、硫化氢等酸性气体，属于气体净化技术领域。
背景技术
在合成氨尿素生产工艺、液氨生产及纯碱生产中，均需要将变换气中的二氧化碳和硫化氢等酸性气体加以脱除，以满足后续工艺要求。H2S、CO2等酸性气体不仅对后续工段的合成氨催化剂具有极强的毒性，而且在水蒸气存在下易结晶堵塞和严重腐蚀管道，因此这些酸性气体必须从变换气中加以脱除。
变换气的组成根据所用碳源不同，差别较大，但一般均要求净化气中的CO2含量小于0.3%，H2S含量小于10mg/m3。目前，能满足变换气脱碳要求的技术有吸收法、吸附法，而脱硫工艺一般采用吸收法等湿法工艺，栲胶法、络合铁法等干法工艺，变换气同时脱除二氧化碳和硫化氢常常采用吸收法或干法与湿法结合的工艺。目前，能同时进行一步脱硫脱碳的变换气净化技术多为吸收法。CN96101191.2公布了一种加压铁-碱溶液脱碳脱硫的方法，采用含氢氧化亚铁和氢氧化铁的碱性盐的水溶液加压脱除变换气中的CO2、无机硫和有机硫，结果表明溶液稳定、损失少，脱硫脱碳彻底，再生气CO2纯度高，设备腐蚀轻。其本质是在热钾碱溶液中加入了一种活化剂，提高了吸收性能。CN200610162058.1公布了一种采用位阻胺和MDEA进行脱硫脱碳的方法，从合成氨或甲醇生产的原料气先采用位阻胺脱除H2S和部分CO2，而后进入脱碳塔与MDEA逆流接触脱除CO2。CN200610162060.9、CN201010618250.3、CN201210364110.7等专利均报道了或采用低温甲醇洗或N-甲基二乙醇胺或NHD等脱硫脱碳技术，然而湿法脱硫脱碳存在的问题是投资大、流程复杂、运行费用高。
CN200710046067.9、CN200810147848.1、CN201010220144.X等相继报道了采用变压吸附技术从合成氨变换气或甲醇原料气中脱除酸性气体。变压吸附属干法脱硫脱碳技术，消除了溶剂的毒性，具有劳动强度小、维修费用低的优点，然而当吸附压力较高时，投资成本和运行费用高，优势不明显。
针对目前变换气脱碳工艺方法存在的不足，需开发一种能同时脱除变换气中CO2、H2S等酸性气体的节能型脱硫脱碳工艺。气体膜分离技术是近年来开发的一种节能型干法脱硫脱碳技术，已广泛用于天然气、烟道气、空分领域，具有节能、环保、投资少、运行成本低等优势。若开发出能适应变换气脱出酸性气体的新工艺和方法，必将极大地促进合成氨工业和甲醇工业的生产变革，本发明在于提供一种膜法脱除变换气中酸性气体的工艺方法，达到节能、降耗、增产、增效的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脱除变换气中酸性气体的方法，采用膜分离工艺同时脱除变换气中的二氧化碳和硫化氢等酸性气体，以解决现有工艺存在的投资大、能耗高、流程复杂等问题。
本发明是这样实现的：一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，其特征在于该方法包含以下处理步骤：从合成氨来含有H2S和CO2等酸性组分的高压变换气首先经减压阀把压力降至2.0MPa以下，与换热器进行换热后缓冲与增湿，使气体充分饱和水蒸气，而后经一级过滤器、二级过滤器及三级过滤器过滤后，对气体进行预热，经膜分离器分离后，截留气即为脱除了酸性气体的净化气，渗透气为包含CO-2和H2S的酸气。
本发明针对的变换气中酸性气体CO2含量为10%~50%，优选20%-40%，H2S含量为0.01%-1%,优选0.03%-0.05%。
所述变换气经减压阀减压后的压力为0.1~2.0MPa,优选为0.5~1.5MPa。
所述经换热器换热后的变换气温度为20~45oC，优选为30~40oC。
所述减压后变换气增湿采用气体增湿器。
所述出增湿气后气体的相对湿度为80%~100%，优选90%~100%。
所述预热后的气体温度为40~50oC，优选为40~45oC。
所述换热器可以是套管式管热器、螺旋管式换热器、管壳式换热器、浮头式换热器中的一种，换热后的气体温度为20~45oC。
所述气体增湿器设置有压力表接口、进气口、补水口、出气口和排水口。
所述气体增湿器的下部设置有磁翻转液位计，耐压2.5MPa。
所述气体增湿器为不锈钢材质，耐压3.75MPa，当进气中水蒸气为饱和状态无需增湿时，亦可作为缓冲罐。
所述一级管道过滤器的过滤精度为3μm，滤除3μm和更大的固态和液态颗粒。
所述二级精密过滤器的过滤精度为0.01μm，可滤除0.01μm以上的固体和液体颗粒，滤油精度为0.01mg/m3。
所述三级精密过滤器的过滤精度为0.01μm，可滤除0.01μm以上的固体和液体颗粒，滤油精度为0.001mg/m3。
所述预热器可以为电伴热带伴热或蒸汽伴热，气体温度提高约5oC。
所述流量调节阀可为针型阀、截止阀中的一种。
所述膜分离器组的数量为1~3组，级联方式为并联或者串联。
所述膜分离器采用的膜材料为促进传递复合膜，包含-NH3、-COOH、F-官能团中的一种或多种，该类型的膜的支撑层为聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、其他类型的超滤膜中的一种。
所述促进传递复合膜的活性层可为N-甲基二乙醇胺共聚三甲酰氯、聚烯丙基胺-聚乙烯醇共聚物、聚苯胺纳米颗粒掺杂聚乙烯胺、乙二胺修饰的聚乙烯胺、三乙烯基四胺和三甲酰氯界面聚合形成的聚酰胺、季戊四乙烯二胺掺杂聚乙烯胺、3,3’-二胺-N-甲基二丙基胺与三甲酰氯的共聚物或聚乙烯胺-聚乙二醇共聚物中的一种或多种。
本发明的优点和达到的效果是：把变换气通过换热、增湿、缓冲、过滤、预热等预处理后，直接进入膜分离器组，一步脱除变换气中的二氧化碳和硫化氢等酸性气体。该工艺方法具有流程简单，环境友好，投资少，气体净化度高等优点。
附图说明
附图1是本发明实施例用于脱除变换气中酸性气体方法的工艺流程简图；图2是本发明实施例中气体增湿器的结构示意图。
图中：1—减压阀；2—换热器；3—气体增湿器；4—一级管道过滤器；5—二级精密过滤器；6—三级精密过滤器；7—预热器；8—流量调节阀；9—膜分离器组；10—压力表；11—进气口；12—补水口；13—出气口；14—磁翻转液位计；15—含水层；16—排水口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1：从CO2含量30%、H2S含量1%的变换气中脱除酸性气体，变换气中其他气体组成为H2含量65%，CO含量1%，CH4含量1%，N2含量2%。从钢瓶来的模拟变换气经减压阀1减压后压力降至1010kPa，经换热器2换热至气体30oC，后进入气体增湿器3，气体为水汽所饱和，原料气流量100m3/h(干基)。增湿后的气体经一级管道过滤器4、二级精密过滤器5、三级精密过滤器6过滤除去液体水，经预热器加热7和流量调节阀8控制压力和流量后，进入膜分离器9。膜组件采用含有-NH2的聚乙烯胺-聚醚砜卷式复合膜，膜面积为20m2，CO2的渗透系数为0.03m3/(m2·h·kPa)，CO2/H2、CO2/CO、CO2/N2、CO2/CH4分离因子分别为20、30、40、50，H2S的渗透系数为0.05m3/(m2·h·kPa)。经一级膜分离过程，截留气由流量调节阀8控制流量，截留气中CO2含量降至1.0%，H2S含量小于205mg/m3，渗透气经流量调节阀8测量装置后，排除界外进行处理。
实施例2：从CO2含量40%、H2S含量0.5%的变换气中脱除酸性气体，变换气中其他气体组成为H2含量56%，CO含量0.5%，CH4含量2%，N2含量1%。从钢瓶来的模拟变换气经减压阀1减压后压力降至1010kPa，经换热器2换热至气体20oC，后进入气体增湿器3，气体为水汽所饱和，原料气流量100m3/h(干基)。增湿后的气体经一级管道过滤器4、二级精密过滤器5、三级精密过滤器6过滤除去液体水，经预热器加热7和流量调节阀8控制压力和流量后，进入膜分离器9。膜组件采用含有-NH2和-COO-的聚乙烯胺掺杂氨基乙酸-聚砜中空纤维膜，膜面积为25m2，CO2的渗透系数为0.025m3/(m2·h·kPa)，CO2/H2、CO2/CO、CO2/N2、CO2/CH4分离因子分别为25、35、45、55，H2S的渗透系数为0.04m3/(m2·h·kPa)。经一级膜分离过程，截留气由流量调节阀8控制流量，截留气中CO2含量降至1.0%，H2S含量小于75mg/m3，渗透气经流量调节阀8测量装置后，排除界外进行处理。

Claims (10)

1.一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，其特征在于该方法包含以下处理步骤：从合成氨来含有H2S和CO2等酸性组分的高压变换气首先经减压阀把压力降至2.0MPa以下，与换热器进行换热后缓冲与增湿，使气体充分饱和水蒸气，而后经一级过滤器、二级过滤器及三级过滤器过滤后，对气体进行预热，经膜分离器分离后，截留气即为脱除了酸性气体的净化气，渗透气为包含CO-2和H2S的酸气。
2.根据权利要求1所述的一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，其特征在于针对的变换气中酸性气体CO2含量为10%~50%，H2S含量为0.01%-1%。
3.根据权利要求1所述的一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，其特征在于变换气经减压阀减压后的压力为0.1~2.0MPa。
4.根据权利要求1所述的一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，其特征在于经换热器换热后的变换气温度为20~45oC。
5.根据权利要求1所述的一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，其特征在于在减压后变换气增湿采用气体增湿器。
6.根据权利要求1所述的一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，其特征在于出增湿气后气体的相对湿度为80%~100%。
7.根据权利要求1所述的一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，其特征在于增湿器后设置有三级过滤器，第一级过滤精度为>3μm，滤除>3μm及更大的固体和液体颗粒；第二级过滤精度为0.01μm，滤油精度为0.01mg/m3；第三级过滤精度为0.01μm，滤油精度为0.001mg/m3。
8.根据权利要求1所述的一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，其特征在于预热后的气体温度为40~50oC。
9.根据权利要求1所述的一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，其特征在于膜组件中的膜材料为含有-NH2、-COOH、F-官能团中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种用于脱除变换气中酸性气体的方法，其特征在于膜组件为1~3组，级联类型为并联和/或串联。
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