CN106861376A - 一种制取高纯度氢气和一氧化碳的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用膜分离‑变压吸附集成技术从合成气及乙醇合成后的富一氧化碳尾气中制取高纯度氢气和一氧化碳的方法及装置。采用液相甲醇吸收乙醇合成后的富一氧化碳尾气中的二甲醚，将对膜分离设备有害的二甲醚含量降低到0.5%以下，确保了后续膜分离设备长期稳定的运行；同时有效处理了乙醇合成后的富一氧化碳尾气，使其可以循环再利用，有效的实现了节能减排的效果。采用膜分离‑变压吸附集成技术，从合成气中制取了高纯度氢气和高浓度一氧化碳，起到了降低能耗、节省空间、同时降低投资的效果。

Description

一种制取高纯度氢气和一氧化碳的方法及装置
技术领域
本发明属于合成乙醇工业领域，尤其涉及一种用膜分离-变压吸附集成技术从合成气及乙醇合成后的富一氧化碳尾气中制取高纯度氢气和一氧化碳的方法及装置。
背景技术
乙醇是一种重要的化工原料，用途很广，可用乙醇制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常用体积分数为70%~75%的乙醇作消毒剂等，在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。工业合成乙醇的主要方法有粮食发酵法、乙烯水合法、乙醛加氢法、合成气（主要是一氧化碳和氢气）的羰基合成法等。其中采用合成气羰基合成法为近年来的新型合成乙醇方法，具有原料来源广泛、合成工艺简单、生产经济效益较好等优点，得到广泛的重视。
合成气合成乙醇的主要反应为 2CO + 4H2 → CH3CH2OH + H2O , 合成条件一般为：压力5～10MPa、温度250～300℃。在合成过程中，对原料气的纯度要求十分严格，一般一氧化碳纯度要求≥95%(mol%，下同)，氢气纯度要求95%～99%。其原料可以采用合成气以及乙醇合成后的富一氧化碳尾气。传统上一般采用变压吸附技术来制取高纯度的氢气和一氧化碳，但存在着能耗高（一氧化碳需要从常压加压到合成压力），占地面积大、投资高等问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种从合成气及乙醇合成后的富一氧化碳尾气制取高纯度氢气和一氧化碳的方法及装置，既产出了高纯度的氢气和一氧化碳，又降低能耗、节省空间，同时降低了投资。
本发明的技术方案是这样实现的：一种制取高纯度氢气和一氧化碳的方法，其特征在于，合成气S-1先进行气液分离，气相经加热后进入一段膜分离器进行分离，分别得到渗透侧的富氢气体S-2和渗余侧的富一氧化碳气体S-3，富氢气体S-2再进入变压吸附装置进行分离，采出净化的氢气产品S-4，切换到低压或真空下采出解吸气S-5；
乙醇合成后的富一氧化碳尾气S-6通过液相甲醇S-7吸收掉二甲醚得到净化后的气体S-8和粗甲醇S-9，气体S-8再与上述气体S-3在第二气液分离器6中混合，得到混合气S-10，经加热进入二段膜分离设备进行分离，得到高浓度一氧化碳产品气S-11和渗透气S-12。
进一步地，进入一段膜分离器和二段膜分离器前加热温度为60～120℃。
进一步地，所述液相甲醇S-7的浓度≥99%。
另外，本发明还提供了制取高纯度氢气和一氧化碳的专用的装置，包括制取氢气系统和制取一氧化碳系统，其中制取氢气系统包括依次顺序连接的气液分离器一、加热器一、一段膜分离器和变压吸附装置，制取一氧化碳系统包括依次顺序连接的吸收塔、气液分离器二、加热器二、二段膜分离器，所述一段膜分离器的渗余侧管路连接气液分离器二。
进一步地，所述变压吸附装置中填充的吸附剂对杂质（烃类、氮气、氧气、一氧化碳、二氧化碳）具有选择性吸附能力的多孔材料。
进一步地，所述吸附剂完全解吸操作压力范围是-0.09～0.10MPag。
进一步地，所述一段膜分离器和二段膜分离器是优先透过氢气、截留杂质（烃类、氮气、氧气、一氧化碳、二氧化碳）的高分子膜组件构成。
进一步地，所述的膜组件是中空纤维结构、板框式结构或者螺旋卷式结构。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种能安全、稳定、长期、高效的从合成气及乙醇合成后的富一氧化碳尾气中制取高纯度氢气和一氧化碳的方法及装置。采用液相甲醇吸收乙醇合成后的富一氧化碳尾气中的二甲醚，将对膜分离设备有害的二甲醚含量降低到0.5%以下，确保了后续膜分离设备长期稳定的运行；同时有效处理了乙醇合成后的富一氧化碳尾气，使其可以循环再利用，有效的实现了节能减排的效果。采用膜分离-变压吸附集成技术，从合成气中制取了高纯度氢气和高浓度一氧化碳，起到了降低能耗、节省空间、同时降低投资的效果。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图中：1，气液分离器一；2，加热器一；3，一段膜分离器；4，变压吸附装置；5，吸收塔；6，气液分离器二；7，加热器二；8，二段膜分离器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解释说明。
如图1所示，从合成气及乙醇合成后的富一氧化碳尾气制取高纯度氢气和一氧化碳的装置包括：制取氢气系统和制取一氧化碳系统，其中制取氢气系统包括依次顺序连接的气液分离器一1、加热器一2、一段膜分离器3和变压吸附装置4，制取一氧化碳系统包括依次顺序连接的吸收塔5、气液分离器二6、加热器二7、二段膜分离器8，所述一段膜分离器的渗余侧管路连接气液分离器二。
为了便于理解工艺路线，制取路线上每一步的气体或者气液混合物进行了标注，具体为：
S-1：合成气；S-2：一段膜分离渗透侧富氢气；S-3：一段膜分离渗余侧富一氧化碳气；S-4：产品氢气；S-5：解吸气；S-6：乙醇合成后的富一氧化碳尾气；S-7：液相甲醇；S-8：净化后气体；S-9：粗甲醇；S-10：混合气；S-11：二段膜分离渗余侧一氧化碳产品气；S-12：二段膜分离渗透气。
其工艺步骤具体为：上游装置产出的合成气S-1（一般氢气含量40%到80%，CO含量20%～40%，温度0℃～50℃）输入到气液分离器一1中，得到的干净气体输入到加热器一2中，加热到60～120℃后输入到一段膜分离器，经膜分离后得到渗透侧的富氢气体S-2（此时氢气含量为70%～95%），以及渗余侧的富一氧化碳气体S-3（其中CO含量约在40%～70%）；富氢气体S-2穿过变压吸附设备4 的吸附塔床层形成净化气，从顶部采出氢气作为产品S-4，其氢气含量95%～99.5%；从切换到低压状态进行再生的吸附塔底部采出解吸气S-5（0.02MPag）。乙醇合成后的富一氧化碳尾气S-6（CO含量60%～90%，二甲醚含量1%～10%）从吸收塔5的底部进入，液相甲醇S-7（4.5MpaG，甲醇浓度≥99%）从吸收塔5的顶部进入，两股物流逆向接触，吸收塔5中的气相二甲醚被甲醇吸收，从吸收塔5的底部作为粗甲醇S-9输出，吸收塔顶部的气相采出物S-9（4.45MpaG，二甲醚含量<0.5%）进入气液分离器二6；同时一段膜分离渗余侧的富一氧化碳气体S-3也进入气液分离器二6。两股气体混合后得到干净的气体S-10（CO含量50%～90%，50℃左右）进入加热器二，加热到60～120℃后输入到二段膜分离器，经膜分离后在渗余侧得到一氧化碳气（CO含量≥95%），作为产品气S-11输出；在渗透侧得到二段膜分离渗透气S-12输出。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制取高纯度氢气和一氧化碳的方法，其特征在于，合成气S-1先进行气液分离，气相经加热后进入一段膜分离器进行分离，分别得到渗透侧的富氢气体S-2和渗余侧的富一氧化碳气体S-3，富氢气体S-2再进入变压吸附装置进行分离，采出净化的氢气产品S-4，切换到低压或真空下采出解吸气S-5；
乙醇合成后的富一氧化碳尾气S-6通过液相甲醇S-7吸收掉二甲醚得到净化后的气体S-8和粗甲醇S-9，气体S-8再与上述气体S-3在第二气液分离器6中混合，得到混合气S-10，经加热进入二段膜分离设备进行分离，得到高浓度一氧化碳产品气S-11和渗透气S-12。
2.根据权利要求1所述的制取高纯度氢气和一氧化碳的方法，其特征在于， 进入一段膜分离器和二段膜分离器前加热温度为60～120℃。
3.根据权利要求1所述的合成气及富一氧化碳尾气中制取高纯度氢气和一氧化碳的方法，其特征在于，所述液相甲醇S-7的浓度≥99%。
4.如权利要求1-3任一项所述的制取高纯度氢气和一氧化碳的装置，其特征在于，包括制取氢气系统和制取一氧化碳系统，其中制取氢气系统包括依次顺序连接的气液分离器一、加热器一、一段膜分离器和变压吸附装置，制取一氧化碳系统包括依次顺序连接的吸收塔、气液分离器二、加热器二、二段膜分离器，所述一段膜分离器的渗余侧管路连接气液分离器二。
5.根据权利要求1所述的合成气及富一氧化碳尾气中制取高纯度氢气和一氧化碳的方法，其特征在于，所述变压吸附装置中填充的吸附剂对杂质具有选择性吸附能力的多孔材料。
6.根据权利要求5所述的合成气及富一氧化碳尾气中制取高纯度氢气和一氧化碳的方法，其特征在于，吸附剂完全解吸操作压力范围是-0.09～0.10MPag。
7.根据权利要求1所述的合成气及富一氧化碳尾气中制取高纯度氢气和一氧化碳的方法，其特征在于，所述一段膜分离器和二段膜分离器是优先透过氢气、截留杂质的高分子膜组件构成。
8.根据权利要求7所述的合成气及富一氧化碳尾气中制取高纯度氢气和一氧化碳的方法，其特征在于，所述的膜组件是中空纤维结构、板框式结构或者螺旋卷式结构。
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