CN109423344A - 脱除合成气中二氧化碳的工艺系统 - Google Patents
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Abstract
脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，特别适用于以促进传递膜为膜材料的气体分离过程，属于膜分离技术领域。通过水洗塔将合成气与从洗涤水贮槽来的碱性溶液逆流接触，将合成气降温、增湿、除尘，并通过水洗塔顶部的除沫器除去气体带出的泡沫，出塔气体经过气液分离器、缓冲罐，进入一级膜分离器，一级膜分离器截留气为合格净化气，渗透气经压缩、换热后进入二级膜分离器循环回收合成气中有效气体成分。本发明与传统吸收法脱碳相比，具有投资成本低、占地面积小、控制方便等优点。
Description
技术领域
脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，用于以促进传递膜为膜材的膜分离工艺从合成气中脱除二氧化碳，属于膜分离脱碳工艺技术领域。
背景技术
当前，我国乃至世界都面临着严峻的能源和环境问题。为了解决石油资源的短缺和化石燃料燃烧带来的环境问题，采用H2、CH4等新型清洁能源、煤制油技术等代替传统高污染、低效率的传统能源技术受到人们广泛关注。无论是制H2过程还是在油品的合成过程中，均涉及到合成气的净化，而CO2正是合成气中的主要杂质组分。同时，CO2也是最主要的温室气体和化工原料。合成气中的CO2若不加以脱除，不仅无法满足油品合成所需的原料条件，而且燃烧排放大量的CO2，导致全球性气候变暖和资源的巨大浪费。因此，从合成气中高效地分离CO2是大规模应用清洁能源、降低温室气体排放、调整能源结构和合理利用资源的关键。
采用膜分离法脱除CO2时，与传统方法相比具有设备体积小、操作简单、环境友好等优点，既可用于大规模气体分离过程，也能用于小型分散气体分离过程，操作弹性大。在天然气净化领域，气体膜分离技术已经实现工业化应用。从合成气中捕集CO2的膜技术的研究，近年来也引起了人们的很大兴趣。然而，目前气体膜技术仅占天然气净化市场的10%，而用于合成气和烟道气中CO2分离的膜技术还未实现工业化应用，主要技术瓶颈在于高性能分离CO2膜的缺乏，即膜的透过性和选择性还不够高。
促进传递膜是一种把活性载体如CO3 2-、HCO3 -、F-、-NH2、-COO-等引入膜中，通过待分离组分与载体之间发生可逆化学反应而实现对待分离组分促进跨膜传递的膜分离材料。该类型的膜突破了传统高分子膜不能同时具有高渗透性和高选择性的Robinson上限，具有良好的应用前景。然而，该类膜材料在分离CO2时须有水的参与，目前市场上还缺乏以促进传递膜为膜分离材料的合成气脱碳工艺。
针对合成气的气源特征，以促进传递膜分离器为基础，很有必要开发一套适合于合成气脱碳的工艺处理系统。然而目前已报道的膜分离工艺无法满足促进传递膜的脱碳分离条件。本发明在于提供一种脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，以解决当前促进传递膜分离工艺无法满足合成气脱碳工艺条件的问题，进一步加快促进传递膜的工业化应用进程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，适用于以促进传递膜为膜材料的气体膜分离过程，以解决现有气体膜分离系统无法适应合成气气源条件的问题。
本发明是这样实现的：脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，该系统包含的主要设备有洗涤水贮槽、洗涤水泵、水洗塔、气液分离器、一级膜分离器、缓冲罐、渗透气压缩机、换热器、精密过滤器组、二级膜分离器；从造气塔来的合成气进入水洗塔，与来自洗涤水贮槽的水溶液逆流接触增湿后，经气液分离、缓冲脱湿后进入一级膜分离器，截留气为脱除了二氧化碳的净化气，渗透气经压缩机增压、换热、精密过滤后进入二级膜分离器，二级膜分离器的截留气去水洗塔循环，渗透气为富含二氧化碳的酸气出系统。
所述洗涤水贮槽设有pH自动控制系统，可以通过检测洗涤水pH值，控制洗涤水贮槽上的酸碱液阀门，从而实现对洗涤水贮槽中水分pH值稳定控制的目的；洗涤水贮槽中溶液的pH至控制在4~14。
所述补入洗涤水贮槽的碱液所使用的碱可以是K2CO3、NaOH、KOH、Na2CO3或其它碱中的一种或几种。
所述补入洗涤水贮槽的酸液所使用的酸可以是HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4、H3BO3或其它有机酸或无机酸中的一种或几种。
所述洗涤水泵为计量泵，可以通过调节冲程精确控制流量。
所述进入水洗塔的洗涤水管路上设有流量自动控制系统。
所述水洗塔底部设有液位自动控制系统，超出液位的水分自动排放进入水处理系统。
所述水洗塔中部设有填料层，所采用的填料可以是散装填料或规整填料。
所述水洗塔顶部设置有除沫装置，防止大液滴带出水洗塔。
所述水洗塔的作用是降低合成气温度，除去合成气中的灰尘，对合成气增湿以满足促进传递膜的分离要求。
所述水洗塔顶部出口气体管路上设有气液分离器和缓冲罐，目的是除去合成气中多余的液态水，防止过量水而导致促进传递膜中载体的流失。
所述缓冲罐出气管路至一级膜分离器管路上设有压力自动控制系统，通过调节阀门开度精确控制入膜压力。
所述一级膜分离器的截留气为脱碳至合格的合成气送界外用于合成甲醇、SNG、油品等化学品。
所述一级膜分离器的渗透气为富含CO2的酸气，还含有部分CO、H2、CH4、H2S等。
所述一级膜分离器的渗透气经压缩、换热、过滤后再次进入二级膜分离器，以回收其中的CO、H2等有效组分。
所述二级膜分离器的截留气为含有CO2、H2、CO、CH4等气体组分的混合气体，再次进入水洗塔与原料气混合增湿，以回收有效成分。
所述二级膜分离器的渗透气为富含CO2的酸气，去界外回收CO2。
所述一级膜分离器及二级膜分离器所采用的膜材料为固定载体膜或移动载体膜或二者的组合，所采用的膜组件的型式为中空纤维式或螺旋卷式或平板式或它们的组合。
所述一级膜分离器及二级膜分离器，膜材料中所含官能团是CO3 2-、HCO3 -、F-、COO-、有机胺、乙二胺、乙醇胺、PO4 3-中的一种或几种。
所述精密过滤器组为高效过滤器，残余油的量小于0.01mg/m3。
所述渗透气压缩机为一级或多级。
本发明的优点和达到的效果是：通过水洗塔将合成气降温、除尘、增湿等过程一步实现，特别适合于以促进传递膜为膜材料的气体脱碳过程，通过两级膜过程，既保证了气体的净化度又提高了有效组分的回收率，有效弥补了现有膜分离工艺无法同时使用促进传递膜进行合成气脱碳的技术问题，该工艺方法具有流程简单、集成度高、占地面积小、控制方便等优点。
附图说明
图1是实施例脱除合成气中二氧化碳的工艺系统流程简图。
图中：1—洗涤水贮槽，2—洗涤水泵， 3—水洗塔，4—气液分离器，5—缓冲罐，6—一级膜分离器，7—渗透气压缩机，8—换热器，9—精密过滤器组，10—二级膜分离器。
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：以下实施例参见附图1。
从造气装置来，部分变换后的合成气进入有机硫水解槽，经络合铁脱硫后，温度降至35~40 oC，压力为2.0~3.5MPa，经减压阀减压后压力降至0.5~1.0MPa，进入水洗塔3，在水洗塔3中与来自顶部的洗涤水逆流接触，降温、增湿、除尘，并由水洗塔顶部的除沫器除去大颗粒液滴；出水洗塔的气液混合物进入气液分离器4进行气液分离，再经缓冲罐5进一步缓冲脱湿后，经压力自动控制系统进入一级膜分离器6，截留气为净化至合格的净化气送界外用于合成甲醇、SNG、油品等化学品，渗透气为含有部分H2、CO等组分的富含CO2的酸气；为了回收一级膜分离器渗透气中的有效组分，将其依次经渗透气压缩机7、换热器8、精密过滤器组9精密过滤后，送入二级膜分离器10，二级膜分离器10的渗透气为浓度95%以上的CO2，送界外回收CO2，截留气含有H2、CO、CO2等组分，重新送入水洗塔，与原料气混合后循环回收其中的有效成分。
来自界外的脱盐水在洗涤水贮槽1中通过pH自动控制系统自动添加酸或碱液，以控制水份pH值在4~14范围，通过洗涤水泵2将洗涤水贮槽中的洗涤水打入水洗塔3顶部，与来自底部的合成气在填料层中逆流接触传质传热，多余洗涤水通过水洗塔3底部的液位自动控制系统排出界外，去水处理系统。
实施例中，控制洗涤水贮槽上的酸碱液阀门，从而实现对洗涤水贮槽中水分pH值稳定控制的目的；所使用的碱可以是K2CO3、NaOH、KOH、Na2CO3或其它碱中的一种或几种；所使用的酸可以是HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4、H3BO3或其它有机酸或无机酸中的一种或几种。
实施例中，一级膜分离器及二级膜分离器所采用的膜材料为固定载体膜或移动载体膜或二者的组合，所采用的膜组件的型式为中空纤维式或螺旋卷式或平板式或它们的组合。一级膜分离器及二级膜分离器，膜材料中所含官能团是CO3 2-、HCO3 -、F-、COO-、有机胺、乙二胺、乙醇胺、PO4 3-中的一种或几种。
实施例中精密过滤器组为高效过滤器，残余油的量小于0.01mg/m3。
实施例中渗透气压缩机为一级或多级。
Claims (10)
1.脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，其特征在于该系统包括：洗涤水贮槽、洗涤水泵、水洗塔、气液分离器、一级膜分离器、缓冲罐、渗透气压缩机、换热器、精密过滤器组、二级膜分离器；从造气塔来的合成气进入水洗塔，与来自洗涤水贮槽的水溶液逆流接触增湿后，经气液分离、缓冲脱湿后进入一级膜分离器，截留气为脱除了二氧化碳的净化气，渗透气经压缩机增压、换热、精密过滤后进入二级膜分离器，二级膜分离器的截留气去水洗塔循环，渗透气为富含二氧化碳的酸气出系统。
2.根据权利要求1所述的脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，其特征在于洗涤水贮槽上设有pH值自动控制系统，可根据洗涤水pH值变化自动添加碱液或酸液。
3.根据权利要求2所述的脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，其特征在于洗涤水贮槽中溶液的pH至控制在4~14。
4.根据权利要求1所述的脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，其特征在于进水洗塔的洗涤水输送管路上设有流量自动控制系统。
5.根据权利要求1所述的脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，其特征在于；水洗塔的底部设置有液位自动控制系统，顶部设置有除沫器。
6.根据权利要求1所述的脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，其特征在于：出缓冲罐到进入一级膜分离器的管路上设置有压力自动控制系统。
7.根据权利要求1所述的脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，其特征在于：一级及二级膜分离器采用的膜材料为固定载体膜或移动载体膜或二者的组合。
8.根据权利要求7所述的脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，其特征在于一级及二级膜分离器，膜材料中所含官能团是CO3 2-、HCO3 -、F-、COO-、有机胺、乙二胺、乙醇胺、PO4 3-中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，其特征在于精密过滤器组为高效过滤器，残余油的量小于0.01 mg/m3。
10.根据权利要求1所述的脱除合成气中二氧化碳的工艺系统，其特征在于渗透气压缩机为一级或多级。
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