CN109718632A - 一种收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法，包括粗脱除和精脱除过程，先采用变温吸附或变压吸附处理粗脱除去除驰放气中80％以上的杂质气体，然后再采用变温吸附或变压吸附处理精脱除去除剩余的杂质气体，得到氢气和一氧化碳的混合气体。本发明采用变压吸附分离技术与变温吸附技术的组合在回收工业合成驰放气中的氢气和一氧化碳,具有能耗低、低投资、氢气、一氧化碳浓度、收率皆高的新要求。
Description
技术领域
本发明涉及混合气中脱除二甲醚、乙酸甲酯及其它微量工业气体的方法，其主要针对于乙醇生产、乙二醇、醋酸、二甲醚生产过程中合成反应生成的驰放气。
背景技术
煤制合成气、冶金的高炉气、转炉气均含有氢气、一氧化碳等高品位气体资源，该资源在化工领域中，经过羰基化反应，可以合成醇类、酸类等高附加值有机化工原料。这些合成反应后，都要形成合成驰放气，合成驰放气中大部分为一氧化碳、氢气的有效气体。一氧化碳、氢气的有效地回收是降低原料消耗的有效手段。这部分有效气体的回收技术有深冷分离技术、干法吸附分离技术、湿法吸收技术等。
发明内容
本发明提供了一种乙醇生产、乙二醇、醋酸、二甲醚等生产过程中形成的驰放气中脱除二甲醚、乙酸甲酯、甲醇、氨气、CNC等杂质气体的方法，目的在于进一步纯化驰放气中氢气和一氧化碳，从而回收氢气和一氧化碳再利用。
为实现本发明目的，采用的技术方案为：
一种收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法，包括粗脱除和精脱除过程，先采用变温吸附或变压吸附处理粗脱除去驰放气中杂质气体摩尔比总量的80％以上的杂质气体，然后再采用变温吸附或变压吸附处理精脱除去除剩余的杂质气体，得氢气和一氧化碳的混合气体。
本发明一具体实施例中，驰放气中二甲醚体积含量在0～12％内、乙酸甲酯体积含量在0～3％内、其它杂质气体体积含量在0～3％内效果最佳。
研究发现，根据气体压力不同，对气体的吸附分离的工况也不同，具体分为气体压力在4MPa以下、2MPa以下以及两者之间三种工况，处于临界值2MPa、4MPa的时候可根据实际生产情况任一选择下述三种工况中的一种。
工况1：气体压力在4MPa以上时，杂质气体分压较高，吸附剂的吸附量也大，对应的降压解吸量也增加，故在4MPa以上时，粗脱段和精脱段均采用变压吸附的方式就能够满足指标要求。
操作技术过程：吸附压力为原料气压力，待出口达到吸附饱和态后，进入再生工况，开始均压降、均压次数不小于3次，目的是回收吸附塔内的氢气、一氧化碳气体，均压完成后，进入逆放阶段，将吸附在吸附剂中的杂质通过降压解吸的原理排出系统，去燃气管网或进入回收单元，逆放到常压后，吸附剂再生完全，进入下一个均压升工序，经过3次以上的均压升后，回收了氢气、一氧化碳有效气体，最后采用产品气对吸附床层升压到吸附压力，待另一个吸附塔吸附饱和后，此塔进入吸附状态，这样完成一个循环操作，其他吸附塔均按此步序操作。
工况2：气体压力在2-4MPa范围时，杂质气体分压变小，吸附剂的吸附量也相应变小，对应的降压解吸量也减少，故在2-4MPa范围压力时，粗脱段采用变压吸附或变温吸附工艺吸附剂才能够再生完全，精脱段均采用变温吸附工艺方式吸附剂才能够再生完全，满足指标要求。
具体根据以下情况来确定采用何种吸附方式：
原料气中乙酸甲酯体积含量在1.5～3％范围内时，粗脱段采用变温吸附方式脱除乙酸甲酯后进入精脱除段将其它杂质脱除，为减少气体损失，粗脱段均压次数不小于两次，精脱段均压次数不小于3次。
原料气中乙酸甲酯体积含量在0～1.5％范围内时，粗脱段采用变压吸附方式脱除乙酸甲酯后进入精脱除段将其它杂质脱除，为减少气体损失，粗脱段均压次数不小于两次，精脱段均压次数不小于3次。
操作技术过程：吸附压力为原料气压力，待出口达到吸附饱和态后，进入再生工况，开始均压降、均压次数不小于3次，目的是回收吸附塔内的氢气、一氧化碳气体，均压完成后，进入逆放阶段，将吸附在吸附剂中的杂质通过降压解吸的原理排出系统，去燃气管网或进入回收单元，逆放到常压后，如若原料气杂质含量偏高，吸附剂吸附时间较短就达到饱和状态，需采用150℃的氮气从吸附塔上部进入吸附塔，对吸附床层进行吹扫，吹扫30-120分钟后，吸附剂再生完全，进入下一个均压升工序，经过3次以上的均压升后，回收了氢气、一氧化碳有效气体，最后采用产品气对吸附床层升压到吸附压力，待另一个吸附塔吸附饱和后，此塔进入吸附状态，这样完成一个循环操作，其他吸附塔均按此步序操作。
工况3：气体压力在2MPa以下时，杂质气体分压变很小，吸附剂的吸附量也相应小，对应的降压解吸量也较少，故在压力在2MPa以下时，粗脱段采用变温吸附工艺，吸附剂才能够再生完全，精脱段均采用变温吸附工艺方式，吸附剂才能够再生完全，系统满足指标要求。
变温吸附借鉴采用现有公开的技术。
本发明一具体实施例中，粗脱除过程除去的杂质气体包括二甲醚、乙酸甲酯、甲醇、氨气、CNC，其中二甲醚的脱除率为80-90％，乙酸甲酯脱除率不低于95％，甲醇、氨气和CNC脱除率分别不低于97％。研究发现，粗脱段达到上述的脱除率后，精脱段才能更好实现脱除剩余的杂质气体，从而满足技术指标的要求。
常用的吸附剂有硅胶、活性碳、分子筛，对于本发明描述的气体经过多次试验，发现分子筛吸附了本技术描述气体后，降压再生和加热再生都不能够达到好的效果，吸附性能下降较快，我们选择改性硅胶和改性活性碳作为吸附载体。
本发明有益效果：
一、本发明采用变压吸附分离技术与变温吸附技术的组合在回收工业合成驰放气中的氢气和一氧化碳,在最终得到的混合其中二甲醚、乙酸甲酯含量均低于200ppm，而其它杂质气体含量低满足后续工段的需求，氢气、一氧化碳浓度、收率皆高的新要求。
二、对于本技术原料气的组分，传统的气体净化方式是深冷方式，深冷方式需要将所有原料气冷却到杂质气体的液化点以下，为了方式冷却后的管道堵塞，预处理要求也较高，大幅度增加了能耗，本发明方法具有能耗低、低投资的特点。
附图说明
图1为本发明工艺图。
图中，1为冷却器；2为气液分离器；3为净化器。驰放气从图中冷却器左端入口进入。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
1、原料气条件
原料气为乙醇合成装置产生的富CO尾气，经压缩后进入由变压吸附粗脱段与变压吸附精脱段技术组成回收流程成套设备。经过此成套分离设备分离后得到符合要求的一氧化碳、氢气混合气。
进本装置的原料气分为两部分，规格分别如下：
(1)、原料气规格
气体流量为:1740-3000NM3/h
2、工艺实施要点
本流程运用条件是：原料气压力较高大于4.2MPa。
由于乙酸甲酯的含量过高后，进入变压吸附精脱段后会严重影响吸附剂吸收二甲醚的效果，本工艺实施的关键是在此压力条件下采用变压吸附将原料气中95％乙酸甲酯脱除。以保证变压吸附精脱段吸附剂吸附性能不受乙酸甲酯含量的影响。
吸附压力为原料气压力，待出口达到吸附饱和态后，进入再生工况，开始均压降、均压次数不小于3次，目的是回收吸附塔内的氢气、一氧化碳气体，均压完成后，进入逆放阶段，将吸附在吸附剂中的杂质通过降压解吸的原理排出系统，去燃气管网或进入回收单元，逆放到常压后，吸附剂再生完全，进入下一个均压升工序，经过3次以上的均压升后，回收了氢气、一氧化碳有效气体，最后采用产品气对吸附床层升压到吸附压力，待另一个吸附塔吸附饱和后，此塔进入吸附状态，这样完成一个循环操作，其他吸附塔均按此步序操作。
变压吸附粗脱段另一个目的是将原料气中有害杂质气进行脱除，其主要成分为CH3OH、NH3、CNC、DME等，减少其对变温吸附剂的危害。这样可以保证变温吸附段长期稳定的运行。
变压吸附精脱段的解吸气作为变压吸附粗脱段段的吹扫气和升压气体，减少整个装置的有效气体损失。变压吸附的解吸气杂质气体含量低可以作为粗脱段的吹扫气和升压气体。杂质气体在粗段到精脱段的过程是逐渐降低的过程，可以用杂质含量低的气体来对前面的工艺过程升压。
3、工艺实施效果
经过该成套设备生产出合格的产品气，产品气分别为一氧化碳和氢气，用于乙醇合成装置，其规格如下：
| 序号 | 产品气名称 | 收率 |
| 1 | 一氧化碳 | 90～98％ |
| 2 | 氢气 | 90～98％ |
实施例2
1、原料气条件
原料气为乙醇合成装置产生的富CO尾气，经压缩后进入由变压吸附粗脱段与变温吸附精脱段组成回收流程成套设备。经过此成套分离设备分离后得到符合要求的一氧化碳、氢气混合气。
进本装置的原料气分为两部分，规格分别如下：
(1)、原料气规格
气体流量为:1740-3000NM3/h
2、工艺实施要点
本流程运用条件是：原料气压力较高大于2.0MPa以上时，根据需要脱除气体的含量大小确定流程配置。
吸附压力为原料气压力，待出口达到吸附饱和态后，进入再生工况，开始均压降、均压次数不小于3次，目的是回收吸附塔内的氢气、一氧化碳气体，均压完成后，进入逆放阶段，将吸附在吸附剂中的杂质通过降压解吸的原理排出系统，去燃气管网或进入回收单元，逆放到常压后，如若原料气杂质含量偏高，吸附剂吸附时间较短就达到饱和状态，需采用150℃的氮气从吸附塔上部进入吸附塔，对吸附床层进行吹扫，吹扫30-120分钟后，吸附剂再生完全，进入下一个均压升工序，经过3次以上的均压升后，回收了氢气、一氧化碳有效气体，最后采用产品气对吸附床层升压到吸附压力，待另一个吸附塔吸附饱和后，此塔进入吸附状态，这样完成一个循环操作，其他吸附塔均按此步序操作。
变温吸附借鉴采用现有公开的技术。
本工艺实施的关键是在此压力条件下采用变压吸附将原料气中95％乙酸甲酯脱除。以保证变温吸附段吸附剂吸附性能不受乙酸甲酯含量的影响。
变压吸附段另一个目的是将原料气中有害杂质气进行脱除，其主要成分为CH3OH、NH3、CNC、DME等，减少其对变温吸附剂的危害。这样可以保证变温吸附段长期稳定的运行。
变温吸附精脱段的解吸气作为变压吸附粗脱段段的吹扫气和升压气体，减少整个装置的有效气体损失。
3、工艺实施效果
经过该成套设备生产出合格的产品气，产品气分别为一氧化碳和氢气，用于乙醇合成装置，其规格如下：
| 序号 | 产品气名称 | 收率 |
| 1 | 一氧化碳 | 90～98％ |
| 2 | 氢气 | 90～98％ |
实施例3
1、原料气条件
原料气为乙醇合成装置产生的富CO尾气，经压缩后进入由变温吸附粗脱段与变温吸附精脱段组成回收流程成套设备。经过此成套分离设备分离后得到符合要求的一氧化碳、氢气混合气。
进本装置的原料气分为两部分，规格分别如下：
(1)、原料气规格
气体流量为:1740-3000NM3/h
2、工艺实施要点
本流程运用条件是：原料气压力小于2.0MPa时，采用两段变温吸附脱除流程，达到回收有效气体的目的。
本工艺实施的关键是在此压力条件下采用变压吸附将原料气中95％乙酸甲酯脱除。以保证变温吸附段吸附剂吸附性能不受乙酸甲酯含量的影响。
变温吸附粗脱段另一个目的是将原料气中有害杂质气进行脱除，其主要成分为CH3OH、NH3、CNC、DME等，减少其对变温吸附剂的危害。这样可以保证变温吸附段长期稳定的运行。
变温吸附精脱段的解吸气作为变温吸附粗脱段段的吹扫气和升压气体，减少整个装置的有效气体损失。
3、工艺实施效果
经过该成套设备生产出合格的产品气，产品气分别为一氧化碳和氢气，用于乙醇合成装置，其规格如下：
| 序号 | 产品气名称 | 收率 |
| 1 | 一氧化碳 | 90～98％ |
| 2 | 氢气 | 90～98％ |
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：包括粗脱除和精脱除过程，先采用变温吸附或变压吸附处理粗脱除去除驰放气中80％以上的杂质气体，然后再采用变温吸附或变压吸附处理精脱除去除剩余的杂质气体，得到氢气和一氧化碳的混合气体。
2.根据权利要求1所述收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：所述驰放气中二甲醚体积含量在0～12％、乙酸甲酯体积含量在0～3％、其它杂质气体体积含量在0～3％。
3.根据权利要求1所述收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：驰放气压力为4.0MPa以上时，粗脱除和精脱除过程均采用变压吸附处理除杂质气体。
4.根据权利要求3所述收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：所述变压吸附处理中吸附压力为原料气压力，待出口达到吸附饱和态后，进入再生工况，开始均压降、均压次数3次以上，均压完成后，进入逆放阶段，将吸附在吸附剂中的杂质通过降压解吸排出，逆放到常压后，吸附剂再生完全，进入下一个均压升工序，经过3次以上的均压升后，回收了氢气、一氧化碳有效气体。
5.根据权利要求1所述收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：驰放气压力高于2-4MPa时，粗脱除过程采用变压吸附或变温吸附处理除杂质气体，精脱除过程采用变温吸附处理除杂质气体。
6.根据权利要求5所述收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：原料气中乙酸甲酯体积含量在1.5～3％范围内时，粗脱段采用变温吸附方式脱除乙酸甲酯后进入精脱除段将其它杂质脱除。
7.根据权利要求5所述收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：原料气中乙酸甲酯体积含量在0～1.5％范围内时，粗脱段采用变压吸附方式脱除乙酸甲酯后进入精脱除段将其它杂质脱除。
8.根据权利要求5所述收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：粗脱段均压次数不小于两次，精脱段均压次数不小于3次。
9.根据权利要求1所述收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：驰放气压力小于2MPa时，粗脱除过程采用变温吸附处理除杂质气体，精脱除过程采用变温吸附处理除杂质气体。
10.根据权利要求1所述收集合成驰放气中氢气和一氧化碳的方法，其特征在于：粗脱除过程除去的杂质气体包括二甲醚、乙酸甲酯、甲醇、氨气、CNC，其中二甲醚的脱除量为80-90％，乙酸甲酯脱除量不低于95％，甲醇、氨气和CNC脱除量分别不低于97％。
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