CN111467914A - 一种富集混合气体中低浓度快气的工艺及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了包括以下几个系统：一级压缩系统、预处理系统、一级加热系统，一级膜分离系统、一级抽真空系统，二级压缩系统，二级加热系统，二级膜分离系统，二级抽真空系统，原料气经一级压缩机压缩后进入到气液分离器，原料气经过气液分离器除去经压缩机压缩后的液滴后，送至精密过滤装置，经过精密过滤装置除去原料气中的微小颗粒后，进入一级加热系统进行加热，加热后气体进入一级膜分离装置，产生的一级膜非渗透气直接排出，剩下的渗透气经过一级真空泵抽真空后送至缓冲罐，本发明涉及气体回收技术领域,本发明流程合理，最大程度富集原料气的低组分快气，能量消耗低、投资低，产品质量好。

Description

一种富集混合气体中低浓度快气的工艺及其设备
技术领域
本发明涉及气体回收技术领域，具体为一种富集混合气体中低浓度快气的工艺及其设备。
背景技术
膜分离系统的工作原理就是利用一种高分子聚合物(膜材料通常是聚酰亚胺或聚砜)薄膜来选择过滤进料气而达到分离的目的。当两种或两种以上的气体混合物通过聚合物薄膜时，各气体组分在聚合物中的溶解扩散系数的差异，导致其渗透通过膜壁的速率不同。由此，可将气体分为“快气”(如H2O、H2、He等)和“慢气”(如N2、CH4及其它烃类等)。当混合气体在驱动力-膜两侧相应组分分压差的作用下，渗透速率相对较快的气体优先透过膜壁而在低压渗透侧被富集，而渗透速率相对较慢的气体则在高压滞留侧被富集。
天然气中存在的氦气，氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性物资之一。含氦天然气迄今仍是工业化生产氦气的唯一来源。我国氦气资源相当贫乏，含量很低，提取难度大，成本高。
SF6气体是一种高度稳定的温室效应气体，其温室效应对大气环境的破坏程度相当于C02气体的23000倍。因此,从大气环境保护的角度出发，SF6气体非常有必要加以回收循环利用。
上述所述回收的气体在原料气中含量较低，国内外对于富集低组分气体的工艺包括冷凝法、吸附法和吸收法回收低浓度气体。其中冷凝法一般是通过多级连续冷却排放气体的方法来降低挥发性气体的温度,使之凝聚为液体加以回收，其步骤一般为预冷、机械制冷、液氮制冷等来实现，但缺点是流程复杂，能耗较大，运行成本较高。吸附法分离回收有机气体的原理比较成熟，吸附分离过程是利用混合物中各组分与吸附剂间结合力强弱的差别，即各组分在吸附剂与流体间分配不同的性质使混合物中难吸附组分分离的技术。它要选择合适的吸附剂，使其对有机气体具有很高的吸附选择性，吸附法回收率高尾气排放浓度低，但是设备比较庞大，投资比较高，工艺复杂，而且装置需要频繁切换，操作复杂，操作弹性小，需要定期更换吸附剂。吸收法是利用混合气体在溶剂中溶解度的差异，通过溶解吸收有机气体实现回收的技术，显然吸收剂性能的优劣往往成为吸收操作效果好坏的关键，由于对吸收剂的性能要求很高，因而也一定程度的限制了吸收回收技术的应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，公开了一种富集混合气体中低浓度快气的工艺及其设备。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种富集混合气体中低浓度快气的工艺，其特征在于，主要有以下步骤组成：
原料气经一级压缩机压缩后进入到气液分离器，原料气经过气液分离器除去经压缩机压缩后的液滴后，送至精密过滤装置，经过精密过滤装置除去原料气中的微小颗粒后，进入一级加热系统进行加热，加热后气体进入一级膜分离装置，产生的一级膜非渗透气直接排出，剩下的渗透气经过一级真空泵抽真空后送至缓冲罐，气体经二级压缩机压缩后送至二级加热系统，气体经过加热后进入二级膜分离器，产出的二级膜非渗透气送至气液分离器前，进行循环分离，二级膜渗透气入口接二级真空泵，二级真空泵出口富集低组分快气。
优选的，所述原料气包括含氦气的天然气、含SF6的混合气、含氯甲烷的混合气、含CO的羟基化生产乙酸尾气。
优选的，所述一级真空泵与所述二级真空泵的入口压力为-0.09~-0.08MPaG，出口压力为0.05~0.1MPaG。
优选的，所述二级膜分离器产生的非渗透气送至气液分离器前，与所述一级压缩机压缩后的原料气混合后循环进行富集快气。
一种富集混合气体中低浓度快气工艺的设备，包括依次连接的一级压缩机、气液分离器、精密过滤装置、一级膜分离器前换热器、一级膜分离器前温度变送器、一级膜分离器、一级真空泵、二级压缩机、二级膜分离器前换热器、二级膜分离器前温度变送器、二级膜分离器以及二级真空泵。
优选的，所述压缩机采用往复式压缩机、离心式压缩机、轴流式压缩机、螺杆式压缩机中的任意一种；其中所用电机采用防爆电机，所述混合气经过压缩机压力增至0.2~1.5MPa优选0.6~1.2MPa；
进一步的，上述压缩机设置一台备用。
优选的，所述气液分离器上部设置除沫网，用于捕捉原料气中的液态物质。
优选的，所述换热方式包括各种混合式、蓄热式或间壁式换热器,优选间壁式换热器,其中间壁式换热器可以是夹套式、管式、板式或各种异型传热面组成的特殊型式换热器，优选套管式换热器。冷热流体在换热器中的流动方式包括顺流、逆流、交叉流、混合流,优选逆流。换热器出口温度范围为50~80℃。
优选的，膜分离器可包括多组膜分离器，多组膜分离器采用并联的组合方式设置，所述膜分离器包括任何适用于气体分离的平板式、卷式或中空纤维式膜组件一个或多个构成的气体膜分离器;对于富集混合气体中低浓度快气的气体分离,优选中空纤维式。
优选的，所述精密过滤装置由三个不同精密过滤器串联，精度依次为1um，0.1um，0.01um，用于过滤出原料气中细小型杂质；精密过滤装置为一开一备。
优选的，所述一级膜分离器以及所述二级膜分离器的非渗透气出口上均设置有手动压力调节阀。
优选的，所述一级真空泵出口连接有缓冲罐，气体经缓冲后进入到二级压缩机入口。
本发明的有益效果是：本发明提供一种富集混合气体中低浓度快气的工艺及其装置，具备以下有益效果:
1、本发明采用使用压缩、预处理、加热等预处理装置使膜组件发挥最大效用;利用膜分离器对各种气体的选择透过性不同，通过溶解-扩散-解析等步骤，对混合气体进行分离、提纯和富集，从而达到分离的目的。
2、本发明采用膜前增压，膜后抽真空的方式增大气体分子的渗透系数，使用较少的膜面积使快气达到较高的收率和纯度，达到富集的效果。
3、本发明一种富集混合气体中低浓度快气的工艺与冷凝法相比，不需将原料气中的慢气降温液化，能耗较低，通过原料气处理量选择一级膜分离器和二级膜分离器的数量，根据处理量不同装置灵活操作。
3、本发明一种富集混合气体中低浓度快气的工艺与变压吸附项目，不会由于原料气中含有重组分导致吸附剂失活，而且快气一般为净化气，吸附过程频繁进行。采用膜装置，对原料气物料组成的波动影响较小。
4、本发明一种富集混合气体中低浓度快气的工艺与吸收法，工艺简单，不产生废液，由于富集的是低组分气体，吸收剂难均匀布置。
5、二级膜分离器的非渗透气压力与原料气经一级压缩机压缩后的压力相当，不须加压即可返回气液分离器前。
6、由于原料气中快气组分较低，所以一级真空泵和二级真空泵的处理量较小，投入设备成本较低。
7、流程合理，最大程度富集原料气的低组分快气。
8、能量消耗低、投资低，产品质量好。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
图中，10-一级压缩机，20-气液分离器，31-1um精密过滤器，32-0.1um精密过滤器，33-0.01um精密过滤器，40-一级膜分离器，41-一级膜分离器前换热器，42-一级膜分离器前温度变送器，43-一级膜分离装置非渗透气压力调节阀，44-一级真空泵，50-缓冲罐，60-二级压缩机，70-二级膜分离器，71-二级膜分离器前换热器，72-二级膜分离器前温度变送器，73-二级膜分离装置非渗透气压力调节阀，74-二级真空泵。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例：如图1所示，一种富集混合气体中低浓度快气的工艺包括一级压缩机10，预处理装置20及31，32，33，一级膜加热装置41，一级膜分离器40，一级真空泵44，缓冲罐50，二级压缩机60，二级膜加热装置71，二级膜分离器70，二级真空泵74。
原料气经过一级压缩机10压缩至0.8MPaG，一级压缩机10设置一台备用，保证装置稳定运行。压缩后的气体送至气液分离器20，用于去除原料气中的液滴，保证原料气的干燥。除液后的气体进入到1um精密过滤器31，1um精密过滤器32，0.01um精密过滤器33，精密过滤器备用一组。用以除去原料气中的微小颗粒，防止微小颗粒沉积在膜芯的中空纤维膜，影响气体渗透性。
经过0.01um精密过滤器33的原料气进入到一级膜分离器前换热器41进行加热，提高原料气的温度，可以增大气体的渗透系数，保证原料气的温度高于露点，防止膜分离过程中非渗透气重组分气体分压升高，出现液体。一级膜分离器前温度变送器42正常控制指标为60~80℃,为保证一级膜分离器40膜前后较大的压差，正常操作时，一级膜分离器非渗透气压力调节阀43控制一级膜分离器40渗透气的纯度和收率。一级膜分离器40的非渗透气经过一级膜分离器非渗透气压力调节阀43送出装置，一级膜分离器40渗透气出口与一级真空泵44入口连接。一级真空泵44的入口压力为-0.08~-0.09MPaG，一级真空泵44的出口压力为0.05~0.1MPaG。一级真空泵44设置方式为备用一台。
一级真空泵44的出口与缓冲罐50入口连接，气体经缓冲罐50缓冲后由二级压缩机60压缩至0.9MPaG，二级压缩机60设置一台备用，压缩后的气体送至二级膜分离器前换热器71进行加热，提高气体的温度，增大气体的渗透系数，保证气体的温度高于露点，防止膜分离过程中非渗透气重组分气体分压升高，出现液体。二级膜分离器前温度变送器72正常控制指标为60~80℃,为保证二级膜分离器70膜前后较大的压差，正常操作时，二级膜分离器非渗透气压力调节阀73控制二级膜分离器70渗透气的纯度和收率。二级膜分离器70的非渗透气经过二级膜分离器非渗透气压力调节阀73送至气液分离器20前，与压缩后的原料气混合后循环富集低组分快气。二级膜分离器70渗透气出口与二级真空泵74入口连接。二级真空泵74的入口压力为-0.08~-0.09MPaG，二级真空泵74的出口压力为0.05~0.1MPaG。二级真空泵74设置方式为备用一台。二级真空泵74出口为富集低分气快气的物料。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种富集混合气体中低浓度快气的工艺，其特征在于，主要有以下步骤组成：
原料气经一级压缩机压缩后进入到气液分离器，原料气经过气液分离器除去经压缩机压缩后的液滴后，送至精密过滤装置，经过精密过滤装置除去原料气中的微小颗粒后，进入一级加热系统进行加热，加热后气体进入一级膜分离装置，产生的一级膜非渗透气直接排出，剩下的渗透气经过一级真空泵抽真空后送至缓冲罐，气体经二级压缩机压缩后送至二级加热系统，气体经过加热后进入二级膜分离器，产出的二级膜非渗透气送至气液分离器前，进行循环分离，二级膜渗透气入口接二级真空泵，二级真空泵出口富集低组分快气。
2.根据权利要求1所述的一种富集混合气体中低浓度快气的工艺，其特征在于，所述原料气包括含氦气的天然气、含SF6的混合气、含氯甲烷的混合气、含CO的羟基化生产乙酸尾气。
3.根据权利要求1所述的一种富集混合气体中低浓度快气的工艺，其特征在于，所述一级真空泵与所述二级真空泵的入口压力为-0.09~-0.08MPaG，出口压力为0.05~0.1MPaG。
4.根据权利要求1所述的一种富集混合气体中低浓度快气的工艺，其特征在于，所述二级膜分离器产生的非渗透气送至气液分离器前，与所述一级压缩机压缩后的原料气混合后循环进行富集快气。
5.一种富集混合气体中低浓度快气工艺的设备，其特征在于，包括依次连接的一级压缩机、气液分离器、精密过滤装置、一级膜分离器前换热器、一级膜分离器前温度变送器、一级膜分离器、一级真空泵、二级压缩机、二级膜分离器前换热器、二级膜分离器前温度变送器、二级膜分离器以及二级真空泵。
6.根据权利要求5所述的一种富集混合气体中低浓度快气工艺的设备，其特征在于，所述压缩机采用往复式压缩机、离心式压缩机、轴流式压缩机、螺杆式压缩机中的任意一种。
7.根据权利要求5所述的一种富集混合气体中低浓度快气工艺的设备，其特征在于，所述气液分离器上部设置除沫网，用于捕捉原料气中的液态物质。
8.根据权利要求5所述的一种富集混合气体中低浓度快气工艺的设备，其特征在于，所述精密过滤装置由三个不同精密过滤器串联，精度依次为1um，0.1um，0.01um，用于过滤出原料气中细小型杂质。
9.根据权利要求5所述的一种富集混合气体中低浓度快气工艺的设备，其特征在于，所述一级膜分离器以及所述二级膜分离器的非渗透气出口上均设置有手动压力调节阀。
10.根据权利要求5所述的一种富集混合气体中低浓度快气工艺的设备，其特征在于，所述一级真空泵出口连接有缓冲罐，气体经缓冲后进入到二级压缩机入口。
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