CN211419568U - 一种从含co2的粗煤气中回收h2的系统 - Google Patents

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CN211419568U CN201921952354.0U CN201921952354U CN211419568U CN 211419568 U CN211419568 U CN 211419568U CN 201921952354 U CN201921952354 U CN 201921952354U CN 211419568 U CN211419568 U CN 211419568U
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季鹏飞
韩自然
王连军
魏艳娟
刘宇
孟兆伟
杜国栋
栗广勇
李恕广
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Abstract

本实用新型公开了一种从含CO2的粗煤气中回收H2的系统，包括换热器I、膜分离器I、变压吸附器、换热器Ⅱ、膜分离器Ⅱ；膜分离器I采用的分离膜的H2/CO2分离系数大于20；膜分离器I的进料口经由管路与换热器I相连，膜分离器I的渗透侧出料口经由管路与变压吸附器相连，截留侧出料口经由管路与换热器Ⅱ的进料口相连，换热器Ⅱ的出料口经由管路与膜分离器Ⅱ相连。本系统通过采用高H2/CO2选择性膜与变压吸附的组合工艺，回收H2纯度高于99.0％。同时可回收CH4、CO等作为燃料气，实现对粗煤气中有价值组分的综合利用。本系统可用于煤炭地下气化、煤加压气化、煤制合成气和炼焦的过程中得到的气化产品。

Description

一种从含CO2的粗煤气中回收H2的系统
技术领域
本实用新型涉及H2回收技术领域，具体涉及从含CO2的粗煤气中回收H2的系统。
背景技术
H2作为一种重要的工业特种气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细合成等方面有着广泛的应用。同时，H2是一种理想的清洁能源，在航空航天等领域也有着重要的应用。随着H2作为能源和化工原料的重要性不断提高，对H2的需求也将越来越大。
在煤炭的利用过程中，如煤炭地下气化、炼焦过程中都会产生含有H2的粗煤气。粗煤气的生产工艺不同，H2含量10～37％(V)不等。如GE德式古气化装置生产的粗煤气中主要含有H2、CO2、CO，以及Ar等少量组分，其中H2约占36％(V)，CO约占48％(V)，CO2约占16％(V)。碎煤加压气化工艺流程获得的粗煤气中的H2含量约为37％(V)，CO约占27％(V)，CO2约占27％(V)， CH4约占8％(V)。目前，这部分粗煤气的H2未得到有效利用，而主要用于合成氨、合成甲醇、化肥或作为燃料气等。以煤炭地下气化过程为例，在地下创造适当的工艺条件，使煤炭进行有控制的燃烧，通过煤的热解以及煤与氧气、水蒸汽发生的一系列化学反应，生成H2、CO、CH4等可燃气体的化学采煤方法。该过程得到的粗煤气的主要成分包括H2、CO2、CO、CH4、N2等，其中H2约占 10～20％(V)，CH4约占30～45％(V)，CO约占2～10％(V)，CO2约占35～45％ (V)。受限于高含量CO2，以现有技术这部分H2很难得到有效利用。
如果要从粗煤气中有效回收H2，可以采用胺吸收法或低温甲醇洗等吸收法除掉CO2，再利用变压吸附工艺回收H2。但由于粗煤气成分复杂，又含有大量的CO2，吸收法投资较大，吸收液解吸能耗大，导致该工艺操作过于复杂、投资过大，经济性差，在实际工程上很难得到应用。若要采用膜和变压吸附的组合技术，由于现有的分离膜H2/CO2选择性差(H2/CO2选择性低于10)，无法完成对H2的有效提浓，导致后续变压吸附单元负荷过大。
实用新型内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本实用新型旨在提供一种从含CO2的粗煤气中回收H2的系统。通过采用高H2/CO2选择性膜与变压吸附的组合工艺，实现对粗煤气中H2的回收。
本实用新型的技术方案如下：
一种从含CO2的粗煤气中回收H2的系统，包括换热器I、膜分离器I、变压吸附器、换热器Ⅱ、膜分离器Ⅱ；
所述膜分离器I采用的分离膜的H2/CO2分离系数大于20；
所述膜分离器I的进料口经由管路与所述换热器I相连，所述膜分离器I的渗透侧出料口经由管路与所述变压吸附器相连，所述膜分离器I的截留侧出料口经由管路与所述换热器Ⅱ的进料口相连，所述换热器Ⅱ的出料口经由管路与所述膜分离器Ⅱ相连。
优选地，所述变压吸附器包括至少两个吸附床，并且至少一个处于吸附状态，一个处于解吸状态。
优选地，所述换热器I和换热器Ⅱ选自板翅式或绕管式。
优选地，所述膜分离器I和膜分离器Ⅱ选自螺旋卷式或中空纤维式。
本实用新型的有益效果：
1、可获得高纯度(99.0％以上)的H2；
2、可同时得到含CO和CH4的燃料气。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图中，a、粗煤气管路；b、膜分离器I进料管路；c、膜分离器I渗透侧管路；d、膜分离器I截留侧管路；e、高纯H2管路；f、变压吸附解吸气管路；g、膜分离器Ⅱ进料管路；h、膜分离器Ⅱ渗透侧管路；i、膜分离器Ⅱ截留侧管路； 1、换热器I；2、膜分离器I；3、变压吸附器；4、换热器Ⅱ；5、膜分离器Ⅱ。
具体实施方式
现结合附图与实施例，对本实用新型作进一步详细描述，可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。文中所述的压力为表压，气体组成含量为体积分数。
实施例1
本实施例公开了一种从含CO2的粗煤气中回收H2的系统，如图1所示，从煤气化装置生产得到的粗煤气经过滤除尘后作为系统的原料气，经由粗煤气管路a进入换热器I 1中。换热器I 1可以采用不同的形式，旨在保证进入膜分离器I 2的气体温度保持在120～180℃。换热后的气体经由膜分离器I进料管路b 进入膜分离器I 2进行分离。在膜分离器I 2(内置高H2/CO2选择性的渗透分离膜)中，当气体经过膜组件时，H2组分优先透过膜，在膜的渗透侧富集得到富 H2的渗透物流。该物流经由膜分离器I渗透侧管路c进入变压吸附器3中进一步提纯H2，得到纯度高于99％的高纯H2物流可作为产品气，经由高纯H2管路 e输出界区，解吸后的只含有少量H2的解吸气经由变压吸附解吸气管路f输出界区。变压吸附器3至少由两个吸附床组成，一个处于吸附状态，另一个处于解吸状态。膜分离器I 2截留侧得到的贫H2的截留物流，经由膜分离器I截留侧管路d进入换热器Ⅱ4中，旨在保证进入膜分离器Ⅱ5的气体温度保持在40～80℃。换热后的气体经由膜分离器Ⅱ进料管路g进入膜分离器Ⅱ5进行分离。在膜分离器Ⅱ5(内置CO2优先渗透分离、商品化的中空纤维气体分离膜，如Permea公司的PRISM或Air Liquide公司的聚酰亚胺膜)中，当气体流经膜组件时，CO2组分优先透过膜，在膜的渗透侧富集，经由膜分离器Ⅱ渗透侧管路h输出界区；在膜的截留侧得到富集CH4、CO等的截留物流经由膜分离器Ⅱ截留侧管路i输出界区，作为燃料气使用。
其中粗煤气为褐煤等低品质煤地下气化所制，粗煤气量为20000m3/hr，压力为65barG，温度为400℃，组成如下：
组分 H<sub>2</sub> CO<sub>2</sub> CH<sub>4</sub> C<sub>2</sub>H<sub>6</sub> CO
组成(vol％) 15.0 41.0 37.0 2.0 5.0

Claims (4)

1.一种从含CO2的粗煤气中回收H2的系统，其特征在于：包括换热器I、膜分离器I、变压吸附器、换热器Ⅱ、膜分离器Ⅱ；
所述膜分离器I采用的分离膜的H2/CO2分离系数大于20；
所述膜分离器I的进料口经由管路与所述换热器I相连，所述膜分离器I的渗透侧出料口经由管路与所述变压吸附器相连，所述膜分离器I的截留侧出料口经由管路与所述换热器Ⅱ的进料口相连，所述换热器Ⅱ的出料口经由管路与所述膜分离器Ⅱ相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述变压吸附器包括至少两个吸附床，并且至少一个处于吸附状态，一个处于解吸状态。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述换热器I、换热器Ⅱ选自板翅式或绕管式。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述膜分离器I、膜分离器Ⅱ选自螺旋卷式或中空纤维式。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110921628A (zh) * 2019-11-12 2020-03-27 大连欧科膜技术工程有限公司 一种从含co2的粗煤气中回收h2的方法与系统

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CN110921628A (zh) * 2019-11-12 2020-03-27 大连欧科膜技术工程有限公司 一种从含co2的粗煤气中回收h2的方法与系统

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