一種甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的處理工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的處理工藝，甲醇合成弛放氣首先經過第一段膜分離處理，從大量的弛放氣中制備氫氣量足夠的滲透氣進入PSA，第一段膜分離滲透氣經進一步提純得到高純度的氫氣；剩余的大部分弛放氣作為非滲透氣繼續進入第二段膜分離，滲透氣作為富氫氣返回合成單元，循環利用；第二段膜分離非滲透氣以及PSA的解吸氣作為燃料氣送出界區。本發明創新性的將PSA與兩段膜分離進行有機組合，以更加合理、經濟的方式，實現回收甲醇合成弛放氣的同時，又制備了一定量的高純度氫氣；尤其適用于對回收大規模煤化工裝置甲醇合成弛放氣并同時制備少量高純度氫氣的情況。
【專利說明】—種甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的處理工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬于煤化工【技術領域】，特別是涉及一種甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的處理工藝。
【背景技術】
[0002]在煤化工項目的甲醇合成裝置中，為了防止惰性氣體的累積，通常會在反應器后弛放一少部分循環氣。這部分氣體，由于氫氣含量較高，若直接燃燒將會造成有用氣體的嚴重浪費。為此，目前甲醇合成裝置的常規做法是采用投資較低的膜分離技術，利用氣體分子在膜中的滲透差異，過濾掉弛放氣中大分子組分，將弛放氣中氫氣提濃，返回甲醇合成裝置，循環利用，殘余的非滲透氣則作為燃料氣送出界區(或者進一步處理)。如專利10185209B中公開的一種整合膜分離、變換、脫碳技術，已達到最大程度的回收甲醇合成弛放氣中的有效組分的方法。弛放氣經膜分離處理后，滲透氣返回甲醇合成；非滲透氣沒有作為燃料氣使用，而是進一步通過變換處理，將非滲透氣中的CO轉化為H2，并經脫碳，最后采用膜分離將脫碳氣提濃后，返回甲醇合成。
[0003]隨著現代煤化工項目的超大型化，甲醇合成裝置的規模也日趨增大，相應的弛放氣的氣量也逐漸增大。同時，隨著煤化工產品由甲醇向烯烴的進一步延伸，全廠統籌的設計理念日趨徹底，氫濃度較高的甲醇合成弛放氣在實現回收的同時，也有了新的用途:為下游烯烴以及聚合裝置制備一定量的高純度的氫氣。目前報道的由合成弛放氣制備氫氣的方法，均是用于將甲醇合成弛放氣全部制備氫氣，既僅用一段膜分離串接PSA的方式，而對于在甲醇合成弛放氣回收的同時并部分制備氫氣產品的處理工藝尚無報道。如專利102191086A公開的煤制合成氣聯產一氧化碳、甲醇、氫氣、精制合成氣的集成裝置和方法中，甲醇合成的弛放氣經膜分離提濃氫氣濃度后，全部進入PSA提純，制備99.9%的高純度氫氣或者與別的氫氣進行調配。在其方法中并沒有述及如何實現甲醇合成弛放氣回收的同時并部分制備氫氣產品。即使采取這種僅一段膜分離與PSA串接的傳統做法，去實現甲醇合成弛放氣回收的同時并部分`制備氫氣產品的功能，也顯得缺點較多，投資和能耗均較高，理由如下:
[0004]膜分離滲透氣回路串接PSA (參見附圖1)，如專利102191086A提及的膜分離串接PSA工藝。對于甲醇合成弛放氣回收的同時部分制備氫氣產品的情況，滲透氣僅部分進入PSA,剩余部分返回甲醇合成。由于滲透氣中氫氣濃度較高，此種情況PSA裝置的規模較合理；但為了保證滲透側的壓力能夠滿足PSA制備較高壓力氫氣產品的要求，膜分離兩側的壓降必須控制在較低水平，在保證氫回收率理想的前提下，所需膜的數量增大，膜分離系統的投資增聞。
[0005]對于膜分離非滲透氣回路串接PSA (參見附圖2)，此時膜分離不受氫氣產品所需壓力的限制，規模比較合理；但由于進入PSA的為非滲透氣，氫氣濃度很低，PSA需要處理的氣量大，PSA的規模較大，投資較高；同時，為達到理想的氫回收率，解吸壓力較低，解吸氣量大，需要配備壓縮機進行壓縮，方能滿足燃料氣管網的壓力要求。
【發明內容】
[0006]為實現甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的目的，克服傳統工藝的缺陷，本發明提出一種甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的處理工藝。通過創新性的將PSA與兩段膜分離進行有機組合，通過合理設計，有效地將兩系統控制在了合理規模，以更加合理、經濟的方式，實現回收甲醇合成弛放氣的同時，又制備了一定量的高純度氫氣；尤其適用于對回收大規模煤化工裝置甲醇合成弛放氣并同時制備少量高純度氫氣的情況，整個處理裝置的投資和運行費用均較低。
[0007]本發明的技術方案如下:
[0008]一種甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的處理工藝是以兩段膜分離和變壓吸附(PSA)相結合，實現甲醇合成弛放氣回收的同時并部分制備氫氣產品，具體流程如下:
[0009]來自甲醇合成的弛放氣首先全部進入第一段膜分離，根據目標氫氣產品量制備適量的滲透氣，此時大部分弛放氣仍在非滲透氣中；
[0010]第一段膜分離的滲透氣進入PSA裝置，制備純度較高且壓力與滲透氣接近的氫氣產品(氫氣的濃度~99.9%或者更高)；解吸氣作為燃料氣送出界區；
[0011]第一段膜分離的非滲透氣繼續進入第二段膜分離，經提濃后的滲透氣(氫氣的濃度~85%)返回上游甲醇合成單元，回收利用其中的有效氣；第二段膜分離滲透氣經減壓后，作為燃料氣送出界區。
[0012]上述工藝中，甲 醇合成弛放氣僅部分用于制備氫氣產品，目標氫氣產品量僅占甲醇合成弛放氣中氫氣總量的一部分，約為1/7~1/10或者更小比例；
[0013]上述工藝中，在第一段膜分離處理時，由于從較大量的弛放氣中僅制備所需的較少量滲透氣，該過程對第一段膜分離的要求比較低，僅需少數I~5張膜(視氣量定)，即可制備氫氣濃度較高(~90%)的滲透氣。同時，由于此步驟對氫氣的回收率要求不高，因此一段膜分離的膜兩側在經濟合理的情況下，比較容易維持較低的壓降，保證了進入下游PSA裝置的滲透氣具有較高的壓力，能夠制備壓力較高的高純度氫氣產品。
[0014]上述工藝中，第二段膜分離需要盡量回收氫氣，第二段膜需5~20張膜(視氣量定)；由于第一段膜分離僅從弛放氣中分離出少量氫氣，因此進入第二段膜分離的非滲透氣中的氫氣濃度仍然處于較高水平；同時，由于非滲透氣仍具有與弛放氣相近水平的較高壓力，因此，相對于傳統處理方案，本發明中對二段膜分離要求并沒有明顯的增高。
[0015]上述工藝中，解吸氣通過簡單壓縮或者不壓縮即可作為燃料氣送出界區；由于第一段膜分離滲透氣中的氫氣濃度較高，因此對下游串接的PSA裝置的要求較低，PSA裝置的規模較小，相對于傳統處理工藝，大大節省投資。同時，由于原料氣中氫氣濃度較高，因此在制備產品氫氣時，變壓吸附的解吸過程可以在較高壓力下操作，使得解吸氣具有較高的解吸壓力，因此，僅需少許增壓或者直接排出即可滿足項目中燃料氣壓力的要求。
[0016]本發明所具有的有益效果:
[0017]本發明充分利用膜分離和PSA的技術特點，通過創新的兩段膜分離與PSA組合，實現甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的目的，有效解決了傳統工藝在此領域應用時存在的問題，大大降低了裝置的投資和運行費用，使得工藝技術更加經濟合理，基于以上技術特點，本發明的優點可以總結如下:
[0018]1、弛放氣經一段膜分離，壓降較低，保證了最終氫氣產品具有較高的壓力，
[0019]增大了氫氣產品的適用范圍；
[0020]2、對膜系統的要求沒有增高，保證了整個處理工藝具有較低的投資，具有較好的經濟效益；
[0021]3、進PSA裝置的原料氣氫氣濃度較高，PSA裝置可以根據目標氫氣產品量身訂做，裝置規模較小，投資較低；
[0022]4、進PSA裝置的原料氣氫氣濃度較高，PSA解吸過程可以維持較高壓力，解吸氣壓力高，所需解吸氣壓縮機較小，運行費用較低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為傳統PSA串接在膜分離滲透氣回路工藝流程示意圖。
[0024]圖2為傳統PSA串接在膜分離非滲透氣回路工藝流程示意圖。
[0025]圖3為本發明工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但不限制本發明。
[0027]為使本發明實`現的技術手段、創作特征以及功效易于理解，下面通過應用實例并結合附圖對本發明的內容給予進一步的說明。
[0028]以下實例以某煤制烯烴合成工程塑料項目為例，甲醇裝置的規模約為150萬噸/年甲醇，甲醇合成弛放氣(6.52MPaG，H2~68.2%)量約為24700Nm3/h，下游需要氫氣量為3IOONmVh (壓力 4.0MPaG，H2 ~99.9%)。
[0029]工藝流程說明如下:
[0030]甲醇合成弛放氣首先進入第一段膜分離，制得3690Nm3/h (4.4MPaG，H2~91.3%)的滲透氣，送入PSA裝置，剩余的非滲透氣21010Nm3/h (6.42MPaG，H2~63.8%)進入第二段膜分離。
[0031]第一段膜分離滲透氣經PSA裝置提純，制得所需的產品氫氣3101.68Nm3/h (壓力
4.0MPaG，H2~99.9%)。解吸氣588.32Nm3/h (~0.5MPaG)直接作為燃料氣送出界區。
[0032]第一段膜分離非滲透氣進入第二段膜分離，制得10736Nm3/h(3.37MPaG，H2~90%)的滲透氣返回甲醇合成裝置，回收利用其中的氫氣；非滲透氣10273Nm3/h，經減壓后，作為燃料氣送出界區。
[0033]在該項目實施過程中，本發明工藝與傳統的處理工藝的經濟性對比見下表:
[0034]
【權利要求】
1.一種甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的處理工藝，其特征在于:該工藝是以兩段膜分離和變壓吸附(PSA)相組合，實現回收甲醇合成弛放氣的同時，并部分制備高純度氫氣，尤其適用于對回收大規模煤化工裝置甲醇合成弛放氣并同時制備少量高純度氫氣的情況，具體流程如下:
來自甲醇合成的弛放氣首先進入第一段膜分離，第一段膜分離的滲透氣進入PSA裝置制備高純度的氫氣；第一段膜分離的非滲透氣進入第二段膜分離，得到滲透氣富氫氣返回甲醇合成單元循環；非滲透氣及PSA解析氣送出界區作燃料氣或者進一步處理。
2.根據權利要求1所述的一種甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的處理工藝，其特征在于:甲醇合成弛放氣僅部分用于制備氫氣產品。
3.根據權利要求1所述的一種甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的處理工藝，其特征在于:第一段膜分離首先處理弛放氣，根據目標氫氣量制備一定量的滲透氣，大部分弛放氣仍在非滲透氣中。
4.根據權利要求1或3所述的一種甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的處理工藝，其特征在于:第一段膜需I~5張膜。
5.根據權利要求1所述的一種甲醇合成弛放氣回收并部分制備氫氣產品的處理工藝，其特征在于:第二段膜分離需要盡量回收第一段膜分離非滲透氣中的氫氣，第二段膜需5~20張膜。
6.根據權利要求1所述的甲醇合成弛放氣制備少量氫氣產品的處理工藝，其特征在于:所述解吸氣通過簡單壓縮或者不壓縮即可作為燃料氣送出界區。
【文檔編號】C01B3/56GK103496667SQ201310491249
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】賈光偉, 穆鈺君, 李志娟, 王文賓, 戶秋義 申請人:中國天辰工程有限公司, 天津天辰綠色能源工程技術研發有限公司