本發明屬于合成乙醇工業領域，尤其涉及一種用膜分離-變壓吸附集成技術從合成氣及乙醇合成后的富一氧化碳尾氣中制取高純度氫氣和一氧化碳的方法及裝置。
背景技術：
乙醇是一種重要的化工原料，用途很廣，可用乙醇制造醋酸、飲料、香精、染料、燃料等。醫療上也常用體積分數為70%~75%的乙醇作消毒劑等，在國防工業、醫療衛生、有機合成、食品工業、工農業生產中都有廣泛的用途。工業合成乙醇的主要方法有糧食發酵法、乙烯水合法、乙醛加氫法、合成氣（主要是一氧化碳和氫氣）的羰基合成法等。其中采用合成氣羰基合成法為近年來的新型合成乙醇方法，具有原料來源廣泛、合成工藝簡單、生產經濟效益較好等優點，得到廣泛的重視。
合成氣合成乙醇的主要反應為 2CO + 4H2 → CH3CH2OH + H2O , 合成條件一般為：壓力5～10MPa、溫度250～300℃。在合成過程中，對原料氣的純度要求十分嚴格，一般一氧化碳純度要求≥95%(mol%，下同)，氫氣純度要求95%～99%。其原料可以采用合成氣以及乙醇合成后的富一氧化碳尾氣。傳統上一般采用變壓吸附技術來制取高純度的氫氣和一氧化碳，但存在著能耗高（一氧化碳需要從常壓加壓到合成壓力），占地面積大、投資高等問題。
技術實現要素：
本發明的目的在于，提供一種從合成氣及乙醇合成后的富一氧化碳尾氣制取高純度氫氣和一氧化碳的方法及裝置，既產出了高純度的氫氣和一氧化碳，又降低能耗、節省空間，同時降低了投資。
本發明的技術方案是這樣實現的：一種制取高純度氫氣和一氧化碳的方法，其特征在于，合成氣S-1先進行氣液分離，氣相經加熱后進入一段膜分離器進行分離，分別得到滲透側的富氫氣體S-2和滲余側的富一氧化碳氣體S-3，富氫氣體S-2再進入變壓吸附裝置進行分離，采出凈化的氫氣產品S-4，切換到低壓或真空下采出解吸氣S-5；
乙醇合成后的富一氧化碳尾氣S-6通過液相甲醇S-7吸收掉二甲醚得到凈化后的氣體S-8和粗甲醇S-9，氣體S-8再與上述氣體S-3在第二氣液分離器6中混合，得到混合氣S-10，經加熱進入二段膜分離設備進行分離，得到高濃度一氧化碳產品氣S-11和滲透氣S-12。
進一步地，進入一段膜分離器和二段膜分離器前加熱溫度為60～120℃。
進一步地，所述液相甲醇S-7的濃度≥99%。
另外，本發明還提供了制取高純度氫氣和一氧化碳的專用的裝置，包括制取氫氣系統和制取一氧化碳系統，其中制取氫氣系統包括依次順序連接的氣液分離器一、加熱器一、一段膜分離器和變壓吸附裝置，制取一氧化碳系統包括依次順序連接的吸收塔、氣液分離器二、加熱器二、二段膜分離器，所述一段膜分離器的滲余側管路連接氣液分離器二。
進一步地，所述變壓吸附裝置中填充的吸附劑對雜質（烴類、氮氣、氧氣、一氧化碳、二氧化碳）具有選擇性吸附能力的多孔材料。
進一步地，所述吸附劑完全解吸操作壓力范圍是-0.09～0.10MPag。
進一步地，所述一段膜分離器和二段膜分離器是優先透過氫氣、截留雜質（烴類、氮氣、氧氣、一氧化碳、二氧化碳）的高分子膜組件構成。
進一步地，所述的膜組件是中空纖維結構、板框式結構或者螺旋卷式結構。
本發明的有益效果為：本發明提供了一種能安全、穩定、長期、高效的從合成氣及乙醇合成后的富一氧化碳尾氣中制取高純度氫氣和一氧化碳的方法及裝置。采用液相甲醇吸收乙醇合成后的富一氧化碳尾氣中的二甲醚，將對膜分離設備有害的二甲醚含量降低到0.5%以下，確保了后續膜分離設備長期穩定的運行；同時有效處理了乙醇合成后的富一氧化碳尾氣，使其可以循環再利用，有效的實現了節能減排的效果。采用膜分離-變壓吸附集成技術，從合成氣中制取了高純度氫氣和高濃度一氧化碳，起到了降低能耗、節省空間、同時降低投資的效果。
附圖說明
圖1是本發明裝置的結構示意圖。
圖中：1，氣液分離器一；2，加熱器一；3，一段膜分離器；4，變壓吸附裝置；5，吸收塔；6，氣液分離器二；7，加熱器二；8，二段膜分離器。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步解釋說明。
如圖1所示，從合成氣及乙醇合成后的富一氧化碳尾氣制取高純度氫氣和一氧化碳的裝置包括：制取氫氣系統和制取一氧化碳系統，其中制取氫氣系統包括依次順序連接的氣液分離器一1、加熱器一2、一段膜分離器3和變壓吸附裝置4，制取一氧化碳系統包括依次順序連接的吸收塔5、氣液分離器二6、加熱器二7、二段膜分離器8，所述一段膜分離器的滲余側管路連接氣液分離器二。
為了便于理解工藝路線，制取路線上每一步的氣體或者氣液混合物進行了標注，具體為：
S-1：合成氣；S-2：一段膜分離滲透側富氫氣；S-3：一段膜分離滲余側富一氧化碳氣；S-4：產品氫氣；S-5：解吸氣；S-6：乙醇合成后的富一氧化碳尾氣；S-7：液相甲醇；S-8：凈化后氣體；S-9：粗甲醇；S-10：混合氣；S-11：二段膜分離滲余側一氧化碳產品氣；S-12：二段膜分離滲透氣。
其工藝步驟具體為：上游裝置產出的合成氣S-1（一般氫氣含量40%到80%，CO含量20%～40%，溫度0℃～50℃）輸入到氣液分離器一1中，得到的干凈氣體輸入到加熱器一2中，加熱到60～120℃后輸入到一段膜分離器，經膜分離后得到滲透側的富氫氣體S-2（此時氫氣含量為70%～95%），以及滲余側的富一氧化碳氣體S-3（其中CO含量約在40%～70%）；富氫氣體S-2穿過變壓吸附設備4 的吸附塔床層形成凈化氣，從頂部采出氫氣作為產品S-4，其氫氣含量95%～99.5%；從切換到低壓狀態進行再生的吸附塔底部采出解吸氣S-5（0.02MPag）。乙醇合成后的富一氧化碳尾氣S-6（CO含量60%～90%，二甲醚含量1%～10%）從吸收塔5的底部進入，液相甲醇S-7（4.5MpaG，甲醇濃度≥99%）從吸收塔5的頂部進入，兩股物流逆向接觸，吸收塔5中的氣相二甲醚被甲醇吸收，從吸收塔5的底部作為粗甲醇S-9輸出，吸收塔頂部的氣相采出物S-9（4.45MpaG，二甲醚含量<0.5%）進入氣液分離器二6；同時一段膜分離滲余側的富一氧化碳氣體S-3也進入氣液分離器二6。兩股氣體混合后得到干凈的氣體S-10（CO含量50%～90%，50℃左右）進入加熱器二，加熱到60～120℃后輸入到二段膜分離器，經膜分離后在滲余側得到一氧化碳氣（CO含量≥95%），作為產品氣S-11輸出；在滲透側得到二段膜分離滲透氣S-12輸出。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。