[发明专利]低体积分数含氢排放尾气的回收系统及回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油化工领域，特别是涉及低体积分数含氢排放尾气的回收系统及回收方法。

背景技术

氢气是石油化工企业极其重要的资源，是合成氨工艺的必须原料。随着能源化工的发展，制氢成本大幅上涨，导致合成氨的加工成本居高不下；另一方面，在合成氨的工艺生产过程中，装置为了平衡生产，要产生一定量的尾气排放，其中含有20%~40%的氢气，有的利用其中可燃的热值作为燃料气使用，用于火炬拌烧、物料加热，但是这种方式氢气利用率不高，且不符合清洁化工生产的要求和发展。因此，采用氢气回收技术对其中的氢气有效回收，可有效降低物耗，节约能源，减少碳排放，提高企业经济和社会效益。

氢气回收技术主要有变温吸附、变压吸附、深冷分离和膜分离。

变温吸附是利用吸附剂的平衡吸附量随温度变化而变化的特性，采用常温吸附、升温吸附的操作方法。但是该方法能耗高，吸附剂寿命短，且对于极性杂质含量较高的低体积分数含氢气体的回收作用较弱。

变压吸附是最早应用于纯化氢气，利用压力变化实现气体组分选择性吸附分离的方法。该方法对原料组成无要求，净化后的氢气体积分数较高，操作压降也较小，但是氢气的利用率不高。

深冷分离是利用相对挥发度的差异，通过气体膨胀制冷、精馏实现氢气提浓的方法。该方法对原料氢的组成要求严，工艺流程较复杂，分离条件苛刻，一般不单独使用。

膜分离是利用氢气与杂质在压力作用下通过渗透膜的不同传递速率，使高渗透性的氢富集于膜的渗透侧，低渗透性的杂质富集于非渗透侧以提浓氢气体积分数的方法。该方法操作方便，装置占地面积小，但是对原料氢的组成要求较严。

粉煤气化制氨（氢）工艺过程中产生较多低体积分数含氢气体，该低体积分数的含氢气体的组成对回收技术的选择影响较大，特别是其中含有硫化氢和一氧化碳等杂质时，回收单元的分离效果、装置的运行周期及安全生产需要预净化。

从保障工艺的经济性角度，变温吸附和深冷分离均对上述低体积分数的含氢气体的回收存在明显性缺陷，而变压吸附则要求原料氢气的体积分数一般大于50%，膜分离虽然对原料氢体积分数要求较低，但是膜容易受原料杂质的影响，寿命有限。

因此，寻找一种回收率高、对原料氢组成要求较低且具有较好经济效益的低体积分数含氢气体的回收方法成为人们研究的重点。

发明内容

基于此，有必要针对背景技术中存在的问题，提供一种回收率高、对原料氢组成要求较低且具有较好经济效益的低体积分数含氢排放尾气的回收系统。

此外，本发明还提供一种低体积分数含氢排放尾气的回收方法。

一种低体积分数含氢排放气体的回收系统，包括：

第一压缩机，用于将低体积分数含氢排放气体压缩至0.9MPa~1.8MPa，得到第一压缩气；

与所述第一压缩机连通的膜分离单元，用于将所述第一压缩气进行膜分离，得到渗透气和非渗透气；

与所述膜分离单元连通的第二压缩机，用于将所述渗透气压缩至2.8MPa~3.0MPa，得到第二压缩气；

与所述第二压缩机连通的变压吸附系统，用于将所述第二压缩气进行变压吸附，得到解析气和产品气；及

与所述第二压缩机连通的气柜，用于控制所述解析气的压力波动，得到稳定的解析气；

所述气柜与所述第一压缩机连通，用于将所述稳定的解析气送至所述第一压缩机进行循环压缩。

在其中一个实施例中，以摩尔百分含量计，所述低体积分数含氢排放气体中含有13%~38%的氢气、59%~83.5%的氮气、0.4%~1.55%的甲烷、0~0.8%的氩气、5ppm~18ppm的乙醇、0~3.5ppm的二氧化碳和1%~4%的一氧化碳；所述低体积分数含氢排放气体的压力为0.01MPa~0.02MPa，温度为20℃~32℃。

在其中一个实施例中，以摩尔百分含量计，所述产品气中含有99.5%~99.99%的氢气、0~0.5%的氮气、0~0.2%的氩气、0~50ppm的乙醇、0~5ppm的二氧化碳和0~5ppm的一氧化碳；所述产品气的压力为2.6MPa~2.8MPa，温度为20℃~32℃。

在其中一个实施例中，以摩尔百分含量计，所述非渗透气中含有3%~5%的氢气、90%~90.5%的氮气、0.5%~1.6%的甲烷、0.2%~1.2%的氩气、0.01%~0.05%的乙醇、0.0005%~0.05%的二氧化碳和3.5%~5%的一氧化碳；所述非渗透气的压力为0.9MPa~1.8MPa，温度为50℃~60℃。

一种低体积分数含氢排放气体的回收方法，包括以下步骤：