[发明专利]脱除制氢变换气变压吸附工艺尾气中CO2

说明书

本发明涉及气体分离技术领域，具体而言，涉及一种脱除制氢变换气变压吸附工艺尾气中CO₂的方法，从变压吸附装置出来的PSA尾气进入膜组件进行分离，CO₂作为渗透气分离出来，PSA尾气中的其他组分作为渗余气离开膜组件。该方法可解决制氢过程变压吸附尾气中脱除二氧化碳的问题，通过膜组件的引入在提高过程经济性的同时，大大简化工艺流程和操作费用，且膜组件装置简单、能耗较低、操作方便。

技术领域

本发明涉及气体分离技术领域，具体而言，涉及一种脱除制氢变换气变压吸附工艺尾气中CO₂的方法。

背景技术

在氢气的生产过程中，制氢变换气的成分是氢气(H₂)、二氧化碳 (CO₂)、甲烷(CH₄)及一氧化碳(CO)，该变换气通过变压吸附工艺 (Pressure Swing Adsorption，PSA)对其中的H₂进行收集并提纯，变换气经PSA提纯氢气后，PSA尾气中的主要成分是CO₂、CH₄、H₂及微量的CO，其中的CH₄含量为30～40％，H₂含量为20～30％，CO₂含量高达 40～50％以上。该尾气压力为30～60KPa，温度20～40℃。工业上对制氢变换气PSA尾气的一般处理，要么作为燃料直接烧掉，要么采用其他的分离方法如化学吸收法或变压吸附法等单一或组合工艺分离出其中的主要组分。

PSA尾气若作为燃料直接烧掉，则由于其含有40～50％的CO₂，其价格大约1.5元/m³，若尾气经膜分离脱除CO₂后，其剩余气体主要是CH₄、H₂及CO，其中CH₄含量高达52％以上，H₂含量大约38％，CO₂和少量的CO 两者含量之和在5％以内。这部分气体若作为制氢原料可产生相对原料其体积含量为近200％的氢气，价格为1.8元/m³，边际效益为0.3元/m³。以 10×10³m³/h的制氢量计算，其中经计算约26％的H₂可来自于PSA尾气转化，则每年(以300天计算)产生的效益为：0.3×24×300×1＝2160万元，这还未计算所收集到的CO₂的效益，可见其经济效益可观。

若尾气经膜分离脱除CO₂后，渗余气主要是CH₄、H₂及CO，其中CH₄含量高达52％以上，H₂含量大约38％，CO₂和少量的CO之和在5％以内。该气体可直接返回至转化炉作为氢气原料气或者作为燃料气使用，这样不仅可以提高制氢过程的经济效益，还简化了制氢尾气处理的工艺流程。

USP8734569介绍了一种从CO₂混合气体中分离CO₂的方法，包含以下步骤：首先将含CO₂的气体混合物冷至-20～50℃，然后进入由多孔聚合物制成的膜分离装置，生成富CO₂气流和贫CO₂气流；分离出来的富含CO₂的渗透气进行加压至0.3～6.0MPa后冷却，产生富含CO₂的液体和贫CO₂蒸汽，将此贫蒸汽减压并加热后成为吹扫气，导入膜渗透侧，此方法可以回收95％的CO₂。CO₂混合气可为燃烧烟气、天然气及发酵乙醇生产过程的混合气，其中燃煤烟气CO₂含量8～16％(v/v)，天然气CO₂含量3～10％；蒸汽甲烷重整气(SMR)CO₂含量60～90％，鼓风炉烟气CO₂含量20～90％。该专利所涉及的混合气中并不包含制氢变换气工艺尾气。