[发明专利]一种从含氢燃料气中提纯回收氢气的装置及方法及应用

说明书

本发明属于氢气提取领域，尤其涉及一种从含氢燃料气中提纯回收氢气的装置及方法及应用，装置中冷干机与过滤器相连，过滤器与膜分离器相连，膜分离器与真空泵相连，真空泵与富氢气压缩机相连，压力调节阀一端设在膜分离器和真空泵之间，另一端设在真空泵与富氢气压缩机之间，膜分离器，真空泵和压力调节阀通过回流管线连接；富氢气压缩机与变压吸附提纯氢气装置相连，变压吸附提纯氢气装置与解吸气压缩机相连，解吸气压缩机另一端与冷干机连接；氢气产品通过变压吸附提纯氢气装置输出，剩余燃料气经过膜分离器输出。本发明氢气在膜表面的渗透效率可提高15％～40％，明显降低膜分离装置的能耗和运行成本，配合变压吸附提纯氢气装置能获得99.9％～99.999％的氢气产品。

技术领域

本发明属于化工氢气提取领域，尤其涉及一种从含氢燃料气中提纯回收氢气的装置及方法及应用。

背景技术

燃料气在工业上主要有天然气体燃料和人工气体燃料两大类，它们是清洁能源、优质能源，与人们的生活息息相关。所有气体燃料都是多种成分混合而成，其中可燃成分有氢、一氧化碳、甲烷、硫化氢以及各种碳氢化合物。不可燃气体主要有二氧化碳、氮气和水蒸气等。天然的有沼气、天然气、液化气等。经过加工而成的有由固体燃料经干馏或气化而成的焦炉气、水煤气、发生炉煤气等；石油加工而得的石油气，以及由炼铁过程中所产生的高炉气等。

氢气是新型能源和石油化工中的一种重要资源，目前从含氢混合气、燃料气中分离回收氢气的技术主要有变压吸附法、膜分离法。

在吸附平衡情况下，温度越低，压力越高，吸附量越大。反之，温度越高，压力越低，则吸附量越小。因此，气体的吸附分离方法，通常采用变温吸附或变压吸附两种循环过程。如果温度不变，在加压的情况下吸附，用减压（抽真空）或常压解吸的方法，称为变压吸附。变压吸附法的吸附分离是利用吸附剂对特定气体吸附和解吸能力上的差异进行分离。不同气体的吸附容量、吸附力、吸附速度随压力的不同而有差异，在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附混合物中的易吸附组分，当吸附床减压时，解吸这些吸附组分，从而使吸附剂再生。变压吸附法再生速度快、能耗低、操作简单、工艺成熟稳定。最大优点是可以得到产品纯度很高（99.99%）的氢气，氢气回收率在85%～90%左右，杂质含量少。但是对于氢气含量较低，压力较低的含氢燃料气，直接采用变压吸附装置分离，变压吸附吸附负荷高，投资高和占地面积大。

气体膜分离技术是新一代气体分离技术，其原理是在压力驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜内溶解-扩散上的差异，即渗透速率差来进行分离，渗透推动力是膜两侧的分压差。膜分离技术具有工艺简单、操作弹性大、费用低等优点。但膜分离回收氢气的纯度不高，并且要求原料气有比较高的压力，对于原料气特别敏感，尤其是怕原料气带液。

含氢燃料气体当压力为0.2Mpa~1.0Mpa，氢气含量20%~50%时，对这类气体进行提纯氢气，存在着由于氢气在膜表面的渗透推动力较小，从而膜分离效率较低、膜材料的用量大和投资成本高等技术问题。或者采用对含氢原料气进行压缩增压在1.0～3.0 Mpa下的方式来进行膜分离，获得高回收率的氢气，但又存在着压缩机贵，加压能耗高的技术问题。

炼厂干气中轻烃和氢气有较高的利用价值，但其通常都被送入瓦斯管网用作燃料气，有些甚至放入火炬燃烧掉，造成了资源的极大浪费。炼厂干气主要来自原油的二次加工过程，如重油催化裂化、热裂化、延迟焦化等，其中催化裂化(FCC)产生的干气量较大，一般占原油加工量的4% ~5%。FCC干气的主要成分是氢气(占25% ~40%)和乙烯(占10% ~20%)，延迟焦化干气的主要成分是甲烷和乙烷。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种从含氢燃料气中提纯回收氢气的装置及方法及应用，采用膜和变压吸附耦合氢燃料气中提纯回收氢气，克服了常规膜分离法在原料氢气含量较低的情况下需压缩增压在较高压力下操作和不能获得高纯度氢气的限制，能获得99.9%~99.999%纯氢或者高纯氢气产品。