[实用新型]膜分离和变压吸附耦合调节合成气氢碳比的系统

说明书

本实用新型公开了一种膜分离和变压吸附耦合调节合成气氢碳比的系统，原料气首先进入膜分离器，在分离膜两侧压差的推动下得到渗透气和非渗透气，渗透气经过变压吸附提纯高浓度产品氢气和一氧化碳浓度较高的解析气，解析气经压缩机增压后与膜分离非渗透气混合成氢碳比达到要求的合成气。通过调节膜分离的操作压力或膜分离面积调整进入变压吸附的渗透气量，从而调节变压吸附的生产氢气量，来调节合成气的氢碳比。本实用新型充分利用了膜分离和变压吸附两种气体分离方法的各自优点，整套系统能耗低、无外排废气产生，同时达到调节合成气氢碳比和副产高浓度氢气的目的。

技术领域

本实用新型涉及煤化工和石油化工的气体分离领域，具体为一种膜分离和变压吸附耦合工艺调节合成气氢碳比同时副产氢气的系统。

背景技术

用合成气生产不同的化工产品要求合成气具有不同的氢碳比，如；费托合成要求的氢碳比为3～3.6；合成甲醇的要求氢碳比为2.05～2.25；二丙基庚醇（2PH）生产要求氢碳比尽量维持在1.02；羰基合成反应要求氢碳比为1左右，另外合成氨的氢氮比要求为3，因此合成气的调比对于生产是必须的调整手段。

随着科技的进步，现代化的煤或天然气制合成气一般造气压力较高可以达到固定床加压煤气化压力为2.4MPa，流化床煤气化压力3.0-6.5MPa，使粗合成气具有较高的压力，便于采用膜分离的方法分离气体。

粗合成气可以在前序生产工段通过如造气、二次转化、补充新鲜氢气、补碳等手段调整氢碳比，但是受生产条件限制，操作复杂，不能满足后续生产要求。

大型煤化工的合成反应转化率不高，一般为循环加氢工艺，氢气作为过量反应物有回收价值，同时氢气作为新型清洁能源当前国家正在大力推广使用，利用合成气副产高浓度氢气具有广泛的应用前景。

除深冷分离外，本实用新型涉及的膜分离和变压吸附是主要的气体分离技术，在煤化工和石油化工的气体回收领域有广泛的应用，例如：回收甲醇合成和氨合成的驰放气中的氢气，变压吸附提纯重整氢气；回收加氢裂化或加氢精制生产中的含氢排放气中的氢气，甲醇裂解气变压吸附制氢等。

单独用膜分离或变压吸附技术调整合成气的氢碳比也有报道和专利申请，如实用新型授权专利公告号CN201065400Y煤气联产甲醇过程中原料气氢碳比调节装置，是用膜分离装置回收甲醇驰放气中的氢气返回到合成反应中提高合成气的氢碳比。公布号CN111232923A的实用新型专利是用变压吸附调节天然气直裂解循环反应气氢碳比的方法。申请公布号CN108384572A是用变压吸附技术调节费托合成氢碳比和联产氢气的方法。

受变压吸附和膜分离技术本身特点的限制，用单一技术调节合成气氢碳比并生产高浓度氢气一直未能得到实际广泛应用，因为膜分离技术调整合成气的氢碳比是可行的，但是这项技术一般只能得到纯度小于99%的氢气，同时渗透气压力需要降低很多，能耗较高；膜分离的优点是非渗透气不降压。

变压吸附技术在制取高浓度氢气领域有广泛的应用，但是因为作为合成气的解析气经过变压吸附后压力通常接近常压，增压的能耗较高，所以不能在合成气调比领域广泛应用。通常大型煤化工装置的合成气量比较大，增加了变压吸附和解析的负荷，使投资大幅增加。

实用新型内容

为解决背景技术中描述的问题，克服单一技术调节合成气氢碳比同时副产氢气的技术缺陷，本实用新型提供了一种膜分离和变压吸附耦合工艺调节合成气氢碳比同时副产氢气的系统。

本实用新型是这样实现的：

压力较高、氢碳比较高的粗合成原料气（11）首先进入膜分离器（1），在分离膜两侧压差的推动下得到压力降低一些的渗透气和仅有管道阻力降的非渗透气；经过膜分离得到的渗透气氢气浓度约80%--98%，膜分离的渗透气具有的压力能够保证其进入变压吸附提纯氢气的要求，而非渗透气压力不降低；