专利名称：生物丁醇发酵尾气提纯净化制备氢气与二氧化碳工艺及其净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物丁醇发酵尾气提纯净化制备氢气与二氧化碳工艺，还涉及一种生物丁醇发酵尾气提纯净化装置。
背景技术：
在生物发酵生产丙酮、丁醇的过程中产生发酵尾气，此为混合气体，其中二氧化碳含量高达62%(V%)，氢气38%(V%)，该混合气体在工厂生产中一般就地排放，或因含氢气作为锅炉的燃料，但如此大量的二氧化碳与可燃气体一起入炉，不仅造成环境污染，减低锅炉效率，还同时造成资源浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物丁醇发酵尾气提纯净化制备氢气与二氧化碳工艺， 还提供一种生物丁醇发酵尾气提纯净化装置。本发明采用的技术方案是
生物丁醇发酵尾气提纯净化制备氢气与二氧化碳工艺，包括以下工艺步骤
a、吸收二氧化碳步骤；
混合气经压缩至1. 2MPa，进入气体换热器，被低压闪蒸气和脱碳气冷却换热后，并经进塔气分离器分离掉冷凝水，从脱碳塔底部进入，气体在塔内自下而上与自上而下的溶剂逆流接触，将气体中的二氧化碳吸收；
b、净化二氧化碳步骤
吸收了二氧化碳的富液，从脱碳塔底流出，减压至0. 2-0. 在高压闪蒸槽中闪蒸出携带的氢气和15-25% 二氧化碳，高压闪蒸槽的液位为50-95%，高压闪蒸气经高闪气分离器分离掉夹带的雾沫，进入原料气压缩机，经压缩后返回脱碳塔，从高压闪蒸槽底部流出的富液仍含有75-85% 二氧化碳再进入低压闪蒸槽，低压闪蒸槽的液位为25-50%，进一步在压力为0. 01-0. 05Mpa下继续闪蒸，低压闪蒸气中二氧化碳的含量为96_99%，经低闪气分离器分离掉夹带的雾沫，换热后送入CO2净化装置，进行压缩、冷冻，并经吸附净化，除去其中的杂质，生产工业级或食品级二氧化碳；
c、脱碳液再生步骤
从低压闪蒸槽流出的富液，被富液泵打到气提塔顶部，向下流经填料层，与气提空气逆流接触，进一步解吸再生为贫液，贫液经贫液泵打入脱碳塔上部，重新吸收二氧化碳；
d、提纯氢气步骤
由混合气脱碳工序来的粗氢气，压力1.2MPa，温度35°C进入PSA装置，自塔底进入吸附塔中进行吸附，将原料气中的二氧化碳、水、微量氧气、氮气及有机气体吸附下来，最后塔顶获得纯度为98-99. 6%的工业氢。进一步的，吸收二氧化碳步骤中的溶剂为NHD溶液或NHD聚乙二醇二甲醚。
生物丁醇发酵尾气提纯净化装置，包括吸附塔本体、管道、设置于管道上的多个阀门和紧急排空保护装置，所述吸附塔本体顶部设有法兰，所述吸附塔本体底部设有入口管线，所述入口管线上部吸附塔本体内部设有分布器，所述分布器包括挡板，所述吸附塔本体内部顶部表面填充有瓷球，所述法兰底部吸附塔本体内部焊接有集合器，所述集合器周边上开有排列规则的圆孔，所述圆孔分布处围有钢丝网a，所述分布器靠近吸附塔本体一侧设有孔板，所述孔板表面设有钢丝网b，所述钢丝网b通过螺栓固定于吸附塔本体上，所述吸附塔本体的出口处设有出口总阀，所述吸附塔本体的入口处设有入口总阀，所述紧急排空保护装置包括低压闪蒸槽，所述低压闪蒸槽连接阀门a和阀门b，所述阀门a和阀门b均连接连锁装置，所述阀门a还连接净化装置，所述阀门b还与放空总管底部连接。所述瓷球的直径为35mm，所述圆孔的直径为15mm。本发明的优点是运用NHD化学吸收脱碳方法，方案稳定可靠，后续精制采用PSA 变压吸附工艺，操作简单，自动化程度高；成本费用低产品纯度高，市场用途广。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。图1是本发明的原理图。图2为本发明生物丁醇发酵尾气提纯净化装置的结构示意图。图3为图2中吸附塔的结构示意图。图4为本发明的紧急排空保护装置的原理图。其中1、吸附塔本体，2、法兰，3、瓷球，4、集合器，5、圆孔，6、钢丝网a，7、入口管线，8、分布器，9、挡板，10、钢丝网b，11、螺栓，12、孔板，13、管道，14、阀门，15、出口总阀，16、 入口总阀，17、低压闪蒸槽，18、阀门a，19、阀门b，20、装置连锁，21、净化装置，22、放空总管。
具体实施例方式实施例1
如图1所示，本发明的生物丁醇发酵尾气提纯净化制备氢气与二氧化碳工艺，包括以下工艺步骤
a、吸收二氧化碳步骤；
混合气经压缩至1. 2MPa，进入气体换热器，被低压闪蒸气和脱碳气冷却换热后，并经进塔气分离器分离掉冷凝水，从脱碳塔底部进入，气体在塔内自下而上与自上而下的NHD溶液逆流接触，将气体中的二氧化碳吸收；
b、净化氢气和二氧化碳步骤
吸收了二氧化碳的富液，从脱碳塔底流出，减压至0. 在高压闪蒸槽中闪蒸出携带的氢气和15% 二氧化碳，高压闪蒸槽的液位为50%，高压闪蒸气经高闪气分离器分离掉夹带的雾沫，进入原料气压缩机，经压缩后返回脱碳塔，从高压闪蒸槽底部流出的富液仍含有 75% 二氧化碳再进入低压闪蒸槽，低压闪蒸槽的液位为25%，进一步在压力为0. OlMpa下继续闪蒸，低压闪蒸气中二氧化碳的含量为96%，经低闪气分离器分离掉夹带的雾沫，换热后送入CO2净化装置，进行压缩、冷冻，并经吸附净化，除去其中的杂质，生产工业级或食品级二氧化碳；
C、脱碳液再生步骤
从低压闪蒸槽流出的富液，被富液泵打到气提塔顶部，向下流经填料层，与气提空气逆流接触，进一步解吸再生为贫液，贫液经贫液泵打入脱碳塔上部，重新吸收二氧化碳；
d、提纯氢气步骤
由混合气脱碳工序来的粗氢气，压力1.2MPa，温度35°C进入PSA装置，自塔底进入吸附塔中进行吸附，将原料气中的二氧化碳、水、微量氧气、氮气及有机气体吸附下来，最后塔顶获得纯度为99%的工业氢。如图2-4所示，本发明的生物丁醇发酵尾气提纯净化装置，包括吸附塔本体1、管道13、设置于管道13上的多个阀门14和紧急排空保护装置，吸附塔本体1顶部设有法兰 2，吸附塔本体1底部设有入口管线7，入口管线7上部吸附塔本体1内部设有分布器8，分布器8包括挡板9，吸附塔本体1内部顶部表面填充有瓷球3，瓷球3的直径为35mm，法兰2 底部吸附塔本体1内部焊接有集合器4，集合器4周边上开有排列规则的圆孔5，圆孔5的直径为15mm，圆孔5分布处围有钢丝网a 6，分布器8靠近吸附塔本体1 一侧设有孔板12， 孔板12表面设有钢丝网b 10，钢丝网b 10通过螺栓11固定于吸附塔本体1上，吸附塔本体1的出口处设有出口总阀15，吸附塔本体1的入口处设有入口总阀16，紧急排空保护装置包括低压闪蒸槽17，低压闪蒸槽17连接阀门a 18和阀门b 19，阀门a 18和阀门b 19 均连接连锁装置20，阀门a 18还连接净化装置21，阀门b 19还与放空总管22底部连接。实施例2
如图1所示，本发明的生物丁醇发酵尾气提纯净化制备氢气与二氧化碳工艺，包括以下工艺步骤
a、吸收二氧化碳步骤；
混合气经压缩至1. 2MPa，进入气体换热器，被低压闪蒸气和脱碳气冷却换热后，并经进塔气分离器分离掉冷凝水，从脱碳塔底部进入，气体在塔内自下而上与自上而下的NHD溶液逆流接触，将气体中的二氧化碳吸收；
b、净化二氧化碳步骤
吸收了二氧化碳的NaHCO3，从脱碳塔底流出，减压至0. 3MPa在高压闪蒸槽中闪蒸出携带的氢气和20% 二氧化碳，高压闪蒸槽的液位为70%，高压闪蒸气经高闪气分离器分离掉夹带的雾沫，进入原料气压缩机，经压缩后返回脱碳塔，从高压闪蒸槽底部流出的富液仍含有 80% 二氧化碳再进入低压闪蒸槽，低压闪蒸槽的液位为40%，进一步在压力为0. 03MPa下继续闪蒸，低压闪蒸气中二氧化碳的含量为97%，经低闪气分离器分离掉夹带的雾沫，换热后送入(X)2净化装置，进行压缩、冷冻，并经吸附净化，除去其中的杂质，生产工业级或食品级二氧化碳；
c、脱碳液再生步骤
从低压闪蒸槽流出的NaHCO3,被富液泵打到气提塔顶部，向下流经填料层，与气提空气逆流接触，进一步解吸再生为贫液，贫液经贫液泵打入脱碳塔上部，重新吸收二氧化碳；
d、提纯氢气步骤
由混合气脱碳工序来的粗氢气，压力1.2Mpa，温度35°C进入PSA装置，自塔底进入吸附塔中进行吸附，将原料气中的二氧化碳、水、微量氧气、氮气及有机气体吸附下来，最后塔顶获得纯度为98%的工业氢。实施例3
如图1所示，本发明的生物丁醇发酵尾气提纯净化制备氢气与二氧化碳工艺，包括以下工艺步骤
a、吸收二氧化碳步骤；
混合气经压缩至1. 2MPa，进入气体换热器，被低压闪蒸气和脱碳气冷却换热后，并经进塔气分离器分离掉冷凝水，从脱碳塔底部进入，气体在塔内自下而上与自上而下的NHD溶液逆流接触，将气体中的二氧化碳吸收；
b、净化二氧化碳步骤
吸收了二氧化碳的NaHCO3，从脱碳塔底流出，减压至0. 5MPa在高压闪蒸槽中闪蒸出携带的氢气和25% 二氧化碳，高压闪蒸槽的液位为95%，高压闪蒸气经高闪气分离器分离掉夹带的雾沫，进入原料气压缩机，经压缩后返回脱碳塔，从高压闪蒸槽底部流出的富液仍含有 85% 二氧化碳再进入低压闪蒸槽，低压闪蒸槽的液位为50%，进一步在压力为0. 05MI^下继续闪蒸，低压闪蒸气中二氧化碳的含量为99%，经低闪气分离器分离掉夹带的雾沫，换热后送入(X)2净化装置，进行压缩、冷冻，并经吸附净化，除去其中的杂质，生产工业级或食品级二氧化碳；
c、脱碳液再生步骤
从低压闪蒸槽流出的NaHCO3,被富液泵打到气提塔顶部，向下流经填料层，与气提空气逆流接触，进一步解吸再生为贫液，贫液经贫液泵打入脱碳塔上部，重新吸收二氧化碳；
d、提纯氢气步骤
由混合气脱碳工序来的粗氢气，压力1.2Mpa，温度35°C进入PSA装置，自塔底进入吸附塔中进行吸附，将原料气中的二氧化碳、水、微量氧气、氮气及有机气体吸附下来，最后塔顶获得纯度为99. 6%的工业氢。本实施例生物丁醇发酵尾气提纯净化装置，同实施例1。
权利要求
1.生物丁醇发酵尾气提纯净化制备氢气与二氧化碳工艺，其特征在于包括以下工艺步骤a、吸收二氧化碳步骤混合气经压缩至1. 2MPa，进入气体换热器，被低压闪蒸气和脱碳气冷却换热后，并经进塔气分离器分离掉冷凝水，从脱碳塔底部进入，气体在塔内自下而上与自上而下的溶剂逆流接触，将气体中的二氧化碳吸收；b、净化二氧化碳步骤吸收了二氧化碳的富液，从脱碳塔底流出，减压至0. 2-0. 在高压闪蒸槽中闪蒸出携带的氢气和15-25% 二氧化碳，高压闪蒸槽的液位为50-95%，高压闪蒸气经高闪气分离器分离掉夹带的雾沫，进入原料气压缩机，经压缩后返回脱碳塔，从高压闪蒸槽底部流出的富液仍含有75-85% 二氧化碳再进入低压闪蒸槽，低压闪蒸槽的液位为25-50%，进一步在压力为0. 01-0. 05MPa下继续闪蒸，低压闪蒸气中二氧化碳的含量为96_99%，经低闪气分离器分离掉夹带的雾沫，换热后送入(X)2净化装置，进行压缩、冷冻，并经吸附净化，除去其中的杂质，生产工业级或食品级二氧化碳；c、脱碳液再生步骤从低压闪蒸槽流出的富液，被富液泵打到气提塔顶部，向下流经填料层，与气提空气逆流接触，进一步解吸再生为贫液，贫液经贫液泵打入脱碳塔上部，重新吸收二氧化碳；d、提纯氢气步骤由混合气脱碳工序来的粗氢气，压力1.2MPa，温度35°C进入PSA装置，自塔底进入吸附塔中进行吸附，将原料气中的二氧化碳、水、微量氧气、氮气及有机气体吸附下来，最后塔顶获得纯度为98-99. 6%的工业氢。
2.根据权利要求1所述的生物丁醇发酵尾气提纯净化制备氢气与二氧化碳工艺，其特征在于吸收二氧化碳步骤中的溶剂为NHD溶液或NHD聚乙二醇二甲醚。
3.生物丁醇发酵尾气提纯净化装置，包括吸附塔本体、管道、设置于管道上的多个阀门和紧急排空保护装置，所述吸附塔本体顶部设有法兰，所述吸附塔本体底部设有入口管线， 所述入口管线上部吸附塔本体内部设有分布器，所述分布器包括挡板，其特征在于所述吸附塔本体内部顶部表面填充有瓷球，所述法兰底部吸附塔本体内部焊接有集合器，所述集合器周边上开有排列规则的圆孔，所述圆孔分布处围有钢丝网a，所述分布器靠近吸附塔本体一侧设有孔板，所述孔板表面设有钢丝网b，所述钢丝网b通过螺栓固定于吸附塔本体上，所述吸附塔本体的出口处设有出口总阀，所述吸附塔本体的入口处设有入口总阀，所述紧急排空保护装置包括低压闪蒸槽，所述低压闪蒸槽连接阀门a和阀门b，所述阀门a和阀门b均连接连锁装置，所述阀门a还连接净化装置，所述阀门b还与放空总管底部连接。
4.根据权利要求3所述的生物丁醇发酵尾气提纯净化装置，其特征在于所述瓷球的直径为35mm，所述圆孔的直径为15mm。
全文摘要
本发明涉及生物丁醇发酵尾气提纯净化制备氢气与二氧化碳工艺，其特征在于包括以下工艺步骤a、吸收二氧化碳步骤；混合气经压缩至1.2MPa，进入气体换热器，被低压闪蒸气和脱碳气冷却换热后，并经进塔气分离器分离掉冷凝水，从脱碳塔底部进入，气体在塔内自下而上与自上而下的溶剂逆流接触，将气体中的二氧化碳吸收；b、净化二氧化碳步骤；c、脱碳液再生步骤；d、提纯氢气步骤。本发明的优点是运用NHD化学吸收脱碳方法，方案稳定可靠，后续精制采用PSA变压吸附工艺，操作简单，自动化程度高；成本费用低产品纯度高，市场用途广。
文档编号B01D53/14GK102397739SQ20111035705
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者仝志勇, 仲炬, 王强 申请人:南通正拓气体有限公司