一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺，甲醇合成弛放气首先经过第一段膜分离处理，从大量的弛放气中制备氢气量足够的渗透气进入PSA，第一段膜分离渗透气经进一步提纯得到高纯度的氢气；剩余的大部分弛放气作为非渗透气继续进入第二段膜分离，渗透气作为富氢气返回合成单元，循环利用；第二段膜分离非渗透气以及PSA的解吸气作为燃料气送出界区。本发明创新性的将PSA与两段膜分离进行有机组合，以更加合理、经济的方式，实现回收甲醇合成弛放气的同时，又制备了一定量的高纯度氢气；尤其适用于对回收大规模煤化工装置甲醇合成弛放气并同时制备少量高纯度氢气的情况。
【专利说明】—种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于煤化工【技术领域】，特别是涉及一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺。
【背景技术】
[0002]在煤化工项目的甲醇合成装置中，为了防止惰性气体的累积，通常会在反应器后弛放一少部分循环气。这部分气体，由于氢气含量较高，若直接燃烧将会造成有用气体的严重浪费。为此，目前甲醇合成装置的常规做法是采用投资较低的膜分离技术，利用气体分子在膜中的渗透差异，过滤掉弛放气中大分子组分，将弛放气中氢气提浓，返回甲醇合成装置，循环利用，残余的非渗透气则作为燃料气送出界区(或者进一步处理)。如专利10185209B中公开的一种整合膜分离、变换、脱碳技术，已达到最大程度的回收甲醇合成弛放气中的有效组分的方法。弛放气经膜分离处理后，渗透气返回甲醇合成；非渗透气没有作为燃料气使用，而是进一步通过变换处理，将非渗透气中的CO转化为H2，并经脱碳，最后采用膜分离将脱碳气提浓后，返回甲醇合成。
[0003]随着现代煤化工项目的超大型化，甲醇合成装置的规模也日趋增大，相应的弛放气的气量也逐渐增大。同时，随着煤化工产品由甲醇向烯烃的进一步延伸，全厂统筹的设计理念日趋彻底，氢浓度较高的甲醇合成弛放气在实现回收的同时，也有了新的用途:为下游烯烃以及聚合装置制备一定量的高纯度的氢气。目前报道的由合成弛放气制备氢气的方法，均是用于将甲醇合成弛放气全部制备氢气，既仅用一段膜分离串接PSA的方式，而对于在甲醇合成弛放气回收的同时并部分制备氢气产品的处理工艺尚无报道。如专利102191086A公开的煤制合成气联产一氧化碳、甲醇、氢气、精制合成气的集成装置和方法中，甲醇合成的弛放气经膜分离提浓氢气浓度后，全部进入PSA提纯，制备99.9%的高纯度氢气或者与别的氢气进行调配。在其方法中并没有述及如何实现甲醇合成弛放气回收的同时并部分制备氢气产品。即使采取这种仅一段膜分离与PSA串接的传统做法，去实现甲醇合成弛放气回收的同时并部分`制备氢气产品的功能，也显得缺点较多，投资和能耗均较高，理由如下:
[0004]膜分离渗透气回路串接PSA (参见附图1)，如专利102191086A提及的膜分离串接PSA工艺。对于甲醇合成弛放气回收的同时部分制备氢气产品的情况，渗透气仅部分进入PSA,剩余部分返回甲醇合成。由于渗透气中氢气浓度较高，此种情况PSA装置的规模较合理；但为了保证渗透侧的压力能够满足PSA制备较高压力氢气产品的要求，膜分离两侧的压降必须控制在较低水平，在保证氢回收率理想的前提下，所需膜的数量增大，膜分离系统的投资增闻。
[0005]对于膜分离非渗透气回路串接PSA (参见附图2)，此时膜分离不受氢气产品所需压力的限制，规模比较合理；但由于进入PSA的为非渗透气，氢气浓度很低，PSA需要处理的气量大，PSA的规模较大，投资较高；同时，为达到理想的氢回收率，解吸压力较低，解吸气量大，需要配备压缩机进行压缩，方能满足燃料气管网的压力要求。
【发明内容】
[0006]为实现甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的目的，克服传统工艺的缺陷，本发明提出一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺。通过创新性的将PSA与两段膜分离进行有机组合，通过合理设计，有效地将两系统控制在了合理规模，以更加合理、经济的方式，实现回收甲醇合成弛放气的同时，又制备了一定量的高纯度氢气；尤其适用于对回收大规模煤化工装置甲醇合成弛放气并同时制备少量高纯度氢气的情况，整个处理装置的投资和运行费用均较低。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺是以两段膜分离和变压吸附(PSA)相结合，实现甲醇合成弛放气回收的同时并部分制备氢气产品，具体流程如下:
[0009]来自甲醇合成的弛放气首先全部进入第一段膜分离，根据目标氢气产品量制备适量的渗透气，此时大部分弛放气仍在非渗透气中；
[0010]第一段膜分离的渗透气进入PSA装置，制备纯度较高且压力与渗透气接近的氢气产品(氢气的浓度~99.9%或者更高)；解吸气作为燃料气送出界区；
[0011]第一段膜分离的非渗透气继续进入第二段膜分离，经提浓后的渗透气(氢气的浓度~85%)返回上游甲醇合成单元，回收利用其中的有效气；第二段膜分离渗透气经减压后，作为燃料气送出界区。
[0012]上述工艺中，甲 醇合成弛放气仅部分用于制备氢气产品，目标氢气产品量仅占甲醇合成弛放气中氢气总量的一部分，约为1/7~1/10或者更小比例；
[0013]上述工艺中，在第一段膜分离处理时，由于从较大量的弛放气中仅制备所需的较少量渗透气，该过程对第一段膜分离的要求比较低，仅需少数I~5张膜(视气量定)，即可制备氢气浓度较高(~90%)的渗透气。同时，由于此步骤对氢气的回收率要求不高，因此一段膜分离的膜两侧在经济合理的情况下，比较容易维持较低的压降，保证了进入下游PSA装置的渗透气具有较高的压力，能够制备压力较高的高纯度氢气产品。
[0014]上述工艺中，第二段膜分离需要尽量回收氢气，第二段膜需5~20张膜(视气量定)；由于第一段膜分离仅从弛放气中分离出少量氢气，因此进入第二段膜分离的非渗透气中的氢气浓度仍然处于较高水平；同时，由于非渗透气仍具有与弛放气相近水平的较高压力，因此，相对于传统处理方案，本发明中对二段膜分离要求并没有明显的增高。
[0015]上述工艺中，解吸气通过简单压缩或者不压缩即可作为燃料气送出界区；由于第一段膜分离渗透气中的氢气浓度较高，因此对下游串接的PSA装置的要求较低，PSA装置的规模较小，相对于传统处理工艺，大大节省投资。同时，由于原料气中氢气浓度较高，因此在制备产品氢气时，变压吸附的解吸过程可以在较高压力下操作，使得解吸气具有较高的解吸压力，因此，仅需少许增压或者直接排出即可满足项目中燃料气压力的要求。
[0016]本发明所具有的有益效果:
[0017]本发明充分利用膜分离和PSA的技术特点，通过创新的两段膜分离与PSA组合，实现甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的目的，有效解决了传统工艺在此领域应用时存在的问题，大大降低了装置的投资和运行费用，使得工艺技术更加经济合理，基于以上技术特点，本发明的优点可以总结如下:
[0018]1、弛放气经一段膜分离，压降较低，保证了最终氢气产品具有较高的压力，
[0019]增大了氢气产品的适用范围；
[0020]2、对膜系统的要求没有增高，保证了整个处理工艺具有较低的投资，具有较好的经济效益；
[0021]3、进PSA装置的原料气氢气浓度较高，PSA装置可以根据目标氢气产品量身订做，装置规模较小，投资较低；
[0022]4、进PSA装置的原料气氢气浓度较高，PSA解吸过程可以维持较高压力，解吸气压力高，所需解吸气压缩机较小，运行费用较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为传统PSA串接在膜分离渗透气回路工艺流程示意图。
[0024]图2为传统PSA串接在膜分离非渗透气回路工艺流程示意图。
[0025]图3为本发明工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但不限制本发明。
[0027]为使本发明实`现的技术手段、创作特征以及功效易于理解，下面通过应用实例并结合附图对本发明的内容给予进一步的说明。
[0028]以下实例以某煤制烯烃合成工程塑料项目为例，甲醇装置的规模约为150万吨/年甲醇，甲醇合成弛放气(6.52MPaG，H2~68.2%)量约为24700Nm3/h，下游需要氢气量为3IOONmVh (压力 4.0MPaG，H2 ~99.9%)。
[0029]工艺流程说明如下:
[0030]甲醇合成弛放气首先进入第一段膜分离，制得3690Nm3/h (4.4MPaG，H2~91.3%)的渗透气，送入PSA装置，剩余的非渗透气21010Nm3/h (6.42MPaG，H2~63.8%)进入第二段膜分离。
[0031]第一段膜分离渗透气经PSA装置提纯，制得所需的产品氢气3101.68Nm3/h (压力
4.0MPaG，H2~99.9%)。解吸气588.32Nm3/h (~0.5MPaG)直接作为燃料气送出界区。
[0032]第一段膜分离非渗透气进入第二段膜分离，制得10736Nm3/h(3.37MPaG，H2~90%)的渗透气返回甲醇合成装置，回收利用其中的氢气；非渗透气10273Nm3/h，经减压后，作为燃料气送出界区。
[0033]在该项目实施过程中，本发明工艺与传统的处理工艺的经济性对比见下表:
[0034]
【权利要求】
1.一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺，其特征在于:该工艺是以两段膜分离和变压吸附(PSA)相组合，实现回收甲醇合成弛放气的同时，并部分制备高纯度氢气，尤其适用于对回收大规模煤化工装置甲醇合成弛放气并同时制备少量高纯度氢气的情况，具体流程如下:
来自甲醇合成的弛放气首先进入第一段膜分离，第一段膜分离的渗透气进入PSA装置制备高纯度的氢气；第一段膜分离的非渗透气进入第二段膜分离，得到渗透气富氢气返回甲醇合成单元循环；非渗透气及PSA解析气送出界区作燃料气或者进一步处理。
2.根据权利要求1所述的一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺，其特征在于:甲醇合成弛放气仅部分用于制备氢气产品。
3.根据权利要求1所述的一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺，其特征在于:第一段膜分离首先处理弛放气，根据目标氢气量制备一定量的渗透气，大部分弛放气仍在非渗透气中。
4.根据权利要求1或3所述的一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺，其特征在于:第一段膜需I~5张膜。
5.根据权利要求1所述的一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺，其特征在于:第二段膜分离需要尽量回收第一段膜分离非渗透气中的氢气，第二段膜需5~20张膜。
6.根据权利要求1所述的甲醇合成弛放气制备少量氢气产品的处理工艺，其特征在于:所述解吸气通过简单压缩或者不压缩即可作为燃料气送出界区。
【文档编号】C01B3/56GK103496667SQ201310491249
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】贾光伟, 穆钰君, 李志娟, 王文宾, 户秋义 申请人:中国天辰工程有限公司, 天津天辰绿色能源工程技术研发有限公司