一种从混氢天然气中高回收率提取高纯度氢气的工艺的制作方法

本发明涉及h2回收，具体涉及一种从混氢天然气中高回收率提取高纯度氢气的工艺。

背景技术：

1、氢气是一种清洁、高效的二次能源，混氢天然气输氢技术是实现氢气大规模、长距离运输的关键。通常，混氢天然气中氢气含量为20％，在抵达应用端后为实现氢气的高效利用，需对其进行提氢操作。目前，工业上采用变压吸附或深冷分离获取高浓氢气，但混氢天然气氢气含量低，且氢气浓度波动大，无疑会影响提纯过程的操作稳定性，增加分离系统的能耗。虽然变压吸附可以生成高纯氢气，但仅适合氢气含量>60％的混合气体的提纯，此外变压吸附提纯氢气的回收率往往较低，导致解析气中氢气含量最高可达50％。

2、膜分离工艺是近几十年来发展迅猛的气体分离技术之一，可有效提升氢气的浓度。此外，膜分离器结构紧凑，占地面积小、操作简单。但是，膜分离工艺很难获得高纯度的氢气。

技术实现思路

1、本发明旨在提供本一种从混氢天然气中高回收率提取高纯度氢气的工艺，该方法耦合了膜分离提浓和变压吸附提纯工艺。首先通过一级膜分离提升气体中氢气的浓度，一方面可以降低变压吸附单元的负荷，另一方面降低了浓度变化对变压吸附单元的冲击。针对变压吸附氢回收率低，解析气氢含量高的问题，采用二级膜分离器进一步回收解析气中的氢气。

2、本发明的技术方案是：混氢天然气首先经压缩机1增压到1-6mpa，并由冷却器1冷却至30-60℃后进入膜分离器1，渗透气中氢气浓度可达60％以上，氢气回收率>80％。在经压缩机2增压和冷却器2冷却后，0.8-2mpa，30-60℃的气体进入变压吸附器1，吸附剂选择性的吸附甲烷，从而获得纯度99.99％的氢气。

3、变压吸附解析气经压缩机3和冷却器3后压力为1-6mpa，温度为30-60℃，进入膜分离器2后渗透气浓度>80％，返回变压吸附器1以提升氢气的回收率。膜分离器1和膜分离器2的渗余气为富甲烷气体，直接排出装置界区。

4、所述膜分离单元所采用膜的h2/ch4分离因子大于20，膜材料为金属钯膜、分子筛膜或聚合物膜(聚砜、聚酰亚胺等)等，膜分离器采用板框式、螺旋卷式或中空纤维式。

5、所述冷却单元换热器采用水冷或者空冷形式。

6、所述变压吸附器至少包含两个床层，交替进行吸附、解吸过程。吸附塔中的吸附剂可以是活性炭、硅胶、分子筛、活性氧化铝中的一种或多种。

7、本发明的有益效果：采用膜分离提浓和变压吸附提纯工艺相结合的方式获取氢气回收率高、纯度高的产品气。混氢天然气中氢气浓度较低，无法通过一次变压吸附提纯到99.99％的产品气，而多塔串联虽然可以得到高纯氢气，但气体处理量大，设备占地面积大、投资成本高，且需要很高的能耗。因此，首先通过膜分离提浓工艺将氢气浓度提升到60％以上，减少变压吸附器的处理量，有助于降低能耗。而变压吸附解析气中氢气浓度20-50％，直接排除装置界区无疑是清洁能源的低效利用，为进一步提升氢气的回收率，采用二级膜分离提取高浓度氢气，随后经变压吸附获得高纯氢。两级膜分离设计可以尽可能的提升氢气的回收率(>95％)，而变压吸附器可以保证氢气的纯度(99.99％)。

8、膜分离器可以减少原料气氢气浓度的变化对变压吸附器的冲击，同时其提浓效果可以降低变压吸附器的处理量

技术特征：

1.一种从混氢天然气中高回收率提取高纯度氢气的工艺，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：膜分离器所采用膜的h2/ch4分离因子大于20，膜材料为金属钯膜、分子筛膜或聚合物膜(聚砜、聚酰亚胺等)，膜分离器采用板框式、螺旋卷式或中空纤维式。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述换热器采用水冷或者空冷形式。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述变压吸附器至少包含两个床层，交替进行吸附、解吸过程。吸附塔中的吸附剂可以是活性炭、硅胶、分子筛、活性氧化铝中的一种或多种。

技术总结
本发明公开了一种从混氢天然气中提取高纯度、高回收率氢气的工艺。其特征是混氢天然气(氢气浓度<30vol％)达到应用端后经一级膜分离器氢气提浓度到60％以上，氢气的回收率>80％。提浓气进入变压吸附器得到氢气浓度>99.99％的产品气，氢气回收率可达70‑90％，而解析气中氢气的含量高达20‑50vol％。为进一步回收解析气中的氢气，将解析气升压后进行二级膜分离，得到氢气浓度80‑90％的渗透气，经加压后与一级膜分离器的渗透气汇合进入变压吸附器；一级膜分离器和二级膜分离器的渗余气为高浓甲烷气体，直接进入燃气管网。本发明有效弥补了变压吸附器氢气回收率不高的问题，实现了从天然气中提取高纯度、高回收率的氢气。

技术研发人员：杨敬东,汤晓勇,岳海荣,胡国华,施纪文,徐育斌,虞玮,王涛,王海清,陈石义,李天雷,廖勇,刘文广,喻树楠,陈晓玮,朱仁亮,蒋涵东,周昶安,马奎,王雅熙
受保护的技术使用者：浙江能源天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1