分离提纯合成气中CO和H2的装置的制作方法

分离提纯合成气中co和h2的装置
技术领域
1.本实用新型涉及煤化工技术领域，具体地涉及分离提纯合成气中co和h2的装置。


背景技术：

2.现代煤化工、天然气化工的基本产业路线是先进行气化生成合成气，合成气再进一步合成其他化学品，其中有很大一类化学品的合成涉及将合成气中co和h2分离提纯后，分别作为进料使用，如合成气经草酸酯路线制乙二醇。因此，合成气co/h2分离提纯在整个合成气化工中具有承前启后的重要作用。
3.目前，合成气制乙二醇装置普遍采用深冷分离装置和变压吸附装置组合对co/h2的混合气进行分离，主要步骤如下：粗合成气(co/h2混合气)首先采用低温甲醇洗脱法进行酸性气脱除，除去硫化物和co2等酸性气体，得到脱除酸性气体杂质的合成气进入深冷分离，在低温下将合成气冷凝，未冷凝的富氢尾气送往变压吸附提纯h2，冷凝的气体利用不同组份沸点不同，通过精馏的方法依次脱除氮气、甲烷，最终在脱甲烷塔顶部得到纯度达到98％以上的co。
4.但深冷分离装置和变压吸附装置组合仍存在如下缺点：(1)深冷分离需在低温条件下进行，运行能耗和设备投资较大；(2)混合气体在进入深冷前需要进行深度净化，完全脱除原料气中的h2o和co2等易凝固组分，增加了酸性气体脱除(如低温甲醇洗)的能耗。因此，目前煤制乙二醇等化工行业中，合成气中h2和co的分离技术仍然存在一定改进空间。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的分离co和h2的装置运行能耗和设备投资较大的问题，提供一种分离提纯合成气中co和h2的装置。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供一种分离合成气中co和h2的装置，所述装置包括依次连通的第一变压吸附脱单元、第二变压吸附脱单元和膜分离器单元，其中，所述第一变压吸附脱单元用于将所述合成气中的co2脱除，得到第一净化气；所述第二变压吸附脱单元用于将所述第一净化气中的ch4脱除，得到第二净化气；所述膜分离器单元用于将所述第二净化气进行分离，得到co产品和富氢气体。
7.优选地，还包括与所述膜分离器单元连通的压缩单元，用于将所述富氢气体进行压缩，得到压缩富氢气。
8.优选地，所述压缩单元设置以使所述压缩富氢气的压力为3
‑
5mpa。
9.优选地，还包括与所述压缩单元连通的第三变压吸附脱单元，用于将所述压缩富氢气中的杂质组分脱除。
10.优选地，所述第三变压吸附脱单元的底端与所述膜分离器单元连通，用于将所述杂质组分循环引入所述膜分离器单元中进行分离。
11.优选地，所述第一变压吸附脱单元包括至少两个并联的第一脱附塔。
12.优选地，所述第二变压吸附脱单元包括至少两个并联的第二脱附塔。
13.优选地，所述第三变压吸附脱单元包括至少两个并联的第三脱附塔。
14.通过上述技术方案，本实用新型采用膜分离单元与多个变压吸附脱单元结合的装置，能够对含co2、ch4等杂质的合成气中的co和h2进行分离和提纯，得到纯度99.9％以上的h2和纯度98.5％以上的co产品。
15.本实用新型具有回收效率高、提纯后气体纯度高等优点，有效降低装置投资和能量消耗。
附图说明
16.图1是根据本实用新型一实施方式的分离提纯合成气中co和h2的装置的结构示意图。
17.附图标记说明
18.100、第一变压吸附脱单元
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200、第二变压吸附脱单元
19.300、膜分离器单元
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400、压缩单元
20.500、第三变压吸附脱单元
具体实施方式
21.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
22.在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”通常是指相对于各部件本身的轮廓的内外；“远、近”通常是指相对于各部件本身的轮廓的远近。
23.图1是根据本实用新型一实施方式的分离提纯合成气中co和h2的装置的结构示意图，如图1所示，本实用新型提供一种分离合成气中co和h2的装置，所述装置包括依次连通的第一变压吸附脱单元100、第二变压吸附脱单元200和膜分离器单元300，其中，所述第一变压吸附脱单元100用于将所述合成气中的co2脱除，得到第一净化气；所述第二变压吸附脱单元200用于将所述第一净化气中的ch4脱除，得到第二净化气；所述膜分离器单元300用于对所述第二净化气进行分离，得到co产品和富氢气体。
24.本实用新型中，所述第一变压吸附脱单元100能够将合成气中的co2组分进行吸附并脱除，在第一变压吸附脱单元100的底端得到co2组分，在所述第一变压吸附脱单元100的顶端得到脱除co2组分的合成气，也即第一净化气；所述的第一变压吸附脱单元100的顶端与所述的第二变压吸附脱单元200连通，将第一净化气中的ch4进行吸附脱除，在第二变压吸附脱单元200的底端得到ch4组分，在所述第二变压吸附脱单元200的顶端得到脱除ch4组分的合成气，也即第二净化气；所述的第二变压吸附脱单元200的顶端与所述的膜分离器单元300连通，膜分离器单元300内设置有气体膜，能够对第二净化气内的co和h2进行分离，h2的渗透速率相对于co较快，优先透过所述气体膜并被富集，得到富氢气体，co以及其它微量的渗透速率相对较慢的气体在膜的截留侧富集，得到co产品。
25.进一步地，所述的装置还包括与所述膜分离器单元300的渗透气出口连通的压缩单元400，用于将所述富氢气体进行压缩，得到压缩富氢气，从而使富氢气体的压力能够满足后续的第三变压吸附脱除的要求，优选的，所述压缩单元设置以使所述压缩富氢气的压
力为3
‑
5mpa。
26.在本实用新型的一些优选实施方式中，还对所述压缩富氢气进行纯化，得到纯化的氢气，优选条件下，所述装置还包括与所述压缩单元400连通的第三变压吸附脱单元500，用于将所述压缩富氢气中的杂质组分脱除，并在所述第三变压吸附脱单元500的顶端得到氢气产品，在所述第三变压吸附脱单元500的底部得到杂质组分。
27.在本实用新型的一些优选实施方式中，为了进一步实现杂质组分中的co和h2的分离和纯化，优选条件下，所述第三变压吸附脱单元500的底端与所述膜分离器单元300的入口连通，用于将所述杂质组分循环引入所述膜分离器单元中进行分离。
28.在本实用新型的一些优选实施方式中，为了维持装置的稳定运行，所述第一变压吸附脱单元100包括至少两组并联的第一脱附塔，每组并联的第一脱附塔包括若干个串联的吸附塔。通过设置至少两组并联的第一脱附塔，各第一吸附塔能够交替进行co2的吸附和脱附。通过第一脱附塔内吸附剂对co2的吸附作用，除去合成气中的co2组分，未被吸附的气体(第一净化气)从第一吸附塔的塔顶流出，当一组第一脱附塔达到吸附末期(吸附饱和)后，切换合成气进入另一组第一脱附塔进行吸附，通过降低吸附末期的吸附塔压力，使被吸附的co2脱附出来，实现了第一吸附塔的再生。
29.在本实用新型的一些优选实施方式中，所述第二变压吸附脱单元200包括至少两个并联的第二脱附塔，每组并联的第二脱附塔包括若干个串联的吸附塔。通过设置至少两组并联的第二脱附塔，各第二吸附塔能够交替进行ch4的吸附和脱附。通过第二脱附塔内吸附剂对ch4的吸附作用，除去第一净化气中的ch4组分，未被吸附的气体(第二净化气)从第二吸附塔的塔顶流出，当一组第二脱附塔达到吸附末期(吸附饱和)后，切换第一净化气进入另一组第二脱附塔进行吸附，通过降低吸附末期的吸附塔压力，使被吸附的ch4脱附出来，实现了第二吸附塔的再生。
30.在本实用新型中，所述膜分离器单元300内的气体膜以气体膜两侧气体的压力差为驱动力，其中，h2为渗透气，co为非渗透气，从而达到co和h2分离目的。
31.在本实用新型的一些优选实施方式中，所述第三变压吸附脱单元500包括至少两个并联的第三脱附塔，每组并联的第三脱附塔包括若干个串联的吸附塔。通过设置至少两组并联的第三脱附塔，各第三吸附塔能够交替进行h2的吸附和脱附。通过第三脱附塔内吸附剂对h2的吸附作用，除去富氢气体中的杂质组分，未被吸附的气体(h2)从第三吸附塔的塔顶流出，当一组第三脱附塔达到吸附末期(吸附饱和)后，切换第一净化气进入另一组第三脱附塔进行吸附，通过降低吸附末期的吸附塔压力，使被吸附的h2脱附出来，实现了第三吸附塔的再生。
32.在本实用新型中，所述第一变压吸附脱单元100、第二变压吸附脱单元200和第三变压吸附脱单元300内均设置有吸附剂，本实用新型对所述吸附剂的种类没有特殊的要求，只要能够吸附相应的气体(co2、ch4或h2)即可，可以为本领域技术人员所知。第一变压吸附脱单元100、第二变压吸附脱单元200和第三变压吸附脱单元300对所述第一变压吸附脱单元100、第二变压吸附脱单元200和第三变压吸附脱单元300的操作条件没有特殊的要求，主要能够实现相应的气体(co2、ch4或h2)的吸附和脱附即可，可以为本领域技术人员所知。
33.本实用新型中，所述合成气的压力范围为2
‑
6mpa，co产品的压力范围为2
‑
6mpa，h2的压力范围可根据下游用户需求设置，例如可以为3
‑
5mpa。
34.本实用新型采用变压吸附单元与膜分离单元结合，本实用新型采用膜分离单元与多个变压吸附脱单元结合的装置，能够对含co2、ch4等杂质的合成气中的co和h2进行分离和提纯，得到纯度99.9％以上的h2和纯度98.5％以上的co产品。
35.以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。