合成气集成净化方法技术

合成气集成净化方法，采用以固定载体膜为膜材的膜分离技术与变压吸附技术相结合，适用于合成气中酸性气体的脱除，属于气体净化技术领域。合成气经过滤除去粉尘、油雾、液滴后进入增湿器，与脱盐水接触充分饱和水汽，再经气液分离器除去大部分液滴后，进入膜分离器，在膜分离器中酸性气体选择性地渗透到膜的透过侧，截留侧则是脱除了大部分酸性气体的净化气，将粗净化的气体进一步送入变压吸附系统精脱，最终合成气的到深度净化。本集成工艺特别适合于合成气中酸性气体的脱除，如生物质合成气、煤制合成气等，与传统单一脱碳方法相比，具有投资少、能耗低、气体净化度高、环保等优点。

【技术实现步骤摘要】

合成气集成净化方法，采用以固定载体膜为膜材的膜分离器与变压吸附系统相结合的方式，用于合成气深度脱硫脱碳，属于气体净化

技术介绍
当前，我国乃至世界都面临着严峻的能源和环境问题。为了解决石油资源的短缺和化石燃料燃烧带来的环境问题，采用H2、CH4等新型清洁能源、煤制油技术等代替传统高污染、低效率的传统能源技术受到人们广泛关注。无论是制H2过程还是在油品的合成过程中，均涉及到合成气的净化，而CO2和H2S是合成气中的主要杂质组分。合成气中的酸性气体若不加以脱除，不仅无法满足油品合成所需的原料条件，而且燃烧排放大量的SO2、CO2，导致环境污染和全球性气候变暖。因此，从合成气中高效、深度脱除二氧化碳和硫化氢等酸性气体是大规模应用清洁能源、降低温室气体排放、控制环境污染、调整能源结构和合理利用资源的关键。目前，合成气脱碳的主要有三大技术，即变压吸附法、吸收洗、膜分离法。吸收法属湿法脱碳技术，存在溶液降解、二次污染、投资能耗高等问题。变压吸附法和膜分离法是广泛采用的干法脱碳技术，其中变压吸附法特别适用于溶质组分含量较少的场合，脱出精度高，然而当气体混合物中溶质组分含量较高时，由于吸附剂的容量有限，需频繁的再生，能耗高、操作复杂；气体膜分离法适用于溶质浓度较高的场合，由于传质推动力较大，节能效果显著，然而气体膜分离法的缺点是进行气体深度净化时投资和能耗高，有一定的有效组分损失。将膜分离法和变压吸附法相结合，开展集成脱碳，已成为业界进行脱碳技术开发的重要方向。现有处理合成气的分离膜通常采用的是钯金属膜，把氢富集到膜的渗透侧，CO、CO2、N2等气体截留在高压侧，虽然得到的纯度较高，但氢气的压力损失大，无法分离CO与CO2，且膜容易中毒。近年来，随着新型二氧化碳分离膜材料的研发成功，使从合成气中选择性地脱除二氧化碳成为了可能。采用CO2选择膜对合成气脱碳，不仅可以选择性脱除CO2，而且得到的合成净化气压力基本不变，与氢膜相比优势明显。从合成气中分离CO2采用的通常是固定载体膜，它是一种把活性载体如CO32-、HCO3-、F-、-NH2、-COO-等引入膜中，通过待分离组分与载体之间发生可逆化学反应而实现对待分离组分促进跨膜传递的膜分离材料。该类型的膜突破了传统高分子膜不能同时具有高渗透性和高选择性的Robinson上限，具有良好的应用前景。若能将此类气体膜分离工艺同变压吸附相结合，可以充分发挥两种技术的优势，取长补短，达到节约能耗、降低投资的目的。针对合成气的气源特征，很有必要开发一种用于合成气深度净化的集成工艺，以适应后续合成工艺要求，充分发挥两种技术的优势，解决现有合成气净化技术的缺点和不足。本专利技术在于提供一种合成气集成净化方法，以解决当前合成气脱碳技术存在的能耗高、投资大、气体净化度低、有效组分压力损失高的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种合成气集成净化方法，采用以固定载体膜为膜材料的膜分离工艺与变压吸附工艺相结合的方式，以解决现有合成气净化技术存在的投资大、能耗高、气体净化度低、有效组分压力损失高等问题。本专利技术合成气集成净化方法，该方法以固定载体膜分离器为基础，与变压吸附系统串联，将固定载体膜分离器处理后的截留气引入变压吸附系统进行深度脱硫脱碳，同时膜分离器的渗透气部分循环回收合成气有效组分，所包含的主要设备有过滤器、增湿器、气液分离器、膜分离器、变压吸附系统。本专利技术是这样来实现的：合成气集成净化方法，其特征在于采用膜分离和变压吸附相结合的方式脱除合成气中的酸性组分，合成气经过滤器除去粉尘、油雾和水滴，进入增湿器后通过鼓泡或喷雾的方法对合成气增湿，而后进入气液分离器除去气体中的大部分液滴，出气液分离器的合成气直接进入膜分离器，截留气为粗脱合成气，再次进入变压吸附系统精脱，使合成气中酸性气体脱除至合格，膜分离器的渗透气为富含CO2、H2S的酸气，部分循环以回收其中的有效组分。所述合成气为煤制合成气、渣油制合成气、天然气制合成气及以其他化石燃料或生物质为原料通过汽化所制得的合成气，包含CO、H2、CO2、N2、CH4、H2S、O2等。所述合成气的压力范围是0.2MPa至3.5MPa，优选为1.0~2.5Mpa。所述合成气中CO2摩尔浓度范围是5%~30%。所述合成气中H2S的浓度范围是100ppm~2000ppm。所述膜分离器的操作压力范围是0.2~3.5MPa，优选1.0~2.5MPa。所述膜分离器所采用的膜组件型式为螺旋卷式膜或中空纤维膜。所述膜分离器膜组件为单个或多个，级联方式为并联或串联。所述膜分离器所采用的膜为复合膜，该类型的膜以聚砜、聚醚砜或涂覆有其他透气性皮层的膜为基膜，以固定载体膜为选择层。所述复合膜的制备方法有涂覆法和界面聚合法。所述膜分离器中所采用的复合膜，选择层为固定载体膜，所采用的聚合物中载体的类型包括CO32-、HCO3-、F-、COO-、-NH2、-NH-、-N-中的一种或多种。所述固定载体膜，制备该类型复合膜选择层的聚合物为改性聚乙烯胺，改性剂为含有胺基的小分子。所述固定载体膜，制备该类型膜的基膜为聚砜，选择层所用聚合物为交联聚乙烯胺，交联剂为含有胺基、酯基、甲氧基、醚基及其他极性官能团的功能小分子。所述固定载体膜，制备该类型膜的聚合物以涂覆有聚二甲基硅氧烷的聚砜为基膜，采用界面聚合法制备活性层，水相活性单体有二乙二醇二（3-氨基丙基）醚、3,3’-二氨基-N-甲基二丙胺，有机相活性单体为三甲酰氯，酸受体为碳酸钾，正己烷为有机相溶剂。所述固定载体膜，制备该类型膜的聚合物以聚乙烯基胺为基膜，掺杂有聚苯胺纳米棒，该类纳米棒是以据乙烯吡咯烷酮为稳定剂，通过分散聚合法制备的；所述固定载体膜。制备该类型膜的聚合物是将水滑石嫁接到聚乙烯亚胺与环氧丙烷共聚形成的聚合物中，该类型的聚合物为聚醚胺。所述膜分离器的截留侧为包含CO、H2及少量CO2、H2S的净化气，CO2含量为1%~5%，H2S含量为50~200ppm。所述截留侧的净化气，其压力范围为0.1~3.4MPa，优选0.9~2.4MPa。所述膜分离器的渗透侧为富含CO2和H2S的混合气，压力为0.05~0.2MPa。所述出变压吸附系统的合成气中，CO2的体积百分含量小于0.01%，H2S的含量小于5ppm。本专利技术的优点和达到的效果是：合成气集成净化方法，采用以固定载体膜为膜材的膜分离器与变压吸附系统相结合，将合成气中的二氧化碳、硫化氢等酸性气体选择性地予以深度脱除，使有效组分一氧化碳、氢气等保留在了高压侧，几乎无压力损失，与传统单一合成气脱碳技术相比，具有气体净化度高、环保、能耗低、投资少、气体压力损失小等优点，特别适用于合成气中酸性气体的脱除。附图说明图1是本专利技术实施例合成气集成净化方法工艺流程简图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述。以下实施例方法流程参见附图1。实施例1从生物质气化炉装置来的生物质合成气，温度20oC、压力0.2Mpa、流量1000Nm3/h，气体组成为CO2:6%；CO：24%；H2:18%；CH4:3%；N2:48%；H2S：200ppm；O2:1%。采用压缩机增压至505kPa，送至膜分离系统，采用过滤器除去气体中的粉尘、焦油及大颗粒雾滴后，进入气体增湿器本文档来自技高网...

【技术保护点】
合成气集成净化方法，其特征在于采用膜分离和变压吸附相结合的方式脱除合成气中的酸性组分，合成气经过滤器除去粉尘、油雾和水滴，进入增湿器后通过鼓泡或喷雾的方法对合成气增湿，而后进入气液分离器除去气体中的大部分液滴，出气液分离器的合成气直接进入膜分离器，截留气为粗脱合成气，再次进入变压吸附系统精脱，使合成气中酸性气体脱除至合格，膜分离器的渗透气为富含CO2、H2S的酸气，部分循环以回收其中的有效组分。

【技术特征摘要】
1.合成气集成净化方法，其特征在于采用膜分离和变压吸附相结合的方式脱除合成气中的酸性组分，合成气经过滤器除去粉尘、油雾和水滴，进入增湿器后通过鼓泡或喷雾的方法对合成气增湿，而后进入气液分离器除去气体中的大部分液滴，出气液分离器的合成气直接进入膜分离器，截留气为粗脱合成气，再次进入变压吸附系统精脱，使合成气中酸性气体脱除至合格，膜分离器的渗透气为富含CO2、H2S的酸气，部分循环以回收其中的有效组分。2.根据权利要求1所述的合成气集成净化方法，其特征在于所述合成气包含CO2、CO、H2、H2S及其他微量组分，其中CO2的体积百分浓度为5%~30%，H2S浓度为100~2000ppm。3.根据权利要求1所述合成气集成净化方法，其特征在于所述膜分离器的操作压力范围是0.2~3.5MPa。4.根据权利要求1所述合成气集成净化方法，其特征在于所述膜分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：于品华，孔凡敏，王祥云，毛松柏，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，南化集团研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32