从焦炉气中分离CO和H2的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种从焦炉气中分离CO和H2的系统和方法，该系统包括：催化氧化H2S单元，变压吸附分离CO单元，催化氧化CO单元，除氧单元，压缩单元，四塔真空变压吸附单元和双回流变压吸附单元。由此，通过采用物理吸附和催化氧化方法对焦炉气中的有效组分依次分离，整个分离过程没有复杂的化学反应且工艺路线简单，具有无复杂化学反应、工艺流程简单、分离效率高、能耗低等优点，而且提纯得到的高纯氢气的纯度高于99.992v％，其中CO含量低于0.2ppmv，可满足燃料电池的要求。可满足燃料电池的要求。可满足燃料电池的要求。

【技术实现步骤摘要】
从焦炉气中分离CO和H2的系统和方法


[0001]本专利技术涉及化工
，具体涉及一种焦炉气中分离CO和H2的系统和方法。

技术介绍

[0002]焦炉气(COG)的综合利用是中国的特殊国情。中国是世界焦炭的主要生产地，而焦炉气是炼焦的副产品，主要组成为：H2：25～28％，N2：45～50％，CO：10％，CO2：5～10％，H2S：100ppmv，O2：3～8％，是一种良好的高热值燃料。焦炉气中CO和H2是具有高附加价值的化工基础原料，可以合成许多重要的化工产品，例如CO可以通过氢化生产甲醇。此外，CO是一种有毒气体，微量的CO也会毒害贵重的催化剂，例如质子交换膜燃料电池CO含量低于0.2ppmv时保护铂电催化剂。同时以焦炉气为原料提纯燃料电池级别用氢气，可以将焦炉气的价值提高5～10倍。
[0003]焦炉气普遍的处理方法是燃烧排放或直接排放，不仅浪费了具有高附加价值的CO和H2，又造成严重的环境污染。为了实现以焦炉煤气为原料生产具有高附加值的CO和H2，必须开发高效分离技术同时对多种杂质进行深度甚至超深度脱除。分离CO和H2的方法主要有深冷分离、膜分离和吸附分离法。吸附分离法由于操作简便、自动化程度高和分离纯度高而具有优势，根据再生方式，吸附分离法分为变压吸附(PSA)和(TSA)。常用商业吸附剂例如活性炭、分子筛和硅胶在低压下对焦炉气中的杂质吸附量迅速上升，因此PSA在操作弹性和经济性方面更具竞争力。
[0004]PSA技术是一种高效的分离方法，具有能耗低、不混入新杂质和产品纯度高等特点备受关注。PSA工艺可以生产纯度在98～99.99％之间的氢气。12塔PSA在操作压力大于2MPa时，可以达到70～90％的回收率。工业PSA装置通常包含多个并联的吸附塔，在不同时间依次经历相同的步骤循环。吸附剂的物理性质对于CO和H2的分离至关重要。已经对5A分子筛、13X分子筛、硅胶和活性炭等材料对CO和H2的选择性和动力学参数进行了大量研究，通常按照一定比例分层填入吸附塔。此外，焦炉气中N2含量较高，CO和N2由于具有相似的吸附特性难以被商业吸附剂例如活性炭、5A分子筛等有效分离，因此传统的PSA难以将焦炉气提纯至燃料电池级别。
[0005]中国专利CN 113877605A公开了一种低温氧化CO的催化剂及其制备方法，该催化剂在多种特性气氛(如富氢、富二氧化碳、含硫)中具有较高的CO催化氧化活性和稳定性。中国专利CN 108126708A公开了一种CO常温催化氧化催化剂，具有催化活性高及稳定性好，可在室温条件下将CO完全氧化的特点。中国专利CN 111100714A公开了一种焦炉煤气联合高炉煤气或和转炉煤气生产CO和H2原料气的方法及装置，优化了工艺流程。
[0006]综上所述，以往专利中虽然报导了一些用于焦炉气提纯制氢气的方法，但工艺存在以下问题：a.焦炉气中CO含量较高，单一催化技术或变压吸附技术难以完全分离CO和H2；b.工艺路线较为复杂，工业化困难。因此，现有的技术有待改进。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种从焦炉气中分离CO和H2的系统和方法，通过采用物理吸附和催化氧化方法对焦炉气中的有效组分依次分离，整个分离过程没有复杂的化学反应且工艺路线简单，具有无复杂化学反应、工艺流程简单、分离效率高、能耗低等优点，而且提纯得到的高纯氢气的纯度高于99.992v％，其中CO含量低于0.2ppmv，可满足燃料电池的要求。
[0008]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种从焦炉气中分离CO和H2的系统。根据本专利技术的实施例，所述系统包括：
[0009]催化氧化H2S单元，所述催化氧化H2S单元具有焦炉气入口，第一催化剂入口，第一处理气体出口；
[0010]变压吸附分离CO单元，所述变压吸附分离CO单元具有第一处理气体入口，第一吸附剂入口，纯CO出口，第二处理气体出口，所述第一处理气体出口与所述第一处理气体入口相连；
[0011]催化氧化CO单元，所述催化氧化CO单元具有第二处理气体入口，第二催化剂入口，第三处理气体出口，所述第二处理气体出口与所述第二处理气体入口相连；
[0012]除氧单元，所述除氧单元具有第三处理气体入口，第四处理气体出口，所述第三处理气体出口和所述第三处理气体入口相连；
[0013]压缩单元，所述压缩单元具有第四处理气体入口，第五处理气体出口，所述第四处理气体出口与所述第四处理气体入口相连；
[0014]四塔真空变压吸附单元，所述四塔真空变压吸附单元具有第五处理气体入口，第二吸附剂入口，第一解析气出口，第六处理气体出口，所述第五处理气体出口与所述第五处理气体入口相连；
[0015]双回流变压吸附单元，所述双回流变压吸附单元包括第六处理气体入口，第三吸附剂入口，高纯H2出口，第二解析气出口，所述第六处理气体出口和所述第六处理气体入口相连。
[0016]根据本专利技术实施例的从焦炉气中分离CO和H2的系统，通过将焦炉气依次通过催化氧化H2S单元，变压吸附分离CO单元，催化氧化CO单元，除氧单元，压缩单元，四塔真空变压吸附单元和双回流变压吸附单元，具体来说，通过催化氧化H2S单元和除氧单元，可除去H2S和部分O2，从而提高后续处理的效率、降低能耗并提高H2的纯度；通过变压吸附分离CO单元和催化氧化CO单元将较高浓度CO进行富集，提高了焦炉气的经济价值；通过将四塔真空变压吸附单元和双回流变压吸附单元相结合，制备高纯氢的同时也提高了收率。由此，通过采用物理吸附和催化氧化方法对焦炉气中的有效组分依次分离，整个分离过程没有复杂的化学反应且工艺路线简单，具有无复杂化学反应、工艺流程简单、分离效率高、能耗低等优点，而且提纯得到的高纯氢气的纯度高于99.992v％，其中CO含量低于0.2ppmv，可满足燃料电池的要求。
[0017]另外，根据本专利技术上述实施例的从焦炉气中分离CO和H2的系统，还可以具有如下附加的技术特征：
[0018]在本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种从焦炉气中分离CO和H2的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
[0019](1)将焦炉气通入催化氧化H2S单元进行第一反应，以便得到第一处理气体；
[0020](2)将所述第一处理气体通入变压吸附分离CO单元进行第二反应，以便得到第二处理气体和纯CO；
[0021](3)将所述第二处理气体通入催化氧化CO单元进行第三反应，以便得到第三处理气体和CO2；
[0022](4)将所述第三处理气体通入除氧单元进行除氧，以便得到第四处理气体；
[0023](5)将所述第四处理气体通入压缩单元进行压缩，以便得到第五处理气体；
[0024](6)将所述第五处理气体通入四塔真空变压吸附单元进行第四反应，以便得到第六处理气体和第一解析气；
[0025](7)将所述第六处理气体通入双回流变压吸附单元进行第五反应，以便得到第二解析气和高纯H2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从焦炉气中分离CO和H2的系统，其特征在于，所述系统包括：催化氧化H2S单元，所述催化氧化H2S单元具有焦炉气入口，第一催化剂入口，第一处理气体出口；变压吸附分离CO单元，所述变压吸附分离CO单元具有第一处理气体入口，第一吸附剂入口，纯CO出口，第二处理气体出口，所述第一处理气体出口与所述第一处理气体入口相连；催化氧化CO单元，所述催化氧化CO单元具有第二处理气体入口，第二催化剂入口，第三处理气体出口，所述第二处理气体出口与所述第二处理气体入口相连；除氧单元，所述除氧单元具有第三处理气体入口，第四处理气体出口，所述第三处理气体出口和所述第三处理气体入口相连；压缩单元，所述压缩单元具有第四处理气体入口，第五处理气体出口，所述第四处理气体出口与所述第四处理气体入口相连；四塔真空变压吸附单元，所述四塔真空变压吸附单元具有第五处理气体入口，第二吸附剂入口，第一解析气出口，第六处理气体出口，所述第五处理气体出口与所述第五处理气体入口相连；双回流变压吸附单元，所述双回流变压吸附单元包括第六处理气体入口，第三吸附剂入口，高纯H2出口，第二解析气出口，所述第六处理气体出口和所述第六处理气体入口相连。2.一种从焦炉气中分离CO和H2的方法，使用权利要求1所述的从焦炉气中分离CO和H2的系统，其特征在于，包括：(1)将焦炉气通入催化氧化H2S单元进行第一反应，以便得到第一处理气体；(2)将所述第一处理气体通入变压吸附分离CO单元进行第二反应，以便得到第二处理气体和纯CO；(3)将所述第二处理气体通入催化氧化CO单元进行第...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖永厚，郭强，安博兴，李玉善，梁正奇，刘旭，
申请(专利权)人：大连理工大学盘锦产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：