本发明专利技术提供一种采用金属钯膜分离技术从焦炉煤气中提取高纯度氢气的方法，其步骤如下：１）对焦炉煤气中有害成分的净化：首先将焦炉煤气通入０．１ｍｏｌ／Ｌ～２ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ溶液，气液比为０．１～１ｍ↑［３］／Ｌ，对焦炉煤气进行第一次脱硫处理；而后经过精脱硫剂多孔氧化铁再吸收，气固比为１～５ｍ↑［３］／ｋｇ，进行第二次脱硫处理，将焦炉煤气中的Ｈ↓［２］Ｓ降低到０～１ｐｐｍ；最后经过干燥剂无水ＣａＣｌ↓［２］进行干燥处理，水分降到０～２０ｐｐｍ；２）通过金属钯膜对焦炉煤气进行分离，首先通过全气控增压设备对焦炉煤气进行增压，压力为１．５～４．０ｂａｒ下，在膜管外温度为３６０℃～４２０℃和尾气流速为１５０ｍＬ／ｍｉｎ～１８０ｍＬ／ｍｉｎ下，分离得到高纯氢气。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种采用膜分离技术从焦炉煤气中提取高纯度氢气的方 法，具体提供了一种采用对氢气选择性高的金属钯膜从焦炉煤气中提取 高纯度氢气的工艺技术。
技术介绍
随着化工行业的高速发展，对氢气的用量越来越大，对其质量的要 求也越来越高。但是，当前能源短缺，而传统的电解制氢需要消耗大量的电力，同时该装置由于强碱腐蚀，寿命很短， 一般只有10年，并且工艺落后。因此，如果能充分有效的提取焦炉煤气中的氢气，则可为国家 节省大量的电力，同时可为企业带来可观的经济效益。各焦化行业的焦 化过程产生的副产物中含有大量具有高价值物质，焦炉煤气是焦化厂炼制焦碳的副产品，其主要成分是H2、 CH4、 CO等，因此，如何回收利 用这些有用的物质，对提高企业产品的附加值和节能降耗带来重大的现 实意义。传统的焦炉煤气制氢的方法为变压吸附(PSA)法和深度冷冻法。深 冷法是应用最早、技术最成熟的方法，适宜于焦炉煤气的综合利用，它 不仅能回收氢气，还能回收CH4、 CO等。但所用设备复杂且需在高压 操作，使得深冷装置投资大、运转费用高、投资回收期长，难以被大多 数焦化厂接受。变压吸附(PSA)法技术也已成熟，其优点在于可获得较 高的氢气纯度和氢气回收率，且可得到压力较高的产品气，能节省合成 氨原料气净化工段的压縮费用。但其氢气回收率的提高是以增加吸附塔 的数量和降低产品气氢气纯度为代价的，而多塔操作切换频繁。使用膜分离方法分离焦炉煤气中的氢未见报道，但膜分离技术已成 功的应用于与焦炉煤气相似的甲烷重整气体、催化裂化干气中。由于焦 炉煤气的组分与甲烷重整气体、氨分解气体的组分相似，所以膜分离技 术应用于焦炉煤气制氢具有可行性。另外，膜分离技术与变压吸附法相 比，具有投资少、能耗低、使用方便、和操作弹性大等特点。与传统的3吸附冷冻、冷凝分离相比，具有节能、高效、操作简单、使用方便、不 产生二次污染等优点。气体膜分离器是气体膜分离的关键，而膜材料的好坏影响气体膜分 离器的分离性能、应用范围、使用条件等。按气体分离膜材料性质的差 异，通常可分为高分子材料、无机材料和金属材料3大类。有机膜透气 性较差，在使用过程中的操作压力和温度不能太高，且容易产生浓差极 化；长期在强酸或强碱条件下工作，膜会发生水解等不可逆的劣变，影 响膜的使用寿命和应用范围；有机膜很难彻底清洗和灭菌，在食品加工 中会造成二次污染。无机钯膜由于钯金属独特的选择透氢特性，使钯膜 在制取与提纯氢气(如甲垸或甲醇蒸气重整、水煤气转化等)及与氢有 关的反应方面(如丙烷、异丁烷、正丁垸、乙苯的脱氢等)有着广泛的 应用。氢气很容易透过钯膜，而其他气体则不可透过，正是这一特性， 使钯膜成为优良的氢气分离器和纯化器。膜分离技术除有上述的优点外，其应用在气体分离方面存在的问题 主要有化学和热稳定性差，选择性和通量不高，处理量有限，耐久性 差，对装置的预处理要求较高，膜面上为数很少的缺陷就可使过程的有 效性遭到破坏。国内提纯氢气多采用联合工艺或变压吸附法，用膜分离 技术较少，膜分离技术应用焦炉煤气制氢的报道更少，这主要原因有以 下两点第一，焦炉煤气排放压力接近于常压，需经压縮机升压，再进 入膜分离系统。同时要想取得较高的回收率，就需要分离系数高且渗透 系数大的膜材料，以便能在较低的压力下获得较高的氢渗透量。第二， 焦炉煤气制氢的难点在于焦炉煤气的净化，焦炉煤气中焦油、粉尘等杂 质如果粘附在膜材料表面，将会使膜表面的微孔堵塞，导致膜分离性能 下降；另外，焦炉煤气中还含有少量的H2S，会使像钯及钯合金类的无 机膜永久"中毒"，导致膜的分离性能丧失。因此，净化不利将直接影响 到膜的性能和使用寿命。近年来，随着气体分离膜材料性能的不断提高， 膜分离在低于1.6MPa的操作压差下即可获得较高的H2回收率。同时，利用先进的气体净化技术可以低成本高效率的除去焦炉气中的有害杂质，为膜分离提供了清洁的进气条件，保证了膜的性能和使用寿命。这就为膜分离应用于焦炉煤气中提供了保障，同时膜分离技术已成功的应用于与焦炉煤气相似的甲烷重整气体、催化裂化干气、合成氨气体、苯脱氢气体中，为膜分离应用于焦炉煤气中提供了可行性。因此，应用膜分离技术采用对氢气选择性高的金属钯膜从焦炉煤气 中提取高纯度的氢气。研究不同的膜条件和操作条件下，钯膜对焦炉煤气的分离效率和分离所得氢气的纯度，以得到满足条件(氢气纯度99%) 的分离膜产品和分离的工艺参数。
技术实现思路
本专利技术旨在给出一种采用膜分离技术从焦炉煤气中提取高纯度氢气 的方法。通过采用适合于从焦炉煤气中高效分离氢气的金属膜管、改变 膜管中焦炉煤气的温度、压力及尾气端气体的流速等工艺参数，能从焦 炉煤气中提取高纯度的氢气，使焦炉煤气中氢气得到高效的利用。本专利技术的技术方案本专利技术的采用金属钯膜分离技术从焦炉煤气中 提取高纯度氢气的方法其步骤如下1) 对焦炉煤气中有害成分的净化首先将焦炉煤气通入0.1mol/L 2mol/LNaOH溶液，气液比为0.1~lm3/L，对焦炉煤气迸行第一次脱硫 处理；而后经过精脱硫剂多孔氧化铁再吸收，气固比为l~5m3/kg，进行 第二次脱硫处理，将焦炉煤气中的H2S降低到0 lppm;最后经过干燥 剂无水CaCl2进行干燥处理，水分降到0 20ppm;2) 通过金属钯膜对焦炉煤气进行分离，首先通过全气控增压设备 对焦炉煤气进行增压，压力为1.5 4.0bar下，在膜管外温度为360°C 420'C和尾气流速为150mL/min 180mL/min下，分离得到高纯氢气。所述的采用金属钯膜分离技术从焦炉煤气中提取高纯度氢气的方 法，其步骤2)是在压力为2 3bar下分离最佳。所述的采用金属钯膜分离技术从焦炉煤气中提取高纯度氢气的方 法，其步骤2)膜管外温度为380 400。C最佳。所述的采用金属钯膜分离技术从焦炉煤气中提取高纯度氢气的方 法，其步骤2)尾气流速为170 180mL/min时分离最佳。所述的采用金属钯膜分离技术从焦炉煤气中提取髙纯度氢气的方 法，对焦炉煤气进行分离采用的金属钯膜是Pd/a-Al203复合膜，Pd/a-Al203复合膜的载体为多孔a-Al203陶瓷管，孔径0.1pm 0.4pm，孔隙率30% 55%，膜厚为l 6pm。本专利技术的有益效果首次采用膜分离技术应用于焦炉煤气的氢气提 纯的研究中，通过制备的钯膜对焦炉煤气进行分离验证实验，在温度为 397'C和尾气流速为176mL/min下，通过全气控增压设备对焦炉煤气增 压到2.0bar时，可分离得到纯度为99%以上的高纯氢气。附图说明图1是焦炉煤气提取氢气净化流程图。 图2是焦炉煤气提取高纯氢气工艺流程。具体实施例方式图1是焦炉煤气提取氢气净化流程图la是氢氧化钠洗液瓶，2 是氧化铁脱硫吸收器，3是氯化钙干燥器。由于真实的焦炉煤气组成成 分比较复杂，除含有六种气体外，还含有少量对钯膜有伤害的焦油和 H2S，焦油会在膜层表面聚积，阻止氢气的渗透，降低膜管的分离性能； H2S则会使钯膜永久"中毒"，因为H2S在高温条件下与膜表面所沉积的 钯颗粒反应，生成对氢气没有渗透效果的硫化钯，使钯膜失去对氢气的 分离特性。所以，在对真实的焦炉煤气进行分离操作之前，必须对焦炉 煤气进行净化处理，确本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用金属钯膜分离技术从焦炉煤气中提取高纯度氢气的方法，其步骤如下： １）对焦炉煤气中有害成分的净化：首先将焦炉煤气通入０．１ｍｏｌ／Ｌ～２ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ溶液，气液比为０．１～１ｍ↑［３］／Ｌ，对焦炉煤气进行第一次脱硫处理； 而后经过精脱硫剂多孔氧化铁再吸收，气固比为１～５ｍ↑［３］／ｋｇ，进行第二次脱硫处理，将焦炉煤气中的Ｈ↓［２］Ｓ降低到０～１ｐｐｍ；最后经过干燥剂无水ＣａＣｌ↓［２］进行干燥处理，水分降到０～２０ｐｐｍ； ２）通过金属钯膜对焦炉煤气进 行分离，首先通过全气控增压设备对焦炉煤气进行增压，压力为１．５～４．０ｂａｒ下，在膜管外温度为３６０℃～４２０℃和尾气流速为１５０ｍＬ／ｍｉｎ～１８０ｍＬ／ｍｉｎ下，分离得到高纯氢气。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏松波，吕早生，梁治学，王光辉，常红兵，盛军波，刘向勇，曹素梅，
申请(专利权)人：武汉钢铁集团公司，
类型：发明
国别省市：83[]
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