[发明专利]一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，特别是涉及一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺。

背景技术

在煤化工项目的甲醇合成装置中，为了防止惰性气体的累积，通常会在反应器后弛放一少部分循环气。这部分气体，由于氢气含量较高，若直接燃烧将会造成有用气体的严重浪费。为此，目前甲醇合成装置的常规做法是采用投资较低的膜分离技术，利用气体分子在膜中的渗透差异，过滤掉弛放气中大分子组分，将弛放气中氢气提浓，返回甲醇合成装置，循环利用，残余的非渗透气则作为燃料气送出界区（或者进一步处理）。如专利10185209B中公开的一种整合膜分离、变换、脱碳技术，已达到最大程度的回收甲醇合成弛放气中的有效组分的方法。弛放气经膜分离处理后，渗透气返回甲醇合成；非渗透气没有作为燃料气使用，而是进一步通过变换处理，将非渗透气中的CO转化为H2，并经脱碳，最后采用膜分离将脱碳气提浓后，返回甲醇合成。

随着现代煤化工项目的超大型化，甲醇合成装置的规模也日趋增大，相应的弛放气的气量也逐渐增大。同时，随着煤化工产品由甲醇向烯烃的进一步延伸，全厂统筹的设计理念日趋彻底，氢浓度较高的甲醇合成弛放气在实现回收的同时，也有了新的用途：为下游烯烃以及聚合装置制备一定量的高纯度的氢气。目前报道的由合成弛放气制备氢气的方法，均是用于将甲醇合成弛放气全部制备氢气，既仅用一段膜分离串接PSA的方式，而对于在甲醇合成弛放气回收的同时并部分制备氢气产品的处理工艺尚无报道。如专利102191086A公开的煤制合成气联产一氧化碳、甲醇、氢气、精制合成气的集成装置和方法中，甲醇合成的弛放气经膜分离提浓氢气浓度后，全部进入PSA提纯，制备99.9%的高纯度氢气或者与别的氢气进行调配。在其方法中并没有述及如何实现甲醇合成弛放气回收的同时并部分制备氢气产品。即使采取这种仅一段膜分离与PSA串接的传统做法，去实现甲醇合成弛放气回收的同时并部分制备氢气产品的功能，也显得缺点较多，投资和能耗均较高，理由如下：

膜分离渗透气回路串接PSA（参见附图1），如专利102191086A提及的膜分离串接PSA工艺。对于甲醇合成弛放气回收的同时部分制备氢气产品的情况，渗透气仅部分进入PSA，剩余部分返回甲醇合成。由于渗透气中氢气浓度较高，此种情况PSA装置的规模较合理；但为了保证渗透侧的压力能够满足PSA制备较高压力氢气产品的要求，膜分离两侧的压降必须控制在较低水平，在保证氢回收率理想的前提下，所需膜的数量增大，膜分离系统的投资增高。

对于膜分离非渗透气回路串接PSA（参见附图2），此时膜分离不受氢气产品所需压力的限制，规模比较合理；但由于进入PSA的为非渗透气，氢气浓度很低，PSA需要处理的气量大，PSA的规模较大，投资较高；同时，为达到理想的氢回收率，解吸压力较低，解吸气量大，需要配备压缩机进行压缩，方能满足燃料气管网的压力要求。

发明内容

为实现甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的目的，克服传统工艺的缺陷，本发明提出一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺。通过创新性的将PSA与两段膜分离进行有机组合，通过合理设计，有效地将两系统控制在了合理规模，以更加合理、经济的方式，实现回收甲醇合成弛放气的同时，又制备了一定量的高纯度氢气；尤其适用于对回收大规模煤化工装置甲醇合成弛放气并同时制备少量高纯度氢气的情况，整个处理装置的投资和运行费用均较低。

本发明的技术方案如下：

一种甲醇合成弛放气回收并部分制备氢气产品的处理工艺是以两段膜分离和变压吸附（PSA）相结合，实现甲醇合成弛放气回收的同时并部分制备氢气产品，具体流程如下：

来自甲醇合成的弛放气首先全部进入第一段膜分离，根据目标氢气产品量制备适量的渗透气，此时大部分弛放气仍在非渗透气中；

第一段膜分离的渗透气进入PSA装置，制备纯度较高且压力与渗透气接近的氢气产品（氢气的浓度～99.9%或者更高）；解吸气作为燃料气送出界区；

第一段膜分离的非渗透气继续进入第二段膜分离，经提浓后的渗透气（氢气的浓度～85%）返回上游甲醇合成单元，回收利用其中的有效气；第二段膜分离渗透气经减压后，作为燃料气送出界区。

上述工艺中，甲醇合成弛放气仅部分用于制备氢气产品，目标氢气产品量仅占甲醇合成弛放气中氢气总量的一部分，约为1/7～1/10或者更小比例；