一種從焦?fàn)t煤氣重整氣中提取高純氫氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種從焦?fàn)t煤氣重整氣中提取高純氫氣的方法，采用超高的透氫選擇性金屬鈀復(fù)合膜氫氣純化器，在保證氫氣高回收率條件下從焦?fàn)t煤氣重整氣中獲得高純氫。焦?fàn)t煤氣重整氣首先進(jìn)入緩沖罐，然后進(jìn)入壓縮機(jī)升壓后依次通過過濾器、電加熱器后進(jìn)入金屬鈀復(fù)合膜氫氣純化器，經(jīng)冷卻器后獲得純度大于99.999%的高純氫氣，其中CO含量小于1.0ppm，同時(shí)由于金屬鈀復(fù)合膜的高氫氣透量，可以在回收率大于90%的條件下得到更高的原料氣處理量，實(shí)現(xiàn)對(duì)焦?fàn)t煤氣的充分利用。利用該方法提取的高純氫可以廣泛的應(yīng)用于化工、電子、冶金和食品工業(yè)中。
【專利說明】一種從焦?fàn)t煤氣重整氣中提取高純氫氣的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及到一種從焦?fàn)t煤氣重整氣中提純氫氣的分離方法，利用金屬鈀復(fù)合膜氫氣純化器的超高透氫選擇性，在高氫氣回收率下通過直接式一級(jí)提取獲得高純氫氣。

【背景技術(shù)】
:
[0002]氫氣作為重要的工業(yè)生產(chǎn)原料而被廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展以及國外先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備的引進(jìn)，使氫氣的用途不斷地?cái)U(kuò)大，對(duì)氫氣的需求不斷地增加。同時(shí)，由于專業(yè)的氫氣生產(chǎn)對(duì)技術(shù)、設(shè)備、環(huán)境要求較高，決定了氫氣的生產(chǎn)的困難性，利用工業(yè)尾氣，開發(fā)和生產(chǎn)純氫和高純氫氣，將會(huì)取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0003]焦?fàn)t煤氣是煉焦過程的副產(chǎn)物，是優(yōu)良的制氫原料，我國焦?fàn)t煤氣資源豐富，但實(shí)際利用水平很低，大多直接作為工業(yè)或民用燃料燒掉，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。
[0004]焦?fàn)t煤氣的分離和提純技術(shù)主要有變壓吸附法、深冷分離法和普通膜分離法，變壓吸附法可以生產(chǎn)高純度的氫氣，但具有設(shè)備投資大，回收率低和產(chǎn)品氫氣純度波動(dòng)等缺點(diǎn)；而深冷分離法得到氫氣純度不高，設(shè)備復(fù)雜投資大；普通膜分離法的透氫選擇性小，通常只有幾十或幾百，使得回收氫氣的純度不高，一般只能提高I~2個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)還存在單位膜面積的處理量小等缺點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明采用金屬鈀復(fù)合膜氫氣純化器對(duì)焦?fàn)t煤氣重整氣進(jìn)行氫氣提純，克服了上述分離方法的缺陷，選用高透氫量、高選擇性金屬鈀復(fù)合膜，可以對(duì)雜質(zhì)氣體無差別的有效攔截，從而得到高純氫氣，相對(duì)于天然氣水蒸氣重整、甲醇裂解或者氨分解等通過深冷分離和變壓吸附制取的高純氫氣，本生產(chǎn)方法投資大幅降低，所生產(chǎn)的高純氫成本也大幅降低，可以廣泛的應(yīng)用于化工、電子、冶金和食品工業(yè)中。本發(fā)明還可以串聯(lián)二級(jí)金屬鈀復(fù)合膜氫氣純化器，通過對(duì)一級(jí)產(chǎn)品氫氣的二級(jí)提純，得到純度大于99.999999%的超純氫，可以成為LED和半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)的配套超純氫氣裝置，將推動(dòng)電子信息、半導(dǎo)體、多晶硅、LED和光伏發(fā)電等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)推進(jìn)信息化社會(huì)建設(shè)、節(jié)能減排和能源可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種利用焦?fàn)t煤氣重整氣提取高純氫氣的方法，通過采用超高的透氫選擇性、高氫氣透量的金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜氫氣純化器，在高氫氣回收率條件下從焦?fàn)t煤氣重整氣中獲得純度大于99.999%的高純氫，同時(shí)由于提純氫氣的機(jī)理與變壓吸附技術(shù)、深冷分離技術(shù)不同，可以對(duì)雜質(zhì)氣體無差別的有效攔截去除。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008] 焦?fàn)t煤氣重整氣首先進(jìn)入緩沖罐，然后進(jìn)入氫氣壓縮機(jī)升壓到0.3-2.5MPa后經(jīng)過濾器濾掉大于0.1 μ m的顆粒物，再通過電加熱器升溫到300-500°C后進(jìn)入金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜氫氣純化器分離提純，產(chǎn)品氫氣經(jīng)冷卻器冷卻后獲得純度大于99.999%的高純氫氣。
[0009]所述氫氣壓縮機(jī)為隔膜式、離心式、活塞式氫氣壓縮機(jī)。
[0010]所述過濾器為氣體過濾器、精密氣體過濾器或精密空氣過濾器。
[0011]所述電加熱器為套管式、板式、列管式或管殼式換熱器。
[0012]所述屬鈀或鈀合金復(fù)合膜氫氣純化器是采用多通道金屬鈀復(fù)合膜材料制備的氫氣純化器；所述的金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜為一根或多根金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜構(gòu)成的多通道金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜。
[0013]所述焦?fàn)t煤氣重整氣是指煉焦過程中產(chǎn)生的氣體，其中的甲烷經(jīng)過水蒸氣重整后得到的重整氣。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有的氫氣提取技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015](I)針對(duì)焦?fàn)t煤氣重整氣的雜質(zhì)氣成分復(fù)雜的特點(diǎn)采用直接式一級(jí)分離，得到99.999%的高純氫，與變壓吸附技術(shù)、深冷分離技術(shù)相比設(shè)備簡單，分離效率高。
[0016](2)本發(fā)明中采用的多通道金屬鈀復(fù)合膜材料制備的氫氣純化器與傳統(tǒng)的膜分離技術(shù)相比具有單位膜面積氫透量大，選擇性高可以對(duì)雜質(zhì)氣體進(jìn)行無差別的有效攔截，同時(shí)氫回收率保持在90%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為焦?fàn)t煤氣重整氣中提取氫氣裝置示意圖；
[0018]圖中:1緩沖罐；2氫氣壓縮機(jī)；3過濾器；4電加熱器；5金屬鈀復(fù)合膜氫氣純化器；6冷卻器；
[0019]圖2為多通道金屬鈀復(fù)合膜橫截面示意圖；
[0020]圖3為多通道金屬鈀復(fù)合膜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為多通道金屬鈀復(fù)合膜氫氣純化器結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]所述金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜氫氣純化器的結(jié)構(gòu)詳見申請(qǐng)國家發(fā)明專利申請(qǐng)“一種多通道金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜氫氣分離器”(專利申請(qǐng)?zhí)?200810117897.0)，有一根或多根金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜組成，以多通道陶瓷管I作為金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜2的支撐體，其橫截面示意圖見圖2，在多通道陶瓷管內(nèi)表面、兩頭的橫截面3以及距離端頭30mm的外表面形成連續(xù)的鈀膜或鈀合金復(fù)合膜(其剖面如圖3所示)，采用石墨密封圈4在外表面距離端頭約10_處，將多通道金屬鈀膜或鈀合金復(fù)合膜與金屬接頭5連接密封，再將金屬接頭5與分離器殼體6連接組成氫分離器，其中一端采用金屬軟管7連接，該多通道金屬鈀復(fù)合膜組成的氫氣分離器結(jié)構(gòu)示意圖由圖4所示。所述焦?fàn)t煤氣重整氣主要成分為:H2、CH4, CO、CO2> N2O所述金屬IE或IE合金復(fù)合膜的室溫透氮量為1.0ml/min.bar, 400°C透氫量為40L/min.bar,其H2/N2分離系數(shù)大于50000。
[0023]實(shí)施例1:
[0024]以含氫76.71% (見表一)的焦?fàn)t煤氣重整氣為原料氣,米用金屬鈕復(fù)合膜氫氣純化器進(jìn)行氫氣純化。如圖1所示，焦?fàn)t煤氣重整氣在0.1MPa下進(jìn)入緩沖罐I，經(jīng)氫氣壓縮機(jī)2將壓力提高到0.48MPa，通過過濾器3進(jìn)入電加熱器4加熱到415°C進(jìn)入金屬鈀復(fù)合膜氫氣純化器5，進(jìn)行氫氣提純，滲透氫氣壓力為0.1lMPa,經(jīng)氣相色譜TCD檢測器在線檢測不到任何雜質(zhì)，經(jīng)氣相色譜FID檢測器離線檢測CO含量小于1.0ppmXO2含量4.0ppm,說明滲透氫氣純度大于99.999%。氫氣回收率90.4%，滲透氫氣流量98.8m3/h。原料氣及滲透氫氣組成如下表所示:
[0025]表1多通道金屬鈀復(fù)合膜氫氣提純結(jié)果
[0026]

【權(quán)利要求】
1.一種從焦?fàn)t煤氣重整氣中提取高純氫氣的方法，其特征在于: 焦?fàn)t煤氣重整氣首先進(jìn)入緩沖罐(I)，然后進(jìn)入壓縮機(jī)(2)升壓后依次通過過濾器(3)、電加熱器(4)后進(jìn)入金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜氫氣純化器(5)，由純化器(5)分離出的氫氣經(jīng)冷卻器(6)后獲得氫氣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述焦?fàn)t煤氣重整氣脫硫脫水后一般組成為:H267 ~84%、CO0.18 ~2.0%、CO215 ~25%、N20.8 ~4.5%、CH40.02 ~1.5%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述氫氣壓縮機(jī)為隔膜式、離心式、或活塞式氫氣壓縮機(jī)，可以將原料氣從0.1MPa增壓到0.3-2.5MPa。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述過濾器為氣體過濾器、精密氣體過濾器或精密空氣過濾器，可以過濾掉原料氣中大于0.Ιμπι的顆粒物。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述電加熱器為套管式、板式、列管式或管殼式換熱器，可以將原料氣加熱到300-500°C。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述金屬鈀復(fù)合膜氫氣純化器是采用多通道金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜材料制備的氫氣純化器。
7.如權(quán)利要求 1或6所述的方法，其特征在于:所述金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜氫氣純化器的結(jié)構(gòu)詳見申請(qǐng)國家發(fā)明專利申請(qǐng)“一種多通道金屬鈀或鈀合金復(fù)合膜氫氣分離器”，專利申請(qǐng)?zhí)?200810117897.0。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述采用金屬鈀復(fù)合膜氫氣純化器是對(duì)焦?fàn)t煤氣重整氣進(jìn)行直接式一級(jí)提??；由純化器(5)分離出的氫氣經(jīng)冷卻器(6)后獲得純度大于99.999%的高純氫氣。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:由純化器(5)分離出的氫氣經(jīng)冷卻器(6)降溫至室溫；氫氣回收率大于90%條件下,產(chǎn)品氫壓力達(dá)0.1-0.6MPa。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述焦?fàn)t煤氣重整氣是指煉焦過程中產(chǎn)生的氣體，其中的甲烷經(jīng)過水蒸氣重整后得到的重整氣。
【文檔編號(hào)】C01B3/50GK104176706SQ201310195928
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】徐恒泳, 孟繁瓊, 董恩寧, 李安琪 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所