專利名稱：生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化制備氫氣與二氧化碳工藝及其凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化制備氫氣與二氧化碳工藝，還涉及一種生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化裝置。
背景技術(shù)：
在生物發(fā)酵生產(chǎn)丙酮、丁醇的過程中產(chǎn)生發(fā)酵尾氣，此為混合氣體，其中二氧化碳含量高達(dá)62%(V%)，氫氣38%(V%)，該混合氣體在工廠生產(chǎn)中一般就地排放，或因含氫氣作為鍋爐的燃料，但如此大量的二氧化碳與可燃?xì)怏w一起入爐，不僅造成環(huán)境污染，減低鍋爐效率，還同時造成資源浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化制備氫氣與二氧化碳工藝， 還提供一種生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化制備氫氣與二氧化碳工藝，包括以下工藝步驟
a、吸收二氧化碳步驟；
混合氣經(jīng)壓縮至1. 2MPa，進(jìn)入氣體換熱器，被低壓閃蒸氣和脫碳?xì)饫鋮s換熱后，并經(jīng)進(jìn)塔氣分離器分離掉冷凝水，從脫碳塔底部進(jìn)入，氣體在塔內(nèi)自下而上與自上而下的溶劑逆流接觸，將氣體中的二氧化碳吸收；
b、凈化二氧化碳步驟
吸收了二氧化碳的富液，從脫碳塔底流出，減壓至0. 2-0. 在高壓閃蒸槽中閃蒸出攜帶的氫氣和15-25% 二氧化碳，高壓閃蒸槽的液位為50-95%，高壓閃蒸氣經(jīng)高閃氣分離器分離掉夾帶的霧沫，進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后返回脫碳塔，從高壓閃蒸槽底部流出的富液仍含有75-85% 二氧化碳再進(jìn)入低壓閃蒸槽，低壓閃蒸槽的液位為25-50%，進(jìn)一步在壓力為0. 01-0. 05Mpa下繼續(xù)閃蒸，低壓閃蒸氣中二氧化碳的含量為96_99%，經(jīng)低閃氣分離器分離掉夾帶的霧沫，換熱后送入CO2凈化裝置，進(jìn)行壓縮、冷凍，并經(jīng)吸附凈化，除去其中的雜質(zhì)，生產(chǎn)工業(yè)級或食品級二氧化碳；
c、脫碳液再生步驟
從低壓閃蒸槽流出的富液，被富液泵打到氣提塔頂部，向下流經(jīng)填料層，與氣提空氣逆流接觸，進(jìn)一步解吸再生為貧液，貧液經(jīng)貧液泵打入脫碳塔上部，重新吸收二氧化碳；
d、提純氫氣步驟
由混合氣脫碳工序來的粗氫氣，壓力1.2MPa，溫度35°C進(jìn)入PSA裝置，自塔底進(jìn)入吸附塔中進(jìn)行吸附，將原料氣中的二氧化碳、水、微量氧氣、氮?dú)饧坝袡C(jī)氣體吸附下來，最后塔頂獲得純度為98-99. 6%的工業(yè)氫。進(jìn)一步的，吸收二氧化碳步驟中的溶劑為NHD溶液或NHD聚乙二醇二甲醚。
生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化裝置，包括吸附塔本體、管道、設(shè)置于管道上的多個閥門和緊急排空保護(hù)裝置，所述吸附塔本體頂部設(shè)有法蘭，所述吸附塔本體底部設(shè)有入口管線，所述入口管線上部吸附塔本體內(nèi)部設(shè)有分布器，所述分布器包括擋板，所述吸附塔本體內(nèi)部頂部表面填充有瓷球，所述法蘭底部吸附塔本體內(nèi)部焊接有集合器，所述集合器周邊上開有排列規(guī)則的圓孔，所述圓孔分布處圍有鋼絲網(wǎng)a，所述分布器靠近吸附塔本體一側(cè)設(shè)有孔板，所述孔板表面設(shè)有鋼絲網(wǎng)b，所述鋼絲網(wǎng)b通過螺栓固定于吸附塔本體上，所述吸附塔本體的出口處設(shè)有出口總閥，所述吸附塔本體的入口處設(shè)有入口總閥，所述緊急排空保護(hù)裝置包括低壓閃蒸槽，所述低壓閃蒸槽連接閥門a和閥門b，所述閥門a和閥門b均連接連鎖裝置，所述閥門a還連接凈化裝置，所述閥門b還與放空總管底部連接。所述瓷球的直徑為35mm，所述圓孔的直徑為15mm。本發(fā)明的優(yōu)點是運(yùn)用NHD化學(xué)吸收脫碳方法，方案穩(wěn)定可靠，后續(xù)精制采用PSA 變壓吸附工藝，操作簡單，自動化程度高；成本費(fèi)用低產(chǎn)品純度高，市場用途廣。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明的原理圖。圖2為本發(fā)明生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2中吸附塔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的緊急排空保護(hù)裝置的原理圖。其中1、吸附塔本體，2、法蘭，3、瓷球，4、集合器，5、圓孔，6、鋼絲網(wǎng)a，7、入口管線，8、分布器，9、擋板，10、鋼絲網(wǎng)b，11、螺栓，12、孔板，13、管道，14、閥門，15、出口總閥，16、 入口總閥，17、低壓閃蒸槽，18、閥門a，19、閥門b，20、裝置連鎖，21、凈化裝置，22、放空總管。
具體實施例方式實施例1
如圖1所示，本發(fā)明的生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化制備氫氣與二氧化碳工藝，包括以下工藝步驟
a、吸收二氧化碳步驟；
混合氣經(jīng)壓縮至1. 2MPa，進(jìn)入氣體換熱器，被低壓閃蒸氣和脫碳?xì)饫鋮s換熱后，并經(jīng)進(jìn)塔氣分離器分離掉冷凝水，從脫碳塔底部進(jìn)入，氣體在塔內(nèi)自下而上與自上而下的NHD溶液逆流接觸，將氣體中的二氧化碳吸收；
b、凈化氫氣和二氧化碳步驟
吸收了二氧化碳的富液，從脫碳塔底流出，減壓至0. 在高壓閃蒸槽中閃蒸出攜帶的氫氣和15% 二氧化碳，高壓閃蒸槽的液位為50%，高壓閃蒸氣經(jīng)高閃氣分離器分離掉夾帶的霧沫，進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后返回脫碳塔，從高壓閃蒸槽底部流出的富液仍含有 75% 二氧化碳再進(jìn)入低壓閃蒸槽，低壓閃蒸槽的液位為25%，進(jìn)一步在壓力為0. OlMpa下繼續(xù)閃蒸，低壓閃蒸氣中二氧化碳的含量為96%，經(jīng)低閃氣分離器分離掉夾帶的霧沫，換熱后送入CO2凈化裝置，進(jìn)行壓縮、冷凍，并經(jīng)吸附凈化，除去其中的雜質(zhì)，生產(chǎn)工業(yè)級或食品級二氧化碳；
C、脫碳液再生步驟
從低壓閃蒸槽流出的富液，被富液泵打到氣提塔頂部，向下流經(jīng)填料層，與氣提空氣逆流接觸，進(jìn)一步解吸再生為貧液，貧液經(jīng)貧液泵打入脫碳塔上部，重新吸收二氧化碳；
d、提純氫氣步驟
由混合氣脫碳工序來的粗氫氣，壓力1.2MPa，溫度35°C進(jìn)入PSA裝置，自塔底進(jìn)入吸附塔中進(jìn)行吸附，將原料氣中的二氧化碳、水、微量氧氣、氮?dú)饧坝袡C(jī)氣體吸附下來，最后塔頂獲得純度為99%的工業(yè)氫。如圖2-4所示，本發(fā)明的生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化裝置，包括吸附塔本體1、管道13、設(shè)置于管道13上的多個閥門14和緊急排空保護(hù)裝置，吸附塔本體1頂部設(shè)有法蘭 2，吸附塔本體1底部設(shè)有入口管線7，入口管線7上部吸附塔本體1內(nèi)部設(shè)有分布器8，分布器8包括擋板9，吸附塔本體1內(nèi)部頂部表面填充有瓷球3，瓷球3的直徑為35mm，法蘭2 底部吸附塔本體1內(nèi)部焊接有集合器4，集合器4周邊上開有排列規(guī)則的圓孔5，圓孔5的直徑為15mm，圓孔5分布處圍有鋼絲網(wǎng)a 6，分布器8靠近吸附塔本體1 一側(cè)設(shè)有孔板12， 孔板12表面設(shè)有鋼絲網(wǎng)b 10，鋼絲網(wǎng)b 10通過螺栓11固定于吸附塔本體1上，吸附塔本體1的出口處設(shè)有出口總閥15，吸附塔本體1的入口處設(shè)有入口總閥16，緊急排空保護(hù)裝置包括低壓閃蒸槽17，低壓閃蒸槽17連接閥門a 18和閥門b 19，閥門a 18和閥門b 19 均連接連鎖裝置20，閥門a 18還連接凈化裝置21，閥門b 19還與放空總管22底部連接。實施例2
如圖1所示，本發(fā)明的生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化制備氫氣與二氧化碳工藝，包括以下工藝步驟
a、吸收二氧化碳步驟；
混合氣經(jīng)壓縮至1. 2MPa，進(jìn)入氣體換熱器，被低壓閃蒸氣和脫碳?xì)饫鋮s換熱后，并經(jīng)進(jìn)塔氣分離器分離掉冷凝水，從脫碳塔底部進(jìn)入，氣體在塔內(nèi)自下而上與自上而下的NHD溶液逆流接觸，將氣體中的二氧化碳吸收；
b、凈化二氧化碳步驟
吸收了二氧化碳的NaHCO3，從脫碳塔底流出，減壓至0. 3MPa在高壓閃蒸槽中閃蒸出攜帶的氫氣和20% 二氧化碳，高壓閃蒸槽的液位為70%，高壓閃蒸氣經(jīng)高閃氣分離器分離掉夾帶的霧沫，進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后返回脫碳塔，從高壓閃蒸槽底部流出的富液仍含有 80% 二氧化碳再進(jìn)入低壓閃蒸槽，低壓閃蒸槽的液位為40%，進(jìn)一步在壓力為0. 03MPa下繼續(xù)閃蒸，低壓閃蒸氣中二氧化碳的含量為97%，經(jīng)低閃氣分離器分離掉夾帶的霧沫，換熱后送入(X)2凈化裝置，進(jìn)行壓縮、冷凍，并經(jīng)吸附凈化，除去其中的雜質(zhì)，生產(chǎn)工業(yè)級或食品級二氧化碳；
c、脫碳液再生步驟
從低壓閃蒸槽流出的NaHCO3,被富液泵打到氣提塔頂部，向下流經(jīng)填料層，與氣提空氣逆流接觸，進(jìn)一步解吸再生為貧液，貧液經(jīng)貧液泵打入脫碳塔上部，重新吸收二氧化碳；
d、提純氫氣步驟
由混合氣脫碳工序來的粗氫氣，壓力1.2Mpa，溫度35°C進(jìn)入PSA裝置，自塔底進(jìn)入吸附塔中進(jìn)行吸附，將原料氣中的二氧化碳、水、微量氧氣、氮?dú)饧坝袡C(jī)氣體吸附下來，最后塔頂獲得純度為98%的工業(yè)氫。實施例3
如圖1所示，本發(fā)明的生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化制備氫氣與二氧化碳工藝，包括以下工藝步驟
a、吸收二氧化碳步驟；
混合氣經(jīng)壓縮至1. 2MPa，進(jìn)入氣體換熱器，被低壓閃蒸氣和脫碳?xì)饫鋮s換熱后，并經(jīng)進(jìn)塔氣分離器分離掉冷凝水，從脫碳塔底部進(jìn)入，氣體在塔內(nèi)自下而上與自上而下的NHD溶液逆流接觸，將氣體中的二氧化碳吸收；
b、凈化二氧化碳步驟
吸收了二氧化碳的NaHCO3，從脫碳塔底流出，減壓至0. 5MPa在高壓閃蒸槽中閃蒸出攜帶的氫氣和25% 二氧化碳，高壓閃蒸槽的液位為95%，高壓閃蒸氣經(jīng)高閃氣分離器分離掉夾帶的霧沫，進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后返回脫碳塔，從高壓閃蒸槽底部流出的富液仍含有 85% 二氧化碳再進(jìn)入低壓閃蒸槽，低壓閃蒸槽的液位為50%，進(jìn)一步在壓力為0. 05MI^下繼續(xù)閃蒸，低壓閃蒸氣中二氧化碳的含量為99%，經(jīng)低閃氣分離器分離掉夾帶的霧沫，換熱后送入(X)2凈化裝置，進(jìn)行壓縮、冷凍，并經(jīng)吸附凈化，除去其中的雜質(zhì)，生產(chǎn)工業(yè)級或食品級二氧化碳；
c、脫碳液再生步驟
從低壓閃蒸槽流出的NaHCO3,被富液泵打到氣提塔頂部，向下流經(jīng)填料層，與氣提空氣逆流接觸，進(jìn)一步解吸再生為貧液，貧液經(jīng)貧液泵打入脫碳塔上部，重新吸收二氧化碳；
d、提純氫氣步驟
由混合氣脫碳工序來的粗氫氣，壓力1.2Mpa，溫度35°C進(jìn)入PSA裝置，自塔底進(jìn)入吸附塔中進(jìn)行吸附，將原料氣中的二氧化碳、水、微量氧氣、氮?dú)饧坝袡C(jī)氣體吸附下來，最后塔頂獲得純度為99. 6%的工業(yè)氫。本實施例生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化裝置，同實施例1。
權(quán)利要求
1.生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化制備氫氣與二氧化碳工藝，其特征在于包括以下工藝步驟a、吸收二氧化碳步驟混合氣經(jīng)壓縮至1. 2MPa，進(jìn)入氣體換熱器，被低壓閃蒸氣和脫碳?xì)饫鋮s換熱后，并經(jīng)進(jìn)塔氣分離器分離掉冷凝水，從脫碳塔底部進(jìn)入，氣體在塔內(nèi)自下而上與自上而下的溶劑逆流接觸，將氣體中的二氧化碳吸收；b、凈化二氧化碳步驟吸收了二氧化碳的富液，從脫碳塔底流出，減壓至0. 2-0. 在高壓閃蒸槽中閃蒸出攜帶的氫氣和15-25% 二氧化碳，高壓閃蒸槽的液位為50-95%，高壓閃蒸氣經(jīng)高閃氣分離器分離掉夾帶的霧沫，進(jìn)入原料氣壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后返回脫碳塔，從高壓閃蒸槽底部流出的富液仍含有75-85% 二氧化碳再進(jìn)入低壓閃蒸槽，低壓閃蒸槽的液位為25-50%，進(jìn)一步在壓力為0. 01-0. 05MPa下繼續(xù)閃蒸，低壓閃蒸氣中二氧化碳的含量為96_99%，經(jīng)低閃氣分離器分離掉夾帶的霧沫，換熱后送入(X)2凈化裝置，進(jìn)行壓縮、冷凍，并經(jīng)吸附凈化，除去其中的雜質(zhì)，生產(chǎn)工業(yè)級或食品級二氧化碳；c、脫碳液再生步驟從低壓閃蒸槽流出的富液，被富液泵打到氣提塔頂部，向下流經(jīng)填料層，與氣提空氣逆流接觸，進(jìn)一步解吸再生為貧液，貧液經(jīng)貧液泵打入脫碳塔上部，重新吸收二氧化碳；d、提純氫氣步驟由混合氣脫碳工序來的粗氫氣，壓力1.2MPa，溫度35°C進(jìn)入PSA裝置，自塔底進(jìn)入吸附塔中進(jìn)行吸附，將原料氣中的二氧化碳、水、微量氧氣、氮?dú)饧坝袡C(jī)氣體吸附下來，最后塔頂獲得純度為98-99. 6%的工業(yè)氫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化制備氫氣與二氧化碳工藝，其特征在于吸收二氧化碳步驟中的溶劑為NHD溶液或NHD聚乙二醇二甲醚。
3.生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化裝置，包括吸附塔本體、管道、設(shè)置于管道上的多個閥門和緊急排空保護(hù)裝置，所述吸附塔本體頂部設(shè)有法蘭，所述吸附塔本體底部設(shè)有入口管線， 所述入口管線上部吸附塔本體內(nèi)部設(shè)有分布器，所述分布器包括擋板，其特征在于所述吸附塔本體內(nèi)部頂部表面填充有瓷球，所述法蘭底部吸附塔本體內(nèi)部焊接有集合器，所述集合器周邊上開有排列規(guī)則的圓孔，所述圓孔分布處圍有鋼絲網(wǎng)a，所述分布器靠近吸附塔本體一側(cè)設(shè)有孔板，所述孔板表面設(shè)有鋼絲網(wǎng)b，所述鋼絲網(wǎng)b通過螺栓固定于吸附塔本體上，所述吸附塔本體的出口處設(shè)有出口總閥，所述吸附塔本體的入口處設(shè)有入口總閥，所述緊急排空保護(hù)裝置包括低壓閃蒸槽，所述低壓閃蒸槽連接閥門a和閥門b，所述閥門a和閥門b均連接連鎖裝置，所述閥門a還連接凈化裝置，所述閥門b還與放空總管底部連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化裝置，其特征在于所述瓷球的直徑為35mm，所述圓孔的直徑為15mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物丁醇發(fā)酵尾氣提純凈化制備氫氣與二氧化碳工藝，其特征在于包括以下工藝步驟a、吸收二氧化碳步驟；混合氣經(jīng)壓縮至1.2MPa，進(jìn)入氣體換熱器，被低壓閃蒸氣和脫碳?xì)饫鋮s換熱后，并經(jīng)進(jìn)塔氣分離器分離掉冷凝水，從脫碳塔底部進(jìn)入，氣體在塔內(nèi)自下而上與自上而下的溶劑逆流接觸，將氣體中的二氧化碳吸收；b、凈化二氧化碳步驟；c、脫碳液再生步驟；d、提純氫氣步驟。本發(fā)明的優(yōu)點是運(yùn)用NHD化學(xué)吸收脫碳方法，方案穩(wěn)定可靠，后續(xù)精制采用PSA變壓吸附工藝，操作簡單，自動化程度高；成本費(fèi)用低產(chǎn)品純度高，市場用途廣。
文檔編號B01D53/14GK102397739SQ20111035705
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者仝志勇, 仲炬, 王強(qiáng) 申請人:南通正拓氣體有限公司