申请/专利权人：中国科学院理化技术研究所

申请日：2017-09-18

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN107551818B

主分类号：B01D65/00

分类号：B01D65/00;B01D53/22

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2018.02.02#实质审查的生效;2018.01.09#公开

摘要：一种甲醇驰放气压力能回收系统，膜分离装置的渗透气出口、第一冷却器、膨胀机单元的增压端以及第二冷却器依次连接；膜分离装置的尾气出口、加热器、膨胀机单元的膨胀端以及第三冷却器依次连接。上述甲醇驰放气压力能回收系统，利用经特殊设计的膨胀机单元，高压尾气通过膨胀端膨胀做功，渗透气则通过增压端提高压力，即将高压尾气的压力能转移到渗透气，保证渗透气送至下游所需的压力，从而可以降低膜后压力，这意味着增加了膜分离装置中膜的前后压差，提高氢气的分离效果，还合理对高压尾气的压力能进行了回收利用，提高了经济效益。此外还提供一种基于上述甲醇驰放气压力能回收系统的甲醇驰放气压力能回收方法。

主权项：1.一种甲醇驰放气压力能回收方法，其特征在于，包括一种甲醇池放气压力能回收系统执行所述回收方法，其中所述甲醇驰放气压力能回收系统包括膜分离装置、第一冷却器、膨胀机单元、第二冷却器、加热器和第三冷却器；所述膜分离装置的渗透气出口、所述第一冷却器、所述膨胀机单元的增压端以及所述第二冷却器依次连接；所述膜分离装置的尾气出口、所述加热器、所述膨胀机单元的膨胀端以及所述第三冷却器依次连接；所述膨胀机单元为单级膨胀或多级膨胀，当所述膨胀机单元为单级膨胀时，所述膨胀机单元只包括一个膨胀机；当所述膨胀机单元为多级膨胀时，所述膨胀机单元包括至少两个膨胀机，此时，所述膨胀机单元的所有膨胀机的增压端串联设置，所述膨胀机单元的所有膨胀机的膨胀端并联设置；所述甲醇驰放气压力能回收方法包括以下步骤：甲醇驰放气通过膜分离装置分成渗透气和尾气；所述渗透气降温至30~40℃后再通过膨胀机单元的增压端增压，增压后的所述渗透气再冷却至30~40℃后，送往下游工序；所述尾气加热后通过所述膨胀机单元的膨胀端膨胀做功降压，降压后的尾气降温至30~40℃后，送往下游工序。

全文数据：甲醇驰放气压力能回收系统及方法技术领域[0001]本发明涉及石油化工行业的节能减排技术领域，尤其涉及一种甲醇驰放气压力能回收系统及方法。背景技术[0002]在甲醇驰放气经膜分离装置回收其中的有用组分主要是氢气），所得渗透气送回甲醇合成单兀循环利用，所得尾气经调节阀减压后送至转化工序或作为燃料气使用。受下游压力的影响，膜后压力需要维持一定压力值，这意味着膜的前后压差偏小，氢气分离效果较差;另一方面尾气的压力基本没有下降，而其下游如转化工序的压力较低，两者之间的压力降一般通过阀门实现，造成了压力能的损失。发明内容[0003]鉴于此，有必要提供一种分离效果较好，合理利用尾气压力能的甲醇驰放气压力能回收系统及方法。[0004]一种甲醇驰放气压力能回收系统，包括膜分离装置、第一冷却器、膨胀机单元、第二冷却器、加热器和第三冷却器；[0005]所述膜分离装置的渗透气出口、所述第一冷却器、所述膨胀机单元的增压端以及所述第二冷却器依次连接；[0006]所述膜分离装置的尾气出口、所述加热器、所述膨胀机单元的膨胀端以及所述第三冷却器依次连接。[0007]在一个实施例中，所述膨胀机单元为单级膨胀或多级膨胀，当所述膨胀机单元为单级膨H长时，所述膨胀机单元只包括一个膨胀机;当所述膨胀机单元为多级膨胀时，所述膨胀机单元包括至少两个膨胀机，此时，所述膨胀机单元的所有膨胀机的增压端串联设置，所述膨胀机单元的所有膨胀机的膨胀端并联设置。[0008]在一个实施例中，所述第一冷却器为水冷器、空冷器和制冷机中的一种或两种以士的组合;所述第二冷却器为水冷器、空冷器和制冷机中的一种或两种以上的组合;所述第三冷却器为水冷器、空冷器和制冷机中的一种或两种以上的组合。[0009]在一个实施例中，所述加热器的热源为工厂内的低品质废热。[0010]—种甲醇驰放气压力能回收方法，包括以下步骤：[0011]甲醇驰放气通过膜分离装置分成渗透气和尾气；[0012]所述渗透气降温至4TC后再通过膨胀机单元的增压端增压，增压后的所述渗透气再冷却至4TC后，送往下游工序；[0013]所述尾气加热后通过所述膨胀机单元的膨胀端膨胀做功降压，降压后的尾气降温至40°C后，送往下游工序。[0014]在一个实施例中，所述膨胀机单元为单级膨胀或多级膨胀，当所述膨胀机单元为单级膨胀时，所述膨胀机单元只包括一个膨胀机;当所述膨胀机单元为多级膨胀时，所述膨胀机单元包括至少两个膨胀机，此时，所述膨胀机单元的所有膨胀机的增压端串联设置，所述渗透气依次通过所有膨胀机的增压端增压，所述膨胀机单元的所有膨胀机的膨胀端并联设置，所述尾气分成与所述膨胀机单元所包括的膨胀机数量相同的支流，分别膨胀做功降压后汇合。[0015]在一个实施例中，所述尾气加热前先通过流量计计量。[0016]在一个实施例中，所述尾气加热后的温度为120X：〜20TC。[0017]在一个实施例中，所述膨胀单元的膨胀端出口的尾气压力根据下游工序所需要的压力确定。[0018]上述甲醇驰放气压力能回收系统，利用经特殊设计的膨胀机单元，高压尾气通过膨胀端膨胀做功，渗透气则通过增压端提高压力，即将高压尾气的压力能转移到渗透气，保证渗透气送至下游所需的压力，从而可以降低膜后压力，这意味着增加了膜分离装置中膜的前后压差，提高氢气的分离效果，进而实现甲醇增产的目的，此外，还合理对高压尾气的压力能进行了回收利用，提高了经济效益。附图说明[0019]图1为甲醇驰放气压力能回收系统的结构示意图；[0020]图2为膨胀机单元为多级膨胀的结构示意图。具体实施方式[0021]_为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0022]如图1所示，一实施方式的甲醇驰放气压力能回收系统100,包括膜分离装置1〇、第一冷却器20、膨胀机单元30、第二冷却器40、加热器50和第三冷却器60。[0023]膜分离装置10的渗透气出口、第一冷却器1〇、膨胀机单元的增压端32以及第二冷却器40依次连接。[0024]膜分离装置10的尾气出口、加热器50膨胀机单元的膨胀端34以及第三冷却器㈤依次连接。[0025]膨胀机单元30可以为单级膨胀或多级膨胀。如图i所示，当膨胀机单元为单级膨胀时，膨胀机单元只包括一个膨胀机。[0026]、当原料组成变化或存在特殊工况时，经膜分离装置1〇分离后的渗透气和尾气的流量偏差较大，可能发生膨胀端和增压端流量不匹配的问题。此时，膨胀机单元3〇可以为多级膨胀，此时，膨胀机单兀30可以包括至少两个膨胀机，此时，膨胀机单元3〇的所有膨胀机的增压端串联设置，膨胀机单元的所有膨胀机的膨胀端并联设置。例如，请参考图2，膨胀机单兀为多级膨胀，包括第一膨胀机36和第二膨胀机38。第一膨胀机％的增压端362和第二膨胀机38的增压端382串联设置，第一膨胀机36的膨胀端364和第二膨胀机38的膨胀端384并联设置。从膜分离装置1〇的渗透气出口流出的渗透气依次通过第一膨胀机36的增压端362和第一膨胀机38的增压端382增压。从膜分离装置1〇的尾气出口流出的尾气分成两股，两股尾气分别通过第一膨胀机36的膨胀端和第二膨胀机洲的膨胀端384分别膨胀做功降压后再汇合后进入第三冷却器50。[0027]可以理解，第一冷却器2〇可以为水冷器、空冷器和制冷机中的一种或两种以上的组合。第二冷却器40可以为水冷器、空冷器和制冷机中的一种或两种以上的组合。第三冷却器60可以为水冷器、空冷器和制冷机中的一种或两种以上的组合。在实际工作中，可以根据实际需要进行选择。[0028]加热器的热源50可以为工厂内的任意品质余热。具体的，加热器的热源50可以为低压饱和蒸汽、蒸汽凝液、工业废气、烟道气、放热反应器的冷却水、温度高于常温的生产废液、需降温处理的产品或中间产品其中的一种或几种。在实际工作中，可以根据实际需要进行选择。各加热方式可并联使用，也可串联使用。[0029]此外，还提供一实施方式的甲醇驰放气压力能回收方法，该甲醇驰放气压力能回收方法基于上述甲醇驰放气压力能回收系统100实施，包括以下步骤：[0030]S10、甲醇驰放气通过膜分离装置分成渗透气和尾气。[0031]S20、渗透气降温至30〜40°C后再通过膨胀机单元的增压端增压，增压后的渗透气再冷却至30〜40°C后，送往下游工序。[0032]具体的，S20中，渗透气首先通过第一冷却器2〇降温至30〜4TC，在通过膨胀机单元30的增压端增压，增压后的渗透气再通过第二冷却器4〇冷却至30〜4TC。[0033]具体的，膨胀机单元可以为单级膨胀或多级膨胀，当膨胀机单元为单级膨胀时，膨胀机单元只包括一个膨胀机。当原料组成变化或存在特殊工况时，经膜分离装置10分离后的渗透气和尾气的流量偏差较大，可能发生膨胀端和增压端流量不匹配的问题。此时，膨胀机单元可以为多级膨胀，此时，膨胀机单元包括至少两个膨胀机，此时，膨胀机单元的所有膨胀机的增压端串联设置，渗透气依次通过所有膨胀机的增压端增压，膨胀机单元的所有膨胀机的膨胀端并联设置，尾气分成与膨胀机单元所包括的膨胀机数量相同的支流，分别膨胀做功降压后汇合。[0034]S20中，下游工序通常是甲醇合成工序。[0035]S3〇、尾气加热后通过膨胀机单元的膨胀端膨胀做功降压，降压后的尾气降温至30〜40°C后，送往下游工序。[0036]具体的，S30中，尾气通过加热器50加热后通过膨胀机单元的膨胀端膨胀做功降压，降压后的尾气经第三冷却器60降温至40°C。[0037]在一个实施例中，尾气加热前先通过流量计计量。[0038]在一个实施例中，尾气加热后的温度为120°c〜200°C。[OO39]膨胀机单元的膨胀端出口的尾气压力根据下游工序所需要的压力确定。下游工序可以是甲烷转化工序，也可以是火炬或者将其作为燃料气使用的工序。[0040]上述甲醇驰放气压力能回收系统100，利用经特殊设计的膨胀机单元30，高压尾气通过膨胀端M膨胀做功，渗透气则通过增压端32提高压力，即将高压尾气的压力能转移到渗透气，保证渗透气送至下游所需的压力，从而可以降低膜后压力，这意味着增加了膜分离装置10中膜的前后压差，提高氢气的分离效果，进而实现甲醇增产的目的，此外，还合理对高压尾气的压力能进行了回收利用，提高了经济效益。[0041]上述甲醇驰放气压力能回收方法流程简单，改造成本低，周期短，同时获得节能和增产两种收益，具有低投入高收益的特点。[0042]下面以甲醇厂膜提氢装置为例进行说明，该装置进料为甲醇驰放气，压力约为5.IMPa，采用膜分离工艺回收其中的氢气，受下游装置影响，膜后压力，即渗透气侧的压力必须维持在2.6MPa以上，因此膜的前后压差只有3.5MPa。[0043]一方面，由于压差较小，导致氢气的回收率仅有52%。另一方面，膜分离装置的非渗透侧的尾气压力基本维持原有压力，而下游装置的压力需维持在2.6MPa，因此需要采用调节阀进行减压处理，造成了压力能的损失。[0044]采用上述甲醇驰放气压力能回收系统100,利用专用膨胀单元，通过膨胀端回收高压尾气的压力能，通过增压端提高渗透气的压力，经上述处理后，可以降低膜后压力，提高膜的前后压差，从而显著提高氢气回收率，同时还有效回收了高压尾气的压力能，具有一举多得的效果。[0045]基于上述甲醇驰放气压力能回收系统100的甲醇驰放气压力能回收方法具体步骤如下：[0046]增压端:渗透气压力约为1.4MPa，首先经第一冷却器20降温至4TC，然后经增压端增压至2•6MPa，再采用第二冷却器40冷却至40°C后送至甲醇合成工序。[0047]膨胀端：高压尾气压力约为6MPa，经流量计计量后送入加热器50,加热到15TC后送至膨胀端膨胀做功，降压至2•6MPa，然后经第三冷却器60降温至40°C后送至转化工序。[0048]采用上述甲醇驰放气压力能回收系统100及方法，膜的前后压差提高到4.6MPa，氢气回收率提高至72.8%，效果显著。[0049]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱尚本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种甲醇驰放气压力能回收系统，其特征在于，包括膜分离装置、第一冷却器、膨胀机单元、第二冷却器、加热器和第三冷却器；所述膜分离装置的渗透气出口、所述第一冷却器、所述膨胀机单元的增压端以及所述第二冷却器依次连接；所述膜分离装置的尾气出口、所述加热器、所述膨胀机单元的膨胀端以及所述第三冷却器依次连接。2.如权利要求1所述的甲醇驰放气压力能回收系统，其特征在于，所述膨胀机单元为单级膨胀或多级膨胀，当所述膨胀机单元为单级膨胀时，所述膨胀机单元只包括一个膨胀机；当所述膨胀机单元为多级膨胀时，所述膨胀机单元包括至少两个膨胀机，此时，所述膨胀机单元的所有膨胀机的增压端串联设置，所述膨胀机单元的所有膨胀机的膨胀端并联设置。3.如权利要求1所述的甲醇驰放气压力能回收系统，其特征在于，所述加热器的热源为工厂内的任意品质余热，可以为低压饱和蒸汽、蒸汽凝液、工业废气、烟道气、放热反应器的冷却水、温度高于常温的生产废液、需降温处理的产品或中间产品其中的一种或几种。4.一种甲醇驰放气压力能回收方法，其特征在于，包括以下步骤：甲醇驰放气通过膜分离装置分成渗透气和尾气；所述渗透气降温至30〜40°C后再通过膨胀机单元的增压端增压，增压后的所述渗透气再冷却至30〜40°C后，送往下游工序；所述尾气加热后通过所述膨胀机单元的膨胀端膨胀做功降压，降压后的尾气降温至30〜40°C后，送往下游工序。5.如权利要求4所述的甲醇驰放气压力能回收方法，其特征在于，所述膨胀机单元为单级膨胀或多级膨胀，当所述膨胀机单元为单级膨胀时，所述膨胀机单元只包括一个膨胀机；当所述膨胀机单元为多级膨胀时，所述膨胀机单元包括至少两个膨胀机，此时，所述膨胀机单元的所有膨胀机的增压端串联设置，所述渗透气依次通过所有膨胀机的增压端增压，所述膨胀机单元的所有膨胀机的膨胀端并联设置，所述尾气分成与所述膨胀机单元所包括的膨胀机数量相同的支流，分别膨胀做功降压后汇合。6.如权利要求4所述的甲醇驰放气压力能回收方法，其特征在于，所述尾气加热后的温度为120°C〜200°C。7.如权利要求4所述的甲醇驰放气压力能回收方法，其特征在于，所述膨胀单元的膨胀端出口的尾气压力根据下游工序所需要的压力确定。

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