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申请/专利权人：广东赛瑞新能源有限公司

摘要：一种以瓦斯为原料气的氢气回收系统及其回收方法和应用，系统包括压缩冷却与气液分离装置、膜分离装置和变压吸附装置，还包括变温吸附装置，方法包括压缩冷却与气液分离、膜分离和变压吸附，还包括将高压气相瓦斯变温吸附。发明方案采用冗余设计的变温吸附，有效利用较低能耗降低露点温度，减少复杂多变组分的瓦斯中过多的高沸点组分对过滤膜的不利影响，最大限度保护后续的膜分离装置。采用合理设计分离面积、工作压差的至少两片聚酰亚胺中空纤维膜串并列组合的膜分离，有效控制膜分离装置的渗余气的露点温度上升，渗余气的露点温度相比膜分离装置的工作温度低至少15℃，以实现氢分离效率和安全性的统一，延长膜分离装置的分离膜的使用寿命。

主权项：1.一种以瓦斯为原料气的氢气回收方法，氢气回收系统包括压缩冷却与气液分离装置、膜分离装置和变压吸附装置，所述压缩冷却与气液分离装置用于制备高压气相瓦斯，所述膜分离装置用于在低压侧得到高含氢的渗透气即富氢气，在高压侧得到低含氢的渗余气，所述变压吸附装置用于将富氢气进行变压吸附制备成品氢气，还包括设置在所述压缩冷却与气液分离装置与所述膜分离装置中间的变温吸附装置，所述变温吸附装置用于从高压气相瓦斯中选择性吸附除去部分沸点较高的组分以及部分水，有效利用较低能耗降低原料气的露点温度；所述变温吸附装置，是采用冗余设计的至少有两个吸附塔的变温吸附装置，以减少复杂多变组分的瓦斯中过多的沸点较高的组分对过滤膜的不利影响；所述压缩冷却与气液分离装置由气液分离前压缩机、气液分离前水冷器和气液分离罐依次连接组成，所述气液分离前压缩机用于将原料气从外部系统压力加压到高于2.0MPa的高压气相瓦斯，所述气液分离前水冷器用于将高压气相瓦斯冷却至常温或测算经济性可接受的低温，所述测算经济性可接受的低温是5℃~33℃，所述气液分离罐用于将高压气相瓦斯中夹带的沸点较高的液滴凝聚并分离析出，防止液体进入变温吸附装置；所述气液分离前压缩机是至少两级往复式压缩机；所述气液分离前水冷器是采用循环水或冷冻水为降温介质的水冷式换热器；所述气液分离罐是气体与冷凝面接触面积大的气液分离罐，以增强高压气相瓦斯中夹带的沸点较高的液滴凝聚并分离析出；在所述变温吸附装置与所述膜分离装置之间依次设有膜分离前加热器和精密过滤器，所述膜分离前加热器用于将变温吸附装置输出的高压瓦斯加热到膜分离装置需要的工作温度，所述精密过滤器用于将变温吸附装置输出经过加热的高压瓦斯脱除可能含有的固体颗粒；所述膜分离前加热器是蒸汽加热器、热水加热器、热油加热器以及电加热器中的一种；所述精密过滤器是过滤固体颗粒精度达到0.1μm的过滤器；所述膜分离装置，是采用合理设计分离面积、工作压差的至少两片聚酰亚胺中空纤维膜串并列组合的膜分离装置，有效控制膜分离装置的渗余气的露点温度上升，渗余气的露点温度与膜分离装置的工作温度相比至少低15℃，以实现氢分离效率和安全性的统一，延长膜分离装置的分离膜的使用寿命；在所述膜分离装置与所述变压吸附装置之间依次设有膜分离后水冷器、变压吸附前压缩机和变压吸附前水冷器，所述膜分离后水冷器用于将高含氢的渗透气即所制备的富氢气初次冷却到常温，所述变压吸附前压缩机用于将冷却到常温的富氢气提升压力，所述变压吸附前水冷器用于将提升压力的富氢气再次冷却到常温；所述膜分离后水冷器是采用循环水或冷冻水为降温介质的水冷式换热器；所述变压吸附前压缩机是至少两级往复式压缩机和螺杆式压缩机中的一种；所述变压吸附前水冷器是采用循环水或冷冻水为降温介质的水冷式换热器；所述变压吸附装置，是至少两个变压吸附塔和至少一个缓冲罐组成的可连续运行的变压吸附装置，富氢气按顺序进入缓冲罐，然后进入变压吸附塔中，变压吸附塔内的吸附剂将原料气中包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳的部分气体吸附，流出的富氢气的氢气浓度为90.0mol%~99.9mol%、一氧化碳和二氧化碳的浓度满足下游用户要求，其余不影响下游使用的杂质的质量百分比为0.1%~10.0%，从变压吸附塔出口流出的成品氢气进入成品气缓冲罐，最终排出氢气回收系统进入氢气管网，当一个变压吸附塔吸附饱和后，通过控制阀将原料气引入另一个再生后的变压吸附塔，吸附饱和的变压吸附塔与顺放气罐之间的阀门打开，变压吸附塔内的压力开始逐渐下降到1.0MPa±0.1MPa，然后打开变压吸附塔与解析气缓冲罐之间的阀门，进一步降低变压吸附塔内压力，直至变压吸附塔内压力接近大气压力，之后利用正在吸附的变压吸附塔产出的富氢气升压到高于2.0MPa，完成吸附剂的解析再生，变压吸附后脱附尾气排放到放空管线，始终有一个变压吸附塔正在吸附，其余变压吸附塔分别处于不同阶段的解析再生；氢气回收方法，包括压缩冷却与气液分离制备高压气相瓦斯，将原料气压缩为高压气相瓦斯并冷却后，进入气液分离罐将高压气相瓦斯中夹带的沸点较高的液滴凝聚并分离析出，所述将原料气压缩为高压气相瓦斯，是采用气液分离前压缩机将原料气从外部系统压力加压到高于2.0Mpa，所述将高压气相瓦斯冷却，是采用循环水或冷冻水为降温介质的水冷式换热器将高压气相瓦斯冷却至常温或测算经济性可接受的低温，所述测算经济性可接受的低温是5℃~33℃，所述气液分离，是采用气体与冷凝面接触面积大的气液分离罐进行气液分离，以增强高压气相瓦斯中夹带的沸点较高的液滴凝聚并分离析出；膜分离制备富氢气，所述膜分离，是采用合理设计分离面积、工作压差的至少两片聚酰亚胺中空纤维膜串并列组合的膜分离，通过有效控制膜分离装置的渗余气的露点温度上升，渗余气的露点温度相比膜分离装置的工作温度低至少15℃，以实现氢分离效率和安全性的统一，延长膜分离装置的分离膜的使用寿命；将经过升温并气液分离的高压气相瓦斯送入膜分离装置通过分离膜进行初次提浓，在低压侧输出氢含量为60mol%~97mol%的高含氢的渗透气即富氢气，在高压侧输出低含氢的渗余气，富氢气再送入膜分离后水冷器冷却降温到常温，渗余气直接进入燃料瓦斯管网供作它用或进入变温吸附装置作为再生气；以及变压吸附制备成品氢气，将高含氢的渗透气即富氢气经过变压吸附前压缩机加压，提升压力为高压富氢气，再送入变压吸附前水冷器冷却降温到常温后送入变压吸附装置再次提纯提浓为成品氢气，精制到满足后续生产质量要求，而低压低含氢的解析气经过尾气压缩机加压后排入燃料瓦斯管网供作它用，所述变压吸附前压缩机加压，是采用变压吸附前压缩机将膜分离装置流出的富氢气从0.01Mpa~0.50MPa加压到1.8Mpa~6.0Mpa，变压吸附前压缩机出口温度为50℃±30℃，所述变压吸附前水冷器冷却，是采用循环水或冷冻水为降温介质的水冷式换热器将高压富氢气冷却至常温，所述变压吸附，是至少两个变压吸附塔和至少一个缓冲罐组成的可连续运行的变压吸附，当一个变压吸附塔吸附饱和后，通过控制阀将原料气引入另一个再生后的变压吸附塔，吸附饱和的变压吸附塔与顺放气罐之间的阀门打开，变压吸附塔内的压力开始逐渐下降到1.0MPa±0.1MPa，然后打开变压吸附塔与解析气缓冲罐之间的阀门，进一步降低变压吸附塔内压力，直至变压吸附塔内压力接近大气压力，之后利用正在吸附的变压吸附塔产出的富氢气升压到高于2.0MPa，完成吸附剂的解析再生，变压吸附后脱附尾气排放到放空管线，始终有一个变压吸附塔正在吸附，其余变压吸附塔分别处于不同阶段的解析再生；其特征在于：所述复杂多变组分的瓦斯，是其组分包括氢、一氧化碳、二氧化碳和沸点相对高的碳氢类化合物的瓦斯，与其组分包括氢、一氧化碳、二氧化碳和沸点相对高的碳氢类化合物以及氧、氮和水、醇、醛氧化物的瓦斯中的一种；还包括将高压气相瓦斯变温吸附除去沸点较高的组分以及部分水，有效利用较低能耗降低露点温度，分子量越大的组分，被变温吸附的比例越高，再将经过变温吸附处理的高压气相瓦斯依次送入膜分离前加热器、精密过滤器进行升温并精细过滤，使得在送入膜分离装置前的瓦斯的露点温度远远低于了膜分离装置的工作温度，而被变温吸附的重烃组分以及部分水经过变温吸附处理的再生流程排出，直接进入燃料瓦斯管网供作它用或进入液化气吸收稳定系统；所述变温吸附，是采用冗余设计的至少有两个吸附塔的变温吸附，以减少复杂多变组分的瓦斯中过多的高沸点组分对过滤膜的不利影响，其中一个吸附塔进行吸附，其余吸附塔进行再生，切换时预留较大的吸附剩余能力，以应对瓦斯的组分复杂且各个组分的含量相对变化大，以便系统有时间调整操作，最大限度保护后续的膜分离装置；所述升温并精密过滤，是将高压气相瓦斯升温至50℃~90℃并采用精密过滤器精密过滤，滤除气体中颗粒杂质后进入膜分离装置。

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