一種用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，用于以固定載體膜為膜材的膜分離工藝從合成氣中脫除二氧化碳，屬于膜分離預(yù)處理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，我國(guó)乃至世界都面臨著嚴(yán)峻的能源和環(huán)境問題。為了解決石油資源的短缺和化石燃料燃燒帶來的環(huán)境問題，采用h2、CH4等新型清潔能源、煤制油技術(shù)等代替?zhèn)鹘y(tǒng)高污染、低效率的傳統(tǒng)能源技術(shù)受到人們廣泛關(guān)注。無論是制H2過程還是在油品的合成過程中，均涉及到合成氣的凈化，而CO2正是合成氣中的主要雜質(zhì)組分。同時(shí)，CO2也是最主要的溫室氣體和化工原料。合成氣中的CO2若不加以脫除，不僅無法滿足油品合成所需的原料條件，而且燃燒排放大量的CO2,導(dǎo)致全球性氣候變暖和資源的巨大浪費(fèi)。因此，從合成氣中高效地分離CO2是大規(guī)模應(yīng)用清潔能源、降低溫室氣體排放、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和合理利用資源的關(guān)鍵。
[0003]采用膜分離法脫除CO2時(shí)，與傳統(tǒng)方法相比具有設(shè)備體積小、操作簡(jiǎn)單、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，既可用于大規(guī)模氣體分離過程，也能用于小型分散氣體分離過程，操作彈性大。在天然氣凈化領(lǐng)域，氣體膜分離技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。從合成氣中捕集CO2的膜技術(shù)的研究，近年來也引起了人們的很大興趣。然而，目前氣體膜技術(shù)僅占天然氣凈化市場(chǎng)的10%，而用于合成氣和煙道氣中CO2分離的膜技術(shù)還未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，主要技術(shù)瓶頸在于高性能分離CO2膜的缺乏，即膜的透過性和選擇性還不夠高。
[0004]固定載體膜是一種把活性載體如F、-NH2, -COO等以共價(jià)鍵的形式固定在高分子骨架上的膜，載體上的功能基團(tuán)可與特定組分進(jìn)行特異性可逆反應(yīng)，從而強(qiáng)化特定組分在膜內(nèi)的傳遞，同時(shí)載體只能在一定范圍內(nèi)振動(dòng)而不能自由擴(kuò)散。該類型的膜突破了傳統(tǒng)高分子膜不能同時(shí)具有高滲透性和高選擇性的Robinson上限，且膜內(nèi)載體不易流失，極大地延長(zhǎng)了膜的壽命，具有良好的應(yīng)用前景。
[0005]然而，固定載體膜在用來分離CO2時(shí)，需要有水的參與。合成氣、天然氣等氣體在進(jìn)入膜組件之前必須經(jīng)過一定的預(yù)處理，控制氣體的含水量。然而，過多的可凝水也會(huì)造成膜中載體的流失，最終使膜的選擇層失效。另外，有研究表明氣體中所含增濕水分的PH值也對(duì)CO2的滲透通量造成一定的影響，特別是在偏酸性的水分中，固定載體膜分離CO2的性能受到了極大的影響，因此增濕水分的PH值控制也十分有必要。另一方面，溫度也對(duì)膜的分離性能有重要影響。
[0006]針對(duì)固定載體膜在工程化應(yīng)用過程中所遇到的問題，很有必要開發(fā)一套集增濕、緩沖、控溫于一體的預(yù)處理系統(tǒng)，然而目前已報(bào)道的氣體膜分離預(yù)處理系統(tǒng)由于無法增濕或濕度無法控制因而不能用于固定載體膜分離工藝。本發(fā)明在于提供一種用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，以解決當(dāng)前固定載體膜在應(yīng)用中出現(xiàn)的穩(wěn)定性差、CO2滲透速率低的問題，進(jìn)一步加快固定載體膜的工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，適用于以固定載體膜為膜材料的氣體膜分離過程，以解決現(xiàn)有氣體膜分離預(yù)處理系統(tǒng)功能單一、無法增濕的問題。
[0008]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括以下設(shè)備:溫箱、溶液儲(chǔ)罐、計(jì)量泵、增濕塔，從造氣塔來的合成氣經(jīng)增濕塔底部的氣體分布器分散后進(jìn)入增濕塔中間的填料層，在填料層中氣體被增濕塔頂部噴淋的水霧充分飽和，經(jīng)增濕塔頂部的除沫器除去部分大粒徑的液滴，后由增濕塔頂部預(yù)設(shè)的氣體出口排除界外。
[0009]一般地，所述溶液儲(chǔ)罐、計(jì)量泵、增濕塔全部位于溫箱之中，便于溫度控制。
[0010]所述溫箱的溫度控制范圍是0°C~95°C。
[0011]所述溶液儲(chǔ)罐中添加的水為脫鹽水，添加的酸是H2S04、HNO3, HC1、H2SO4中的一種或幾種,添加的堿是NaOH、KOH、K2CO3, Na2CO3中的一種或幾種。
[0012]所述溶液儲(chǔ)罐設(shè)有補(bǔ)水口和補(bǔ)酸或堿口。
[0013]所述溶液儲(chǔ)罐中的水溶液的pH值為4~14，優(yōu)選為8~12。
[0014]所述溶液儲(chǔ)罐設(shè)有液位計(jì)和pH計(jì)，可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)溶液儲(chǔ)罐中的液位和pH變化。
[0015]所述計(jì)量泵的輸出壓力為2.0~3.0MPa，流量可調(diào)。
[0016]所述自增濕塔底部來的合成氣的主要成分包括C02、CO、H2, N2, H2S, CH4、重?zé)N、H2O,其中干氣組成:C02含量10%~50%，H2含量20%~60%，CO含量1%~20%，N2含量1%~40%，H2S含量為 50ppnTl%，CH4 含量 1%~5%，重?zé)N組成 0.01%~0.5%。
[0017]所述增濕塔的底部設(shè)有排液閥，定期排出塔內(nèi)多余的水分。
[0018]所述增濕塔底部進(jìn)氣口上方設(shè)置有氣體分布器，由塔底來的氣體在上升過程中可由氣體分布器的孔道均勻分布。
[0019]所述增濕塔底部的氣體分布器設(shè)置有供液滴下沉至塔底的孔道。
[0020]所述增濕塔的中部設(shè)置有填料層，在填料提供的大比表面積下，氣體與水霧充分接觸并飽和。
[0021]所述增濕塔中部填料層所采用的填料可以是散裝填料，也可以是規(guī)整填料，也可以是二者的組合。
[0022]所述增濕塔填料層的上方設(shè)有液體噴霧器，霧狀水滴的直徑在0.5飛μ m。
[0023]所述增濕塔噴霧裝置的上方設(shè)置有除沫器，可除去直徑在50 μ m以上的水滴。
[0024]所述增濕塔頂部出氣管路上設(shè)置有濕度控制儀，出增濕塔合成氣水含量的變化可通過調(diào)節(jié)計(jì)量泵的輸出液體量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0025]所述增濕塔頂部出系統(tǒng)的合成氣水含量控制范圍是10%~50%。
[0026]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和達(dá)到的效果是:將增濕、緩沖、控溫等膜分離過程的預(yù)處理過程集成起來，特別適用于以固定載體膜為膜材料的氣體膜分離過程，大大提高了氣體膜的分離性能和膜的穩(wěn)定性，解決了傳統(tǒng)膜工藝中膜功能載體易流失、水分易揮干的難題，該工藝方法具有流程簡(jiǎn)單、集成度高、占地面積小、控制方便等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明實(shí)施例用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。
[0028]附圖中:1一溫箱；2—溶液儲(chǔ)罐；3—液位計(jì)；4一pH計(jì)；5—計(jì)量泵；6—濕度儀；7—壓力表；8—除沫器；9—液體噴霧器；10—填料層；11—?dú)怏w分布器；12—增濕塔；13—排液閥。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和操作過程對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0030]實(shí)施例:本實(shí)施例如附圖1所示，開啟溫箱I的電源，使系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定值并穩(wěn)定5h，與系統(tǒng)溫度匹配的脫鹽水和堿或酸由外界來補(bǔ)入溶液儲(chǔ)槽中2中，在溶液儲(chǔ)槽2設(shè)置的PH計(jì)4和液位計(jì)3的監(jiān)測(cè)下，調(diào)節(jié)水溶液pH值至設(shè)定值，而后啟動(dòng)計(jì)量泵5，緩慢調(diào)節(jié)輸出流量至設(shè)定值，由溶液儲(chǔ)槽2來的水溶液經(jīng)計(jì)量泵5加壓至指定壓力，入增濕塔12頂部的液體噴霧器9，在水溶液在液體噴霧器9的作用下分散成粒徑為0.5~5 μ m的水霧。含水量較少的合成氣由增濕塔12底部進(jìn)入，而后上升至氣體分布器11，在氣體分布器11的作用下，合成氣被均勻分布并上升至增濕塔12中部的填料層10中，在填料層10中的填料的作用下合成氣與水霧充分接觸飽和，而后上升至填料層10上方的噴霧空間，在除沫器8的作用下除去粒徑大于50 μ m的水滴，飽和水的合成氣在濕度儀6的控制下通過控制計(jì)量泵5的流量控制水含量，達(dá)到指定水含量的合成氣排除界外。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括以下設(shè)備:溫箱、溶液儲(chǔ)罐、計(jì)量泵、增濕塔，從造氣塔來的合成氣經(jīng)增濕塔底部的氣體分布器分散后進(jìn)入增濕塔中間的填料層，在填料層中氣體被增濕塔頂部噴淋的水霧充分飽和，經(jīng)增濕塔頂部的除沫器除去部分大粒徑的液滴，后由增濕塔頂部預(yù)設(shè)的氣體出口排除界外。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，其特征在于溶液儲(chǔ)罐、計(jì)量泵、增濕塔全部封存于溫箱中，溫箱的溫控范圍是0°C~95°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，其特征在于溶液儲(chǔ)罐中的液體由堿或酸的水溶液組成，水溶液的PH值控制在4-14。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，其特征在于溶液儲(chǔ)罐中的酸為H2S04、HN03、HC1、H2S04中的一種或幾種；溶液儲(chǔ)罐中的堿為NaOH、KOH、K2CO3、Na2CO3中的一種或幾種。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，其特征在于溶液儲(chǔ)罐安裝有液位控制系統(tǒng)和PH控制系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，其特征在于計(jì)量泵的泵送壓力為2.0MPa~3.0MPa07.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，其特征在于增濕塔的底部設(shè)置有氣體分布器和排液口。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，其特征在于增濕塔中部設(shè)置有填料層，填料的類型為規(guī)整填料和散裝填料中的一種或二者的組合。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，其特征在于增濕塔的頂部設(shè)置有液體噴霧器和除沫器。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，其特征在于增濕塔頂部的出氣管路上設(shè)置有濕度控制儀，隨時(shí)檢測(cè)出增濕塔合成氣的水含量。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于合成氣膜法脫碳的增濕緩沖系統(tǒng)，將氣體膜分離預(yù)處理過程中的增濕、緩沖、控溫等步驟集成起來，特別適用于以固定載體膜為膜材料的氣體膜分離工藝過程，屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域。把溶液儲(chǔ)槽、計(jì)量泵、增濕塔置于溫箱中，通過溫箱控制系統(tǒng)溫度，通過溶液儲(chǔ)槽中酸或堿的濃度控制增濕水分的pH值，通過計(jì)量泵輸出液體量控制合成氣中的水含量；從增濕塔底部來的合成氣經(jīng)氣體分布器控制氣流分布后，進(jìn)入增濕塔中部的填料層與水霧充分接觸，而后經(jīng)除沫器除去部分液滴，出增濕塔后排出界外。與傳統(tǒng)膜分離過程的預(yù)處理設(shè)備及工藝相比，具有集成度高、占地面積小、投資成本低、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，有效地改善了固定載體膜的穩(wěn)定性和脫碳性能。
【IPC分類】C10L3/10, B01D53/22
【公開號(hào)】CN105561743
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410540160
【發(fā)明人】于品華, 王祥云, 毛松柏, 孔凡敏
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工股份有限公司, 南化集團(tuán)研究院
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2014年10月14日