旋流－过滤－膜组合型循环氢净化方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及旋流－过滤－膜组合型循环氢净化方法与装置，提供了一种旋流－过滤－膜组合型循环氢净化方法，该方法包括：对循环氢原料气进行旋流分离，以脱除循环氢中夹带的液滴；对经旋流分离的循环氢原料气进行过滤，以进一步脱除循环氢中夹带的细微液滴；以及对经过滤的循环氢原料气进行膜分离，以脱除其中的杂质气体，得到浓缩的氢气。本发明专利技术还提供了一种旋流－过滤－膜组合型循环氢净化装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于制氢领域，涉及一种从循环氢中脱除液滴和杂质气体的方法，具体地 说，本专利技术涉及旋流-过滤-膜组合型循环氢净化方法，以及实施该方法所用的装置。
技术介绍
石化工业是个耗氢大户，多年来，在石化工业中，氢气一直供不应求。随着原料油 变重和对辛烷值要求的提高，氢气的供需矛盾更加突出。近年来，氢气分离与回收一直是石 油化工领域中需要解决的关键问题。目前，回收氢气的方法主要有变压吸附法、膜分离法、深冷分离法。由于同传统的 分离过程相比，膜分离具有无相变、设备简单、操作简单、能耗低和无污染等特点，自20世 纪问世以来，颇受科学界关注。膜分离技术回收炼厂气中氢气的最早工业装置于1988年在英国伏利炼厂投产， 从加氢裂化装置排放气中回收氢气，当时采用的是美国空气产品公司的醋酸纤维素膜，处 理量为64900m3/h，回收率为90%，氢浓度超过95%。2002年，中石化镇海炼油化工股份有 限公司实现了炼厂气低压氢膜回收装置的第一次国产化。然而，迄今为止，本领域尚未开发出一种能够有效地解决循环氢中夹带液滴和杂 质气体的问题，满足石油化工领域氢气分离与回收需要的从循环氢中脱除液滴和杂质气体 的方法。因此，本领域迫切需要开发一种能够满足石油化工领域氢气分离与回收需要的从 循环氢中脱除液滴和杂质气体的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新的旋流_过滤_膜组合型循环氢净化方法与装置，克服了现 有技术存在的缺陷。一方面，本专利技术提供了一种旋流_过滤_膜组合型循环氢净化方法，该方法包括对循环氢原料气进行旋流分离，以脱除循环氢中夹带的液滴；对经旋流分离的循环氢原料气进行过滤，以进一步脱除循环氢中夹带的细微液 滴；以及对经过滤的循环氢原料气进行膜分离，以脱除其中的杂质气体，得到浓缩的氢气。在一个优选的实施方式中，该方法还包括在对循环氢原料气进行旋流分离之前， 将循环氢原料气冷却；和/或在对经过滤的循环氢原料气进行膜分离之前，对经过滤的循 环氢原料气进行加热。在另一个优选的实施方式中，循环氢经旋流分离脱液后，其夹带的液滴的脱除率 超过90%。在另一个优选的实施方式中，循环氢经过滤脱除细微液滴后，残余液滴的含量小 于 0. 01mg/m3。在另一个优选的实施方式中，循环氢经膜分离脱除杂质气体后，浓缩氢纯度 ^ 93%，氢回收率彡90%。另一方面，本专利技术提供了一种旋流_过滤-膜组合型循环氢净化装置，该装置包 括旋流分离器，用以对循环氢原料气进行旋流分离，以脱除循环氢中夹带的液滴；与所述旋流分离器连接的高效过滤器，用以对经旋流分离的循环氢原料气进行过 滤，以进一步脱除循环氢中夹带的细微液滴；以及与所述高效过滤器连接的膜分离器，用以对经过滤的循环氢原料气进行膜分离， 以脱除其中的杂质气体，得到浓缩的氢气。在一个优选的实施方式中，该装置还包括置于所述旋流分离器之前的水冷器，用 以在对循环氢原料气进行旋流分离之前，将循环氢原料气冷却；和/或置于所述高效过滤 器与膜分离器之间的加热器，用以在对经过滤的循环氢原料气进行膜分离之前，对经过滤 的循环氢原料气进行加热。在另一个优选的实施方式中，循环氢经旋流分离器脱液后，旋流分离器溢流口处 液滴的含量不大于20mg/m3。在另一个优选的实施方式中，旋流分离器的气相出口与进口之间的压力降不大于 0.OlMPa。再一方面，本专利技术涉及上述装置在气体提纯中的应用。 附图说明图1是根据本专利技术的一个实施方式的旋流-过滤-膜组合型循环氢净化工艺的示 意图。图2是本专利技术中使用的旋流分离器的工作原理的示意图。图3是根据本专利技术的实施例1的旋流-过滤-膜组合型循环氢净化工艺的示意图。图4是根据本专利技术的实施例2的旋流_过滤_膜组合型循环氢净化工艺的示意图。具体实施例方式本专利技术的专利技术人经过广泛而深入的研究后发现，通过旋流分离、过滤和膜分离的 结合，利用旋流分离器旋转流场的作用进行离心脱液滴，随后利用高效过滤器脱除细微液 滴，最后利用膜分离器脱除杂质气体，使循环氢得以净化，能够有效地降低循环氢中杂质组 分的含量，制备高浓度的氢气，节能减排效果显著，技术经济效益明显。基于上述发现，本发 明得以完成。在本专利技术中使用了膜分离器。膜的分离作用是借助于膜在分离过程中的选择渗透 作用，使混合物得到分离。利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，在膜两 侧分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离。推动力(膜两侧相应组分 的分压差)、膜面积及膜的选择性构成膜的三要素。依照气体渗透通过膜速率快慢，可把气 体分成快气和慢气。常见气体中，如吐0、吐、He、H2S等称为快气；而称为慢气的则有014及 其他烃类、N2, CO、Ar等。原料气体在分压差的驱动下，快气(氢气)选择性地优先透过纤 维膜壁在管内低压侧富积而作为渗透气(产品气)导出膜分离系统，渗透速率较慢的气体(烃类)则被滞留在非渗透侧，压力几乎跟原料气相同，经减压冷却后送出界区，从而达到 分离的目的。本专利技术使用旋流分离器和高效过滤器将循环氢中的液滴脱除。由华东理工大学独 立自主研制的HL/G型旋流分离器的工作原理是依靠气液两相的密度差，利用流体在旋流 管内高速旋转产生的离心力将液滴从气体中分离出来，从而达到气液分离或气体净化的目 的。HL/G型旋流分离器由若干旋流管集成，旋流管的数量由进料气体的额定处理量决定，旋 流管结构主要由进料腔、分离锥、尾管和溢流口等组成。含液气体在一定的压力作用下，从 旋流管进口沿切线方向进入旋流管进料腔，形成高速旋转流；经分离锥后因流道截面的改 变，使高速旋转气流增速并形成螺旋流态；当气体进入尾锥后因流道截面的进一步缩小，旋 流速度继续增加；由此分离器的内部形成了一个稳定的离心力场，比重大的液滴受到较大 离心力作用被甩向旋流管的管壁，且沿轴向向下由底流口流出；小密度的气体受到的离心 力小，在锥管的中心区聚结成气芯，从溢流口排出，从而实现液体和气体的分离。旋流分离器体积小、重量轻、处理速度快，是一种新颖、高效、节能、适用长周期运 行而又经济的分离设备，可将其用于循环氢中较大液滴和固体颗粒的脱除。在旋流分离器后设置高效过滤器用于循环氢中细微液滴和固体颗粒的脱除。高 效过滤器第一级为前置过滤器(SFF)，滤芯为烧结不锈钢丝毡，第二级为精密过滤器(MF)， 第三级为超精密除油过滤器(SMF)，滤芯均为硅硼玻璃纤维。其作用为有效地除去气体中 夹带的细小固体颗粒和油雾、水雾以及气溶胶与聚集体。其对机械颗粒的滤除精度可达到 0. 01 μ m，残余含油量< 0. 01mg/m3。该设备要求操作工根据原料气中液体含量的多少，严格 遵守操作规程，定期排液。该过滤器的滤芯使用寿命8000h，或根据差压计指示，更换滤芯。在本专利技术的第一方面，提供了一种从循环氢中脱除液滴和杂质气体的方法，该方 法包括循环氢在一定的压力作用下通过特殊结构的导管切向进入旋流腔进行高速旋转， 由于强大离心力的作用，在旋流腔内形成向下的外旋流和向上的内旋流，密度大的液滴进 入外旋流作为吸收液从旋流腔下端进入积液腔，而循环氢进入内旋流，作为脱液产品从旋 流腔上端排出，从而实现液滴和循环氢的分离；进入积液腔的吸收液，在液位调节机构控制 下，从积液腔下部排放口排出；随后循环氢进入高效过滤器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋流－过滤－膜组合型循环氢净化方法，该方法包括：对循环氢原料气进行旋流分离，以脱除循环氢中夹带的液滴；对经旋流分离的循环氢原料气进行过滤，以进一步脱除循环氢中夹带的细微液滴；以及对经过滤的循环氢原料气进行膜分离，以脱除其中的杂质气体，得到浓缩的氢气。

【技术特征摘要】
一种旋流 过滤 膜组合型循环氢净化方法，该方法包括对循环氢原料气进行旋流分离，以脱除循环氢中夹带的液滴；对经旋流分离的循环氢原料气进行过滤，以进一步脱除循环氢中夹带的细微液滴；以及对经过滤的循环氢原料气进行膜分离，以脱除其中的杂质气体，得到浓缩的氢气。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括在对循环氢原料气进行旋流 分离之前，将循环氢原料气冷却；和/或在对经过滤的循环氢原料气进行膜分离之前，对经 过滤的循环氢原料气进行加热。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，循环氢经旋流分离脱液后，其夹带的液 滴的脱除率超过90%。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，循环氢经过滤脱除细微液滴后，残余液 滴的含量小于0. 01mg/m3。5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，循环氢经膜分离脱除杂质气体后，浓缩 氢纯度> 93%，氢回收率> 90%。6.一种旋流_过滤_膜组合型循环氢净化装置，该装置包括旋流分离器(2)，用以对循环氢原料气...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈其松，汪华林，杨强，马良，王剑刚，吕文杰，李志明，谢嘉，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]