一种用膜回收烟气中氮气的方法技术

一种用膜回收烟气中氮气的方法，烟气经预处理后，在压力为１．０～２．５ＭＰａ、温度为４０～８０℃的条件下进入膜分离器，分离出含高浓度氮气的渗余气与浓缩了ＳＯ↓［２］、ＣＯ↓［２］的渗透气，其中渗余气用于制取普通氮气，所述烟气包含８０重％以上的氮气和１重％以下的Ｏ↓［２］含量。本发明专利技术具有选择性好、分离效率高、无二次污染、便于烟气硫回收等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于含^^烟气的精制及利用，更具体地说，是一种在膜分离器 中分离出烟气中的氮气，回收并精制氮气的方法。
技术介绍
工业上制氮主要是通过空气分离(筒称空分)。目前，空分制氮大致上 有以下三种方法，即深冷空分法、分子筛空分法及膜空分法。深冷法的特 点是氧气(或液氧)、氮气(或液氮)在一套设备上能同时生产，并且设备可制成特大型化，每小时可产氧(或氮)几万立方米；不足之处是启动时 间很长(大约12小时)，设备装置比较复杂，操作繁锁，投资费用较大。 分子筛变压吸附空分法如专利CN1631489A、 CN16314卯A所述，与深冷 空分法相比，具有设备筒单，占地面积小，操作方便，起动速度快，自动 化程度较高，运行成本较低等优点，但其致命弱点是切换周期太短，因此 切换阀及继电器的寿命太短，可靠性较差。膜空分法如CN2636959Y所述 装置比深冷法和分子筛吸附装置(PSA)更先进，没有运动部件，体积比 PSA还小，轻便，无需固定，便于移动；运行可靠，几乎不需维修；膜的 ^使用寿命长，性能保证在10年以上；气体分离过程无噪声，无污染，并且 不产生任何有害废弃物。经过一级膜分离后，富氮浓度一般可达99.5%。 膜空分法在小流量的氮源情况下，是首选对象，大有取代深冷空分法、分 子筛空分法两种方法之势。从燃煤锅炉、炼厂催化裂化装置或其他工业装置中等排放出来的烟气， 氮气含量高，除了含有少量S02、 C02和较低量的02外，大部分都是氮气， 氮气质量分数85%以上，远远高于空气中氮含量，如汽油吸附脱碌uSZorb 工艺的烟气，更适合于制取工业用氮气。专利CN1508064A就将环己烷氧 化生产环己酮过程中尾气通过变压吸附制取氮气。烟气制氮不仅可以生产工业用氮气，而且可以浓缩烟气中so2、 co2 等酸性气体，以便于其集中处理。据统计，我国2005年底排放烟气中S02 总量达2549万吨，不仅对环境造成严重危害，还是硫资源的一种很大浪费。半干法、干法。目前应用最广的是湿法烟气脱碌u方法，主要以石灰/石灰石浆作为吸收剂，吸收烟气中so2,脱>5克率可达到卯％以上，副产物为石膏。由于石膏利用价值有限，多抛弃处置，且装置规才莫较大，操作费用高。而烟气中酸性气体C02排入大气会加剧温室效应，因而近几年对C02也实行 了减排控制。烟气中C02的脱除有吸收法、吸附法及低温蒸馏法等。随着 膜技术的发展，烟气中酸性气体S02、 C02的脱除，近年来致力于集分离与吸收于一体的膜法吸收处理烟气，脱除其中so2、 co2。膜法烟气脱石克与传统的石灰石-石膏法相比，中空纤维膜吸收塔费用降低70%,总投资 可减少30%以上，操作费用可降低一半。膜法烟气脱除酸性气体目前主要釆用中空纤维管式膜分离器，其中空 纤维膜为选择性透气膜，如CN1199718C、 CN1234448C、 CN1235669C均公开了纤维素中空纤维气体分离膜及其制备。烟气中的S02、 C02能选择性透过膜孔进入碱性溶液(Na2S03或NaOH),并与其反应生成NaHS03、 NaHC03,而烟气中的N2、 02等其他气体滞留在气相中，从而实现烟气脱 硫和C02。中空纤维膜烟气脱除酸性气体的工艺流程为烟气经除尘、热交换后进入中空纤维膜分离器，脱除S02、 C02后烟气通过烟自排放，吸收液进入吸收液再生装置再生并回收硫或co2。目前中空纤维膜法烟气脱硫、脱C02被认为是一种有巨大商业应用潜力的烟气处理技术，尤其是经济效益更高的烟气脱硫技术。以上烟气膜法处理技术主要以脱除烟气中S02为目的，以膜法脱硫为 例，均存在以下问题脱硫率低(脱硫率约为60~卯％)，吸收膜易污染， 吸收液再生困难并易于堵塞膜孔道；以至于阻碍了膜法烟气脱石克的工业化 应用。因此，仅仅是通过现有技术脱除烟气中酸性气体来回收烟气硫，并 生产氮气，在技术上还有许多不足之处。
技术实现思路
本专利技术的目的是在现有技术的基础上提供一种用膜回收烟气中氮气的 方法，以制取普通氮气并且提高烟气脱硫率。本专利技术的目的是通过下述方案来实现的烟气经预处理后，在压力 1.0 2.5MPa优选1.5 2.0MPa、温度40 80。C优选50 60。C的条件下进入膜 分离器，分离出含高浓度氮气的渗余气与浓缩了 S02、 C02的渗透气，其 中渗余气用于制取普通氮气。所述烟气来自工业装置如炼油厂、化工厂或发电厂装置，优选为SZorb 再生烟气或/和Claus装置尾气。本专利技术所提供的方法适用于任何氮气含量高于80重％以上而02含量低于1重％的烟气，尤其适用于氮气含量高于 85重％以上而02含量低于0.5重％的烟气。烟气中其它组分还包括CO、 C02、 H20、 S02和S03等；其中S02含量优选不高于10重％。所有气体 的组成为100重％。烟气的预处理包括除尘、气液分离和干燥，除尘、气液分离和干燥的 顺序不限。预处理后的烟气也称入膜气，其微尘含量《0.01mg/Nm3, H20 《lppm。除尘包括除去气体中夹带的所有直径大于0.01 pm的固体颗粒和油 雾、水雾以及气溶胶的所有除尘方法，如惯性除尘法、湿法除尘法、静电 除尘法、过滤式除尘法、单筒旋风除尘法及多管旋风除尘法等，优选过滤 式除尘法。微尘含量《0.01mg/Nm3，要求残余含油量小于0.01毫克/米3。气液分离包括所有除去较大的水滴及油滴的方法，如重力沉降、折流 分离、离心力分离、丝网分离、超滤分离、填料分离等。干燥包括任何适合含硫、氮气体干燥的冷冻干燥法、干燥塔、干燥器。 使入膜气含痕量水汽或不含水汽，要求入膜气体中H2CKlppm。可以通过增压方式包括任何适合含硫、氮气体的气动增压泵或气体增 压积/f吏入膜气增压到1.0~2.5MPa优选1.5 2.0MPa。可以通过换热方式^f吏入膜气温度降低至40 80。C优选50~60°C ，所述烟 气换热方式包括各种混合式、蓄热式或间壁式换热器，优选间壁式换热器， 其中间壁式换热器可以是夹套式、管式、板式或各种异型传热面组成的特 殊型式换热器。冷热流体在换热器中的流动方式包括顺流、逆流、交叉流、混合流，优选逆流o所述膜分离器包括任何适用于酸性气体分离的平板式、巻式或中空纤 维式膜组件一个或多个构成的气体膜分离器。其中膜材料包括高分子材料、 无机材料、金属材料中的一种或几种材料的复合，优选高分子膜，更优选复合高分子中空纤维膜。高分子膜选自聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚砜 (PSF )、聚芳酰胺、醋酸纤维素(CA )、乙基纤维素(EA )、聚碳酸酯(PC )、 聚酰亚胺、聚苯醚、硅橡胶膜中的一种或几种，优选对SCVN2选择渗透性 好的聚砜(PSF)、聚酰亚胺膜、曱基硅橡胶膜或其改性膜及几种高分子材 料制得的复合中空纤维膜。膜分离器可以采用一级流程、二级流程或多级 流程。所述渗余气要求氮气浓度高于99.5重％, S02浓度低于0.5重％。渗 余气可以直接作为普通氮气产品，或者通过常规烟气脱硫方法进一步脱除微量S02制得纯度更高的氮气产品。所述常规烟气脱硫方法包括任何碱液 吸收、固体吸附脱硫等吸附脱除微量S02的方法，优选固体吸附脱硫的方法。所述浓缩了 S02、 C02的渗透气脱硫方法同上面的氮气脱硫方法；渗 透气经脱硫、增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用膜回收烟气中氮气的方法，其特征在于烟气经预处理后，在压力１．０～２．５ＭＰａ、温度４０～８０℃的条件下进入膜分离器，分离出含高浓度氮气的渗余气与浓缩了ＳＯ↓［２］、ＣＯ↓［２］的渗透气，其中渗余气用于制取普通氮气，所述烟气包含８０重％以上的氮气和１重％以下的Ｏ↓［２］含量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宪龙，唐津莲，汪燮卿，谢朝钢，许友好，张久顺，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]