精馏结合膜分离制备高纯氢气的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116002618A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202111235159.8(22)申请日2021.10.22(71)申请人中国石油化工股份有限公司地址100728北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中国石油化工股份有限公司北京化工研究院(72)发明人魏昕王国清徐一潇郦和生郗仁杰张利军丁黎明刘同举(74)专利代理机构北京润平知识产权代理有限公司11283专利代理师王崇李婉婉(51)Int.Cl.C01B3/50(2006.01)权利要求书5页说明书15页附图1页(54)发明名称精馏结合膜分离制备高纯氢气的方法(57)摘要本发明涉及裂解气的分离技术领域，公开了一种精馏结合膜分离制备高纯氢气的方法。本发明提供的方法包括以下步骤：(1)将原料气在脱甲烷塔中进行脱甲烷处理，塔顶得到含甲烷和氢气的混合气，塔底得到含乙烯的产品气；(2)将所述含甲烷和氢气的混合气进行膜分离。本发明提供的方法能够制备粗氢和高纯氢气，增加产品的技术附加值；同时提升了进入精馏的气体品质，使富甲烷气体收率提高，优化了乙烯脱甲烷塔甲烷氢气分离工艺。具有广阔的应用前景。CN116002618ACN116002618A权利要求书1/5页1.一种精馏结合膜分离制备高纯氢气的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将原料气在脱甲烷塔中进行脱甲烷处理，塔顶得到含甲烷和氢气的混合气，塔底得到含乙烯的产品气；(2)将所述含甲烷和氢气的混合气进行膜分离。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述膜分离的方式包括：(2‑1)将所述含甲烷和氢气的混合气进行第一聚合物膜分离，得到第一富甲烷气和第一富氢气；(2‑2)所述第一富氢气进行第二聚合物膜分离，得到的高纯氢气和第二富甲烷气；(2‑3)将所述第一富甲烷气和所述第二富甲烷气混合后进行第三聚合物膜分离，得到第三富甲烷气和第二富氢气；可选地，将所述第二富氢气体返回至步骤(2‑1)与所述含甲烷和氢气的混合气一起进行所述第一聚合物膜分离。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述脱甲烷塔为精馏塔。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一聚合物膜分离过程中的透过压力、所述第二聚合物膜分离中的透过压力和所述第三聚合物膜分离中的透过压力各自独立地为500kPa‑3500kPa；和/或，所述第一聚合物膜分离中膜的透过压力500kPa‑3500kPa；和/或，所述第二聚合物膜分离过程中的透过压力500kPa‑2500kPa；和/或，所述第三聚合物膜分离过程中的透过压力为500kPa‑2500kPa。5.根据权利要求2所述方法，其中，所述第一聚合物膜分离、第二聚合物膜分离和第三聚合物膜分离采用的膜各自独立地对氢气的通量为10‑120GPU，对甲烷的通量为0.1‑3GPU，对乙烯的通量为0.1‑2.5GPU。6.根据权利要求2所述方法，其中，所述第一聚合物膜分离、第二聚合物膜分离和第三聚合物膜分离中采用的膜各自独立地选自中空纤维膜、平板膜和管式膜中的至少一种。7.根据权利要求2所述方法，其中，所述第一聚合物膜分离、第二聚合物膜分离和第三聚合物膜分离采用的聚合物膜的材质相同或不同，各自独立地选自聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、合成树脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚苯并咪唑、聚二甲基硅氧烷和金属有机骨架材料中的至少一种。8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一聚合物膜分离、第二聚合物膜分离和第三聚合物膜分离中采用的聚合物膜为聚酰亚胺基中空纤维膜；优选地，所述聚酰亚胺基中空纤维膜包括支撑层和附着在支撑层外表面的致密层，所述致密层的厚度小于1000nm，所述中空纤维膜的孔隙率为40‑80％；优选地，所述致密层的厚度为100‑500nm，所述中空纤维膜孔隙率为50‑70％；优选地，所述中空纤维膜的材质为聚酰亚胺无规共聚物。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述聚酰亚胺无规共聚物具有式(I)所示的结构：2CN116002618A权利要求书2/5页式(I)中，m和n各自独立地为10‑2000的整数；X具有式(X1)‑式(X3)中任意一种所示的结构；式(X1)‑式(X3)中，R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地为H、C1‑C4的烷基、C6‑C10的芳基、氨基、羟基或羧基；Y具有式(Y1)‑式(Y5)中任意一种所示的结构；式(Y1)‑式(Y5)中，R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15和R16各自独立地为H、C1‑C4的烷基、C6‑C10的芳基、氨基、羟基或羧基；Z和Z’各自独立地具有式(Z1)或式(Z2)所示的结构；式(Z2)中，Ra和Rb各自独立地为H、C1‑C4的烷基或C1‑C4的卤代烷基；优选地，m和n各自独立地为50