一種合成氣分離制取氫氣及高純一氧化碳裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種氣體分離的裝置，尤其涉及一種通過(guò)深冷液化作用進(jìn)行氣體 分離的裝置，具體地，涉及一種合成氣分離制取氫氣及高純一氧化碳的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)大型化工領(lǐng)域的發(fā)展，以天然氣、煤及其它碳?xì)浠衔餅樵线M(jìn)行水蒸 氣重整催化轉(zhuǎn)化或部分氧化所產(chǎn)生的合成氣的總量也在劇增，這些合成氣中除了含有未充 分轉(zhuǎn)化的一氧化碳，還常常含有氫氣、氮?dú)?、甲燒、氧氣和二氧化碳等。由于合成氣中多種多 樣的雜質(zhì)組分，往往限制了它的進(jìn)一步使用，大數(shù)情況下，每天都有大量的混合氣體只能白 白地燃燒放空，造成了資源的浪費(fèi)和溫室效應(yīng)的加劇。
[0003] 事實(shí)上，高純度的氣體已經(jīng)成為了重要的基礎(chǔ)化學(xué)原料，尤其是一氧化碳和氫氣， 已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于羰基合成等化工過(guò)程，成為一系列基本有機(jī)化工產(chǎn)品和中間體的重要 原料。其中，一氧化碳的來(lái)源基本是通過(guò)對(duì)含有一定量〇)2、0)、!12、吧、014、02、!120等的氣 體混合物，采用深冷分離方法，從而獲得高純度的C0,這種方法適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)， 而且可以更加有效地獲得高純度的C0。
[0004] 目前來(lái)看，深冷分離方法一般是通過(guò)將一定壓力的合成氣進(jìn)行節(jié)流、膨脹，以產(chǎn)生 更低溫度從而使合成氣全部或部分液化，進(jìn)而將H2、CH4、C0分離。其中，深冷分離法的核心 是利用合成氣中各組分之間沸點(diǎn)的差異，通過(guò)精餾塔來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體混合物的分離。為了防止 混合氣中雜質(zhì)組分在低溫下固化從而堵塞換熱器和管道，需要原料氣在進(jìn)入冷箱前進(jìn)行預(yù) 處理，脫除重?zé)N、C02、H20和H2S等。
[0005] 中國(guó)專(zhuān)利CN104011488 A公開(kāi)了一種通過(guò)低溫蒸餾供應(yīng)氣態(tài)一氧化碳的方法和設(shè) 備，其中包括，首先對(duì)原料合成氣進(jìn)行冷卻，然后在甲烷洗滌塔中脫除大部分氫氣，并進(jìn)入 汽提塔中進(jìn)一步脫除氫氣后進(jìn)入脫甲烷塔的中部，然后在塔釜得到富甲烷，富甲烷經(jīng)液體 泵加壓后部分作為甲烷洗滌塔回流液，部分繼續(xù)復(fù)熱出裝置作為燃料氣，在脫甲烷塔頂部 得到富一氧化碳，富一氧化碳經(jīng)復(fù)熱出裝置進(jìn)入一氧化碳循環(huán)壓縮機(jī)增壓，產(chǎn)品一氧化碳 從循環(huán)壓縮機(jī)中間級(jí)抽出。裝置的冷量補(bǔ)充為循環(huán)壓縮機(jī)出口的一氧化碳在換熱器中冷卻 從中部抽出進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹至低壓返回?fù)Q熱器復(fù)熱。
[0006] 在上述所述方法中，因低沸點(diǎn)的氮?dú)怆S著一氧化碳一起富集到脫甲烷塔頂部，因 此該裝置生產(chǎn)的一氧化碳中的氮?dú)鉄o(wú)法在該流程中解決，需要增加裝置進(jìn)一步脫除，且富 一氧化碳出裝置的壓力較低需要出冷箱后在循環(huán)壓縮機(jī)中增壓從中間級(jí)抽出。該發(fā)明的甲 烷洗滌塔不含再沸器，因此無(wú)法在一個(gè)塔中一次脫除，需要增加汽提塔，在汽提塔頂部排放 富氫氣體，該氣體無(wú)法作為產(chǎn)品氣使用因此裝置氫氣提取率較低。
[0007] 另外，CN101568788B公開(kāi)了一種通過(guò)低溫蒸餾分離至少包含氫、氮和一氧化碳的 混合物的方法和設(shè)備，雖然取得了一定的分離效果，但是采用的設(shè)備沒(méi)有進(jìn)一步不完善，尤 其在開(kāi)始用于主要分離氫氣得到含有甲烷、一氧化碳和氮?dú)饣旌衔锏腃l和C2中，需要設(shè) 置C2塔來(lái)脫除殘余氫氣，而一部分原料氫氣又進(jìn)入Cl塔底部，因而C2塔原料中含氫量> I. 5%在C2塔頂脫除，這部分粗氫不能作為氫氣產(chǎn)品使用，降低了氫氣回收率。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)在分離提純合成氣中提出的方法和裝置，在實(shí)際應(yīng)用中的不 足，提供一種高效節(jié)能的從合成氣中分離制取氫氣及高純一氧化碳的裝置，本實(shí)用新型提 供了一種合成氣分離制取氫氣及高純一氧化碳的裝置，首先是以含有H2、C0、N2、CH4、02等 的氣體混合物的合成氣為原料，并可以同時(shí)生產(chǎn)氫氣和一氧化碳，輔助得到氮?dú)夂腿剂蠚?的方法，概括來(lái)說(shuō)就是采用脫氫塔Cl、脫氧-甲烷塔C2和脫氮塔C3連續(xù)精餾制取氫氣及高 純一氧化碳，同時(shí)將氮?dú)夂腿剂蠚庖矎暮铣蓺庵蟹蛛x出來(lái)，克服了傳統(tǒng)方法的缺陷，節(jié)省了 設(shè)備投資，降低了能耗，提高了產(chǎn)品附加值，從而實(shí)現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。
[0009] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種裝置，以實(shí)現(xiàn)以下要求：
[0010] 提供一種針對(duì)雜質(zhì)含量高的合成氣進(jìn)行分離的方法；
[0011] 得到一種可以作為原料或者中間體參與合成或研宄的高純度H2，另一方面，所述 方法對(duì)于分離4具有高回收率；
[0012] 得到一種高純度的CO ;
[0013] 輔助得到可以再次利用的氮?dú)夂腿剂蠚猓?br>[0014] 提供一種減少能量消耗并降低投資成本的方法。
[0015] 本實(shí)用新型的主題是一種合成氣分離制取氫氣及高純一氧化碳的方法的裝置，其 特征在于，所述裝置包括：
[0016] 管路和閥門(mén)；分別設(shè)有塔頂冷凝蒸發(fā)器K1、K2、K3及塔釜再沸器B1、B2、B3的脫氫 塔C1、脫氧-甲烷塔C2和脫氮塔C3 ;所述脫氫塔C1、脫氧-甲烷塔C2和脫氮塔C3通過(guò)管 路串聯(lián)連接，構(gòu)成連續(xù)精餾設(shè)備；
[0017] 氮?dú)庋h(huán)回路上設(shè)置的循環(huán)壓縮機(jī)CPl ;氮?dú)庋h(huán)回路以及一氧化碳出口管路、 氮?dú)獬隹诠苈?、燃料氣出口管路、原料合成氣進(jìn)口管路、氫氣出口管路處共同設(shè)置的主換熱 器EHl ;通過(guò)管路與低壓氮?dú)夤苈泛兔撗?甲烷塔C2的冷凝蒸發(fā)器K2的頂端相連接的透 平膨脹機(jī)TPl ;節(jié)流閥V1、V2、V3,其中，Vl設(shè)置在塔釜再沸器Bl與脫氫塔Cl的塔體相連接 的管路上，V2設(shè)置在塔釜再沸器Bl與脫氧-甲烷塔C2的塔體相連接的管路上，而V3則設(shè) 置在冷凝蒸發(fā)器K2與脫氮塔C3的塔體相連接的管路上；通過(guò)管路與冷凝蒸發(fā)器Kl相連接 的回流罐SPl ;以及通過(guò)管路與塔釜再沸器B3相連接的一氧化碳屏蔽泵BPl。
[0018] 其中，具體地，低壓氮?dú)?20經(jīng)過(guò)循環(huán)壓縮機(jī)CPl增壓并冷卻至常溫后，氮?dú)?01 進(jìn)入主換熱器EHl中冷卻，其中，在主換熱器EHl的中部抽出部分氮?dú)?02進(jìn)入脫氧-甲烷 塔C2的塔釜再沸器B2中冷卻，以使脫氧-甲烷塔C2的塔釜中的液體部分蒸發(fā)在C2中精 餾，并使塔釜液體中的甲烷濃度提升、一氧化碳含量減少；冷卻后的中壓氮?dú)?04再次進(jìn)入 脫氮塔C3的塔釜再沸器B3中冷卻，以使脫氧-甲烷塔C3的塔釜中的液體部分蒸發(fā)在C3 中精餾，并使塔釜液體中一氧化碳濃度提升、氮?dú)夂繙p少來(lái)獲得合格的一氧化碳液體產(chǎn) 品；冷卻后的中壓液氮205與在主換熱器EHl中冷端出來(lái)被液化并過(guò)冷的液氮203匯合后， 液氮207進(jìn)入脫氧-甲烷塔C2的塔頂冷凝蒸發(fā)器K2中作為塔頂冷凝蒸發(fā)器K2的冷源，富 裕的液氮211分成二股212及213經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流至常壓后分別進(jìn)入脫氫塔Cl的塔頂冷凝 蒸發(fā)器Kl和脫氮塔C3的塔頂冷凝蒸發(fā)器K3中，作為塔頂冷凝蒸發(fā)器Kl和K3的冷源；C2 塔冷凝蒸發(fā)器中蒸發(fā)的壓力氮?dú)?08進(jìn)入主換熱器EHl中部分復(fù)熱后從主換熱器EHl的中 部抽出氮?dú)?09,進(jìn)入氮?dú)馔钙脚蛎洐C(jī)TPl中膨脹產(chǎn)生冷量補(bǔ)充裝置的冷損，膨脹后的氮?dú)?210與塔頂冷凝蒸發(fā)器Kl及K3中蒸發(fā)的低壓氮?dú)?18及217混合后的219,進(jìn)入主換熱器 EHl的低壓氮?dú)馔ǖ缽?fù)熱至常溫得到氮?dú)?20后，進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)CPl中循環(huán)使用。
[0019] 根據(jù)本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述一氧化碳液體經(jīng)一氧化碳屏蔽泵 BPl增壓是指加壓至高于產(chǎn)品氣所需輸送壓力。
[0020] 所述進(jìn)入脫氧-甲烷塔C2的塔釜再沸器B2中的中壓氮?dú)馀c進(jìn)入脫氮塔C3的塔 釜再沸器B3中的中壓氮?dú)鉃轫樞虼?lián)連接，逐步冷卻后經(jīng)過(guò)節(jié)流減壓與液氮203匯合。
[0021] 所述裝置還包括脫氫塔C1、脫氧-甲烷塔C2、脫氮塔C3，冷凝蒸發(fā)器KI、K2、K3，塔 釜再沸器BI、B2、B3,主換熱器EHl，透平膨脹機(jī)TPl及一氧化碳屏蔽泵BPl之間相連的管路 和閥門(mén)。
[0022] 所述進(jìn)入脫氧-甲烷塔的塔釜再沸器中的壓力氮?dú)?02在進(jìn)入脫氮塔的塔釜再沸 器B3前分出一股氮?dú)馀c脫氮塔的塔釜再沸器B3冷卻后的氮?dú)饣旌?，改變分出一股氮?dú)獾?流量來(lái)改變脫氮塔的塔釜再沸器B3的負(fù)荷。
[0023] 根據(jù)本實(shí)用新型所述的一種合成氣分離制取氫氣及高純一氧化碳的裝置的一個(gè) 優(yōu)選實(shí)施例，其中，具體地，所述裝置的操作包括：
[0024] 步驟1 :將所述合成氣冷卻，然后送入脫氫塔Cl的塔釜再沸器Bl中再次冷卻后， 經(jīng)節(jié)流閥Vl減壓進(jìn)入脫氫塔Cl中精餾，其中，在塔頂?shù)玫降拇謿溥M(jìn)入塔頂冷凝蒸發(fā)器Kl 與液氮換熱，使得混于其中的大部分一氧化碳、氮?dú)饫淠蔀橐后w并回流至下塔頂部，而未 冷凝的氫氣經(jīng)主換熱器EHl復(fù)熱至常溫作為產(chǎn)品輸出；
[0025] 步驟2 :回流至脫氫塔Cl塔釜再沸器Bl