一種內含廢氣循環利用的HYCO合成氣分離淨化系統的製作方法

2023-06-24 03:08:16

本發明涉及HYCO合成氣分離淨化系統，尤其是涉及一種內含廢氣循環利用的HYCO合成氣分離淨化系統。

背景技術：

HYCO合成氣是含54％CO和45％H2以及微量的N2、CH4、Ar、H2O、CO2等的工業混合氣體。HYCO分離淨化系統是將合成氣中H2O和CO2通過TSA吸附塔脫除，其次利用CO、H2、N2、CH4和AR等氣體的沸點不同在冷箱內部利用氣液分離罐將CO和H2分離出來，H2通過PSA來提純後外送，CO通過CO壓縮機加壓以後外送給客戶，產生的尾氣則放至火炬燃燒掉。

TSA(temperature swing adsorption，變溫吸附)裝置是由兩個吸附罐組成，正常運行模式為串聯模式，通過TSA的吸附劑對H2O和CO2進行吸附，並能夠讓CO和H2、CH4、N2通過。

但是TSA隨著吸附會逐漸達到飽和，這時候需要將TSA中的一個罐切出，利用高溫N2再生，而再生過程中有個降壓的過程，這部分的原料氣就會通過放火炬燃燒放空。

而放火炬燃燒的這部分氣體就會變成CO2和H2O，增加碳排放導致對大氣的汙染。

有關文獻也提到了含有空分裝置的TSA的方法來吸附掉H2O和CO2，雖然也會有再生的過程，但是空分的原料為空氣，直接排放大氣洩壓是沒有汙染的。但是對於HYCO的TSA來說，這些降壓過程中產生的廢氣是可以循環利用的。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種內含廢氣循環利用的HYCO合成氣分離淨化系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種內含廢氣循環利用的HYCO合成氣分離淨化系統，包括TSA吸附罐、冷箱、PSA吸附罐及PSA解析氣緩衝罐，

TSA吸附罐：與HYCO合成氣原料管線相連，用於脫除原料氣中H2O和CO2，

冷箱：內設有氣液分離罐，氣液分離罐入口與TSA吸附罐出口連接，利用CO、H2、N2、CH4和AR等氣體的沸點不同將合成氣中CO和H2分離，CO通過CO壓縮機加壓以後輸出，產生的尾氣則放至火炬燃燒掉，H2通入PSA吸附罐提純，

PSA吸附罐：與氣液分離罐出口相連，對H2進行提純，

PSA解析氣緩衝罐：與PSA吸附罐相連，

還包括TSA再生N2進口管線、TSA洩壓管線、TSA再生放火炬管線及循環氣壓縮機，

所述的TSA再生N2進口管線與TSA吸附罐相連，用於對TSA吸附罐通過N2加熱而將吸附的H2O和CO2重新脫除，所述的TSA再生放火炬管線與TSA吸附罐相連，

所述的TSA洩壓管線從TSA再生放火炬管線引出，並與循環氣壓縮機之間，將TSA吸附罐脫除的H2O和CO2輸送給循環氣壓縮機，

所述的循環氣壓縮機還與PSA解析氣緩衝罐相連，回收PSA解析氣緩衝罐內的解析氣，所述的循環氣壓縮機出口與HYCO合成氣原料管線相連，將TSA吸附罐脫除的H2O和CO2以及解析氣緩衝罐內的解析氣回流至HYCO合成氣原料管線。

所述的TSA吸附罐共設有兩個，分別為第一TSA吸附罐與第二TSA吸附罐，所述的第一TSA吸附罐與第二TSA吸附罐並聯設置，且所述的第一TSA吸附罐與第二TSA吸附罐同時串聯在HYCO合成氣原料管線上，所述的TSA再生N2進口管線同時與第一TSA吸附罐及第二TSA吸附罐連接，所述的TSA再生放火炬管線同時與第一TSA吸附罐及第二TSA吸附罐連接。

所述的第一TSA吸附罐與第二TSA吸附罐之間設置連接管與切斷閥，使得第一TSA吸附罐與第二TSA吸附罐中只有一個與HYCO合成氣原料管線相通。

所述的循環氣壓縮機共有四段，由第一循環氣壓縮機、第二循環氣壓縮機、第三循環氣壓縮機及第四循環氣壓縮機串聯形成，所述的第一循環氣壓縮機與第二循環氣壓縮機之間通過循環壓縮機二段入口管線相連，所述的第二循環氣壓縮機與第三循環氣壓縮機之間通過循環壓縮機三段入口管線相連，所述的第三循環氣壓縮機與第四循環氣壓縮機之間通過循環壓縮機四段入口管線相連，所述的PSA解析氣緩衝罐通過循環壓縮機一段入口管線與第一循環氣壓縮機的入口相連，所述的TSA洩壓管線從TSA再生放火炬管線引出，並連接到循環壓縮機三段入口管線上，所述的第四循環氣壓縮機出口通過循環壓縮機四段出口管線與HYCO合成氣原料管線相連。

所述的循環壓縮機四段出口管線上設置有單向閥，所述的單向閥流向為第四循環氣壓縮機出口流向至HYCO合成氣原料管線。

所述的TSA洩壓管線上設置有洩壓手閥與洩壓自動調節閥。

所述的PSA吸附罐出口與H2產品管線連接。

所述的TSA再生放火炬管線上設置有放火炬閥門。

TSA即為溫度變換吸附，第一TSA吸附罐與第二TSA吸附罐正常溫度下30℃，原料氣中H2O和CO2會在吸附劑Al2O3的作用下吸附，在高溫狀態240℃下H2O和CO2是可以從吸附劑中分離的，當第一TSA吸附罐與第二TSA吸附罐中的前一個罐吸附飽和時，將前一個罐切出系統，從22barg狀態下，洩壓至2barg，在此過程中新安裝一根管線，從22barg開始洩壓，通過洩壓手閥與洩壓自動調節閥洩壓至9barg，然後關閉洩壓手閥與洩壓自動調節閥，並打開TSA再生放火炬管線上的放火炬閥門放空，直到吸附罐壓力為0barg，用N2經過N2加熱器加熱至280℃，並通過TSA再生N2進口管線進入第一TSA吸附罐或第二TSA吸附罐，使H2O和CO2重新脫除，脫除好H2O和CO2的吸附罐重新切入系統投用，繼續吸附原料中的H2O和CO2。

本發明在降壓的過程中將此部分氣引至循環壓縮機三段入口管線，HYCO循環壓縮機的四段出口通過循環壓縮機四段出口管線與HYCO合成氣原料管線相連，並重新利用此部分的廢氣進一步提純。

本發明中，TSA洩壓管線從TSA再生放火炬管線上引出，並增加一個洩壓自動調節閥來控制洩壓的速度，以保證循環壓縮機的正常運行。

本發明中，TSA洩壓管線承受壓力40barg，管線尺寸為1寸，材質為C鋼。

本發明中，TSA洩壓管線上設有洩壓手閥與洩壓自動調節閥，避免在不投用情況下，兩個系統壓力互串。

本發明HYCO合成氣分離淨化系統工作原理為：

1、在TSA再生開始階段，第一TSA吸附罐壓力為22barg，此時操作，將第一TSA吸附罐從HYCO合成氣原料管線上隔離開來，TSA洩壓有兩條線路，一路是去放火炬，一路是去循環壓縮機。

2、HYCO循環壓縮機是一個四段往復式活塞壓縮機，一段入口有PSA解析出來的2barg低壓解析氣進入HYCO循環壓縮機加壓至3.6barg，二段加壓以後，出口壓力為7.6barg，三段加壓以後，出口壓力14.9barg，四段加壓以後，出口壓力為23.4barg，四段出口連接至HYCO合成氣原料管線，進行再次提純。

3、洩壓閥開始洩壓，系統從22barg洩壓至9barg。調節閥開度緩慢根據壓力打開。直至9barg，系統自動關閉調節閥以後，將洩壓手閥關閉，TSA再生放火炬管線上的TSA放火炬閥門自動打開，直至洩壓至0barg。

與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果：

一、增加洩壓自動調節閥以後，對循環壓縮機的系統壓力進行的有效的保護，不會對系統壓力產生波動幹擾。

二、安全可靠：由於新增TSA洩壓管線上設有洩壓手閥和洩壓自動調節閥，故不會對合成氣分離淨化系統的壓力產生影響。正常情況下不會發生系統介質互相串氣。

三、環保：由於TSA本身的介質是CO和H2以及微量CH4，如果全部放火炬燃燒的話相當於會產生CO2排放，對大氣進行汙染，而本發明採用了回收處理的方式。

四、操作方便：系統設置了自動洩壓步驟，不需要人為去操作。

附圖說明

圖1為本發明HYCO合成氣分離淨化系統結構示意圖。

圖中標號：1為HYCO合成氣原料管線，2為第一TSA吸附罐，3為第二TSA吸附罐，4為TSA再生放火炬管線，5為TSA洩壓管線，6為TSA再生N2進口管線，7為洩壓手閥，8為洩壓自動調節閥，9為PSA吸附罐，10為PSA解析氣緩衝罐，11為氣液分離罐，12為H2產品管線，13為循環壓縮機一段入口管線，14為循環壓縮機二段入口管線，15為循環壓縮機三段入口管線，16為循環壓縮機四段出口管線，17為單向閥，18為冷箱，19為第一循環氣壓縮機，20為第二循環氣壓縮機，21為第三循環氣壓縮機，22為第四循環氣壓縮機，23為循環壓縮機四段入口管線。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例

一種內含廢氣循環利用的HYCO合成氣分離淨化系統，如圖1所示，包括TSA吸附罐、冷箱18、PSA吸附罐9及PSA解析氣緩衝罐10，TSA吸附罐與HYCO合成氣原料管線1相連，用於脫除原料氣中H2O和CO2，冷箱18內設有氣液分離罐11，氣液分離罐11入口與TSA吸附罐出口連接，利用CO、H2、N2、CH4和AR等氣體的沸點不同將合成氣中CO和H2分離，CO通過CO壓縮機加壓以後輸出，產生的尾氣則放至火炬燃燒掉，H2通入PSA吸附罐9提純，PSA吸附罐9與氣液分離罐11出口相連，對H2進行提純，PSA解析氣緩衝罐10：與PSA吸附罐9相連，還包括TSA再生N2進口管線6、TSA洩壓管線5、TSA再生放火炬管線4及循環氣壓縮機，TSA再生N2進口管線6與TSA吸附罐相連，用於對TSA吸附罐通過N2加熱而將吸附的H2O和CO2重新脫除，TSA再生放火炬管線4與TSA吸附罐相連，TSA洩壓管線5從TSA再生放火炬管線4引出，並與循環氣壓縮機之間，將TSA吸附罐脫除的H2O和CO2輸送給循環氣壓縮機，循環氣壓縮機還與PSA解析氣緩衝罐10相連，回收PSA解析氣緩衝罐10內的解析氣，循環氣壓縮機出口與HYCO合成氣原料管線1相連，將TSA吸附罐脫除的H2O和CO2以及解析氣緩衝罐10內的解析氣回流至HYCO合成氣原料管線1。

TSA吸附罐共設有兩個，分別為第一TSA吸附罐2與第二TSA吸附罐3，第一TSA吸附罐2與第二TSA吸附罐3並聯設置，且第一TSA吸附罐2與第二TSA吸附罐3同時串聯在HYCO合成氣原料管線1上，TSA再生N2進口管線6同時與第一TSA吸附罐2及第二TSA吸附罐3連接，TSA再生放火炬管線4同時與第一TSA吸附罐2及第二TSA吸附罐3連接。

第一TSA吸附罐2與第二TSA吸附罐3之間設置連接管與切斷閥，使得第一TSA吸附罐2與第二TSA吸附罐3中只有一個與HYCO合成氣原料管線1相通。

循環氣壓縮機共有四段，由第一循環氣壓縮機19、第二循環氣壓縮機20、第三循環氣壓縮機21及第四循環氣壓縮機22串聯形成，第一循環氣壓縮機19與第二循環氣壓縮機20之間通過循環壓縮機二段入口管線14相連，第二循環氣壓縮機20與第三循環氣壓縮機21之間通過循環壓縮機三段入口管線15相連，第三循環氣壓縮機21與第四循環氣壓縮機22之間通過循環壓縮機四段入口管線23相連，PSA解析氣緩衝罐10通過循環壓縮機一段入口管線13與第一循環氣壓縮機19的入口相連，TSA洩壓管線5從TSA再生放火炬管線4引出，並連接到循環壓縮機三段入口管線15上，第四循環氣壓縮機22出口通過循環壓縮機四段出口管線16與HYCO合成氣原料管線1相連。循環壓縮機四段出口管線16上設置有單向閥17，單向閥17流向為第四循環氣壓縮機22出口流向至HYCO合成氣原料管線1。TSA洩壓管線5上設置有洩壓手閥7與洩壓自動調節閥8。

PSA吸附罐9出口與H2產品管線12連接。TSA再生放火炬管線4上設置有放火炬閥門。

TSA即為溫度變換吸附，第一TSA吸附罐2與第二TSA吸附罐3正常溫度下30℃，原料氣中H2O和CO2會在吸附劑Al2O3的作用下吸附，在高溫狀態240℃下H2O和CO2是可以從吸附劑中分離的，當第一TSA吸附罐2與第二TSA吸附罐3中的前一個罐吸附飽和時，將前一個罐切出系統，從22barg狀態下，洩壓至2barg，在此過程中新安裝一根管線，從22barg開始洩壓，通過洩壓手閥7與洩壓自動調節閥8洩壓至9barg，然後關閉洩壓手閥7與洩壓自動調節閥8，並打開TSA再生放火炬管線4上的放火炬閥門放空，直到吸附罐壓力為0barg，用N2經過N2加熱器加熱至280℃，並通過TSA再生N2進口管線6進入第一TSA吸附罐2或第二TSA吸附罐3，使H2O和CO2重新脫除，脫除好H2O和CO2的吸附罐重新切入系統投用，繼續吸附原料中的H2O和CO2。

本發明在降壓的過程中將此部分氣引至循環壓縮機三段入口管線15，HYCO循環壓縮機的四段出口通過循環壓縮機四段出口管線16與HYCO合成氣原料管線1相連，並重新利用此部分的廢氣進一步提純。

本發明中，TSA洩壓管線5從TSA再生放火炬管線4上引出，並增加一個洩壓自動調節閥8來控制洩壓的速度，以保證循環壓縮機的正常運行。

本發明中，TSA洩壓管線5承受壓力40barg，管線尺寸為1寸，材質為C鋼。

本發明中，TSA洩壓管線5上設有洩壓手閥7與洩壓自動調節閥8，避免在不投用情況下，兩個系統壓力互串。

本發明HYCO合成氣分離淨化系統工作原理為：

1、在TSA再生開始階段，第一TSA吸附罐壓力為22barg，此時操作，將第一TSA吸附罐從HYCO合成氣原料管線上隔離開來，TSA洩壓有兩條線路，一路是去放火炬，一路是去循環壓縮機。

2、HYCO循環壓縮機是一個四段往復式活塞壓縮機，一段入口有PSA解析出來的2barg低壓解析氣進入HYCO循環壓縮機加壓至3.6barg，二段加壓以後，出口壓力為7.6barg，三段加壓以後，出口壓力14.9barg，四段加壓以後，出口壓力為23.4barg，四段出口連接至HYCO合成氣原料管線，進行再次提純。

3、洩壓閥開始洩壓，系統從22barg洩壓至9barg。調節閥開度緩慢根據壓力打開。直至9barg，系統自動關閉調節閥以後，將洩壓手閥關閉，TSA再生放火炬管線上的TSA放火炬閥門自動打開，直至洩壓至0barg。

上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和使用發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於上述實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。