一種深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置製造方法
2023-10-11 10:39:14 2
一種深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置，該裝置包括合成氣純化單元及合成氣深冷分離單元，所述深冷分離單元包括第一板翅式換熱器、第二板翅式換熱器、氣液分離器及精餾塔；所述精餾塔底部的一氧化碳液體出口通過第八管道經第三節流閥、第二板翅式換熱器及第一板翅式換熱器與一氧化碳壓縮機相連通，所述一氧化碳壓縮機的出口與一氧化碳收集單元入口相連通，所述精餾塔中部的一氧化碳氣體出口通過第九管道經第二板翅式換熱器、第一板翅式換熱器與一氧化碳收集單元入口相連通。本實用新型公開的深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置中換熱器的冷量由分離產生的氣體復熱提供，無需氮氣循環製冷，減少機器，降低能耗。
【專利說明】一種深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及氣體深冷分離領域，尤其涉及一種深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置。
【背景技術】
[0002]CO和H2是重要的基礎化工原料，廣泛用於羰基合成等化工過程，尤其是C1化學的日益發展，CO已經成為一系列基本有機化工產品和中間體的重要原料，例如甲醇羰基化制醋酸、醋酐、甲酸、草酸和二甲基甲醯胺等，以及光氣合成、生產聚碳酸酯、聚氨酯、合成金屬羰基化合物等。價格低廉而數量又豐富的CO來源以及先進的CO分離技術，會大大地促進CO化學加工品技術的進一步增長。無論是由煤、石油、天然氣製得的CO合成氣，還是各種包含CO的工業廢氣，所有的CO來源基本都是含有一定量C02、H2, N2, CH4, O2等的氣體混合物，為了獲得高純CO，應選擇低能耗、低成本、高效率的分離方式，而其中的深冷分離方法適用於大規模的工業生產，能夠有效的獲得高純度的CO，分離效果十分理想。
[0003]深冷分離CO是一種高壓低溫的物理分離方法，其基本原理是J-T節流製冷效應。一定壓力的工藝氣通過減壓、節流，可產生更低的溫度，通過換熱回收冷量，可將原料氣中的CO冷凝分離。整個系統的冷量則由工藝的壓力能轉化而來。
[0004]深冷分離法的核心是利用混合氣體中各組分沸點的差異，在精餾塔中來實現氣體混合物的分離。為了防止混合氣中雜質組分在低溫下固化從而堵塞換熱器和管道，因此用深冷法分離CO和H2就需要原料氣在進入冷箱前進行預處理，脫除組分中含有的在低溫下會固化的組分，如C02、甲醇和H2S等。
[0005]目前，現有技術中出現了利用上述深冷分離法進行CO和H2的裝置，這種裝置與傳統深冷分離一氧化碳和氫氣的裝置工藝流程相對簡單了一些，但其在分離提純過程中需要N2循環製冷，機器較多，能耗較高。
【發明內容】
[0006]本實用新型克服上述現有技術中存在的能耗高的缺點提供一種通過J-T效應為換熱器提供冷量的能耗低、工藝流程簡單的深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置及方法。
[0007]本實用新型的技術方案是這樣實現的:一種深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置，包括合成氣純化單元及合成氣深冷分離單元，所述深冷分離單元包括第一板翅式換熱器、第二板翅式換熱器、氣液分離器及精餾塔，所述精餾塔包括塔體和塔體底部的蒸發器，所述合成氣純化單元的入口處連接輸入低溫原料合成氣的第一管道，所述合成氣純化單元的氣體出口通過第二管道經第一板翅式換熱器及第四節流閥與所述精餾塔下端入口相連通，所述精餾塔下端出口通過第三管道經第二板翅式換熱器與所述氣液分離器中部入口相連通，所述氣液分離器上部氣體出口通過第四管道經第二板翅式換熱器及第一板翅式換熱器與氫氣收集單元相連通；所述氣液分離器的下部出口分別連通第五管道和第六管道，所述第五管道經第一節流閥與所述精餾塔上部入口相連通，所述第六管道經第二節流閥與所述精餾塔中部入口相連通，所述精餾塔底部的一氧化碳液體出口通過第八管道經第三節流閥、第二板翅式換熱器及第一板翅式換熱器與一氧化碳壓縮機相連通，所述一氧化碳壓縮機的出口與一氧化碳收集單元入口相連通，所述精餾塔中部的一氧化碳氣體出口通過第九管道經第二板翅式換熱器、第一板翅式換熱器與一氧化碳收集單元入口相連通。
[0008]所述第一板翅式換熱器及第二板翅式換熱器均為真空釺焊板翅式換熱器，所述精餾塔為板式塔或為填料塔，所述蒸發器為真空釺焊式板翅式換熱器。
[0009]所述一氧化碳壓縮機的出口處連接第十管道，所述第十管道與第十一管道對接，所述第十一管道連接在所述一氧化碳收集單元入口處，所述第九管道與所述第十一管道對接。
[0010]所述精餾塔上部設置一閃蒸氣出口，所述閃蒸氣出口處連接一第七管道，所述第七管道與第二板翅式換熱器、第一板翅式換熱器相連通，所述第七管道伸出所述深冷分離單元外部與閃蒸氣收集單元相連通。
[0011]輸入所述的第一管道中的低溫合成氣壓力為2.0MPa?8.0MPa,所述一氧化碳壓縮機出口的一氧化碳氣體壓力為0.5MPa?2.0MPa0
[0012]本實用新型的技術方案產生的積極效果如下:富氫氣提純在氣液分離器中即可完成，經過一次分離後，氣液分離器底部的液體中CO純度可達到90%以上，在進入所述精餾塔進行精餾提純，該精餾塔包括塔體和設置於塔底的蒸發器，在精餾塔底部得到純度為98.5%以上的兩種產品，一種氣態一氧化碳產品，一種液態一氧化碳產品，氣態一氧化碳產品直接復熱送出做產品，液態一氧化碳產品通過一次節流製冷後復熱送出，經一氧化碳壓縮機壓縮後，送出做產品；更進一步地，精餾塔頂部得到的閃蒸氣復熱回收冷量後送出深冷分離單元燃燒。
[0013]所述精餾塔採用板式塔或填料塔，精餾效果好，操作彈性大，適用於變工況操作，並且能適應液氣比較大的工況。從所述精餾塔底部抽出兩種產品，氣態一氧化碳可以不經壓縮直接作為產品送出，這樣可以為所述壓縮機節省能耗。同時所屬裝置為單塔工藝，深冷分離單元的設備比較少，冷箱較小，因此所述新裝置可以節省設備投資。本實用新型所述裝置還具有一氧化碳提取率高的優點，提取率可達90%以上。
[0014]所述第一換熱器、第二換熱器的冷量由一氧化碳產品氣、富氫氣和閃蒸氣復熱提供，無需氮氣循環製冷，減少設備，降低能耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]一種深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置，如圖1所示，該裝置包括合成氣純化單元I和合成氣深冷分離單元2，所述深冷分離單元I包括第一板翅式換熱器3、第二板翅式換熱器4、氣液分離器5以及精餾塔6，所述精餾塔6包括塔體本身和塔體底部的蒸發器。分離提純的原料氣為含N2、Ar、CH4及微量H2S、CO2的CO和H2混合氣，所述合成氣純化單元I上連接輸入原料氣的第一管道101，所述合成氣純化單元I的氣體出口處連接第二管道102，所述第二管道102經過所述第一板翅式換熱器3及第四節流閥14與所述精餾塔6的下部入口相連通，所述精餾塔6下部出口通過第三管道103經第二板翅式換熱器4與所述氣液分離器5的中部入口相連通，所述氣液分離器5上部氣體出口通過第四管道104經第二板翅式換熱器4、第一板翅式換熱器3與氫氣收集單兀8相連通,所述氣液分離器5下部液體出口連接兩管道:第五管道105和第六管道106，所述第五管道105經第一節流閥11與所述精餾塔6上部液體入口相連通，所述第六管道106經第二節流閥12與所述精餾塔6中部液體入口相連通；所述精餾塔6底部的一氧化碳液體出口通過第八管道108經第三節流閥13、第二板翅式換熱器4及第一板翅式換熱器3與一氧化碳壓縮機7相連通，所述一氧化碳壓縮機7的氣體出口連接第十管道110，所述精餾塔6中部的一氧化碳氣體出口通過第九管道109經第二板翅式換熱器4、第一板翅式換熱器3與所述第十管道110相對接，並在第九管道109與第十管道111的對接處設置第十一管道111，所述第十一管道111與一氧化碳收集單元9相連接。
[0017]所述精餾塔6上部設置閃蒸氣出口，所述閃蒸氣出口處連接第七管道107，所述第七管道107與第二板翅式換熱器4、第一板翅式換熱器3相連通，所述第七管道107伸出所述深冷分離單元2外部。
[0018]所述第一板翅式換熱器3及第二板翅式換熱器4均為真空釺焊板翅式換熱器，所述精餾塔6為板式塔或為填料塔，所述蒸發器為真空釺焊板翅式換熱器。
[0019]輸入所述的第一管道101中的低溫合成氣壓力為2.0MPa?8.0MPa,所述一氧化碳壓縮機7出口的一氧化碳氣體壓力為0.5MPa?2.0MPa0
[0020]從所述精餾塔5頂部出來的閃蒸氣經換熱器復熱回收冷量後出所述深冷分離單元2。由於原料氣的壓力不高，整個系統除J-T效應(J-T效應:膨脹效應，即為節流效應)製冷外，可能需要補充少量液氮提供冷量，因此在換熱器中預留有液氮通道112，液氮入口21，液氮出口 22。在開車運行階段，要把所述深冷分離單元2冷卻下來，也需補充少量液氮。
[0021]利用上述深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置提純一氧化碳和氫氣的方法如下，包括:
[0022]I)低溫原料合成氣經第一管道101進入合成氣純化單元1，合成氣純化單元I內的分子篩的吸附作用將原料合成氣中含有的微量甲醇和二氧化碳脫除，脫除雜質後的混合氣體通過第二管道102進入第一板翅式換熱器3內冷卻，冷卻到100K?150K，再經第二管道102進入所述精餾塔6內的蒸發器作為熱源被冷卻，冷卻後的溫度是90K?140K，被冷卻後的混合氣體通過第三管道103進入第二板翅式換熱器4內冷卻到設定溫度80K?100K，冷卻到設定溫度的混合氣體通過第三管道10通過氣液分離器5的混合氣體入口進入氣液分離器5內；
[0023]2)氣液分離器5對冷卻後的混合氣體進行初步分離，分離後產生的氣體為為富氫氣，富氫氣從氣液分離器5上部的氣體出口通過第四管道104依次進入第二板翅式換熱器
4、第一板翅式換熱器3復熱並回收冷量，復熱後的富氫氣通過第四管道104進入氫氣收集單元8 ；由氣液分離器5分離出的液體一部分由底部液體出口通過第五管道105經第一節流閥11節流後直接從精餾塔6上部液體入口進入精餾塔6中，作為回流液參與精餾，由氣液分離器5分離出的另一部分液體由第六管道106經第二節流閥12節流後先進入第二換熱器4復熱全蒸發，而後經精餾塔6下部的液體入口進入所述精餾塔6中下部作為上升氣參與精餾；[0024]3)精餾塔6精餾後，精餾塔6底部分離出液體一氧化碳，精餾塔6中部為氣體一氧化碳，精餾塔6底部的液體一氧化碳由其底部的液體出口通過第八管道108經第三節流閥13節流為系統提供冷量，節流後依次進入第二板翅式換熱器4、第一板翅式換熱器3復熱回收冷量，復熱後的液體一氧化碳由第八管道108送入一氧化碳壓縮機7中進行壓縮，壓縮後的一氧化碳進入第十管道110,壓縮後的一氧化碳氣壓為0.5MPa?2.0MPa ；
[0025]精餾塔6中部的氣體一氧化碳由精餾塔6中部的一氧化碳氣體出口通過第九管道109依次進入第二換熱器4、第一換熱器3復熱回收冷量，復熱後的氣體一氧化碳通過第九管道109送出深冷分離單元並進入與上述第十管道110內的一氧化碳混合，混合後通過第十一管道111被送入一氧化碳收集單元9中。
[0026]所述精餾塔6精餾後精餾塔6上部產生閃蒸氣，閃蒸氣由精餾塔6上部的氣體出口通過第七管道107依次進入所述第二板翅式換熱器4、所述第一板翅式換熱器3進入復熱回收冷量，冷量回收後經過第七管道107送出所述深冷分離單元2外部的閃蒸氣收集單元10，閃蒸氣收集後可供燃燒提供熱量。
[0027]所述液體一氧化碳經第三節流閥13被一次節流製冷，為工藝過程提供大部分冷量，所述蒸發器的熱源由經過第一換熱器3初步冷卻的混合氣體所提供。所述第一換熱器
3、第二換熱器4的冷量由一氧化碳產品氣、富氫氣和閃蒸氣復熱提供，無需氮氣循環製冷。
[0028]本實用新型並不局限於上述的具體例，上述的具體實施例僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護範圍的情況下，還可以作出很多形式，這些均屬於本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置，包括合成氣純化單元(I)及合成氣深冷分離單元(2)，所述深冷分離單元(2)包括第一板翅式換熱器(3)、第二板翅式換熱器(4)、氣液分離器(5)及精餾塔(6)，其特徵在於:所述精餾塔(6)包括塔體和塔體底部的蒸發器，所述合成氣純化單元(I)的入口處連接輸入低溫原料合成氣的第一管道(101 )，所述合成氣純化單元(I)的氣體出口通過第二管道(102)經第一板翅式換熱器(3)及第四節流閥(14)與所述精餾塔(6 )下端入口相連通，所述精餾塔(6 )下端出口通過第三管道(103 )經第二板翅式換熱器(4)與所述氣液分離器(5)中部入口相連通，所述氣液分離器(5)上部氣體出口通過第四管道(104)經第二板翅式換熱器(4)及第一板翅式換熱器(3)與氫氣收集單元(8)相連通；所述氣液分離器(5)的下部出口分別連通第五管道(105)和第六管道(106)，所述第五管道(105 )經第一節流閥(11)與所述精餾塔(6 )上部入口相連通，所述第六管道(106)經第二節流閥(12)與所述精餾塔(6)中部入口相連通，所述精餾塔(6)底部的一氧化碳液體出口通過第八管道(108)經第三節流閥(13)、第二板翅式換熱器(4)及第一板翅式換熱器(3)與一氧化碳壓縮機(7)相連通，所述一氧化碳壓縮機(7)的出口與一氧化碳收集單元(9)入口相連通，所述精餾塔(6)中部的一氧化碳氣體出口通過第九管道(109)經第二板翅式換熱器(4)、第一板翅式換熱器(3)與一氧化碳收集單元(9)入口相連通。
2.根據權利要求1所述的一種深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置，其特徵在於:所述第一板翅式換熱器(3)及第二板翅式換熱器(4)均為真空釺焊板翅式換熱器，所述精餾塔(6)為板式塔或為填料塔，所述蒸發器為真空釺焊式板翅式換熱器。
3.根據權利要求1所述的一種深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置，其特徵在於:所述一氧化碳壓縮機(7)的出口處連接第十管道(110)，所述第十管道(110)與第十一管道(111)對接，所述第十一管道(111)連接在所述一氧化碳收集單元(9 )入口處，所述第九管道(119)與所述第十一管道(111)對接。
4.根據權利要求1所述的一種深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置，其特徵在於:所述精餾塔(6)上部設置一閃蒸氣出口，所述閃蒸氣出口處連接一第七管道(107)，所述第七管道(107)與第二板翅式換熱器(4)、第一板翅式換熱器(3)相連通，所述第七管道(107)伸出所述深冷分離單元(2)外部與閃蒸氣收集單元(10)相連通。
5.根據權利要求1所述的一種深冷分離提純一氧化碳和氫氣的裝置，其特徵在於:輸入所述的第一管道(101)中的低溫合成氣壓力為2.0MPa?8.0MPa，所述一氧化碳壓縮機(7)出口的一氧化碳氣體壓力為0.5MPa?2.0MPa0
【文檔編號】C01B3/50GK203474449SQ201320602208
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】卓躍光, 王慶波, 王劍峰, 褚麗雅, 裴紅珍, 劉景武, 馬源 申請人:開封空分集團有限公司