深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置及方法，該裝置包括前端預(yù)處理單元和深冷分離提純單元，所述深冷分離提純單元包括第一主換熱器、第二主換熱器以及精餾塔，所述精餾塔包括塔體和塔體底部的蒸發(fā)器，所述深冷分離提純單元還包括第一氣液分離器、第二氣液分離器、第三氣液分離器及第四氣液分離器；本發(fā)明通過(guò)焦耳-湯姆遜效應(yīng)為整個(gè)裝置提供冷量的能耗低、換熱效果好、工藝流程簡(jiǎn)單。本發(fā)明公開的深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置及方法換熱效果更加理想，并且無(wú)需氮?dú)庋h(huán)制冷及大量液氮補(bǔ)充，減少設(shè)備，降低能耗。
【專利說(shuō)明】深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合成氣深冷凈化分離領(lǐng)域，尤其涉及通過(guò)合成氣(通過(guò)以煤或石油等生物質(zhì)氣化得到)制取以CO和(或)h2為原料的化工產(chǎn)品的工藝，特別涉及一種深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]CO和H2是重要的基礎(chǔ)化工原料，廣泛用于羰基合成等化工過(guò)程，尤其是C1化學(xué)的日益發(fā)展，CO已經(jīng)成為一系列基本有機(jī)化工產(chǎn)品和中間體的重要原料，例如甲醇羰基化制醋酸、醋酐、甲酸、草酸和二甲基甲酰胺等，以及光氣合成、生產(chǎn)聚碳酸酯、聚氨酯、合成金屬羰基化合物等。價(jià)格低廉而數(shù)量又豐富的CO來(lái)源以及先進(jìn)的CO分離技術(shù)，會(huì)大大地促進(jìn)CO化學(xué)加工品技術(shù)的進(jìn)一步增長(zhǎng)。無(wú)論是由煤、石油、天然氣制得的CO合成氣，還是各種包含CO的工業(yè)弛放氣，所有的CO來(lái)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(yīng)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于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，能夠有效的獲得高純度的CO，效果十分理想。
[0003]深冷分離提純CO是一種高壓低溫的物理分離方法，其基本原理是焦耳-湯姆遜節(jié)流制冷效應(yīng)，一定壓力的工藝氣通過(guò)減壓、節(jié)流，可產(chǎn)生更低的溫度，通過(guò)換熱回收冷量，可將原料氣中的CO冷凝分離，整個(gè)系統(tǒng)的冷量則由工藝的壓力能轉(zhuǎn)化而來(lái)。深冷分離法的核心是利用混合氣體中各組分沸點(diǎn)的差異，在氣液分離器和精餾塔中來(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，因此用深冷法分離⑶和H2就需要原料氣在進(jìn)入深冷分離提純單元前進(jìn)行預(yù)處理，脫除組分中含有的在低溫下會(huì)固化的組分，如C02、甲醇和H2S等。
[0004]中國(guó)所公開的CO深冷分離提純方法中，裝置工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，但是在分離提純過(guò)程中各個(gè)時(shí)段均需要N2循環(huán)制冷，使用機(jī)器較多，能耗較高，并且在換熱器匹配過(guò)程中效果并不是很理想，換熱器的制作有較大困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的能耗高、機(jī)器多及換熱器效果不理想的缺點(diǎn)而提供一種通過(guò)焦耳-湯姆遜效應(yīng)為整個(gè)裝置提供冷量的能耗低、換熱效果好、工藝流程簡(jiǎn)單的深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置及方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置，該裝置包括前端預(yù)處理單元和深冷分離提純單元，所述深冷分離提純單元包括第一主換熱器、第二主換熱器以及精餾塔，所述精餾塔包括塔體和塔體底部的蒸發(fā)器，所述深冷分離提純單元還包括第一氣液分離器、第二氣液分離器、第三氣液分離器及第四氣液分離器；所述前端預(yù)處理單元的入口處連接輸入原料合成氣的第一管道，所述前端預(yù)處理單元的氣體出口通過(guò)第二管道經(jīng)第一主換熱器及第三節(jié)流閥與所述精餾塔下部蒸發(fā)器入口相連通，所述蒸發(fā)器出口通過(guò)第三管道經(jīng)第二主換熱器與所述第一氣液分離器中部入口相連通，所述第一氣液分離器上部氣體出口通過(guò)第四管道依次經(jīng)第二主換熱器、第一主換熱器與氫氣收集單元相連通；所述第一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(jīng)第一節(jié)流閥與所述精餾塔上部入口相連通，所述第六管道經(jīng)第二節(jié)流閥、第二主換熱器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(guò)第八管道經(jīng)第四節(jié)流閥與所述第二氣液分離器中部入口相連通；所述第二氣液分離器上部氣體出口通過(guò)第九管道依次經(jīng)第二主換熱器、第一主換熱器與第十九管道相連通，所述第二氣液分離器下部液體出口連接兩管道:第十管道和第十一管道，所述第十管道經(jīng)第二主換熱器后與第九管道連通，所述第十一管道經(jīng)第五節(jié)流閥與所述第三氣液分離器中部入口相連通；所述第三氣液分離器上部氣體出口通過(guò)第十二管道依次經(jīng)第二主換熱器、第一主換熱器與一氧化碳?jí)嚎s機(jī)入口相連通，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)的氣體出口連接第十九管道，所述第三氣液分離器下部液體出口連接兩管道:第十三管道和第十四管道，所述第十三管道經(jīng)第二主換熱器后與第十二管道相連通，所述第十四管道經(jīng)第六節(jié)流閥與所述第四氣液分離器中部入口相連通；所述第四氣液分離器上部氣體出口通過(guò)第十五管道依次經(jīng)第二主換熱器、第一主換熱器與一氧化碳?jí)嚎s機(jī)相連通；所述第四氣液分離器下部液體出口連接第十六管道，所述第十六管道經(jīng)第二主換熱器后與第十五管道相連通，所述第十九管道連接在一氧化碳收集單元的氣體入口處。
[0007]所述第一主換熱器及第二主換熱器均為真空釬焊鋁質(zhì)板翅式換熱器，所述精餾塔為板式塔或?yàn)樘盍纤?，所述蒸發(fā)器為真空釬焊式鋁制板翅式換熱器。
[0008]所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)的出口處連接第十七管道，所述第十七管道與第十九管道對(duì)接，所述第十九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十九管道對(duì)接。
[0009]所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)為一臺(tái)兩段式一氧化碳?jí)嚎s機(jī):一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段和一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段的入口處連接所述第十五管道，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段的入口處連接第十二管道，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段的氣體出口連接第十八管道，所述第十八管道與所述第十二管道對(duì)接；常壓一氧化碳?xì)怏w經(jīng)過(guò)第十五管道依次進(jìn)入一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段、一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段進(jìn)行兩次壓縮，而低壓一氧化碳?xì)怏w經(jīng)過(guò)第十二管道直接進(jìn)入一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段進(jìn)行一段壓縮。
[0010]所述精餾塔上部設(shè)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主換熱器、第一主換熱器相連通，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]一種深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的方法，該方法包括:
1)原料合成氣經(jīng)第一管道進(jìn)入前端預(yù)處理單元，通過(guò)前端預(yù)處理單元內(nèi)的分子篩吸附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(zhì)后的凈化合成氣通過(guò)第二管道進(jìn)入第一主換熱器內(nèi)冷卻后進(jìn)入所述精餾塔內(nèi)的蒸發(fā)器作為熱源再次被冷卻，被冷卻后的凈化合成氣通過(guò)第三管道進(jìn)入第二主換熱器內(nèi)繼續(xù)冷卻到設(shè)定溫度85?100K，冷卻到設(shè)定溫度的凈化合成氣通過(guò)第三管道經(jīng)第一氣液分離器的入口進(jìn)入第一氣液分離器內(nèi)；
2)第一氣液分離器對(duì)冷卻后的混合氣體進(jìn)行初步分離，分離后產(chǎn)生的氣體為富氫氣，富氫氣從氣液分離器上部的氣體出口通過(guò)第四管道依次進(jìn)入第二主換熱器、第一主換熱器復(fù)熱并回收冷量，復(fù)熱后的富氫氣通過(guò)第四管道被送入深冷分離單元外部的氫氣收集單元；由氣液分離器分離出的液體一部分由氣液分離器底部液體出口通過(guò)第五管道經(jīng)第一節(jié)流閥節(jié)流后直接從精餾塔上部液體入口進(jìn)入精餾塔中，作為回流液參與精餾；由氣液分離器分離出的另一部分液體由氣液分離器底部液體出口通過(guò)第六管道經(jīng)第二節(jié)流閥節(jié)流后先進(jìn)入第二換熱器復(fù)熱全蒸發(fā)，而后經(jīng)精餾塔下部的液體入口進(jìn)入所述精餾塔中下部作為上升氣參與精懼；
3)精餾塔精餾后，精餾塔底部分離出液體一氧化碳，精餾塔底部的液體一氧化碳由其底部的液體出口通過(guò)第八管道送出，經(jīng)過(guò)三次節(jié)流后送入第一主換熱器和第二主換熱器復(fù)熱回收冷量，后送出深冷分離提純單元。
[0012]所述3)中所述三次節(jié)流方法如下:
經(jīng)第八管道送出的液體一氧化碳經(jīng)第四節(jié)流閥節(jié)流為系統(tǒng)提供冷量，節(jié)流后進(jìn)入第二氣液分離器，此為第一次節(jié)流；第二氣液分離器頂部氣體通過(guò)第九管道依次進(jìn)入第二主換熱器、第一主換熱器復(fù)熱并回收冷量，復(fù)熱后的一氧化碳?xì)怏w通過(guò)第十九管道被送入深冷分離提純單元外部的一氧化碳?xì)馐占瘑卧挥傻诙庖悍蛛x器分離出的液體一部分由氣液分離器底部液體出口通過(guò)第十管道進(jìn)入第二主換熱器，復(fù)熱后匯入第九管道進(jìn)入第一換熱器；
由第二氣液分離器分離出的另一部分液體由第十一管道經(jīng)第五節(jié)流閥節(jié)流為系統(tǒng)提供冷量，節(jié)流后進(jìn)入第三氣液分離器，此為第二次節(jié)流；第三氣液分離器頂部氣體通過(guò)第十二管道依次進(jìn)入第二主換熱器、第一主換熱器復(fù)熱并回收冷量，復(fù)熱后的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)入一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段進(jìn)行壓縮，通過(guò)第十七管道匯入第十九管道，送入深冷分離提純單元外部的一氧化碳?xì)馐占瘑卧?；由第三氣液分離器分離出的液體一部分由氣液分離器底部液體出口通過(guò)第十三管道進(jìn)入第二主換熱器，復(fù)熱后匯入第十二管道進(jìn)入第一換熱器；由第三氣液分離器分離出的另一部分液體由第十四管道經(jīng)第六節(jié)流閥節(jié)流為系統(tǒng)提供冷量，節(jié)流后進(jìn)入第四氣液分離器，此為第三次節(jié)流；第四氣液分離器頂部氣體通過(guò)第十五管道依次進(jìn)入第二主換熱器、第一主換熱器復(fù)熱并回收冷量，復(fù)熱后的一氧化碳?xì)怏w依次進(jìn)入一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段、一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段進(jìn)行兩次壓縮，一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段出口通過(guò)第十七管道匯入第十九管道，送入深冷分離提純單元外部的一氧化碳?xì)馐占瘑卧?；由第四氣液分離器分離出的液體由氣液分離器底部液體出口通過(guò)第十六管道進(jìn)入第二主換熱器，復(fù)熱后匯入第十五管道進(jìn)入第一換熱器。
[0013]所述精餾塔精餾后其上部產(chǎn)生閃蒸氣，閃蒸氣由精餾塔上部的氣體出口通過(guò)第七管道依次進(jìn)入所述第二主換熱器、第一主換熱器進(jìn)行復(fù)熱回收冷量，冷量回收后經(jīng)過(guò)第七管道送出所述深冷分離提純單元外的閃蒸氣收集單元，所述閃蒸氣收集后可為燃燒提供熱量。
[0014]經(jīng)所述第四節(jié)流閥第一次節(jié)流后壓力與產(chǎn)品氣壓力相同為0.6MPa (G);經(jīng)所述第五節(jié)流閥第二次節(jié)流后壓力與一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段入口處壓力相同為0.2MPa (G)，經(jīng)所述第六節(jié)流閥第三次節(jié)流后壓力為常壓。
[0015]原料合成氣進(jìn)入所述第一管道時(shí)的壓力為2.0MPa?8.0Mpa,所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段出口壓力為0.5MPa?2.0MPa。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)方案產(chǎn)生的積極效果如下:富氫氣提純?cè)诘谝粴庖悍蛛x器5中即可完成，經(jīng)過(guò)一次分離后，第一氣液分離器5底部的液體中CO純度可達(dá)到90%以上，在進(jìn)入所述精餾塔6進(jìn)行精餾提純，該精餾塔6包括塔體和設(shè)置于塔底的蒸發(fā)器，在精餾塔底部得到液體一氧化碳純度為98.5%以上；液態(tài)一氧化碳產(chǎn)品通過(guò)三次節(jié)流制冷后復(fù)熱送出，經(jīng)一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段71或(和)一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段72壓縮后，送出做產(chǎn)品；更進(jìn)一步地，精餾塔6頂部得到的閃蒸氣復(fù)熱回收冷量后送出深冷分離單元2燃燒。
[0017]所述三次節(jié)流制冷，為主換熱，尤其是所述第二換熱器4中的熱源提供了三種不同壓力等級(jí)的冷源，更好的為熱源進(jìn)行換熱匹配，使熱源在換熱器的不同位置段都有合適的冷源與其匹配，如附圖2所示，更好的發(fā)揮換熱效果，提高換熱器性能。
[0018]所述精餾塔6采用板式塔或填料塔，精餾效果好，操作彈性大，適用于變工況操作，并且能適應(yīng)液氣比較大的工況；同時(shí)所屬裝置為單塔工藝，深冷分離提純單元的設(shè)備比較少，冷箱較小，節(jié)省設(shè)備投資；且該裝置還具有一氧化碳提取率高的優(yōu)點(diǎn)，提取率可達(dá)90%以上。
[0019]所述第一主換熱器3、第二主換熱器4的冷量由液體一氧化碳產(chǎn)品三次節(jié)流、富氫氣和閃蒸氣復(fù)熱提供，無(wú)需氮?dú)庋h(huán)制冷，減少設(shè)備，降低能耗，第二換熱器4換熱性能更佳。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置的流程示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的方法中第二換熱器4的換熱性能曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例一
一種深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置，如圖1所示，該裝置包括包括前端預(yù)處理單元I和深冷分離提純單元2，所述深冷分離提純單元2包括第一主換熱器3、第二主換熱器4、第一氣液分離器5、第二氣液分離器11、第三氣液分離器12、第四氣液分離器13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(fā)器61。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，所述前端預(yù)處理單元I上連接一輸入原料氣的第一管道101，所述前端預(yù)處理單元I的氣體出口處連接第二管道102，所述第二管道102經(jīng)過(guò)所述第一主換熱器3及第三節(jié)流閥16與所述精餾塔6的下部蒸發(fā)器入口相連通，所述精餾塔6下部蒸發(fā)器出口通過(guò)第三管道103經(jīng)第二主換熱器4與所述第一氣液分離器5的中部入口相連通，所述第一氣液分離器5上部氣體出口通過(guò)第四管道104經(jīng)第二主換熱器
4、第一主換熱器3與氫氣收集單元8相連通，所述第一氣液分離器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(jīng)第一節(jié)流閥14與所述精餾塔6上部液體入口相連通，所述第六管道106經(jīng)第二節(jié)流閥15經(jīng)第二主換熱器4復(fù)熱后與所述精餾塔6中部氣體入口相連通；所述精餾塔6底部的一氧化碳液體出口通過(guò)第八管道108經(jīng)第四節(jié)流閥17與所述第二氣液分離器11相連通；所述第二氣液分離器11上部氣體出口通過(guò)第九管道109依次經(jīng)第二主換熱器4、第一主換熱器3換熱后與第十九管道119對(duì)接，所述第二氣液分離器11下部液體出口連接兩管道:第十管道110和第十一管道111，所述第十管道110經(jīng)第二主換熱器4復(fù)熱后匯入第九管道109，所述第十一管道111經(jīng)第五節(jié)流閥18與所述第三氣液分離器12相連通；所述第三氣液分離器12上部氣體出口通過(guò)第十二管道112依次經(jīng)第二主換熱器4、第一主換熱器3與一氧化碳?jí)嚎s機(jī)7入口相連通，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)7的氣體出口連接第十九管道119，所述第三氣液分離器12下部液體出口連接兩管道:第十三管道113和第十四管道114，所述第十三管道113經(jīng)第二主換熱器4復(fù)熱后匯入第十二管道112，所述第十四管道114經(jīng)第六節(jié)流閥19與所述第四氣液分離器13相連通；所述第四氣液分離器13上部氣體出口通過(guò)第十五管道115依次經(jīng)第二主換熱器4、第一主換熱器3與一氧化碳?jí)嚎s機(jī)7入口相連通；所述第十六管道116與第二主換熱器4相連通，復(fù)熱后匯入第十五管道115。所述第十九管道119與一氧化碳收集單元9相連接。
[0023]所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)7的出口處連接第十七管道117，所述第十七管道117與第十九管道119對(duì)接，所述第十九管道119連接在所述一氧化碳收集單元9入口處，所述第九管道109與所述第十九管道119對(duì)接。
[0024]所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)為一臺(tái)兩段式一氧化碳?jí)嚎s機(jī):一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段71和一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段72，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段71的入口處連接所述第十五管道115，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段72的入口處連接第十二管道112，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段71的氣體出口連接第十八管道118，所述第十八管道與所述第十二管道112對(duì)接；常壓一氧化碳?xì)怏w經(jīng)過(guò)第十五管道115依次進(jìn)入一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段71、一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段72進(jìn)行兩次壓縮，而低壓一氧化碳?xì)怏w經(jīng)過(guò)第十二管道112直接進(jìn)入一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段72進(jìn)行一次壓縮。
[0025]所述精餾塔6上部設(shè)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與第二主換熱器4、第一主換熱器3相連通，所述第七管道107伸出所述深冷分離提純單元2外部。
[0026]所述第一主換熱器3及第二主換熱器4均為真空釬焊鋁質(zhì)板翅式換熱器，所述精餾塔6為板式塔或?yàn)樘盍纤?，所述蒸發(fā)器為真空釬焊鋁質(zhì)板翅式換熱器。
[0027]輸入所述的第一管道101中的原料合成氣壓力為2.0MPa?8.0MPa，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段72出口處的一氧化碳?xì)怏w壓力為0.5MPa?1.0MPa0
[0028]從所述精餾塔6頂部出來(lái)的閃蒸氣經(jīng)換熱器復(fù)熱回收冷量后出所述深冷分離提純單元2，如果原料氣的壓力不高，整個(gè)系統(tǒng)除J-T效應(yīng)(J-T效應(yīng):焦耳-湯姆遜(Joule-Thomson)效應(yīng)，即為絕熱節(jié)流效應(yīng))制冷外，需要補(bǔ)充液氮提供冷量的量很少，即使在換熱器中預(yù)留有液氮通道，結(jié)構(gòu)工藝仍然很簡(jiǎn)單順暢，在開車運(yùn)行時(shí)，為了要把整個(gè)深冷分離提純單元2快速冷卻下來(lái)，可補(bǔ)充少量液氮。
[0029]實(shí)施例二
一種深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的方法，其中該方法中使用的深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置為實(shí)施例一種所述的裝置，在此不再一一贅述，該方法包括:
O原料合成氣(C0+H2含量> 90% (mol%))經(jīng)第一管道101進(jìn)入前端預(yù)處理單元1，通過(guò)前端預(yù)處理單元I內(nèi)的分子篩吸附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(zhì)后的凈化合成氣通過(guò)第二管道102進(jìn)入第一主換熱器3內(nèi)冷卻到一定溫度(140K左右，根據(jù)工況不同設(shè)定不同)，再經(jīng)第二管道102進(jìn)入所述精餾塔6內(nèi)的蒸發(fā)器61作為熱源被冷卻(氣體飽和點(diǎn))，被冷卻后的凈化合成氣通過(guò)第三管道103進(jìn)入第二主換熱器4內(nèi)繼續(xù)冷卻到設(shè)定溫度(85K?100K，根據(jù)工況不同設(shè)定不同)，冷卻到設(shè)定溫度的凈化合成氣通過(guò)第三管道103經(jīng)第一氣液分離器5的中部入口進(jìn)入第一氣液分離器5內(nèi)；
2)第一氣液分離器5對(duì)冷卻后的凈化合成氣進(jìn)行初步分離，分離后產(chǎn)生的氣體為富氫氣，富氫氣從氣液分離器5上部的氣體出口通過(guò)第四管道104依次進(jìn)入第二主換熱器4、第一主換熱器3復(fù)熱并回收冷量，復(fù)熱后的富氫氣通過(guò)第四管道104被送入深冷分離提純單元2外部的氫氣收集單元8 ；由第一氣液分離器5分離出的液體一部分由氣液分離器底部液體出口通過(guò)第五管道105經(jīng)第一節(jié)流閥14節(jié)流后直接從精餾塔6上部液體入口進(jìn)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(jīng)第二節(jié)流閥15節(jié)流后先進(jìn)入第二換熱器復(fù)熱全蒸發(fā)，而后經(jīng)精餾塔6下部的氣體入口進(jìn)入所述精餾塔6中下部作為上升氣參與精餾；
3)精餾塔6精餾后，精餾塔6底部分離出液體一氧化碳，精餾塔6底部的液體一氧化碳由其底部的液體出口通過(guò)第八管道108送出，經(jīng)過(guò)三次節(jié)流后送入第一主換熱器3和第二主換熱器4復(fù)熱回收冷量，后送出深冷分離提純單元2。所述三次節(jié)流方法具體如下:
經(jīng)第八管道108送出的液體一氧化碳經(jīng)第四節(jié)流閥17節(jié)流為系統(tǒng)提供冷量，節(jié)流后進(jìn)入第二氣液分離器11，此為第一次節(jié)流，節(jié)流閥后壓力為所需產(chǎn)品氣壓力。第二氣液分離器11頂部氣體通過(guò)第九管道109依次進(jìn)入第二主換熱器4、第一主換熱器3復(fù)熱并回收冷量，復(fù)熱后的一氧化碳?xì)怏w通過(guò)第十九管道119被送入深冷分離提純單元2外部的一氧化碳?xì)馐占瘑卧? ;由第二氣液分離器11分離出的液體一部分由氣液分離器底部液體出口通過(guò)第十管道110進(jìn)入第二主換熱器4，復(fù)熱后匯入第九管道109進(jìn)入第一換熱器3 ；
由第二氣液分離器11分離出的另一部分液體由第十一管道111經(jīng)第五節(jié)流閥18節(jié)流為系統(tǒng)提供冷量，節(jié)流后進(jìn)入第三氣液分離器12，此為第二次節(jié)流，節(jié)流閥后壓力為一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段72入口壓力。第三氣液分離器12頂部氣體通過(guò)第十二管道112依次進(jìn)入第二主換熱器4、第一主換熱器3復(fù)熱并回收冷量，復(fù)熱后的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)入一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段72入口進(jìn)行壓縮，通過(guò)第十七管道117匯入第十九管道119，送入深冷分離提純單元2外部的一氧化碳?xì)馐占瘑卧? ;由第三氣液分離器12分離出的液體一部分由氣液分離器12底部液體出口通過(guò)第十三管道113進(jìn)入第二主換熱器4,復(fù)熱后匯入第十二管道112進(jìn)入第一換熱器3。
[0030]由第三氣液分離器12分離出的另一部分液體由第十四管道114經(jīng)第六節(jié)流閥19節(jié)流為系統(tǒng)提供冷量，節(jié)流后進(jìn)入第四氣液分離器13，此為第三次節(jié)流，節(jié)流閥后壓力為常壓。第四氣液分離器13頂部氣體通過(guò)第十五管道115依次進(jìn)入第二主換熱器4、第一主換熱器3復(fù)熱并回收冷量，復(fù)熱后的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)入一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段71入口進(jìn)行兩次壓縮，一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段71出口通過(guò)第十八管道118與一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段72的入口相連通，而后通過(guò)第十七管道117匯入第十九管道119，送入深冷分離提純單元2外部的一氧化碳?xì)馐占瘑卧? ;由第四氣液分離器分離13出的液體由氣液分離器13底部液體出口通過(guò)第十六管道116進(jìn)入第二主換熱器4，復(fù)熱后匯入第十五管道115進(jìn)入第一換熱器3。
[0031]所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)7出口壓力為0.5MPa?2.0MPa，可根據(jù)不同工況，調(diào)整壓縮次數(shù)。
[0032]所述精餾塔6精餾后精餾塔6上部產(chǎn)生閃蒸氣，閃蒸氣由精餾塔6上部的氣體出口通過(guò)第七管道107依次進(jìn)入所述第二主換熱器4、第一主換熱器3進(jìn)行復(fù)熱回收冷量，冷量回收后經(jīng)過(guò)第七管道107送出所述深冷分離提純單元2的閃蒸氣收集單元10，閃蒸氣收集后可供燃燒提供熱量。
[0033]經(jīng)所述第四節(jié)流閥17第一次節(jié)流后壓力與產(chǎn)品氣壓力相同為0.6MPa (G);經(jīng)所述第五節(jié)流閥18第二次節(jié)流后壓力與一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段入口處壓力相同為0.2MPa(G)，經(jīng)所述第六節(jié)流閥19第三次節(jié)流后壓力為常壓。
[0034]所述液體一氧化碳經(jīng)第四節(jié)流閥17、第五節(jié)流閥18及第六節(jié)流閥19被三次節(jié)流制冷，不僅為工藝過(guò)程提供大部分冷量，而且在換熱器中更好的與熱源進(jìn)行匹配，換熱效果更加理想；所述蒸發(fā)器的熱源由經(jīng)過(guò)第一換熱器3初步冷卻的凈化合成氣體所提供。
[0035]所述所述第一主換熱器3、第二主換熱器4的冷量由液體一氧化碳產(chǎn)品三次節(jié)流、富氫氣和閃蒸氣復(fù)熱提供，無(wú)需氮?dú)庋h(huán)制冷，減少設(shè)備，降低能耗。并且三次節(jié)流制冷，為第一換熱器3及第二換熱器4尤其是所述第二換熱器4中的熱源提供了三種不同壓力等級(jí)的冷源，更好的為熱源進(jìn)行換熱匹配，使熱源在第二換熱器4的不同位置段都有合適的冷源與其匹配，更好的發(fā)揮換熱效果，提高換熱器性能。
[0036]如圖2中看到，采用三次節(jié)流技術(shù)，在冷端換熱溫差會(huì)降低，而且熱端溫差也會(huì)有相應(yīng)降低，該換熱器的平均對(duì)數(shù)溫差可以做到6左右，最大溫差僅有14k ;盡管在換熱器中有溫差較大部分出現(xiàn)，但換熱效果已得到更高的體現(xiàn)，達(dá)到了節(jié)能的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置，該裝置包括前端預(yù)處理單元(I)和深冷分離提純單元(2)，所述深冷分離提純單元(2)包括第一主換熱器(3)、第二主換熱器(4)以及精餾塔(6)，所述精餾塔(6)包括塔體和塔體底部的蒸發(fā)器(61)，其特征在于:所述深冷分離提純單元(2)還包括第一氣液分離器(5)、第二氣液分離器(11)、第三氣液分離器(12)及第四氣液分離器(13);所述前端預(yù)處理單元(I)的入口處連接輸入原料合成氣的第一管道(101 )，所述前端預(yù)處理單元(I)的氣體出口通過(guò)第二管道(102)經(jīng)第一主換熱器(3 )及第三節(jié)流閥(16 )與所述精餾塔(6 )下部蒸發(fā)器(61)入口相連通，所述蒸發(fā)器(61)出口通過(guò)第三管道(103)經(jīng)第二主換熱器(4)與所述第一氣液分離器(5)中部入口相連通，所述第一氣液分離器(5)上部氣體出口通過(guò)第四管道(104)依次經(jīng)第二主換熱器(4)、第一主換熱器(3)與氫氣收集單元(8)相連通；所述第一氣液分離器(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(jīng)第一節(jié)流閥(14)與所述精餾塔(6)上部入口相連通，所述第六管道(106)經(jīng)第二節(jié)流閥(14)、第二主換熱器(4)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(guò)第八管道(108)經(jīng)第四節(jié)流閥(17)與所述第二氣液分離器(11)中部入口相連通；所述第二氣液分離器(11)上部氣體出口通過(guò)第九管道(109)依次經(jīng)第二主換熱器(4)、第一主換熱器(3)與第十九管道(119)相連通，所述第二氣液分離器(11)下部液體出口連接兩管道:第十管道(110)和第十一管道(111)，所述第十管道(110)經(jīng)第二主換熱器(4)后與第九管道(109)連通，所述第十一管道(111)經(jīng)第五節(jié)流閥(18)與所述第三氣液分離器(12)中部入口相連通；所述第三氣液分離器(12)上部氣體出口通過(guò)第十二管道(112)依次經(jīng)第二主換熱器(4)、第一主換熱器(3)與一氧化碳?jí)嚎s機(jī)(7)入口相連通，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)(7)的氣體出口連接第十九管道(119)，所述第三氣液分離器(12)下部液體出口連接兩管道:第十三管道(113)和第十四管道(114)，所述第十三管道(113)經(jīng)第二主換熱器(4)后與第十二管道(112)相連通，所述第十四管道(114)經(jīng)第六節(jié)流閥(19)與所述第四氣液分離器(13)中部入口相連通；所述第四氣液分離器(13)上部氣體出口通過(guò)第十五管道(115)依次經(jīng)第二主換熱器(4)、第一主換熱器(3)與一氧化碳?jí)嚎s機(jī)(7)相連通；所述第四氣液分離器(13)下部液體出口連接第十六管道(116)，所述第十六管道(116)經(jīng)第二主換熱器(4)后與第十五管道(115)相連通，所述第十九管道(119)連接在一氧化碳收集單元(9)的氣體入口處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置，其特征在于:所述第一主換熱器(3)及第二主換熱器(4)均為真空釬焊鋁質(zhì)板翅式換熱器，所述精餾塔(6)為板式塔或?yàn)樘盍纤?，所述蒸發(fā)器為真空釬焊式鋁制板翅式換熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置，其特征在于:所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)(7)的出口處連接第十七管道(117)，所述第十七管道(117)與第十九管道(119)對(duì)接，所述第十九管道(119)連接在所述一氧化碳收集單元(9)入口處，所述第九管道(109 )與所述第十九管道(119 )對(duì)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置，其特征在于:所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)為一臺(tái)兩段式一氧化碳?jí)嚎s機(jī):一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段(71)和一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段(72)，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段(71)的入口處連接所述第十五管道(115)，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段(72)的入口處連接第十二管道(112)，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段(71)的氣體出口連接第十八管道(118)，所述第十八管道與所述第十二管道(112)對(duì)接；常壓一氧化碳?xì)怏w經(jīng)過(guò)第十五管道(115)依次進(jìn)入一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段(71)、一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段(72 )進(jìn)行兩次壓縮，而低壓一氧化碳?xì)怏w經(jīng)過(guò)第十二管道(112)直接進(jìn)入一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段(72)進(jìn)行一段壓縮。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置，其特征在于:所述精餾塔(6)上部設(shè)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)與第二主換熱器(4)、第一主換熱器(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。
6.一種利用權(quán)利要求1中所述裝置進(jìn)行深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的方法，其特征在于:該方法包括: 1)原料合成氣經(jīng)第一管道(101)進(jìn)入前端預(yù)處理單元(I)，通過(guò)前端預(yù)處理單元(I)內(nèi)的分子篩吸附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(zhì)后的凈化合成氣通過(guò)第二管道(102)進(jìn)入第一主換熱器(3)內(nèi)冷卻后進(jìn)入所述精餾塔(6)內(nèi)的蒸發(fā)器(61)作為熱源再次被冷卻，被冷卻后的凈化合成氣通過(guò)第三管道(103)進(jìn)入第二主換熱器(4)內(nèi)繼續(xù)冷卻到設(shè)定溫度85?100K，冷卻到設(shè)定溫度的凈化合成氣通過(guò)第三管道(103)經(jīng)第一氣液分離器(5)的入口進(jìn)入第一氣液分離器(5)內(nèi)； 2)第一氣液分離器(5)對(duì)冷卻后的混合氣體進(jìn)行初步分離，分離后產(chǎn)生的氣體為富氫氣，富氫氣從氣液分離器(5)上部的氣體出口通過(guò)第四管道(104)依次進(jìn)入第二主換熱器(4)、第一主換熱器(3)復(fù)熱并回收冷量，復(fù)熱后的富氫氣通過(guò)第四管道(104)被送入深冷分離單元(2)外部的氫氣收集單元(8);由氣液分離器(5)分離出的液體一部分由氣液分離器(5)底部液體出口通過(guò)第五管道(105)經(jīng)第一節(jié)流閥(14)節(jié)流后直接從精餾塔(6)上部液體入口進(jìn)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氣液分離器(5)底部液體出口通過(guò)第六管道(106)經(jīng)第二節(jié)流閥(12)節(jié)流后先進(jìn)入第二換熱器(4 )復(fù)熱全蒸發(fā)，而后經(jīng)精餾塔(6 )下部的液體入口進(jìn)入所述精餾塔(6 )中下部作為上升氣參與精餾； 3 )精餾塔(6 )精餾后，精餾塔(6 )底部分離出液體一氧化碳，精餾塔(6 )底部的液體一氧化碳由其底部的液體出口通過(guò)第八管道(108)送出，經(jīng)過(guò)三次節(jié)流后送入第一主換熱器(3)和第二主換熱器(4)復(fù)熱回收冷量，后送出深冷分離提純單元(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的方法，其特征在于:所述3)中所述三次節(jié)流方法如下: 經(jīng)第八管道(108)送出的液體一氧化碳經(jīng)第四節(jié)流閥(17)節(jié)流為系統(tǒng)提供冷量，節(jié)流后進(jìn)入第二氣液分離器(U)，此為第一次節(jié)流；第二氣液分離器(11)頂部氣體通過(guò)第九管道(109)依次進(jìn)入第二主換熱器(4)、第一主換熱器(3)復(fù)熱并回收冷量，復(fù)熱后的一氧化碳?xì)怏w通過(guò)第十九管道(119)被送入深冷分離提純單元(2)外部的一氧化碳?xì)馐占瘑卧?9);由第二氣液分離器(11)分離出的液體一部分由氣液分離器底部液體出口通過(guò)第十管道(110)進(jìn)入第二主換熱器(4)，復(fù)熱后匯入第九管道(109)進(jìn)入第一換熱器(3)； 由第二氣液分離器(11)分離出的另一部分液體由第十一管道(111)經(jīng)第五節(jié)流閥(18)節(jié)流為系統(tǒng)提供冷量，節(jié)流后進(jìn)入第三氣液分離器(12)，此為第二次節(jié)流；第三氣液分離器(12)頂部氣體通過(guò)第十二管道(112)依次進(jìn)入第二主換熱器(4)、第一主換熱器(3)復(fù)熱并回收冷量，復(fù)熱后的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)入一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段(72)進(jìn)行壓縮，通過(guò)第十七管道(117)匯入第十九管道(119)，送入深冷分離提純單元(2)外部的一氧化碳?xì)馐占瘑卧?9);由第三氣液分離器(12)分離出的液體一部分由氣液分離器(12)底部液體出口通過(guò)第十三管道(113)進(jìn)入第二主換熱器(4)，復(fù)熱后匯入第十二管道(112)進(jìn)入第一換熱器(3)；由第三氣液分離器(12)分離出的另一部分液體由第十四管道(114)經(jīng)第六節(jié)流閥(19)節(jié)流為系統(tǒng)提供冷量，節(jié)流后進(jìn)入第四氣液分離器(13)，此為第三次節(jié)流；第四氣液分離器(13)頂部氣體通過(guò)第十五管道(115)依次進(jìn)入第二主換熱器(4)、第一主換熱器(3)復(fù)熱并回收冷量，復(fù)熱后的一氧化碳?xì)怏w依次進(jìn)入一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段(71)、一氧化碳?jí)嚎s機(jī)一段(72 )進(jìn)行兩次壓縮，一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段(72 )出口通過(guò)第十七管(117)道匯入第十九管道(119)，送入深冷分離提純單元(2)外部的一氧化碳?xì)馐占瘑卧?9);由第四氣液分離器分離(13)出的液體由氣液分離器(13)底部液體出口通過(guò)第十六管道(116)進(jìn)入第二主換熱器(4)，復(fù)熱后匯入第十五管道(115)進(jìn)入第一換熱器(3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的方法，其特征在于:所述精餾塔(6)精餾后其上部產(chǎn)生閃蒸氣，閃蒸氣由精餾塔(6)上部的氣體出口通過(guò)第七管道(107)依次進(jìn)入所述第二主換熱器(4)、第一主換熱器(3)進(jìn)行復(fù)熱回收冷量，冷量回收后經(jīng)過(guò)第七管道(107)送出所述深冷分離提純單元(2)外的閃蒸氣收集單元(10)，所述閃蒸氣收集后可為燃燒提供熱量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的方法，其特征在于:經(jīng)所述第四節(jié)流閥(17)第一次節(jié)流后壓力與產(chǎn)品氣壓力相同為0.6MPa (G);經(jīng)所述第五節(jié)流閥(18)第二次節(jié)流后壓力與一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段入口處壓力相同為0.2MPa(G)，經(jīng)所述第六節(jié)流閥(19)第三次節(jié)流后壓力為常壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的方法，其特征在于:原料合成氣進(jìn)入所述第一管道(101)時(shí)的壓力為2.0MPa?8.0Mpa，所述一氧化碳?jí)嚎s機(jī)二段(72)出 口壓力為 0.5MPa ?2.0MPa0
【文檔編號(hào)】F25J3/02GK104236253SQ201410305908
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】卓躍光, 王劍鋒, 王慶波, 韋向攀, 孫宇, 翟彥邦, 李美玲, 黃磊, 張?zhí)K寧, 蘇建龍 申請(qǐng)人:開封空分集團(tuán)有限公司