[發明專利]深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置及方法

有效

• 申請號: 201410305908.3
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104236253A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 卓躍光;王劍鋒;王慶波;韋向攀;孫宇;翟彥邦;李美玲;黃磊;張蘇寧;蘇建龍
• 申請（專利權）人: 開封空分集團有限公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司 41102
• 代理人: 亢志民

技術領域

本發明屬于合成氣深冷凈化分離領域，尤其涉及通過合成氣（通過以煤或石油等生物質氣化得到）制取以CO和（或）H₂為原料的化工產品的工藝，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

CO和H₂是重要的基礎化工原料，廣泛用于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、草酸和二甲基甲酰胺等，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、天然氣制得的CO合成氣，還是各種包含CO的工業弛放氣，所有的CO來源基本都是含有一定量CO₂、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于大規模的工業生產，能夠有效的獲得高純度的CO，效果十分理想。

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-湯姆遜節流制冷效應，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。深冷分離法的核心是利用混合氣體中各組分沸點的差異，在氣液分離器和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深冷分離提純單元前進行預處理，脫除組分中含有的在低溫下會固化的組分，如CO₂、甲醇和H₂S等。

中國所公開的CO深冷分離提純方法中，裝置工藝流程相對簡單，但是在分離提純過程中各個時段均需要N₂循環制冷，使用機器較多，能耗較高，并且在換熱器匹配過程中效果并不是很理想，換熱器的制作有較大困難。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術中存在的能耗高、機器多及換熱器效果不理想的缺點而提供一種通過焦耳-湯姆遜效應為整個裝置提供冷量的能耗低、換熱效果好、工藝流程簡單的深冷法制取純一氧化碳和富氫氣的裝置及方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：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，所述前端預處理單元的氣體出口通過第二管道經第一主換熱器及第三節流閥與所述精餾塔下部蒸發器入口相連通，所述蒸發器出口通過第三管道經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第四管道依次經第二主換熱器、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、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第八管道經第四節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第九管道依次經第二主換熱器、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，所述第十管道經第二主換熱器后與第九管道連通，所述第十一管道經第五節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第十二管道依次經第二主換熱器、第一主換熱器與一氧化碳壓縮機入口相連通，所述一氧化碳壓縮機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，所述第十三管道經第二主換熱器后與第十二管道相連通，所述第十四管道經第六節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第十五管道依次經第二主換熱器、第一主換熱器與一氧化碳壓縮機相連通；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。