[發明專利]一種合成氣分離制取氫氣及高純一氧化碳的方法和裝置

有效

• 申請號: 201510014562.6
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN104528647B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 周大榮
• 申請（專利權）人: 上海啟元空分技術發展股份有限公司
• 主分類號: C01B3/50
• 分類號: C01B3/50;C01B32/40
• 代理公司: 上海申新律師事務所31272
• 代理人: 朱俊躍

1.一種合成氣分離制取氫氣及高純一氧化碳的裝置，其特征在于，所述合成氣為經過預處理后主要含有H₂、CO、N₂、CH₄、O₂及少量其它氣體雜質的混合氣；所述裝置包括設有第一塔頂冷凝蒸發器(K1)、第二塔頂冷凝蒸發器(K2)、第三塔頂冷凝蒸發器(K3)及第一塔釜再沸器(B1)、第二塔釜再沸器(B2)、第三塔釜再沸器(B3)的脫氫塔(C1)、脫氧-甲烷塔(C2)和脫氮塔(C3)連續精餾設備；

還包括為實現N₂的循環回路及能量傳遞過程而設的循環壓縮機(CP1)，主換熱器(EH1)，透平膨脹機(TP1)，第一節流閥(V1)、第二節流閥(V2)、第三節流閥(V3)，回流罐(SP1)及一氧化碳屏蔽泵(BP1)；

其中，低壓氮氣220經過循環壓縮機(CP1)增壓并冷卻至常溫后，中壓氮氣201進入主換熱器(EH1)中冷卻，其中，在主換熱器(EH1)的中部抽出部分中壓氮氣202進入脫氧-甲烷塔(C2)的第二塔釜再沸器(B2)中冷卻，以使脫氧-甲烷塔(C2)的塔釜中的液體部分蒸發在脫氧-甲烷塔(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；冷卻后的中壓氮氣204再次進入脫氮塔(C3)的第三塔釜再沸器(B3)中冷卻，以使脫氮塔(C3)的塔釜中的液體部分蒸發在脫氮塔(C3)中精餾，并使塔釜液體中一氧化碳濃度提升、氮氣含量減少來獲得合格的一氧化碳液體產品；冷卻后的中壓液氮205與在主換熱器(EH1)中冷端出來被液化并過冷的中壓液氮203匯合后，壓力液氮207進入脫氧-甲烷塔(C2)的第二塔頂冷凝蒸發器(K2)中作為第二塔頂冷凝蒸發器(K2)的冷源，富余的壓力液氮211分成二股壓力液氮212及壓力液氮213經節流閥節流至常壓后分別進入脫氫塔(C1)的第一塔頂冷凝蒸發器(K1)和脫氮塔(C3)的第三塔頂冷凝蒸發器(K3)中，作為第一塔頂冷凝蒸發器(K1)和第三塔頂冷凝蒸發器(K3)的冷源；脫氧-甲烷塔(C2)塔冷凝蒸發器中蒸發的壓力氮氣208進入主換熱器(EH1)中部分復熱后從主換熱器(EH1)的中部抽出壓力氮氣209，進入氮氣透平膨脹機(TP1)中膨脹產生冷量補充裝置的冷損，膨脹后的低壓氮氣210與第一塔頂冷凝蒸發器(K1)及第三塔頂冷凝蒸發器(K3)中蒸發的低壓氮氣218及低壓氮氣217混合后的低壓氮氣219，進入主換熱器(EH1)的低壓氮氣通道復熱至常溫得到低壓氮氣220后，進入循環壓縮機(CP1)中循環使用。

2.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，在所述裝置中制取氫氣及高純一氧化碳方法包括：

步驟1：將所述合成氣冷卻，然后送入脫氫塔(C1)的第一塔釜再沸器(B1)中再次冷卻后，經第一節流閥(V1)減壓進入脫氫塔(C1)中精餾，其中，在塔頂得到的粗氫進入第一塔頂冷凝蒸發器(K1)與液氮換熱，使得混于其中的大部分一氧化碳、氮氣冷凝成為液體并回流至下塔頂部，而未冷凝的氫氣經主換熱器(EH1)復熱至常溫作為產品輸出；

步驟2：回流至脫氫塔(C1)第一塔釜再沸器(B1)中的含有少量氫氣的合成氣液體經第二節流閥(V2)減壓后導入脫氧-甲烷塔(C2)中，其中，在塔頂得到的含微量氧及基本不含甲烷的一氧化碳、氮氣、微量氫的混合物，進入第二塔頂冷凝蒸發器(K2)中與液氮換熱，部分混合物冷凝成液體作為脫氧-甲烷塔(C2)的回流液，部分氣體混合物經第三節流閥(V3)導入脫氮塔(C3)中精餾；塔釜中抽取部分分離出的富含甲烷的液體經主換熱器(EH1)復熱后作為燃料氣使用；

步驟3：經過第三節流閥(V3)節流后的混合氣在脫氮塔(C3)中精餾，其中，第三塔釜再沸器(B3)中的含有微量氧和氮氣的一氧化碳液體經一氧化碳屏蔽泵(BP1)增壓后導入主換熱器(EH1)中復熱作為產品輸出；在塔頂得到含微量一氧化碳的氮氣進入第三塔頂冷凝蒸發器(K3)中與液氮換熱，部分氮氣混合物冷凝成液體作為脫氮塔(C3)的回流液，其余氮氣進入主換熱器(EH1)復熱后作為合成氣凈化裝置的再生氣源使用。

3.根據權利要求2所述裝置，其特征在于，所述步驟3中，所述一氧化碳液體經一氧化碳屏蔽泵(BP1)增壓是指加壓至高于產品氣所需輸送壓力。