[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

技術領域

本發明涉及一種氣體分離的方法，尤其涉及一種通過深冷液化作用進行氣體分離的方法，具體地，涉及一種合成氣分離制取氫氣及高純一氧化碳的方法和裝置。

背景技術

隨著我國大型化工領域的發展，以天然氣、煤及其它碳氫化合物為原料進行水蒸氣重整催化轉化或部分氧化所產生的合成氣的總量也在劇增，這些合成氣中除了含有未充分轉化的一氧化碳，還常常含有氫氣、氮氣、甲烷、氧氣和二氧化碳等。由于合成氣中多種多樣的雜質組分，往往限制了它的進一步使用，大數情況下，每天都有大量的混合氣體只能白白地燃燒放空，造成了資源的浪費和溫室效應的加劇。

事實上，高純度的氣體已經成為了重要的基礎化學原料，尤其是一氧化碳和氫氣，已經被廣泛地應用于羰基合成等化工過程，成為一系列基本有機化工產品和中間體的重要原料。其中，一氧化碳的來源基本是通過對含有一定量CO2、CO、H2、N2、CH4、O2、H2O等的氣體混合物，采用深冷分離方法，從而獲得高純度的CO，這種方法適用于大規模的工業生產，而且可以更加有效地獲得高純度的CO。

目前來看，深冷分離方法一般是通過將一定壓力的合成氣進行節流、膨脹，以產生更低溫度從而使合成氣全部或部分液化，進而將H2、CH4、CO分離。其中，深冷分離法的核心是利用合成氣中各組分之間沸點的差異，通過精餾塔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，需要原料氣在進入冷箱前進行預處理，脫除重烴、CO2、H2O和H2S等。

中國專利CN104011488 A公開了一種通過低溫蒸餾供應氣態一氧化碳的方法和設備，其中包括，首先對原料合成氣進行冷卻，然后在甲烷洗滌塔中脫除大部分氫氣，并進入汽提塔中進一步脫除氫氣后進入脫甲烷塔的中部，然后在塔釜得到富甲烷，富甲烷經液體泵加壓后部分作為甲烷洗滌塔回流液，部分繼續復熱出裝置作為燃料氣，在脫甲烷塔頂部得到富一氧化碳，富一氧化碳經復熱出裝置進入一氧化碳循環壓縮機增壓，產品一氧化碳從循環壓縮機中間級抽出。裝置的冷量補充為循環壓縮機出口的一氧化碳在換熱器中冷卻從中部抽出進入膨脹機膨脹至低壓返回換熱器復熱。

在上述所述方法中，因低沸點的氮氣隨著一氧化碳一起富集到脫甲烷塔頂部，因此該裝置生產的一氧化碳中的氮氣無法在該流程中解決，需要增加裝置進一步脫除，且富一氧化碳出裝置的壓力較低需要出冷箱后在循環壓縮機中增壓從中間級抽出。該發明的甲烷洗滌塔不含再沸器，因此無法在一個塔中一次脫除，需要增加汽提塔，在汽提塔頂部排放富氫氣體，該氣體無法作為產品氣使用因此裝置氫氣提取率較低。

另外，CN101568788B公開了一種通過低溫蒸餾分離至少包含氫、氮和一氧化碳的混合物的方法和設備，雖然取得了一定的分離效果，但是采用的設備沒有進一步不完善，尤其在開始用于主要分離氫氣得到含有甲烷、一氧化碳和氮氣混合物的C1和C2中，需要設置C2塔來脫除殘余氫氣，而一部分原料氫氣又進入C1塔底部，因而C2塔原料中含氫量＞1.5％在C2塔頂脫除，這部分粗氫不能作為氫氣產品使用，降低了氫氣回收率。

發明內容

為了解決現有技術在分離提純合成氣中提出的方法和裝置，在實際應用中的不足，提供一種高效節能的從合成氣中分離制取氫氣及高純一氧化碳的方法和裝置，本發明提供了一種合成氣分離制取氫氣及高純一氧化碳的方法和裝置，首先是以含有H2、CO、N2、CH4、O2等的氣體混合物的合成氣為原料，并可以同時生產氫氣和一氧化碳，輔助得到氮氣和燃料氣的方法，概括來說就是采用脫氫塔C1、脫氧-甲烷塔C2和脫氮塔C3連續精餾制取氫氣及高純一氧化碳，同時將氮氣和燃料氣也從合成氣中分離出來，克服了傳統方法的缺陷，節省了設備投資，降低了能耗，提高了產品附加值，從而實現了循環經濟效應。

本發明的一個目的是提供一種針對雜質含量高的合成氣進行分離的方法。

本發明的另一目的是得到一種可以作為原料或者中間體參與合成或研究的高純度H₂，另一方面，所述方法對于分離H₂具有高回收率。

本發明的另一目的是得到一種高純度的CO。

本發明的目的還包括輔助得到可以再次利用的氮氣和燃料氣。

本發明的目的還在于在實現上述目的的基礎上，提供一種減少能量消耗并降低投資成本的方法。

本發明的目的還在于提供一種裝置已實現上述目的。