[發(fā)明專利]氮循環(huán)制冷的深冷分離一氧化碳?xì)怏w的裝置和工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810972093.2
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN108826831B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章有虎;茍文廣;陳環(huán)琴;韋小雄
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州中泰深冷技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

1.一種氮循環(huán)制冷的深冷分離一氧化碳?xì)怏w的裝置，其特征在于，包括冷箱和氮?dú)鈮嚎s機(jī)；所述冷箱中設(shè)有第一主換熱器(E1)、第二主換熱器(E2)、過冷器(E3)、汽提塔再沸器(E4)、脫氮塔再沸器(E6)、脫甲烷塔冷凝器(E8)、脫甲烷塔再沸器(E9)、氣液分離罐(V1)、富氫氣閃蒸罐(V2)、汽提塔(T1)、脫氮塔(T2)和脫甲烷塔(T3)；

凈化后原料氣輸入口通過管道進(jìn)入冷箱，然后依次流經(jīng)第一主換熱器(E1)、汽提塔再沸器(E4)、脫氮塔再沸器(E6)、第二主換熱器(E2)、過冷器(E3)后進(jìn)入富氫氣閃蒸罐(V2)，富氫氣閃蒸罐(V2)罐頂富氫氣出口通過管道依次流經(jīng)過冷器(E3)、第二主換熱器(E2)、第一主換熱器(E1)后出冷箱并通至界區(qū)；富氫氣閃蒸罐(V2)罐底的液體出口管道分為兩條支路，一條支路經(jīng)過過冷器(E3)進(jìn)入汽提塔(T1)中部，另一條支路進(jìn)入汽提塔(T1)頂部；汽提塔(T1)塔頂?shù)拈W蒸氣出口通過管道依次流經(jīng)過冷器(E3)、第二主換熱器(E2)、第一主換熱器(E1)后出冷箱并通至界區(qū)；汽提塔(T1)底部部分液體通過管道進(jìn)入汽提塔再沸器(E4)換熱蒸發(fā)后重新輸入汽提塔(T1)下部，汽提塔(T1)塔底的液體出口通過管道連接脫氮塔(T2)中部；

脫氮塔(T2)底部部分液體通過管道進(jìn)入脫氮塔再沸器(E6)換熱蒸發(fā)后重新輸入脫氮塔(T2)下部，脫氮塔(T2)塔頂氣體出口通過管道連接脫氮塔頂冷凝器，脫氮塔(T2)底部的液體出口通過管道連接至脫氮塔頂冷凝器，而液體在脫氮塔頂冷凝器中蒸發(fā)后通過管道輸入脫甲烷塔(T3)中部；

脫甲烷塔(T3)底部部分液體通過管道進(jìn)入脫甲烷塔再沸器(E9)換熱蒸發(fā)后重新輸入脫甲烷塔再沸器(E9)下部；脫甲烷塔(T3)塔頂?shù)腃O氣體出口依次通過第二主換熱器(E2)、第一主換熱器(E1)后出冷箱并通至界區(qū)；脫甲烷塔(T3)塔底的富甲烷液出口與脫氮塔頂冷凝器冷凝后的富氮?dú)獬隹谕ㄟ^管道匯合后，依次經(jīng)過第二主換熱器(E2)、第一主換熱器(E1)后出冷箱并通至界區(qū)；

所述的氮?dú)鈮嚎s機(jī)的循環(huán)氮?dú)獬隹谕ㄟ^管道輸入冷箱，依次經(jīng)過第一主換熱器(E1)、汽提塔再沸器(E4)、脫氮塔再沸器(E6)、脫甲烷塔再沸器(E9)后進(jìn)入氣液分離罐(V1)，氣液分離罐(V1)的循環(huán)液氮出口分為三路，第一路通過管道輸送至脫氮塔(T2)塔頂，第二路通過管道輸送至脫甲烷塔(T3)塔頂，第三路通過管道依次流經(jīng)過冷器(E3)、第二主換熱器(E2)、第一主換熱器(E1)后出冷箱并連接氮?dú)鈮嚎s機(jī)的一級入口；脫甲烷塔(T3)塔頂?shù)恼舭l(fā)氮?dú)獬隹谕ㄟ^管道依次流經(jīng)第二主換熱器(E2)、第一主換熱器(E1)后出冷箱并連接氮?dú)鈮嚎s機(jī)的二級入口；氣液分離罐(V1)罐頂氣體出口與脫氮塔(T2)塔頂蒸發(fā)氮?dú)獬隹谕ㄟ^管道匯合后，再依次流經(jīng)第二主換熱器(E2)、第一主換熱器(E1)后出冷箱并連接氮?dú)鈮嚎s機(jī)的三級入口；

補(bǔ)冷液氮通道從外部進(jìn)入冷箱，依次流經(jīng)第一主換熱器(E1)、第二主換熱器(E2)、過冷器(E3)出冷箱至界區(qū)。

2.如權(quán)利要求1所述的氮循環(huán)制冷的深冷分離一氧化碳?xì)怏w的裝置，其特征在于，所述的脫氮塔頂冷凝器有兩個，第一脫氮塔頂冷凝器(E5)和第二脫氮塔頂冷凝器(E7)分別設(shè)置于脫氮塔(T2)塔頂，并聯(lián)工作。

3.如權(quán)利要求1所述的氮循環(huán)制冷的深冷分離一氧化碳?xì)怏w的裝置，其特征在于，所述的凈化后原料氣輸入口通過管道連接分子篩吸附系統(tǒng)的凈化后原料氣出口。

4.如權(quán)利要求1所述的氮循環(huán)制冷的深冷分離一氧化碳?xì)怏w的裝置，其特征在于，所述的汽提塔(T1)、脫氮塔(T2)和脫甲烷塔(T3)均為填料塔。

5.如權(quán)利要求1所述的氮循環(huán)制冷的深冷分離一氧化碳?xì)怏w的裝置，其特征在于，所述的補(bǔ)冷液氮通道的入口連接液氮貯槽。

6.一種利用如權(quán)利要求1所述裝置的深冷分離一氧化碳?xì)怏w的工藝，其特征在于，步驟如下：

將來自分子篩吸附系統(tǒng)的凈化后原料氣通入冷箱，在第一主換熱器(E1)中降溫后，作為汽提塔(T1)塔底熱源以及脫氮塔(T2)塔底熱源，然后再冷卻至-182℃后進(jìn)入富氫氣閃蒸罐(V2)閃蒸，富氫氣閃蒸罐(V2)罐頂富氫氣依次通過過冷器(E3)、第二主換熱器(E2)和第一主換熱器(E1)復(fù)熱后出冷箱，去界區(qū)；富氫氣閃蒸罐(V2)罐底液體分為兩部分，一部分液體經(jīng)過冷器(E3)加熱和節(jié)流后進(jìn)入汽提塔(T1)中部，另一部分液體節(jié)流后進(jìn)入汽提塔(T1)頂部；汽提塔(T1)塔底部分液體在汽提塔再沸器(E4)中通過熱虹吸產(chǎn)生蒸汽，與自上而下的液體在汽提塔內(nèi)填料表面逆向流動并進(jìn)行充分傳質(zhì)傳熱，汽提塔(T1)塔頂閃蒸氣依次經(jīng)過冷器(E3)、第二主換熱器(E2)和第一主換熱器(E1)復(fù)熱后出冷箱，去界區(qū)；汽提塔(T1)塔底液體節(jié)流后進(jìn)脫氮塔中部；

脫氮塔(T2)塔釜中的液體在脫氮塔再沸器(E6)中經(jīng)過原料氣和循環(huán)氮?dú)饧訜嵴舭l(fā)產(chǎn)生氣體，與自上而下的液體在脫氮塔(T2)內(nèi)填料表面逆向流動并進(jìn)行傳質(zhì)傳熱；脫氮塔(T2)塔頂氣體經(jīng)過脫氮塔頂冷凝器冷凝后分離，塔頂富氮?dú)饨?jīng)板翅式換熱器復(fù)熱后出冷箱，去界區(qū)；脫氮塔(T2)塔底液體節(jié)流后送入脫氮塔頂冷凝器提供部分冷量，蒸發(fā)后進(jìn)入脫甲烷塔(T3)中部；

脫甲烷塔(T3)塔底部分液體在脫甲烷塔再沸器(E9)中通過循環(huán)氮?dú)饧訜岙a(chǎn)生蒸汽，與自上而下的液體在脫甲烷塔(T3)內(nèi)填料表面逆向流動并進(jìn)行傳質(zhì)傳熱；在脫甲烷塔(T3)塔頂?shù)玫紺O產(chǎn)品氣，依次經(jīng)第二主換熱器(E2)、第一主換熱器(E1)復(fù)熱后出冷箱，去界區(qū)；脫甲烷塔(T3)塔底底部富甲烷液與脫氮塔(T2)頂富氮?dú)饣旌虾笠来谓?jīng)第二主換熱器(E2)、第一主換熱器(E1)復(fù)熱后作為燃料氣出冷箱，去界區(qū)；

氮?dú)鈮嚎s機(jī)出口的循環(huán)氮?dú)膺M(jìn)入冷箱，在第一主換熱器(E1)中降溫，并作為汽提塔(T1)和脫氮塔(T2)塔底熱源，然后再作為脫甲烷塔(T3)塔底熱源，再被冷卻至-175℃后，進(jìn)入氣液分離罐(V1)，氣液分離罐(V1)中一部分循環(huán)液氮節(jié)流去脫氮塔(T2)塔頂提供冷量，一部分作為脫甲烷塔(T3)塔頂冷源，另一部分節(jié)流后依次經(jīng)過冷器(E3)、第二主換熱器(E2)和第一主換熱器(E1)復(fù)溫，進(jìn)入氮?dú)鈮嚎s機(jī)一級入口，脫甲烷塔(T3)塔頂蒸發(fā)的氮?dú)庖来谓?jīng)第二主換熱器(E2)、第一主換熱器(E1)復(fù)熱后，送入氮?dú)鈮嚎s機(jī)二級入口，與氮?dú)鈮嚎s機(jī)一級壓縮后的循環(huán)氮?dú)饣旌虾螅M(jìn)入氮?dú)鈮嚎s機(jī)進(jìn)行二級壓縮，氣液分離罐(V1)罐頂氣體與脫氮塔(T2)塔頂蒸發(fā)的氮?dú)猓来谓?jīng)第二主換熱器(E2)和第一主換熱器(E1)復(fù)溫后，進(jìn)入壓縮機(jī)的三級入口與氮?dú)鈮嚎s機(jī)二級壓縮后的循環(huán)氮?dú)饣旌希?jīng)三級壓縮后的循環(huán)氮?dú)庠購牡獨(dú)鈮嚎s機(jī)出口輸出，送入冷箱，為深冷分離提供冷量；

開車時通過補(bǔ)冷液氮通道將液氮貯槽中的補(bǔ)冷液氮輸送進(jìn)入主換熱器第一主換熱器(E1)、第二主換熱器(E2)和過冷器(E3)中，為深冷分離提供冷量，復(fù)熱后出冷箱，以常溫氮?dú)獬鼋鐓^(qū)。