[發明專利]一種降低氮循環能耗的CO深冷分離系統及方法

在審

• 申請號: 201910806535.0
• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN110553464A
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 章有虎;廖江芬;雷昊;陳環琴;俞澤科;姚玉田;馮鈺
• 申請（專利權）人: 杭州中泰深冷技術股份有限公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02
• 代理公司: 33200 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 鄭海峰

1.一種降低氮循環能耗的CO深冷分離系統，其特征在于包括冷卻器(E-101)、一級塔底蒸發器(E-102)、二級塔底蒸發器(E-104)、三級塔底蒸發器(E-106)、汽提塔(T-101)、脫氮塔(T-102)、脫氮塔頂冷凝器(E-103)、脫甲烷塔(T-103)、脫甲烷塔冷凝器(E-105)、閃蒸罐(S-101)和氮氣循環系統；所述的一級塔底蒸發器(E-102)、二級塔底蒸發器(E-104)、三級塔底蒸發器(E-106)分別為汽提塔(T-101)、脫氮塔(T-102)、脫氮塔頂冷凝器(E-103)的塔底蒸發器；

所述氮氣循環系統包括液氮分離罐(S-102)、循環氮氣壓縮機(ET-10L)和氮氣循環管路；

原料氣管路依次穿過冷卻器(E-101)、一級塔底蒸發器(E-102)、二級塔底蒸發器(E-104)、三級塔底蒸發器(E-106)，然后再次穿過冷卻器(E-101)的LY-1b管道并連接至閃蒸罐(S-101)；

閃蒸罐(S-101)的氣相出口管路穿過冷卻器(E-101)的FY-3管道用于導出富氫氣；閃蒸罐(S-101)的液相出口管路分為兩條支路，其中支路一直接進入汽提塔(T-101)的頂部作為塔頂噴淋液體輸送管路；支路二穿過冷卻器(E-101)后連接至汽提塔(T-101)的中部進料口；

汽提塔(T-101)的頂部出料口管路穿過冷卻器(E-101)的FY-4管道用于導出閃蒸汽；汽提塔(T-101)底部的液體出料管路經一級塔底蒸發器(E-102)和第二節流閥(V-102)后進入脫氮塔(T-102)頂部作為噴淋液體輸送管路；

脫氮塔(T-102)塔頂的富氮氣出料管路經脫氮塔頂冷凝器(E-103)后與脫甲烷塔(T-103)塔底液體管路合流并進入冷卻器(E-101)的FY-2管道復熱用于導出燃料氣；脫氮塔(T-102)塔底的液體管路經第三節流閥(V-103)節流后進入脫氮塔頂冷凝器(E-103)，并經脫氮塔頂冷凝器(E-103)復熱后連接至脫甲烷塔(T-103)的進料口，脫甲烷塔(T-103)塔頂出料管路經原料氣冷卻器(E-101)的FY-1管道復熱用于導出CO產品氣；

循環氮氣壓縮機(ET-10L)出口的氮氣循環管路穿過冷卻器(E-101)并經第五節流閥(V-105)節流后連接至液氮分離罐(S-102)，液氮分離罐(S-102)頂部氣體出口管路經冷卻器(E-101)后連接循環氮氣壓縮機(ET-10L)入口，液氮分離罐(S-102)底部的液體管路分別為脫氮塔頂冷凝器(E-103)和脫甲烷塔冷凝器(E-105)提供冷源，復熱后的氮氣經冷卻器(E-101)后進入循環氮氣壓縮機。

2.根據權利要求1所述的降低氮循環能耗的CO深冷分離系統，其特征在于所述的支路一經第一節流閥(V-101)后直接進入汽提塔(T-101)的頂部作為塔頂噴淋液體輸送管路；所述的支路二經第四節流閥(V-104)后穿過冷卻器(E-101)后連接至汽提塔(T-101)的中部進料口。

3.根據權利要求1所述的降低氮循環能耗的CO深冷分離系統，其特征在于脫甲烷塔(T-103)塔底液體管路先經三級塔底蒸發器(E-106)換熱后再與脫氮塔頂冷凝器(E-103)出來的富氮氣出料管路合流。

4.根據權利要求1所述的降低氮循環能耗的CO深冷分離系統，其特征在于脫氮塔(T-102)塔底的液體管路先經二級塔底蒸發器(E-104)換熱后，再經第三節流閥(V-103)節流后進入脫氮塔頂冷凝器(E-103)。

5.根據權利要求1所述的降低氮循環能耗的CO深冷分離系統，其特征在于液氮分離罐(S-102)底部的液氮通過第六節流閥(V-106)節流后分別連接脫氮塔頂冷凝器(E-103)和脫甲烷塔冷凝器(E-105)。

6.一種如權利要求1所述系統的降低氮循環能耗的CO深冷分離方法，其特征在于包括以下步驟：

1)原料氣依次經過冷卻器(E-101)、一級塔底蒸發器(E-102)、二級塔底蒸發器(E-104)、三級塔底蒸發器(E-106)處理后，并由通道FY-3繼續降溫并部分冷凝后進入閃蒸罐(S-101)，閃蒸罐(S-101)頂部氣體作為富氫氣送出；

2)閃蒸罐(S-101)底部的液體分成兩股，一股經第一節流閥(V-101)減壓后直接進入汽提塔(T-101)的頂部作為塔頂噴淋液體，一股第四節流閥(V-104)減壓后進入原料氣冷卻器(E-101)通道FY-6復熱至一定溫度后再進入汽提塔(T-101)中部，汽提塔(T-101)塔頂得到富含氫氣的閃蒸氣經過原料氣冷卻器(E-101)的FY-4通道，復熱后送出；

3)汽提塔(T-101)底部的液體經第二節流閥(V-102)節流后送入脫氮塔(T-102)頂部噴淋而下，塔頂的富氮氣與脫甲烷塔底液體混合后經冷卻器(E-101)復熱后作為燃料氣送出；

4)脫氮塔(T-102)底的液體經第三節流閥(V-103)閥門節流后作為脫氮塔頂冷凝器(E-103)的其中一股冷源物流，復熱后進入脫甲烷塔(T-103)，脫甲烷塔(T-103)頂獲得高純度的CO氣體經原料氣冷卻器(E-101)復熱后獲得CO產品氣送出；

5)脫甲烷塔(T-103)底的富甲烷液體與脫氮塔(T-102)頂的富氮氣混合后經過原料氣冷卻器(E-101)復熱后作為燃料氣送出；

其中，氮氣循環系統為本深冷分離系統提供冷源、為脫氮塔和脫甲烷塔的塔頂冷凝器提供冷源；經循環氮氣壓縮機(ET-10L)加壓后的循環氮氣經冷卻器(E-101)的LY-2通道冷凝再經第五節流閥(V-105)節流后進入液氮分離罐(S-102)，液氮分離罐(S-102)頂部氣體經冷卻器(E-101)復熱后去循環氮氣壓縮機(ET-10L)入口，液氮分離罐(S-102)底部的液體分別為脫氮塔頂冷凝器(E-103)和脫甲烷塔冷凝器(E-105)提供冷源，作為脫氮塔頂冷凝器(E-103)的第二股冷源物流，復熱后的氮氣經冷卻器(E-101)后去循環氮氣壓縮機；

脫氮塔(T-102)底的液體和液氮分離罐(S-102)底部的液氮是兩種溫度區間不同的冷源物流，其中脫氮塔(T-102)底的液體溫度為-166℃，將其引至脫氮塔頂冷凝器(E-103)的上部；液氮分離罐(S-102)底部的液氮溫度為-170℃，將其引至脫氮塔頂冷凝器(E-103)的下部；脫氮塔(T-102)塔頂的富氮氣出料管路從脫氮塔頂冷凝器(E-103)的上部至上而下穿出脫氮塔頂冷凝器(E-103)進行換熱。