一種高效節(jié)能的高純一氧化碳和氫氣的精餾工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高純一氧化碳和氫氣的精餾工藝，尤其是涉及一種高效節(jié)能的高 純一氧化碳和氫氣的精餾工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤氣化技術(shù)，是指將煤炭潔凈而高效地轉(zhuǎn)化成一種合成氣，是現(xiàn)階段清潔利用煤 炭資源的重要途徑和技術(shù)手段，也是現(xiàn)階段大型煤化工系統(tǒng)工程中不可或缺的原料來源。 合成氣經(jīng)凈化提純后可得到煤化工下游產(chǎn)品發(fā)展最重要的兩種原料C0和H 2,兩者均屬于高 熱值氣體，不僅可以作為燃料氣，也可用于生產(chǎn)眾多化工產(chǎn)品，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括:合成氨、 合成甲醚/二甲醚、羰基合成系列產(chǎn)品（如醋酐、DMF、甲酰胺、丁二酸、丙烯酸、甲酸甲酯等）。
[0003] 分離制取高純一氧化碳和氫氣的原料來源一般為含有一定量C02、C0、H 2、CH4、C2& 上不飽和經(jīng)(簡(jiǎn)稱為重經(jīng)）、N2、02、Ar等氣體混合物，為了獲得高純⑶和H2，采用深冷分離方 法可適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。為了防止混合原料氣中高沸點(diǎn)組分在低溫下發(fā)生凝固而堵 塞換熱器和管道，因而需要將混合原料氣進(jìn)行預(yù)處理，脫除其中的重?zé)N組分、C0 2、H2S以及水 氣等，將純化、干燥的包含有⑶、H2、N2、0 2、CH4和少量的Ar等低沸點(diǎn)組分的合成氣再進(jìn)行分 離提純。
[0004] 現(xiàn)有專利技術(shù)中，中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)CN104011488A公開了一種通過低溫蒸餾供 應(yīng)氣態(tài)一氧化碳的方法和設(shè)備，在該方法中，由于低沸點(diǎn)的氮?dú)鈺?huì)隨著一氧化碳一起富集 到脫甲烷塔的頂部，因此該發(fā)明提出的裝置生產(chǎn)的一氧化碳含有少許氮?dú)猓枰黾友b置 進(jìn)一步提純，且生產(chǎn)的富一氧化碳?xì)怏w壓力較低，需要在出冷箱后在循環(huán)壓縮機(jī)中增壓，從 中間級(jí)抽出。該發(fā)明裝置中的甲烷洗滌塔不含再沸器，因此無法在一個(gè)塔中一次性脫除，需 要增加汽提塔，在汽提塔頂部排放富氫氣體(純度〈99% )，而該氣體無法作為高純氫氣產(chǎn)品 使用以至氫氣的提取率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種高效節(jié)能的高 純一氧化碳和氫氣的精餾工藝。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種高效節(jié)能的高純一氧化碳和氫氣的精餾工藝，包括以下步驟：
[0008] (a)將原料混合氣送入進(jìn)入氫氣膜分離器，在在氫氮膜分離器的塔頂一側(cè)得到高 純氫氣并作為產(chǎn)品輸出，塔釜一側(cè)得到尾氣混合物料；
[0009] (b)尾氣混合物料經(jīng)主換熱器換熱冷卻后進(jìn)入脫氫塔，精餾分離，脫氫塔塔頂?shù)玫?富氫混合氣，經(jīng)主換熱器復(fù)溫后作為富氫產(chǎn)品輸出，脫氫塔塔釜物料輸送進(jìn)入脫氮塔； [0010] (c)脫氫塔塔釜物料在脫氮塔內(nèi)繼續(xù)精餾后，富含氮?dú)獾拿摰斘锪吓懦霾?經(jīng)主換熱器復(fù)溫后進(jìn)入外部管路(可以直接排空或作為整個(gè)精餾系統(tǒng)的吹掃氣），富含一氧 化碳的脫氮塔塔釜物料輸送進(jìn)入一氧化碳提取塔；
[0011] (d)脫氮塔塔釜物料在一氧化碳提取塔內(nèi)繼續(xù)精餾后，提取塔塔頂物料排出并經(jīng) 主換熱器復(fù)溫后，作為高純一氧化碳輸出產(chǎn)品，提取塔塔釜物料排出經(jīng)主換熱器復(fù)溫后，作 為燃料氣輸出產(chǎn)品。
[0012] 所述的脫氫塔、脫氮塔和一氧化碳提取塔的塔頂冷凝器采用的冷源介質(zhì)為液氮；
[0013] 外部液氮輸送管路分別將液氮送至脫氫塔、脫氮塔和一氧化碳提取塔的塔頂冷凝 器供冷凝使用后，再輸送至主換熱器復(fù)溫，作為低壓氮?dú)廨敵觥?br>[0014] 所述的低壓氮?dú)獾囊徊糠种苯优懦鲋镣獠抗苈?，另一部分?jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)增壓至中 壓氮?dú)猓⒔?jīng)主換熱器復(fù)溫后，作為熱源通過管路依次流經(jīng)脫氫塔、脫氮塔和一氧化碳提取 塔的塔釜再沸器進(jìn)行換熱后，再經(jīng)節(jié)流管線節(jié)流后，變成液氮并作為冷源介質(zhì)輸送至一氧 化碳提取塔的塔頂冷凝器使用。
[0015] 尾氣混合物料經(jīng)主換熱器預(yù)冷后，進(jìn)入脫氫塔的塔釜；
[0016] 所述的脫氫塔的理論塔板數(shù)為10~40塊，塔頂操作壓力為0.2~0.3Mpa，塔壓降為 5.0~7. OkPa，回流比為1.2~2.5，其塔頂冷凝器為分凝器，塔頂溫度為-196~-190 °C，塔釜 溫度為-188~-190°C。
[0017] 所述的脫氮塔的理論塔板數(shù)為40~80塊，塔頂操作壓力為0.1~0.2Mpa，塔壓降 3.0~4.5kPa，回流比為1.5~3.0，其塔頂冷凝器為分凝器，塔頂溫度為-195~-190°C，塔釜 溫度為-188~-190°C。
[0018] 所述的一氧化碳提取塔的理論板數(shù)為40~80塊，塔頂操作壓力為0.02~O.IMpa， 塔壓降3.0~4.5kPa，回流比為2.0~4.0，其塔頂冷凝器為全凝器，塔頂溫度為-190~-180 °C，塔釜溫度為-180~-170°C。
[0019]所述的脫氫塔為篩板塔，所述的脫氮塔和一氧化碳提取塔為填料塔，填料塔中填 充金屬波紋規(guī)整填料，填料峰高為15~35mm。
[0020] 所述的脫氫塔、脫氮塔和一氧化碳提取塔均為低溫精餾塔，其塔體外表采用高真 空夾套結(jié)構(gòu)，并通過分子栗高真空機(jī)組對(duì)高真空夾套結(jié)構(gòu)持續(xù)抽真空進(jìn)行絕熱保溫。
[0021] 所述的氫氮膜分離器內(nèi)設(shè)有膜分離組件，該膜分離組件包括多層中空纖維膜組 成，所述的中空纖維膜用于選擇性的滲透氫氣組分。中空纖維膜的材料可以采用聚酰胺或 聚酰亞胺等。
[0022]所述的原料混合氣為由合成氣或焦?fàn)t氣預(yù)處理脫硫脫碳后得到的包含CO、H2、N2、 〇2、CH4和Ar的高壓混合氣體，其壓力為2~6Mpa。
[0023]本發(fā)明將膜分離技術(shù)與低溫精餾分離技術(shù)有效結(jié)合，將原料混合氣首先通過膜分 離得到高純氫氣產(chǎn)品，其純度為99%，提取率達(dá)到95%以上;然后將膜分離的尾氣混合物料 送入低溫精餾系統(tǒng)制備高純一氧化碳產(chǎn)品和富氫產(chǎn)品，高純一氧化碳產(chǎn)品的純度達(dá)到 99.9999 %，提取率達(dá)98 %以上，而富氫產(chǎn)品的純度也大于98 %。
[0024]本發(fā)明以含有C0、H2、N2、02、CH4，及少量Ar等氣體混合物的合成氣或焦?fàn)t氣作為原 料氣體，聯(lián)合運(yùn)用膜分離和深冷分離技術(shù)，通過氫氣膜分離器、脫氫塔、脫氮塔、一氧化碳提 取塔的連續(xù)精餾分離，獲得高純一氧化碳和氫氣產(chǎn)品，同時(shí)得到了富氫產(chǎn)品和富含甲烷的 燃料氣。以上發(fā)明實(shí)現(xiàn)了物料的有效利用，能量的耦合傳遞，從而大大節(jié)省了設(shè)備投資，實(shí) 現(xiàn)了能量的有效利用，獲得高附加值產(chǎn)品，提升了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0026] (1)本發(fā)明利用原料混合氣的壓力進(jìn)行膜分離提取氫氣，同時(shí)又利用了膜分離后 尾氣混合氣的余壓進(jìn)行低溫精餾分離，從而大大減少了低溫操作的熱負(fù)荷，有效地實(shí)現(xiàn)了 節(jié)能降耗的目的。
[0027] (2)本發(fā)明通過設(shè)置多通道的主換熱器，將原料氣預(yù)冷，充分利用了經(jīng)脫硫脫碳處 理的合成氣或焦?fàn)t氣中的熱量，并將其用于整個(gè)制備工藝中各股物料的復(fù)溫，從而實(shí)現(xiàn)了 有效節(jié)能。
[0028] (3)本發(fā)明的制備工藝中設(shè)計(jì)了氮?dú)庋h(huán)利用管路，通常將脫氫塔、脫氮塔和一氧 化碳提取塔的塔頂冷凝器中的使用過后的液氮而形成的低壓氮?dú)庀韧ㄟ^主換熱器復(fù)溫后， 再按需求抽取一定比例增壓成中壓氮?dú)?，并將中壓氮?dú)庾鳛闊嵩?，通過由串聯(lián)管路依次連 接的脫氫塔、脫氮塔和一氧化碳提取塔的塔釜再沸器，換熱后，再節(jié)流形成液氮，并作為一 氧化碳提取塔塔頂冷凝器的液氮來源之一。
[0029] (4)脫氫塔、脫氮塔和一氧化碳提取塔的塔頂操作壓力逐漸降低，從而可以通過壓 差推動(dòng)實(shí)現(xiàn)各塔間物料傳輸;另一方面，各塔間的物料的傳輸量由調(diào)節(jié)閥、上一級(jí)塔釜的液 位以及塔間的壓力差聯(lián)鎖控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各塔間的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0030] (5)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)了對(duì)合成氣和焦?fàn)t氣中的一氧化碳和氫氣的高效提取，其中，一 氧化碳的純度可以達(dá)到99.9999%，提取率達(dá)到98%以上;氫氣純度達(dá)到99%以上，提取率 達(dá)到95%以上。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本發(fā)明的精餾工藝流程示意圖；
[0032]圖中，1-脫氫塔，2-脫氮塔，3--氧化碳提取塔，4-氫氮膜分離器，5-氮?dú)鈮嚎s機(jī)， 6_第一氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，7-第二氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，8-主換熱器，9-中壓氮?dú)猓?0-高純一氧化碳，11-燃 料氣，12-尾氣混合物料，13-低壓氮?dú)猓?4-高純氫氣，15-富氮?dú)怏w，16-原料混合氣，17-富 氫混合氣。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0034] 實(shí)施例1
[0035] -種高效節(jié)能的高純一氧化碳和氫氣的精餾工藝，如圖1所示，包括以下步驟:合 成氣或焦?fàn)t氣經(jīng)過脫硫脫碳等預(yù)處理后，得到包含有〇)、出、犯、02、〇14^4勺原料混合氣16; 將原料混合氣16送入氫氣膜分離器4提取大部分氫氣，在氫氣膜分離器4的塔頂一側(cè)得到高 純氫氣產(chǎn)品14(純度>99%)，塔釜一側(cè)尾氣混合物料12送至主換熱器8預(yù)冷后進(jìn)入精餾系 統(tǒng)；
[0036]將經(jīng)膜分離得到的尾氣混合氣12經(jīng)過主換熱器8預(yù)冷后，進(jìn)入脫氫塔1的塔釜液中 進(jìn)行精餾，從而充分利用原料混合氣12中的熱能;在脫氫塔1塔頂設(shè)置部分冷凝的冷凝蒸發(fā) 器，用于液氮提供冷源，液氮換熱后蒸發(fā)形成的氮?dú)膺M(jìn)入低壓氮?dú)饪偣苤?，并?jīng)主換熱器8 復(fù)溫后形成低壓氮?dú)?3排出，在低壓氮?dú)?3中抽取部分進(jìn)入氮?dú)鈮嚎s機(jī)5中增壓，形成中壓 氮?dú)?,作為脫氫塔1、脫氮塔2和一氧化碳提取塔3內(nèi)再沸器的熱源。脫氫塔1的塔頂操作壓 力0.28MPa(均為表壓），塔內(nèi)上升的蒸汽進(jìn)入塔頂冷凝器，其中氫氣等低沸點(diǎn)雜質(zhì)無法被冷 凝，而其他組分均被冷凝成液體作為脫氫塔1的回流液。經(jīng)過氣液交換作用，從脫氫塔1的塔 頂分離得到富集后的富氫混合氣17,純度達(dá)到98%以上;而塔釜的混合氣液體中只含有極 少量氫氣(含氫量〈0.1%)。
[0037] 脫氫塔1塔釜中的混合氣液體在壓差推動(dòng)下，由常溫管道輸送脫氮塔2的中下部， 此塔間的輸送量由第一氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥6與脫氫塔1塔釜的液位高度聯(lián)鎖控制，只需維持脫氫塔 1的塔釜液位在一定高度。脫氮塔2的塔頂操作壓力為0.16MPa，塔頂部設(shè)置有冷凝蒸發(fā)器，