深冷分离一氧化碳和氢气的装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102261811 A (43)申请公布日 2011.11.30 CN 102261811 A *CN102261811A* (21)申请号 201110169102.2 (22)申请日 2011.06.22 F25J 3/02(2006.01) (71)申请人 杭州中泰深冷技术股份有限公司 地址 311402 浙江省富阳市东洲街道高尔夫 路 228 号 (72)发明人 陈环琴 苟文广 (74)专利代理机构 杭州裕阳专利事务所 ( 普通 合伙 ) 33221 代理人 冉国政 (54) 发明名称 深冷分离一氧化碳和氢气的装置 (57) 摘要 本发明公开了一种深冷分离一氧。

2、化碳和氢气 的装置， 包括预处理单元和深冷分离冷箱， 深冷分 离冷箱包括换热器、 气液分离罐和一氧化碳提纯 单元， 一氧化碳和氢气混合气经预处理单元脱除 杂质， 经换热器进入气液分离罐的中部入口， 气 液分离罐的上端出口经换热器与氢气收集系统连 通， 气液分离罐的下端出口经节流减压阀 J1 与一 氧化碳提纯单元的中部入口连通， 一氧化碳提纯 单元为精馏塔， 精馏塔包括设于塔顶的冷凝器和 设于塔底的再沸器， 其顶端出口经换热器与外部 相应的收集系统连通， 其底端出口经节流减压阀 J2、 换热器与一氧化碳收集系统连通。当 CO 和 H2 混合气处理量较大时， 采用本发明能够简化工艺 流程， 降低运。

3、行成本和设备投资成本。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 CN 102261824 A1/1 页 2 1. 一种深冷分离一氧化碳和氢气的装置， 包括用于脱除杂质气体的预处理单元 （1） 和 深冷分离冷箱 （2） ， 所述深冷分离冷箱 （2） 包括换热器、 气液分离罐 （3） 和一氧化碳提纯单 元， 一氧化碳和氢气混合气输入管道 G1（101） 与所述预处理单元 （1） 的入口连通， 预处理 单元 （1） 的脱除杂质的混合气体出口通过管道 G2（102） 经所述换热器与所述气液分离罐 （3） 的中。

4、部入口连通， 气液分离罐 （3） 的上端出口通过管道经换热器与氢气收集系统 （4） 连 通， ， 气液分离罐 （3） 的下端出口通过管道 G5（105） 经节流减压阀 J1（5） 与一氧化碳提纯 单元的中部入口连通， 其特征在于 ： 所述一氧化碳提纯单元为精馏塔 （6） ， 该精馏塔 （6） 包 括设置于塔顶的冷凝器和设置于塔底的再沸器， 其顶端出口通过管道 G10（110） 经换热器 与外部相应的收集系统连通， 其底端出口通过管道 G2（201） 依次经节流减压阀 J2（7） 、 换 热器与一氧化碳收集系统 （8） 连通。 2. 根据权利要求 1 所述的深冷分离一氧化碳和氢气的装置， 其特征。

5、在于 ： 所述冷凝器 为分凝分馏式冷凝器 （9） ， 所述再沸器为内部热虹吸式再沸器 （10） 。 3. 根据权利要求 2 所述的深冷分离一氧化碳和氢气的装置， 其特征在于 ： 还包括用于 为所述分凝分馏式冷凝器 （9） 提供所需冷量和为所述内部热虹吸式再沸器 （10） 提供所需 热量的氮气制冷循环系统。 4. 根据权利要求 3 所述的深冷分离一氧化碳和氢气的装置， 其特征在于 ： 所述精馏塔 （6） 底端出口还连有管道 G3 （301） ， 所述管道 G3 （301） 依次经换热器、 一氧化碳膨胀机 （11） 、 再返回换热器， 最后与所述一氧化碳收集系统 （8） 连通。 权 利 要 求 书。

6、 CN 102261811 A CN 102261824 A1/3 页 3 深冷分离一氧化碳和氢气的装置 技术领域 0001 本发明涉及分离一氧化碳 （CO） 和氢气 （H2） 的装置， 尤其是一种深冷分离一氧化碳 和氢气的装置。 背景技术 0002 CO 和 H2是重要的基础化工原料， 广泛用于羰基合成等化工过程， 例如甲醇羰基化 制醋酸、 醋酐、 甲酸、 草酸和二甲基甲酰胺等， 以及光气合成、 生产聚碳酸酯、 聚氨酯、 合成金 属羰基化合物等。目前 CO 和 H2分离主要有深冷法、 吸收法和变压吸附法等。深冷法是利 用气体组分沸点的差异， 通过低温精馏来实现气体混合物的分离。为了防止各种杂。

7、质组分 在低温下固化从而堵塞换热器和管道， 因此用深冷法分离 CO 和 H2就需要原料气在进入冷 箱前进行预处理， 脱除组分中含有的在低温下会凝固的组分。变压吸附法是根据产品气体 的组成要求， 选择合适的吸附剂和工艺过程， 利用吸附剂对某些组份吸附能力强而对其它 组份吸附能力弱的特性 （吸附选择性） ， 通过不断重复高压吸附和低压解吸的过程， 使气体 混合物分离制得所需产品。吸收法是一种溶液吸收分离法， 它是利用络合物吸收溶剂选择 吸收 CO， 再经加热解吸获得 CO 产品气， 此法对原料气净化要求十分严格。 0003 CO和H2混合气处理规模较小时， 采用变压吸附法较有优势， 当CO和H2混。

8、合气处理 规模较大时采用变压吸附法会造成设备投资和运行成本偏高。而吸收法一则运行成本高， 再则存在环保问题， 目前较少采用。因此在 CO 和 H2处理规模较大时通常采用深冷分离法。 中国专利 （公开号 CN 1860338A） 记载了一种分离含有 CO、 H2和 N2的工艺方法。该方法存在 的缺陷是 ： 其分离 CO 和 H2的流程比较复杂， 而且能耗较高。 发明内容 0004 本发明的目的在于 ： 提供一种深冷分离一氧化碳和氢气的装置， 当 CO 和 H2混合气 处理量较大时， 采用本装置能够简化工艺流程， 降低运行成本和设备投资成本。 0005 为实现上述目的， 本发明可采取下述技术方案 。

9、： 本发明一种深冷分离一氧化碳和氢气的装置， 包括用于脱除杂质气体的预处理单元和 深冷分离冷箱， 所述深冷分离冷箱包括换热器、 气液分离罐和一氧化碳提纯单元， 一氧化碳 和氢气混合气输入管道 G1 与所述预处理单元的入口连通， 预处理单元的脱除杂质的混合 气体出口通过管道 G2 经所述换热器与所述气液分离罐的中部入口连通， 气液分离罐的上 端出口通过管道经换热器与氢气收集系统连通， ， 气液分离罐的下端出口通过管道 G5 经节 流减压阀 J1 与一氧化碳提纯单元的中部入口连通， 所述一氧化碳提纯单元为精馏塔， 该精 馏塔包括设置于塔顶的冷凝器和设置于塔底的再沸器， 其顶端出口通过管道 G10 。

10、经换热器 与外部相应的收集系统连通， 其底端出口通过管道 G2 依次经节流减压阀 J2、 换热器与一氧 化碳收集系统连通。 0006 作为优选， 所述冷凝器为分凝分馏式冷凝器， 所述再沸器为内部热虹吸式再沸器。 0007 作为优选， 还包括用于为所述分凝分馏式冷凝器提供所需冷量和为所述内部热虹 说 明 书 CN 102261811 A CN 102261824 A2/3 页 4 吸式再沸器提供所需热量的氮气制冷循环系统。 0008 作为优选， 所述精馏塔底端出口还连有管道 G3， 所述管道 G3 依次经换热器、 一氧 化碳膨胀机、 再返回换热器， 最后与所述一氧化碳收集系统连通。 0009 与。

11、现有技术相比本发明的有益效果是 ： 由于采用上述技术方案， 所述一氧化碳提 纯单元为精馏塔， 该精馏塔包括设置于塔顶的冷凝器和设置于塔底的再沸器， 其顶端出口 通过管道 G10 经换热器与外部相应的收集系统连通， 其底端出口通过管道 G2 依次经节流 减压阀 J2、 换热器与一氧化碳收集系统连通， 这种结构， 可以在精馏塔的底部得到纯度为 96-99.9% 的 CO 产品， 塔顶得到富 H2产品。 0010 本发明进一步的有益效果是 ： 所述冷凝器为分凝分馏式冷凝器， 所述再沸器为内 部热虹吸式再沸器， 精馏塔塔顶冷凝器和塔底再沸器分别采用分凝分馏式冷凝器和内部热 虹吸式再沸器， 塔顶冷凝器提。

12、高了分离效果， 降低了冷箱设备的布置难度， 为大规格的装置 提供方便， 热虹吸式蒸发器将换热器放在精馏塔的外面， 降低能耗， 提高换热器效率， 同时 也降低了冷箱设备的布置难度， 为装置的大规格进展提供了方便。 附图说明 0011 图 1 是本发明的连接结构示意图。 具体实施方式 0012 如图 1 所示， 本发明一种深冷分离一氧化碳和氢气的装置， 包括用于脱除杂质气 体的预处理单元 1 和深冷分离冷箱 2， 所述深冷分离冷箱 2 包括板翅换热器 B1 12、 板翅换 热器 B2 13、 气液分离罐 3、 用于一氧化碳提纯的精馏塔 6， 所述精馏塔 6 包括设置于塔顶 的分凝分馏式冷凝器 9 。

13、和设置于塔底的内部热虹吸式再沸器 10， 含 N2 0.67%（体积） 、 氩气 0.02%（体积） 及微量 H2S、 CO2的 CO 和 H2混合气通过管道 G1 101 进入所述预处理单元 1 中， 在预处理单元 1 中采用低温甲醇洗和分子筛吸附的工艺， 甲醇洗脱除掉酸性气体 H2S 和 CO2， 分子筛脱除掉甲醇， 并进一步脱除微量的 CO2， 经预处理单元 1 脱除杂质的满足深冷分 离要求的一氧化碳和氢气混合气体通过管道 G2 102 经板翅换热器 B1 12 和板翅换热器 B2 13 两级冷却， 冷却至 -182左右， 进入气液分离罐 3 的中部入口， 在气液分离罐 3 内分为气 液。

14、两股物流， 罐顶氢气出罐顶后， 通过管道G4 103逆流回板翅换热器B2 13复热， 再经板翅 换热器B1 12复热， 出深冷分离冷箱2， 然后进入氢气收集系统4， 根据需要可作为产品氢气 或者通过PSA等工艺进一步提纯 ； 气液分离罐3的下端出口的液态物流通过管道G5 105经 节流减压阀 J1 5 减压后进入精馏塔 6 的中部入口， 在精馏塔内将 H2、 N2从塔顶分离出去， 经板翅换热器 B1 12 和板翅换热器 B2 13 两次复热， 进入氢气收集系统 4， 塔底得到纯度为 99.9% 的 CO 产品 ； 塔底操作压力 0.5 MPaG， 纯度为 99.9% 的 CO 从精馏塔 6 底。

15、端出口分为 两路， 一路通过管道 G2 201 依次经节流减压阀 J2 7（节流至 0.15MPaG） 、 经板翅换热器 B2 13 和板翅换热器 B1 12 两级复热、 进入一氧化碳收集系统 8， 节流减压阀 J2 7 后的压力和 流量由板翅换热器 B2 13 冷端所需的冷量及温度决定， 另一路通过管道 G3 301， 依次经板 翅换热器 B2 13（蒸发复热） 、 板翅换热器 B1 12（再次蒸发复热至 0左右） 、 一氧化碳膨胀 机 11（膨胀至 0.17MPaG） 、 再返回板翅换热器 B2 13 复热、 最后进入所述一氧化碳收集系统 8 ； 精馏塔6塔顶的所述分凝分馏式冷凝器9所需的。

16、冷量和塔底的所述内部热虹吸式再沸器 说 明 书 CN 102261811 A CN 102261824 A3/3 页 5 10 所需的热量， 均由氮气制冷循环系统提供， 氮气依次经过氮气压缩机 14、 氮气换热器 15、 板翅换热器 B1 12（冷却至 -152） 、 内部热虹吸式再沸器 10、 节流减压阀 J3 16（减压至 0.25MPa） 、 分凝分馏式冷凝器 9、 板翅换热器 B2 13（复热） 、 返经板翅换热器 B1 12（再次复 热） 、 最后回流至所述氮气压缩机 14， 构成氮气制冷循环回路。 0013 上述实施例是本发明的优选实施方式。对于本 CO 和 H2深冷分离装置可以做出多 种等同的组合或变化， 均属于本发明的保护范围。 说 明 书 CN 102261811 A CN 102261824 A1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102261811 A 。