[发明专利]一种分离羰基合成原料气的工艺及配套系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤制气、天然气、轻油、裂解气、焦炉气、电石尾气、黄磷尾气，及其它羰基合成气体的净化、处理和回收的集成工艺及其配套系统。

背景技术

羰基合成原料气是指有效成分为CO和H₂的混合气，合成气中CO和H₂的比值随原料和生产方法的不同而异。羰基合成气的来源是多种多样的，例如：煤制气、重油或渣油制气、天然气、轻油、裂解气、焦炉气、电石尾气、黄磷尾气等资源。利用羰基合成气可以转化成液体和气体燃料、大宗化学品和高附加值的精细有机化工产品。而实现这种转化的重要技术就是碳一化工。

在当前能源紧张、化工原料短缺的情况下，碳一化工就成为了沟通煤化工、天然气和石油化工等的重要桥梁。而高纯度CO和H₂是碳一化工的重要原料。目前，分离CO和H₂的主要方法有CO冷箱分离法、变压吸附法或膜分离法。

CO冷箱分离法是上世纪60年代开始使用的制备高纯度CO的方法。它是将气体冷冻成液体，利用不同气体沸点不同来进行气体分离的。CO冷箱分离法的特点是：可同时制得二种以上高纯度气体，回收率高，一般可达90％左右；CO纯度高，可保证98％以上的纯度；产品气CO压力损失较少，压缩功耗少；流程简单、装置占地面积少，操作方便简便；与低温甲醇洗相配合，节能，冷耗非常少(特别是与60公斤煤气化相配合时，正常运行的冷耗是零)。

伴随着目前碳一化工规模愈来愈大的发展趋势，CO冷箱分离法的优势将越发凸显，其应用范围也将越发广泛。

变压吸附法是利用吸附剂在不同压力下，对于气体中各组分的吸附能力的变化不同来进行气体分离的。变压吸附法分离高纯度CO和其它方法比较，对原料气要求较高，常规变压吸附，当原料气中CH₄+Ar达到1％时，一氧化碳纯度只能达到96％，且原料气中一氧化碳浓度较低时，则CO回收率随之降低很多。目前，国内某些企业自行开发的吸附剂，一定程度上可以克服以上缺点。

就变压吸附法在大规模碳一化工领域的应用而言，其缺点是：吸附剂对CO的吸附效率较低，需装填量大；吸附剂是消耗品，其价格昂贵，将来的一次性更换代价，高达总设备投资的一半左右；气体回收率低，一般经济运行和投资下的回收率指标仅能达到80％左右；正常运行时，吸附塔内合格的CO需通过“抽真空”方式排出，且一部分CO需经“压缩”后进入置换气缓冲罐，用于变压吸附法-CO吸附剂的置换，而“抽真空和压缩”的运行电耗非常高；变压吸附法单套装置的规模也受到一定限制，需要多套并联操作占地面积巨大；变压吸附法装置的阀门要求高，价格昂贵，且切换频繁，故障率高，因而，对阀门的性能、自动控制的水平及可靠性要求极高。

除此之外，变压吸附法最大的缺点是，是其产品气CO是常压，需要被压缩到下游所需要的压力，这不仅要消耗大量的压缩功(增加了运行费用)，而且明显增加了下游的设备投资。

但是，对于以往的规模较小的碳一化工而言，变压吸附法还是具有其小型化、投资小的优势的。

膜分离法是上世纪90年代开始在工业上采用的气体分离方法，膜分离技术应用于CO分离制取高纯度CO，仅仅是近些年发展的成果。其原理主要是利用多种不同气体分子在特种膜中透过率的不同而将其分离，从而制得工业上所需的特定气体。膜分离法的特点是：流程短、操作维护简单、装置占地较小；工艺技术先进、用于CO分离时CO压降小、设备结构简单、安装方便；投资省、能耗低、经济效益好。

但是，膜分离法也有明显的不足之处：CO纯度比深冷分离法稍低；膜的寿命较低，这是由于气源中，不可避免的会由于各种原因，而夹带有有机物，特别是甲醇(来自于低温甲醇洗)，而有机物在膜中必然会累积起来，并引起膜的溶胀等问题，从而导致膜的出力下降，并最终报废；膜组件为易耗品，其更换成本非常高。特别是，与变压吸附法一样，其最大的缺点是，得到的产品气H₂是常压，被压缩到下游所需要的压力，不仅要消耗大量的压缩功，而且也明显增加了下游工序的设备投资。此外，膜分离法在大规模碳一化工领域的应用时间非常短，有一些问题还没有暴露出来，仍需工业运行的长期检验。

总之，需要羰基合成气的场合众多，处理的方法和设备也相当多，不同的方法和设备具有不同的优缺点，但各种方法都具有相当的局限性，应用范围也比较狭窄，不具有通用性，并且很多精制设备的机理并不十分清楚。因此，开发高效低阻，兼有多种不同技术优点的多种精制技术的组合应用，对于碳一化工中降低分离羰基合成原料气工艺的能耗，提高经济效益，具有重要的现实意义。