[发明专利]一种深冷分离提纯一氧化碳和氢气的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体深冷分离领域，尤其涉及一种深冷分离提纯一氧化碳和氢气的装置及方法。

背景技术

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，尤其是C₁化学的日益发展，CO已经成为一系列基本有机化工产品和中间体的重要原料，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。价格低廉而数量又丰富的CO来源以及先进的CO分离技术，会大大地促进CO化学加工品技术的进一步增长。无论是由煤、石油、天然气制得的CO合成气，还是各种包含CO的工业废气，所有的CO来源基本都是含有一定量CO₂、 H₂、 N₂、 CH₄、 O₂等的气体混合物，为了获得高纯CO，应选择低能耗、低成本、高效率的分离方式，而其中的深冷分离方法适用于大规模的工业生产，能够有效的获得高纯度的CO，分离效果十分理想。

深冷分离CO是一种高压低温的物理分离方法，其基本原理是J-T节流制冷效应。一定压力的工艺气通过减压、节流，可产生更低的温度，通过换热回收冷量，可将原料气中的CO冷凝分离。整个系统的冷量则由工艺的压力能转化而来。

深冷分离法的核心是利用混合气体中各组分沸点的差异，在精馏塔中来实现气体混合物的分离。为了防止混合气中杂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固化的组分，如CO₂、甲醇和H₂S等。

目前，现有技术中出现了利用上述深冷分离法进行CO和H₂的装置，这种装置与传统深冷分离一氧化碳和氢气的装置工艺流程相对简单了一些，但其在分离提纯过程中需要N₂循环制冷，机器较多，能耗较高。

发明内容

本发明克服上述现有技术中存在的能耗高的缺点提供一种通过J-T效应为换热器提供冷量的能耗低、工艺流程简单的深冷分离提纯一氧化碳和氢气的装置及方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种深冷分离提纯一氧化碳和氢气的装置，包括合成气纯化单元及合成气深冷分离单元，所述深冷分离单元包括第一板翅式换热器、第二板翅式换热器、气液分离器及精馏塔，所述精馏塔包括塔体和塔体底部的蒸发器，所述合成气纯化单元的入口处连接输入低温原料合成气的第一管道，所述合成气纯化单元的气体出口通过第二管道经第一板翅式换热器及第四节流阀与所述精馏塔下端入口相连通，所述精馏塔下端出口通过第三管道经第二板翅式换热器与所述气液分离器中部入口相连通，所述气液分离器上部气体出口通过第四管道经第二板翅式换热器及第一板翅式换热器与氢气收集单元相连通；所述气液分离器的下部出口分别连通第五管道和第六管道，所述第五管道经第一节流阀与所述精馏塔上部入口相连通，所述第六管道经第二节流阀与所述精馏塔中部入口相连通，所述精馏塔底部的一氧化碳液体出口通过第八管道经第三节流阀、第二板翅式换热器及第一板翅式换热器与一氧化碳压缩机相连通，所述一氧化碳压缩机的出口与一氧化碳收集单元入口相连通，所述精馏塔中部的一氧化碳气体出口通过第九管道经第二板翅式换热器、第一板翅式换热器与一氧化碳收集单元入口相连通。

所述第一板翅式换热器及第二板翅式换热器均为真空钎焊板翅式换热器，所述精馏塔为板式塔或为填料塔，所述蒸发器为真空钎焊式板翅式换热器。

所述一氧化碳压缩机的出口处连接第十管道，所述第十管道与第十一管道对接，所述第十一管道连接在所述一氧化碳收集单元入口处，所述第九管道与所述第十一管道对接。

所述精馏塔上部设置一闪蒸气出口，所述闪蒸气出口处连接一第七管道，所述第七管道与第二板翅式换热器、第一板翅式换热器相连通，所述第七管道伸出所述深冷分离单元外部与闪蒸气收集单元相连通。

输入所述的第一管道中的低温合成气压力为2.0MPa～8.0MPa，所述一氧化碳压缩机出口的一氧化碳气体压力为0.5MPa～2.0MPa。

一种深冷分离提纯一氧化碳和氢气的方法，其方法如下：