[发明专利]一种合成气分离制取氢气及高纯一氧化碳的方法和装置

权利要求书

1.一种合成气分离制取氢气及高纯一氧化碳的装置，其特征在于，所述合成气为经过预处理后主要含有H₂、CO、N₂、CH₄、O₂及少量其它气体杂质的混合气；所述装置包括设有第一塔顶冷凝蒸发器(K1)、第二塔顶冷凝蒸发器(K2)、第三塔顶冷凝蒸发器(K3)及第一塔釜再沸器(B1)、第二塔釜再沸器(B2)、第三塔釜再沸器(B3)的脱氢塔(C1)、脱氧-甲烷塔(C2)和脱氮塔(C3)连续精馏设备；

还包括为实现N₂的循环回路及能量传递过程而设的循环压缩机(CP1)，主换热器(EH1)，透平膨胀机(TP1)，第一节流阀(V1)、第二节流阀(V2)、第三节流阀(V3)，回流罐(SP1)及一氧化碳屏蔽泵(BP1)；

其中，低压氮气220经过循环压缩机(CP1)增压并冷却至常温后，中压氮气201进入主换热器(EH1)中冷却，其中，在主换热器(EH1)的中部抽出部分中压氮气202进入脱氧-甲烷塔(C2)的第二塔釜再沸器(B2)中冷却，以使脱氧-甲烷塔(C2)的塔釜中的液体部分蒸发在脱氧-甲烷塔(C2)中精馏，并使塔釜液体中的甲烷浓度提升、一氧化碳含量减少；冷却后的中压氮气204再次进入脱氮塔(C3)的第三塔釜再沸器(B3)中冷却，以使脱氮塔(C3)的塔釜中的液体部分蒸发在脱氮塔(C3)中精馏，并使塔釜液体中一氧化碳浓度提升、氮气含量减少来获得合格的一氧化碳液体产品；冷却后的中压液氮205与在主换热器(EH1)中冷端出来被液化并过冷的中压液氮203汇合后，压力液氮207进入脱氧-甲烷塔(C2)的第二塔顶冷凝蒸发器(K2)中作为第二塔顶冷凝蒸发器(K2)的冷源，富余的压力液氮211分成二股压力液氮212及压力液氮213经节流阀节流至常压后分别进入脱氢塔(C1)的第一塔顶冷凝蒸发器(K1)和脱氮塔(C3)的第三塔顶冷凝蒸发器(K3)中，作为第一塔顶冷凝蒸发器(K1)和第三塔顶冷凝蒸发器(K3)的冷源；脱氧-甲烷塔(C2)塔冷凝蒸发器中蒸发的压力氮气208进入主换热器(EH1)中部分复热后从主换热器(EH1)的中部抽出压力氮气209，进入氮气透平膨胀机(TP1)中膨胀产生冷量补充装置的冷损，膨胀后的低压氮气210与第一塔顶冷凝蒸发器(K1)及第三塔顶冷凝蒸发器(K3)中蒸发的低压氮气218及低压氮气217混合后的低压氮气219，进入主换热器(EH1)的低压氮气通道复热至常温得到低压氮气220后，进入循环压缩机(CP1)中循环使用。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，在所述装置中制取氢气及高纯一氧化碳方法包括：

步骤1：将所述合成气冷却，然后送入脱氢塔(C1)的第一塔釜再沸器(B1)中再次冷却后，经第一节流阀(V1)减压进入脱氢塔(C1)中精馏，其中，在塔顶得到的粗氢进入第一塔顶冷凝蒸发器(K1)与液氮换热，使得混于其中的大部分一氧化碳、氮气冷凝成为液体并回流至下塔顶部，而未冷凝的氢气经主换热器(EH1)复热至常温作为产品输出；

步骤2：回流至脱氢塔(C1)第一塔釜再沸器(B1)中的含有少量氢气的合成气液体经第二节流阀(V2)减压后导入脱氧-甲烷塔(C2)中，其中，在塔顶得到的含微量氧及基本不含甲烷的一氧化碳、氮气、微量氢的混合物，进入第二塔顶冷凝蒸发器(K2)中与液氮换热，部分混合物冷凝成液体作为脱氧-甲烷塔(C2)的回流液，部分气体混合物经第三节流阀(V3)导入脱氮塔(C3)中精馏；塔釜中抽取部分分离出的富含甲烷的液体经主换热器(EH1)复热后作为燃料气使用；

步骤3：经过第三节流阀(V3)节流后的混合气在脱氮塔(C3)中精馏，其中，第三塔釜再沸器(B3)中的含有微量氧和氮气的一氧化碳液体经一氧化碳屏蔽泵(BP1)增压后导入主换热器(EH1)中复热作为产品输出；在塔顶得到含微量一氧化碳的氮气进入第三塔顶冷凝蒸发器(K3)中与液氮换热，部分氮气混合物冷凝成液体作为脱氮塔(C3)的回流液，其余氮气进入主换热器(EH1)复热后作为合成气净化装置的再生气源使用。

3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述步骤3中，所述一氧化碳液体经一氧化碳屏蔽泵(BP1)增压是指加压至高于产品气所需输送压力。