[发明专利]一种高效分离合成气制取氢气及一氧化碳的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过深冷液化作用进行气体分离的方法，尤其涉及一种从合成气中分离氢气、甲烷和一氧化碳的方法。

背景技术

一氧化碳通常是以由天然气、煤及其它碳氢化合物为原料进行水蒸气重整催化转化或部分氧化所产生的合成气中分离获得。除了一氧化碳外，气体中常常还有氢气、氮气、甲烷和氧气等。这些杂质组分往往限制了一氧化碳的使用，使许多含有大量的一氧化碳混合气体只能燃烧放空，造成资源的浪费。

一氧化碳和氢气是重要的基础化工原料，广泛用于羰基合成等化工过程，已经成为一系列基本有机化工产品和中间体的重要原料。一氧化碳的来源基本都是含有一定量CO2、CO、H2、N2、CH4、O2、H2O等的气体混合物，为了获得高纯CO，采用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。

一定压力的合成气通过节流、膨胀可产生更低的温度使原料全部或部分液化，可将原料气中的H2、CH4、CO分离。深冷分离法的核心是利用合成气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，需要原料气在进入冷箱前进行预处理，脱除重烃、CO2、H2O和H2S等。

中国专利申请公布号CN 104011488 A“通过低温蒸馏供应气态一氧化碳的方法和设备”，该方法在一种通过低温蒸馏来供应气态一氧化碳的方法中，原料合成气经冷却在甲烷洗涤塔中脱除大部分氢气后在汽提塔在进一步脱除氢气后进入脱甲烷塔中部，在塔釜得到富甲烷，富甲烷经液体泵加压后部分作为甲烷洗涤塔回流液，部分继续复热出装置作为燃料气，在脱甲烷塔顶部得到富一氧化碳，富一氧化碳经复热出装置进入一氧化碳循环压缩机增压，产品一氧化碳从循环压缩机中间级抽出。装置的冷量补充为循环压缩机出口的一氧化碳在换热器中冷却从中部抽出进入膨胀机膨胀至低压返回换热器复热。

因低沸点的氮气随着一氧化碳一起富集到脱甲烷塔顶部，因此该装置生产的一氧化碳中的氮气无法在该流程中解决，需要增加装置进一步脱除，且富一氧化碳出装置的压力较低需要出冷箱后在循环压缩机中增压从中间级抽出。该发明的甲烷洗涤塔不含再沸器，因此无法在一个塔中一次脱除，需要增加汽提塔，在汽提塔顶部排放富氢气体，该气体无法作为产品气使用因此装置氢气提取率较低。

在专利CN101568788B中，原料氢气进入C1塔底部，需要设置C2塔来脱除残余氢气，C2塔中含氢量>1.5％的原料在C2塔顶脱除，这部分粗氢不能作为氢气产品使用，降低了氢气回收率。同时在该专利中，减压后的一氧化碳29进入C4塔冷凝蒸发器中蒸发为气体后进入主换热器复热后进入循环压缩机增压后输出，而该一氧化碳压缩机在运行时存在安全的风险。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题提出的。

本发明的一个目的是提供一种在单塔中实现氢气纯度>97％、可直接作为氢气产品使用的制取方法。

本发明的另一目的是提供一种在维持装置冷量平衡时避免使用一氧化碳压缩机的制取氢气及高纯一氧化碳的方法。

本发明的还一目的是提供一种不使用汽提塔高效分离合成气制取氢气及一氧化碳的方法及装置。

本发明提供了一种以含有H₂、CO、N₂、CH₄、O₂等的气体混合物的合成气为原料、同时生产氢气和一氧化碳的方法，采用甲烷洗塔C1、脱氧-甲烷塔C2和脱氮塔C3连续精馏制取氢气及高纯一氧化碳，同时将氢气和一氧化碳从合成气中分离出来，一氧化碳提取率达到96％以上，一氧化碳纯度达到99.9％以上，氢气产品出装置纯度＞97％、提取率＞98％，克服了传统方法的缺陷，并节省了设备投资、降低了能耗、提高了产品附加值，实现了循环经济效应。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种合成气分离制取氢气及高纯一氧化碳的方法，步骤包括：