[发明专利]一种高效节能的高纯一氧化碳和氢气的精馏工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种高纯一氧化碳和氢气的精馏工艺，尤其是涉及一种高效节能的高纯一氧化碳和氢气的精馏工艺。

背景技术

煤气化技术，是指将煤炭洁净而高效地转化成一种合成气，是现阶段清洁利用煤炭资源的重要途径和技术手段，也是现阶段大型煤化工系统工程中不可或缺的原料来源。合成气经净化提纯后可得到煤化工下游产品发展最重要的两种原料CO和H₂，两者均属于高热值气体，不仅可以作为燃料气，也可用于生产众多化工产品，主要应用领域包括：合成氨、合成甲醚/二甲醚、羰基合成系列产品（如醋酐、DMF、甲酰胺、丁二酸、丙烯酸、甲酸甲酯等）。

分离制取高纯一氧化碳和氢气的原料来源一般为含有一定量CO₂、CO、H₂、CH₄、C2以上不饱和烃（简称为重烃）、N₂、O₂、Ar等气体混合物，为了获得高纯CO和H₂，采用深冷分离方法可适用于大规模的工业生产。为了防止混合原料气中高沸点组分在低温下发生凝固而堵塞换热器和管道，因而需要将混合原料气进行预处理，脱除其中的重烃组分、CO₂、H₂S以及水气等，将纯化、干燥的包含有CO、H₂、N₂、O₂、CH₄和少量的Ar等低沸点组分的合成气再进行分离提纯。

现有专利技术中，中国专利申请公布号CN104011488A公开了一种通过低温蒸馏供应气态一氧化碳的方法和设备，在该方法中，由于低沸点的氮气会随着一氧化碳一起富集到脱甲烷塔的顶部，因此该发明提出的装置生产的一氧化碳含有少许氮气，需要增加装置进一步提纯，且生产的富一氧化碳气体压力较低，需要在出冷箱后在循环压缩机中增压，从中间级抽出。该发明装置中的甲烷洗涤塔不含再沸器，因此无法在一个塔中一次性脱除，需要增加汽提塔，在汽提塔顶部排放富氢气体（纯度<99%)，而该气体无法作为高纯氢气产品使用以至氢气的提取率降低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效节能的高纯一氧化碳和氢气的精馏工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高效节能的高纯一氧化碳和氢气的精馏工艺，包括以下步骤：

（a）将原料混合气送入氢气膜分离器，在氢气膜分离器的塔顶一侧得到高纯氢气并作为产品输出，塔釜一侧得到尾气混合物料；

（b）尾气混合物料经主换热器换热冷却后进入脱氢塔，精馏分离，脱氢塔塔顶得到富氢混合气，经主换热器复温后作为富氢产品输出，脱氢塔塔釜物料输送进入脱氮塔；

（c）脱氢塔塔釜物料在脱氮塔内继续精馏后，富含氮气的脱氮塔塔顶物料排出并经主换热器复温后进入外部管路（可以直接排空或作为整个精馏系统的吹扫气），富含一氧化碳的脱氮塔塔釜物料输送进入一氧化碳提取塔；

（d）脱氮塔塔釜物料在一氧化碳提取塔内继续精馏后，提取塔塔顶物料排出并经主换热器复温后，作为高纯一氧化碳输出产品，提取塔塔釜物料排出经主换热器复温后，作为燃料气输出产品。

所述的脱氢塔、脱氮塔和一氧化碳提取塔的塔顶冷凝器采用的冷源介质为液氮；

外部液氮输送管路分别将液氮送至脱氢塔、脱氮塔和一氧化碳提取塔的塔顶冷凝器供冷凝使用后，再输送至主换热器复温，作为低压氮气输出。

所述的低压氮气的一部分直接排出至外部管路，另一部分经氮气压缩机增压至中压氮气，并经主换热器复温后，作为热源通过管路依次流经脱氢塔、脱氮塔和一氧化碳提取塔的塔釜再沸器进行换热后，再经节流管线节流后，变成液氮并作为冷源介质输送至一氧化碳提取塔的塔顶冷凝器使用。

尾气混合物料经主换热器预冷后，进入脱氢塔的塔釜；

所述的脱氢塔的理论塔板数为10~40块，塔顶操作压力为0.2~0.3Mpa，塔压降为5.0~7.0kPa，回流比为1.2~2.5，其塔顶冷凝器为分凝器，塔顶温度为-196~-190℃，塔釜温度为-188~-190℃。

所述的脱氮塔的理论塔板数为40~80块，塔顶操作压力为0.1~0.2Mpa，塔压降3.0~4.5kPa，回流比为1.5~3.0，其塔顶冷凝器为分凝器，塔顶温度为-195~-190℃，塔釜温度为-188~-190℃。