[发明专利]氮循环制冷的深冷分离一氧化碳气体的装置和工艺

权利要求书

1.一种氮循环制冷的深冷分离一氧化碳气体的装置，其特征在于，包括冷箱和氮气压缩机；所述冷箱中设有第一主换热器(E1)、第二主换热器(E2)、过冷器(E3)、汽提塔再沸器(E4)、脱氮塔再沸器(E6)、脱甲烷塔冷凝器(E8)、脱甲烷塔再沸器(E9)、气液分离罐(V1)、富氢气闪蒸罐(V2)、汽提塔(T1)、脱氮塔(T2)和脱甲烷塔(T3)；

净化后原料气输入口通过管道进入冷箱，然后依次流经第一主换热器(E1)、汽提塔再沸器(E4)、脱氮塔再沸器(E6)、第二主换热器(E2)、过冷器(E3)后进入富氢气闪蒸罐(V2)，富氢气闪蒸罐(V2)罐顶富氢气出口通过管道依次流经过冷器(E3)、第二主换热器(E2)、第一主换热器(E1)后出冷箱并通至界区；富氢气闪蒸罐(V2)罐底的液体出口管道分为两条支路，一条支路经过过冷器(E3)进入汽提塔(T1)中部，另一条支路进入汽提塔(T1)顶部；汽提塔(T1)塔顶的闪蒸气出口通过管道依次流经过冷器(E3)、第二主换热器(E2)、第一主换热器(E1)后出冷箱并通至界区；汽提塔(T1)底部部分液体通过管道进入汽提塔再沸器(E4)换热蒸发后重新输入汽提塔(T1)下部，汽提塔(T1)塔底的液体出口通过管道连接脱氮塔(T2)中部；

脱氮塔(T2)底部部分液体通过管道进入脱氮塔再沸器(E6)换热蒸发后重新输入脱氮塔(T2)下部，脱氮塔(T2)塔顶气体出口通过管道连接脱氮塔顶冷凝器，脱氮塔(T2)底部的液体出口通过管道连接至脱氮塔顶冷凝器，而液体在脱氮塔顶冷凝器中蒸发后通过管道输入脱甲烷塔(T3)中部；

脱甲烷塔(T3)底部部分液体通过管道进入脱甲烷塔再沸器(E9)换热蒸发后重新输入脱甲烷塔再沸器(E9)下部；脱甲烷塔(T3)塔顶的CO气体出口依次通过第二主换热器(E2)、第一主换热器(E1)后出冷箱并通至界区；脱甲烷塔(T3)塔底的富甲烷液出口与脱氮塔顶冷凝器冷凝后的富氮气出口通过管道汇合后，依次经过第二主换热器(E2)、第一主换热器(E1)后出冷箱并通至界区；

所述的氮气压缩机的循环氮气出口通过管道输入冷箱，依次经过第一主换热器(E1)、汽提塔再沸器(E4)、脱氮塔再沸器(E6)、脱甲烷塔再沸器(E9)后进入气液分离罐(V1)，气液分离罐(V1)的循环液氮出口分为三路，第一路通过管道输送至脱氮塔(T2)塔顶，第二路通过管道输送至脱甲烷塔(T3)塔顶，第三路通过管道依次流经过冷器(E3)、第二主换热器(E2)、第一主换热器(E1)后出冷箱并连接氮气压缩机的一级入口；脱甲烷塔(T3)塔顶的蒸发氮气出口通过管道依次流经第二主换热器(E2)、第一主换热器(E1)后出冷箱并连接氮气压缩机的二级入口；气液分离罐(V1)罐顶气体出口与脱氮塔(T2)塔顶蒸发氮气出口通过管道汇合后，再依次流经第二主换热器(E2)、第一主换热器(E1)后出冷箱并连接氮气压缩机的三级入口；

补冷液氮通道从外部进入冷箱，依次流经第一主换热器(E1)、第二主换热器(E2)、过冷器(E3)出冷箱至界区。

2.如权利要求1所述的氮循环制冷的深冷分离一氧化碳气体的装置，其特征在于，所述的脱氮塔顶冷凝器有两个，第一脱氮塔顶冷凝器(E5)和第二脱氮塔顶冷凝器(E7)分别设置于脱氮塔(T2)塔顶，并联工作。

3.如权利要求1所述的氮循环制冷的深冷分离一氧化碳气体的装置，其特征在于，所述的净化后原料气输入口通过管道连接分子筛吸附系统的净化后原料气出口。

4.如权利要求1所述的氮循环制冷的深冷分离一氧化碳气体的装置，其特征在于，所述的汽提塔(T1)、脱氮塔(T2)和脱甲烷塔(T3)均为填料塔。

5.如权利要求1所述的氮循环制冷的深冷分离一氧化碳气体的装置，其特征在于，所述的补冷液氮通道的入口连接液氮贮槽。

6.一种利用如权利要求1所述装置的深冷分离一氧化碳气体的工艺，其特征在于，步骤如下：

将来自分子筛吸附系统的净化后原料气通入冷箱，在第一主换热器(E1)中降温后，作为汽提塔(T1)塔底热源以及脱氮塔(T2)塔底热源，然后再冷却至-182℃后进入富氢气闪蒸罐(V2)闪蒸，富氢气闪蒸罐(V2)罐顶富氢气依次通过过冷器(E3)、第二主换热器(E2)和第一主换热器(E1)复热后出冷箱，去界区；富氢气闪蒸罐(V2)罐底液体分为两部分，一部分液体经过冷器(E3)加热和节流后进入汽提塔(T1)中部，另一部分液体节流后进入汽提塔(T1)顶部；汽提塔(T1)塔底部分液体在汽提塔再沸器(E4)中通过热虹吸产生蒸汽，与自上而下的液体在汽提塔内填料表面逆向流动并进行充分传质传热，汽提塔(T1)塔顶闪蒸气依次经过冷器(E3)、第二主换热器(E2)和第一主换热器(E1)复热后出冷箱，去界区；汽提塔(T1)塔底液体节流后进脱氮塔中部；

脱氮塔(T2)塔釜中的液体在脱氮塔再沸器(E6)中经过原料气和循环氮气加热蒸发产生气体，与自上而下的液体在脱氮塔(T2)内填料表面逆向流动并进行传质传热；脱氮塔(T2)塔顶气体经过脱氮塔顶冷凝器冷凝后分离，塔顶富氮气经板翅式换热器复热后出冷箱，去界区；脱氮塔(T2)塔底液体节流后送入脱氮塔顶冷凝器提供部分冷量，蒸发后进入脱甲烷塔(T3)中部；

脱甲烷塔(T3)塔底部分液体在脱甲烷塔再沸器(E9)中通过循环氮气加热产生蒸汽，与自上而下的液体在脱甲烷塔(T3)内填料表面逆向流动并进行传质传热；在脱甲烷塔(T3)塔顶得到CO产品气，依次经第二主换热器(E2)、第一主换热器(E1)复热后出冷箱，去界区；脱甲烷塔(T3)塔底底部富甲烷液与脱氮塔(T2)顶富氮气混合后依次经第二主换热器(E2)、第一主换热器(E1)复热后作为燃料气出冷箱，去界区；

氮气压缩机出口的循环氮气进入冷箱，在第一主换热器(E1)中降温，并作为汽提塔(T1)和脱氮塔(T2)塔底热源，然后再作为脱甲烷塔(T3)塔底热源，再被冷却至-175℃后，进入气液分离罐(V1)，气液分离罐(V1)中一部分循环液氮节流去脱氮塔(T2)塔顶提供冷量，一部分作为脱甲烷塔(T3)塔顶冷源，另一部分节流后依次经过冷器(E3)、第二主换热器(E2)和第一主换热器(E1)复温，进入氮气压缩机一级入口，脱甲烷塔(T3)塔顶蒸发的氮气依次经第二主换热器(E2)、第一主换热器(E1)复热后，送入氮气压缩机二级入口，与氮气压缩机一级压缩后的循环氮气混合后，进入氮气压缩机进行二级压缩，气液分离罐(V1)罐顶气体与脱氮塔(T2)塔顶蒸发的氮气，依次经第二主换热器(E2)和第一主换热器(E1)复温后，进入压缩机的三级入口与氮气压缩机二级压缩后的循环氮气混合，经三级压缩后的循环氮气再从氮气压缩机出口输出，送入冷箱，为深冷分离提供冷量；

开车时通过补冷液氮通道将液氮贮槽中的补冷液氮输送进入主换热器第一主换热器(E1)、第二主换热器(E2)和过冷器(E3)中，为深冷分离提供冷量，复热后出冷箱，以常温氮气出界区。