一种高效节能的高纯一氧化碳和氢气的精馏工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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C0和H 2,两者均属于高 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）。
[0003] 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C02、C0、H 2、CH4、C2& 上不饱和经(简称为重经）、N2、02、Ar等气体混合物，为了获得高纯⑶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、C0 2、H2S以及水 气等，将纯化、干燥的包含有⑶、H2、N2、0 2、CH4和少量的Ar等低沸点组分的合成气再进行分 离提纯。
[0004] 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】
[0005] 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。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -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：
[0008] (a)将原料混合气送入进入氢气膜分离器，在在氢氮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；
[0009] (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； [0010] (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；
[0011] (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。
[0012] 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；
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 尾气混合物料经主换热器预冷后，进入脱氢塔的塔釜；
[0016] 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. OkPa，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 °C，塔釜 温度为-188~-190°C。
[0017] 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°C，塔釜 温度为-188~-190°C。
[0018] 所述的一氧化碳提取塔的理论板数为40~80块，塔顶操作压力为0.02~O.IMpa， 塔压降3.0~4.5kPa，回流比为2.0~4.0，其塔顶冷凝器为全凝器，塔顶温度为-190~-180 °C，塔釜温度为-180~-170°C。
[0019]所述的脱氢塔为筛板塔，所述的脱氮塔和一氧化碳提取塔为填料塔，填料塔中填 充金属波纹规整填料，填料峰高为15~35mm。
[0020] 所述的脱氢塔、脱氮塔和一氧化碳提取塔均为低温精馏塔，其塔体外表采用高真 空夹套结构，并通过分子栗高真空机组对高真空夹套结构持续抽真空进行绝热保温。
[0021] 所述的氢氮膜分离器内设有膜分离组件，该膜分离组件包括多层中空纤维膜组 成，所述的中空纤维膜用于选择性的渗透氢气组分。中空纤维膜的材料可以采用聚酰胺或 聚酰亚胺等。
[0022]所述的原料混合气为由合成气或焦炉气预处理脱硫脱碳后得到的包含CO、H2、N2、 〇2、CH4和Ar的高压混合气体，其压力为2~6Mpa。
[0023]本发明将膜分离技术与低温精馏分离技术有效结合，将原料混合气首先通过膜分 离得到高纯氢气产品，其纯度为99%，提取率达到95%以上;然后将膜分离的尾气混合物料 送入低温精馏系统制备高纯一氧化碳产品和富氢产品，高纯一氧化碳产品的纯度达到 99.9999 %，提取率达98 %以上，而富氢产品的纯度也大于98 %。
[0024]本发明以含有C0、H2、N2、02、CH4，及少量Ar等气体混合物的合成气或焦炉气作为原 料气体，联合运用膜分离和深冷分离技术，通过氢气膜分离器、脱氢塔、脱氮塔、一氧化碳提 取塔的连续精馏分离，获得高纯一氧化碳和氢气产品，同时得到了富氢产品和富含甲烷的 燃料气。以上发明实现了物料的有效利用，能量的耦合传递，从而大大节省了设备投资，实 现了能量的有效利用，获得高附加值产品，提升了产品的经济效益。
[0025]与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0026] (1)本发明利用原料混合气的压力进行膜分离提取氢气，同时又利用了膜分离后 尾气混合气的余压进行低温精馏分离，从而大大减少了低温操作的热负荷，有效地实现了 节能降耗的目的。
[0027] (2)本发明通过设置多通道的主换热器，将原料气预冷，充分利用了经脱硫脱碳处 理的合成气或焦炉气中的热量，并将其用于整个制备工艺中各股物料的复温，从而实现了 有效节能。
[0028] (3)本发明的制备工艺中设计了氮气循环利用管路，通常将脱氢塔、脱氮塔和一氧 化碳提取塔的塔顶冷凝器中的使用过后的液氮而形成的低压氮气先通过主换热器复温后， 再按需求抽取一定比例增压成中压氮气，并将中压氮气作为热源，通过由串联管路依次连 接的脱氢塔、脱氮塔和一氧化碳提取塔的塔釜再沸器，换热后，再节流形成液氮，并作为一 氧化碳提取塔塔顶冷凝器的液氮来源之一。
[0029] (4)脱氢塔、脱氮塔和一氧化碳提取塔的塔顶操作压力逐渐降低，从而可以通过压 差推动实现各塔间物料传输;另一方面，各塔间的物料的传输量由调节阀、上一级塔釜的液 位以及塔间的压力差联锁控制，从而可以实现各塔间的稳定运行。
[0030] (5)本发明的实现了对合成气和焦炉气中的一氧化碳和氢气的高效提取，其中，一 氧化碳的纯度可以达到99.9999%，提取率达到98%以上;氢气纯度达到99%以上，提取率 达到95%以上。
【附图说明】
[0031 ]图1为本发明的精馏工艺流程示意图；
[0032]图中，1-脱氢塔，2-脱氮塔，3--氧化碳提取塔，4-氢氮膜分离器，5-氮气压缩机， 6_第一气动调节阀，7-第二气动调节阀，8-主换热器，9-中压氮气，10-高纯一氧化碳，11-燃 料气，12-尾气混合物料，13-低压氮气，14-高纯氢气，15-富氮气体，16-原料混合气，17-富 氢混合气。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0034] 实施例1
[0035] -种高效节能的高纯一氧化碳和氢气的精馏工艺，如图1所示，包括以下步骤:合 成气或焦炉气经过脱硫脱碳等预处理后，得到包含有〇)、出、犯、02、〇14^4勺原料混合气16; 将原料混合气16送入氢气膜分离器4提取大部分氢气，在氢气膜分离器4的塔顶一侧得到高 纯氢气产品14(纯度>99%)，塔釜一侧尾气混合物料12送至主换热器8预冷后进入精馏系 统；
[0036]将经膜分离得到的尾气混合气12经过主换热器8预冷后，进入脱氢塔1的塔釜液中 进行精馏，从而充分利用原料混合气12中的热能;在脱氢塔1塔顶设置部分冷凝的冷凝蒸发 器，用于液氮提供冷源，液氮换热后蒸发形成的氮气进入低压氮气总管中，并经主换热器8 复温后形成低压氮气13排出，在低压氮气13中抽取部分进入氮气压缩机5中增压，形成中压 氮气9,作为脱氢塔1、脱氮塔2和一氧化碳提取塔3内再沸器的热源。脱氢塔1的塔顶操作压 力0.28MPa(均为表压），塔内上升的蒸汽进入塔顶冷凝器，其中氢气等低沸点杂质无法被冷 凝，而其他组分均被冷凝成液体作为脱氢塔1的回流液。经过气液交换作用，从脱氢塔1的塔 顶分离得到富集后的富氢混合气17,纯度达到98%以上;而塔釜的混合气液体中只含有极 少量氢气(含氢量〈0.1%)。
[0037] 脱氢塔1塔釜中的混合气液体在压差推动下，由常温管道输送脱氮塔2的中下部， 此塔间的输送量由第一气动调节阀6与脱氢塔1塔釜的液位高度联锁控制，只需维持脱氢塔 1的塔釜液位在一定高度。脱氮塔2的塔顶操作压力为0.16MPa，塔顶部设置有冷凝蒸发器，