专利名称：一种从混合气体中通过低温蒸馏制备一氧化碳的设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种从混合气体中通过低温蒸馏制备一氧化碳的设备。
背景技术：
一氧化碳通常是从由天然气、石油、煤或者其它碳氢化合物为原料进行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、甲烷和氩气等。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。目前一氧化碳的分离主要有四类第一类是采用Cosorb法，利用络合物溶液剂选择性吸收一氧化碳，再经过加热解析获得一氧化碳产品，因原料气中的部分组成会与络合溶剂反应，使其对CO吸收能力下降甚至失效，故需要严格预处理，将有害组分去除。洗 涤富液加热解析出来的CO中携带少量甲苯蒸汽及氯离子，还需要增加后续处理工序，该法投资和运行费用都较高且存在环境污染问题；第二类是采用气体膜分离，利用不同气体的溶解和扩散速率差异为原理，但一氧化碳与氮气、氩气和甲烷这几种气体的溶解和扩散速率差异较小，该法限制了一氧化碳的浓度；第三类是采用变压吸附法(PSA)，利用吸附剂的吸附性能除去混合气中的杂质组分，该法在原料气中一氧化碳浓度较低时较有优势，但是一氧化碳的收率不高，一般在85%左右；第四类是深冷分离法，也是目前采用较多的分离方法，利用不同物质在不同压力、不同温度下的相变化进行分离，该法处理量大、产品气质量高，收率高。采用深冷分离法生产一氧化碳还有一些专利报道，如CN101680713A，CN101568788B, CN101617189B,CN101688753A, CN102007358A,CN101823709A,CN102261811A等，这些专利中都采用将含有CO、H2, CH4, N2, Ar的混合气通过不同程度的降温、冷凝，首先除去不凝气体H2、N2，然后除去除去液态的CH4、Ar得到高浓度的CO产品，系统的冷量由压缩机加压CO产品并部分返回系统膨胀做功提供，这样造成高浓度的CO产品经过压缩机时存在泄漏的危险因素，CO属易燃、易爆、有毒气体，当空气中的CO浓度达到30mg/m3以上时将对人身造成伤害。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种从混合气体中通过低温蒸馏制备一氧化碳的设备。该设备安全性能高、节能、经济效益明显、便于工业应用推广。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是一种从混合气体中通过低温蒸馏制备一氧化碳的设备，该设备包括低温精馏塔T101、纯化塔T102，所述混合气体的管线与换热器ElOl进行热交换，混合气体部分冷凝后通过管线依次与减压膨胀阀VI、低温精馏塔TlOl输入端接通，低温精馏塔TlOl的塔顶管线与换热器E103、换热器ElOl换热后通过管线与外置非冷凝相处理装置接通，低温精馏塔TlOl底部内设有换热器E102并且底部的冷凝相出口通过管线与纯化塔T102输入端接通，纯化塔T102的塔顶管线与换热器E105、换热器ElOl换热后通过管线延伸构成产品送出装置的端口，纯化塔T102底部内设有换热器E104并且底部的冷凝液相从塔底减压、与换热器ElOl换热后通过管线与外置处理装置接通。利用该设备制备一氧化碳时，将至少包含有氢气、一氧化碳、甲烷的混合气体，通过冷却并部分冷凝、减压膨胀后进入低温精馏塔，在低温精馏塔中的非冷凝相如氢气、氮气等不凝气体进一步减压膨胀到常压后与换热器换热至常温送装置外统一处理；冷凝液相主要为一氧化碳、甲烷、氩气等在精馏塔底进一步与液氮换热后进入纯化塔中部，在纯化塔的底部与高压的气态氮气换热，一氧化碳升温气化成气态，而换热器中的气态氮气冷凝为液态；气态的一氧化碳从纯化碳顶部换热至常温条件后作为高浓度产品送出装置；而纯化塔底部的液相主要为甲烷、氩，通过减压膨胀至常压再换热至常温后与低温精馏塔顶的气体一起送装置外统一处理。具体地，所述低温精馏塔输入端设置于低温精馏塔的中部。所述纯化塔输入端设置于纯化塔的中部。所述混合气体为包括氢气、一氧化碳、甲烷的混合气体。该混合气体可以还包括氮气和/或氩气。该设备中具有使用氮气作为循环流体用以提供分离能量或回收设备中气体能量的氮气封闭循环，该氮气封闭循环中具有压缩机、透平机和内部具有氮气的管线，管线一端与压缩机出口接通，另一端分别通过管线与透平机低压侧进口、透平机高压侧进口接通，透平机升压后的氮气出口通过管路与压缩机的氮气进口接通，所述换热器E101、换热器E102、换热器E103、换热器E104、换热器E105的其中一侧由氮气封闭循环提供热量或冷量。这里所述其中一侧为换热器的热侧或冷侧。该设备中的冷源主要靠压缩机对氮气加压做功所得，将外部的低压氮气送往压缩机进口，通过压缩机将氮气加压到3. 3Mpa以上，通过换热器冷却至-14(T-120°C，然后进入纯化塔底部换热器进一步冷凝至液态，液态的氮进入低温精懼塔底部与大量的气态一氧化碳换热，液态氮升温气化，而气态一氧化碳降温液化，气化的液氮通过减压膨胀，温升进一步降低，一部分近常压的液气通过换热至常温后进入透平机低压侧进口，而一部分低压的液氮进入透平机高压侧进口，对低压侧的氮气做功升压，然后温度进一步降低，压力也除低，然后换热至常温后也进入透平机低压侧进口共同升压，当升到O. 2Mpa以上时进入压缩机进口，这样可降低整个系统的能耗。氮气通过如此循环使用的方式为系统提供冷量。与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是I、原料气体不通过动设备如压缩机，透平机等，杜绝了危险有害气体(CO、H2, CH4)的泄漏因素；2、采用两塔氮相变热偶合工艺，CO产品的纯度可以达到99. 5%以上；3、低压氮气通过透平增压后在进入压缩机升压，降低了 5%以上的能耗；4、工艺简单、设备少、操作方便、适合工业化生产。
图I为本实用新型工艺流程装置示意图。图中T101-低温精馏塔，Τ102-纯化塔，ElOl Ε105-换热器，ClOl-压缩机，C102-透平机，ΥΓΥ7-减压膨胀阀，Γ20-连接各设备之间的管线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细描述，但本实用新型的实施方式不仅限于下述实施例。将含有CO 81. 98%,H2 4. 91%, N2 7. 57%, Ar: I. 84%, CH4 3. 70% (摩尔百分比)的工业尾气，压力2. 4Mpa(G),温度常温，流量192. 23kmol/h,通过换热器ElOl冷凝换热、减压至l.OMpa(G)后进入低温精馏塔T101，部分CO和不凝气体4、队通过低温精馏塔的塔顶管线与换热器E103中的低温液氮换热后，回收部分CO，余下的少量低温CO和H2、N2与换热器ElOl换热至常温后送出界区统一处理，根据需要通过外置非冷凝相处理装置进行处理或应用。低温精馏塔TlOl底部液相主要为CO、Ar和CH4,通过减压后进入纯化塔T102中部，通过与纯化塔T102底部换热器E104与气态的氮换热后，液态的CO升温气化为气相CO从纯化塔T102顶部与换热器E105进一步换热后作为产品气体再次与换热器ElOl换热至 常温后送出界区，产品气体组成C0 99. 73%，N2 0. 13%，Ar:O. 14% (摩尔百分比)，压力O. 8Mpa(G),温度常温，流量:125kmol/h。纯化塔T102底部液相主要为Ar、CH4和少量的CO，通过减压后与换热器ElOl换热至常温后送出界区统一处理，也可以与低温精馏塔TlOl顶部气相混合后再与换热器ElOl换热至常温送出界区统一处理，根据需要通过外置处理装置进行处理或应用，此混合气组成C0 48. 96%, H2 14. 04%, N2 :21. 41%, Ar :4. 99%, CH4 :10. 58% (摩尔百分比)，压力
O.8Mpa(G),温度常温，流量67. 23kmol/h。系统冷量由压缩机对氮气加压做功提供，具体为1350kmol/h的氮气(>99. 9Vol%)通过压缩机ClOl三次压加至3. 51Mpa (G)，通过与换热器ElOl换热冷却至-134. 74°C，进入换热器E104进一步冷却至-149. 800C，再进入换热器E102冷却至-167. 22°C，然后分成两组，一组流量为569. 04kmol/h，减压至O. 3IMpa (G)后与换热器E105、ElOl进行换热；另一组流量为780. 96kmol/h，减压至O. 60Mpa(G)后与换热器E103换热，再通过透平机C102驱动低压侧的氮气后，进一步减压至O. 31Mpa(G)，温度达到-174. 66°C ;两组物料混合后总流量1350kmol/h,压力0. 3IMpa (G)，温度:-177. 01 °C，再与换热器ElOl换热至常温后进入透平机C102低压侧，从透平机低压侧出来后再进入压缩机，如此循环使用。其中表I、表2、表3为管线f 20中所检测到的气体参数值。表 I
权利要求1.一种从混合气体中通过低温蒸馏制备一氧化碳的设备，其特征是该设备包括低温精馏塔(T101)、纯化塔(T102)，所述混合气体的管线与换热器ElOl进行热交换，混合气体部分冷凝后通过管线依次与减压膨胀阀VI、低温精馏塔(TlOl)输入端接通，低温精馏塔(TlOl)的塔顶管线与换热器E103、换热器ElOl换热后通过管线与外置非冷凝相处理装置接通，低温精馏塔(TlOl)底部内设有换热器E102并且底部的冷凝相出口通过管线与纯化塔(T102)输入端接通，纯化塔(T102)的塔顶管线与换热器E105、换热器ElOl换热后通过管线延伸构成产品送出装置的端口，纯化塔(T102)底部内设有换热器E104并且底部的冷凝液相从塔底减压、与换热器ElOl换热后通过管线与外置处理装置接通。
2.根据权利要求I所述的一种从混合气体中通过低温蒸馏制备一氧化碳的设备，其特征是所述低温精馏塔(TlOl)输入端设置于低温精馏塔(TlOl)的中部。
3.根据权利要求I所述的一种从混合气体中通过低温蒸馏制备一氧化碳的设备，其特征是所述纯化塔(T102)输入端设置于纯化塔(T102)的中部。
4.根据权利要求I至3任一项所述的一种从混合气体中通过低温蒸馏制备一氧化碳的设备，其特征是该设备中具有使用氮气作为循环流体用以提供分离能量或回收设备中气体能量的氮气封闭循环，该氮气封闭循环中具有压缩机、透平机和内部具有氮气的管线，管线一端与压缩机出口接通，另一端分别通过管线与透平机低压侧进口、透平机高压侧进口接通，透平机升压后的氮气出口通过管路与压缩机的氮气进口接通，所述换热器E101、换热器E102、换热器E103、换热器E104、换热器E105的其中一侧由氮气封闭循环提供热量或冷量。
5.根据权利要求4所述的一种从混合气体中通过低温蒸馏制备一氧化碳的设备，其特征是所述其中一侧为换热器的热侧或冷侧。
专利摘要本实用新型涉及一种从混合气体中通过低温蒸馏制备一氧化碳的设备。该设备包括低温精馏塔T101、纯化塔T102，所述混合气体的管线与换热器E101进行热交换，混合气体部分冷凝后通过管线依次与减压膨胀阀V1、低温精馏塔T101输入端接通，低温精馏塔T101的塔顶管线与换热器E103、换热器E101换热后通过管线与外置非冷凝相处理装置接通，低温精馏塔T101底部内设有换热器E102并且底部的冷凝相出口通过管线与纯化塔T102输入端接通，纯化塔T102的塔顶管线与换热器E105、换热器E101换热后通过管线延伸构成产品送出装置的端口，纯化塔T102底部内设有换热器E104并且底部的冷凝液相从塔底减压、与换热器E101换热后通过管线与外置处理装置接通。本实用新型的设备安全性能高、节能、经济效益明显、便于工业应用推广。
文档编号C01B31/18GK202717589SQ20122022026
公开日2013年2月6日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者钟娅玲, 曾启明, 钟雨明, 陈天洪, 牟树荣 申请人:四川亚连科技有限责任公司