一种内含废气循环利用的HYCO合成气分离净化系统的制作方法

本发明涉及HYCO合成气分离净化系统，尤其是涉及一种内含废气循环利用的HYCO合成气分离净化系统。

背景技术：

HYCO合成气是含54％CO和45％H₂以及微量的N₂、CH₄、Ar、H₂O、CO₂等的工业混合气体。HYCO分离净化系统是将合成气中H₂O和CO₂通过TSA吸附塔脱除，其次利用CO、H₂、N₂、CH₄和AR等气体的沸点不同在冷箱内部利用气液分离罐将CO和H₂分离出来，H₂通过PSA来提纯后外送，CO通过CO压缩机加压以后外送给客户，产生的尾气则放至火炬燃烧掉。

TSA(temperature swing adsorption，变温吸附)装置是由两个吸附罐组成，正常运行模式为串联模式，通过TSA的吸附剂对H₂O和CO₂进行吸附，并能够让CO和H₂、CH₄、N₂通过。

但是TSA随着吸附会逐渐达到饱和，这时候需要将TSA中的一个罐切出，利用高温N₂再生，而再生过程中有个降压的过程，这部分的原料气就会通过放火炬燃烧放空。

而放火炬燃烧的这部分气体就会变成CO₂和H₂O，增加碳排放导致对大气的污染。

有关文献也提到了含有空分装置的TSA的方法来吸附掉H₂O和CO₂，虽然也会有再生的过程，但是空分的原料为空气，直接排放大气泄压是没有污染的。但是对于HYCO的TSA来说，这些降压过程中产生的废气是可以循环利用的。

技术实现要素：

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内含废气循环利用的HYCO合成气分离净化系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种内含废气循环利用的HYCO合成气分离净化系统，包括TSA吸附罐、冷箱、PSA吸附罐及PSA解析气缓冲罐，

TSA吸附罐：与HYCO合成气原料管线相连，用于脱除原料气中H₂O和CO₂，

冷箱：内设有气液分离罐，气液分离罐入口与TSA吸附罐出口连接，利用CO、H₂、N₂、CH₄和AR等气体的沸点不同将合成气中CO和H₂分离，CO通过CO压缩机加压以后输出，产生的尾气则放至火炬燃烧掉，H₂通入PSA吸附罐提纯，

PSA吸附罐：与气液分离罐出口相连，对H₂进行提纯，

PSA解析气缓冲罐：与PSA吸附罐相连，

还包括TSA再生N₂进口管线、TSA泄压管线、TSA再生放火炬管线及循环气压缩机，

所述的TSA再生N₂进口管线与TSA吸附罐相连，用于对TSA吸附罐通过N₂加热而将吸附的H₂O和CO₂重新脱除，所述的TSA再生放火炬管线与TSA吸附罐相连，

所述的TSA泄压管线从TSA再生放火炬管线引出，并与循环气压缩机之间，将TSA吸附罐脱除的H₂O和CO₂输送给循环气压缩机，

所述的循环气压缩机还与PSA解析气缓冲罐相连，回收PSA解析气缓冲罐内的解析气，所述的循环气压缩机出口与HYCO合成气原料管线相连，将TSA吸附罐脱除的H₂O和CO₂以及解析气缓冲罐内的解析气回流至HYCO合成气原料管线。

所述的TSA吸附罐共设有两个，分别为第一TSA吸附罐与第二TSA吸附罐，所述的第一TSA吸附罐与第二TSA吸附罐并联设置，且所述的第一TSA吸附罐与第二TSA吸附罐同时串联在HYCO合成气原料管线上，所述的TSA再生N₂进口管线同时与第一TSA吸附罐及第二TSA吸附罐连接，所述的TSA再生放火炬管线同时与第一TSA吸附罐及第二TSA吸附罐连接。

所述的第一TSA吸附罐与第二TSA吸附罐之间设置连接管与切断阀，使得第一TSA吸附罐与第二TSA吸附罐中只有一个与HYCO合成气原料管线相通。

所述的循环气压缩机共有四段，由第一循环气压缩机、第二循环气压缩机、第三循环气压缩机及第四循环气压缩机串联形成，所述的第一循环气压缩机与第二循环气压缩机之间通过循环压缩机二段入口管线相连，所述的第二循环气压缩机与第三循环气压缩机之间通过循环压缩机三段入口管线相连，所述的第三循环气压缩机与第四循环气压缩机之间通过循环压缩机四段入口管线相连，所述的PSA解析气缓冲罐通过循环压缩机一段入口管线与第一循环气压缩机的入口相连，所述的TSA泄压管线从TSA再生放火炬管线引出，并连接到循环压缩机三段入口管线上，所述的第四循环气压缩机出口通过循环压缩机四段出口管线与HYCO合成气原料管线相连。

所述的循环压缩机四段出口管线上设置有单向阀，所述的单向阀流向为第四循环气压缩机出口流向至HYCO合成气原料管线。

所述的TSA泄压管线上设置有泄压手阀与泄压自动调节阀。

所述的PSA吸附罐出口与H₂产品管线连接。

所述的TSA再生放火炬管线上设置有放火炬阀门。

TSA即为温度变换吸附，第一TSA吸附罐与第二TSA吸附罐正常温度下30℃，原料气中H₂O和CO₂会在吸附剂Al₂O₃的作用下吸附，在高温状态240℃下H₂O和CO₂是可以从吸附剂中分离的，当第一TSA吸附罐与第二TSA吸附罐中的前一个罐吸附饱和时，将前一个罐切出系统，从22barg状态下，泄压至2barg，在此过程中新安装一根管线，从22barg开始泄压，通过泄压手阀与泄压自动调节阀泄压至9barg，然后关闭泄压手阀与泄压自动调节阀，并打开TSA再生放火炬管线上的放火炬阀门放空，直到吸附罐压力为0barg，用N₂经过N₂加热器加热至280℃，并通过TSA再生N₂进口管线进入第一TSA吸附罐或第二TSA吸附罐，使H₂O和CO₂重新脱除，脱除好H₂O和CO₂的吸附罐重新切入系统投用，继续吸附原料中的H₂O和CO₂。

本发明在降压的过程中将此部分气引至循环压缩机三段入口管线，HYCO循环压缩机的四段出口通过循环压缩机四段出口管线与HYCO合成气原料管线相连，并重新利用此部分的废气进一步提纯。

本发明中，TSA泄压管线从TSA再生放火炬管线上引出，并增加一个泄压自动调节阀来控制泄压的速度，以保证循环压缩机的正常运行。

本发明中，TSA泄压管线承受压力40barg，管线尺寸为1寸，材质为C钢。

本发明中，TSA泄压管线上设有泄压手阀与泄压自动调节阀，避免在不投用情况下，两个系统压力互串。

本发明HYCO合成气分离净化系统工作原理为：

1、在TSA再生开始阶段，第一TSA吸附罐压力为22barg，此时操作，将第一TSA吸附罐从HYCO合成气原料管线上隔离开来，TSA泄压有两条线路，一路是去放火炬，一路是去循环压缩机。

2、HYCO循环压缩机是一个四段往复式活塞压缩机，一段入口有PSA解析出来的2barg低压解析气进入HYCO循环压缩机加压至3.6barg，二段加压以后，出口压力为7.6barg，三段加压以后，出口压力14.9barg，四段加压以后，出口压力为23.4barg，四段出口连接至HYCO合成气原料管线，进行再次提纯。

3、泄压阀开始泄压，系统从22barg泄压至9barg。调节阀开度缓慢根据压力打开。直至9barg，系统自动关闭调节阀以后，将泄压手阀关闭，TSA再生放火炬管线上的TSA放火炬阀门自动打开，直至泄压至0barg。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

一、增加泄压自动调节阀以后，对循环压缩机的系统压力进行的有效的保护，不会对系统压力产生波动干扰。

二、安全可靠：由于新增TSA泄压管线上设有泄压手阀和泄压自动调节阀，故不会对合成气分离净化系统的压力产生影响。正常情况下不会发生系统介质互相串气。

三、环保：由于TSA本身的介质是CO和H₂以及微量CH₄，如果全部放火炬燃烧的话相当于会产生CO₂排放，对大气进行污染，而本发明采用了回收处理的方式。

四、操作方便：系统设置了自动泄压步骤，不需要人为去操作。

附图说明

图1为本发明HYCO合成气分离净化系统结构示意图。

图中标号：1为HYCO合成气原料管线，2为第一TSA吸附罐，3为第二TSA吸附罐，4为TSA再生放火炬管线，5为TSA泄压管线，6为TSA再生N₂进口管线，7为泄压手阀，8为泄压自动调节阀，9为PSA吸附罐，10为PSA解析气缓冲罐，11为气液分离罐，12为H₂产品管线，13为循环压缩机一段入口管线，14为循环压缩机二段入口管线，15为循环压缩机三段入口管线，16为循环压缩机四段出口管线，17为单向阀，18为冷箱，19为第一循环气压缩机，20为第二循环气压缩机，21为第三循环气压缩机，22为第四循环气压缩机，23为循环压缩机四段入口管线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种内含废气循环利用的HYCO合成气分离净化系统，如图1所示，包括TSA吸附罐、冷箱18、PSA吸附罐9及PSA解析气缓冲罐10，TSA吸附罐与HYCO合成气原料管线1相连，用于脱除原料气中H₂O和CO₂，冷箱18内设有气液分离罐11，气液分离罐11入口与TSA吸附罐出口连接，利用CO、H₂、N₂、CH₄和AR等气体的沸点不同将合成气中CO和H₂分离，CO通过CO压缩机加压以后输出，产生的尾气则放至火炬燃烧掉，H₂通入PSA吸附罐9提纯，PSA吸附罐9与气液分离罐11出口相连，对H₂进行提纯，PSA解析气缓冲罐10：与PSA吸附罐9相连，还包括TSA再生N₂进口管线6、TSA泄压管线5、TSA再生放火炬管线4及循环气压缩机，TSA再生N₂进口管线6与TSA吸附罐相连，用于对TSA吸附罐通过N₂加热而将吸附的H₂O和CO₂重新脱除，TSA再生放火炬管线4与TSA吸附罐相连，TSA泄压管线5从TSA再生放火炬管线4引出，并与循环气压缩机之间，将TSA吸附罐脱除的H₂O和CO₂输送给循环气压缩机，循环气压缩机还与PSA解析气缓冲罐10相连，回收PSA解析气缓冲罐10内的解析气，循环气压缩机出口与HYCO合成气原料管线1相连，将TSA吸附罐脱除的H₂O和CO₂以及解析气缓冲罐10内的解析气回流至HYCO合成气原料管线1。

TSA吸附罐共设有两个，分别为第一TSA吸附罐2与第二TSA吸附罐3，第一TSA吸附罐2与第二TSA吸附罐3并联设置，且第一TSA吸附罐2与第二TSA吸附罐3同时串联在HYCO合成气原料管线1上，TSA再生N₂进口管线6同时与第一TSA吸附罐2及第二TSA吸附罐3连接，TSA再生放火炬管线4同时与第一TSA吸附罐2及第二TSA吸附罐3连接。

第一TSA吸附罐2与第二TSA吸附罐3之间设置连接管与切断阀，使得第一TSA吸附罐2与第二TSA吸附罐3中只有一个与HYCO合成气原料管线1相通。

循环气压缩机共有四段，由第一循环气压缩机19、第二循环气压缩机20、第三循环气压缩机21及第四循环气压缩机22串联形成，第一循环气压缩机19与第二循环气压缩机20之间通过循环压缩机二段入口管线14相连，第二循环气压缩机20与第三循环气压缩机21之间通过循环压缩机三段入口管线15相连，第三循环气压缩机21与第四循环气压缩机22之间通过循环压缩机四段入口管线23相连，PSA解析气缓冲罐10通过循环压缩机一段入口管线13与第一循环气压缩机19的入口相连，TSA泄压管线5从TSA再生放火炬管线4引出，并连接到循环压缩机三段入口管线15上，第四循环气压缩机22出口通过循环压缩机四段出口管线16与HYCO合成气原料管线1相连。循环压缩机四段出口管线16上设置有单向阀17，单向阀17流向为第四循环气压缩机22出口流向至HYCO合成气原料管线1。TSA泄压管线5上设置有泄压手阀7与泄压自动调节阀8。

PSA吸附罐9出口与H₂产品管线12连接。TSA再生放火炬管线4上设置有放火炬阀门。

TSA即为温度变换吸附，第一TSA吸附罐2与第二TSA吸附罐3正常温度下30℃，原料气中H₂O和CO₂会在吸附剂Al₂O₃的作用下吸附，在高温状态240℃下H₂O和CO₂是可以从吸附剂中分离的，当第一TSA吸附罐2与第二TSA吸附罐3中的前一个罐吸附饱和时，将前一个罐切出系统，从22barg状态下，泄压至2barg，在此过程中新安装一根管线，从22barg开始泄压，通过泄压手阀7与泄压自动调节阀8泄压至9barg，然后关闭泄压手阀7与泄压自动调节阀8，并打开TSA再生放火炬管线4上的放火炬阀门放空，直到吸附罐压力为0barg，用N₂经过N₂加热器加热至280℃，并通过TSA再生N₂进口管线6进入第一TSA吸附罐2或第二TSA吸附罐3，使H₂O和CO₂重新脱除，脱除好H₂O和CO₂的吸附罐重新切入系统投用，继续吸附原料中的H₂O和CO₂。

本发明在降压的过程中将此部分气引至循环压缩机三段入口管线15，HYCO循环压缩机的四段出口通过循环压缩机四段出口管线16与HYCO合成气原料管线1相连，并重新利用此部分的废气进一步提纯。

本发明中，TSA泄压管线5从TSA再生放火炬管线4上引出，并增加一个泄压自动调节阀8来控制泄压的速度，以保证循环压缩机的正常运行。

本发明中，TSA泄压管线5承受压力40barg，管线尺寸为1寸，材质为C钢。

本发明中，TSA泄压管线5上设有泄压手阀7与泄压自动调节阀8，避免在不投用情况下，两个系统压力互串。

本发明HYCO合成气分离净化系统工作原理为：

1、在TSA再生开始阶段，第一TSA吸附罐压力为22barg，此时操作，将第一TSA吸附罐从HYCO合成气原料管线上隔离开来，TSA泄压有两条线路，一路是去放火炬，一路是去循环压缩机。

2、HYCO循环压缩机是一个四段往复式活塞压缩机，一段入口有PSA解析出来的2barg低压解析气进入HYCO循环压缩机加压至3.6barg，二段加压以后，出口压力为7.6barg，三段加压以后，出口压力14.9barg，四段加压以后，出口压力为23.4barg，四段出口连接至HYCO合成气原料管线，进行再次提纯。

3、泄压阀开始泄压，系统从22barg泄压至9barg。调节阀开度缓慢根据压力打开。直至9barg，系统自动关闭调节阀以后，将泄压手阀关闭，TSA再生放火炬管线上的TSA放火炬阀门自动打开，直至泄压至0barg。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。