專利名稱：一種從混合氣體中通過低溫蒸餾制備一氧化碳的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種從混合氣體中通過低溫蒸餾制備一氧化碳的設(shè)備。
背景技術(shù)：
一氧化碳通常是從由天然氣、石油、煤或者其它碳?xì)浠衔餅樵线M(jìn)行催化轉(zhuǎn)化或部分氧化所產(chǎn)生的合成氣中分離獲得。除了一氧化碳外，氣體中常常還有氫氣、氮氣、甲烷和氬氣等。這些雜質(zhì)組分往往限制了一氧化碳的使用，使許多含有大量的一氧化碳混合氣體只能燃燒放空，造成資源的浪費。目前一氧化碳的分離主要有四類第一類是采用Cosorb法，利用絡(luò)合物溶液劑選擇性吸收一氧化碳，再經(jīng)過加熱解析獲得一氧化碳產(chǎn)品，因原料氣中的部分組成會與絡(luò)合溶劑反應(yīng)，使其對CO吸收能力下降甚至失效，故需要嚴(yán)格預(yù)處理，將有害組分去除。洗 滌富液加熱解析出來的CO中攜帶少量甲苯蒸汽及氯離子，還需要增加后續(xù)處理工序，該法投資和運行費用都較高且存在環(huán)境污染問題；第二類是采用氣體膜分離，利用不同氣體的溶解和擴散速率差異為原理，但一氧化碳與氮氣、氬氣和甲烷這幾種氣體的溶解和擴散速率差異較小，該法限制了一氧化碳的濃度；第三類是采用變壓吸附法(PSA)，利用吸附劑的吸附性能除去混合氣中的雜質(zhì)組分，該法在原料氣中一氧化碳濃度較低時較有優(yōu)勢，但是一氧化碳的收率不高，一般在85%左右；第四類是深冷分離法，也是目前采用較多的分離方法，利用不同物質(zhì)在不同壓力、不同溫度下的相變化進(jìn)行分離，該法處理量大、產(chǎn)品氣質(zhì)量高，收率高。采用深冷分離法生產(chǎn)一氧化碳還有一些專利報道，如CN101680713A，CN101568788B, CN101617189B,CN101688753A, CN102007358A,CN101823709A,CN102261811A等，這些專利中都采用將含有CO、H2, CH4, N2, Ar的混合氣通過不同程度的降溫、冷凝，首先除去不凝氣體H2、N2，然后除去除去液態(tài)的CH4、Ar得到高濃度的CO產(chǎn)品，系統(tǒng)的冷量由壓縮機加壓CO產(chǎn)品并部分返回系統(tǒng)膨脹做功提供，這樣造成高濃度的CO產(chǎn)品經(jīng)過壓縮機時存在泄漏的危險因素，CO屬易燃、易爆、有毒氣體，當(dāng)空氣中的CO濃度達(dá)到30mg/m3以上時將對人身造成傷害。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種從混合氣體中通過低溫蒸餾制備一氧化碳的設(shè)備。該設(shè)備安全性能高、節(jié)能、經(jīng)濟效益明顯、便于工業(yè)應(yīng)用推廣。本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種從混合氣體中通過低溫蒸餾制備一氧化碳的設(shè)備，該設(shè)備包括低溫精餾塔T101、純化塔T102，所述混合氣體的管線與換熱器ElOl進(jìn)行熱交換，混合氣體部分冷凝后通過管線依次與減壓膨脹閥VI、低溫精餾塔TlOl輸入端接通，低溫精餾塔TlOl的塔頂管線與換熱器E103、換熱器ElOl換熱后通過管線與外置非冷凝相處理裝置接通，低溫精餾塔TlOl底部內(nèi)設(shè)有換熱器E102并且底部的冷凝相出口通過管線與純化塔T102輸入端接通，純化塔T102的塔頂管線與換熱器E105、換熱器ElOl換熱后通過管線延伸構(gòu)成產(chǎn)品送出裝置的端口，純化塔T102底部內(nèi)設(shè)有換熱器E104并且底部的冷凝液相從塔底減壓、與換熱器ElOl換熱后通過管線與外置處理裝置接通。利用該設(shè)備制備一氧化碳時，將至少包含有氫氣、一氧化碳、甲烷的混合氣體，通過冷卻并部分冷凝、減壓膨脹后進(jìn)入低溫精餾塔，在低溫精餾塔中的非冷凝相如氫氣、氮氣等不凝氣體進(jìn)一步減壓膨脹到常壓后與換熱器換熱至常溫送裝置外統(tǒng)一處理；冷凝液相主要為一氧化碳、甲烷、氬氣等在精餾塔底進(jìn)一步與液氮換熱后進(jìn)入純化塔中部，在純化塔的底部與高壓的氣態(tài)氮氣換熱，一氧化碳升溫氣化成氣態(tài)，而換熱器中的氣態(tài)氮氣冷凝為液態(tài)；氣態(tài)的一氧化碳從純化碳頂部換熱至常溫條件后作為高濃度產(chǎn)品送出裝置；而純化塔底部的液相主要為甲烷、氬，通過減壓膨脹至常壓再換熱至常溫后與低溫精餾塔頂?shù)臍怏w一起送裝置外統(tǒng)一處理。具體地，所述低溫精餾塔輸入端設(shè)置于低溫精餾塔的中部。所述純化塔輸入端設(shè)置于純化塔的中部。所述混合氣體為包括氫氣、一氧化碳、甲烷的混合氣體。該混合氣體可以還包括氮氣和/或氬氣。該設(shè)備中具有使用氮氣作為循環(huán)流體用以提供分離能量或回收設(shè)備中氣體能量的氮氣封閉循環(huán)，該氮氣封閉循環(huán)中具有壓縮機、透平機和內(nèi)部具有氮氣的管線，管線一端與壓縮機出口接通，另一端分別通過管線與透平機低壓側(cè)進(jìn)口、透平機高壓側(cè)進(jìn)口接通，透平機升壓后的氮氣出口通過管路與壓縮機的氮氣進(jìn)口接通，所述換熱器E101、換熱器E102、換熱器E103、換熱器E104、換熱器E105的其中一側(cè)由氮氣封閉循環(huán)提供熱量或冷量。這里所述其中一側(cè)為換熱器的熱側(cè)或冷側(cè)。該設(shè)備中的冷源主要靠壓縮機對氮氣加壓做功所得，將外部的低壓氮氣送往壓縮機進(jìn)口，通過壓縮機將氮氣加壓到3. 3Mpa以上，通過換熱器冷卻至-14(T-120°C，然后進(jìn)入純化塔底部換熱器進(jìn)一步冷凝至液態(tài)，液態(tài)的氮進(jìn)入低溫精懼塔底部與大量的氣態(tài)一氧化碳換熱，液態(tài)氮升溫氣化，而氣態(tài)一氧化碳降溫液化，氣化的液氮通過減壓膨脹，溫升進(jìn)一步降低，一部分近常壓的液氣通過換熱至常溫后進(jìn)入透平機低壓側(cè)進(jìn)口，而一部分低壓的液氮進(jìn)入透平機高壓側(cè)進(jìn)口，對低壓側(cè)的氮氣做功升壓，然后溫度進(jìn)一步降低，壓力也除低，然后換熱至常溫后也進(jìn)入透平機低壓側(cè)進(jìn)口共同升壓，當(dāng)升到O. 2Mpa以上時進(jìn)入壓縮機進(jìn)口，這樣可降低整個系統(tǒng)的能耗。氮氣通過如此循環(huán)使用的方式為系統(tǒng)提供冷量。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型的有益效果是I、原料氣體不通過動設(shè)備如壓縮機，透平機等，杜絕了危險有害氣體(CO、H2, CH4)的泄漏因素；2、采用兩塔氮相變熱偶合工藝，CO產(chǎn)品的純度可以達(dá)到99. 5%以上；3、低壓氮氣通過透平增壓后在進(jìn)入壓縮機升壓，降低了 5%以上的能耗；4、工藝簡單、設(shè)備少、操作方便、適合工業(yè)化生產(chǎn)。

圖I為本實用新型工藝流程裝置示意圖。圖中T101-低溫精餾塔，Τ102-純化塔，ElOl Ε105-換熱器，ClOl-壓縮機，C102-透平機，ΥΓΥ7-減壓膨脹閥，Γ20-連接各設(shè)備之間的管線。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但本實用新型的實施方式不僅限于下述實施例。將含有CO 81. 98%,H2 4. 91%, N2 7. 57%, Ar: I. 84%, CH4 3. 70% (摩爾百分比)的工業(yè)尾氣，壓力2. 4Mpa(G),溫度常溫，流量192. 23kmol/h,通過換熱器ElOl冷凝換熱、減壓至l.OMpa(G)后進(jìn)入低溫精餾塔T101，部分CO和不凝氣體4、隊通過低溫精餾塔的塔頂管線與換熱器E103中的低溫液氮換熱后，回收部分CO，余下的少量低溫CO和H2、N2與換熱器ElOl換熱至常溫后送出界區(qū)統(tǒng)一處理，根據(jù)需要通過外置非冷凝相處理裝置進(jìn)行處理或應(yīng)用。低溫精餾塔TlOl底部液相主要為CO、Ar和CH4,通過減壓后進(jìn)入純化塔T102中部，通過與純化塔T102底部換熱器E104與氣態(tài)的氮換熱后，液態(tài)的CO升溫氣化為氣相CO從純化塔T102頂部與換熱器E105進(jìn)一步換熱后作為產(chǎn)品氣體再次與換熱器ElOl換熱至 常溫后送出界區(qū)，產(chǎn)品氣體組成C0 99. 73%，N2 0. 13%，Ar:O. 14% (摩爾百分比)，壓力O. 8Mpa(G),溫度常溫，流量:125kmol/h。純化塔T102底部液相主要為Ar、CH4和少量的CO，通過減壓后與換熱器ElOl換熱至常溫后送出界區(qū)統(tǒng)一處理，也可以與低溫精餾塔TlOl頂部氣相混合后再與換熱器ElOl換熱至常溫送出界區(qū)統(tǒng)一處理，根據(jù)需要通過外置處理裝置進(jìn)行處理或應(yīng)用，此混合氣組成C0 48. 96%, H2 14. 04%, N2 :21. 41%, Ar :4. 99%, CH4 :10. 58% (摩爾百分比)，壓力
O.8Mpa(G),溫度常溫，流量67. 23kmol/h。系統(tǒng)冷量由壓縮機對氮氣加壓做功提供，具體為1350kmol/h的氮氣(>99. 9Vol%)通過壓縮機ClOl三次壓加至3. 51Mpa (G)，通過與換熱器ElOl換熱冷卻至-134. 74°C，進(jìn)入換熱器E104進(jìn)一步冷卻至-149. 800C，再進(jìn)入換熱器E102冷卻至-167. 22°C，然后分成兩組，一組流量為569. 04kmol/h，減壓至O. 3IMpa (G)后與換熱器E105、ElOl進(jìn)行換熱；另一組流量為780. 96kmol/h，減壓至O. 60Mpa(G)后與換熱器E103換熱，再通過透平機C102驅(qū)動低壓側(cè)的氮氣后，進(jìn)一步減壓至O. 31Mpa(G)，溫度達(dá)到-174. 66°C ;兩組物料混合后總流量1350kmol/h,壓力0. 3IMpa (G)，溫度:-177. 01 °C，再與換熱器ElOl換熱至常溫后進(jìn)入透平機C102低壓側(cè)，從透平機低壓側(cè)出來后再進(jìn)入壓縮機，如此循環(huán)使用。其中表I、表2、表3為管線f 20中所檢測到的氣體參數(shù)值。表 I
權(quán)利要求1.一種從混合氣體中通過低溫蒸餾制備一氧化碳的設(shè)備，其特征是該設(shè)備包括低溫精餾塔(T101)、純化塔(T102)，所述混合氣體的管線與換熱器ElOl進(jìn)行熱交換，混合氣體部分冷凝后通過管線依次與減壓膨脹閥VI、低溫精餾塔(TlOl)輸入端接通，低溫精餾塔(TlOl)的塔頂管線與換熱器E103、換熱器ElOl換熱后通過管線與外置非冷凝相處理裝置接通，低溫精餾塔(TlOl)底部內(nèi)設(shè)有換熱器E102并且底部的冷凝相出口通過管線與純化塔(T102)輸入端接通，純化塔(T102)的塔頂管線與換熱器E105、換熱器ElOl換熱后通過管線延伸構(gòu)成產(chǎn)品送出裝置的端口，純化塔(T102)底部內(nèi)設(shè)有換熱器E104并且底部的冷凝液相從塔底減壓、與換熱器ElOl換熱后通過管線與外置處理裝置接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種從混合氣體中通過低溫蒸餾制備一氧化碳的設(shè)備，其特征是所述低溫精餾塔(TlOl)輸入端設(shè)置于低溫精餾塔(TlOl)的中部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種從混合氣體中通過低溫蒸餾制備一氧化碳的設(shè)備，其特征是所述純化塔(T102)輸入端設(shè)置于純化塔(T102)的中部。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的一種從混合氣體中通過低溫蒸餾制備一氧化碳的設(shè)備，其特征是該設(shè)備中具有使用氮氣作為循環(huán)流體用以提供分離能量或回收設(shè)備中氣體能量的氮氣封閉循環(huán)，該氮氣封閉循環(huán)中具有壓縮機、透平機和內(nèi)部具有氮氣的管線，管線一端與壓縮機出口接通，另一端分別通過管線與透平機低壓側(cè)進(jìn)口、透平機高壓側(cè)進(jìn)口接通，透平機升壓后的氮氣出口通過管路與壓縮機的氮氣進(jìn)口接通，所述換熱器E101、換熱器E102、換熱器E103、換熱器E104、換熱器E105的其中一側(cè)由氮氣封閉循環(huán)提供熱量或冷量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種從混合氣體中通過低溫蒸餾制備一氧化碳的設(shè)備，其特征是所述其中一側(cè)為換熱器的熱側(cè)或冷側(cè)。
專利摘要本實用新型涉及一種從混合氣體中通過低溫蒸餾制備一氧化碳的設(shè)備。該設(shè)備包括低溫精餾塔T101、純化塔T102，所述混合氣體的管線與換熱器E101進(jìn)行熱交換，混合氣體部分冷凝后通過管線依次與減壓膨脹閥V1、低溫精餾塔T101輸入端接通，低溫精餾塔T101的塔頂管線與換熱器E103、換熱器E101換熱后通過管線與外置非冷凝相處理裝置接通，低溫精餾塔T101底部內(nèi)設(shè)有換熱器E102并且底部的冷凝相出口通過管線與純化塔T102輸入端接通，純化塔T102的塔頂管線與換熱器E105、換熱器E101換熱后通過管線延伸構(gòu)成產(chǎn)品送出裝置的端口，純化塔T102底部內(nèi)設(shè)有換熱器E104并且底部的冷凝液相從塔底減壓、與換熱器E101換熱后通過管線與外置處理裝置接通。本實用新型的設(shè)備安全性能高、節(jié)能、經(jīng)濟效益明顯、便于工業(yè)應(yīng)用推廣。
文檔編號C01B31/18GK202717589SQ20122022026
公開日2013年2月6日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者鐘婭玲, 曾啟明, 鐘雨明, 陳天洪, 牟樹榮 申請人:四川亞連科技有限責(zé)任公司