[发明专利]一种合成气分离制取氢气及高纯一氧化碳的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体分离的方法，尤其涉及一种通过深冷液化作用进行气体分离的方法，具体地，涉及一种合成气分离制取氢气及高纯一氧化碳的方法和装置。

背景技术

随着我国大型化工领域的发展，以天然气、煤及其它碳氢化合物为原料进行水蒸气重整催化转化或部分氧化所产生的合成气的总量也在剧增，这些合成气中除了含有未充分转化的一氧化碳，还常常含有氢气、氮气、甲烷、氧气和二氧化碳等。由于合成气中多种多样的杂质组分，往往限制了它的进一步使用，大数情况下，每天都有大量的混合气体只能白白地燃烧放空，造成了资源的浪费和温室效应的加剧。

事实上，高纯度的气体已经成为了重要的基础化学原料，尤其是一氧化碳和氢气，已经被广泛地应用于羰基合成等化工过程，成为一系列基本有机化工产品和中间体的重要原料。其中，一氧化碳的来源基本是通过对含有一定量CO2、CO、H2、N2、CH4、O2、H2O等的气体混合物，采用深冷分离方法，从而获得高纯度的CO，这种方法适用于大规模的工业生产，而且可以更加有效地获得高纯度的CO。

目前来看，深冷分离方法一般是通过将一定压力的合成气进行节流、膨胀，以产生更低温度从而使合成气全部或部分液化，进而将H2、CH4、CO分离。其中，深冷分离法的核心是利用合成气中各组分之间沸点的差异，通过精馏塔来实现气体混合物的分离。为了防止混合气中杂质组分在低温下固化从而堵塞换热器和管道，需要原料气在进入冷箱前进行预处理，脱除重烃、CO2、H2O和H2S等。

中国专利CN104011488 A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，其中包括，首先对原料合成气进行冷却，然后在甲烷洗涤塔中脱除大部分氢气，并进入汽提塔中进一步脱除氢气后进入脱甲烷塔的中部，然后在塔釜得到富甲烷，富甲烷经液体泵加压后部分作为甲烷洗涤塔回流液，部分继续复热出装置作为燃料气，在脱甲烷塔顶部得到富一氧化碳，富一氧化碳经复热出装置进入一氧化碳循环压缩机增压，产品一氧化碳从循环压缩机中间级抽出。装置的冷量补充为循环压缩机出口的一氧化碳在换热器中冷却从中部抽出进入膨胀机膨胀至低压返回换热器复热。

在上述所述方法中，因低沸点的氮气随着一氧化碳一起富集到脱甲烷塔顶部，因此该装置生产的一氧化碳中的氮气无法在该流程中解决，需要增加装置进一步脱除，且富一氧化碳出装置的压力较低需要出冷箱后在循环压缩机中增压从中间级抽出。该发明的甲烷洗涤塔不含再沸器，因此无法在一个塔中一次脱除，需要增加汽提塔，在汽提塔顶部排放富氢气体，该气体无法作为产品气使用因此装置氢气提取率较低。

另外，CN101568788B公开了一种通过低温蒸馏分离至少包含氢、氮和一氧化碳的混合物的方法和设备，虽然取得了一定的分离效果，但是采用的设备没有进一步不完善，尤其在开始用于主要分离氢气得到含有甲烷、一氧化碳和氮气混合物的C1和C2中，需要设置C2塔来脱除残余氢气，而一部分原料氢气又进入C1塔底部，因而C2塔原料中含氢量＞1.5％在C2塔顶脱除，这部分粗氢不能作为氢气产品使用，降低了氢气回收率。

发明内容

为了解决现有技术在分离提纯合成气中提出的方法和装置，在实际应用中的不足，提供一种高效节能的从合成气中分离制取氢气及高纯一氧化碳的方法和装置，本发明提供了一种合成气分离制取氢气及高纯一氧化碳的方法和装置，首先是以含有H2、CO、N2、CH4、O2等的气体混合物的合成气为原料，并可以同时生产氢气和一氧化碳，辅助得到氮气和燃料气的方法，概括来说就是采用脱氢塔C1、脱氧-甲烷塔C2和脱氮塔C3连续精馏制取氢气及高纯一氧化碳，同时将氮气和燃料气也从合成气中分离出来，克服了传统方法的缺陷，节省了设备投资，降低了能耗，提高了产品附加值，从而实现了循环经济效应。

本发明的一个目的是提供一种针对杂质含量高的合成气进行分离的方法。

本发明的另一目的是得到一种可以作为原料或者中间体参与合成或研究的高纯度H₂，另一方面，所述方法对于分离H₂具有高回收率。

本发明的另一目的是得到一种高纯度的CO。

本发明的目的还包括辅助得到可以再次利用的氮气和燃料气。

本发明的目的还在于在实现上述目的的基础上，提供一种减少能量消耗并降低投资成本的方法。

本发明的目的还在于提供一种装置已实现上述目的。