一种CO深冷分离系统及其开车方法与流程

本发明属于深冷分离即低温精馏，具体涉及一种co深冷分离系统及其开车方法。

背景技术：

1、深冷分离法(又称低温精馏法)是采用机械方式将气体压缩冷却后，利用气体的沸点差异对气体进行精馏，使不同的气体进行分离。该方法在对气体进行精馏的过程中，首先需要外界提供大量的冷量对气体进行液化，然后经过热量交换进行各介质的重新分离。

2、co深冷分离装置一般包括依次连接的变温吸附单元、板换、深冷分离塔。co深冷分离装置正常操作中，最低点温度在-180℃左右。co深冷分离装置开车时需补入大量的液氮，利用低压氮气对系统建立循环进行降温，待温度降至接气温度之后方能进行工艺气体的引入。

3、在开车过程中，整个冷箱系统要从常温缓慢降温至-180℃，在此过程中要使用氮气完成系统降温冷却和积液的过程。在使用氮气循环为系统循环降温过程中，要使用液氮加入系统中，加速冷箱的降温速度，工艺气回路中的氮气被冷凝液化，冷箱中各罐、塔的液位将逐渐上涨，当冷箱中的温度达到-180℃并趋于稳定时，逐渐提高所有容器的液位。当氮气循环降温积液(液氮)完成后，工艺气回路停氮气循环，再缓慢引入工艺气。

4、工艺气先进入变温吸附单元脱除杂质(甲醇、二氧化碳等)后，进入板换降温，由于工艺气在换热器中冷凝液化，顺着流程逐渐进入深冷分离塔，逐渐用工艺气冷凝液置换工艺系统中开车过程氮气循环降温冷凝的液氮，直至工艺系统中液氮被工艺气冷凝液置换干净。逐渐调整各参数至正常设计参数，直至co产品指标达到设计值，co产品送下游系统使用。在引入工艺气、用工艺气冷凝液置换工艺系统中液氮、调整工艺参数直至co产品指标达到设计值的过程中，一般大约需要12h左右，在这个过程中，工艺气都是火炬放空，造成工艺气大量浪费，也不利于当前环保压力下企业的节能减排及增产提效。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种co深冷分离系统及其开车方法。本发明提供的方法开车时间短，开车过程中无需在工艺系统中使用液氮建立液位，减少用工艺气冷凝置换工艺系统液氮的步骤，从而减少开车过程工艺气的排放量和氮气的排放量，避免了原料排放对环境造成的污染。

2、为了实现本发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

3、本发明在第一方面提供了一种co深冷分离系统，所述深冷分离系统包括工艺气冷凝单元、氢气分离单元、co/ch4分离单元和氮气压缩制冷单元；

4、其中，所述工艺气冷凝单元包括换热装置、原料气冷却器、合成气分液罐ⅱ，用于将深冷分离系统入口的工艺气进行降温冷凝；待处理的工艺气在所述原料气冷却器中冷却后进入所述换热装置内进行换热，换热后进入所述合成气分液罐ⅱ内气液分离得到气相ⅰ和液相ⅰ；

5、所述氢气分离单元包括闪蒸塔和合成气分液罐ⅰ，用于分离出冷凝后的氢气；所述液相ⅰ从所述合成气分液罐ⅱ的罐底进入所述闪蒸塔内进行闪蒸，所述气相ⅰ再次进入所述原料气冷却器内冷却后进入所述合成气分液罐ⅰ内冷凝，在所述合成气分液罐ⅰ的罐顶得到富氢气，罐底得到液相ⅱ；富氢气进入所述原料气冷却器内复热后送入下游合成气管网，所述液相ⅱ进入所述闪蒸塔作为塔顶冷凝洗涤液，所述闪蒸塔的顶部闪蒸气进入所述原料气冷却器内复热至常温后，经闪蒸气管线送至闪蒸气压缩机升压后送入下游；

6、所述co/ch4分离单元包括co/ch4塔、冷凝器，用于低温液体精馏以提取co；所述闪蒸塔的塔底液相进入所述co/ch4塔，所述co/ch4塔的塔顶气相进入所述冷凝器中冷凝得到co液体、co产品气和ch4液相，所述co液体作为塔顶回流液回流到所述co/ch4塔内，所述co产品气从co/ch4塔的顶部产出并进入所述原料气冷却器内复热至常温后，经co产品气管线送至下游工段，所述co/ch4塔的塔底ch4液相进入所述原料气冷却器内复热后经ch4产品线送至下游；

7、所述氮气压缩制冷单元包括氮气压缩机，用于为深冷分离系统提供部分冷量；低压氮气经所述氮气压缩机升压后进入所述原料气冷却器中冷凝为液氮，用于为所述冷凝器提供冷量；液氮经所述冷凝器换热后的气相减压后进入所述原料气冷却器内复热，得到常温氮气后送出分离系统；

8、所述co产品气管线与所述闪蒸气管线通过管线ⅰ连通，所述ch4产品线与所述闪蒸气管线通过管线ⅱ连通，所述闪蒸气压缩机出口与工艺气冷凝单元入口通过管线ⅲ连通，所述管线ⅰ、管线ⅱ、管线ⅲ上均设有调节阀。

9、在一些具体的实施方式中，本发明的提供的co深冷分离系统还包括工艺气前段净化单元，用于吸附进入深冷分离系统的工艺气(-54℃、5.47mpag、h2：45.38％、co：54.05％、co2＜20ppm、ch3oh＜50ppm)中含有的甲醇和二氧化碳等微量杂质以避免这些杂质在下游的设备中结冰或富集堵塞损坏管道和设备；在一些优选的实施方式中，所述工艺气前段净化单元选自分子筛过滤器。

10、在一些具体的实施方式中，本发明中co深冷分离系统中闪蒸塔的塔底液相经减压阀ⅰ减压后进入所述co/ch4塔；所述合成气分液罐ⅰ的罐顶富氢气出口处设置有减压阀ⅱ，经减压阀ⅱ减压后进入原料气冷却器内复热；所述合成气分液罐ⅰ的罐底出口处设置有减压阀ⅲ，液相ⅱ经减压阀ⅲ减压后作为闪蒸塔塔顶的冷凝洗涤液。

11、在一些具体的实施方式中，所述闪蒸塔的塔底液相减压至0.45～0.55mpa后进入co/ch4塔；所述合成气分液罐ⅰ的罐顶得到是富氢气减压至5.1～5.3mpa后进入所述原料气冷却器内复热；所述合成气分液罐ⅰ的罐底得到的液相ⅱ减压至0.8～0.9mpa后进入所述闪蒸塔。

12、在本发明的co深冷分离系统中，所述换热装置具体包括闪蒸塔的再沸器和co/ch4塔的再沸器；经所述原料气冷却器冷却后的工艺气分别进入所述闪蒸塔的再沸器和所述co/ch4塔的再沸器管程以提供再沸热源，然后在所述合成气分液罐ⅱ中进行气液分离；在一些优选的实施方式中，工艺气经原料气冷却器冷却至-139～-141℃。

13、在一些具体的实施方式中，所述co/ch4分离单元中的冷凝器选自浴式冷凝器或立式冷凝器。

14、在一些具体的实施方式中，所述氮气压缩制冷单元还包括冷凝储罐；低压氮气经所述原料气冷却器冷凝为液氮后储存于上述的冷凝储罐中。

15、本发明在第二方面提供了一种利用上述co深冷分离系统的开车方法，包括如下步骤：

16、1)启动氮气压缩机使氮气压缩制冷单元建立循环降温；

17、2)向工艺气前段净化单元中引入上游的工艺气，以脱除其中的杂质；

18、3)启动闪蒸气压缩机，将所述管线ⅰ、管线ⅱ、管线ⅲ上的调节阀打开，依次对工艺气冷凝单元、氢气分离单元、co/ch4分离单元进行冲压，利用高压工艺气进行减压制冷与所述氮气压缩制冷单元共同降温并建立液位；

19、4)系统的温度降至-30～-50℃时，接入界区液氮进行辅助降温加速系统降温；

20、5)系统的温度降至-150～-160℃时深冷分离系统开始积液，所述合成气分液罐ⅰ、合成气分液罐ⅱ和co/ch4塔建立正常液位，调整参数完成开车。

21、本发明的开车方法在启动氮气循环降温后，直接将脱除杂质的工艺气引入工艺气深冷分离系统中，利用系统中管线ⅰ和管线ⅱ将co/ch4分离单元中co产品气和ch4气并入氢气分离系统的闪蒸气中，利用管线ⅲ将闪蒸气压缩机出口的气体返回至深冷分离系统中，使得高压的工艺气节流减压降温，大大提高了降温速率，缩短降温时间，同时减少了传统深冷分离系统开车中工艺气冷凝置换工艺系统液氮的步骤，从而减少开车过程工艺气的排放量和氮气的排放量，具有很好的社会经济效益。

22、本发明中co/ch4分离单元的co产品气、ch4气分别通过管线ⅰ和管线ⅱ与氢气分离单元的闪蒸气管线连通，将co/ch4分离单元中的co气和燃料气利用闪蒸气压缩机的升压，通过管线ⅲ再次返回至co深冷分离系统。

23、在一些具体的实施方式中，所述开车方法在进行步骤4)前还包括，系统的温度降至10～-30℃时，接入低温氮气进行辅助加速系统降温。

24、通过本发明的开车方法能够保证在短时间停车期间系统仍维持在正常液位和温度。当系统恢复正常后，将工艺气缓慢并入co深冷分离系统，缓慢将co/ch4分离系统中co产品气和燃料气退出闪蒸气压缩机，可以保证无缝衔接，始终保证co产品气的指标合格。上述过程避免了因短期co深冷分离系统停车后，对系统再次降温消耗的大量冷量，并且导致工艺气开车过程中大量放空，造成大量人力物力浪费。

25、本发明开车方法的一些具体方式中，所述液位建立到40～80％时，开车完成。

26、采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：

27、本发明提供的co深冷分离系统通过将co产品气管线、ch4产品线与闪蒸气管线连通，避免了因短时间停车、再次开车而造成的冷量浪费，并且导致工艺气开车过程中大量放空，造成人力物力的大量浪费；同时，通过该方法可以保证在系统短时间停车期间co深冷分离装置维持在正常液位和温度。

28、本发明的方法开车时间短，开车过程中无需在工艺系统中使用液氮建立液位，减少用工艺气冷凝置换工艺系统液氮的步骤，从而减少开车过程工艺气的排放量和氮气的排放量，避免了原料排放对环境造成的污染，具有良好的社会经济效益。

29、采用本发明方法开车过程中，闪蒸塔和co/ch4塔的降温速率显著加快，塔顶温度由之前0.3～0.8℃/h提升至2～3℃/h，开车时间由240h缩短至120h。

30、本发明的开车方法可以节省传统的co深冷分离系统氮气降温结束，再引入工艺气冷凝液置换工艺系统中液氮、调整工艺参数直至co产品指标达到设计值的操作步骤，节省大约12h左右，从而避免在这个过程中，工艺气火炬放空，造成工艺气大量浪费的情况。