CN106500461A - 具有加速预冷效果的hyco冷箱系统及其加速预冷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统及其加速预冷方法，第一板翅换热器与第二板翅换热器并列设置，用于进入冷箱与流出冷箱各种气体的换热，气液分离罐、H2汽提塔、N2/CO分离塔、CO/CH4分离塔用于先后对从HYCO合成气管线进入的HYCO合成气进行分离处理，在HYCO冷箱外设置有液氮罐，从液氮罐引出第一液氮管线与第二液氮管线，第一液氮管线经过第二板翅换热器换热后与低低压CO管线相接，第二液氮管线先后经过第二板翅换热器、第一板翅换热器换热后排放，液氮罐流出的液氮通过与第二板翅换热器或第一板翅换热器的换热为HYCO冷箱内部降温，加速预冷。与现有技术相比，本发明加快了HYCO产品合格的时间，同时安全可靠，环保。

Description

具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统及其加速预冷方法
技术领域
本发明涉及一种HYCO合成气分离用冷箱系统，尤其是涉及一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统及其加速预冷方法。
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。
目前HYCO冷箱开车主要是根据焦－汤效应由于氮气经过冷箱控制阀时膨胀，系统内温度开始下降。调节相关控制阀来分配冷箱中冷量，使冷箱内的所有线路和换热器均衡的冷却。
这期间冷箱的温度需要一个降温的过程，速率控制在每小时降温25℃以内。但是降温至-150℃以后，降温速率会缓慢下来，一个小时内降温5℃，这就造成了冷箱开车速度慢，产品合格速度慢，从而也加大了压缩机的电耗，又浪费了开车使用的N2和CO而造成污染。
有关文献也提到了空分装置的冷箱预冷的方法，但是使用的空气压缩机将空气加压再进入膨胀机制冷，但是由于分离的组分不同，预冷至-170℃就可以达到条件。但是对于HYCO的冷箱来说，工作温度更为苛刻。
发明内容
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具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统及其加速预冷方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统，所述的HYCO冷箱内包括第一板翅换热器、第二板翅换热器、气液分离罐、H2汽提塔、N2/CO分离塔、CO/CH4分离塔，所述的第一板翅换热器与第二板翅换热器并列设置，用于进入冷箱与流出冷箱各种气体的换热，所述的气液分离罐、H2汽提塔、N2/CO分离塔、CO/CH4分离塔用于先后对从HYCO合成气管线进入的HYCO合成气进行分离处理，所述的气液分离罐还外接设在HYCO冷箱外的PSA压力变动吸附罐，所述的PSA压力变动吸附罐用于吸附处理以得到H2产品，所述的H2汽提塔还外接闪蒸汽管线，用于余存H2排出，所述的N2/CO分离塔、CO/CH4分离塔同时外接用于尾气排放的尾气管线，所述的CO/CH4分离塔还外接分离后CO排出的低压CO管线，所述的低压CO管线连接压缩机，用于压缩低压CO成为CO产品，
在HYCO冷箱外设置有液氮罐，从所述的液氮罐引出两条管线，分别为第一液氮管线与第二液氮管线，所述的第一液氮管线经过第二板翅换热器换热后与低低压CO管线相接，所述的第二液氮管线先后经过第二板翅换热器、第一板翅换热器换热后排放，所述的液氮罐流出的液氮通过与第二板翅换热器或第一板翅换热器的换热为HYCO冷箱内部降温，加速预冷。
所述的CO压缩机由串联的第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机组成，所述的第一压缩机的入口连接开车用N2管线，所述的第二压缩机的出口引出CO产品，所述的第三压缩机的出口连接高压CO管线，所述的高压CO管线经过第一板翅换热器换热后连接膨胀机入口，所述的膨胀机出口连接低低压CO管线，低低压CO管线经过第一板翅换热器换热后连接到第一压缩机的入口，所述的第一液氮管线经过第二板翅换热器换热后与低低压CO管线相接。
所述的第一液氮管线上设有第一股液氮调节阀，所述的第二液氮管线上设有第二股液氮调节阀。
具体而言，所述的气液分离罐用于将HYCO合成气分离为气体与液体，所述的气液分离罐分离后气体进入PSA压力变动吸附罐处理后得到H2产品，所述的气液分离罐分离后液体顺序经过H2汽提塔、N2/CO分离塔、CO/CH4分离塔处理。
具体而言，所述的气液分离罐与PSA压力变动吸附罐之间通过粗H2管线连接。
具体而言，所述的H2汽提塔接受气液分离罐分离后液体，用于提取气液分离罐分离出的液体中的余存H2，并外接闪蒸汽管线，将余存H2排出，所述的H2汽提塔流出液体进入N2/CO分离塔。
具体而言，所述的N2/CO分离塔对H2汽提塔流出液体进行N2与CO分离，并外接用于排走N2的尾气管线，分离出的N2通过尾气管线排出，含CO的气体进入CO/CH4分离塔分离。
具体而言，所述的CO/CH4分离塔对N2/CO分离塔流出产物进行分离，分离后包括CH4在内的尾气通过尾气管线排走，分离后CO从低压CO管线进入压缩机压缩。
具体而言，在HYCO冷箱内还配制有配合N2/CO分离塔的N2/CO再沸器与N2/CO冷凝器，在HYCO冷箱内还配制有配合CO/CH4分离塔的CO/CH4再沸器。
使用所述的HYCO冷箱系统进行加速预冷方法，包括以下步骤：
A、将液氮罐内液氮充至70％的体积，并将液氮罐压力控制在6-8barg；
B、打开开车用N2管线，开启CO压缩机、膨胀机以后对冷箱进行预冷，通过CO压缩机将N2加压至10.9barg，然后依靠透平膨胀机将10.9barg高压气体节流成1barg低压气体，并经过第一板翅换热器换热来提供冷量对冷箱进行预冷，在预冷至-50℃以后，打开第一股液氮调节阀，观察第一股液氮调节阀出口温度与冷箱预冷温度相差不超过10℃，引入第一股液氮，第一股液氮通过第一液氮管线进入低低压CO管线，对冷箱进行预冷，冷箱降温不超过每小时25℃；(这一股液氮和和膨胀机出口低低压CO管线汇合气流汇合后，温度不会下降的太快而损伤板翅换热器，但是此液氮的第一股液氮调节阀也不能开太大，过多的冷量也会损伤设备)
C、继续预冷，在预冷至-160℃，打开第二股液氮调节阀，引第二股液氮对冷箱进行预冷，观察第二股液氮调节阀出口温度与冷箱预冷温度相差不超过10℃；这股液氮由于是直接经过板翅换热器的，所以也不开太大，应注意附近两根管线的温差。
D、预冷至-170℃，当气液分离罐与H2汽提塔之间的气液分离管线有液相出现，并维持稳定的液位以后，将第一股液氮调节阀慢慢关闭，使液位维持在60％，开始从HYCO合成气管线引入HYCO合成气原料，当原料进入系统后，冷箱会慢慢降至正常工作温度-181℃，在关闭好第一股液氮调节阀以后，慢慢关小第二股液氮调节阀开度，最后保持小开度并常开。
本发明中从所述的液氮罐引出两条管线，第一液氮管线经过第二板翅换热器换热后，进入低低压CO管线内，再经过第一板翅换热器换热对冷箱进行冷却的。第二液氮管线是直接先后经过第二板翅换热器、第一板翅换热器换热后放空对冷箱进行冷却的。
HYCO合成气分离净化装置的开车过程是一个缓慢的降温过程，在冷箱中新增了两根液氮管线，在冷却至-50℃时加速冷箱的预冷速度，从而加快CO产品和H2产品合格的速度，并更节能环保。
本发明中，高压CO管线是指直接与第三压缩机出口相连的CO管线，且里面所含CO为经过三个压缩机压缩后的CO。
低压CO管线是指与第二压缩机的入口相连的CO管线，低压CO管线内所含CO为经过冷箱分离后的CO。
低低压CO管线是指与第一压缩机入口相连的CO管线，该管线还与第一液氮管线相连，即该低低压CO管线还作为液氮管线，第一液氮管线内液氮经过第二板翅换热器换热后，进入低低压CO管线内，再经过第一板翅换热器换热对冷箱进行冷却，再由入低低压CO管线进入第一压缩机进行压缩。
即，本发明中CO压缩机除了作为压缩CO用以外，还用于压缩N2使用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
一、本发明系统增加液氮管线以后，加快了HYCO产品合格的时间。
二、安全可靠：由于新增管线是带有温度联锁的，在没有达到指定温度的情况下，调节阀的阀门是不允许打开的，也对其操作不了，对设备起到了保护。
三、环保：HYCO开车时，是需要用N2来预冷的，时间越短排放的N2也越短，此外压缩机无用功的时间也越短。
四、操作方便：此管线阀门可以进行远程控制的，不需要增加人力。
附图说明
图1为本发明具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统结构示意图。
图中标号所示：1为第一板翅换热器，2为第二板翅换热器，3为气液分离罐，4为H2汽提塔，5为N2/CO分离塔，6为CO/CH4分离塔，7为CO压缩机，8为膨胀机，9为PSA压力变动吸附罐，10为液氮罐，11为HYCO合成气管线，12为闪蒸汽管线，13为粗H2管线，14为低压CO管线，15为尾气管线，16为开车用N2管线，17为低低压CO管线，18为高压CO管线，19为第二液氮管线，20为第一股液氮调节阀，21为第二股液氮调节阀，22为第一液氮管线。
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
一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统，如图1所示，HYCO冷箱内包括第一板翅换热器1、第二板翅换热器2、气液分离罐3、H2汽提塔4、N2/CO分离塔5、CO/CH4分离塔6，第一板翅换热器1与第二板翅换热器2并列设置，用于进入冷箱与流出冷箱各种气体的换热，气液分离罐3、H2汽提塔4、N2/CO分离塔5、CO/CH4分离塔6用于先后对从HYCO合成气管线11进入的HYCO合成气进行分离处理，气液分离罐3还外接设在HYCO冷箱外的PSA压力变动吸附罐9，PSA压力变动吸附罐9用于吸附处理以得到H2产品，H2汽提塔4还外接闪蒸汽管线12，用于余存H2排出，N2/CO分离塔5、CO/CH4分离塔6同时外接用于尾气排放的尾气管线15，CO/CH4分离塔6还外接分离后CO排出的低压CO管线14，低压CO管线14连接压缩机7，用于压缩低压CO成为CO产品，
在HYCO冷箱外设置有液氮罐10，从液氮罐10引出两条管线，分别为第一液氮管线22与第二液氮管线19，第一液氮管线22经过第二板翅换热器2换热后与低低压CO管线17相接，第二液氮管线19先后经过第二板翅换热器2、第一板翅换热器1换热后排放，液氮罐10流出的液氮通过与第二板翅换热器2或第一板翅换热器1的换热为HYCO冷箱内部降温，加速预冷。
CO压缩机7由串联的第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机组成，第一压缩机的入口连接开车用N2管线16，第二压缩机的出口引出CO产品，第三压缩机的出口连接高压CO管线18，高压CO管线18经过第一板翅换热器1换热后连接膨胀机8入口，膨胀机8出口连接低低压CO管线17，低低压CO管线17经过第一板翅换热器1换热后连接到第一压缩机的入口，第一液氮管线22经过第二板翅换热器2换热后与低低压CO管线17相接。第一液氮管线22上设有第一股液氮调节阀20，第二液氮管线19上设有第二股液氮调节阀21。
具体而言，气液分离罐3用于将HYCO合成气分离为气体与液体，气液分离罐3分离后气体进入PSA压力变动吸附罐9处理后得到H2产品，气液分离罐3分离后液体顺序经过H2汽提塔4、N2/CO分离塔5、CO/CH4分离塔6处理。气液分离罐3与PSA压力变动吸附罐9之间通过粗H2管线13连接。H2汽提塔4接受气液分离罐3分离后液体，用于提取气液分离罐3分离出的液体中的余存H2，并外接闪蒸汽管线12，将余存H2排出，H2汽提塔4流出液体进入N2/CO分离塔5。N2/CO分离塔5对H2汽提塔4流出液体进行N2与CO分离，并外接用于排走N2的尾气管线15，分离出的N2通过尾气管线15排出，含CO的气体进入CO/CH4分离塔6分离。CO/CH4分离塔6对N2/CO分离塔5流出产物进行分离，分离后包括CH4在内的尾气通过尾气管线15排走，分离后CO从低压CO管线14进入压缩机7压缩。在HYCO冷箱内还配制有配合N2/CO分离塔5的N2/CO再沸器与N2/CO冷凝器，在HYCO冷箱内还配制有配合CO/CH4分离塔6的CO/CH4再沸器。
使用HYCO冷箱系统进行加速预冷方法，包括以下步骤：
A、将液氮罐10内液氮充至70％的体积，并将液氮罐10压力控制在6-8barg；
B、打开开车用N2管线16，开启CO压缩机7、膨胀机8以后对冷箱进行预冷，通过CO压缩机7将N2加压至10.9barg，然后依靠透平膨胀机8将10.9barg高压气体节流成1barg低压气体，并经过第一板翅换热器1换热来提供冷量对冷箱进行预冷，在预冷至-50℃以后，打开第一股液氮调节阀20，观察第一股液氮调节阀20出口温度与冷箱预冷温度相差不超过10℃，引入第一股液氮，第一股液氮通过第一液氮管线22进入低低压CO管线17，对冷箱进行预冷，冷箱降温不超过每小时25℃；(这一股液氮和和膨胀机出口低低压CO管线汇合气流汇合后，温度不会下降的太快而损伤板翅换热器，但是此液氮的第一股液氮调节阀也不能开太大，过多的冷量也会损伤设备)
C、继续预冷，在预冷至-160℃，打开第二股液氮调节阀20，引第二股液氮对冷箱进行预冷，观察第二股液氮调节阀20出口温度与冷箱预冷温度相差不超过10℃；这股液氮由于是直接经过板翅换热器的，所以也不开太大，应注意附近两根管线的温差。
D、预冷至-170℃，当气液分离罐3与H2汽提塔4之间的气液分离管线有液相出现，并维持稳定的液位以后，将第一股液氮调节阀20慢慢关闭，使液位维持在60％，开始从HYCO合成气管线11引入HYCO合成气原料，当原料进入系统后，冷箱会慢慢降至正常工作温度-181℃，在关闭好第一股液氮调节阀20以后，慢慢关小第二股液氮调节阀21开度，最后保持小开度并常开。
本系统从液氮罐10引出两条管线，第一液氮管线22经过第二板翅换热器2换热后，进入低低压CO管线17内，再经过第一板翅换热器1换热对冷箱进行冷却的。第二液氮管线19是直接先后经过第二板翅换热器2、第一板翅换热器1换热后放空对冷箱进行冷却的。
HYCO合成气分离净化装置的开车过程是一个缓慢的降温过程，在冷箱中新增了两根液氮管线，在冷却至-50℃时加速冷箱的预冷速度，从而加快CO产品和H2产品合格的速度，并更节能环保。
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。

Claims (10)

1.一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统，所述的HYCO冷箱内包括第一板翅换热器(1)、第二板翅换热器(2)、气液分离罐(3)、H2汽提塔(4)、N2/CO分离塔(5)、CO/CH4分离塔(6)，
所述的第一板翅换热器(1)与第二板翅换热器(2)并列设置，用于进入冷箱与流出冷箱各种气体的换热，所述的气液分离罐(3)、H2汽提塔(4)、N2/CO分离塔(5)、CO/CH4分离塔(6)用于先后对从HYCO合成气管线(11)进入的HYCO合成气进行分离处理，所述的气液分离罐(3)还外接设在HYCO冷箱外的PSA压力变动吸附罐(9)，所述的PSA压力变动吸附罐(9)用于吸附处理以得到H2产品，所述的H2汽提塔(4)还外接闪蒸汽管线(12)，用于余存H2排出，所述的N2/CO分离塔(5)、CO/CH4分离塔(6)同时外接用于尾气排放的尾气管线(15)，所述的CO/CH4分离塔(6)还外接分离后CO排出的低压CO管线(14)，所述的低压CO管线(14)连接压缩机(7)，用于压缩低压CO成为CO产品，
其特征在于，在HYCO冷箱外设置有液氮罐(10)，从所述的液氮罐(10)引出两条管线，分别为第一液氮管线(22)与第二液氮管线(19)，所述的第一液氮管线(22)经过第二板翅换热器(2)换热后与低低压CO管线(17)相接，所述的第二液氮管线(19)先后经过第二板翅换热器(2)、第一板翅换热器(1)换热后排放，所述的液氮罐(10)流出的液氮通过与第二板翅换热器(2)或第一板翅换热器(1)的换热为HYCO冷箱内部降温，加速预冷。
2.根据权利要求1所述的一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统，其特征在于，所述的CO压缩机(7)由串联的第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机组成，所述的第一压缩机的入口连接开车用N2管线(16)，所述的第二压缩机的出口引出CO产品，所述的第三压缩机的出口连接高压CO管线(18)，所述的高压CO管线(18)经过第一板翅换热器(1)换热后连接膨胀机(8)入口，所述的膨胀机(8)出口连接低低压CO管线(17)，低低压CO管线(17)经过第一板翅换热器(1)换热后连接到第一压缩机的入口，所述的第一液氮管线(22)经过第二板翅换热器(2)换热后与低低压CO管线(17)相接。
3.根据权利要求1所述的一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统，其特征在于，所述的第一液氮管线(22)上设有第一股液氮调节阀(20)，所述的第二液氮管线(19)上设有第二股液氮调节阀(21)。
4.根据权利要求1所述的一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统，其特征在于，所述的气液分离罐(3)用于将HYCO合成气分离为气体与液体，所述的气液分离罐(3)分离后气体进入PSA压力变动吸附罐(9)处理后得到H2产品，所述的气液分离罐(3)分离后液体顺序经过H2汽提塔(4)、N2/CO分离塔(5)、CO/CH4分离塔(6)处理。
5.根据权利要求4所述的一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统，其特征在于，所述的气液分离罐(3)与PSA压力变动吸附罐(9)之间通过粗H2管线(13)连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统，其特征在于，所述的H2汽提塔(4)接受气液分离罐(3)分离后液体，用于提取气液分离罐(3)分离出的液体中的余存H2，并外接闪蒸汽管线(12)，将余存H2排出，所述的H2汽提塔(4)流出液体进入N2/CO分离塔(5)。
7.根据权利要求1所述的一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统，其特征在于，所述的N2/CO分离塔(5)对H2汽提塔(4)流出液体进行N2与CO分离，并外接用于排走N2的尾气管线(15)，分离出的N2通过尾气管线(15)排出，含CO的气体进入CO/CH4分离塔(6)分离。
8.根据权利要求1所述的一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统，其特征在于，所述的CO/CH4分离塔(6)对N2/CO分离塔(5)流出产物进行分离，分离后包括CH4在内的尾气通过尾气管线(15)排走，分离后CO从低压CO管线(14)进入压缩机(7)压缩。
9.根据权利要求1所述的一种具有加速预冷效果的HYCO冷箱系统，其特征在于，在HYCO冷箱内还配制有配合N2/CO分离塔(5)的N2/CO再沸器与N2/CO冷凝器，在HYCO冷箱内还配制有配合CO/CH4分离塔(6)的CO/CH4再沸器。
10.使用如权利要求1所述的HYCO冷箱系统进行加速预冷方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将液氮罐(10)内液氮充至70％的体积，并将液氮罐(10)压力控制在6-8barg；
B、打开开车用N2管线(16)，开启CO压缩机(7)、膨胀机(8)以后对冷箱进行预冷，通过CO压缩机(7)将N2加压至10.9barg，然后依靠透平膨胀机(8)将10.9barg高压气体节流成1barg低压气体，并经过第一板翅换热器(1)换热来提供冷量对冷箱进行预冷，在预冷至-50℃以后，打开第一股液氮调节阀(20)，观察第一股液氮调节阀(20)出口温度与冷箱预冷温度相差不超过10℃，引入第一股液氮，第一股液氮通过第一液氮管线(22)进入低低压CO管线(17)，对冷箱进行预冷，冷箱降温不超过每小时25℃；
C、继续预冷，在预冷至-160℃，打开第二股液氮调节阀(20)，引第二股液氮对冷箱进行预冷，观察第二股液氮调节阀(20)出口温度与冷箱预冷温度相差不超过10℃；
D、预冷至-170℃，当气液分离罐(3)与H2汽提塔(4)之间的气液分离管线有液相出现，并维持稳定的液位以后，将第一股液氮调节阀(20)慢慢关闭，使液位维持在60％，开始从HYCO合成气管线(11)引入HYCO合成气原料，当原料进入系统后，冷箱慢慢降至正常工作温度-181℃，在关闭好第一股液氮调节阀(20)以后，慢慢关小第二股液氮调节阀(21)开度，最后保持小开度并常开。
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