CN110553464A - 一种降低氮循环能耗的co深冷分离系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低氮循环能耗的CO深冷分离系统及方法。它包括冷却器、塔底蒸发器、汽提塔、脱氮塔、脱氮塔顶冷凝器、脱甲烷塔、脱甲烷塔冷凝器、闪蒸罐、液氮分离罐、循环氮气压缩机；该分离方法采用了两种物流作为冷源，分别布置在冷凝器的上部和下部，根据液氮和脱氮塔底液体两股冷源的温度区间的不同，分别对热流体进行降温及部分冷凝，目的在于增加脱氮塔底液体作为冷源之一，减少氮气循环压缩机的功耗，降低成本，提高脱氮塔精馏操作的稳定性，同时也提高了系统调节的灵活性。

Description

一种降低氮循环能耗的CO深冷分离系统及方法
技术领域
本发明涉及一种降低氮循环能耗的CO深冷分离系统及方法，特别是优化配置两种温度区间不同的物流作为冷源的CO深冷分离系统方法。
背景技术
CO是重要的羰基合成原料气，由CO出发可以制取几乎所有的有机化学品。目前制取CO的合成气主要来自于煤加压气化或天然气/石脑油蒸汽转化，在煤气化制取的合成气中，除了含CO、氢气外，还含有少量的甲烷、氮气和氩气，鉴于生产乙二醇、醋酸和二甲基二酰胺等化工产品过程中对原料CO的纯度要求非常高，因此需要将合成气中的氢气、甲烷、氮气和氩气等脱除。深冷分离技术工艺成熟，操作稳定、处理量大、产品纯度高、收率高，是目前CO分离的首选技术。
一种低功耗CO深冷分离系统，包括脱碳气净化单元、深冷分离单元、PSA制氢单元、解析气压缩机单元和循环压缩机单元。本发明的有益效果是：采用富氢尾气或净化气做再生气，确保PSA制氢单元的解析气不含水和CO2；通过单独设置解析气换热通道和低温分离器，大幅降低解析气压缩机的功耗；采用氮气循环压缩机代替效率较低的CO循环压缩机，降低循环压缩机的功耗，还能够缩短装置的启动时间、减少启动阶段的放空量；能耗低、启动快、投资省、排放少，具有良好的经济效益和环保效益。
一种深冷分离CO、H2的双循环甲烷洗涤系统，它包括主换热器、甲烷洗涤塔、氢汽提塔、脱甲烷塔、塔顶冷凝器、脱氮塔、甲烷液体泵、循环氮气压缩机和CO压缩机，它还公开了方法，它具有换热、甲烷洗涤、脱氢、脱甲烷、脱氮、氮气压缩制冷循环和CO压缩循环等步骤。本发明的有益效果是：大幅降低生产H2的能耗和投资，还可以提高CO和H2的回收率；发挥CO压缩循环的精馏能耗低及氮气循环的压缩能耗和投资低的双重优势；精馏负荷的控制可靠、稳定；还可以缩短装置的启动和提纯时间、减少启动阶段的放空量；能耗低、启动快、投资省、排放少，符合节能降耗的大趋势，具有良好的经济效益和环保效益。
丙烷脱氢产品气深冷分离装置和方法，包括产品气压缩干燥系统、冷箱换热器、脱炔烃二烯烃系统、脱乙烷系统和丙烯精馏塔，产品气压缩干燥系统与冷箱换热器连接，丙烷脱氢产品气压缩干燥后送入到冷箱换热器进行分级冷凝形成冷凝液和低温冷凝液，冷凝液进入脱炔烃二烯烃系统脱除炔烃和二烯烃后送入脱乙烷系统，脱乙烷系统可接收低温冷凝液并向冷箱换热器输送气相轻组分，脱乙烷系统的液相组分输出到丙烯精馏塔精馏得到丙烯产品。本发明的丙烷脱氢产品气深冷分离工艺采用混合冷剂压缩制冷，可提供更广的制冷温度范围和更多的冷剂温度级别，减少了动设备数量，比常规的制冷分离工艺减少大量的设备投资及操作维护费用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种利用两种温度区间不同的物流作为冷源的降低氮循环能耗的CO深冷分离系统和方法。
本发明的降低氮循环能耗的CO深冷分离系统包括冷却器、一级塔底蒸发器、二级塔底蒸发器、三级塔底蒸发器、汽提塔、脱氮塔、脱氮塔顶冷凝器、脱甲烷塔、脱甲烷塔冷凝器、闪蒸罐和氮气循环系统；所述的一级塔底蒸发器、二级塔底蒸发器、三级塔底蒸发器分别为汽提塔、脱氮塔、脱氮塔顶冷凝器的塔底蒸发器；
所述氮气循环系统包括液氮分离罐、循环氮气压缩机和氮气循环管路；
原料气管路依次穿过冷却器、一级塔底蒸发器、二级塔底蒸发器)、三级塔底蒸发器，然后再次穿过冷却器的LY-1b管道并连接至闪蒸罐；
闪蒸罐的气相出口管路穿过冷却器的FY-3管道用于导出富氢气；闪蒸罐的液相出口管路分为两条支路，其中支路一直接进入汽提塔的顶部作为塔顶喷淋液体输送管路；支路二穿过冷却器后连接至汽提塔的中部进料口；
汽提塔的顶部出料口管路穿过冷却器的FY-4管道用于导出闪蒸汽；汽提塔底部的液体出料管路经一级塔底蒸发器和第二节流阀后进入脱氮塔顶部作为喷淋液体输送管路；
脱氮塔塔顶的富氮气出料管路经脱氮塔顶冷凝器后与脱甲烷塔塔底液体管路合流并进入冷却器的FY-2管道复热用于导出燃料气；脱氮塔塔底的液体管路经第三节流阀节流后进入脱氮塔顶冷凝器，并经脱氮塔顶冷凝器复热后连接至脱甲烷塔的进料口，脱甲烷塔塔顶出料管路经原料气冷却器的FY-1管道复热用于导出CO产品气；
循环氮气压缩机出口的氮气循环管路穿过冷却器并经第五节流阀节流后连接至液氮分离罐，液氮分离罐顶部气体出口管路经冷却器后连接循环氮气压缩机入口，液氮分离罐底部的液体管路分别为脱氮塔顶冷凝器和脱甲烷塔冷凝器提供冷源，复热后的氮气经冷却器后进入循环氮气压缩机。
作为本发明的优选方案，所述的支路一经第一节流阀后直接进入汽提塔的顶部作为塔顶喷淋液体输送管路；所述的支路二经第四节流阀后穿过冷却器后连接至汽提塔的中部进料口。
作为本发明的优选方案，脱甲烷塔塔底液体管路先经三级塔底蒸发器换热后再与脱氮塔顶冷凝器出来的富氮气出料管路合流。
作为本发明的优选方案，脱氮塔塔底的液体管路先经二级塔底蒸发器换热后，再经第三节流阀节流后进入脱氮塔顶冷凝器。
作为本发明的优选方案，液氮分离罐底部的液氮通过第六节流阀节流后分别连接脱氮塔顶冷凝器和脱甲烷塔冷凝器。
本文还公开了一种所述系统的降低氮循环能耗的CO深冷分离方法，包括以下步骤：
1)原料气依次经过冷却器、一级塔底蒸发器、二级塔底蒸发器、三级塔底蒸发器处理后，并由通道FY-3继续降温并部分冷凝后进入闪蒸罐，闪蒸罐顶部气体作为富氢气送出；
2)闪蒸罐底部的液体分成两股，一股经第一节流阀减压后直接进入汽提塔(T-101)的顶部作为塔顶喷淋液体，一股第四节流阀减压后进入原料气冷却器通道FY-6复热至一定温度后再进入汽提塔中部，汽提塔塔顶得到富含氢气的闪蒸气经过原料气冷却器的FY-4通道，复热后送出；
3)汽提塔底部的液体经第二节流阀节流后送入脱氮塔)顶部喷淋而下，塔顶的富氮气与脱甲烷塔底液体混合后经冷却器复热后作为燃料气送出；
4)脱氮塔底的液体经第三节流阀阀门节流后作为脱氮塔顶冷凝器的其中一股冷源物流，复热后进入脱甲烷塔，脱甲烷塔顶获得高纯度的CO气体经原料气冷却器复热后获得CO产品气送出；
5)脱甲烷塔底的富甲烷液体与脱氮塔顶的富氮气混合后经过原料气冷却器复热后作为燃料气送出；
其中，氮气循环系统为本深冷分离系统提供冷源、为脱氮塔和脱甲烷塔的塔顶冷凝器提供冷源；经循环氮气压缩机加压后的循环氮气经冷却器的LY-2通道冷凝再经第五节流阀节流后进入液氮分离罐，液氮分离罐顶部气体经冷却器复热后去循环氮气压缩机入口，液氮分离罐底部的液体分别为脱氮塔顶冷凝器和脱甲烷塔冷凝器提供冷源，这是脱氮塔顶冷凝器的第二股冷源物流，复热后的氮气经冷却器后去循环氮气压缩机。
脱氮塔(T-102)底的液体和液氮分离罐(S-102)底部的液氮是两种温度区间不同的冷源物流，其中脱氮塔(T-102)底的液体温度为-166℃，将其引至脱氮塔顶冷凝器(E-103)的上部；液氮分离罐(S-102)底部的液氮温度为-170℃，将其引至脱氮塔顶冷凝器(E-103)的下部；脱氮塔(T-102)塔顶的富氮气出料管路从脱氮塔顶冷凝器(E-103)的上部至上而下穿出脱氮塔顶冷凝器(E-103)进行换热。
本发明弥补了CO深冷分离方法领域存在的不足。本发明对脱氮塔冷凝器的冷源进行了优化配置，采用了两种物流作为冷源，分别布置在冷凝器的上部和下部，根据液氮和脱氮塔底液体两股冷源的温度区间的不同，分别对热流体进行降温及部分冷凝，目的在于增加脱氮塔底液体作为冷源之一，减少氮气循环压缩机的功耗，提高脱氮塔精馏操作的稳定性，同时也提高了系统调节的灵活性。具有能耗低、投资少、操作稳定、调节灵活等特点。
附图说明
图1为本发明降低氮循环能耗的CO深冷分离系统的示意图；
图中，冷却器E-101、一级塔底蒸发器E-102、二级塔底蒸发器E-104、三级塔底蒸发器E-106、汽提塔T-101、脱氮塔T-102、脱氮塔顶冷凝器E-103、脱甲烷塔T-103、脱甲烷塔冷凝器E-105、闪蒸罐S-101、液氮分离罐S-102、循环氮气压缩机ET-10L。
具体实施方式
如图1所示，一种降低氮循环能耗的CO深冷分离系统包括冷却器E-101、一级塔底蒸发器E-102、二级塔底蒸发器E-104、三级塔底蒸发器E-106、汽提塔T-101、脱氮塔T-102、脱氮塔顶冷凝器E-103、脱甲烷塔T-103、脱甲烷塔冷凝器E-105、闪蒸罐S-101和氮气循环系统；所述的一级塔底蒸发器E-102、二级塔底蒸发器E-104、三级塔底蒸发器E-106分别为汽提塔T-101、脱氮塔T-102、脱氮塔顶冷凝器E-103的塔底蒸发器；
所述氮气循环系统包括液氮分离罐S-102、循环氮气压缩机ET-10L和氮气循环管路；
原料气管路依次穿过冷却器E-101、一级塔底蒸发器E-102、二级塔底蒸发器E-104、三级塔底蒸发器E-106，然后再次穿过冷却器E-101的LY-1b管道并连接至闪蒸罐S-101；
闪蒸罐S-101的气相出口管路穿过冷却器E-101的FY-3管道用于导出富氢气；闪蒸罐S-101的液相出口管路分为两条支路，其中支路一直接进入汽提塔T-101的顶部作为塔顶喷淋液体输送管路；支路二穿过冷却器E-101后连接至汽提塔T-101的中部进料口；
汽提塔T-101的顶部出料口管路穿过冷却器E-101的FY-4管道用于导出闪蒸汽；汽提塔T-101底部的液体出料管路经一级塔底蒸发器E-102和第二节流阀V-102后进入脱氮塔T-102顶部作为喷淋液体输送管路；
脱氮塔T-102塔顶的富氮气出料管路经脱氮塔顶冷凝器E-103后与脱甲烷塔T-103塔底液体管路合流并进入冷却器E-101的FY-2管道复热用于导出燃料气；脱氮塔T-102塔底的液体管路经第三节流阀V-103节流后进入脱氮塔顶冷凝器E-103，并经脱氮塔顶冷凝器E-103复热后连接至脱甲烷塔T-103的进料口，脱甲烷塔T-103塔顶出料管路经原料气冷却器E-101的FY-1管道复热用于导出CO产品气；
循环氮气压缩机ET-10L出口的氮气循环管路穿过冷却器E-101并经第五节流阀V-105节流后连接至液氮分离罐S-102，液氮分离罐S-102顶部气体出口管路经冷却器E-101后连接循环氮气压缩机ET-10L入口，液氮分离罐S-102底部的液体管路分别为脱氮塔顶冷凝器E-103和脱甲烷塔冷凝器E-105提供冷源，复热后的氮气经冷却器E-101后进入循环氮气压缩机。
所述的降低氮循环能耗的CO深冷分离系统，其特征在于所述的支路一经第一节流阀V-101后直接进入汽提塔T-101的顶部作为塔顶喷淋液体输送管路；所述的支路二经第四节流阀V-104后穿过冷却器E-101后连接至汽提塔T-101的中部进料口。
所述的降低氮循环能耗的CO深冷分离系统，其特征在于脱甲烷塔T-103塔底液体管路先经三级塔底蒸发器E-106换热后再与脱氮塔顶冷凝器E-103出来的富氮气出料管路合流。
所述的降低氮循环能耗的CO深冷分离系统，其特征在于脱氮塔T-102塔底的液体管路先经二级塔底蒸发器E-104换热后，再经第三节流阀V-103节流后进入脱氮塔顶冷凝器E-103。
所述的降低氮循环能耗的CO深冷分离系统，其特征在于液氮分离罐S-102底部的液氮通过第六节流阀V-106节流后分别连接脱氮塔顶冷凝器E-103和脱甲烷塔冷凝器E-105。
所述降低氮循环能耗的CO深冷分离方法，其特征在于包括以下分离步骤：
1)原料气依次经过冷却器E-101、一级塔底蒸发器E-102、二级塔底蒸发器E-104、三级塔底蒸发器E-106处理后，并由通道FY-3继续降温并部分冷凝后进入闪蒸罐S-101，闪蒸罐S-101顶部气体作为富氢气送出；
2)闪蒸罐S-101底部的液体分成两股，一股经V-101减压后直接进入汽提塔T-101的顶部作为塔顶喷淋液体，一股经V-104减压后进入原料气冷却器E-101通道FY-6复热至一定温度后再进入汽提塔T-101中部，汽提塔T-101塔顶得到富含氢气的闪蒸气经过原料气冷却器E-101的FY-4通道，复热后送出；
3)汽提塔T-101底部的液体经V-102节流后送入脱氮塔T-102顶部喷淋而下，塔顶的富氮气与脱甲烷塔底液体混合后经冷却器E-101复热后作为燃料气送出；
4)脱氮塔T-102底的液体经第三节流阀V-103阀门节流后作为脱氮塔顶冷凝器E-103的其中一股冷源物流，复热后进入脱甲烷塔T-103，脱甲烷塔T-103顶获得高纯度的CO气体经原料气冷却器E-101复热后获得CO产品气送出；
5)脱甲烷塔T-103底的富甲烷液体与脱氮塔T-102顶的富氮气混合后经过原料气冷却器E-101复热后作为燃料气送出；
其中，氮气循环系统为本深冷分离系统提供冷源、为脱氮塔和脱甲烷塔的塔顶冷凝器提供冷源；经循环氮气压缩机ET-10L加压后的循环氮气经冷却器E-101的LY-2通道冷凝再经第五节流阀V-105节流后进入液氮分离罐S-102，液氮分离罐S-102顶部气体经冷却器E-101复热后去循环氮气压缩机ET-10L入口，液氮分离罐S-102底部的液体分别为脱氮塔顶冷凝器E-103和脱甲烷塔冷凝器E-105提供冷源，这是脱氮塔顶冷凝器E-103的第二股冷源物流，复热后的氮气经冷却器E-101后去循环氮气压缩机。
脱氮塔(T-102)底的液体和液氮分离罐(S-102)底部的液氮是两种温度区间不同的冷源物流，其中脱氮塔(T-102)底的液体温度为-166℃，将其引至脱氮塔顶冷凝器(E-103)的上部；液氮分离罐(S-102)底部的液氮温度为-170℃，将其引至脱氮塔顶冷凝器(E-103)的下部；脱氮塔(T-102)塔顶的富氮气出料管路从脱氮塔顶冷凝器(E-103)的上部至上而下穿出脱氮塔顶冷凝器(E-103)进行换热。
本发明对脱氮塔冷凝器采用了两种物流作为冷源，根据液氮和脱氮塔底液体两股冷源的温度区间的不同，分别对热流体进行降温及部分冷凝。提供增加脱氮塔底液体作为冷源之一，减少氮气循环压缩机的功耗，提高脱氮塔精馏操作的稳定性，同时也提高了系统调节的灵活性。

Claims (6)

1.一种降低氮循环能耗的CO深冷分离系统，其特征在于包括冷却器(E-101)、一级塔底蒸发器(E-102)、二级塔底蒸发器(E-104)、三级塔底蒸发器(E-106)、汽提塔(T-101)、脱氮塔(T-102)、脱氮塔顶冷凝器(E-103)、脱甲烷塔(T-103)、脱甲烷塔冷凝器(E-105)、闪蒸罐(S-101)和氮气循环系统；所述的一级塔底蒸发器(E-102)、二级塔底蒸发器(E-104)、三级塔底蒸发器(E-106)分别为汽提塔(T-101)、脱氮塔(T-102)、脱氮塔顶冷凝器(E-103)的塔底蒸发器；
所述氮气循环系统包括液氮分离罐(S-102)、循环氮气压缩机(ET-10L)和氮气循环管路；
原料气管路依次穿过冷却器(E-101)、一级塔底蒸发器(E-102)、二级塔底蒸发器(E-104)、三级塔底蒸发器(E-106)，然后再次穿过冷却器(E-101)的LY-1b管道并连接至闪蒸罐(S-101)；
闪蒸罐(S-101)的气相出口管路穿过冷却器(E-101)的FY-3管道用于导出富氢气；闪蒸罐(S-101)的液相出口管路分为两条支路，其中支路一直接进入汽提塔(T-101)的顶部作为塔顶喷淋液体输送管路；支路二穿过冷却器(E-101)后连接至汽提塔(T-101)的中部进料口；
汽提塔(T-101)的顶部出料口管路穿过冷却器(E-101)的FY-4管道用于导出闪蒸汽；汽提塔(T-101)底部的液体出料管路经一级塔底蒸发器(E-102)和第二节流阀(V-102)后进入脱氮塔(T-102)顶部作为喷淋液体输送管路；
脱氮塔(T-102)塔顶的富氮气出料管路经脱氮塔顶冷凝器(E-103)后与脱甲烷塔(T-103)塔底液体管路合流并进入冷却器(E-101)的FY-2管道复热用于导出燃料气；脱氮塔(T-102)塔底的液体管路经第三节流阀(V-103)节流后进入脱氮塔顶冷凝器(E-103)，并经脱氮塔顶冷凝器(E-103)复热后连接至脱甲烷塔(T-103)的进料口，脱甲烷塔(T-103)塔顶出料管路经原料气冷却器(E-101)的FY-1管道复热用于导出CO产品气；
循环氮气压缩机(ET-10L)出口的氮气循环管路穿过冷却器(E-101)并经第五节流阀(V-105)节流后连接至液氮分离罐(S-102)，液氮分离罐(S-102)顶部气体出口管路经冷却器(E-101)后连接循环氮气压缩机(ET-10L)入口，液氮分离罐(S-102)底部的液体管路分别为脱氮塔顶冷凝器(E-103)和脱甲烷塔冷凝器(E-105)提供冷源，复热后的氮气经冷却器(E-101)后进入循环氮气压缩机。
2.根据权利要求1所述的降低氮循环能耗的CO深冷分离系统，其特征在于所述的支路一经第一节流阀(V-101)后直接进入汽提塔(T-101)的顶部作为塔顶喷淋液体输送管路；所述的支路二经第四节流阀(V-104)后穿过冷却器(E-101)后连接至汽提塔(T-101)的中部进料口。
3.根据权利要求1所述的降低氮循环能耗的CO深冷分离系统，其特征在于脱甲烷塔(T-103)塔底液体管路先经三级塔底蒸发器(E-106)换热后再与脱氮塔顶冷凝器(E-103)出来的富氮气出料管路合流。
4.根据权利要求1所述的降低氮循环能耗的CO深冷分离系统，其特征在于脱氮塔(T-102)塔底的液体管路先经二级塔底蒸发器(E-104)换热后，再经第三节流阀(V-103)节流后进入脱氮塔顶冷凝器(E-103)。
5.根据权利要求1所述的降低氮循环能耗的CO深冷分离系统，其特征在于液氮分离罐(S-102)底部的液氮通过第六节流阀(V-106)节流后分别连接脱氮塔顶冷凝器(E-103)和脱甲烷塔冷凝器(E-105)。
6.一种如权利要求1所述系统的降低氮循环能耗的CO深冷分离方法，其特征在于包括以下步骤：
1)原料气依次经过冷却器(E-101)、一级塔底蒸发器(E-102)、二级塔底蒸发器(E-104)、三级塔底蒸发器(E-106)处理后，并由通道FY-3继续降温并部分冷凝后进入闪蒸罐(S-101)，闪蒸罐(S-101)顶部气体作为富氢气送出；
2)闪蒸罐(S-101)底部的液体分成两股，一股经第一节流阀(V-101)减压后直接进入汽提塔(T-101)的顶部作为塔顶喷淋液体，一股第四节流阀(V-104)减压后进入原料气冷却器(E-101)通道FY-6复热至一定温度后再进入汽提塔(T-101)中部，汽提塔(T-101)塔顶得到富含氢气的闪蒸气经过原料气冷却器(E-101)的FY-4通道，复热后送出；
3)汽提塔(T-101)底部的液体经第二节流阀(V-102)节流后送入脱氮塔(T-102)顶部喷淋而下，塔顶的富氮气与脱甲烷塔底液体混合后经冷却器(E-101)复热后作为燃料气送出；
4)脱氮塔(T-102)底的液体经第三节流阀(V-103)阀门节流后作为脱氮塔顶冷凝器(E-103)的其中一股冷源物流，复热后进入脱甲烷塔(T-103)，脱甲烷塔(T-103)顶获得高纯度的CO气体经原料气冷却器(E-101)复热后获得CO产品气送出；
5)脱甲烷塔(T-103)底的富甲烷液体与脱氮塔(T-102)顶的富氮气混合后经过原料气冷却器(E-101)复热后作为燃料气送出；
其中，氮气循环系统为本深冷分离系统提供冷源、为脱氮塔和脱甲烷塔的塔顶冷凝器提供冷源；经循环氮气压缩机(ET-10L)加压后的循环氮气经冷却器(E-101)的LY-2通道冷凝再经第五节流阀(V-105)节流后进入液氮分离罐(S-102)，液氮分离罐(S-102)顶部气体经冷却器(E-101)复热后去循环氮气压缩机(ET-10L)入口，液氮分离罐(S-102)底部的液体分别为脱氮塔顶冷凝器(E-103)和脱甲烷塔冷凝器(E-105)提供冷源，作为脱氮塔顶冷凝器(E-103)的第二股冷源物流，复热后的氮气经冷却器(E-101)后去循环氮气压缩机；
脱氮塔(T-102)底的液体和液氮分离罐(S-102)底部的液氮是两种温度区间不同的冷源物流，其中脱氮塔(T-102)底的液体温度为-166℃，将其引至脱氮塔顶冷凝器(E-103)的上部；液氮分离罐(S-102)底部的液氮温度为-170℃，将其引至脱氮塔顶冷凝器(E-103)的下部；脱氮塔(T-102)塔顶的富氮气出料管路从脱氮塔顶冷凝器(E-103)的上部至上而下穿出脱氮塔顶冷凝器(E-103)进行换热。
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