一種適用于煤制甲醇裝置中的合成氣分離系統的制作方法
【專利摘要】一種適用于煤制甲醇裝置中的合成氣分離系統,它主要由四組板翅式換熱器，包含一臺再沸器、兩臺冷凝器、兩臺氣液分離罐的兩臺低溫精餾塔，一臺透平壓縮機以及一臺增壓透平膨脹機組成，第一進料依次連通四組換熱器的第一熱源通道后連接于第一精餾塔的底部進料口，第一精餾塔的底部液相出口連接于第二、第三換熱器的第三冷源通道并連接于第二精餾塔的中部進料口；第一精餾塔的頂部依次連接于第一冷凝器和第一氣液分離罐，并由第一氣液分離器的液相出口連接第一精餾塔的液相返回口，第一氣液分離罐的氣相出口連接于第四換熱器的冷源通道并與第二精餾塔的頂部氣相混合后連接第一、二、三換熱器的第二冷源通道，并在接出后作為下游甲醇工藝的合成氣。
【專利說明】-種適用于煤制甲醇裝置中的合成氣分離系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種煤制甲醇項目中的合成氣分離系統，具體而言，本實用新型 是利用各種氣體組分的沸點差異，通過低溫精餾來實現氣體混合物的分離，可推廣應用在 工業用多組分氣體的液化和分離裝置中。
【背景技術】
[0002] 甲醇作為一種極其重要的化工原料，在我國，80%以上的甲醇來源于煤炭轉化，這 取決于我國富煤、少氣、缺油的資源現狀。目前國內烯烴生產主要基于石腦油裂解，因此可 以說石油進口依存度有多高，烯烴工業的對外依存度就有多高。1993年開始，中國成為原油 凈進口國，至2009年年末，中國原油對外依存度超過50 %的"國際戒線"，進口量達到2. 04 億噸。而甲醇作為烯烴的重要原料，據統計，2010年甲醇制烯烴項目，甲醇消費量僅有30萬 噸，意味著僅生產了 10萬噸乙烯，截止到2011年10月份，國內僅有三套煤制烯烴裝置已投 產，后期計劃建設的烯烴項目產能預計將會突破1800萬噸，實用新型新型高效的煤制烯烴 裝置已迫在眉睫。
[0003] 我國已探明的煤炭儲量高達2000多億噸，煤化工是一項發展迅速，前景非常宏大 的產業，利用煤制甲醇，后續聯產烯烴，搭建起煤和烯烴的橋梁，最大限度的利用了煤氣化 中的各種有效成分，同時減少了溫室氣體的排放，屬于環保項目和資源綜合利用項目。此 夕卜，推廣甲醇燃料部分替代石油產品對中國能源結構調整、緩解石油供需矛盾具有重要意 義。
[0004] 合成氣深冷分離工藝是煤制甲醇裝置中產品分離和產品質量的關鍵環節，是合成 氣中C0/H 2純度的保證，深冷分離工藝相對其他工藝來說整體緊湊占地面積小，運行成本 低，尤其在大規模裝置上使用具有很大的經濟效益。 實用新型內容：
[0005] 本實用新型的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種流程簡單，設備投 資費用低，運行成本低的適用于煤制甲醇裝置中的合成氣分離系統，它采用氮氣膨脹制冷 循環連續為C0/H 2合成氣和甲烷分離提供冷量，并聯產合格的LNG產品。
[0006] 本實用新型的目的是通過如下技術方案來完成的，本實用新型所述的適用于煤制 甲醇裝置中的合成氣分離系統，它主要由四組板翅式換熱器，包含一臺再沸器、兩臺冷凝 器、兩臺氣液分離罐的兩臺低溫精餾塔，一臺透平壓縮機以及一臺增壓透平膨脹機組成，第 一進料依次連通四組換熱器的第一熱源通道后連接于第一精餾塔的底部進料口，第一精餾 塔的底部液相出口連接于第二、第三換熱器的第三冷源通道并連接于第二精餾塔的中部進 料口；
[0007] 第一精餾塔的頂部依次連接于第一冷凝器和第一氣液分離罐，并由第一氣液分離 器的液相出口連接第一精餾塔的液相返回口，第一氣液分離罐的氣相出口連接于第四換熱 器的冷源通道并與第二精餾塔的頂部氣相混合后連接第一、二、三換熱器的第二冷源通道， 并在接出后作為下游甲醇工藝的合成氣。
[0008] 本實用新型所述第二精餾塔的頂部氣相出口連接第二冷凝器后再連接于第二氣 液分離罐，液相出口連接第二精餾塔的返回口，氣相在與第一精餾塔的頂部氣相在第四換 熱器的接出通道處混合；第二精餾塔的底部連接于第二、三、四換熱器的第二熱源通道接 出，作為LNG產品。
[0009] 作為第二進料的氮氣首先連接于透平壓縮機的入口，透平壓縮機出口連接透平膨 脹機的增壓端后再連接于第一換熱器的第二熱源通道，第一換熱器之后連接于第二精餾塔 的再沸器，由該再沸器連接第二換熱器的第三熱源通道，再連接至進行降溫降壓后產生部 分液相進行氣液分離的透平膨脹機膨脹節流端，所述透平膨脹機的液相出口連接于完成蒸 發制冷的第一精餾塔的第一冷凝器，該第一冷凝器的蒸發后氣相端與透平膨脹機分離后的 氣相出口混合連接后連接于回收部分冷量的第四換熱器第一冷源通道，接出后連接于釋放 冷量的第二冷凝器，再依次連接于進行冷量回收的第一、二、三換熱器第一冷源通道，最后 將復溫后的低壓氣體接出至透平壓縮機的入口并完成一次制冷循環。
[0010] 本實用新型在滿足煤制甲醇裝置中的合成氣分離系統要求的前提下，具有整體緊 湊，占地面積小，能耗較低，冷劑消耗少，安全性高，適應減負荷工況運行等特點，尤其在大 規模裝置上使用具有很大的經濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1是本實用新型所述的工藝流程圖。
[0012] 圖中所示：E01-第一換熱器，T01-第一精餾塔，E02-第二換熱器，T02-第二精 餾塔，E03-第三換熱器，V01-第一氣液分離罐，E04-第四換熱器，V02-第二氣液分離罐， E05-第一冷凝器，E06-第二冷凝器，E07-第二精餾塔再沸器，C1-透平壓縮機，ET1-增壓透 平膨脹機。
【具體實施方式】
[0013] 下面將結合附圖對本實用新型作詳細的介紹：圖1所示，本實用新型所述的適用 于煤制甲醇裝置中的合成氣分離系統，它主要由四組板翅式換熱器E01、E02、E03、E04,包 含一臺再沸器E07、兩臺冷凝器E05、E06、兩臺氣液分離罐VO 1、V02的兩臺低溫精餾塔TO 1、 T02, 一臺透平壓縮機Cl以及一臺增壓透平膨脹機ET1組成，第一進料依次連通四組換熱 器E01、E02、E03、E04的第一熱源通道后連接于第一精餾塔T01的底部進料口，第一精餾塔 T01的底部液相出口連接于第二、第三換熱器E02、E03的第三冷源通道并連接于第二精餾 塔T02的中部進料口；
[0014] 第一精餾塔T01的頂部依次連接于第一冷凝器E05和第一氣液分離罐V01，并由第 一氣液分離器V01的液相出口連接第一精餾塔T01的液相返回口，第一氣液分離罐V01的 氣相出口連接于第四換熱器E04的冷源通道并與第二精餾塔T02的頂部氣相混合后連接第 一、二、三換熱器E01、E02、E03的第二冷源通道，并在接出后作為下游甲醇工藝的合成氣。
[0015] 本實用新型所述第二精餾塔T02的頂部氣相出口連接第二冷凝器E06后再連接于 第二氣液分離罐V02,液相出口連接第二精餾塔T02的返回口，氣相在與第一精餾塔T01的 頂部氣相在第四換熱器E04的接出通道處混合；第二精餾塔T02的底部連接于第二、三、四 換熱器E02、E03、E04的第二熱源通道接出，作為LNG產品。
[0016] 作為第二進料的氮氣首先連接于透平壓縮機C1的入口，透平壓縮機C1出口連接 透平膨脹機的增壓端后再連接于第一換熱器E01的第二熱源通道，第一換熱器E01之后連 接于第二精餾塔T02的再沸器E07,由該再沸器E07連接第二換熱器E02的第三熱源通道， 再連接至進行降溫降壓后產生部分液相進行氣液分離的透平膨脹機ET1膨脹節流端，所述 透平膨脹機ET1的液相出口連接于完成蒸發制冷的第一精餾塔T01的第一冷凝器E05,該第 一冷凝器E05的蒸發后氣相端與透平膨脹機ET1分離后的氣相出口混合連接后連接于回收 部分冷量的第四換熱器E04第一冷源通道，接出后連接于釋放冷量的第二冷凝器E06,再依 次連接于進行冷量回收的第一、二、三換熱器E01、E02、E03第一冷源通道，最后將復溫后的 低壓氣體接出至透平壓縮機C1的入口并完成一次制冷循環。
[0017] 圖1所示，本實用新型所述煤制甲醇裝置的煤氣化系統產生的主要包含氫氣、一 氧化碳、甲烷等原料氣，先經過分子篩吸附單元深度脫除二氧化碳、水、硫化氫、甲醇，再進 入合成氣分離系統作為第一進料G1，所述的第一換熱器E01布置有兩個熱源通道和兩個冷 源通道，第二換熱器E02布置有三個熱源通道和兩個冷源通道，第三換熱器E03布置有二個 熱源通道和三個冷源通道，第四換熱器E04布置有二個熱源通道和二個冷源通道；第一進 料G1依次進入四組換熱器的第一熱源通道被冷卻至-162°C，然后進入第一精餾塔T01的底 部作為進料G2。
[0018] 第一精餾塔T01的底部餾出物連接于第二、第三換熱器E02、E03的第三冷源通道 進行冷量回收，復溫至_123°C?_127°C后進入第二精餾塔T02的中部作為進料G3 ;第一精 餾塔的頂部氣相連接于冷凝器E05被冷卻至-173. 6°C為氣液兩相，并進入第一氣液分離罐 V01進行分離，液相返回第一精餾塔作為回流液，氣相SG1連接于第四換熱器E04的第二冷 源通道，出E04后與第二精餾塔的頂部氣相SG2混合后進入第一、二、三換熱器的第二冷源 通道回收冷量，復溫后的氣體SG3作為下游甲醇工藝的氫氣和一氧化碳合成氣。
[0019] 所述的第二精餾塔T02的頂部氣相進入冷凝器E06被冷卻至_145°C為氣液兩相， 并連接于第二氣液分離罐V02進行分離，液相返回第二精餾塔作為回流液，氣相SG2與第一 精餾塔的頂部氣相SG1在E04的第二冷源通道接出口處混合；第二精餾塔T02底部主要為 甲烷的餾出物進入第二、三、四換熱器的第二熱源通道進行過冷，LG1冷卻至-162°C、節流 至17KPaG后作為液化天然氣產品進入貯槽儲存。
[0020] 作為第二冷源進料的氮氣首先連接于透平壓縮機C1的入口，經過壓縮冷卻至 34bar，40°C后進入透平膨脹機的增壓端被增壓至48. 2bar，N1冷卻后進入第一換熱器E01 的第二熱源通道2,出E01后被冷卻至-75°C后進入第二精餾塔的再沸器E07,釋放熱量后被 冷卻至-90. 4°C進入第二換熱器的第三熱源通道繼續被冷卻至-113. 5°C，N2從通道接出至 透平膨脹機ET1進行膨脹節流至5. 6bar、-177. 8°C，N3膨脹后產生部分液相進行氣液分離， 分離出的液相進入第一精餾塔的冷凝器E05為塔頂回流提供冷量，蒸發后的氣相與分離后 的氣相混合后返回第四換熱器E04的第一冷源通道回收部分冷量，復溫至-164. 5°C后進入 第二精餾塔的冷凝器E06為塔頂回流提供冷量，釋放冷量后返回第一、二、三換熱器的第一 冷源通道進行冷量回收，復溫后的低壓氣體N5接出至透平壓縮機C1的入口完成一次制冷 循環；所述氮氣作為整個系統的主要冷量載體，通過膨脹機膨脹制冷，并由壓縮機增壓完成 閉式循環。
【權利要求】
1. 一種適用于煤制甲醇裝置中的合成氣分離系統，其特征在于所述的合成氣分離系統 主要由四組板翅式換熱器，包含一臺再沸器、兩臺冷凝器、兩臺氣液分離罐的兩臺低溫精餾 塔，一臺透平壓縮機以及一臺增壓透平膨脹機組成，第一進料依次連通四組換熱器的第一 熱源通道后連接于第一精餾塔的底部進料口，第一精餾塔的底部液相出口連接于第二、第 三換熱器的第三冷源通道并連接于第二精餾塔的中部進料口； 第一精餾塔的頂部依次連接于第一冷凝器和第一氣液分離罐，并由第一氣液分離器的 液相出口連接第一精餾塔的液相返回口，第一氣液分離罐的氣相出口連接于第四換熱器的 冷源通道并與第二精餾塔的頂部氣相混合后連接第一、二、三換熱器的第二冷源通道，并在 接出后作為下游甲醇工藝的合成氣。
2. 根據權利要求1所述的適用于煤制甲醇裝置中的合成氣分離系統，其特征在于所述 第二精餾塔的頂部氣相出口連接第二冷凝器后再連接于第二氣液分離罐，液相出口連接第 二精餾塔的返回口，氣相在與第一精餾塔的頂部氣相在第四換熱器的接出通道處混合；第 二精餾塔的底部連接于第二、三、四換熱器的第二熱源通道接出，作為LNG產品。
3. 根據權利要求1或2所述的適用于煤制甲醇裝置中的合成氣分離系統，其特征在 于作為第二進料的氮氣首先連接于透平壓縮機的入口，透平壓縮機出口連接透平膨脹機的 增壓端后再連接于第一換熱器的第二熱源通道，第一換熱器之后連接于第二精餾塔的再沸 器，由該再沸器連接第二換熱器的第三熱源通道，再連接至進行降溫降壓后產生部分液相 進行氣液分離的透平膨脹機膨脹節流端，所述透平膨脹機的液相出口連接于完成蒸發制冷 的第一精餾塔的第一冷凝器，該第一冷凝器的蒸發后氣相端與透平膨脹機分離后的氣相出 口混合連接后連接于回收部分冷量的第四換熱器第一冷源通道，接出后連接于釋放冷量的 第二冷凝器，再依次連接于進行冷量回收的第一、二、三換熱器第一冷源通道，最后將復溫 后的低壓氣體接出至透平壓縮機的入口并完成一次制冷循環。
【文檔編號】F25J3/08GK203869420SQ201420256176
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】賴秀文, 張淑文, 陳兵, 柯云龍, 應勇江, 胡明輝, 孫石橋, 周冬根, 陳海燕 申請人:杭州杭氧股份有限公司