合成气低温分离系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种合成气低温分离系统，用于从合成气原料料流分离至少一种组分，其中包括主换热器、至少一个低温蒸馏装置、合成气原料料流管线、主换热器外部料流处理部分入口管线、低温蒸馏装置再沸器入口管线、低温蒸馏装置再沸器入口补充管线、主换热器内部料流处理部分入口管线、低温蒸馏装置分离部分入口管线、主换热器产物料流处理部分入口管线、主换热器产物料流处理部分出口管线、低温蒸馏装置再沸器旁路管线、当存在低温蒸馏装置再沸器入口补充管线时的低温蒸馏装置再沸器入口补充管线流量控制阀、低温蒸馏装置再沸器旁路管线流量控制阀和低温蒸馏装置再沸器入口流量控制阀。制阀。制阀。

【技术实现步骤摘要】
合成气低温分离系统


[0001]本技术涉及一种合成气低温分离系统，用于从合成气原料料流分离至少一种组分。

技术介绍

[0002]CO是重要的工业原料，经常通过例如煤气化获得。除CO和H2外，例如煤气化获得的合成气还含有N2和CH4等，因此需要对合成气的组分进行分离以进一步使用。
[0003]现有技术中使用基于不同沸点的组分的依次挥发分离各组分。
[0004]在现有技术的一个典型实施方案中，包含H2、N2、CO和CH4的合成气原料被送至合成气分离系统，并在此被分离为H2、N2、CO和CH4。合成气原料料流首先被冷却，然后依次流过用于分离出H2的气液分离器、用于分离出H2的汽提塔的分离部分、用于分离出N2的N2蒸馏塔的分离部分，以及用于分离出CO的CO蒸馏塔的分离部分，从而通过低温蒸馏分离出H2、N2和CO，最终留下CH4。在这样的技术方案中，合成气原料料流的冷却释放热，而H2、N2和CO的低温蒸馏则需要热。
[0005]一些现有技术中在主换热器中使合成气原料料流冷却，释放的热作为汽提塔和蒸馏塔塔底的再沸器中需要的热的来源，从而在为汽提塔和蒸馏塔塔底的分离部分提供热量的同时降低合成气原料料流的温度。这样的技术方案在主换热器中流股的冷却路径较多，结构上过于复杂，因此成本更高。
[0006]另一些现有技术使用来自N2循环压缩机的N2作为上述热的来源，这样的N2循环压缩机的能量消耗和成本过高。
[0007]还有一些现有技术使用来自CO循环压缩机的CO作为上述热的来源。这样的CO循环压缩机比N2循环压缩机更难以制造和昂贵。
[0008]为此，提出了使用合成气原料料流作为上述上述热的来源，亦即使合成气原料料流在分离组分之前首先经过各再沸器，为相应的分离部分提供热量，而合成气原料料流本身则被冷却。离开最后一个再沸器的合成气原料料流被依次送至气液分离器、汽提塔和各蒸馏塔中，并在塔中被来自再沸器的热量加热，从而实现各组分的蒸馏分离。
[0009]CN110553464A中使用了这样的技术方案，合成气料流依次通过冷却器E
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101、用于分离闪蒸汽的汽提塔T
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101的塔底再沸器E
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102、用于分离出N2的脱氮塔T
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102的塔底再沸器E
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104、用于分离出CH4的脱甲烷塔 T
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103的塔底再沸器E
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106以为其提供热量，而合成气料流本身则被冷却。合成气料流然后回到冷却器E
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101并被加热，接着依次在闪蒸罐S
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101、汽提塔T
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101、脱氮塔T
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102和脱甲烷塔T
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103中被蒸馏将一部分H2、闪蒸汽、N2、CH4和CO分离。此外，来自N2循环压缩机ET
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10L的N2通过脱氮塔T
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102和脱甲烷塔T
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103的塔顶的冷凝器E
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103和E105为其塔顶馏出物提供冷源，N2本身则被加热，从而降低了N2压缩机的能量消耗。该文没有公开对流过冷却器E
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101、塔底再沸器E
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102、E
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104和E
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106作为热源的合成气料流的温度和流量进行控制的手段，即全部合成气料流都依次通过各再沸器，而对再沸器的温度和供给再沸器的热量不做任何控制。
[0010]上述方案提供了使用待分离的合成气料流作为再沸器热源的方法，但由于不具备对合成气料流的温度和流量进行控制的手段而仍有改进的必要。例如，当合成气料流的组成发生波动而合成气料流的温度、流量不变时，由于各再沸器的热量需求的相互比例随之发生波动，而为再沸器提供的热量供给的相互比例不变，由此导致再沸器热量需求和供给之间产生不平衡，从而产生热量的缺失或积累，进而使得再沸器温度发生变化，系统的平稳运行由此而被破坏。由此，现有技术中存在为使用待分离的合成气料流作为再沸器热源的技术方案提供控制装置和相应的方法的需求。

技术实现思路

[0011]本技术提供了一种合成气低温分离系统，用于从合成气原料料流分离至少一种组分。所述系统包括：
[0012]主换热器，其包括用于调整来自本技术的系统之外的合成气原料料流的一部分的温度的主换热器外部料流处理部分，其包括入口和出口；用于调整来自系统内部的料流的温度的主换热器内部料流处理部分，其包括入口和出口；以及用于调整产物料流的温度的主换热器产物料流处理部分，对于各产物料流，其分别包括入口和出口；
[0013]至少一个低温蒸馏装置，用于通过低温蒸馏分离合成气原料料流的至少一个组分，其包括为蒸馏过程提供热量的再沸器和在其中进行蒸馏过程的分离部分，所述再沸器和分离部分各自包括入口和出口，所述再沸器成一级连接或多级连接，其中至少一级为单个再沸器或多个再沸器的并联；
[0014]所述系统进一步包括：
[0015]合成气原料料流管线，其将合成气原料料流输送至该合成气低温分离系统；
[0016]主换热器外部料流处理部分入口管线，其将合成气原料料流的一部分送至主换热器外部料流处理部分入口；
[0017]低温蒸馏装置再沸器入口管线，对于成一级连接的低温蒸馏装置再沸器的情况下的低温蒸馏装置再沸器，或者对于成多级连接的低温蒸馏装置再沸器的情况下的第一级低温蒸馏装置再沸器，其将离开主换热器外部料流处理部分出口的料流送至低温蒸馏装置再沸器入口，对于成多级连接的低温蒸馏装置再沸器的情况下的第一级低温蒸馏装置之外的低温蒸馏装置再沸器，其将离开上一级低温蒸馏装置再沸器出口的料流送至低温蒸馏装置再沸器入口；
[0018]低温蒸馏装置再沸器入口补充管线，其将合成气原料料流的另一部分送至低温蒸馏装置再沸器入口补充管线与低温蒸馏装置再沸器入口管线的合并点，将合成气原料料流的该另一部分与低温蒸馏装置再沸器入口管线中的料流在进入低温蒸馏装置再沸器入口前合并，而不经过主换热器外部料流处理部分；
[0019]主换热器内部料流处理部分入口管线，其将离开最后一级低温蒸馏装置再沸器出口的料流送至主换热器内部料流处理部分入口；
[0020]低温蒸馏装置分离部分入口管线，对于只有一级低温蒸馏装置的情况下的低温蒸馏装置，或者对于具有多级低温蒸馏装置的情况下的第一级低温蒸馏装置，其将离开主换热器内部料流处理部分出口的料流送至低温蒸馏装置分离部分入口，对于其他低温蒸馏装置，其将离开上一级低温蒸馏装置分离部分出口的料流送至低温蒸馏装置分离部分入口；
[0021]主换热器产物料流处理部分入口管线，其将离开各低温蒸馏装置分离部分出口的料流分别送至相应的主换热器产物料流处理部分入口；
[0022]主换热器产物料流处理部分出口管线，其将离开各主换热器产物料流处理部分出口的料流分别送至系统外；
[0023]所述系统进一步包括：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合成气低温分离系统，其特征是，其包括：主换热器，其包括用于调整来自系统之外的合成气原料料流的一部分的温度的主换热器外部料流处理部分，其包括入口和出口；用于调整来自系统内部的料流的温度的主换热器内部料流处理部分，其包括入口和出口；以及用于调整产物料流的温度的主换热器产物料流处理部分，对于各产物料流，其分别包括入口和出口；至少一个低温蒸馏装置，用于通过低温蒸馏分离合成气原料料流的至少一个组分，其包括为蒸馏过程提供热量的再沸器和在其中进行蒸馏过程的分离部分，所述再沸器和分离部分各自包括入口和出口，所述再沸器成一级连接或多级连接，其中至少一级为单个再沸器或多个再沸器的并联；所述合成气低温分离系统进一步包括：合成气原料料流管线，其将合成气原料料流输送至该合成气低温分离系统；主换热器外部料流处理部分入口管线，其将合成气原料料流的一部分送至主换热器外部料流处理部分入口；低温蒸馏装置再沸器入口管线，对于成一级连接的低温蒸馏装置再沸器的情况下的低温蒸馏装置再沸器，或者对于成多级连接的低温蒸馏装置再沸器的情况下的第一级低温蒸馏装置再沸器，其将离开主换热器外部料流处理部分出口的料流送至低温蒸馏装置再沸器入口，对于成多级连接的低温蒸馏装置再沸器的情况下的第一级低温蒸馏装置之外的低温蒸馏装置再沸器，其将离开上一级低温蒸馏装置再沸器出口的料流送至低温蒸馏装置再沸器入口；低温蒸馏装置再沸器入口补充管线，其将合成气原料料流的另一部分送至低温蒸馏装置再沸器入口补充管线与低温蒸馏装置再沸器入口管线的合并点，将合成气原料料流的该另一部分与低温蒸馏装置再沸器入口管线中的料流在进入低温蒸馏装置再沸器入口前合并，而不经过主换热器外部料流处理部分；主换热器内部料流处理部分入口管线，其将离开最后一级低温蒸馏装置再沸器出口的料流送至主换热器内部料流处理部分入口；低温蒸馏装置分离部分入口管线，对于只有一级低温蒸馏装置的情况下的低温蒸馏装置，或者对于具有多级低温蒸馏装置的情况下的第一级低温蒸馏装置，其将离开主换热器内部料流处理部分出口的料流送至低温蒸馏装置分离部分入口，对于其他低温蒸馏装置，其将离开上一级低温蒸馏装置分离部分出口的料流送至低温蒸馏装置分离部分入口；主换热器产物料流处理部分入口管线，其将离开各低温蒸馏装置分离部分出口的料流分别送至相应的主换热器产物料流处理部分入口；主换热器产物料流处理部分出口管线，其将离开各主换热器产物料流处理部分出口的料流分别送至系统外；所述合成气低温分离系统进一步包括：低温蒸馏装置再沸器旁路管线，其将送至低温蒸馏装置再沸器入口的一部分料流直接送至低温蒸馏装置再沸器出口而不经过低温蒸馏装置再沸器；所述合成气低温分离系统进一步包括：当存在低温蒸馏装置再沸器入口补充管线时，低温蒸馏装置再沸器入口补充管线流量控制阀，其控制流过低温蒸馏装置再沸器入口补充管线的料流的流量，并且由测量流过低
温蒸馏装置再沸器入口补充管线和低温蒸馏装置再沸器入口管线合并后的管线的料流的温度的TIC控制；低温蒸馏装置再沸器旁路管线流量控制阀，其控制流过低温蒸馏装置再沸器旁路管线的料流的流量，并且由测量流过低温蒸馏装置再沸器的料流的流量的FIC控制；低温蒸馏装置再沸器入口流量控制阀，其控制流过低温蒸馏装置再沸器入口的料流的流量，并且由HIC控制。2.根据权利要求1所述的合成气低温分离系统，其特征是，其进一步包括主换热器内部料流处理部分入口补充管线，以及主换热器内部料流处理部分入口补充管线流量控制阀，其控制流过主换热器内部料流处理部分入口补充管线的料流的流量，并且由测量流过主换热器外部料流处理部分出口的料流的流量的FIC控制。3.根据权利要求1所述的合成气低温分离系统，其特征是，所述合成气低温分离系统进一步包括用于分离出H2的气液分离器；所述低温蒸馏装置包括用于分离出主要为H2的闪蒸汽的H2汽提塔，其包括H2汽提塔再沸器和H2汽提塔分离部分，用于分离出N2的N2蒸馏塔，其包括N2蒸馏塔再沸器和N2蒸馏塔分离部分，以及用于分离出CO的CO蒸馏塔，其包括CO蒸馏塔再沸器和CO蒸馏塔分离部分。4.根据权利要求2所述的合成气低温分离系统，其特征是，所述合成气低温分离系统进一步包括用于分离出H2的气液分离器；所述低温蒸馏装置包括用于分离出主要为H2的闪蒸汽的H2汽提塔，其包括H2汽提塔再沸器和H2汽提塔分离部分，用于分离出N2的N2蒸馏塔，其包括N2蒸馏塔再沸器和N2蒸馏塔分离部分，以及用于分离出CO的CO蒸馏塔，其包括CO蒸馏塔再沸器和CO蒸馏塔分离部分。5.根据权利要求3或4所述的合成气低温分离系统，其特征是，其中H2汽提塔再沸器、N2蒸馏塔再沸器和CO蒸馏塔再沸器成三级串联连接；或者其中H2汽提塔再沸器、N2蒸馏塔再沸器和CO蒸馏塔再沸器成一级并联连接；或者其中H2汽提塔再沸器、N2蒸馏塔再沸器和CO蒸馏塔再沸器成两级连接，其中第一级为H2汽提塔再沸器和N2蒸馏塔再沸器的并联，第二级为CO蒸馏塔再沸器；或者其中H2汽提塔再沸器、N2蒸馏塔再沸器和CO蒸馏塔再沸器成两级连接，其中第一级为H2汽提塔再沸器，第二级为N2蒸馏塔再沸器和CO蒸馏塔再沸器的并联。6.一种合成气低温分离系统，其特征是，其中：由合成气原料料流管线输送的来自系统之外的合成气原料料流的第一部分通过主换热器外部料流处理部分入口管线送往主换热器外部料流处理部分，通过主换热器外部料流处理部分后，经过主换热器外部料流处理部分出口离开，然后通过H2汽提塔再沸器入口管线送往H2汽提塔再沸器；在经过H2汽提塔再沸器入口进入H2汽提塔再沸器之前，H2汽提塔再沸器入口管线中的料流首先与通过H2汽提塔再沸器入口补充管线经过H2汽提塔再沸器入口补充管线流量控制阀输送的合成气原料料流的第二部分合并；H2汽提塔再沸器入口补充管线流量控制阀由用于测量与H2汽提塔再沸器入口补充管线中的料流合并后H2汽提塔再沸器入口管线中的料流的温度的TIC控制；在与H2汽提塔再沸器入口补充管线合并之后，在经过H2汽提塔再沸器入口进入H2汽提塔再沸器之前，H2汽提塔再沸器入口管线中的料流的一部分通过H2汽提塔再沸器旁路管线
经过H2汽提塔再沸器旁路管线流量控制阀直接送至H2汽提塔再沸器出口而不经过H2汽提塔再沸器，剩余部分经过H2汽提塔再沸器入口流量控制阀和H2汽提塔再沸器入口流入并通过H2汽提塔再沸器，经过H2汽提塔再沸器出口离开，与H2汽提塔再沸器旁路管线中的料流合并，然后通过N2蒸馏塔再沸器入口管线送往N2蒸馏塔再沸器；H2汽提塔再沸器旁路管线流量控制阀由用于测量通过H2汽提塔再沸器入口的料流的流量的FIC控制；H2汽提塔再沸器入口流量控制阀由HIC控制；在经过N2蒸馏塔再沸器入口进入N2蒸馏塔再沸器之前，N2蒸馏塔再沸器入口管线中的料流首先与通过N2蒸馏塔再沸器入口补充管线经过N2蒸馏塔再沸器入口补充管线流量控制阀输送的合成气原料料流的第三部分合并；N2蒸馏塔再沸器入口补充管线流量控制阀由用于测量与N2蒸馏塔再沸器入口补充管线中的料流合并后N2蒸馏塔再沸器入口管线中的料流的温度的TIC控制；在与N2蒸馏塔再沸器入口补充管线合并之后，在经过N2蒸馏塔再沸器入口进入N2蒸馏塔再沸器之前，N2蒸馏塔再沸器入口管线中的料流的一部分通过N2蒸馏塔再沸器旁路管线经过N2蒸馏塔再沸器旁路管线流量控制阀直接送至N2蒸馏塔再沸器出口而不经过N2蒸馏塔再沸器，剩余部分经过N2蒸馏塔再沸器入口流量控制阀和N2蒸馏塔再沸器入口流入并通过N2蒸馏塔再沸器，经过N2蒸馏塔再沸器出口离开，与N2蒸馏塔再沸器旁路管线中的料流合并，然后通过CO蒸馏塔再沸器入口管线送往CO蒸馏塔再沸器；N2蒸馏塔再沸器旁路管线流量控制阀由用于测量通过N2蒸馏塔再沸器入口的料流的流量的FIC控制；N2蒸馏塔再沸器入口流量控制阀由HIC控制；在经过CO蒸馏塔再沸器入口进入CO蒸馏塔再沸器之前，CO蒸馏塔再沸器入口管线中的料流首先与通过CO蒸馏塔再沸器入口补充管线经过CO蒸馏塔再沸器入口补充管线流量控制阀输送的合成气原料料流的第四部分合并；CO蒸馏塔再沸器入口补充管线流量控制阀由用于测量与CO蒸馏塔再沸器入口补充管线中的料流合并后CO蒸馏塔再沸器入口管线中的料流的温度的TIC控制；在与CO蒸馏塔再沸器入口补充管线合并之后，在经过CO蒸馏塔再沸器入口进入CO蒸馏塔再沸器之前，CO蒸馏塔再沸器入口管线中的料流的一部分通过CO蒸馏塔再沸器旁路管线经过CO蒸馏塔再沸器旁路管线流量控制阀直接送至CO蒸馏塔再沸器出口而不经过CO蒸馏塔再沸器，剩余部分经过CO蒸馏塔再沸器入口流量控制阀和CO蒸馏塔再沸器入口流入并通过CO蒸馏塔再沸器，经过CO蒸馏塔再沸器出口离开，与CO蒸馏塔再沸器旁路管线中的料流合并，然后通过主换热器内部料流处理部分入口管线送往主换热器内部料流处理部分；CO蒸馏塔再沸器旁路管线流量控制阀由用于测量通过CO蒸馏塔再沸器入口的料流的流量的FIC控制；CO蒸馏塔再沸器入口流量控制阀由HIC控制；由经过主换热器内部料流处理部分入口进入主换热器内部料流处理部分的料流通过主换热器内部料流处理部分，在其中被冷却，然后依次由塔中部进入用于分离出H2的气液分离器，用于分离出主要为H2的闪蒸汽的H2汽提塔分离部分，用于分离出N2的N2蒸馏塔分离部分和用于分离出CO的CO蒸馏塔分离部分，从各塔顶依次分离出一部分H2、主要为H2的闪蒸汽、N2和CO，并在CO蒸馏塔分离部分底部得到CH4；气液分离器塔顶料流、H2汽提塔塔顶料流、N2蒸馏塔塔顶料流、CO蒸馏塔塔顶料流和CO蒸馏塔塔底料流分别通过相应的主换热器产物料流处理部分出口管线送至主换热器，并在换热后分别送至系统外。
7.根据权利要求6所述的合成气低温分离系统，其特征是，所述合成气低温分离系统进一步包括主换热器内部料流处理部分入口补充管线；其中在经过主换热器内部料流处理部分入口进入主换热器内部料流处理部分之前，主换热器内部料流处理部分入口管线中的料流与通过主换热器内部料流处理部分入口补充管线经过主换热器内部料流处理部分入口补充管线流量控制阀输送的合成气原料料流的第五部分合并；主换热器内部料流处理部分入口补充管线流量控制阀由用于测量经过主换热器外部料流处理部分出口的料流的流量的FIC控制。8.一种合成气低温分离系统，其特征是，其中：由合成气原料料流管线输送的来自系统之外的合成气原料料流的第一部分通过主换热器外部料流处理部分入口管线送往主换热器外部料流处理部分，通过主换热器外部料流处理部分后，经过主换热器外部料流处理部分出口离开，作为H2汽提塔再沸器、N2蒸馏塔再沸器、CO蒸馏塔再沸器入口组合管线送往第二分支点；在经过第二分支点被分为H2汽提塔再沸器入口管线中的料流、N2蒸馏塔再沸器入口管线中的料流和CO蒸馏塔再沸器入口管线中的料流之前，H2汽提塔再沸器、N2蒸馏塔再沸器、CO蒸馏塔再沸器入口组合管线中的料流首先与经过H2汽提塔再沸器、N2蒸馏塔再沸器、CO蒸馏塔再沸器入口补充组合管线流量控制阀输送的合成气原料料流的第二部分合并；H2汽提塔再沸器、N2蒸馏塔再沸器、CO蒸馏塔再沸器入口补充组合管线流量控制阀由用于测量与H2汽提塔再沸器、N2蒸馏塔再沸器、CO蒸馏塔再沸器入口补充组合管线中的料流合并后的H2汽提塔再沸器、N2蒸馏塔再沸器、CO蒸馏塔再沸器入口组合管线中的料流的温度的TIC控制；在与H2汽提塔再沸器、N2蒸馏塔再沸器、CO蒸馏塔再沸器入口补充组合管线中的料流合并并在第二分支点分出H2汽提塔再沸器入口管线中的料流之后，在经过H2汽提塔再沸器入口进入H2汽提塔再沸器之前，H2汽提塔再沸器入口管线中的料流的一部分通过H2汽提塔再沸器旁路管线经过H2汽提塔再沸器旁路管线流量控制阀直接送至H2汽提塔再沸器出口而不经过H2汽提塔再沸器，剩余部分经过H2汽提塔再沸器入口流量控制阀和H2汽提塔再沸器入口流入并通过H2汽提塔再沸器，经过H2汽提塔再沸器出口离开，与H2汽提塔再沸器旁路管...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐林，阿兰，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：新型
国别省市：