[发明专利]一种上游MDEA净化处理的焦炉尾气深冷分离装置及方法

说明书

一种上游MDEA净化处理的焦炉尾气深冷分离装置及分离方法，该焦炉尾气至少含有一氧化碳、氢气、甲烷和少量氮气的混合气体，所述分离装置包括分子筛吸附单元，深冷分离装置冷箱单元，氮气制冷循环单元三部分，本发明能得到用于合成乙醇的99%（mol）纯度以上的CO气。

技术领域

本发明能够分离从上游MDEA净化处理的焦炉尾气，运用膨胀、节流双循环制冷工艺分离含有一氧化碳、氢气、甲烷和少量氮气的深冷分离装置及方法，属于低温气体分离领域。

背景技术

焦炉煤气由于可成分较多，属于高热值煤气，粗煤气或荒煤气。是指用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体，是炼焦工业的副产品。焦炉气是混合物，其产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同而有所差别，一般每吨干煤可生产焦炉气300~350m3（标准状态）。其主要成分为氢气、甲烷、一氧化碳、C2以上不饱和烃、二氧化碳、氧气、氮气等。其中的氢气和一氧化碳可用于作用化工合成工艺的原料。随着新技术的发展，合成工艺对CO和H2的纯度要求逐渐增加。目前CO提纯分离方法主要有深冷分离法、物理吸收法、变压吸附法和膜分离法等，其中深冷分离法是利用气体沸点组成的差异通过低温精馏的方法实现气体的分离，与其它方法相比具有处理量大、分离效率高、运行成本低、占地面积小和投资少等优势。

目前，CO和H₂深冷分离方法所发表的专利大多都是CO/H₂两元组分的单塔流程，其分离获得到CO纯度最大达到98.5%，纯度比较低，无法满足高纯度CO产品气（≥99%以上）的要求。目前也有专利有多塔分离氢气、氮气和甲烷，获得到纯度CO产品气（≥99%以上），但是流程上的采用单级的氮循环制冷，没有采用液氮节流和气氮膨胀的双循环制冷工艺，能耗上消耗较大，在变工况的可调节性也略显不足。

发明内容

本发明的目的在于：从上游MDEA净化处理的焦炉尾气，运用膨胀、节流双循环制冷工艺分离含有一氧化碳、氢气、甲烷和少量氮气的深冷分离装置及方法，分离获得的CO纯度比较高，达到99%以上，其中H₂和CH₄含量均小于50ppm，回收率比较高，满足多种合成装置对CO的纯度要求。同时，优化冷量补充方案，节省能耗，降低了设备运行成本；优化动设备的配置，节省成本投资。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

一种上游MDEA净化处理的焦炉尾气深冷分离装置，该焦炉尾气至少含有一氧化碳、氢气、甲烷和少量氮气的混合气体，所述分离装置包括分子筛吸附单元，深冷分离装置冷箱单元，氮气制冷循环单元三部分，其中分子筛吸附单元与焦炉尾气通过管道连接，分子筛吸附单元后方与深冷分离装置冷箱单元的入口管道相连接，引入深冷分离装置冷箱进行处理，深冷分离装置冷箱与氮气制冷循环单元之间通过管道连接，所述深冷分离装置冷箱单元集成包括：第一主换热器中设置了流道1a~1k共11个流道、第二主换热器中设置了流道2a~2n共14个流道、气提塔、气提塔再沸器、脱氮塔、脱甲烷塔、脱甲烷塔再沸器、脱甲烷塔冷凝器、氢气分离罐、脱氮塔回流罐、脱甲烷塔回流罐、还包括设备连接所需要的管道、节流阀门，所述氮气制冷循环单元包括氮气压缩机和氮气增压膨胀机。

作为优选：所述深冷分离装置冷箱单元入口管道与第一主换热器的流道1a相连通，并在流道1a中冷却后通过管道后分为两根管道，一根管道经过阀门进入脱甲烷塔再沸器，用于焦炉尾气对塔底液体进行加热，加热后管道与阀门后管道相连。另一根管道经过阀门，与气提塔再沸器出口管道相连，进入气提塔再沸器，用于焦炉尾气对塔底液体进行加热。气提塔再沸器通过管道与第二主换热器流道2b相连，经换热器冷却冷凝后的气体在氢气分离罐中进行分离。

作为优选：所述分离罐顶部通过管道与第二主换热器的流道2e和第一主换热器流道1e相连接，将分离出来的富氢气复热至常温后出冷箱。氢气分离罐底部管道分为两股，一股管道经过阀门节流后进入气提塔，另一股管道与第二主换热器流道2a相连，液体经过阀门节流后进入气提塔。两股流体的比例可根据气提塔的气液比进行调节。