一种处理粗合成气以及产生二氧化碳液态产品的集成单元的制作方法

1.本实用新型属于co2回收利用领域，特别是将低温甲醇洗产生的co2产品气回收利用的领域。


背景技术：

2.二氧化碳(co2)被广泛用于化工、机械、食品、农业、烟草等行业，在工业上具有很高的应用价值。目前产生co2的各种工艺，例如氨合成、甲醇合成、羰基合成、煤气化等，得到的往往都是压力低、杂质成分复杂的co2，为了满足后序工艺要求，需要进一步增压和纯化。
3.例如，在煤气化过程中，生成组分为co和h2的合成气以及主要包含co2的副产品。为了分离co2与合成气，去除其中含有的h2s、cos等杂质，常规采用低温甲醇洗的方法。这一方法利用co、h2和co2等气体在低温(-30℃～-50℃)甲醇中的溶解度不同这一物理现象，在甲醇洗涤塔中将合成气与副产品分离开来，随后通过闪蒸和气提进一步纯化co2，输出温度大约在40～60℃，压力大约在0.2～0.5mpa，co2含量大于97％的co2产品气。这样得到的co2产品气是干燥的，但是由于采用了甲醇洗涤，夹带着大约300-500mg/nm3的甲醇气体以及少量其它杂质。
4.对co2产品气的进一步利用或回收在现有技术中有若干不同的选择。例如cn107399737b公开了一种用于高压粉煤气化的高压气相二氧化碳的制备方法，利用低温甲醇洗工艺产生的冷能预冷原料气，再深冷分离制备中压液体co2，所得中压液体co2通过低温液体泵增压后，经所述低温甲醇洗工艺回收中压液体co2的冷能，使其气化生成高压气相co2，并送至上游粉煤气化单元，作为载气，用于煤粉锁斗、灰锁斗、煤粉输送及各种吹扫的连续使用。然而，co2载气最终仍会被排放到大气中，不能真正实现co2减排。
5.有鉴于此，如何设计一种新的设备单元，以消除现有技术中的上述缺陷和不足，得到适于捕集或再利用的液态co2，并在此过程中，充分发挥与低温甲醇洗工艺的协同效应，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。


技术实现要素：

6.如何为低温甲醇洗工艺设计一种集成单元，将该工艺产生的co2产品气转变成适于捕集或再利用的二氧化碳液态产品，是本实用新型所要解决的一个技术问题。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种处理粗合成气以及产生二氧化碳液态产品的集成单元，该单元包括依次连接的：合成气生产和变换单元i，单元i制备并输出粗合成气并调节h2和co含量；粗合成气分离纯化单元ii，单元ii接受单元i输出的粗合成气，输出净化后的合成气以及co2产品气；co2液化单元iii，单元iii接受单元ii输出的co2产品气，将其液化后输出co2液态产品；其中，粗合成气分离纯化单元ii和co2液化单元iii需要的冷量由来自共同的制冷机的制冷剂提供。
8.进一步地，所述的合成气生产和变换单元i是气化装置。所述的气化是水煤浆加压气化或粉煤加压气化，所述的气化原料是煤、石油焦或煤 石油焦；
9.所述的粗合成气分离纯化单元ii包括低温甲醇洗装置；
10.以及所述的co2液化单元iii至少包含压缩机和降温换热器设备；并且，低温甲醇洗装置和co2液化单元iii所需的冷量由来自共同的制冷机的制冷剂提供。
11.与现有技术相比较，本实用新型所提供的技术方案具有以下优点：
12.在众多可能性中，选择将co2液化单元与低温甲醇洗装置结合在一起，能够产生液态co2，使食品利用或co2贮存成为可能。
13.co2液化单元通过增加吸附、精馏和闪蒸等设备进行提纯，可以产生高纯度的co2液态产品。
14.co2液化和甲醇的冷却都需要冷量，可都采用制冷剂提供。所用的制冷剂由共同的同一台制冷机提供，减少了设备的资金投入和占地面积，产生了较好的协同效应。
附图说明
15.关于本实用新型的优点与精神，可以通过以下的实用新型详述及附图得到进一步的了解。
16.图1是描述本实用新型一个对比例的流程示意图；
17.图2是本实用新型一个实施例的流程示意图。
18.其中，i-合成气生产和变换单元，ii-粗合成气分离纯化单元，iii-co2液化单元，iv-粗合成气分离纯化单元用制冷机，v-co2液化单元用制冷机，vi-共用制冷机，1-粗合成气，2-净化后的合成气流股，3-co2产品气，4-co2液态产品，5-粗合成气分离纯化单元用液态制冷剂，6-粗合成气分离纯化单元用气态制冷剂，7-co2液化单元用液态制冷剂，8-co2液化单元用气态制冷剂。
具体实施方式
19.下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施例。然而，应当将本实用新型理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本实用新型的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术等同的其他技术组合实施。
20.在以下具体实施例的说明中，为了清楚展示本实用新型的流程和装置，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“上”、“下”、“前”、“后”、“外”、“内”、“向外”、“向内”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
21.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的规定。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。
22.除非清楚地指出相反的，这里限定的每个方面或实施方案可以与任何其他一个或多个方面或一个或多个实施方案组合。特别地，任何指出的作为优选的或有利的特征可以与任何其他指出的作为优选的或有利的特征组合。
23.在本实用新型中，合成气是指主要成分为co和h2的一种工艺混合气，可以通过煤气化来制备，或者通过石油焦气化或煤 石油焦气化制备。前述反应得到的粗合成气并通过co变换后，一般含有co2、h2s等副产品，可以采用低温甲醇洗工艺(例如)分离粗合成气，得到纯化后的co、h2，以及含量大于97％，甚至98.5％的co2产品气。低温甲醇洗工艺中使用的甲醇温度在-30℃至-50℃之间，一般用外来的制冷剂冷却，合适的制冷剂包括液氨、丙烯等。这些制冷剂由制冷机循环制冷，在从液态蒸发到气态时，与粗合成气分离纯化单元的工艺流股换热，吸收后者的热量而使其降温。
24.co2液态产品是指至少含有90体积％，或至少含有99体积％，更优地含有99.99体积％co2的产品。co2液化单元包含至少一个液化器，例如列管式换热器，制冷剂在管中流动，不断蒸发汽化吸收热量，co2气体被冷却到-20～-25℃(温度随压力的变化而变化)左右并被液化。在此温度下不能液化的气体(称为不凝性气体，主要成分是一氧化碳，氢气，氧气和氮气)积聚在液化器的顶部被排放出液化器，液化后的co2可以送进储液罐贮存或采用管道输送给下游应用。
25.如果需要更高纯度的co2产品，可以增加配备吸附、精馏和闪蒸等设备进行提纯。液态co2经膨胀送至精馏塔顶部进行精馏纯化，以去除所有轻质杂质。纯化后的co2含量高于99.99体积％，适用与食品要求。
26.图1示出了本实用新型的一个对比例。合成气生产和变换单元i产生的粗合成气1进入粗合成气分离纯化单元ii，在其中被分离为净化后的合成气流股2和co2产品气3，后者在下游的co2液化单元iii中液化，得到co2液态产品4。该对比例使用了两个制冷机。制冷机iv为粗合成气分离纯化单元用制冷机，它产出的液态制冷剂5在用来冷却粗合成气分离纯化单元的换热器中蒸发汽化，变成气态制冷剂6，循环回流至制冷机iv。类似的，制冷机v为co2液化单元用制冷机，它产出的co2液化单元用液态制冷剂7在co2液化器中蒸发汽化，变成co2液化单元用气态制冷剂8，循环回流至制冷机v。
27.图2示出了本实用新型的一个实施例。合成气生产和变换单元i产生的粗合成气1进入粗合成气分离纯化单元ii，在其中被分离为净化后的合成气流股2和co2产品气3，后者在下游的co2液化单元iii中液化，得到co2液态产品4。该实施例只使用了一个制冷机。共用制冷机vi同时产出粗合成气分离纯化单元用液态制冷剂5和co2液化单元用液态制冷剂7，前者在用来冷却合成气分离纯化单元的换热器中蒸发汽化，变成气态制冷剂6，循环回流至共用制冷机vi；后者在co2液化器中蒸发汽化，变成co2液化单元用气态制冷剂8，循环回流至共用制冷机vi。用一个共用的较大的制冷机取代两个较小的制冷机既节省了成本，也减少了占地面积，还可以方便管路的设计。
28.本说明书中所述的只是本实用新型的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。凡本领域技术人员依本实用新型的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的范围之内。