CN217909681U

CN217909681U - 合成气干燥净化装置

Info

Publication number: CN217909681U
Application number: CN202222185014.8U
Authority: CN
Inventors: 唐莉; 张华�; 孟树彬; 周奋雄; 李越
Original assignee: SICHUAN KAIYUAN TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SICHUAN KAIYUAN TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2022-08-18
Filing date: 2022-08-18
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2032-08-18

Abstract

本实用新型为合成气干燥净化装置。该装置包括原料气缓冲罐、主净化塔、副净化塔、加热器、冷却器、气液分离器，其中，原料气输送管道与原料气缓冲罐相连，并在原料气缓冲罐后设置TSA，从TSA出来的净化后气体经过精密过滤器输出至下游，其余气体则在TSA中再生后回收利用。本装置自动化程度高、投资少、运行成本低、安全环保节能。经本装置干燥净化处理后，合成气中的水分露点温度可控制在‑80～‑40℃，并可深度脱除高沸物、硫化物等杂质。为保证下游装置生产稳定性、延长催化剂使用寿命和提高产品质量等方面提供了重要保障。

Description

合成气干燥净化装置

技术领域

本实用新型属于化工气体处理设备技术领域，具体为合成气干燥净化装置。

背景技术

在石油化工、煤化工、氯碱化工、以及轻化工等众多领域中，CO、H₂、CO₂、N₂等都是合成一系列化工原料的基本成分，基于上述组分不同浓度、配比混合而成的合成气，在特定催化剂上发生催化反应生成各领域所需的粗化工原料，如甲醇、氨等。

合成反应对反应温度、压力要求很高，因此对于各种合成反应，都需要引入特定催化剂以降低反应条件。常用的合成气反应催化剂均具有催化选择性好、活性高的优点，但均对合成气中的许多杂质、毒物非常敏感，未经净化的合成气直接进入反应器与催化剂接触，会使得催化剂中毒，造成其选择性降低、反应活性变差或者结构强度减弱，最终会明显影响反应效果。导致催化剂中毒的主要原因有:硫氧化物、氯化物污染、水、油污染、羰基金属污染等。因此，在进入反应器前，上游的粗合成气必须经过一段或多段净化方式，除去粗合成气中的杂质。

常见脱除合成气中杂质的方法有分子筛吸附、脱硫剂处理、净化剂脱除羰基化物等。采用分子筛吸附，其主要基于吸附原理，将原料气中的杂质吸附于床层中，干净的合成气则从床层顶部进入后续工段。但再生方面，若采用抽空方式再生，不仅需要配置真空泵，增加能耗，抽空解吸方式还无法实现吸附床层的彻底再生，影响净化效果；若采用蒸汽加热载气的方式再生，会引入氮气，从而产生废气排放；另一方面，合成气压力通常不低(0.2～2.5MPa)，无论采用常规TSA或PSA工艺，系统都需要升压、降压以满足吸附、再生所需压力条件，导致工艺流程和相应配置相对繁琐；若直接采用一次性脱硫剂、净化剂等对合成气中杂质进行脱除，又存在脱硫剂、净化剂处理杂质单一，不可再生以及更换周期相对频繁，生产成本高的弊端。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是针对上述技术问题，提供一种结构简单、运行成本低、自动化程度高、安全性能高、投资少、安装便携的合成气干燥净化装置，该装置能将合成气干燥净化，将其中水分及杂质进行较好的脱除。

为了实现上述目的，本实用新型的具体技术方案为：

合成气干燥净化装置，该装置包括原料气缓冲罐、主净化塔、副净化塔、加热器、冷却器、气液分离器和精密过滤器，其中，原料气输送管道与原料气缓冲罐相连后再分别与主净化塔、副净化塔和气液分离器连接；主净化塔上分别设置有主净化塔塔底进口和主净化塔塔顶出口；其中，主净化塔塔底进口设置在主净化塔的底端；主净化塔塔顶出口设置在主净化塔的顶端，主净化塔的顶部经塔顶循环气管道与加热器相连接；主净化塔和副净化塔的底部均通过塔底循环气管道与冷却器连接；主净化塔塔顶出口通过主净化塔塔顶出口管与精密过滤器相连，精密过滤器出口与下游连接，将精密过滤器出口的净化后气体通过管道输出至下游。

进一步的，所述副净化塔上分别设置有副净化塔塔底再生口、副净化塔塔顶再生口；副净化塔塔底再生口设置在副净化塔的塔底，并与副净化塔塔底再生管道连通；副净化塔塔顶再生口设置在副净化塔的塔顶；副净化塔塔顶再生口通过副净化塔塔顶再生管道与加热器顶部相连。

进一步的，所述加热器的顶部与副净化塔的顶部连接；加热器的底部与主净化塔的顶部相连；冷却器的顶部分别与主净化塔和副净化塔的底部相连；冷却器的底部与气液分离器的进口相连；气液分离器的顶部与主净化塔的底部相连。

进一步的，在气液分离器出口的管道与主净化塔塔底进口管汇合后的管道上设有原料调节阀；在主净化塔塔顶出口与精密过滤器相连的主净化塔塔顶出口管上设置有压力调节阀；在主净化塔塔顶出口的管道上均设置有程控阀，每个程控阀均与控制装置连接。

进一步的，在所述的副净化塔塔底出口的管道上设置有程控阀，该程控阀与控制装置连接。

进一步的，塔底循环气管道和副净化塔塔底再生管道之间设有连接管路。

更进一步的，在连接管路上设置有程控阀，该程控阀与控制装置连接。

进一步的，所述主净化塔的数量均为2-5台，各个主净化塔之间并列连接；

进一步的，所述副净化塔的数量均为1-2台，各个副净化塔之间并列连接

进一步的，所述精密过滤器的数量为1-3台，各个精密过滤器之间通过串联或并联连接。

更进一步的，所述的主净化塔和副净化塔内均装填有由氧化铝、活性炭、硅胶、分子筛组成的复合吸附剂填料。

本装置的工作原理为：

合成气在一定压力下进入本装置，原料气首先进入原料气缓冲罐，然后进入TSA系统(包括主净化塔和副净化塔),通过主净化塔进行干燥并脱除微量杂质，原料气体通过预先设定好的程序控制系统自动进入到已经再生好的主净化塔中，经过装填在主净化塔中的吸附剂进行吸附分离，大部分水分和杂质(如硫化物)等被吸附剂吸附并在塔内富集，干燥的氢气、一氧化碳和少量二氧化碳等从塔顶经精密过滤器进一步处理后排出送至下游工序。一个主净化塔吸附结束后，通过程控阀门切换转为再生状态实现对再生气处理回收，再生系统由主净化塔、副净化塔、加热器、冷却器和气液分离器以及相关管道连接共同组成。部分原料气由副净化塔塔底进口进入副净化塔或经连接管路进入主净化塔开始进行再生循环，主净化塔通过热吹、冷吹实现再生过程，循环气在再生系统中经冷吹、加热、热吹、冷却、气液分离等步骤后，通过主净化塔塔底进口进入再生好的主净化塔进行干燥和净化。

整个过程由至少2台主净化塔和1台副净化塔循环工作，时间上均匀错开，全部切换过程由预先设置好的程序系统自动控制，保证装置连续、稳定、安全的运行。

在装置中所述的主净化塔塔底进口设有调节阀来分配流量，在主净化塔塔顶出口设有调节阀来稳定装置的压力。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果体现在：

(一)、通过管路配置和阀门切换，实现系统在不需要引入额外动力设备条件下完成吸附、再生循环，还大幅降低了系统能耗；

(二)、通过管路配置和阀门切换，实现不额外引入其他气体情况下完成主、副净化塔的再生过程；

(三)、通过原料气缓冲设计减小原料气量波动对主净化塔吸附和再生过程的影响，提高装置抗扰动能力；

(四)、整个吸附-再生过程中，有效组分(H₂、CO、N₂)几乎没有损耗，吸附床层再生彻底，重复利用率高；

(五)、整套装置结构简单、运行成本低、自动化程度高、安全性能高、投资少、安装方便，安全环保节能，能较好实现粗合成气的干燥以及净化目的，可在行业中广泛应用，整套装置实现了零废气排放。

附图说明

图1为本实用新型所述合成气干燥净化装置中各部件的连接关系示意图。

其中，1-原料气缓冲罐、2-主净化塔、3-副净化塔、4-加热器、5-冷却器、6-气液分离器、7-原料调节阀、8-压力调节阀、9-精密过滤器、10-主净化塔塔底进口管、11—副净化塔塔底再生管道、12-副净化塔塔顶再生管道、13-塔顶循环气管道、14-塔底循环气管道、15-冷却器与气液分离器连接管、16-连接管路、17-主净化塔塔顶出口管

具体实施方式

进一步的，所述主净化塔的数量均为2-5台，具体可为2台、3台、4台、5台；各个主净化塔之间并列连接；

进一步的，所述副净化塔的数量均为1-2台，具体可为1台、2台；各个副净化塔之间并列连接

进一步的，所述精密过滤器的数量为1-3台，具体可为1台、2台、3台；各个精密过滤器之间通过串联或并联连接。

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型要指出的是，本实用新型中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本实用新型涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。

实施例1：

合成气干燥净化装置，其结构如图1所示，该装置包括原料气缓冲罐、主净化塔、副净化塔、加热器、冷却器、气液分离器和精密过滤器，其中，原料气输送管道与原料气缓冲罐相连后再分别与主净化塔、副净化塔和气液分离器连接；主净化塔上分别设置有主净化塔塔底进口和主净化塔塔顶出口；其中，主净化塔塔底进口设置在主净化塔的底端；主净化塔塔顶出口设置在主净化塔的顶端，主净化塔的顶部经塔顶循环气管道与加热器相连接；主净化塔和副净化塔的底部均通过塔底循环气管道与冷却器连接；主净化塔塔顶出口通过主净化塔塔顶出口管与精密过滤器相连，精密过滤器出口与下游连接，将精密过滤器出口的净化后气体通过管道输出至下游。

所述副净化塔上分别设置有副净化塔塔底再生口、副净化塔塔顶再生口；副净化塔塔底再生口设置在副净化塔的塔底，并与副净化塔塔底再生管道连通；副净化塔塔顶再生口设置在副净化塔的塔顶；副净化塔塔顶再生口通过副净化塔塔顶再生管道与加热器顶部相连。

所述加热器的顶部与副净化塔的顶部连接；加热器的底部与主净化塔的顶部相连；冷却器的顶部分别与主净化塔和副净化塔的底部相连；冷却器的底部与气液分离器的进口相连；气液分离器的顶部与主净化塔的底部相连。

在气液分离器出口的管道与主净化塔塔底进口管汇合后的管道上设有原料调节阀；在主净化塔塔顶出口与精密过滤器相连的主净化塔塔顶出口管上设置有压力调节阀；在主净化塔塔顶出口的管道上均设置有程控阀，每个程控阀均与控制装置连接。

在所述的副净化塔塔底出口的管道上设置有程控阀，该程控阀与控制装置连接。

塔底循环气管道和副净化塔塔底再生管道之间设有连接管路。在连接管路上设置有程控阀，该程控阀与控制装置连接。

所述主净化塔的数量均为2台，各个主净化塔之间并列连接。

所述副净化塔的数量均为1台，各个副净化塔之间并列连接。

所述精密过滤器的数量为2台，各个精密过滤器之间可串联或并联。

所述的主、副净化塔内均装填有由氧化铝、活性炭、硅胶、分子筛组成的复合吸附剂填料。

运用该装置进行合成气干燥净化的工艺步骤为：

为了方便描述工艺，以上装置中，主净化塔、副净化塔、加热器、冷却器和气液分离器以及相关管道连接共同组成了再生系统。

主净化塔及其对应的管道和副净化塔及其对应的管道组成了吸附系统。

合成的压力～1.5MPa，气量约为7600Nm³/h，组分如下表所示：

表1粗合成气组成(V％)

名称

CO

H2

N2

H2O

CH4

Ar

CO2

总硫

合计

含量(v％)

51.6

45.6

1.7

0.7

0.1

0.2

≤200ppm

≤0.02ppm

100

粗合成气在～1.5MPa下进入本装置，原料气首先进入原料气缓冲罐，然后进入TSA系统,通过主净化塔进行干燥并脱除微量杂质，原料气体通过预先设定好的程序控制系统自动进入到已经再生好的主净化塔中，经过装填在主净化塔中的吸附剂进行吸附分离，大部分水分和杂质(如硫化物)等被吸附剂吸附并在塔内富集，干燥的氢气、甲烷和少量二氧化碳等从塔顶经精密过滤器进一步处理后排出送至下游工序。一个主净化塔吸附结束后，通过程控阀门切换转为再生状态实现对再生气处理回收。部分原料气由副净化塔塔底进口进入副净化塔或经连接管路进入主净化塔开始进行再生循环，主净化塔通过热吹、冷吹实现再生过程，循环气在再生系统中经冷吹、加热、热吹、冷却、气液分离等步骤后，通过主净化塔塔底进口进入再生好的主净化塔进行干燥和净化。

整个过程由2台主净化塔、1台副净化塔循环工作，时间上均匀错开，全部切换过程由预先设置好的程序系统自动控制，保证装置连续、稳定、安全的运行。

各主、副净化塔的循环单元过程均为：A(吸附)-热吹(H)-冷吹(C)-A(吸附)。

前述本实用新型中的基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本实用新型可采用并要求保护的实施例。本实用新型方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.合成气干燥净化装置，该装置包括原料气缓冲罐(1)、主净化塔(2)、副净化塔(3)、加热器(4)、冷却器(5)、气液分离器(6)和精密过滤器(9)，其特征在于：原料气输送管道与原料气缓冲罐(1)相连后再分别与主净化塔(2)、副净化塔(3)和气液分离器(6)连接；主净化塔(2)上分别设置有主净化塔塔底进口和主净化塔塔顶出口；其中，主净化塔塔底进口设置在主净化塔(2)的底端；主净化塔塔顶出口设置在主净化塔(2)的顶端，主净化塔(2)的顶部经塔顶循环气管道(13)与加热器(4)相连接；主净化塔(2)和副净化塔(3)的底部均通过塔底循环气管道(14)与冷却器(5)连接；主净化塔塔顶出口通过主净化塔塔顶出口管(17)与精密过滤器(9)相连，精密过滤器(9)出口与下游连接。

2.如权利要求1所述的合成气干燥净化装置，其特征在于：所述副净化塔(3)上分别设置有副净化塔塔底再生口、副净化塔塔顶再生口；副净化塔塔底再生口设置在副净化塔(3)的塔底，并与副净化塔塔底再生管道(11)连通；副净化塔塔顶再生口设置在副净化塔(3)的塔顶；副净化塔塔顶再生口通过副净化塔塔顶再生管道(12)与加热器(4)顶部相连。

3.如权利要求1所述的合成气干燥净化装置，其特征在于：所述加热器(4)的顶部与副净化塔(3)的顶部连接；加热器(4)的底部与主净化塔(2)的顶部相连；冷却器(5)的顶部分别与主净化塔(2)和副净化塔(3)的底部相连；冷却器(5)的底部与气液分离器(6)的进口相连；气液分离器(6)的顶部与主净化塔(2)的底部相连。

4.如权利要求3所述的合成气干燥净化装置，其特征在于：在气液分离器出口的管道与主净化塔塔底进口管汇合后的管道上设有原料调节阀(8)；在主净化塔塔顶出口与精密过滤器(9)相连的主净化塔塔顶出口管(17)上设置有压力调节阀(7)；在主净化塔(2)塔顶出口的管道上均设置有程控阀，每个程控阀均与控制装置连接。

5.如权利要求2所述的合成气干燥净化装置，其特征在于：在所述的副净化塔(3)塔底出口的管道上设置有程控阀，该程控阀与控制装置连接。

6.如权利要求2所述的合成气干燥净化装置，其特征在于：塔底循环气管道(14)和副净化塔塔底再生管道(11)之间设有连接管路(16)。

7.如权利要求6所述的合成气干燥净化装置，其特征在于：在连接管路(16)上设置有程控阀，该程控阀与控制装置连接。

8.如权利要求1所述的合成气干燥净化装置，其特征在于：所述主净化塔(2)的数量均为2-5台，各个主净化塔(2)之间并列连接。

9.如权利要求1或2所述的合成气干燥净化装置，其特征在于：所述副净化塔(3)的数量均为1-2台，各个副净化塔(3)之间并列连接。

10.如权利要求1所述的合成气干燥净化装置，其特征在于：所述精密过滤器(9)的数量为1-3台，各个精密过滤器(9)之间通过串联或并联连接。