一种提纯净化一氧化碳粗产品的装置及工艺的制作方法

本发明涉及特种气体的分离提纯以及二氧化碳电还原技术领域，具体为一种提纯净化一氧化碳粗产品的装置及工艺。

背景技术：

随着气球变暖问题得到全球越来越多的重视，如何对二氧化碳气体进行循环再利用，减少其向大气的排放，已成为一个世界性的课题。其中，用电化学手段将二氧化碳还原成资源型气体或碳氢化合物加以储存的方法，因其设备简易、操作简单、在常温常压下工作，具有独特的优势。在各种可能的产物中，因为一氧化碳难以储存、运输的特点，二氧化碳电还原制取一氧化碳的工艺，尤其受到co需求规模小、但长期稳定的特种气体行业的关注。然而，由于二氧化碳还原路径复杂，且往往伴有析氢反应，产品气体杂质种类较多，含量较大，而特气行业往往需要高纯度的一氧化碳，如何对电解产物进行分离、提纯就成为一项重大的挑战。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提纯净化一氧化碳粗产品的装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提纯净化一氧化碳粗产品的装置，包括第一5a分子筛干燥器、第二5a分子筛干燥器、管式反应器、第一管壳式换热器、第二管壳式换热器、板翅式换热器，所述第一5a分子筛干燥器、第二5a分子筛干燥器入口端均通过第一管道连接原料气发生装置，出口端通过第二管道连接管式反应器入口端，所述管式反应器出口端通过第三管道连接第一管壳式换热器入口端，所述第一管壳式换热器出口端通过第四管道分别连接第一变压吸附塔和第二变压吸附塔入口端，所述第一变压吸附塔和第二变压吸附塔出口端通过第五管道连通第二管壳式换热器，所述第二管壳式换热器通过第六管道连通板翅式换热器，所述板翅式换热器通过第七管道连通第一精馏塔中部；所述第一精馏塔顶部采出口与第二管壳式换热器相连通，之后通往燃烧排空点；所述第一精馏塔底部采出口与第二精馏塔的中部至上部相连通；所述第二精馏塔底部采出口与第二管壳式换热器相连通，随后通往排空点，所述第二精馏塔顶部采出口与第三精馏塔中部至下部相连通；所述第三精馏塔顶部采出口与第二管壳式换热器相连通，随后通往排空点；所述第三精馏塔底部采出口与第二管壳式换热器相连通，随后通往产品收集点。

优选的，所述第一变压吸附塔和第二变压吸附塔内吸附剂选用活性炭或其他疏松多孔材料，吸附剂比表面积选用600-1800m²/g，吸附压力0.1-1.5mpa。

优选的，所述第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔均采用板式或填料精馏塔，所述第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔依次投入40-150，40-150，20-100块理论板，操作压力在50-760mmhg，每个精馏塔的回流比在r=20-沸器或气氮加热再沸器。

优选的，一种提纯净化一氧化碳粗产品的装置的工艺，包括以下步骤：

a、原料气发生装置的原料气主要成分为co和h2的混合气，并混有微量co2、h2o、ch4、o2和n2等其他杂质；

b、所述原料气通过第一管道进入第一5a分子筛干燥器、第二5a分子筛干燥器除去h2o,之后通过第二管道进入管式反应器，将ch4氧化转化为co2；

c、气体离开反应器后，进入第三管道，由冷却水冷却至40ºc以下进入第一变压吸附塔和第二变压吸附塔吸附co2；

d、之后，气体通过第四管道，与离开深冷装置的各气体在第二管壳式换热器中换冷，剩余的冷量在板翅式换热器中由液氮补足；

e、之后，气体依次通过第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔，依次分离以h2、n2、o2为代表的各轻、重组分之后，通过管道进入第二管壳式换热器交换冷量，作为高纯度产品采集。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构原理简单，由干燥单元、氧化单元、吸附单元、深冷分离单元串联而成，并采用冷量回收技术降低能耗，操作中，以氢气为主要副产物，并含有少量水、二氧化碳、氮气、氧气和其他碳氢化合物的一氧化碳粗产品依次通过各分离单元，除去各杂质后，最终产品气一氧化碳纯度可达99.99%。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种提纯净化一氧化碳粗产品的装置，包括第一5a分子筛干燥器1、第二5a分子筛干燥器2、管式反应器3、第一管壳式换热器4、第二管壳式换热器5、板翅式换热器6，所述第一5a分子筛干燥器1、第二5a分子筛干燥器2入口端均通过第一管道7连接原料气发生装置，出口端通过第二管道8连接管式反应器3入口端，所述管式反应器3出口端通过第三管道9连接第一管壳式换热器4入口端，所述第一管壳式换热器4出口端通过第四管道10分别连接第一变压吸附塔11和第二变压吸附塔12入口端，所述第一变压吸附塔11和第二变压吸附塔12出口端通过第五管道13连通第二管壳式换热器5，所述第二管壳式换热器5通过第六管道14连通板翅式换热器6，所述板翅式换热器6通过第七管道15连通第一精馏塔16中部；所述第一精馏塔16顶部采出口与第二管壳式换热器5相连通，之后通往燃烧排空点；所述第一精馏塔16底部采出口与第二精馏塔17的中部至上部相连通；所述第二精馏塔17底部采出口与第二管壳式换热器5相连通，随后通往排空点，所述第二精馏塔17顶部采出口与第三精馏塔18中部至下部相连通；所述第三精馏塔18顶部采出口与第二管壳式换热器5相连通，随后通往排空点；所述第三精馏塔18底部采出口与第二管壳式换热器5相连通，随后通往产品收集点。

其中，管式反应器3催化剂选用以氧化金属为载体的钯或铂，反应温度150ºc至700ºc；第一变压吸附塔11和第二变压吸附塔12内吸附剂选用活性炭或其他疏松多孔材料，吸附剂比表面积选用600-1800m²/g，吸附压力0.1-1.5mpa；第一精馏塔16、第二精馏塔17、第三精馏塔18均采用板式或填料精馏塔，所述第一精馏塔16、第二精馏塔17、第三精馏塔18依次投入40-150，40-150，20-100块理论板，操作压力在50-760mmhg，每个精馏塔的回流比在r=20-沸器或气氮加热再沸器。各精馏塔间用流量泵或压力差进行传质。传质管道上设置调节阀来控制流量。具体步骤为：产品气首先从第一精馏塔的中部进入，以氢气为主的轻组分从塔顶脱出，产品气从塔底进入第二精馏塔的中上部至中下部。在第二精馏塔中，重组分混合物从塔底脱出，产品气从塔顶进入第三精馏塔的中上部至中下部。在第三精馏塔中，以氮气为主的轻组分从塔顶脱出，高纯度的一氧化碳气体从塔底离开。

工作原理：原料气发生装置的原料气主要成分为co和h2的混合气，并混有微量co2、h2o、ch4、o2和n2等其他杂质；所述原料气通过第一管道进入第一5a分子筛干燥器、第二5a分子筛干燥器除去h2o,之后通过第二管道进入管式反应器，将ch4氧化转化为co2；气体离开反应器后，进入第三管道，由冷却水冷却至40ºc以下进入第一变压吸附塔和第二变压吸附塔吸附co2；之后，气体通过第四管道，与离开深冷装置的各气体在第二管壳式换热器中换冷，剩余的冷量在板翅式换热器中由液氮补足；之后，气体依次通过第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔，依次分离以h2、n2、o2为代表的各轻、重组分之后，通过管道进入第二管壳式换热器交换冷量，作为高纯度产品采集。

综上所述，本发明结构原理简单，由干燥单元、氧化单元、吸附单元、深冷分离单元串联而成，并采用冷量回收技术降低能耗，操作中，以氢气为主要副产物，并含有少量水、二氧化碳、氮气、氧气和其他碳氢化合物的一氧化碳粗产品依次通过各分离单元，除去各杂质后，最终产品气一氧化碳纯度可达99.99%。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。