【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于深冷气体分离领域，尤其涉及一种气体深冷分离系统及分离方法。
技术介绍
1、近年来，生物质能已被国际公认为具有光明前景的能源，可以有效解决环境问题，助力实现双碳目标。世界拥有丰富的生物质资源，产量达到18800亿t/年，占世界能源产量的14％，而作为能源的转化利用不足总量的3％，发展潜力巨大。生物质能目前是仅次于石油、煤炭和天然气的世界第四大能源，占全球能源消耗的10％左右，具有非常重要的地位。生物质气化制氢可有效缓解化石能源短缺问题，因为氢能是清洁能源，燃烧产物只有水，更重要的是生物质整个生命周期保持碳中和，所以生物质气化制氢将是重要的研究方向。
2、在生物质气化制氢过程中，产生的富氢合成气中通常含有氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳等多种气体成分，其中，氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳占比可高达99％，这些气体成分的分离和提纯是气化技术中的一大挑战，尤其是对于氢气的纯度要求较高。传统的分离方法如低温蒸馏、吸收分离等存在着能耗高、效率低、设备庞大等问题，而且分离过程中往往需要大量的冷却能量，导致整体能效偏低。
3、为了解决这一问题，研究者们一直在寻求更为高效节能的气体分离技术。深冷分离技术是一种有效的手段，它利用不同气体成分的沸点差异，在低温下实现气体的分离。然而，传统的深冷分离系统存在着一些技术瓶颈，如能耗高、设备复杂、操作难度大等，这些问题限制了其在生物质气化制氢领域的应用。
技术实现思路
1、本专利技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中
2、本专利技术提出一种气体深冷分离系统及分离方法，解决了传统的深冷分离系统由于存在能耗高、设备复杂、操作难度大的问题，具有能够实现对富氢合成气中各成分的高效分离，提高氢气纯度，并且通过优化冷量分配方案和回收利用热能，降低系统运行能耗，促进能源转型和双碳目标实现的特点。
3、本专利技术一方面公开了一种气体深冷分离方法，包括：
4、第一分离步骤，包括预处理后的包含co、h2、co2和ch4的混合气通过第一微通道多股流换热器进行换热降温后，进入第一气液分离罐，经第一气液分离罐分离得到液态co2；
5、第二分离步骤，包括将经第一气液分离罐分离后得到的混合气通过第一j-t节流阀降温降压后，进入第二微通道多股流换热器进行换热降温后，进入第二气液分离罐，经第二气液分离罐分离得到低温h2；
6、第三分离步骤，包括将经第二气液分离罐分离后得到的ch4和co的混合液经过减压阀降压后进入到脱甲烷塔，采用co洗涤工艺，分离得到粗甲烷液体；
7、第一换热步骤，包括脱甲烷塔的塔顶流出的co与第二分离步骤得到的低温h2和低温co换热后，经过第二j-t节流阀送至脱甲烷塔上部入口作为洗涤液，将工艺气中的甲烷脱除，粗甲烷液体从塔底流出；
8、第二换热步骤，包括利用压缩膨胀机或第二分离步骤得到的低温h2和低温co的冷能为第一微通道多股流换热器提供冷能，以及利用压缩膨胀机为第二微通道多股流换热器提供冷能。
9、在其中一些实施例中，第二换热步骤中利用压缩膨胀机为第一微通道多股流换热器提供冷能包括：氦气通过第二压缩机进行增压，第二板式换热器进行换热到常温，一部分氦气通过调节阀进入第一压缩膨胀机，另一部分氦气通过调节阀进入第二压缩膨胀机，分别进行压缩，进入第三板式换热器进行水冷，冷却，再进入到第一微通道多股流换热器进行预冷，预冷后的氦气一部分进入第一压缩膨胀机进行膨胀制冷，得到的低温氦气一部分通过调节阀v-7进入第一微通道多股流换热器提供冷量，另一部分低温氦气与预冷后剩余氦气混合进入到第二压缩膨胀机进行膨胀制冷，得到超低温氦气，进入第二微通道多股流换热器提供冷量，为第一微通道多股流换热器和第二微通道多股流换热器提供冷量后的氦气进行混合后再次进入第二压缩机不断循环。
10、在其中一些实施例中，利用第二分离步骤得到的低温h2和低温co的冷能为第一微通道多股流换热器提供冷能包括：利用第二分离步骤得到的低温h2和低温co的冷能为第一微通道多股流换热器提供冷能，同时利用压缩膨胀机为第二微通道多股流换热器提供冷能。
11、在其中一些实施例中，当产生低温h2和co后，包含co、h2、co2和ch4的混合气进入第四微通道多股流换热器与低温h2和co进行换热，得到常温的h2和co，和降温的包含co、h2、co2和ch4的混合气。
12、在其中一些实施例中，当产生低温h2和co后，包含co、h2、co2和ch4的混合气进入第四微通道多股流换热器与低温h2和co进行换热，得到常温的h2和co，和降温的包含co、h2、co2和ch4的混合气；利用第二分离步骤得到的低温h2和低温co的冷能为第一微通道多股流换热器提供冷能，同时利用压缩膨胀机为第二微通道多股流换热器提供冷能。
13、在其中一些实施例中，第一分离步骤包括：从流化床气化炉产生的气化气经过油过滤器和水过滤器除去气化气中含有的焦油和水分，通过调节阀调节，部分气化气进入再沸器对ch4和co的混合液进行加热，换热后的气化气和其余气化气混合后进入第一板式换热器进行水冷降温到45℃，然后经过第一压缩机增压到20mpa，进入到第一微通道多股流换热器降温到-150℃，通过阀进入到第一气液分离罐，液态co2通过阀进入到二氧化碳储罐。
14、在其中一些实施例中，第二分离步骤包括：第一气液分离罐分离后得到的混合气从第一气液分离罐顶部流出，经过第一j-t节流阀降温降压，降压到8mpa，进入到第二微通道多股流换热器降温到-200～-225℃，换热后进入第二气液分离罐，第二气液分离罐的顶部流出低温h2，第二气液分离罐的罐底部流出ch4和co的混合液。
15、在其中一些实施例中，第三分离步骤包括：第二气液分离罐的罐底部流出的ch4和co的混合液经过减压阀降压到20bar，进入到脱甲烷塔，采用co洗涤工艺，塔顶流出的co抽取部分经过第三压缩机增压，与低温h2和低温co换热，再经过第二j-t节流阀至20bar送至脱甲烷塔上部入口作为洗涤液，将工艺气中的甲烷脱除，粗甲烷液体从塔底流出，进入甲烷储罐，脱甲烷塔的塔底设置热虹吸式再沸器，阀和第一液位计进行联控，保持脱甲烷塔内液位不低于20％。
16、本专利技术另一方面公开用于上述任一项所述的气体深冷分离方法的气体深冷分离系统。
17、在其中一些实施例中，包括：二氧化碳储罐、甲烷储罐、第一气液分离罐、第二气液分离罐、第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第一压缩膨胀机、第二压缩膨胀机、第一微通道多股流换热器、第二微通道多股流换热器、第三微通道多股流换热器、第四微通道多股流换热器、第一板式换热器、第二板式换热器、第三板式换热器、脱甲烷塔、热虹吸式再沸器、第一j-t节流阀、第二j-t节流阀、油过滤器和水过滤器。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
19、本专利技术提供一种气体深冷分离方法，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气体深冷分离方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的气体深冷分离方法，其特征在于，第二换热步骤中利用压缩膨胀机为第一微通道多股流换热器提供冷能包括：氦气通过第二压缩机进行增压，第二板式换热器进行换热到常温，一部分氦气通过调节阀进入第一压缩膨胀机，另一部分氦气通过调节阀进入第二压缩膨胀机，分别进行压缩，进入第三板式换热器进行水冷，冷却，再进入到第一微通道多股流换热器进行预冷，预冷后的氦气一部分进入第一压缩膨胀机进行膨胀制冷，得到的低温氦气一部分通过调节阀V-7进入第一微通道多股流换热器提供冷量，另一部分低温氦气与预冷后剩余氦气混合进入到第二压缩膨胀机进行膨胀制冷，得到超低温氦气，进入第二微通道多股流换热器提供冷量，为第一微通道多股流换热器和第二微通道多股流换热器提供冷量后的氦气进行混合后再次进入第二压缩机不断循环。
3.根据权利要求1所述的气体深冷分离方法，其特征在于，利用第二分离步骤得到的低温H2和低温CO的冷能为第一微通道多股流换热器提供冷能包括：利用第二分离步骤得到的低温H2和低温CO的冷能为第一微通道多股流换热器提供冷能，同时利用压
4.根据权利要求1所述的气体深冷分离方法，其特征在于，当产生低温H2和CO后，包含CO、H2、CO2和CH4的混合气进入第四微通道多股流换热器与低温H2和CO进行换热，得到常温的H2和CO，和降温的包含CO、H2、CO2和CH4的混合气。
5.根据权利要求1所述的气体深冷分离方法，其特征在于，当产生低温H2和CO后，包含CO、H2、CO2和CH4的混合气进入第四微通道多股流换热器与低温H2和CO进行换热，得到常温的H2和CO，和降温的包含CO、H2、CO2和CH4的混合气；利用第二分离步骤得到的低温H2和低温CO的冷能为第一微通道多股流换热器提供冷能，同时利用压缩膨胀机为第二微通道多股流换热器提供冷能。
6.根据权利要求1所述的气体深冷分离方法，其特征在于，第一分离步骤包括：从流化床气化炉产生的气化气经过油过滤器和水过滤器除去气化气中含有的焦油和水分，通过调节阀调节，部分气化气进入再沸器对CH4和CO的混合液进行加热，换热后的气化气和其余气化气混合后进入第一板式换热器进行水冷降温到45℃，然后经过第一压缩机增压到20Mpa，进入到第一微通道多股流换热器降温到-150℃，通过阀进入到第一气液分离罐，液态CO2通过阀进入到二氧化碳储罐。
7.根据权利要求6所述的气体深冷分离方法，其特征在于，第二分离步骤包括：第一气液分离罐分离后得到的混合气从第一气液分离罐顶部流出，经过第一J-T节流阀降温降压，降压到8Mpa，进入到第二微通道多股流换热器降温到-200～-225℃，换热后进入第二气液分离罐，第二气液分离罐的顶部流出低温H2，第二气液分离罐的罐底部流出CH4和CO的混合液。
8.根据权利要求7所述的气体深冷分离方法，其特征在于，第三分离步骤包括：第二气液分离罐的罐底部流出的CH4和CO的混合液经过减压阀降压到20bar，进入到脱甲烷塔，采用CO洗涤工艺，塔顶流出的CO抽取部分经过第三压缩机增压，与低温H2和低温CO换热，再经过第二J-T节流阀至20bar送至脱甲烷塔上部入口作为洗涤液，将工艺气中的甲烷脱除，粗甲烷液体从塔底流出，进入甲烷储罐，脱甲烷塔的塔底设置热虹吸式再沸器，阀和第一液位计进行联控，保持脱甲烷塔内液位不低于20％。
9.用于权利要求1-8任一项所述的气体深冷分离方法的气体深冷分离系统。
10.根据权利要求9所述的气体深冷分离系统，其特征在于，包括：二氧化碳储罐、甲烷储罐、第一气液分离罐、第二气液分离罐、第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机、第一压缩膨胀机、第二压缩膨胀机、第一微通道多股流换热器、第二微通道多股流换热器、第三微通道多股流换热器、第四微通道多股流换热器、第一板式换热器、第二板式换热器、第三板式换热器、脱甲烷塔、热虹吸式再沸器、第一J-T节流阀、第二J-T节流阀、油过滤器和水过滤器。
...【技术特征摘要】
1.一种气体深冷分离方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的气体深冷分离方法，其特征在于，第二换热步骤中利用压缩膨胀机为第一微通道多股流换热器提供冷能包括：氦气通过第二压缩机进行增压，第二板式换热器进行换热到常温，一部分氦气通过调节阀进入第一压缩膨胀机，另一部分氦气通过调节阀进入第二压缩膨胀机，分别进行压缩，进入第三板式换热器进行水冷，冷却，再进入到第一微通道多股流换热器进行预冷，预冷后的氦气一部分进入第一压缩膨胀机进行膨胀制冷，得到的低温氦气一部分通过调节阀v-7进入第一微通道多股流换热器提供冷量，另一部分低温氦气与预冷后剩余氦气混合进入到第二压缩膨胀机进行膨胀制冷，得到超低温氦气，进入第二微通道多股流换热器提供冷量，为第一微通道多股流换热器和第二微通道多股流换热器提供冷量后的氦气进行混合后再次进入第二压缩机不断循环。
3.根据权利要求1所述的气体深冷分离方法，其特征在于，利用第二分离步骤得到的低温h2和低温co的冷能为第一微通道多股流换热器提供冷能包括：利用第二分离步骤得到的低温h2和低温co的冷能为第一微通道多股流换热器提供冷能，同时利用压缩膨胀机为第二微通道多股流换热器提供冷能。
4.根据权利要求1所述的气体深冷分离方法，其特征在于，当产生低温h2和co后，包含co、h2、co2和ch4的混合气进入第四微通道多股流换热器与低温h2和co进行换热，得到常温的h2和co，和降温的包含co、h2、co2和ch4的混合气。
5.根据权利要求1所述的气体深冷分离方法，其特征在于，当产生低温h2和co后，包含co、h2、co2和ch4的混合气进入第四微通道多股流换热器与低温h2和co进行换热，得到常温的h2和co，和降温的包含co、h2、co2和ch4的混合气；利用第二分离步骤得到的低温h2和低温co的冷能为第一微通道多股流换热器提供冷能，同时利用压缩膨胀机为第二微通道多股流换热器提供冷能。
6.根据权利要求1所述的气体深冷分离方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：战庭军，曾维武，王晓亮，王廷勇，
申请(专利权)人：青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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