本發明涉及一種HYCO合成氣分離用冷箱系統，尤其是涉及一種具有加速預冷效果的HYCO冷箱系統及其加速預冷方法。
背景技術：
HYCO合成氣是含54％CO和45％H2以及微量的N2、CH4、Ar、H2O、CO2等的工業混合氣體。HYCO分離凈化系統是將合成氣中H2O和CO2通過TSA吸附塔脫除，其次利用CO、H2、N2、CH4和AR等氣體的沸點不同在冷箱內部將CO和H2分離出來，H2通過PSA來提純后外送，CO通過CO壓縮機加壓以后外送給客戶，產生的尾氣則放至火炬燃燒掉。
目前HYCO冷箱開車主要是根據焦－湯效應由于氮氣經過冷箱控制閥時膨脹，系統內溫度開始下降。調節相關控制閥來分配冷箱中冷量，使冷箱內的所有線路和換熱器均衡的冷卻。
這期間冷箱的溫度需要一個降溫的過程，速率控制在每小時降溫25℃以內。但是降溫至-150℃以后，降溫速率會緩慢下來，一個小時內降溫5℃，這就造成了冷箱開車速度慢，產品合格速度慢，從而也加大了壓縮機的電耗，又浪費了開車使用的N2和CO而造成污染。
有關文獻也提到了空分裝置的冷箱預冷的方法，但是使用的空氣壓縮機將空氣加壓再進入膨脹機制冷，但是由于分離的組分不同，預冷至-170℃就可以達到條件。但是對于HYCO的冷箱來說，工作溫度更為苛刻。
技術實現要素：
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種具有加速預冷效果的HYCO冷箱系統及其加速預冷方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
一種具有加速預冷效果的HYCO冷箱系統，所述的HYCO冷箱內包括第一板翅換熱器、第二板翅換熱器、氣液分離罐、H2汽提塔、N2/CO分離塔、CO/CH4分離塔，所述的第一板翅換熱器與第二板翅換熱器并列設置，用于進入冷箱與流出冷箱各種氣體的換熱，所述的氣液分離罐、H2汽提塔、N2/CO分離塔、CO/CH4分離塔用于先后對從HYCO合成氣管線進入的HYCO合成氣進行分離處理，所述的氣液分離罐還外接設在HYCO冷箱外的PSA壓力變動吸附罐，所述的PSA壓力變動吸附罐用于吸附處理以得到H2產品，所述的H2汽提塔還外接閃蒸汽管線，用于余存H2排出，所述的N2/CO分離塔、CO/CH4分離塔同時外接用于尾氣排放的尾氣管線，所述的CO/CH4分離塔還外接分離后CO排出的低壓CO管線，所述的低壓CO管線連接壓縮機，用于壓縮低壓CO成為CO產品，
在HYCO冷箱外設置有液氮罐，從所述的液氮罐引出兩條管線，分別為第一液氮管線與第二液氮管線，所述的第一液氮管線經過第二板翅換熱器換熱后與低低壓CO管線相接，所述的第二液氮管線先后經過第二板翅換熱器、第一板翅換熱器換熱后排放，所述的液氮罐流出的液氮通過與第二板翅換熱器或第一板翅換熱器的換熱為HYCO冷箱內部降溫，加速預冷。
所述的CO壓縮機由串聯的第一壓縮機、第二壓縮機、第三壓縮機組成，所述的第一壓縮機的入口連接開車用N2管線，所述的第二壓縮機的出口引出CO產品，所述的第三壓縮機的出口連接高壓CO管線，所述的高壓CO管線經過第一板翅換熱器換熱后連接膨脹機入口，所述的膨脹機出口連接低低壓CO管線，低低壓CO管線經過第一板翅換熱器換熱后連接到第一壓縮機的入口，所述的第一液氮管線經過第二板翅換熱器換熱后與低低壓CO管線相接。
所述的第一液氮管線上設有第一股液氮調節閥，所述的第二液氮管線上設有第二股液氮調節閥。
具體而言，所述的氣液分離罐用于將HYCO合成氣分離為氣體與液體，所述的氣液分離罐分離后氣體進入PSA壓力變動吸附罐處理后得到H2產品，所述的氣液分離罐分離后液體順序經過H2汽提塔、N2/CO分離塔、CO/CH4分離塔處理。
具體而言，所述的氣液分離罐與PSA壓力變動吸附罐之間通過粗H2管線連接。
具體而言，所述的H2汽提塔接受氣液分離罐分離后液體，用于提取氣液分離罐分離出的液體中的余存H2，并外接閃蒸汽管線，將余存H2排出，所述的H2汽提塔流出液體進入N2/CO分離塔。
具體而言，所述的N2/CO分離塔對H2汽提塔流出液體進行N2與CO分離，并外接用于排走N2的尾氣管線，分離出的N2通過尾氣管線排出，含CO的氣體進入CO/CH4分離塔分離。
具體而言，所述的CO/CH4分離塔對N2/CO分離塔流出產物進行分離，分離后包括CH4在內的尾氣通過尾氣管線排走，分離后CO從低壓CO管線進入壓縮機壓縮。
具體而言，在HYCO冷箱內還配制有配合N2/CO分離塔的N2/CO再沸器與N2/CO冷凝器，在HYCO冷箱內還配制有配合CO/CH4分離塔的CO/CH4再沸器。
使用所述的HYCO冷箱系統進行加速預冷方法，包括以下步驟：
A、將液氮罐內液氮充至70％的體積，并將液氮罐壓力控制在6-8barg；
B、打開開車用N2管線，開啟CO壓縮機、膨脹機以后對冷箱進行預冷，通過CO壓縮機將N2加壓至10.9barg，然后依靠透平膨脹機將10.9barg高壓氣體節流成1barg低壓氣體，并經過第一板翅換熱器換熱來提供冷量對冷箱進行預冷，在預冷至-50℃以后，打開第一股液氮調節閥，觀察第一股液氮調節閥出口溫度與冷箱預冷溫度相差不超過10℃，引入第一股液氮，第一股液氮通過第一液氮管線進入低低壓CO管線，對冷箱進行預冷，冷箱降溫不超過每小時25℃；(這一股液氮和和膨脹機出口低低壓CO管線匯合氣流匯合后，溫度不會下降的太快而損傷板翅換熱器，但是此液氮的第一股液氮調節閥也不能開太大，過多的冷量也會損傷設備)
C、繼續預冷，在預冷至-160℃，打開第二股液氮調節閥，引第二股液氮對冷箱進行預冷，觀察第二股液氮調節閥出口溫度與冷箱預冷溫度相差不超過10℃；這股液氮由于是直接經過板翅換熱器的，所以也不開太大，應注意附近兩根管線的溫差。
D、預冷至-170℃，當氣液分離罐與H2汽提塔之間的氣液分離管線有液相出現，并維持穩定的液位以后，將第一股液氮調節閥慢慢關閉，使液位維持在60％，開始從HYCO合成氣管線引入HYCO合成氣原料，當原料進入系統后，冷箱會慢慢降至正常工作溫度-181℃，在關閉好第一股液氮調節閥以后，慢慢關小第二股液氮調節閥開度，最后保持小開度并常開。
本發明中從所述的液氮罐引出兩條管線，第一液氮管線經過第二板翅換熱器換熱后，進入低低壓CO管線內，再經過第一板翅換熱器換熱對冷箱進行冷卻的。第二液氮管線是直接先后經過第二板翅換熱器、第一板翅換熱器換熱后放空對冷箱進行冷卻的。
HYCO合成氣分離凈化裝置的開車過程是一個緩慢的降溫過程，在冷箱中新增了兩根液氮管線，在冷卻至-50℃時加速冷箱的預冷速度，從而加快CO產品和H2產品合格的速度，并更節能環保。
本發明中，高壓CO管線是指直接與第三壓縮機出口相連的CO管線，且里面所含CO為經過三個壓縮機壓縮后的CO。
低壓CO管線是指與第二壓縮機的入口相連的CO管線，低壓CO管線內所含CO為經過冷箱分離后的CO。
低低壓CO管線是指與第一壓縮機入口相連的CO管線，該管線還與第一液氮管線相連，即該低低壓CO管線還作為液氮管線，第一液氮管線內液氮經過第二板翅換熱器換熱后，進入低低壓CO管線內，再經過第一板翅換熱器換熱對冷箱進行冷卻，再由入低低壓CO管線進入第一壓縮機進行壓縮。
即，本發明中CO壓縮機除了作為壓縮CO用以外，還用于壓縮N2使用。
與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果：
一、本發明系統增加液氮管線以后，加快了HYCO產品合格的時間。
二、安全可靠：由于新增管線是帶有溫度聯鎖的，在沒有達到指定溫度的情況下，調節閥的閥門是不允許打開的，也對其操作不了，對設備起到了保護。
三、環保：HYCO開車時，是需要用N2來預冷的，時間越短排放的N2也越短，此外壓縮機無用功的時間也越短。
四、操作方便：此管線閥門可以進行遠程控制的，不需要增加人力。
附圖說明
圖1為本發明具有加速預冷效果的HYCO冷箱系統結構示意圖。
圖中標號所示：1為第一板翅換熱器，2為第二板翅換熱器，3為氣液分離罐，4為H2汽提塔，5為N2/CO分離塔，6為CO/CH4分離塔，7為CO壓縮機，8為膨脹機，9為PSA壓力變動吸附罐，10為液氮罐，11為HYCO合成氣管線，12為閃蒸汽管線，13為粗H2管線，14為低壓CO管線，15為尾氣管線，16為開車用N2管線，17為低低壓CO管線，18為高壓CO管線，19為第二液氮管線，20為第一股液氮調節閥，21為第二股液氮調節閥，22為第一液氮管線。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
實施例
一種具有加速預冷效果的HYCO冷箱系統，如圖1所示，HYCO冷箱內包括第一板翅換熱器1、第二板翅換熱器2、氣液分離罐3、H2汽提塔4、N2/CO分離塔5、CO/CH4分離塔6，第一板翅換熱器1與第二板翅換熱器2并列設置，用于進入冷箱與流出冷箱各種氣體的換熱，氣液分離罐3、H2汽提塔4、N2/CO分離塔5、CO/CH4分離塔6用于先后對從HYCO合成氣管線11進入的HYCO合成氣進行分離處理，氣液分離罐3還外接設在HYCO冷箱外的PSA壓力變動吸附罐9，PSA壓力變動吸附罐9用于吸附處理以得到H2產品，H2汽提塔4還外接閃蒸汽管線12，用于余存H2排出，N2/CO分離塔5、CO/CH4分離塔6同時外接用于尾氣排放的尾氣管線15，CO/CH4分離塔6還外接分離后CO排出的低壓CO管線14，低壓CO管線14連接壓縮機7，用于壓縮低壓CO成為CO產品，
在HYCO冷箱外設置有液氮罐10，從液氮罐10引出兩條管線，分別為第一液氮管線22與第二液氮管線19，第一液氮管線22經過第二板翅換熱器2換熱后與低低壓CO管線17相接，第二液氮管線19先后經過第二板翅換熱器2、第一板翅換熱器1換熱后排放，液氮罐10流出的液氮通過與第二板翅換熱器2或第一板翅換熱器1的換熱為HYCO冷箱內部降溫，加速預冷。
CO壓縮機7由串聯的第一壓縮機、第二壓縮機、第三壓縮機組成，第一壓縮機的入口連接開車用N2管線16，第二壓縮機的出口引出CO產品，第三壓縮機的出口連接高壓CO管線18，高壓CO管線18經過第一板翅換熱器1換熱后連接膨脹機8入口，膨脹機8出口連接低低壓CO管線17，低低壓CO管線17經過第一板翅換熱器1換熱后連接到第一壓縮機的入口，第一液氮管線22經過第二板翅換熱器2換熱后與低低壓CO管線17相接。第一液氮管線22上設有第一股液氮調節閥20，第二液氮管線19上設有第二股液氮調節閥21。
具體而言，氣液分離罐3用于將HYCO合成氣分離為氣體與液體，氣液分離罐3分離后氣體進入PSA壓力變動吸附罐9處理后得到H2產品，氣液分離罐3分離后液體順序經過H2汽提塔4、N2/CO分離塔5、CO/CH4分離塔6處理。氣液分離罐3與PSA壓力變動吸附罐9之間通過粗H2管線13連接。H2汽提塔4接受氣液分離罐3分離后液體，用于提取氣液分離罐3分離出的液體中的余存H2，并外接閃蒸汽管線12，將余存H2排出，H2汽提塔4流出液體進入N2/CO分離塔5。N2/CO分離塔5對H2汽提塔4流出液體進行N2與CO分離，并外接用于排走N2的尾氣管線15，分離出的N2通過尾氣管線15排出，含CO的氣體進入CO/CH4分離塔6分離。CO/CH4分離塔6對N2/CO分離塔5流出產物進行分離，分離后包括CH4在內的尾氣通過尾氣管線15排走，分離后CO從低壓CO管線14進入壓縮機7壓縮。在HYCO冷箱內還配制有配合N2/CO分離塔5的N2/CO再沸器與N2/CO冷凝器，在HYCO冷箱內還配制有配合CO/CH4分離塔6的CO/CH4再沸器。
使用HYCO冷箱系統進行加速預冷方法，包括以下步驟：
A、將液氮罐10內液氮充至70％的體積，并將液氮罐10壓力控制在6-8barg；
B、打開開車用N2管線16，開啟CO壓縮機7、膨脹機8以后對冷箱進行預冷，通過CO壓縮機7將N2加壓至10.9barg，然后依靠透平膨脹機8將10.9barg高壓氣體節流成1barg低壓氣體，并經過第一板翅換熱器1換熱來提供冷量對冷箱進行預冷，在預冷至-50℃以后，打開第一股液氮調節閥20，觀察第一股液氮調節閥20出口溫度與冷箱預冷溫度相差不超過10℃，引入第一股液氮，第一股液氮通過第一液氮管線22進入低低壓CO管線17，對冷箱進行預冷，冷箱降溫不超過每小時25℃；(這一股液氮和和膨脹機出口低低壓CO管線匯合氣流匯合后，溫度不會下降的太快而損傷板翅換熱器，但是此液氮的第一股液氮調節閥也不能開太大，過多的冷量也會損傷設備)
C、繼續預冷，在預冷至-160℃，打開第二股液氮調節閥20，引第二股液氮對冷箱進行預冷，觀察第二股液氮調節閥20出口溫度與冷箱預冷溫度相差不超過10℃；這股液氮由于是直接經過板翅換熱器的，所以也不開太大，應注意附近兩根管線的溫差。
D、預冷至-170℃，當氣液分離罐3與H2汽提塔4之間的氣液分離管線有液相出現，并維持穩定的液位以后，將第一股液氮調節閥20慢慢關閉，使液位維持在60％，開始從HYCO合成氣管線11引入HYCO合成氣原料，當原料進入系統后，冷箱會慢慢降至正常工作溫度-181℃，在關閉好第一股液氮調節閥20以后，慢慢關小第二股液氮調節閥21開度，最后保持小開度并常開。
本系統從液氮罐10引出兩條管線，第一液氮管線22經過第二板翅換熱器2換熱后，進入低低壓CO管線17內，再經過第一板翅換熱器1換熱對冷箱進行冷卻的。第二液氮管線19是直接先后經過第二板翅換熱器2、第一板翅換熱器1換熱后放空對冷箱進行冷卻的。
HYCO合成氣分離凈化裝置的開車過程是一個緩慢的降溫過程，在冷箱中新增了兩根液氮管線，在冷卻至-50℃時加速冷箱的預冷速度，從而加快CO產品和H2產品合格的速度，并更節能環保。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和使用發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于上述實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。