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[摘 要]合成气的主要成分包括氢气、一氧化碳，还包含二氧化碳、水蒸气、氮气等，合成气主要是由各种不同的气体相互组合而成。合成气是煤气转化或者是经过天然气转化之后，所产生出来的产物，同时，其自身也是在各种化工实施过程中合成的原料气，比如在甲醇合成之后就会产生合成气。在合成气进入到各种合成装置之前，需要对其进行分离处理，根据不同情况，对其采用的分离手段和技术也大不相同。因此，分离之后得出的结果也具有一定的差异性，针对这种情况，在对合成气进行分离的时候，利用深冷分离技术，根据原料气的实际组成来进行具体的操作，能够取得良好的分离效果。
[关键词]合成气；深冷分离；技术
中图分类号：S542 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0048-01
1 液氮洗工艺
合成气当中液氮洗工艺是其中的一部分，也是其中非常重要的一个技术手段，能够根据实际情况的不同，将其自身的作用充分发挥出来，达到良好的分离目的。液氮洗工艺主要是被应用到合成氨装置之前，合成气和高压氮气在作业时，会被同时送入到液氮洗冷箱内，利用主换热器和冷箱内的液氮洗涤塔本身在塔顶和塔底所产生出来的产物，开展实时有效的换热。在完成换热之后，合成气就会从液氮洗涤塔的塔底进入到其中，在这种状态下，已经被液化的高压氮在洗涤塔的作用下，其自身的顶部就会逐渐被当做洗涤液来进行利用。根据这种环境背景，合成气在经过分离之后，能够合成出惰性气体CH4和Ar，其中还包括有毒介质CO，液氮洗工艺的具体工艺操作流程图如图1所示。
2 部分冷凝工艺
部分冷凝工艺通常应用于部分氧化或者催化转化装置的下游，用于制取高纯度CO产品和中等纯度H2产品，同时根据需要亦可调整合成气组分的摩尔比率，其中CO主要作为醋酸装置、甲醛装置等的原料。根据CO产品纯度的要求，该部分冷凝工艺可以通过精馏实现H2和CH4至ppm级。
经分子筛吸附器脱出含量CO2和H2O的合成气，在热端换热器中与产品气换热被冷却，然后进入CO/CH4分离塔底部再沸器处用于气化塔底液体，被冷凝下来的CO和CH4则从热分离罐底部分离出来，自热分离罐顶部分离出去的气体在冷端换热器中被进一步冷却至所含CO组分几乎为全部冷凝下来，且于冷分离罐中被分离出来作为高纯度CO液体进入CO/CH4分离塔，作为塔顶回流液参与该塔精馏。
自热分离罐底部分离出来的液体经减压闪蒸后再闪蒸分离罐顶部分离出溶解的H2，该溶解H2经换热器复热增压后循环至进料处，用于回收其中的CO。自闪蒸分离罐底部分离出的液体则被送至CO/CH4分离塔的底步，CO/CH4分离塔顶部的CO气体曾经换热器复热后作为产品CO送出装置，如需增压，可设置CO压缩机。CO/CH4分离塔底部为含有CO和CH4的液体，经换热器复热后可以作为副产品燃料气适用。自冷分离罐顶部分离出的H2则经冷端换热器复热后再送至H2膨胀机，H2膨胀机提供工艺循环所需要的冷量，膨胀后的H2经热端换热器复热后送出装置，该H2产品纯度在97%-98%。
工艺基于不同原料气体压力和组成以及产品气纯度要求，部分冷凝亦会有不同流程方案，H2产品送出装置时压力较高，但CO产品送出装置时压力较低，如下游装置对部CO气体要求压力较高时，可以设置CO压缩机进行增压。
3 甲烷洗工艺
甲烷洗工艺主要用于制取高纯度CO产品，同时获得高纯度H2产品，如需要也可以调节合成气中的气体组分的摩尔比率，甲烷洗工艺通常应用于天然气蒸汽转化装置下游。经分子筛吸附器脱出含量CO2和H2O的合成气，在主换热器中被冷却下来，接着进入到洗涤塔的底部，洗涤塔顶部回流液为液态CH4，经液态CH4洗涤后的合成气中不含CO，该洗涤塔顶送出的合成气为较高纯度氢气，仅含有2%-3%的CH4，富氢气经主换热器复热后作为H2产品送出冷箱，如需高纯H2，只需要在下游加设一套变压吸附制氢设备即可实现99.9%以上的纯H2。
自洗涤塔底部出来的液体经过预热及减压后送入到闪蒸塔底部，将溶解在该液体内的氢气闪蒸出来，经主换热器复热后送至燃料气管网或者考虑与变压吸附装置尾气一起增压循环至原料气入口，为了减少CO损失，该闪蒸塔亦采用液态CH4洗涤。
自闪蒸塔底部送出的不含H2液体经过预热以及加压闪蒸至CO/CH4分离塔，自塔顶的CO经主换热器复热后进入CO压缩机增压，一部分作为CO产品送出装置，另一部分作为循环CO经主换热器冷却后再进入CO/CH4塔底预热进料，再经闪蒸塔预热器冷却后进入CO/CH4塔作为塔顶回流液参与该塔的精馏。
自CO/CH4塔塔底送出液体CH4经甲烷泵增压后一部分作为洗涤塔和闪蒸塔的塔顶洗涤液，另一部分直接经主换热器复热后送至燃料气管网或者循环至天然气气源再送入转化装置。
甲烷洗工艺不论工艺循环如何调整，其产品较高纯度的H2为高压产品送出装置，而CO产品通常为低压，但根据下游装置需求如需增压，可在CO压缩机处增压后送出装置。
根据需要，如果CO产品气中N2含量需要严格控制时，需要增压CO/N2分离塔，在该CO/N2分离塔塔顶得到不凝气N2，塔底为液体CO，液体CO经减压后送至CO/N2分离塔塔顶冷凝器釜中，与循环CO一起汇合后经主换热器复热后送至CO压缩机进行增压。
4 一氧化碳洗工艺
一氧化碳洗与甲烷洗工艺之间具有比较明显的相似度。一氧化碳洗工艺主要是将液体CH4换成CO，液体CH4直接主换热器复热阶段之后，就会被送出装置。液体CO通常情都是来自于CO压缩机当中的循环CO，因此，两者在流程结构上，大致上是相同的。一氧化碳洗工艺在实际应用过程中，主要是被应用到下游装置当中，其自身的原料气体是H2和CO混合工艺。比如费托合成装置，该工艺在具体的应用中与甲烷洗工艺的应用流程和标准要求大致上是相同的，所以可以直接参考甲烷洗工艺在应用时，需要注意的方面以及具体的流程操作措施来进行一氧化碳洗工艺的操作。
5 结语
本文中所描述的合成气深冷分离技术，主要是用于煤气化、重油气化以及天然气转化等上游装置所制取的合成气的深冷分离工艺，目前这些技术中除液氮洗之外的相关技术基本由国外供货商掌握，虽然液氮洗工艺早已实现国产化，但部分冷凝、甲烷洗以及一氧化碳洗工艺目前国产化刚刚起步，开封空分为阳煤集团设计制造的部分冷凝装置已于2015年8月开车成功，此外，杭氧集团为阳煤集团所设计制造的多塔流程装置（仅比甲烷洗工艺少一台甲烷洗涤塔，其它基本类似）已于2016年10月开车成功。深冷分离技术具有工艺流程简单、回收率高、能耗低、节约资源、无二次污染的特点。实践证明，该技术可在合成气行业节能减排方面起到新的推动作用，具有较高的推广价值。
參考文献
[1] 荀航，张卫帅.合成气分离技术探讨[J].机械管理开发，2013（05）：61-63.
[2] 王乐夫，李鹏飞，黄仲涛.合成气分离与提纯的新方法—甲酸甲酯法[J].广州化工，1993（01）：34-39.
[3] 王国梁，张镓铄，陈鹏程，李红娣.浅析神宁炉合成气洗涤系统优化过程[J].山东工业技术，2017（01）：39-40.
[4] 贾金才.合成气中甲烷分离工艺探讨[J].河南化工，2011，28（13）：43-44+50.
[5] 马利军.合成氨工艺及节能改造分析[J].化学工程与装备，2017（10）：34-35.
[关键词]合成气；深冷分离；技术
中图分类号：S542 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0048-01
1 液氮洗工艺
合成气当中液氮洗工艺是其中的一部分，也是其中非常重要的一个技术手段，能够根据实际情况的不同，将其自身的作用充分发挥出来，达到良好的分离目的。液氮洗工艺主要是被应用到合成氨装置之前，合成气和高压氮气在作业时，会被同时送入到液氮洗冷箱内，利用主换热器和冷箱内的液氮洗涤塔本身在塔顶和塔底所产生出来的产物，开展实时有效的换热。在完成换热之后，合成气就会从液氮洗涤塔的塔底进入到其中，在这种状态下，已经被液化的高压氮在洗涤塔的作用下，其自身的顶部就会逐渐被当做洗涤液来进行利用。根据这种环境背景，合成气在经过分离之后，能够合成出惰性气体CH4和Ar，其中还包括有毒介质CO，液氮洗工艺的具体工艺操作流程图如图1所示。
2 部分冷凝工艺
部分冷凝工艺通常应用于部分氧化或者催化转化装置的下游，用于制取高纯度CO产品和中等纯度H2产品，同时根据需要亦可调整合成气组分的摩尔比率，其中CO主要作为醋酸装置、甲醛装置等的原料。根据CO产品纯度的要求，该部分冷凝工艺可以通过精馏实现H2和CH4至ppm级。
经分子筛吸附器脱出含量CO2和H2O的合成气，在热端换热器中与产品气换热被冷却，然后进入CO/CH4分离塔底部再沸器处用于气化塔底液体，被冷凝下来的CO和CH4则从热分离罐底部分离出来，自热分离罐顶部分离出去的气体在冷端换热器中被进一步冷却至所含CO组分几乎为全部冷凝下来，且于冷分离罐中被分离出来作为高纯度CO液体进入CO/CH4分离塔，作为塔顶回流液参与该塔精馏。
自热分离罐底部分离出来的液体经减压闪蒸后再闪蒸分离罐顶部分离出溶解的H2，该溶解H2经换热器复热增压后循环至进料处，用于回收其中的CO。自闪蒸分离罐底部分离出的液体则被送至CO/CH4分离塔的底步，CO/CH4分离塔顶部的CO气体曾经换热器复热后作为产品CO送出装置，如需增压，可设置CO压缩机。CO/CH4分离塔底部为含有CO和CH4的液体，经换热器复热后可以作为副产品燃料气适用。自冷分离罐顶部分离出的H2则经冷端换热器复热后再送至H2膨胀机，H2膨胀机提供工艺循环所需要的冷量，膨胀后的H2经热端换热器复热后送出装置，该H2产品纯度在97%-98%。
工艺基于不同原料气体压力和组成以及产品气纯度要求，部分冷凝亦会有不同流程方案，H2产品送出装置时压力较高，但CO产品送出装置时压力较低，如下游装置对部CO气体要求压力较高时，可以设置CO压缩机进行增压。
3 甲烷洗工艺
甲烷洗工艺主要用于制取高纯度CO产品，同时获得高纯度H2产品，如需要也可以调节合成气中的气体组分的摩尔比率，甲烷洗工艺通常应用于天然气蒸汽转化装置下游。经分子筛吸附器脱出含量CO2和H2O的合成气，在主换热器中被冷却下来，接着进入到洗涤塔的底部，洗涤塔顶部回流液为液态CH4，经液态CH4洗涤后的合成气中不含CO，该洗涤塔顶送出的合成气为较高纯度氢气，仅含有2%-3%的CH4，富氢气经主换热器复热后作为H2产品送出冷箱，如需高纯H2，只需要在下游加设一套变压吸附制氢设备即可实现99.9%以上的纯H2。
自洗涤塔底部出来的液体经过预热及减压后送入到闪蒸塔底部，将溶解在该液体内的氢气闪蒸出来，经主换热器复热后送至燃料气管网或者考虑与变压吸附装置尾气一起增压循环至原料气入口，为了减少CO损失，该闪蒸塔亦采用液态CH4洗涤。
自闪蒸塔底部送出的不含H2液体经过预热以及加压闪蒸至CO/CH4分离塔，自塔顶的CO经主换热器复热后进入CO压缩机增压，一部分作为CO产品送出装置，另一部分作为循环CO经主换热器冷却后再进入CO/CH4塔底预热进料，再经闪蒸塔预热器冷却后进入CO/CH4塔作为塔顶回流液参与该塔的精馏。
自CO/CH4塔塔底送出液体CH4经甲烷泵增压后一部分作为洗涤塔和闪蒸塔的塔顶洗涤液，另一部分直接经主换热器复热后送至燃料气管网或者循环至天然气气源再送入转化装置。
甲烷洗工艺不论工艺循环如何调整，其产品较高纯度的H2为高压产品送出装置，而CO产品通常为低压，但根据下游装置需求如需增压，可在CO压缩机处增压后送出装置。
根据需要，如果CO产品气中N2含量需要严格控制时，需要增压CO/N2分离塔，在该CO/N2分离塔塔顶得到不凝气N2，塔底为液体CO，液体CO经减压后送至CO/N2分离塔塔顶冷凝器釜中，与循环CO一起汇合后经主换热器复热后送至CO压缩机进行增压。
4 一氧化碳洗工艺
一氧化碳洗与甲烷洗工艺之间具有比较明显的相似度。一氧化碳洗工艺主要是将液体CH4换成CO，液体CH4直接主换热器复热阶段之后，就会被送出装置。液体CO通常情都是来自于CO压缩机当中的循环CO，因此，两者在流程结构上，大致上是相同的。一氧化碳洗工艺在实际应用过程中，主要是被应用到下游装置当中，其自身的原料气体是H2和CO混合工艺。比如费托合成装置，该工艺在具体的应用中与甲烷洗工艺的应用流程和标准要求大致上是相同的，所以可以直接参考甲烷洗工艺在应用时，需要注意的方面以及具体的流程操作措施来进行一氧化碳洗工艺的操作。
5 结语
本文中所描述的合成气深冷分离技术，主要是用于煤气化、重油气化以及天然气转化等上游装置所制取的合成气的深冷分离工艺，目前这些技术中除液氮洗之外的相关技术基本由国外供货商掌握，虽然液氮洗工艺早已实现国产化，但部分冷凝、甲烷洗以及一氧化碳洗工艺目前国产化刚刚起步，开封空分为阳煤集团设计制造的部分冷凝装置已于2015年8月开车成功，此外，杭氧集团为阳煤集团所设计制造的多塔流程装置（仅比甲烷洗工艺少一台甲烷洗涤塔，其它基本类似）已于2016年10月开车成功。深冷分离技术具有工艺流程简单、回收率高、能耗低、节约资源、无二次污染的特点。实践证明，该技术可在合成气行业节能减排方面起到新的推动作用，具有较高的推广价值。
參考文献
[1] 荀航，张卫帅.合成气分离技术探讨[J].机械管理开发，2013（05）：61-63.
[2] 王乐夫，李鹏飞，黄仲涛.合成气分离与提纯的新方法—甲酸甲酯法[J].广州化工，1993（01）：34-39.
[3] 王国梁，张镓铄，陈鹏程，李红娣.浅析神宁炉合成气洗涤系统优化过程[J].山东工业技术，2017（01）：39-40.
[4] 贾金才.合成气中甲烷分离工艺探讨[J].河南化工，2011，28（13）：43-44+50.
[5] 马利军.合成氨工艺及节能改造分析[J].化学工程与装备，2017（10）：34-35.