專利名稱：提供包含至少10%一氧化碳的流體混合物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于提供包含至10％一氧化碳、優(yōu)選40-60％一氧化碳的流體、優(yōu)選氣體混合物的方法和裝置。該方法還可以產(chǎn)生包含其中含有至少90％一氧化碳的氣態(tài)一氧化碳的產(chǎn)物。
Hausen et Linde撰寫的Tieftemperaturtechnik(Springer Verlag，1985)描述了一氧化碳與氫的混合物用于供給羰基合成方法的用途。
用于分離包含一氧化碳和氫氣的混合物的甲烷洗滌塔系統(tǒng)的實例可見于US-A-6269657、US-A-6094938、US-A-6082134、US-A-6073461、US-A-6062042、US-A-5592831、US-A-5295356、US-A-4888035、US-A-4311496、US-A-4102659、US-A-3886756和EP-A-837031。
本文所提及的所有百分比均為摩爾百分比，所有壓力均為絕對壓力。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種通過在包括甲烷洗滌塔的塔系統(tǒng)的分離設(shè)備中低溫分離至少包含一氧化碳、氫和甲烷作為基本組分的供給氣體，產(chǎn)生包含至少10％一氧化碳和可能的氣態(tài)一氧化碳混合物的方法，該方法包括下述步驟a)處理所述供給氣體以形成富集氫的第一氣體，b)在甲烷洗滌塔中用液體甲烷物流洗滌所述供給氣體或由所述供給氣體衍生的氣體，c)從所述甲烷洗滌塔取出氣態(tài)氫富集物流，d)從所述甲烷洗滌塔底部分離一氧化碳富集物流以產(chǎn)生進一步富集一氧化碳的物流，e)分離所述進一步富集一氧化碳的物流以形成富含一氧化碳物流和液體甲烷物流，f)將至少部分所述液體甲烷物流送入甲烷洗滌塔，并且
g)至少將至少部分富含一氧化碳物流與富集氫的第一氣體混合以形成包含至少10％一氧化碳的混合物作為產(chǎn)物流。
本發(fā)明方法可以包含下述步驟利用至少兩個吸附床之一進行的吸附步驟提純所述供給氣體以產(chǎn)生要送入分離設(shè)備的純化的供給氣體，在熱交換器中冷卻至少部分所述純化的供給氣體以形成冷卻的純化的供給氣體，并且將所述冷卻的純化的供給氣體送入甲烷洗滌塔。
根據(jù)本發(fā)明方法的附加特征-所述供給氣體通過在熱交換器中冷卻處理，然后在所述熱交換器的中間溫度下于相分離器中或在所述熱交換器的下游分離以形成富集氫的氣體，并且至少部分在所述相分離器中形成的氣體構(gòu)成富集氫的第一氣體并與至少部分富含一氧化碳的物流混合以形成包含至少10％一氧化碳的混合物作為產(chǎn)物流。
-部分在相分離器中形成的氣體和/或至少部分在相分離器中形成的液體被送入所述甲烷洗滌塔，至少部分沒有被送入所述甲烷洗滌塔的在相分離器中形成的氣體構(gòu)成富集氫的第一氣體。
-所述供給氣體在甲烷洗滌塔中處理并且在高于甲烷洗滌塔底部至多幾個理論塔板處將富集氫的第一氣體除去。
-所述包含至少10％一氧化碳的混合物至多包含90％一氧化碳、優(yōu)選40-60％一氧化碳和優(yōu)選10-90％氫。
-至少部分富集氫的第一氣體在汽輪機中膨脹。
-利用一氧化碳制冷循環(huán)，其中制冷循環(huán)中的壓縮機壓縮至少部分富含一氧化碳的物流。
-部分富含一氧化碳的物流作為純一氧化碳產(chǎn)物取出。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種通過低溫蒸餾由至少包含一氧化碳、氫和甲烷作為基本組成的供給氣體生產(chǎn)包含至少10％一氧化碳的混合物的裝置，其中包括a)用于處理所述供給氣體以形成富集氫的第一氣體的第一分離裝置，
b)甲烷洗滌塔和用于將至少部分所述供給氣體或由所述供給氣體衍生的氣體送入甲烷洗滌塔的裝置和將液體甲烷物流送到甲烷洗滌塔頂部的裝置，c)用于將液體從甲烷洗滌塔底部送到第二分離器，優(yōu)選低溫蒸餾塔的裝置，用于將氫富集物流和一氧化碳富集物流移出第二分離器的裝置，d)用于將至少部分所述一氧化碳富集物流送入第三分離器，優(yōu)選低溫蒸餾塔的裝置，和用于將富含一氧化碳物流和富含甲烷物流從第三分離器移出的裝置，e)用于將至少部分所述富含一氧化碳物流與富集氫的第一氣體混合以形成包含至少10％一氧化碳混合物作為產(chǎn)物氣體的裝置，和可能的用于將所述富含一氧化碳物流的另一部分作為產(chǎn)物流移出的裝置。
本發(fā)明的裝置可包括-用于在甲烷洗滌塔中處理至少部分所述供給氣體的裝置，其中第一分離器是甲烷洗滌塔，在高于甲烷洗滌塔底部至多幾個塔板處將富集氫的第一氣體移出，-構(gòu)成第一分離器的相分離器，用于冷卻所述供給氣體的熱交換器，用于在所述熱交換器的中間點或所述熱交換器下游移出所述供給氣體并且將所述供給氣體送入所述相分離器的裝置，用于將富集氫的第一氣體從相分離器移出的裝置，優(yōu)選，用于將來自相分離器的氣體送入甲烷洗滌塔作為由所述供給氣體衍生的氣體的裝置，-用于將至少部分來自相分離器的液體送入甲烷洗滌塔和/或第二分離器和/或所述熱交換器的裝置，-汽輪機和將至少部分富集氫的第一氣體送入汽輪機的裝置。
所述包含至少10％一氧化碳的混合物優(yōu)選包含至少10％氫。盡管所述混合物可以包含少量其它雜質(zhì)如甲烷或氮，進一步更優(yōu)選所述混合物包含40-60％一氧化碳和40-60％氫。
為了獲得一氧化碳與氫的混合物，常規(guī)步驟是將純一氧化碳的提純物流與純氫混合以在所述混合物中提供期望的一氧化碳/氫比。
所述第二分離器可以是汽提塔或相分離器。
本發(fā)明通過僅提純部分所述供給氣體，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榧儺a(chǎn)物，由此降低了分離設(shè)備，特別是塔的尺寸。這樣也降低了能源的消耗。用于形成所述混合物的富含氫的氣體不處在所述分離設(shè)備的任何塔中。
本發(fā)明將通過參考附圖更加詳細(xì)描述，所述附圖是高度簡化的，但包含了本發(fā)明裝置的主要元素。


圖1示出了用于分離主要包含甲烷、一氧化碳和氫的混合物的裝置。所述混合物可以包含少量的氮、二氧化碳、濕氣、高級烴等。該混合物通常是部分氧化單元、蒸汽甲烷重整器或自熱重整器產(chǎn)生的合成氣。
圖2示出了圖1方法的另一種可選擇的供給氣體的布局。
在圖1中，包含一氧化碳、氫、甲烷和可能的其它雜質(zhì)的混合物1在大約環(huán)境溫度下在提純單元3前端提純以除去水和二氧化碳。然后所述混合物在熱交換器5中冷卻到低溫并送入在10-60巴壓力下操作的甲烷洗滌塔7的底部。甲烷洗滌物流9被送入塔7的頂部，并且從該塔的頂部移出氫富集物流11。從該塔的底部移出富集一氧化碳的液體物流13。
富集氫的氣態(tài)物流71在進入甲烷洗滌塔之前或在甲烷洗滌塔的底部(該塔的底部用作相分離器)或在比該塔底部高幾個塔板處移出并在所述熱交換器5中加熱。所述氣體71將被稱作粗氣體。
部分或所有氣態(tài)物流71可以在汽輪機89中膨脹以為該方法提供制冷。
物流13被進一步處理后進入于4-17巴壓力下操作的汽提塔19，至少一種由物流13形成的物流應(yīng)被送入汽提塔19的頂部。作為選擇，如果甲烷物流也被送入汽提塔19的頂部，該供給物流以較低點送入。來自汽提塔頂部的氣體21在交換器5中加熱并用作燃料或燃燒。來自汽提塔19底部的液體物流23被進一步處理后進入塔27。特別是，幾種不同的物流(液態(tài)、雙相、氣態(tài))可被提供給塔27。塔27在1-10巴、通常為約2.5巴的壓力下操作。在此被分離形成所述塔底部的富含甲烷的液體29和所述塔頂部的富含一氧化碳的氣體。部分富含甲烷的液體被取出送到甲烷洗滌塔的頂部，其余的作為洗滌物流。兩部分富含甲烷的液體可單獨從所述塔排出。在該實施例中，富含甲烷的液體通過泵33抽出并部分送入甲烷洗滌塔7的頂部，剩余的洗滌物流與物流21混合。與(或不與)物流21混合的部分不需要泵壓。
所述富含一氧化碳物流31可以在壓縮機35中壓縮并且其中部分可作為壓縮CO產(chǎn)物氣體37移出。但是，純一氧化碳的生產(chǎn)不是本發(fā)明的主要特征，且所生產(chǎn)的所有一氧化碳都可用于形成包含至少10％一氧化碳的混合物。
所述富含一氧化碳物流的另一部分可以在壓縮機35中壓縮并作為物流72與加熱的物流71(和/或來自汽輪機89的加熱的膨脹物流91)混合以形成包含至少10％一氧化碳和至少10％氫的混合物73(稱為羰基合成氣體)。如果必要的話，可以存在羰基合成氣體壓縮機。
所述體系的冷卻通過一氧化碳循環(huán)提供，其中壓縮機35構(gòu)成其一部分。所述一氧化碳在壓縮機35中壓縮到10-60巴的壓力。如果需要，部分被壓縮的一氧化碳39在交換器5中被冷卻到該交換器的中間溫度并且然后在汽輪機41中膨脹。該膨脹的一氧化碳?xì)怏w在交換器5中加熱并在其入口或中間壓力下再循環(huán)到壓縮機35。未膨脹的一氧化碳43用于使塔19和27再沸騰，并且由此冷卻的一氧化碳優(yōu)選是低溫冷卻的，在閥45中膨脹并送入儲存容器47。
在該特定情況下，儲存容器47與塔27構(gòu)成一整體，并且額外用于向塔27頂部提供回流，提供液體一氧化碳以冷卻甲烷洗滌塔7，并且將液體一氧化碳直接提供到主熱交換器5中，在其中蒸發(fā)以在所述熱交換器5冷端平衡熱交換曲線。
通過所述熱膨脹產(chǎn)生的閃蒸氣體49在壓縮前與富含一氧化碳的氣體31混合。
液體一氧化碳物流57在交換器59中與甲烷洗滌塔7的氣體物流換熱蒸發(fā)，并構(gòu)成氣態(tài)一氧化碳循環(huán)中的部分。
從容器47中提取的另一股一氧化碳物流61在交換器5中蒸發(fā)。
這兩種液體物流的取出是本發(fā)明方法的普通功能部分的體現(xiàn)。
儲存的、要在蒸發(fā)器53中蒸發(fā)的液體一氧化碳不是本發(fā)明的基本特性。
本發(fā)明方法用于生產(chǎn)包含至少10％一氧化碳的混合物，例如用于生產(chǎn)羰基合成醇的羰基合成氣體。
圖2示出了不同于圖1的本發(fā)明方法中向所述甲烷洗滌塔供料的可選擇方法。其中，所述供給氣體1被冷卻到交換器5的中間溫度(加熱氣體沒有顯示)并送入相分離器75。在其中分離形成氣體77和液體81。所述氣體被分為兩部分，一部分71被加熱，在與圖1的一氧化碳物流72混合后，形成至少10％一氧化碳混合物、優(yōu)選40-60％一氧化碳混合物的一部分，剩余部分79在所述熱交換器5的下游冷卻并送入甲烷洗滌塔7的底部。所述液體81可被送入甲烷洗滌塔7，或者閃蒸塔或鼓19，或者送入熱交換器5被加熱。作為選擇，所述液體物流81A與氣體物流79混合以形成如虛線所示的雙相物流，并且混合物83然后被進一步冷卻并送入甲烷洗滌塔7。
權(quán)利要求
1.一種通過在包括甲烷洗滌塔(7)的塔系統(tǒng)的分離設(shè)備中低溫分離至少包含一氧化碳、氫和甲烷作為基本組分的供給氣體(1)產(chǎn)生包含至少10％一氧化碳，和可能的氣態(tài)一氧化碳的混合物(73)的方法，該方法包括下述步驟a)處理所述供給氣體以形成富集氫的第一氣體(71，77)，b)在甲烷洗滌塔中用液體甲烷物流(9)洗滌所述供給氣體或由所述供給氣體衍生的氣體，c)從所述甲烷洗滌塔移出氣態(tài)氫富集物流(11)，d)從所述甲烷洗滌塔塔底分離一氧化碳富集物流(13)，產(chǎn)生富集一氧化碳的物流，e)分離所述富集一氧化碳的物流以形成富含一氧化碳物流(31，49，55)和液體甲烷物流(27)，f)將至少部分所述液體甲烷物流送入甲烷洗滌塔，并且g)至少將至少部分富含一氧化碳物流(72)與富集氫的第一氣體混合以形成包含至少10％一氧化碳的混合物作為產(chǎn)物流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中包括利用至少兩個吸附床(3)之一進行的吸附步驟提純所述供給氣體的步驟，產(chǎn)生送入分離單元的純化的供給氣體，在熱交換器(5)中冷卻至少部分所述純化的供給氣體以形成冷卻的純化的供給氣體，并且將所述冷卻的純化的供給氣體送入甲烷洗滌塔(7)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述供給氣體通過在熱交換器(5)中冷卻處理，然后在所述熱交換器的中間溫度下于相分離器(75)或在所述熱交換器的下游分離以形成富集氫的氣體(77)，并且至少部分在所述相分離器中形成的氣體構(gòu)成富集氫的第一氣體(71)并與至少部分富含一氧化碳的物流(72)混合，形成包含至少10％一氧化碳的混合物(73)作為產(chǎn)物流。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中部分(79)在相分離器中形成的氣體和/或至少部分在相分離器中形成的液體(81，81A)被送入所述甲烷洗滌塔，至少部分(71)沒有被送入所述甲烷洗滌塔的在相分離器中形成的氣體構(gòu)成富集氫的第一氣體。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述供給氣體(1)在甲烷洗滌塔(7)中處理，在高于甲烷洗滌塔底部至多幾個理論塔板處將富集氫的第一氣體(71)移出。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述包含至少10％一氧化碳的混合物(73)至多包含90％一氧化碳、優(yōu)選40-60％一氧化碳和優(yōu)選10-90％氫。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中至少部分富集氫的第一氣體(87)在汽輪機(89)中膨脹。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，該方法利用一氧化碳制冷循環(huán)，其中所述制冷循環(huán)中的壓縮機(35)壓縮至少部分富含一氧化碳的物流。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中部分富含一氧化碳的物流(37)作為純一氧化碳產(chǎn)物移出。
10.一種通過低溫蒸餾至少包含一氧化碳、氫和甲烷作為基本組成的供給氣體生產(chǎn)至少包含10％一氧化碳的混合物(73)的裝置，包括a)用于處理所述供給氣體以形成富集氫的第一氣體的第一分離裝置(7，75)，b)甲烷洗滌塔(7)和用于將至少部分所述供給氣體(1)或由所述供給氣體衍生的氣體(79)送入甲烷洗滌塔的裝置和將液體甲烷物流(9)送到甲烷洗滌塔頂部的裝置，c)用于將液體從甲烷洗滌塔底部送到第二分離器(19)，優(yōu)選低溫蒸餾塔的裝置，用于將氫富集物流(21)和一氧化碳富集物流(23)移出第二分離器的裝置，d)用于將至少部分所述一氧化碳富集物流(23)送入第三分離器(27)，優(yōu)選低溫蒸餾塔的裝置，和用于將富含一氧化碳物流(31，47，51)和富含甲烷物流(27)從第三分離器移出的裝置，e)用于將至少部分(72)所述富含一氧化碳物流與富集氫的第一氣體(71)混合以形成包含至少10％一氧化碳混合物作為產(chǎn)物氣體(73)的裝置，和可能的用于將所述富含一氧化碳物流的另一部分(37)作為產(chǎn)物流移出的裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中包括在甲烷洗滌塔中處理至少部分所述供給氣體的裝置，其中第一分離器是甲烷洗滌塔(7)，在高于甲烷洗滌塔底部至多幾個塔板處將富集氫的第一氣體(71)移出。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中包括構(gòu)成第一分離器的相分離器(75)，冷卻所述供給氣體的熱交換器(5)，在所述熱交換器的中間點或所述熱交換器下游移出所述供給氣體并且將所述供給氣體送入所述相分離器的裝置，將富集氫的第一氣體(71)從相分離器移出的裝置，以及優(yōu)選，將來自相分離器的氣體(79)送入甲烷洗滌塔作為由所述供給氣體衍生的氣體的裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中包括將至少部分來自相分離器的液體(81，81A)送入甲烷洗滌塔(7)和/或第二分離器(19)和/或所述熱交換器(5)的裝置。
14.如權(quán)利要求10-13任一項所述的裝置，其中包括汽輪機(89)和將至少部分(87)富集氫的第一氣體送入汽輪機的裝置。
全文摘要
在通過低溫分離至少包含一氧化碳、氫和甲烷的供給氣體生產(chǎn)包含至少10％一氧化碳和可能的氣態(tài)一氧化碳混合物(73)的方法中，所述供給氣體(1)被分離產(chǎn)生富集氫的第一氣體(71)，所述供給氣體在甲烷洗滌塔(7)中洗滌，來自甲烷洗滌塔底部的富含一氧化碳的物流(13)被分離產(chǎn)生進一步富集一氧化碳的物流(23)，該進一步富集一氧化碳的物流被分離形成富含一氧化碳物流(31，49)和液體甲烷物流(27)，至少部分富含一氧化碳的物流(72)與富集氫的第一氣體混合，形成包含至少10％一氧化碳的混合物作為產(chǎn)物流。
文檔編號C01B3/50GK1791779SQ200480013603
公開日2006年6月21日 申請日期2004年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者J·比利, N·艾克, J·加勒達, F·文格任 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監(jiān)督和管理委員會的有限公司