專利名稱：從合成氣獲得產(chǎn)品的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過在低溫氣體分離單元中分離主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)組成的進料流而獲得氣態(tài)一氧化碳產(chǎn)品流的方法，該方法是通過以下步驟實施的通過逆向于待加熱的處理流的間接熱交換進行冷卻，并進行一步部分冷凝過程，接著在分離塔中對在該部分冷凝過程中形成的及在分離器中從富含H2且含有CO的氣體餾分中分離出的富含CO且含有H2的濃縮物進行低溫分餾，蒸發(fā)和/或加熱冷的分離產(chǎn)物，并利用優(yōu)選具有多于一個壓縮段的CO壓縮器壓縮氣態(tài)CO至產(chǎn)品壓力，以及本發(fā)明還涉及一種用于實施該方法的裝置。
背景技術(shù)：
通過不同的生產(chǎn)方法，如催化蒸汽重整或部分氧化，從含有烴類的原料，如天然氣、液化氣、石腦油、重油或碳中制得所謂的合成氣，該合成氣絕大部分由H2和CO組成，但是還含有甲烷(CH4)、水(H2O)、二氧化碳(CO2)和其他成分，如氮和氬。在提純和分離之后，主要從該合成氣得到CO和H2作為產(chǎn)品，它們在工業(yè)中具有多方面的應(yīng)用。
為分離和提純兩種合成氣成分H2和CO，在工業(yè)設(shè)備中主要采用低溫法。應(yīng)用該方法的前提是，導(dǎo)入低溫氣體分離單元的進料流不含水、CO2以及在產(chǎn)生的低溫下形成固體并由此導(dǎo)致需要安裝熱交換器的其他化合物。因此，對合成氣實施由多個步驟組成的提純過程，于其中將絕大多數(shù)非期望的物質(zhì)在CO2洗滌器中去除。在隨后的吸附器工位，對合成氣清除殘余部分。
根據(jù)待分離的進料流的組成和所需的產(chǎn)品純度，所用的低溫方法在其方式(冷凝過程或甲烷洗滌)和復(fù)雜性上是不同的。利用部分氧化反應(yīng)通過重油汽化得到進料流，并且在干燥和分離二氧化碳之后進料流由最多約50％的CO或H2以及最多0.2％的甲烷組成，若應(yīng)例如從該進料流制得滿足醋酸生產(chǎn)要求的CO產(chǎn)品，則使用一步冷凝法并隨后進行H2的分離是足夠的，這是因為僅通過從氣體混合物中去除氫即可實現(xiàn)大于99％的CO產(chǎn)品純度。因此無需額外的CH4分離過程。
在該方法中將進料流導(dǎo)入低溫氣體分離單元(通常將低溫氣體分離單元的設(shè)備設(shè)置在絕熱的箱體(低溫試驗箱)中)，并且在逆流中在與待加熱的處理流方向相反的間接熱交換作用中使其冷卻，從而產(chǎn)生部分冷凝，于其中形成富含CO的液體餾分和富含H2的氣體餾分，隨后在分離器中進行分離。然后，將其中仍溶解有H2的富含CO的液體導(dǎo)入分離塔(例如H2汽提塔)，于其中基本上將H2除去，從而在塔底存在具有所需產(chǎn)品純度的液態(tài)CO。
為了在分離器上達到部分冷凝所需的溫度，從H2汽提塔的塔底提取液態(tài)CO，并在制冷的情況下減壓。通過減壓，部分液態(tài)CO轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?，使溫度充分下降，從而在間接熱交換過程中(連同其他待加熱的處理流)使進料流冷卻至所需的溫度。經(jīng)減壓的液態(tài)CO被待冷卻的處理流完全蒸發(fā)并加熱。隨后，壓縮器將CO壓縮至所需的產(chǎn)品壓力，然后在設(shè)備邊界處作為CO產(chǎn)品釋放出。在爭取以盡可能經(jīng)濟的方式借助于冷凝過程分離進料流時，將液態(tài)CO流分成至少兩股支流，并且還需使用可能具有多段的CO壓縮器。對每股支流在制冷的情況下實施減壓，并在蒸發(fā)和加熱之后以氣態(tài)形式導(dǎo)入壓縮器另一段的吸氣側(cè)。若容許壓力比，則可將其中一股支流減壓至CO產(chǎn)品的壓力，并直接送入其中。通過將盡可能大部分的CO以氣態(tài)形式導(dǎo)入處于盡可能高的壓力水平的壓縮器內(nèi)以達到壓縮器功率最小的要求來確定支流的大小。同時必須提供充足的處于低壓力水平的液態(tài)CO，以實現(xiàn)將進料流冷卻至期望的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供上述種類的方法，使得與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)上述原理提高獲得CO的經(jīng)濟性。
根據(jù)本發(fā)明的方法，通過以下方式實現(xiàn)該目的，將液態(tài)CO從分離塔的塔底提取出，并以級聯(lián)的方式進行減壓，其中在每次部分減壓之后將CO流分成液體餾分和氣體餾分，并將一部分液體餾分進一步導(dǎo)入下一個級聯(lián)階段中，并在那里減壓至更低的壓力水平，同時在至少一個熱交換器中通過與待冷卻的處理流方向相反的間接熱交換作用而將其他部分的液體餾分和所有的氣體餾分蒸發(fā)及加熱或僅加熱，并以氣態(tài)形式傳輸?shù)紺O壓縮器或直接傳輸?shù)紺O產(chǎn)品流中。
本發(fā)明方法的一個優(yōu)選具體實施方案是，將每股來自級聯(lián)階段的CO流以氣態(tài)形式輸送至CO壓縮器各自不相同的段的吸氣側(cè)，同時每股輸送到CO壓縮器的一個段的吸氣側(cè)的氣態(tài)CO流從各自不相同的級聯(lián)階段導(dǎo)出。
在第一級聯(lián)階段中對所有來自分離塔塔底的液態(tài)CO流減壓。在此情況下形成的液氣混合物由于Joule-Thomson效應(yīng)而被冷卻，并在分離器中分離成液體餾分和氣體餾分。與待冷卻的處理流方向相反地加熱氣體餾分和至少一部分液體餾分(其中液體餾分蒸發(fā))，并導(dǎo)入CO壓縮器的一個段的吸氣側(cè)。若要求CO產(chǎn)品的輸出壓低，即在來自分離塔塔底的CO和CO產(chǎn)品之間存在壓降，則本發(fā)明方法的另一個具體實施方案是，優(yōu)選將第一減壓過程進行至一個壓力水平，選擇該壓力水平使得CO在蒸發(fā)和/或加熱之后可以氣態(tài)形式送入CO產(chǎn)品中，而無需進一步壓縮。前提是可在高壓下與待冷卻的處理流方向相反地進行蒸發(fā)，并且有足夠的液態(tài)CO用于后序的級聯(lián)過程，從而使合成氣可被冷卻至期望的溫度。
若分離塔在低壓下工作，則根據(jù)本發(fā)明方法的一個具體實施方案，將液態(tài)CO的一股支流直接提取出而不減壓，使其蒸發(fā)，對其加熱開導(dǎo)入CO壓縮器，或直接送入CO產(chǎn)品流中。
適當?shù)剡M行級聯(lián)方式的減壓過程，直至在前個級聯(lián)階段中減壓到的壓力水平符合CO壓縮器第一段的吸氣壓力水平值(包括熱交換器通道和管路中的壓力損失)。在該前個階段中，達到減壓級聯(lián)裝置中的最低溫度。
為了對分別以液態(tài)和氣態(tài)形式從每個級聯(lián)階段中提取出并導(dǎo)入CO壓縮器的CO餾分進行蒸發(fā)和加熱，優(yōu)選將它們分別導(dǎo)入適當?shù)卦O(shè)計成板式熱交換器的熱交換器中，并將它們在內(nèi)部混合，以避免分散缺陷。蒸發(fā)和加熱過程在一個與待冷卻的處理流方向相反的共同的通道中進行；氣體餾分和液體餾分的蒸發(fā)和/或加熱同樣也可在單獨的通道中進行，但設(shè)備成本較為昂貴。
從減壓級聯(lián)裝置的一個段傳輸?shù)较乱粋€段的液態(tài)CO流的大小通過進料流所期望的冷卻程度預(yù)先給定。根據(jù)進料流的冷卻曲線，處于更低壓力水平上的液態(tài)CO的量恰好使分離器處達到所期望的溫度。該方法的主要優(yōu)點在于，與必須蒸發(fā)的液體餾分相比，在減壓過程中形成的氣體餾分僅對進料流的冷卻做出很小的貢獻，總是以盡可能高的壓力水平導(dǎo)入壓縮器，由此使壓縮器的能量需求最小化。
為提高CO產(chǎn)率，根據(jù)本發(fā)明方法的另一個具體實施方案，將在部分冷凝過程中形成的富含H2且含有CO的氣體餾分從分離器導(dǎo)出，與待冷卻的處理流方向相反地進行加熱，并將其導(dǎo)入本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的不屬于低溫氣體分離單元的膜單元內(nèi)，在那里氫作為所謂的滲透物從氣體混合物中充分地分離出。將其余的CO/H2混合物(滲余物Retentat)送回低溫氣體分離單元中，以提高CO產(chǎn)率。
在低溫氣體分離單元中，優(yōu)選與待加熱的處理流方向相反地冷卻滲余物，并將其直接輸送到優(yōu)選被設(shè)計為H2汽提塔的分離塔中，在那里分離氫之后于塔底接收該滲余物，并且在那里使具有產(chǎn)品純度的液態(tài)CO的量擴大?？墒∪ト鏒E 43 25 513 A1中所述的額外的分離器。
若在吸附器中通過提純而從合成氣獲得進料流，則根據(jù)本發(fā)明方法的另一個具體實施方案，將至少一部分的滲透物用于使吸附器中的吸附劑再生。為生產(chǎn)純氫，優(yōu)選在一個連接在其后的壓力交替吸附設(shè)備(DWA)中提純滲透物流，然后再將其作為產(chǎn)品釋放到設(shè)備邊界處。
在分離塔的塔頂提取富含H2且含有CO的氣體(閃蒸氣體)，其純度不符合通常對于氫氣產(chǎn)品所提出的要求。因此根據(jù)本發(fā)明，與待冷卻的處理流方向相反地加熱該閃蒸氣體，優(yōu)選將其送入來自膜單元的滲透物中，并在后序的壓力交替吸附設(shè)備中提純達到產(chǎn)品特性，從而提高H2產(chǎn)率。
若閃蒸氣體的壓力不足以送入滲透物中，則適當?shù)乩脡嚎s器將壓力提高至適當高的數(shù)值。
為使吸附器中的吸附劑再生，與待提純的原料氣體的流動方向相反地引導(dǎo)再生氣通過該吸附劑。此時在提純期間從原料氣體混合物中吸附出的物質(zhì)被解吸，并與再生氣一起從吸附器中排出。隨后，經(jīng)過再生的吸附劑可再次預(yù)備對原料氣體進行提純。
雖然所用吸附劑的選擇性高，但除了非期望的物質(zhì)以外，即使以更少的量，還共吸附出CO，并且從原料氣中去除。若一氧化碳在再生氣中的分壓小于在原料氣中的分壓，則一部分被吸附的CO在再生過程中被解吸。因為在下一個吸附期間(提純原料氣)再次將CO從原料氣中吸附出，所以如此進行的吸附劑再生過程會導(dǎo)致進入低溫氣體分離單元中的進料流的組成產(chǎn)生波動，因此還會導(dǎo)致在設(shè)備邊緣處釋放的產(chǎn)品的量產(chǎn)生波動。
若原料氣體是合成氣，則在該方法過程中出現(xiàn)上述的不利現(xiàn)象，這是因為約1.5摩爾％的來自膜單元的滲透物中的CO含量明顯低于合成氣的CO含量。根據(jù)本發(fā)明方法的一個具體實施方案，推薦在將含有CO的閃蒸氣體(CO含量約為20摩爾％)送入用于預(yù)載吸附劑的滲透物中之前，先與CO一起使用，從而在轉(zhuǎn)換吸附器中的吸附劑時減少進料流中的CO滲入量。
在進料流具有高壓力和高CO含量的情況下，達到由Joule-Thomson效應(yīng)產(chǎn)生的冷卻度，以滿足低溫氣體分離單元的冷卻度要求。在原料氣體壓力低和/或CO含量低的情況下，需要在過程中額外引入冷卻量。
本發(fā)明方法的另一個具體實施方案是，為了滿足低溫氣體分離單元的冷卻度要求，從設(shè)備邊緣的對面充入液氮(N2)，與待冷卻的處理流方向相反地使其蒸發(fā)，加熱并將其釋放到空氣中。優(yōu)選使用氮氣清洗所謂的低溫試驗箱，低溫氣體分離單元安裝在該低溫試驗箱中，然后將氮氣釋放到空氣中。
在低溫氣體分離單元的冷卻度要求遠遠超過了由Joule-Thomson效應(yīng)所能達到的冷卻功率的情況下，即對于設(shè)備邊緣對面的液氮的需求非常大，則優(yōu)選引導(dǎo)液氮通過位于分離器內(nèi)的熱交換器，于該分離器內(nèi)液氣混合物在一步實施的進料流的部分冷凝過程之后被分離。與液氮方向相反地將富含H2且含有CO的氣體餾分進一步冷卻，并且冷凝出一部分所含的CO，由此提高了一步冷凝過程的CO產(chǎn)率。
若從合成氣中獲得進料流，則存在CO2洗滌器，于其中對合成氣實施初步凈化過程。若從合成氣獲得的H2產(chǎn)品所具有的壓力無法為膜單元的工作提供壓降，則在本發(fā)明方法的另一個具體實施方案中，在與待冷卻的處理流方向相反地將來自分離器的H2餾分加熱之后，將其用于使吸附劑再生，于該分離器中在進料流進行部分冷凝之后分離液氣混合物，隨后將該H2餾分直接在壓力交替吸附設(shè)備中凈化達到產(chǎn)品特性。利用壓縮器(循環(huán)壓縮器)在CO2洗滌器之前將來自壓力交替吸附設(shè)備的含有CO的剩余氣體送回，并送入合成氣中。在該方式中，優(yōu)選還可將來自分離塔的閃蒸氣體在與待冷卻的處理流方向相反地進行加熱之后，在CO2洗滌器之前送回。因為閃蒸氣體的壓力通常明顯高于DWA剩余氣體的壓力，所以優(yōu)選經(jīng)過位于循環(huán)壓縮器(若其被設(shè)計成多步)上的中間輸送裝置實施該送回過程。以此方式將該方法的H2和CO產(chǎn)率提高至接近100％。
此外，本發(fā)明還涉及用于通過分離主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)組成的進料流而獲得氣態(tài)一氧化碳產(chǎn)品的裝置，該裝置由低溫氣體分離單元以及優(yōu)選具有多于一個壓縮段的用于將氣態(tài)CO壓縮至產(chǎn)品壓力的CO壓縮器組成，所述低溫氣體分離單元除了用以傳送處理流的導(dǎo)管以外還包括至少一個熱交換器和一個分離塔，在該熱交換器中與待加熱的處理流方向相反地冷卻原料氣體混合物并實施部分冷凝，而在該分離塔中對在該部分冷凝過程中形成的及在分離器中從富含H2且含有CO的氣體餾分中分離出的富含CO且含有H2的冷凝物實施低溫分餾過程。
在裝置方面，根據(jù)本發(fā)明通過如下方式解決所提出的目的，在優(yōu)選被設(shè)計為H2汽提塔的分離塔的塔底與熱交換器的冷卻側(cè)之間設(shè)置用于對來自分離塔塔底的液態(tài)CO進行級聯(lián)式減壓的裝置，其中級聯(lián)結(jié)構(gòu)的階段均具有可調(diào)節(jié)的節(jié)流元件和用于在液態(tài)CO減壓過程中分離經(jīng)過該節(jié)流元件形成的液氣混合物的分離器，并且連接這些階段，從而可將一部分液體餾分從分離器進一步導(dǎo)入下一個級聯(lián)階段中，同時優(yōu)選可將剩余部分的液體餾分和所有的氣體餾分在一個合適的溫度水平上導(dǎo)入熱交換器的冷卻側(cè)，在那里使其與待冷卻的處理流方向相反地進行蒸發(fā)和加熱，然后以氣態(tài)形式導(dǎo)入CO壓縮器中，或者直接導(dǎo)入CO產(chǎn)品流中。
減壓級聯(lián)結(jié)構(gòu)優(yōu)選由至少兩個且最多n+1個級聯(lián)階段組成，其中n為CO壓縮器的段的數(shù)目。至少對于n+1個級聯(lián)階段的具體實施方案，由第一個級聯(lián)階段取出的CO可以氣態(tài)形式導(dǎo)入CO產(chǎn)品流中，而無需進一步實施壓縮。
根據(jù)本發(fā)明，經(jīng)過節(jié)流元件可調(diào)節(jié)液態(tài)CO在級聯(lián)階段上的分配情況，使得進料流達到預(yù)期的冷卻狀態(tài)，并同時使壓縮器功率最小化。
若在進料流的部分冷凝過程中得到的富含H2且含有CO的氣體餾分與氫氣產(chǎn)品之間存在足夠高的壓降，則根據(jù)本發(fā)明用于提高CO產(chǎn)率的裝置優(yōu)選具有設(shè)置在低溫氣體分離單元外部的膜單元，在該膜單元中基本上分離出來自于在部分冷凝過程中得到的富含H2且含有CO并且與待冷卻的處理流方向相反地加熱的氣體餾分中的氫氣。為了提高低溫分離單元中的CO產(chǎn)率，可將殘留的CO/H2混合物(滲余物)送回。若為了制備進料流(例如從合成氣中)而存在吸附器，則優(yōu)選繼續(xù)輸送在膜單元中被分離出的氫(滲透物)，從而可利用其再生吸附器的吸附劑。
根據(jù)本發(fā)明裝置的另一個具體實施方案，利用壓縮器可提高與待冷卻的處理流方向相反地加熱并且從分離塔的塔頂取出的富含H2且含有CO的所謂閃蒸氣體的壓力，從而將其送入滲透物中。
若在部分冷凝過程中得到的富含H2且含有CO的氣體餾分與氫氣產(chǎn)品之間不存在足夠高的壓降，并且除了CO以外還應(yīng)生產(chǎn)純氫氣作為產(chǎn)品，則該裝置優(yōu)選具有壓力交替吸附設(shè)備(DWA)，在該設(shè)備中可對來自低溫氣體分離單元的H2餾分進行凈化。若在作為進料流導(dǎo)入低溫分離單元中之前使待分離的氣體流經(jīng)CO2洗滌器，則優(yōu)選可將來自DWA的含有CO的剩余氣體以及富含H2且含有CO的閃蒸氣體在CO2洗滌器之前送回原料氣中。為此，根據(jù)本發(fā)明的裝置設(shè)置有壓縮器，利用該壓縮器可將DWA剩余氣體和閃蒸氣體的壓力提高至實施送回過程所需的壓力值。


附圖所示為根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方案。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖中所示的實施例更詳細地闡述本發(fā)明
本實施例涉及從合成氣流低溫獲得CO和H2產(chǎn)品的方法，其中使用具有三個段的CO壓縮器以產(chǎn)生CO產(chǎn)品壓力。合成氣的CH4含量很小，從而可省略從CO產(chǎn)品中去除CH4的過程。
合成氣經(jīng)管道1從氣體發(fā)生器G流至CO2洗滌器W中，在此洗去絕大部分的CO2、水和其他非期望的物質(zhì)。預(yù)凈化的合成氣經(jīng)管道2導(dǎo)入吸附器A中，并在此除去仍然殘存的水和CO2。隨后將凈化過的合成氣作為進料流經(jīng)管道3輸送至安裝在低溫試驗盒CB中的低溫氣體分離單元中，在此首先將合成氣在熱交換器E1中冷卻，隨后經(jīng)管道4輸送到熱交換器E2中實施冷卻。在熱交換器E2中由進料流通過冷凝作用形成相混合物，將其經(jīng)管道5輸送至分離器D1，并在此分離成主要由CO組成的液體餾分和富含H2且含有CO的氣體餾分。由于從熱交換器E3中的氣體餾分冷凝出的CO而使D1中液體餾分的量增大。熱交換器E3集成在分離器D1中，并利用液氮進行冷卻，而液氮經(jīng)管道6從設(shè)備邊緣的對面送入。經(jīng)管道7和8將氮輸送至熱交換器E2和E1中，并且與待冷卻的處理流方向相反地進行加熱，然后經(jīng)管道9離開設(shè)備而釋放到空氣中。
富含CO的液體餾分從分離器D1出來經(jīng)導(dǎo)管10和閥門d輸送到H2汽提塔T的塔頂，在此將絕大部分仍然溶于其中的氫汽提出。于H2汽提塔T的塔底收集已具有產(chǎn)品特性的富含CO的液體，并在此經(jīng)管道11輸送到減壓級聯(lián)結(jié)構(gòu)中。H2汽提塔T經(jīng)過集成在熱交換器E2內(nèi)的再沸器而被加熱，H2汽提塔T經(jīng)管道12和13與該再沸器相連。
所有的液態(tài)CO流均經(jīng)節(jié)流位置a減壓至CO壓縮器C1的中壓階段的入口壓力值(包括熱交換器E1和E2以及管路的壓力損失)，其中使該流冷卻并使其一部分形成氣態(tài)。液氣混合物經(jīng)管道14送至分離器D2，并在此被分離成液體餾分和氣體餾分。將一部分液體餾分和所有氣體餾分經(jīng)管道15和16從分離器D2取出，并輸送到熱交換器E2的冷卻側(cè)，在此使液體餾分15蒸發(fā)并與氣體餾分16一起加熱。此時完全呈氣態(tài)的CO流經(jīng)管道17送至熱交換器E1，在此處進一步加熱，經(jīng)管道18輸送至CO壓縮器C1的中壓匯流排(Mitteldruckschiene)上，與來自CO壓縮器C1的最初兩個段的CO混合，并壓縮至產(chǎn)品壓力，經(jīng)管道19作為CO產(chǎn)品排出。
來自分離器D2的液體餾分的其他部分經(jīng)管道20送至節(jié)流位置b處并減壓至CO壓縮器C1的低壓階段的進口壓力值(包括熱交換器E1和E2以及管路的壓力損失)，其中也使該流冷卻并使其一部分形成氣態(tài)。液氣混合物經(jīng)管道21導(dǎo)入分離器D3，并在此被分離成液體餾分和氣體餾分。將一部分液體餾分和所有氣體餾分經(jīng)管道22和23從分離器D3抽出，并輸送到熱交換器E2的冷卻側(cè)，在此使液體餾分22蒸發(fā)并與氣體餾分23一起加熱。此時完全呈氣態(tài)的CO流經(jīng)管道24送至熱交換器E1，在此處進一步加熱，經(jīng)管道25輸送至CO壓縮器C1的低壓匯流排上，與來自第一壓縮段的CO混合，并壓縮至中壓水平，最后與氣態(tài)CO流18一起在最后的壓縮段中被壓縮至產(chǎn)品壓力，并使它們一起經(jīng)管道19作為CO產(chǎn)品排出。
在減壓級聯(lián)結(jié)構(gòu)的最后階段中將來自分離器D3的剩余液體餾分經(jīng)管道26輸送至節(jié)流位置c處，并減壓至CO壓縮器C1的吸入壓值(包括熱交換器E1和E2以及管路的壓力損失)，其中產(chǎn)生熱交換器E2的冷卻端的極端冷卻度。將液氣混合物經(jīng)管道27導(dǎo)入分離器D4中，并在此處被分離成液體餾分和氣體餾分。所有的液體餾分和氣體餾分經(jīng)管道28和29從分離器D4取出，并輸送到熱交換器E2的冷卻側(cè)，在此處使液體餾分28蒸發(fā)并與氣體餾分29一起加熱。此時完全呈氣態(tài)的CO流經(jīng)管道30輸送到熱交換器E1中，在此處進一步加熱，經(jīng)管道31輸送到CO壓縮器C1的抽吸側(cè)上，壓縮至低壓水平，與兩股其他的CO流25和18一起在兩個后序的壓縮段中被壓縮至產(chǎn)品壓力，并經(jīng)管道19作為CO產(chǎn)品排出。
將液體進一步送至兩個下部的壓力階段中的量僅在E2中實現(xiàn)進料流5的期望的冷卻。由于液體CO流11的級聯(lián)式減壓過程，在級聯(lián)階段中產(chǎn)生的氣體餾分總以盡可能高的壓力水平導(dǎo)入CO壓縮器C1中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由此顯著降低CO壓縮器的能量需求。
將在進料流的部分冷凝過程中形成的富含H2且含有CO的氣體餾分從分離器D1取出，經(jīng)管道32和33送入兩個熱交換器E2和E1中進行加熱，并經(jīng)管道34輸送至吸附器A中的吸附劑的再生過程。在吸附劑再生過程之后，氣體經(jīng)管道35送至壓力交替吸附設(shè)備DA中，在此處被凈化，并經(jīng)管道36作為H2產(chǎn)品排出。
來自壓力交替吸附設(shè)備DA的含有CO的剩余氣體經(jīng)管道37導(dǎo)入壓縮器C2中，在此被壓縮并經(jīng)管道38在CO2洗滌器W之前導(dǎo)入合成氣1中。
從H2汽提塔T的塔頂取出的所謂閃蒸氣體的主要部分由氫組成；但由于其含有一氧化碳，所以不具有產(chǎn)品純度。經(jīng)管道39和40將其相繼輸送至兩個熱交換器E2和E1中，在此處對其加熱。隨后經(jīng)管道41輸送到作為中間輸送裝置的壓縮器C2中，并與來自壓力交替吸附設(shè)備DA的剩余氣體37一起經(jīng)管道38導(dǎo)入合成氣1中。
權(quán)利要求
1.通過在低溫氣體分離單元中分離主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)組成的進料流而獲得氣態(tài)一氧化碳產(chǎn)品流的方法，該方法是通過以下步驟實施的通過與待加熱的處理流方向相反地進行間接熱交換實施冷卻并進行一步實施的部分冷凝過程，隨后在分離塔中對在該部分冷凝過程中形成的及在分離器中從富含H2且含有CO的氣體餾分中分離出的富含CO且含有H2的濃縮物進行低溫分餾，蒸發(fā)和/或加熱冷的分離產(chǎn)物，并利用優(yōu)選具有多于一個壓縮段的CO壓縮器來壓縮氣態(tài)CO至產(chǎn)品壓力，其特征在于，將液態(tài)CO從分離塔的塔底取出并以級聯(lián)方式進行減壓，其中在每次部分減壓之后將CO流分離成液體餾分和氣體餾分，將一部分液體餾分進一步導(dǎo)入下一個級聯(lián)階段中，并在此減壓至更低的壓力水平，同時在至少一個熱交換器中通過與待冷卻的處理流方向相反地進行間接熱交換而使剩余部分的液體餾分和所有的氣體餾分蒸發(fā)并加熱或僅加熱，并且以氣態(tài)形式輸送至CO壓縮器或直接傳輸至CO產(chǎn)品流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將液態(tài)CO導(dǎo)入具有更低壓力水平的級聯(lián)階段的量應(yīng)使得進料流達到預(yù)期的冷卻度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，將每股來自級聯(lián)階段的CO流以氣態(tài)形式輸送至CO壓縮器的各個不同段的吸氣側(cè)，同時將每股輸送至CO壓縮器的一個段的吸氣側(cè)的氣態(tài)CO流從各個不同的級聯(lián)階段傳輸出。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，將從氣態(tài)CO餾分中分離出的液態(tài)CO餾分從減壓級聯(lián)結(jié)構(gòu)的每個階段輸送至熱交換器的冷卻端，并在該熱交換器中與氣態(tài)CO餾分混合，然后使兩股CO餾分在一個公共的通道內(nèi)蒸發(fā)和/或加熱。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，通過與待冷卻的處理流方向相反的間接熱交換作用對在該部分冷凝過程中形成的及從富含CO且含有H2的液體餾分中分離出的富含H2且含有CO的氣體餾分進行加熱。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，通過與待冷卻的處理流方向相反的間接熱交換作用對從分離塔的塔頂取出的富含H2且含有CO的氣體餾分(閃蒸氣體)進行加熱。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，用于低溫氣體分離單元的進料流是通過在CO2洗滌器和吸附器中進行提純而由合成氣獲得的。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，將至少一部分在一步實施的部分冷凝過程中形成的以及來自分離器的從富含CO且含有H2的液體餾分中分離出的富含H2且含有CO的氣體餾分在加熱后用于再生吸附器中的吸附劑。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，來自分離器的所有氣體餾分在加熱之后于膜單元內(nèi)分離成氫餾分和CO/H2混合物(滲余物)，然后將至少一部分氫餾分用于再生吸附器中的吸附劑，并將該滲余物在與待加熱的處理流方向相反地進行冷卻之后輸送到分離塔中以獲得其中所含的一氧化碳。
10.如權(quán)利要求7至9之一所述的方法，其特征在于，在壓力交替吸附設(shè)備中凈化用于再生吸附器中的吸附劑并因此而被污染的氣體，隨后作為氫產(chǎn)品在設(shè)備邊緣取出。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，將來自該壓力交替吸附設(shè)備的剩余氣體在CO2洗滌器之前送回合成氣中。
12.如權(quán)利要求1至11之一所述的方法，其特征在于，為了滿足該方法的至少一部分冷卻度要求，從設(shè)備邊緣的對面導(dǎo)入液氮，并使其與待冷卻的處理流方向相反地進行蒸發(fā)，加熱，隨后釋放到大氣中。
13.如權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，在熱交換器中使液氮蒸發(fā)，所述熱交換器集成在用于分離在合成氣的部分冷凝過程中形成的液氣混合物的分離器中，由此將氣體餾分中所含的一部分CO冷凝出。
14.用于通過分離主要由氫(H2)和一氧化碳(CO)組成的進料流而獲得氣態(tài)一氧化碳產(chǎn)品的裝置，該裝置由低溫氣體分離單元以及優(yōu)選具有多于一個壓縮段且用于將氣態(tài)CO壓縮至產(chǎn)品壓力的CO壓縮器組成，該低溫氣體分離單元除了包括用于輸送處理流的管道以外還包括至少一個熱交換器和一個分離塔，在該熱交換器中與待加熱的處理流方向相反地冷卻原料氣體混合物并實施部分冷凝，在該分離塔中對在該部分冷凝過程中形成的及在分離器中從富含H2且含有CO的氣體餾分中分離出的富含CO且含有H2的冷凝物實施低溫分餾過程，其特征在于，在優(yōu)選被設(shè)計為H2汽提塔的分離塔的塔底與熱交換器的冷卻側(cè)之間設(shè)置用于對來自分離塔塔底的液態(tài)CO進行級聯(lián)式減壓的裝置，其中級聯(lián)結(jié)構(gòu)的階段均具有可調(diào)節(jié)的節(jié)流元件和用于分離在液態(tài)CO的減壓過程中經(jīng)該節(jié)流元件形成的液氣混合物的分離器，并且連接這些階段，從而可將一部分液體餾分從分離器進一步導(dǎo)入下一個級聯(lián)階段中，同時優(yōu)選可將剩余部分的液體餾分和所有的氣體餾分在一個合適的溫度水平上導(dǎo)入熱交換器的冷卻側(cè)，在那里與待冷卻的處理流方向相反地進行蒸發(fā)和加熱，然后以氣態(tài)形式導(dǎo)入CO壓縮器中，或者直接導(dǎo)入CO產(chǎn)品流中。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述減壓級聯(lián)結(jié)構(gòu)由至少兩個且最多n+1個級聯(lián)階段組成，其中n為CO壓縮器的段的數(shù)目。
16.如權(quán)利要求14或15所述的裝置，其特征在于，將該熱交換器設(shè)計成板式熱交換器。
17.如權(quán)利要求14至16之一所述的裝置，其特征在于，構(gòu)造該裝置以利用不是低溫氣體分離單元的一部分的膜單元從在部分冷凝過程中形成的富含H2且含有CO的氣體混合物中分離出氫。
18.如權(quán)利要求14至16之一所述的裝置，其特征在于，設(shè)計該裝置以利用不是低溫氣體分離單元的一部分的壓力交替吸附設(shè)備而獲得氫產(chǎn)品。
19.如權(quán)利要求14至18之一所述的裝置，其特征在于，用于分離在一步實施的部分冷凝過程中形成的液氣混合物的分離器設(shè)置有利用來自設(shè)備邊緣的對面的液氮進行冷卻的熱交換器。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述熱交換器是經(jīng)包裹的熱交換器。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述熱交換器是板式熱交換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過分離主要由氫和二氧化碳組成的且含有少量CH
文檔編號C01B31/18GK1907849SQ20061015132
公開日2007年2月7日 申請日期2006年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月10日
發(fā)明者馬丁·朗 申請人:林德股份公司