專利名稱：從合成氣中得到產(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(jìn)料流(Einsatzstoffstrom)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(shí)施的利用與待加熱的處理流(Verfahrenstrom)方向相反地進(jìn)行的間接熱交換實(shí)施的冷卻及一步實(shí)施的部分冷凝過程，隨后在分離塔中對(duì)在部分冷凝過程中形成的且在分離器中由富含H2且含有CO的氣體餾分分離出的富含CO且含有H2的冷凝物進(jìn)行低溫分餾，在該分離塔中產(chǎn)生具有產(chǎn)品純度的液態(tài)CO作為塔底產(chǎn)品，蒸發(fā)和/或加熱該冷的分離產(chǎn)物，并利用具有一個(gè)或更多個(gè)壓縮段的CO壓縮器來壓縮氣態(tài)CO至產(chǎn)品壓力；本發(fā)明還涉及用于實(shí)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?cè)诠I(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(jìn)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(duì)合成氣實(shí)施由多個(gè)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(duì)合成氣清除殘余部分。
根據(jù)待分離的進(jìn)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(jìn)料流，并且在干燥和分離二氧化碳之后進(jìn)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(jìn)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(jìn)行H2的分離是足夠的，這是因?yàn)閮H通過從氣體混合物中去除氫即可實(shí)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(jìn)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(yàn)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(jìn)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(dá)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)闅庀啵箿囟瘸浞窒陆担瑥亩陂g接熱交換過程中(連同其他待加熱的處理流)使進(jìn)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(zhēng)取以盡可能經(jīng)濟(jì)的方式借助于冷凝過程分離進(jìn)料流時(shí)，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(duì)每股支流在制冷的情況下實(shí)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(dá)到壓縮器功率最小的要求來確定支流的大小。同時(shí)必須提供充足的處于低壓力水平的液態(tài)CO，以實(shí)現(xiàn)將進(jìn)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(jì)性。
根據(jù)本發(fā)明的方法，通過以下方式實(shí)現(xiàn)該目的，將從分離塔塔底取出的液態(tài)CO與待加熱的處理流方向相反地實(shí)施過度冷卻，隨后分成更多支流，優(yōu)選將這些支流均減壓至不同的壓力水平，與待冷卻的處理流方向相反地進(jìn)行蒸發(fā)，加熱并以氣態(tài)形式導(dǎo)入CO壓縮器或直接導(dǎo)入CO產(chǎn)品中，其中過冷度優(yōu)選使得僅在減壓至最低的壓力水平時(shí)形成液氣混合物，并將其在分離器中分離。
CO支流的大小通過進(jìn)料流預(yù)期的冷卻度而預(yù)先設(shè)定。根據(jù)進(jìn)料流的冷卻曲線，將液態(tài)CO導(dǎo)至更低壓力水平的量使得在分離器上達(dá)到預(yù)期的溫度。
通過過度冷卻，可使在減壓過程中形成氣體的量最小化，這些氣體僅對(duì)進(jìn)料流的冷卻作出很小的貢獻(xiàn)。因此減少冷卻進(jìn)料流所需的、蒸發(fā)至更低壓力水平并以氣態(tài)形式導(dǎo)入CO壓縮器中的支流的比例，并因此與現(xiàn)有技術(shù)相比使CO壓縮過程所需的能量降低。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方案，將每股CO支流以氣態(tài)形式送至CO壓縮器的另一個(gè)壓縮段的吸氣側(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(gè)具體實(shí)施方案是，優(yōu)選將第一減壓過程進(jìn)行至一個(gè)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(jìn)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(jìn)行蒸發(fā)，并且有足夠的液態(tài)CO用于后序的級(jí)聯(lián)過程，從而使合成氣可被冷卻至期望的溫度。
優(yōu)選將最后的減壓過程進(jìn)行至CO壓縮器的第一壓縮段的吸氣壓力水平(包括熱交換器以及管道的壓力損失)，其中產(chǎn)生該過程中的最大冷卻效果。
為了蒸發(fā)和加熱在最后的減壓過程中形成的液相和氣相，優(yōu)選將它們分別導(dǎo)入適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)成板式熱交換器的熱交換器中，并將它們?cè)趦?nèi)部混合，以避免分散缺陷。蒸發(fā)和加熱過程在一個(gè)與待冷卻的處理流方向相反的共同的通道中進(jìn)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(dú)的通道中進(jìn)行，但設(shè)備成本較為昂貴。
若分離塔在低壓下工作，則在本發(fā)明方法的一個(gè)具體實(shí)施方案中，無需進(jìn)行減壓而直接將液態(tài)CO的支流取出，蒸發(fā)，加熱并導(dǎo)入CO壓縮器中或直接送入CO產(chǎn)品中。
為提高CO產(chǎn)率，根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)具體實(shí)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(jìn)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(jì)為H2汽提塔的分離塔中，在那里分離氫之后于該塔的塔底接收該滲余物，并且在那里使具有產(chǎn)品純度的液態(tài)CO的量增大?？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(jìn)料流，則根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)具體實(shí)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(gè)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(duì)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)備中提純至產(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(dāng)?shù)乩脡嚎s器將壓力提高至適當(dāng)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(dòng)方向相反地引導(dǎo)再生氣通過該吸附劑。此時(shí)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(duì)原料氣體進(jìn)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，仍共吸附出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?yàn)樵谙乱粋€(gè)吸附期間(提純?cè)蠚?再次將CO從原料氣中吸附出，所以如此進(jìn)行的吸附劑再生過程會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入低溫氣體分離單元中的進(jìn)料流的組成產(chǎn)生波動(dòng)，因此還會(huì)導(dǎo)致在設(shè)備邊緣處釋放產(chǎn)品的量產(chǎn)生波動(dòng)。
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?yàn)榧s1.5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(gè)具體實(shí)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)化吸附器中的吸附劑時(shí)減少進(jìn)料流中的CO滲入量。
在進(jìn)料流具有高壓力和高CO含量的情況下，通過減壓而產(chǎn)生的冷卻度足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，需要在該過程中額外引入冷卻量。
本發(fā)明方法的另一個(gè)具體實(shí)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(duì)面充入液氮(N2)，與待冷卻的處理流方向相反地使其蒸發(fā)，加熱并將其釋放到大氣中。優(yōu)選使用氮?dú)馇逑此^的低溫試驗(yàn)箱，低溫氣體分離單元安裝在該低溫試驗(yàn)箱中，然后將氮?dú)忉尫诺酱髿庵小?br> 在低溫氣體分離單元的冷卻度要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了通過減壓所能達(dá)到的冷卻功率的情況下，即對(duì)于設(shè)備邊緣對(duì)面的液氮的需求非常大時(shí)，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(shí)施的進(jìn)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(jìn)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(jìn)料流，則存在CO2洗滌器，于其中對(duì)合成氣實(shí)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(gè)具體實(shí)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(jìn)料流進(jìn)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(dá)到產(chǎn)品特性。利用壓縮器(循環(huán)壓縮器)將來自壓力交替吸附設(shè)備的含有CO的剩余氣體送回CO2洗滌器之前，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(jìn)行加熱之后，送回CO2洗滌器之前。因?yàn)殚W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(jì)成多步)上的中間輸送裝置實(shí)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(jìn)料流而獲得氣態(tài)一氧化碳產(chǎn)品的設(shè)備，該設(shè)備由低溫氣體分離單元以及具有一個(gè)或更多個(gè)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(gè)熱交換器和一個(gè)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進(jìn)料流并實(shí)施部分冷凝，而在該分離塔中對(duì)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(shí)施低溫分餾過程，在該分離塔中產(chǎn)生具有產(chǎn)品純度的液態(tài)CO作為塔底產(chǎn)品。
在設(shè)備方面，根據(jù)本發(fā)明通過設(shè)置一種裝置而解決所提出的目的，該裝置用于對(duì)來自分離塔塔底的液態(tài)CO進(jìn)行過度冷卻并用于將其分成至少兩股支流，其中每股支流在過度冷卻之后可經(jīng)過可調(diào)節(jié)的節(jié)流元件進(jìn)行減壓，隨后可將其導(dǎo)入用以蒸發(fā)和/或加熱的熱交換器中，最后可以氣態(tài)形式傳輸?shù)紺O壓縮器的壓縮段的吸氣側(cè)或直接傳輸?shù)紺O產(chǎn)品中。
優(yōu)選地，將于其中冷卻或加熱處理流的裝置設(shè)計(jì)為板式熱交換器。
優(yōu)選將來自分離塔塔底的液態(tài)CO分成至少兩股且最多n+1股支流，其中n為CO壓縮器的壓縮段的數(shù)目。至少在具有n+1股支流的具體實(shí)施方案中，可將一股支流(在蒸發(fā)和加熱之后)以氣態(tài)形式導(dǎo)入CO產(chǎn)品流中，而無需進(jìn)一步的壓縮。
根據(jù)本發(fā)明，可經(jīng)過節(jié)流元件調(diào)節(jié)液態(tài)CO而將其分成支流，從而使進(jìn)料流達(dá)到預(yù)期的冷卻狀態(tài)，并同時(shí)使壓縮功率最小化。
若在進(jìn)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)率的設(shè)備優(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(jìn)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。
本發(fā)明設(shè)備的另一個(gè)具體實(shí)施方案是設(shè)置壓縮器，利用其可提高與待冷卻的處理流方向相反地加熱的、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，從而使其可被送入滲透物中。
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，則該設(shè)備優(yōu)選具有壓力交替吸附設(shè)備(DWA)，在該設(shè)備中可對(duì)來自低溫氣體分離單元的H2餾分進(jìn)行凈化。若在作為進(jìn)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)明的設(shè)備設(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(shí)施送回過程所需的壓力值。
若為了滿足低溫氣體分離單元所需的冷卻度而需要從設(shè)備邊緣的對(duì)面充入液氮，則在本發(fā)明設(shè)備的另一個(gè)具體實(shí)施方案中，在其中于進(jìn)料流的一步部分冷凝過程之后分離液氣混合物的分離器設(shè)置有熱交換器，可引導(dǎo)液氮作為冷卻劑流過該熱交換器。熱交換器可設(shè)計(jì)成板式熱交換器或經(jīng)包裹的熱交換器。


附圖所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖中所示的實(shí)施例更詳細(xì)地闡述本發(fā)明本實(shí)施例涉及一種從合成原料氣流中低溫獲得CO和H2產(chǎn)品的方法，其中使用具有三級(jí)的CO壓縮器以產(chǎn)生CO產(chǎn)品壓力。合成原料氣的CH4含量很小，從而可省略從CO產(chǎn)品中去除CH4的過程。
合成氣從氣體發(fā)生器G經(jīng)管道1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(jìn)料流經(jīng)管道3輸送至安裝在低溫試驗(yàn)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(shí)施冷卻。在熱交換器E2中由進(jìn)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(jìn)行冷卻，而液氮經(jīng)管道6從設(shè)備邊緣的對(duì)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(jìn)行加熱，然后經(jīng)管道9離開設(shè)備而釋放到大氣中。
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，由此經(jīng)管道11流經(jīng)熱交換器E2，并在此實(shí)施過度冷卻。經(jīng)管道12將過冷的富含CO的液體從熱交換器E2取出，然后將它們分配至管道13、14和15。經(jīng)過一個(gè)集成在熱交換器E2中的再沸器對(duì)H2汽提塔T進(jìn)行加熱，H2汽提塔T經(jīng)管道16和17與該再沸器相連。
將管道13中的支流經(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)。由于預(yù)先進(jìn)行的過度冷卻過程而不會(huì)形成氣相。引導(dǎo)經(jīng)減壓的液體由管道18和19通過兩個(gè)熱交換器E2和E1，于其中使液體蒸發(fā)并加熱氣態(tài)CO。最后，將CO經(jīng)管道20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(gè)段的CO混合，并壓縮至產(chǎn)品壓力，經(jīng)管道21作為CO產(chǎn)品排出。
將管道14中的支流經(jīng)節(jié)流位置b減壓至CO壓縮器C1的低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)。此處也由于預(yù)先進(jìn)行的過度冷卻過程而不會(huì)形成氣相。引導(dǎo)經(jīng)減壓的液體由管道22和23通過兩個(gè)熱交換器E2和E1，于其中使液體蒸發(fā)并加熱氣態(tài)CO。最后，將CO經(jīng)管道24輸送至CO壓縮器C1的低壓匯流排上，與來自CO壓縮器C1的第一段的CO混合，并壓縮至中壓水平，最后與氣體流20一起同樣被壓縮至產(chǎn)品壓力，并經(jīng)管道21作為CO產(chǎn)品排出。
將管道15中的最后一股支流經(jīng)節(jié)流位置c減壓至CO壓縮器C1的吸氣壓力值(包括熱交換器E1和E2以及管路的壓力損失)。由于壓降大，雖然預(yù)前進(jìn)行了過度冷卻過程，但此處仍會(huì)出現(xiàn)部分蒸發(fā)現(xiàn)象。在此情況下形成的液氣混合物為熱交換器E2的冷卻端提供最大冷卻度，將該液氣混合物經(jīng)管道25導(dǎo)入分離器D2，并在那里分離成液相和氣相。將液相和氣相經(jīng)管道26和27從D2取出，并送入熱交換器E2的冷卻側(cè)，在那里使液態(tài)餾分26蒸發(fā)，并和氣體餾分27一起被加熱。此時(shí)將完全呈氣態(tài)的CO流經(jīng)管道28輸送至熱交換器E1，在那里進(jìn)一步被加熱，經(jīng)管道29輸送到CO壓縮器C1的吸氣側(cè)，壓縮至低壓水平，與另外兩股CO流24和20一起在后序的兩個(gè)壓縮段中被壓縮至產(chǎn)品壓力，并經(jīng)管道21作為CO產(chǎn)品排出。
向兩個(gè)低的壓力階段導(dǎo)入液態(tài)CO的量僅使進(jìn)料流達(dá)到預(yù)期的冷卻程度。通過過度冷卻作用，使減壓過程中形成氣體的量最小化，這些氣體僅對(duì)進(jìn)料流的冷卻作出很小的貢獻(xiàn)。因此減少冷卻進(jìn)料流所需的、蒸發(fā)至低壓水平并以氣態(tài)形式導(dǎo)入CO壓縮器中的支流的比例，并因此與現(xiàn)有技術(shù)相比使CO壓縮過程所需的能量降低。
將在進(jìn)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導(dǎo)入兩個(gè)熱交換器E2和E1中進(jìn)行加熱，并經(jīng)管道34傳輸以再生吸附器A中的吸附劑。吸附劑再生之后，使氣體經(jīng)管道35到達(dá)壓力交替吸附設(shè)備DA，在那里進(jìn)行提純并經(jīng)管道36作為H2產(chǎn)品排出。
將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，在那里進(jìn)行壓縮并經(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主要由氫組成；但由于其含有一氧化碳而不具有產(chǎn)品純度。使該氣體經(jīng)管道39和40先后到達(dá)兩個(gè)熱交換器E2和E1，在那里被加熱。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(jìn)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(shí)施的利用與待加熱的處理流方向相反地進(jìn)行的間接熱交換實(shí)施的冷卻及一步實(shí)施的部分冷凝過程，隨后在分離塔中對(duì)在該部分冷凝過程中形成的且在分離器中由富含H2且含有CO的氣體餾分分離出的富含CO且含有H2的冷凝物進(jìn)行低溫分餾，在該分離塔中產(chǎn)生具有產(chǎn)品純度的液態(tài)CO作為塔底產(chǎn)品，蒸發(fā)和/或加熱該冷的分離產(chǎn)物，并利用具有一個(gè)或更多個(gè)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，將從分離塔塔底取出的液態(tài)CO與待加熱的處理流方向相反地實(shí)施過度冷卻，隨后分配成更多的支流，優(yōu)選將這些支流均減壓至不同的壓力水平，與待冷卻的處理流方向相反地進(jìn)行蒸發(fā)，加熱并以氣態(tài)形式導(dǎo)入CO壓縮器或直接導(dǎo)入CO產(chǎn)品中，其中過冷度優(yōu)選使得僅在減壓至最低的壓力水平時(shí)形成液氣混合物，并將其在分離器中分離。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選擇液態(tài)CO支流的大小，從而在使壓縮CO產(chǎn)品流所需的功率最小化的同時(shí)使進(jìn)料流達(dá)到預(yù)期的冷卻程度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，將每股導(dǎo)入CO壓縮器的CO支流輸送到CO壓縮器的另一個(gè)壓縮段的吸氣側(cè)。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，對(duì)來自分離塔塔底的液態(tài)CO實(shí)施過度冷卻的程度，使得僅在減壓至最低壓力水平時(shí)才形成液氣混合物。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在部分冷凝過程中形成的及從富含CO且含有H2的液相分離出的富含H2且含有CO的氣相通過與待冷卻的處理流方向相反地實(shí)施間接熱交換作用而被加熱。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，從分離塔塔頂取出的富含H2且含有CO的氣態(tài)餾分(閃蒸氣體)通過與待冷卻的處理流方向相反地實(shí)施間接熱交換作用而被加熱。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，通過在CO2洗滌器和吸附器中的凈化作用而從合成氣中獲得用于低溫氣體分離單元的進(jìn)料流。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，至少一部分在一步實(shí)施的部分冷凝過程中形成的及從分離器中由富含CO且含有H2的液體餾分分離出的富含H2且含有CO的氣體餾分在對(duì)其進(jìn)行加熱之后被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，于膜單元中被分離成氫氣餾分和CO/H2混合物(滲余物)，然后將至少一部分氫氣餾分用于再生吸附器中的吸附劑，并在將該滲余物與待加熱的處理流方向相反地進(jìn)行冷卻之后輸送至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，在壓力交替吸附器內(nèi)提純用于再生吸附器內(nèi)的吸附劑并因此而被污染的氣體，隨后作為氫氣產(chǎn)品在設(shè)備邊緣處排出。11、如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，將來自壓力交替吸附設(shè)備的殘余氣體在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(duì)面導(dǎo)入液氮，并使其與待冷卻的處理流方向相反地進(jìn)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(jìn)料流而獲得氣態(tài)一氧化碳產(chǎn)品的設(shè)備，該設(shè)備由低溫氣體分離單元以及具有一個(gè)或更多個(gè)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(gè)熱交換器和一個(gè)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進(jìn)料流并實(shí)施部分冷凝，而在該分離塔中對(duì)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(shí)施低溫分餾過程，在該分離塔中產(chǎn)生具有產(chǎn)品純度的液態(tài)CO作為塔底產(chǎn)品，其特征在于，設(shè)置一種用于對(duì)來自分離塔塔底的液態(tài)CO進(jìn)行過度冷卻并用于將其分配成至少兩股支流的裝置，其中每股支流在過度冷卻之后可經(jīng)過可調(diào)節(jié)的節(jié)流元件進(jìn)行減壓，隨后可將其導(dǎo)入用以蒸發(fā)和/或加熱的熱交換器中，最后可以氣態(tài)形式傳輸?shù)紺O壓縮器的壓縮段的吸氣側(cè)或直接傳輸?shù)紺O產(chǎn)品中。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，可將來自分離塔塔底的液態(tài)CO分配成至少兩個(gè)且最多n+1個(gè)支流，其中n為CO壓縮器的壓縮段的數(shù)目。
16.如權(quán)利要求14或15所述的設(shè)備，其特征在于，將于其中冷卻或加熱處理流的裝置設(shè)計(jì)成板式熱交換器。
17.如權(quán)利要求14至16之一所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)計(jì)該設(shè)備以利用并非該低溫氣體分離單元的一部分的膜單元將氫從在部分冷凝過程中形成的富含H2且含有CO的氣體混合物分離出。
18.如權(quán)利要求14至16之一所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)計(jì)該設(shè)置以利用并非該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之一所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)計(jì)該分離器以利用熱交換器分離在一步實(shí)施的部分冷凝過程中形成的液氣混合物，用來自設(shè)備邊緣的對(duì)面的液氮冷卻該熱交換器。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，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所述的設(shè)備，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(hào)C01B31/18GK1907850SQ20061015938
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者馬丁·朗 申請(qǐng)人:林德股份公司