專利名稱：生產(chǎn)一氧化碳的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分離含有氫氣、一氧化碳以及少量雜質(zhì)(甲烷和惰性氣體)的氣體混合物，以生產(chǎn)氫氣和一氧化碳純產(chǎn)品的方法和設(shè)備。
在被稱之為“部分冷凝”的常規(guī)方法中，從氣體混合物中分離出來的氫氣，在冷卻到低溫后，被膨脹到約5-10巴的壓力，提供致冷作用以保持設(shè)備處于冷狀態(tài)，同時使氣體混合物冷卻到低于-200℃。這種類型的設(shè)備描述在UA-A-4,217,759中，使用至少4個塔以生產(chǎn)一氧化碳，其產(chǎn)率為95％，純度約99％。氫氣的產(chǎn)率為約99.9％，純度約95％。
本發(fā)明的目的是通過減少用于分離步驟的塔的數(shù)目以簡化這一方法和設(shè)備，同時保持高純度和高產(chǎn)率。因此，通常設(shè)置在過程最前部的洗滌塔和一氧化碳/甲烷蒸餾塔被省略了。
本發(fā)明的另一目的是在氫氣純度和一氧化碳產(chǎn)率相同的條件下保證設(shè)備中的最低溫度高于常規(guī)方法中的最低溫度。
DE-A-2,460,515描述了一種含甲烷氫氣的分離設(shè)備，該設(shè)備包括第一分離器，接受來自第一分離器的氣體的第一汽提塔，將餾頭氣體輸送到第二分離器的裝置，將來自第二分離器的液體輸送到其進(jìn)料為來自第一分離器的液體的第二汽提塔的裝置。
EP-A-0,017,174描述了一種分離一氧化碳、氫氣和甲烷混合物的設(shè)備，其中混合物被部分冷凝，冷凝部分被輸送到第一汽提塔的塔頂。來自該汽提塔塔頂?shù)臍怏w被冷卻并輸送到第二相分離器中。液體部分被輸送到第二塔。第二塔的塔底液體被輸送到第三塔的塔頂，來自第一相分離器的未冷凝部分被輸送到第三塔的底部。
本發(fā)明的目的還在于提供一種設(shè)備，由于無需任何致冷裝置，其投資成本比現(xiàn)有技術(shù)低。
在某些情況下，本發(fā)明可以實現(xiàn)氫氣的完全回收，并在比常規(guī)方法更高的壓力下獲得氫氣。
為了這一目的，本發(fā)明主題是一種從主要含有一氧化碳、氫氣和甲烷的混合氣體中分離一氧化碳和氫氣的方法，該方法包括以下步驟—冷卻要處理的氣體混合物，使之部分冷凝；—在第一相分離器中將混合物中的冷凝部分與主要含有氫氣的未冷凝部分相分離；—將冷凝部分中的至少一部分輸送到第一汽提塔以便在塔頂生產(chǎn)含有氫氣的氣相餾分，在塔底生產(chǎn)含有一氧化碳和甲烷的液相餾分；—將來自第一汽提塔的餾頭氣體的至少一部分輸送到第二換熱器以部分冷凝，形成兩相流體；—在第二相分離器中將兩相流體分離成冷凝部分和主要含有氫氣的未冷凝部分；—將冷凝部分中的至少一部分輸送到第二汽提塔以便在塔頂生產(chǎn)富含氫氣的氣態(tài)餾分，在塔底生產(chǎn)富含一氧化碳的液態(tài)餾分，其特征在于未冷凝餾分被升溫并循環(huán)到要處理的混合物中，或排放。
來自第一汽提塔的液態(tài)餾分的至少一部分可以輸送到純化塔，在塔頂生產(chǎn)基本上純凈的一氧化碳，在塔底生產(chǎn)富含甲烷的液體。
視具體情況而定，來自第一汽提塔(B)的餾頭氣體的一部分和或/來自第一相分離器的富含氫氣的氣體的至少一部分被輸送到滲透單元或吸附單元，富含一氧化碳的氣體被從滲透單元或吸附單元輸送到要處理的氣體混合物中。
另外，來自第一汽提塔的一部分餾頭氣體被循環(huán)到要處理的氣體混合物中，而不經(jīng)過滲透或吸附單元。
如果要處理的混合物的壓力高，分離所需要的能量完全由起始混合物的焦耳-湯姆遜(Joule-Thomsom)膨脹提供。因此，設(shè)備不包括膨脹透平，甚至不包括膨脹循環(huán)氣體的透平。
如果情況不是這樣，分離所需的一部分能量由要處理的氣體混合物與致冷液體之間的換熱提供，或者通過向一個塔中注入致冷液體，或利用使用自主(autonomous)致冷劑的致冷循環(huán)提供。
否則，來自第二相分離器的未冷凝部分可以在透平中膨脹。
要處理混合物中的最多15％，優(yōu)選最多10％被輸送到第二相分離器。
優(yōu)選地，要處理的混合物含有少于1％的甲烷。
第一汽提塔的餾頭氣體可以含有60-80％的氫氣，優(yōu)選71-74％的氫氣。
第一汽提塔的底部液體可以含有95-99.9％的一氧化碳，優(yōu)選含有98.8-99.1％的一氧化碳。
本發(fā)明的主題還是一種從主要含有一氧化碳、氫氣以及少量甲烷和雜質(zhì)的氣體混合物中生產(chǎn)一氧化碳和氫氣的設(shè)備，該設(shè)備包括·第一換熱器，第一相分離器，第一汽提塔，在第一換熱器中冷卻要處理氣體混合物的裝置，向第一相分離器引入至少一部分冷卻的氣體混合物并從其中排出主要包括氫氣的氣相部分和液相部分的裝置，將液相部分中的至少一部分輸送到汽提塔并從其中排出主要包括一氧化碳和甲烷的液體的裝置；·第二換熱器，第二相分離器，第二汽提塔，將至少一部分來自第一汽提塔的餾頭氣體輸送到第二換熱器再輸送到第二相分離器的裝置，將至少一部分來自第二相分離器的冷凝部分輸送到第二汽提塔的裝置，和從第二汽提塔排出富含氫氣的氣體和富含一氧化碳的液體的裝置，其特征在于包括加熱來自第一相分離器的氣態(tài)部分的裝置。該設(shè)備可以包括純化塔和將至少一部分來自第一汽提塔底部的液體輸送到純化塔頂部的裝置和排出富含一氧化碳的餾頭氣體和富含甲烷的塔底液體的裝置。
優(yōu)選地，來自第二相分離器的液體被輸送到第二汽提塔的頂部。
該設(shè)備可以包括通過滲透或吸附分離氣體的裝置，將一部分來自第一汽提塔的餾頭氣體和/或至少一部分來自第一相分離器的未冷凝部分輸送到滲透或吸附分離裝置的裝置—這一氣體被混合以生產(chǎn)富含一氧化碳的氣體餾分，將這一餾分返回到要處理的混合物中的裝置。
該設(shè)備可以包括使用自主致冷劑的致冷循環(huán)和/或透平，和向透平中輸送來自第二相分離器的未冷凝部分的裝置。
在某些情況下，第一汽提塔沒有塔頂冷凝器，第二汽提塔沒有塔底再沸器。
來自第一汽提塔的餾頭氣體也可以與來自第一相分離器的富含氫氣的氣體在滲透或吸附單元上游混合。僅有富含一氧化碳的氣體部分被循環(huán)回進(jìn)料氣體中。
視具體情況而定，來自第一汽提塔的餾頭氣體可以循環(huán)到起始?xì)怏w中，而不通過滲透單元或吸附單元。
如果起始混合物的壓力足夠高，分離所需的能量完全通過起始混合物的焦耳-湯姆遜膨脹提供。
如果情況不是這樣，分離所需的一部分能量由起始混合物與致冷液體之間的換熱提供和/或利用使用自主致冷劑的致冷循環(huán)提供。
該裝置可以包括將至少一部分來自第一汽提塔的餾頭氣體輸送到滲透或吸附分離裝置的裝置—這一氣體與富含一氧化碳的氣體部分混合，和/或?qū)⒅辽僖徊糠謥碜缘谝黄崴酿s頭氣體循環(huán)回要處理的氣體混合物的裝置。
它可以包括使用自主致冷劑的致冷循環(huán)。
在這種情況下，致冷的使用被限制在過程的最冷部分，它僅處理一部分原始?xì)怏w混合物(約10％)。
在本發(fā)明方法的某些過程中，不再需要如上所述將要處理的氣體冷卻到-200℃-對本發(fā)明分離方法而言冷卻到-175℃就足夠了。
總之，與這一分離過程的已知方法相比，本發(fā)明設(shè)備的投資要低約12％。
通過結(jié)合附圖進(jìn)行描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將更清楚，其中—

圖1是說明分離操作原理的流程圖，和—圖2是說明本發(fā)明一種實施方案分離操作原理的流程圖。
在圖1所述系統(tǒng)中，除氫氣和一氧化碳外，合成氣體混合物1還含有殘余的甲烷。這一混合物的特征是含有50-70摩爾％的氫氣，15-45摩爾％的一氧化碳，0.2-0.6摩爾％的甲烷，以及少量的雜質(zhì)。
要處理的氣體混合物的壓力為60巴，沿管線2達(dá)到換熱器D，并在其中冷卻至約-175℃的溫度，離開時已部分冷凝。從第一相分離器A排出液相餾分和氣相餾分。氣相餾分含有幾乎全部氫氣，在輸送到滲透單元F之前，在第一換熱器D中升溫，滲透單元F生產(chǎn)富含一氧化碳的殘余物4和壓力為20巴的純氫氣滲透物3。
主要含有氫氣和一氧化碳的所有液體餾分在閥中膨脹，以降低壓力，全部引入壓力為20巴的第一汽提塔B的塔頂。
來自塔B的閃蒸氣體含有氫氣，在換熱器D中升溫。
來自塔B的所有液體，為-151.7℃，主要由一氧化碳組成，在-177.7℃下膨脹，在4巴的壓力下，作為唯一的進(jìn)料輸送到純化塔C的塔頂以便生產(chǎn)作為塔頂氣體的純一氧化碳并且在塔底生產(chǎn)富含甲烷的液體。一氧化碳和含有甲烷以及重質(zhì)雜質(zhì)的塔底液體分別經(jīng)管線5和7排放。并在換熱器D中升溫。
如果要處理的氣體混合物可以在足夠高的壓力下獲得，則可以省略任何致冷裝置，因為熱損失可以由對要處理氣體產(chǎn)生的焦耳-湯姆遜效應(yīng)補(bǔ)償。
如果情況不是這樣，可以在系統(tǒng)中附加致冷裝置(如在換熱器的冷端注入液氮，或設(shè)置如EP-A-677483中的獨立致冷循環(huán))。
汽提塔B和純化塔C的底部通過在換熱器D中并部分蒸發(fā)來自從底部數(shù)起第一塊塔板的液體而被升溫。
來自滲透單元F的富含一氧化碳的殘余氣體4，和來自汽提塔的閃蒸氣體6分別由壓縮機(jī)G、E再壓縮，再注入進(jìn)料氣流中。
作為一種變型，閃蒸氣體6可以在壓縮后循環(huán)到滲透單元F的上游(物流8’，而不是物流8)。
該方法可以實現(xiàn)氫的完全回收，獲得比常規(guī)技術(shù)中壓力更高的氫氣。
在圖2中，設(shè)備與圖1的相同，區(qū)別在于來自第一汽提塔B的餾頭氣體(約占要處理氣體混合物的10％)不輸送到換熱器D，而是輸送到第二換熱器K，氣體在其中冷卻到-200℃的溫度，離開時，已部分冷凝。在相分離器H中分離后，氣相部分含有幾乎所有的氫氣，在換熱器K中升溫，在透平J(或兩個串聯(lián)的透平)中膨脹，然后，在換熱器K和D中升溫，從管線6排放。來自相分離器H的液相部分主要含有氫氣和一氧化碳，在閥中膨脹以降低其壓力，并作為第二汽提塔I的唯一進(jìn)料在4巴下引入該塔的塔頂。來自汽提塔I的液體是純一氧化碳，在第二換熱器K中蒸發(fā)，與來自純化塔C塔頂?shù)募円谎趸蓟旌?，在換熱器D中升溫，并從管線5排出。
另外，來自塔C和I的兩股一氧化碳物流可以在不同壓力下回收。例如，來自塔I的液態(tài)一氧化碳可以在高壓下在K中泵壓和蒸發(fā)。
主要含有氫氣的餾頭氣體在換熱器K中升溫，與來自塔C的含有甲烷和重質(zhì)雜質(zhì)的底部液體混合，并在第一換熱器D中升溫，從管線7排出。
很明顯，在這種情況下，部分來自第一汽提塔的餾頭氣體可以在壓縮和可能在分離步驟后循環(huán)到要處理的混合物中。
在這兩種條件下，滲透分離單元F都可以用吸附分離單元來代替。
權(quán)利要求
1.一種由主要含有一氧化碳、氫氣和甲烷的要處理氣體混合物生產(chǎn)一氧化碳和氫氣的方法，該方法包括—冷卻要處理的氣體(2)，使之部分冷凝；—在第一相分離器(A)中將混合物中的冷凝部分和主要含有氫氣的未冷凝部分分離；—將冷凝部分中的至少一部分輸送到第一汽提塔(B)，以便在塔頂生產(chǎn)含有氫氣的氣相餾分，在塔底生產(chǎn)含有一氧化碳和甲烷的液相餾分；—將來自第一汽提塔(B)的餾頭氣體的至少一部分輸送到第二換熱器(K)以部分冷凝，形成兩相流體；—在第二相分離器(H)中將兩相流體分離成冷凝部分和主要含有氫氣的未冷凝部分；—將冷凝部分中的至少一部分輸送到第二汽提塔(I)，在塔頂生產(chǎn)富含氫氣的氣態(tài)餾分，在塔底生產(chǎn)富含一氧化碳的液態(tài)餾分，其特征在于未冷凝餾分被升溫并循環(huán)到要處理的混合物中，或排放。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一部分來自第一汽提塔(B)的的液體餾分被輸送到純化塔(C)，以在塔頂生產(chǎn)基本上純凈的一氧化碳，在塔底生產(chǎn)富含甲烷的液體。
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，其中一部分來自第一汽提塔(B)的餾頭氣體和/或至少一部分來自第一相分離器的富含氫氣的氣體被輸送到滲透單元或吸附單元，富含一氧化碳的氣體被從滲透單元或吸附單元輸送到要處理的氣體混合物中。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中一部分來自第一汽提塔(B)的餾頭氣體未通過滲透單元或吸附單元即被循環(huán)到要處理的氣體混合物中。
5.前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中分離所需的能量完全由起始混合物的焦耳-湯姆遜膨脹提供。
6.權(quán)利要求1-4中任一項的方法，其中分離所需能量的一部分由要處理的氣體混合物與致冷液體之間的換熱提供，或通過向一個塔中注入致冷液體來提供。
7.權(quán)利要求1-4或6中任一項的方法，其中分離所需通量的一部分通過利用使用自主致冷劑的致冷循環(huán)提供。
8.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中包括在透平(J)中膨脹來自第二相分離器(H)的未冷凝部分的步驟。
9.前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中要處理混合物中的最多15％被輸送到第二相分離器(H)中。
10.一種由主要含有一氧化碳、氫氣和少量甲烷和雜質(zhì)的氣體混合物生產(chǎn)一氧化碳和氫氣的設(shè)備，該設(shè)備包括·第一換熱器(D)，第一相分離器(A)，第一汽提塔(B)，在第一換熱器中冷卻要處理氣體混合物的裝置，向第一相分離器引入至少一部分冷卻的氣體混合物并從其中排出主要包括氫氣的氣相部分和液相部分的裝置(1，2)，將液相部分中的至少一部分輸送到第一汽提塔的裝置和用于從其中排出主要包括一氧化碳和甲烷的液體的裝置；·第二換熱器(K)，第二相分離器(H)，第二汽提塔(I)，將至少一部分來自第一汽提塔的餾頭氣體輸送到第二換熱器再輸送到第二相分離器的裝置，將至少一部分來自第二相分離器的冷凝部分輸送到第二汽提塔的裝置，和從第二汽提塔排出富含氫氣的氣體和富含一氧化碳的液體的裝置，其特征在于包括加熱來自第一相分離器的氣態(tài)部分的裝置。
11.權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中包括純化塔(C)和將至少一部分來自第一汽提塔底部的液體輸送到純化塔頂部的裝置和排出富含一氧化碳的餾頭氣體和富含甲烷的塔底液體的裝置。
12.權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中來自第二相分離器(H)的液體被輸送到第二汽提塔(I)的頂部。
13.權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，其中包括通過滲透或吸附分離氣體的裝置(F)，將一部分來自第一汽提塔(B)的餾頭氣體和/或至少一部分來自第一相分離器(A)的未冷凝部分輸送到滲透或吸附分離裝置的裝置(8’)—這一氣體經(jīng)過混合以生產(chǎn)富含一氧化碳的氣體餾分，和將這一餾分輸送回要處理的混合物的裝置。
14.權(quán)利要求10、11或12所述的設(shè)備，其中包括使用自主致冷劑的致冷循環(huán)。
15.權(quán)利要求10、11、12或13所述的設(shè)備，其中包括透平(J)和將來自第二相分離器(H)的未冷凝部分輸送到透平(J)的裝置。
16.權(quán)利要求10-15之一所述的設(shè)備，其中第一汽提塔沒有塔頂冷凝器。
17.權(quán)利要求10-16之一所述的設(shè)備，其中第二汽提塔沒有塔底再沸器。
全文摘要
一種低溫分離至少含有氫氣、一氧化碳和甲烷的混合物的設(shè)備,包括兩個相分離器(A,H),兩個換熱器(D,K)和兩個汽提塔(B,I)。在第一換熱器中冷卻的混合物被輸送到相分離器中,至少一部分冷凝餾分被輸送到第一汽提塔(B)。至少一部分來自汽提塔的餾頭氣體被輸送到第二相分離器(H),所生產(chǎn)的液體被輸送到第二汽提塔(I)的塔頂。來自第一汽提塔底部的液體可以輸送到純化塔(C)。
文檔編號B01D3/00GK1252517SQ9911109
公開日2000年5月10日 申請日期1999年6月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月26日
發(fā)明者J·比利, F·富恩特斯, N·索森 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司