專利名稱：用于分離氫氣和一氧化碳的混合物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分離氫氣和一氧化碳的混合物的方法和裝置。尤其涉及一種使用通過低溫蒸餾的分離步驟分離所述混合物的方法。
一氧化碳和氫氣的生產(chǎn)單元可以分為兩部分-合成氣的產(chǎn)生(主要含有H2、CO、CH4、CO2和N2的混合物)。在用于生產(chǎn)合成氣的各種工業(yè)方法中，蒸汽轉(zhuǎn)化是最重要的。該單元(包括加熱爐)的設(shè)計(jì)是基于CO和氫氣的生產(chǎn)要求。
-合成氣的生產(chǎn)，包括-用于除去合成氣中存在的大部分CO2的胺洗滌單元；-用于在吸附床上純化的單元。該單元一般包括兩個(gè)連續(xù)操作的瓶，一個(gè)在生產(chǎn)中，另一個(gè)在再生相；-用于通過低溫法(低溫箱)進(jìn)行低溫處理，以按照用戶要求的質(zhì)量和純度生產(chǎn)一氧化碳和氫氣(可能包括所謂oxogaz的一氧化碳和氫氣的混合物)的單元。最常用的方法是使用液體甲烷洗滌，以最高99％的收率獲得純一氧化碳，其中氫氣和CO含量一般在幾ppm-1％之間變化，而且富含甲烷的廢氣可用作燃料。
在Hausen等人所著的“Tieftemperaturtechnik”，Springer-Verlag1985 pp417-419、EP-A-837031、EP-A-0359629、EP-A-0790212和EP-A-1245533中描述了這類方法。
低壓有利于合成氣產(chǎn)生單元的熱力學(xué)平衡，其中低壓導(dǎo)致原料的消耗較低，而根據(jù)設(shè)備尺寸和電力的消耗，高壓有利于合成氣純化單元。
這就是限制重整爐的操作壓力(其在低于45巴的絕對(duì)壓力下操作)的原因，并且由于這一限制，將合成氣壓縮機(jī)合并入合成氣純化管線中是有利的或需要的。
在大多數(shù)情況下，低溫箱生產(chǎn)的氫氣(最多含有1mol％CO)被作為再生氣用于純化，并隨后在送往最終的用戶之前送入吸附純化單元(PSA)。
在低溫箱產(chǎn)生的氫氣(CO含量的規(guī)格是幾ppm)被直接送往用戶的情況下，該氣體不再被用作再生氣。
并且在生產(chǎn)一氧化碳和氫氣的混合物(一般含50％氫氣)的情況下，作為廢氣殘留的氫氣量很少，以至于不能將純化單元再生；因此需要尋找另一種氣體作為再生氣。
目前的一種方法是在產(chǎn)生單元中生產(chǎn)所需額外量的氫氣。存在于合成氣中的該氫氣在純化單元中，尤其是在甲烷洗滌單元中處理，隨后作為再生氣用于純化，并最終作為燃料使用。
本發(fā)明的目的是一種用于同時(shí)生產(chǎn)氫氣和一氧化碳的方法，在所述類型的方法中，由合成氣生產(chǎn)單元接收含氫氣和一氧化碳的合成氣，諸如來自烴重整的氣體，在脫碳單元中將合成氣脫碳，并在干燥單元中干燥，然后將余下的組分低溫分離，其特征在于含至少60％氫氣的氣體的組成為(i)來自低溫分離的氣體和/或(ii)在脫碳單元上游和合成氣生產(chǎn)單元下游循環(huán)的部分合成氣。
根據(jù)本發(fā)明的其它任選方面，-在低溫分離單元的甲烷洗滌塔頂部抽出含至少60％氫氣的氣體，其中余下組分被分離；-含至少60％氫氣的氣體是產(chǎn)生的氫氣純度最高的部分氣體；-含至少60％氫氣的氣體被用于在送往脫碳單元的上游之前再生干燥單元；-將脫碳單元中的純化合成氣在送往干燥單元之前在壓縮機(jī)中壓縮；-另一股富氫氣體由低溫分離單元送往壓縮機(jī)上游和脫碳單元下游。
本發(fā)明的另一方面提供了一種用于同時(shí)生產(chǎn)氫氣和一氧化碳的裝置，包括合成氣生產(chǎn)單元、脫碳單元、干燥單元和低溫分離單元，以及將合成氣生產(chǎn)單元與脫碳單元、脫碳單元與干燥單元，和干燥單元與低溫分離單元連接的設(shè)備，以及用于將氫氣和一氧化碳作為產(chǎn)物抽出的設(shè)備，其特征在于其包括用于循環(huán)含至少60％氫氣的氣體的設(shè)備，所述氣體的組成是(i)來自低溫分離單元的富氫氣體，和/或(ii)脫碳單元上游和合成氣生產(chǎn)單元下游的部分合成氣。
用于循環(huán)氣體的設(shè)備優(yōu)選連接至脫碳單元上游區(qū)和合成氣生產(chǎn)單元下游，并且位于低溫合成單元或低溫合成單元的上游區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的其它任選方面，裝置包括-脫碳設(shè)備下游的壓縮設(shè)備。
-用于將富氫氣體送往干燥單元的設(shè)備。
-用于將來自汽提塔的富氫氣體送往脫碳單元下游的設(shè)備。
低溫分離單元可包括甲烷洗滌塔、汽提塔、精餾塔和用于從甲烷洗滌塔抽出富氫氣體的設(shè)備?？梢钥紤]其它類型的單元，諸如部分冷凝單元。
在存在合成氣壓縮器的情況下，提供的改進(jìn)之處在于在低溫箱和胺洗滌單元上游之間安裝富氫氣體循環(huán)回路。
在低溫箱的出口通過液體甲烷洗滌塔生產(chǎn)的該富氫氣體被用作純化再生氣，膨脹并送往胺洗滌單元的上游，與來自再生單元的合成氣混合。
不必生產(chǎn)過量的氫氣。
這使得合成氣產(chǎn)生單元的尺寸減少約5％-15％。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是恢復(fù)了在純化單元中被共同吸附的CO量，所述CO返回了合成回路。這使得一氧化碳的回收率增加了約0.5％。
來自低溫箱的閃蒸氣體還可以循環(huán)至合成器壓縮機(jī)的上游，以改善CO的單位收率。
此處給出的所有百分比均為摩爾百分比，壓力是絕對(duì)壓力。
以下參照附圖，更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1是通過若干步驟，包括低溫分離，分離合成氣的示意圖，圖2顯示了適合合并入圖1的低溫分離設(shè)備。
在圖1中，在胺洗滌單元2中將來自蒸汽重整爐F的約16bar的合成氣流1分離，以除去二氧化碳。隨后在壓縮機(jī)3中將該產(chǎn)物壓縮至18-43bar的絕對(duì)壓力。壓縮后的氣流4在純化單元5中汽提水，以55500Sm3/h的流速產(chǎn)生含62％氫氣、少于1％的氮?dú)狻?5％一氧化碳和3％甲烷的氣體。
隨后在低溫分離設(shè)備中分離該氣流，以生產(chǎn)25400Sm3/h的構(gòu)成一氧化碳和氫氣的混合物(一般50％氫氣和略多于49％的一氧化碳)的氣態(tài)產(chǎn)物8、18700Sm3/h的富氫(一般99％氫)氣態(tài)產(chǎn)物9、6500Sm3/h的富一氧化碳(一般99％一氧化碳)的氣態(tài)產(chǎn)物11、甲烷吹掃氣13、富氫氣體7和1300Sm3/h的閃蒸氣15(一般含95％氫氣、1％一氧化碳和4％甲烷)。含超過98％氫氣的1700Sm3/h的階段氣流(stage gas)14被送往膨脹汽輪機(jī)。
6800Sm3/h的氣流7被送往純化單元5，并用于再生其一個(gè)吸附床，并隨后用水飽和，其與胺洗滌單元2上游的合成氣混合。
廢氣15的一部分17任選可以循環(huán)至壓縮機(jī)3上游以及胺洗滌單元2的上游或下游。
純氫氣產(chǎn)物9可以無需經(jīng)PSA單元純化而作為純產(chǎn)品直接出售。閃蒸氣15和甲烷吹掃氣13的氣流非常小，以致于不能再生純化單元5。甲烷吹掃氣13優(yōu)選被送往加熱爐F的入口。
該富氫循環(huán)氣7將蒸汽重整爐的尺寸減少約10％，并將CO收率增加約0.5％。
作為可變或額外的方案，合成氣GS的一部分19可以在干燥單元5下游分離，并送往脫碳單元2上游。該氣流19還可以在與未處理合成氣1混合之前用于再生干燥單元5。
這樣的優(yōu)點(diǎn)是減少了低溫分離單元6的低溫箱的尺寸。
圖2顯示了用于通過低溫蒸餾分離合成氣的設(shè)備6。與圖1中符號(hào)相同的氣流對(duì)應(yīng)于圖1中設(shè)計(jì)的氣流。設(shè)備包括甲烷洗滌塔K1、汽提塔K2和精餾塔K3。冷卻和純化后的合成氣GS被送往甲烷洗滌塔K1的底部。從塔中抽出兩股富氫氣流，包括氣流9和從氣流9下方若干塔板處抽出的氣流7。
富含甲烷和一氧化碳的液流20被分離為液流22和兩相物流23，并送往塔K2。物流23被直接送往塔K2，而液流22在送往塔K2之前被部分蒸發(fā)(未示出)。
富氫氣體15在汽提塔K2的頂部抽出。在汽提塔K2的底部，主要含一氧化碳和甲烷的物流24被抽出、低溫冷卻(未示出)并分離為兩股物流25和26。物流25被直接送往塔K3，物流26被蒸發(fā)(未示出)并送往塔K3。富含一氧化碳的產(chǎn)物11在塔K3的頂部被抽出。甲烷液流27在塔K3的底部被抽出并隨后在泵P中加壓，分成兩股，一部分送往汽提塔K2的頂部，其余的送往甲烷洗滌塔K1的頂部，物流13構(gòu)成甲烷吹掃氣。
按照已知方式，通過一氧化碳循環(huán)(未示出)在塔K2底部提供再沸，并在塔K3頂部提供冷凝。
權(quán)利要求
1.一種用于同時(shí)生產(chǎn)氫氣和一氧化碳的方法，其中，接收來自合成氣生產(chǎn)單元(F)的含氫氣和一氧化碳的合成氣，諸如來自烴重整的氣體，在脫碳單元(2)中將合成氣脫碳，并在干燥單元(5)中干燥，然后在低溫分離單元(6)將余下的組分低溫分離，其特征在于含至少60％氫氣的氣體的組成為(i)來自低溫分離的氣體(7)，和/或(ii)在脫碳單元上游和合成氣生產(chǎn)單元下游循環(huán)的部分(19)合成氣。
2.權(quán)利要求1的方法，其中含至少60％氫氣的氣體(7)在低溫分離單元(6)的甲烷洗滌塔(K1)的頂部被抽出，其中余下的組分被分離。
3.權(quán)利要求1的方法，其中含至少60％氫氣的氣體是產(chǎn)生的氫氣純度最高的氣體(7)的一部分。
4.權(quán)利要求1或2的方法，其中含至少60％氫氣的氣體(7)在送往脫碳單元上游之前用于再生干燥單元(5)。
5.上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中在脫碳單元(2)中純化的合成氣在被送往干燥單元(5)之前在壓縮機(jī)(3)中壓縮。
6.權(quán)利要求5的方法，其中另一股富氫氣體(17)由低溫分離送往壓縮機(jī)上游和脫碳單元下游。
7.一種用于同時(shí)生產(chǎn)氫氣和一氧化碳的裝置，包括用于接收來自合成氣生產(chǎn)單元(F)的合成氣的設(shè)備、脫碳單元(1)、干燥單元(5)和低溫分離單元(6)，以及將合成氣生產(chǎn)單元與脫碳單元、脫碳單元與干燥單元，和干燥單元與低溫分離單元連接的設(shè)備，以及用于將氫氣和一氧化碳作為產(chǎn)物抽出的設(shè)備，其特征在于其包括用于循環(huán)含至少60％氫氣的氣體的設(shè)備，所述氣體的組成是(i)來自低溫分離單元的、與合成氣相比富含氫氣的氣體，和/或(ii)脫碳單元(2)上游和合成氣生產(chǎn)單元(F)下游的部分合成氣(19)。
8.權(quán)利要求7的裝置，包括脫碳設(shè)備(2)下游的壓縮設(shè)備(3)。
9.權(quán)利要求7或8的裝置，包括用于將富氫氣體送往干燥單元(5)的設(shè)備。
10.權(quán)利要求7、8或9的裝置，其中低溫分離單元(6)包括甲烷洗滌塔(K1)、汽提塔(K2)、精餾塔(K3)和用于從甲烷洗滌塔抽出富氫氣體的設(shè)備。
11.權(quán)利要求10的裝置，包括用于將富氫氣體(17)由汽提塔(K2)送往脫碳單元(2)下游的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于同時(shí)生產(chǎn)氫氣和一氧化碳的方法，其中將合成氣在脫碳單元(2)中進(jìn)行脫碳并在干燥單元(5)中干燥。其余成分低溫分離，并將來自脫碳單元上游和合成氣生產(chǎn)單元(F)下游的富氫氣體(7，9，12)循環(huán)。
文檔編號(hào)C01B3/56GK1646421SQ03808576
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月15日
發(fā)明者E·迪蒙, A·赫爾南德茲 申請(qǐng)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(huì)的有限公司