專利名稱：通過(guò)低溫蒸餾產(chǎn)生和分離氫--一氧化碳混合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生和分離氫和一氧化碳的混合物的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
用于產(chǎn)生一氧化碳和氫的單元可分成以下兩個(gè)部分產(chǎn)牛合成氣(主要包含H2、 CO、CH4, Ar、H2O和N2的混合物)。在用于產(chǎn)生合成氣的各種工業(yè)方法中，可以證實(shí)基于天 然氣的部分氧化、自熱重整或煤氣化的那些方法在吐/CO生產(chǎn)比率低(小于約幻時(shí)是有利 的。-凈化合成氣。包括*利用液體溶劑洗滌/滌氣以便去除合成氣中存在的大部分酸性氣體的單元，*在吸附劑床上進(jìn)行凈化的單元，*稱為“冷箱”的低溫分離單元，該低溫分離單元用于產(chǎn)生⑶。在從部分氧化反應(yīng)器、自熱反應(yīng)器或用于煤或重?zé)N類原料/給料的氣化產(chǎn)生的合 成氣的情況下，在冷箱的入口處的合成氣中的殘余甲烷含量對(duì)于甲烷型洗滌過(guò)程來(lái)說(shuō)過(guò) 低；CH4含量在煤氣化的情況下可為0. 的量級(jí)或在部分氧化或自熱反應(yīng)器的情況下可為 0. 9 %的量級(jí)，而在冷箱的入口處的最低含量一般在2 %附近。在該情況下，用于凈化合成氣 的常規(guī)低溫工藝(CO冷箱)為部分冷凝。本文中的所有百分比均指摩爾百分比。在加壓地組合生產(chǎn)純氫和CO的情形中，部分冷凝工藝與甲烷洗滌(利用甲烷進(jìn)行 洗滌)相比存在以下缺點(diǎn)-部分冷凝不可能在不具備PSA的情況下生產(chǎn)具有低CO含量的純氫(例如，當(dāng) 通過(guò)甲烷洗滌進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)氫包含約IOppm的C0，而當(dāng)通過(guò)部分冷凝生產(chǎn)時(shí)氫包含從2%至 15% 的 CO)；-部分冷凝的CO產(chǎn)量更低；為了提高部分冷凝的產(chǎn)量，需要購(gòu)買壓縮機(jī)以便使來(lái) 自部分冷凝的廢氣再循環(huán)；-僅在C0/CH4塔的儲(chǔ)罐底部的甲烷清洗物(purge)中部分地發(fā)現(xiàn)合成氣中存在的 甲烷。大量甲烷通過(guò)在洗滌塔頂部的溫度水平的熱動(dòng)力平衡在洗滌塔的頂部隨同富氫氣體 從冷箱離開(kāi)，另一部分甲烷通過(guò)在汽提塔頂部的溫度水平的熱動(dòng)力平衡隨同在汽提塔頂部 抽取的閃蒸氣體離開(kāi)。為了確保用于CH4的系統(tǒng)的正物料平衡，要求隨同合成氣進(jìn)入冷箱的 CH4的量大于隨同富氫氣體和閃蒸氣體離開(kāi)的CH4的量的總和以確保能控制系統(tǒng)的CH4清洗 物。發(fā)現(xiàn)在凈化出口處的微量(X)2 (0. 3ppm)溶解在C0/CH4塔的儲(chǔ)罐液體中。為了避免 CO2在系統(tǒng)中(在洗滌環(huán)中)的任何積聚，要求進(jìn)入冷箱的所有CO2經(jīng)由CH4清洗物離開(kāi)。通常，CH4清洗物和洗滌回路在C0/CH4塔的儲(chǔ)罐底部被一起抽取。清洗物中的CO2 含量因而與洗滌回路中相同。隨著洗滌回路被過(guò)冷至-180°C以便優(yōu)化洗滌過(guò)程，洗滌回路 中以及清洗物中的(X)2含量必須低于(X)2在-180°C在CH4中的溶解度值以便在交換器的通道中避免(X)2在該回路中固化?？紤]到在凈化出口處為0. 3ppm的(X)2含量和(X)2在_180°C在。C H4中為42ppm的 溶解度值，這限定了 (X)2的最高濃度水平——其通過(guò)進(jìn)入冷箱的合成氣的流速與CH4清洗物 的比率表示——為140。對(duì)于一定的合成氣流速而言，這限定了在冷箱入口處的CH4含量的最低值以同時(shí) 確保過(guò)量的CH4平衡和用于控制系統(tǒng)的CH4清洗物，并限制CO2的濃度水平以防止CO2在CH4 洗滌回路中固化并因而防止堵塞低溫交換器。為了使通過(guò)部分氧化或自熱反應(yīng)器或通過(guò)用于煤或重原料的氣化的反應(yīng)器產(chǎn)生 合成氣的過(guò)程從甲烷型洗滌過(guò)程受益，發(fā)明思想是提高在冷箱入口處合成氣中的CH4含量， 例如以便獲得至少1. 8%且優(yōu)選至少2%并且更加有利地2. 3%等等的甲烷含量。有時(shí)可以使用包含至少1.8%的甲烷的給料氣體執(zhí)行甲烷洗滌過(guò)程，通?？梢允?用包含至少2%的甲烷的給料氣體，并且在任何情況下都可以使用包含至少2. 3%的甲烷 的給料氣體。顯然，根據(jù)本發(fā)明，可以使包含至多1.8%的甲烷的合成氣增濃(使合成氣的某一 種成分增加，enrich)以獲得包含至少2%的甲烷、甚至2. 3 %的甲烷的氣體；同時(shí)，該合成 氣可以是包含最多2%的甲烷的合成氣以便獲得包含至少2. 3%的甲烷的氣體。還存在提出用于處理合成氣中可能存在的C2+成分的方案的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)主題，提供一種用于產(chǎn)生和分離合成氣的方法，其中合成氣從 富含甲烷的原料氣體例如天然氣產(chǎn)生，包含氫和一氧化碳的合成氣通過(guò)至少一個(gè)處理工 序凈化以產(chǎn)生凈化的合成氣并且該合成氣在包括至少一個(gè)甲烷洗滌塔/滌氣塔的裝置中 通過(guò)低溫蒸餾分離以產(chǎn)生富氫氣體和/或富含一氧化碳的氣體，產(chǎn)生的合成氣包含低于 2. 3%的甲烷、優(yōu)選低于2%的甲烷、甚至低于1. 8%的甲烷，并且通過(guò)將原料氣體的一部分 輸送到位于合成氣產(chǎn)生級(jí)的下游的處理工序而不經(jīng)過(guò)合成氣產(chǎn)生級(jí)，在低溫蒸餾分離的 上游使合成氣增濃，從而如果所述產(chǎn)生的合成氣包含低于2. 3 %的甲烷，則獲得包含超過(guò) 2. 3%的甲烷的合成氣，或如果所述產(chǎn)生的合成氣包含低于2%的甲烷則獲得包含超過(guò)2% 的甲烷的合成氣，或如果所述產(chǎn)生的合成氣包含低于1. 8%的甲烷，則獲得包含超過(guò)1. 8 % 的甲烷的合成氣。根據(jù)其它可選方面-被輸送到位于產(chǎn)生級(jí)下游的處理工序的原料氣體可以源自位于產(chǎn)生級(jí)上游的預(yù) 重整器和/或位于產(chǎn)生級(jí)上游的加氫脫硫單元；-可選地源自外部源的富含甲烷的氣體被輸送到合成氣產(chǎn)生級(jí)的下游和低溫蒸餾 分離級(jí)的上游；-富含甲烷的氣體被輸送到位于低溫蒸餾分離級(jí)的上游的處理工序；-源自低溫蒸餾工序的富含甲烷的流可選地在加壓之后被輸送到合成氣產(chǎn)生級(jí)的 下游；-源自低溫蒸餾工序的富含甲烷的流被輸送到用于處理合成氣的工序；-用于處理合成氣的工序包括以下工序中的至少一個(gè)去除酸性氣體、干燥、吸附二氧化碳；-富含甲烷的流體在C0/CH4塔的儲(chǔ)罐上方的幾個(gè)理論塔板被抽取(soutirer)，可 選地以便作為可選地在加壓之后被輸送到合成氣產(chǎn)生級(jí)的下游的富含甲烷的氣體，且儲(chǔ)罐 液體從CO/CH4塔被抽取以便作為清洗物；-富含甲烷的流體在c0/ch4塔的儲(chǔ)罐上方的幾個(gè)理論塔板被抽取，可選地以便在 甲烷洗滌塔的頂部進(jìn)行洗滌，并且儲(chǔ)罐液體從co/ch4塔被抽取以便用作清洗物；-清洗物液體與通過(guò)在低溫蒸餾裝置中從合成氣分離而獲得的富含重?zé)N類的液體
混合ο根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)主題，提供一種用于分離包含重?zé)N類的合成氣的方法，在該 方法中，合成氣被凈化和冷卻并被輸送到甲烷洗滌塔，源于來(lái)自甲烷洗滌塔的儲(chǔ)罐液體的 流體被輸送到co/ch4塔，富含甲烷的第一液體在co/ch4塔的儲(chǔ)罐上方的幾個(gè)理論塔板被抽 取，所述第一液體的第一部分被輸送到甲烷洗滌塔且第一液體的第二部分被蒸發(fā)，包含重 烴類的第二液體從co/ch4塔的儲(chǔ)罐被取出作為清洗物。根據(jù)本發(fā)明的另一主題，提供一種用于產(chǎn)生和分離合成氣的設(shè)備，該設(shè)備包括合 成氣產(chǎn)生單元，用于從原料氣體產(chǎn)生合成氣；合成氣凈化單元，用于通過(guò)至少一個(gè)處理工序 凈化包含氫和一氧化碳的合成氣以產(chǎn)生凈化的合成氣；以及合成氣分離單元，用于通過(guò)低 溫蒸餾分離合成氣，該合成氣分離單元包括至少一個(gè)甲烷洗滌塔以產(chǎn)生富氫氣體和/或富 含一氧化碳的氣體，合成氣產(chǎn)生單元被調(diào)節(jié)成產(chǎn)生包含低于2. 3%的甲烷、優(yōu)選低于2%的 甲烷、甚至低于1. 8%的甲烷的合成氣，其特征在于，該設(shè)備包括增濃裝置，該增濃裝置用于 在低溫蒸餾分離單元的上游使合成氣增濃，以便如果所述產(chǎn)生的合成氣包含低于2. 3%的 甲烷則獲得包含超過(guò)2. 3 %的甲烷的合成氣，或如果所述產(chǎn)生的合成氣包含低于2 %的甲 烷則獲得包含超過(guò)2 %的甲烷的合成氣，或如果所述產(chǎn)生的合成氣包含低于1. 8 %的甲烷 則獲得包含超過(guò)1. 8%的甲烷的合成氣，該增濃裝置包括輸送裝置，該輸送裝置用于將一部 分原料氣體不經(jīng)過(guò)合成氣產(chǎn)生級(jí)地輸送到位于合成氣產(chǎn)生級(jí)的下游的處理工序。根據(jù)其它可選方面，該設(shè)備包括-用于將在預(yù)重整器的下游取得的所述一部分原料氣體輸送到產(chǎn)生級(jí)的上游的裝 置；-用于將在加氫脫硫單元的下游取得的所述一部分原料氣體輸送到產(chǎn)生級(jí)的上游 的裝置；-用于將可選地源自外部源的富含甲烷的氣體輸送到合成氣產(chǎn)生級(jí)的下游和低溫 蒸餾分離級(jí)的上游的裝置；-用于將源自低溫蒸餾工序的富含甲烷的流輸送到合成氣的處理工序的裝置；-用于將富含甲烷的氣體輸送到位于低溫蒸餾分離級(jí)的上游的處理工序的裝置；-用于將源自低溫蒸餾工序的富含甲烷的流可選地在加壓之后輸送到合成氣產(chǎn)生 級(jí)的下游的裝置；-用于處理合成氣的單元，所述單元包括以下單元中的至少一個(gè)酸性氣體去除 單元、干燥單元、二氧化碳吸附單元；-用于在0)/014塔的儲(chǔ)罐上方的幾個(gè)理論塔板抽取富含甲烷的流體的裝置，該富 含甲烷的流體可選地以便作為可選地在加壓之后被輸送到合成氣產(chǎn)生級(jí)的下游的富含甲烷的氣體，以及用于從C0/CH4塔抽取儲(chǔ)罐液體以便作為清洗物的裝置；-用于在0)/014塔的儲(chǔ)罐上方的幾個(gè)理論塔板抽取富含甲烷的流體的裝置，該富 含甲烷的流體可選地以便用于在甲烷洗滌塔的頂部進(jìn)行洗滌，以及用于從CO/CH4塔抽取儲(chǔ) 罐液體以便用作清洗物的裝置；-用于將清洗物液體與通過(guò)在低溫蒸餾裝置中從合成氣分離而獲得的富含重?zé)N類 的液體混合的裝置；-用于將一部分原料氣體不經(jīng)過(guò)合成氣產(chǎn)生單元地輸送到位于產(chǎn)生級(jí)下游的除酸 單元的裝置；-用于將一部分原料氣體不經(jīng)過(guò)合成氣產(chǎn)生單元地輸送到位于產(chǎn)生級(jí)下游的吸附 單元的裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一主題，提供一種用于分離包含重?zé)N類的合成氣的設(shè)備，該設(shè)備 包括用于凈化和冷卻合成氣的裝置；用于將凈化并冷卻的氣體輸送到甲烷洗滌塔的裝 置；用于將源自甲烷洗滌塔的儲(chǔ)罐液體的流體輸送到CO/CH4塔的裝置；用于在CO/CH4塔的 儲(chǔ)罐上方的幾個(gè)理論塔板抽取富含甲烷的第一液體的裝置；用于將所述第一液體的第一部 分輸送到甲烷洗滌塔的裝置；用于使第一液體的第二部分蒸發(fā)的裝置；以及用于從CO/CH4 塔的儲(chǔ)罐抽取包含重?zé)N類的第二液體作為清洗物的裝置。根據(jù)本發(fā)明的方案是在用于產(chǎn)生合成氣的反應(yīng)器之后并在用于使用冷箱的甲烷 進(jìn)行洗滌的塔之前將富含CH4的流噴入合成氣。示例1. CH1在冷箱之前的循環(huán)(圖1和圖2)本例適用于其中合成氣中的CH4含量(在該CH4循環(huán)之前)使得冷箱中的正014平 衡成為可能但呈現(xiàn)過(guò)高的(X)2水平的情況。為了降低(X)2的濃度水平，采取以下措施1.提高用于CH4的泵和用于CH4在冷箱與干燥單元上游之間循環(huán)的泵的排放壓力 以便限制從CO/CH4塔的儲(chǔ)罐抽取的物料中(X)2的濃度水平。2.使洗滌塔的頂部冷卻以便減小富氫氣體的CH4含量。2.具有POX、ATR、SMR的預(yù)重整器(圖1)在預(yù)重整器的出口與反應(yīng)器的出口之 間設(shè)置反應(yīng)器的旁路(以便減小在冷箱入口處的合成氣中的C2+成分的含量，供給到預(yù)重 整器的天然氣的所有C2+成分都在預(yù)重整器中轉(zhuǎn)化成CH4)實(shí)現(xiàn)了甲烷洗滌工序中的正物 料平衡，在預(yù)重整器出口處一部分原料被直接噴射到反應(yīng)器的下游。1.提高用于CH4的泵和用于CH4在冷箱與干燥單元上游之間循環(huán)的泵的排放壓力 使得可以限制從CO/CH4塔的儲(chǔ)罐抽取的物料中的(X)2的濃度水平。2.在洗滌塔頂部的冷卻使得可以減小富氫氣體中的CH4含量。3.沒(méi)有預(yù)重整器(POX、ATR、SMR)而具有HDS的反應(yīng)器(圖3)通過(guò)在加氫脫硫(HDS)單元的出口與反應(yīng)器的出口之間設(shè)置反應(yīng)器的旁路，以便 提供甲烷洗滌工序中的正物料平衡，在HDS的出口處一部分原料被直接噴射到反應(yīng)器的下 游。在反應(yīng)器之后和洗滌塔之前進(jìn)行旁路流體的噴射a)如果旁路流體包含CO2，則規(guī)定在反應(yīng)器的出口與酸性氣體去除單元的前面之 間噴射該流體，
b)如果旁路流體包含很小量的CO2( < 50vpm)，則規(guī)定在反應(yīng)器出口與干燥吸附 器的前面之間噴射該流體，c)如果旁路流體完全不包含任何0)2或吐0，則規(guī)定在反應(yīng)器的出口與甲烷洗滌塔 的前面之間噴射該流體。用于CH4的泵和用于CH4在冷箱與干燥單元的上游之間循環(huán)的泵的排放壓力的提 高使得可以限制CH4清洗物中(X)2的濃度水平。用于在約-145°C的溫度水平在冷箱內(nèi)進(jìn)行兩相分離的容器去除C3+成分并防止 它們?cè)诤铣蓺庠诮粨Q管路內(nèi)冷卻到更低的溫度水平時(shí)固化。有時(shí)需要在C0/CH4蒸餾塔的儲(chǔ)罐內(nèi)增設(shè)補(bǔ)充區(qū)段。CH4清洗物在塔儲(chǔ)罐被抽取并 且包括C2成分。在此儲(chǔ)罐區(qū)段的頂部抽取用于CH4洗滌以及CH4循環(huán)的流(包含少量C2成分，洗 滌回路中高含量的C2成分可能引起起泡現(xiàn)象或其它現(xiàn)象并導(dǎo)致洗滌塔工作不良)。在洗滌塔頂部的冷卻使得可以減小富氫氣體的CH4含量。4. &☆成,氣產(chǎn)棘元趟輔豁CH1白拘本(S5)1.在反應(yīng)器的出口之后且在甲烷洗滌塔之前噴射富含甲烷的氣體(不包含CO2) (如果含有CO2，則在§3-2噴射)。2.用于CH4的泵和用于CH4在冷箱與干燥單元上游之間循環(huán)的泵的排放壓力的提 高使得可以限制CH4清洗物中(X)2的濃度水平。3.用于在約-145°C的溫度水平在冷箱內(nèi)進(jìn)行兩相分離的容器去除C3+成分并防 止它們?cè)诤铣蓺庠诮粨Q管路內(nèi)冷卻到更低的溫度水平時(shí)固化(在存在C2+成分的情況下)。4.在C0/CH4蒸餾塔的儲(chǔ)罐內(nèi)增設(shè)補(bǔ)充區(qū)段。CH4清洗物在塔儲(chǔ)罐被抽取并包含C2 成分，洗滌回路中的高C2含量可能引起起泡現(xiàn)象或其它現(xiàn)象并導(dǎo)致洗滌塔工作不良。5.需要在此儲(chǔ)罐區(qū)段的頂部抽取用于014洗滌以及CH4循環(huán)的流(包含少量C2成 分)。6.在洗滌塔頂部的冷卻使得可以減小富氫氣體的CH4含量。5.在反應(yīng)器之后但在脫碳單元中的脫碳及CO2和硫的去除之前輸入未脫硫的富含 CH1的氣體(例如天然氣)(圖6)


將參考附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備，其中圖1、圖3、圖5和圖6示 出根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生和分離一氧化碳和氫的混合物的方法，而圖2和圖4示出適于結(jié) 合在該方法中的用于分離一氧化碳和氫的混合物的具體工序。
具體實(shí)施例方式圖1示出這樣的方法，在該方法中，可以是富含甲烷的氣體(如天然氣)的原料 氣體1被輸送到加氫脫硫(HDS)單元3，如Kyte所著的“Desulphuri-zation” (脫硫)， IChemE, 1995 所述。產(chǎn)生的氣體5被輸送到預(yù)重整器7。在預(yù)重整器的出口處，氣體主要由CH4組成， C2+成分轉(zhuǎn)化成CH4并且CH4僅極少量地轉(zhuǎn)化成合成氣。
從預(yù)重整器離開(kāi)的氣體被分離以便形成旁路流/支流11和流9。流9被輸送到 SMR或ATR型的反應(yīng)器13以便產(chǎn)生包含低于2. 3%的甲烷、優(yōu)選低于2%的甲烷、甚至低于 1. 8%的甲烷的合成氣15，旁路流11與該合成氣15混合。該混合物被輸送到酸性氣體去 除單元17以便產(chǎn)生凈化的氣體19。凈化的氣體19被輸送到吸附單元21以便干燥并凈化 脫離CO2,從而形成氣體23。氣體23被冷卻并輸送到執(zhí)行甲烷洗滌的低溫蒸餾單元35。該 單元在圖2中更詳細(xì)地示出。該單元包括甲烷洗滌塔四、汽提塔31和位于冷箱35內(nèi)部的 C0/CH4分離塔33。液體甲烷在0)/014塔33的儲(chǔ)罐被抽取，可選地在通過(guò)泵27泵送之后被 蒸發(fā)，并從冷箱被取出作為流43和/或45。泵27也可用于將甲烷37輸送到甲烷洗滌塔 29。甲烷的一部分47可用作清洗物，而其余部分49能可選地在壓縮之后作為流51或 53循環(huán)到酸性氣體去除單元的上游或下游。這樣，流15在到達(dá)去除單元17中時(shí)的甲烷含量上升到至少1.8%的甲烷、優(yōu)選至 少2%的甲烷、甚至2. 3%的甲烷。富氫氣體39、41由洗滌塔四和汽提塔31產(chǎn)生。在圖2中，凈化的氣體19被輸送到圖1的吸附單元21以便被干燥并凈化脫離CO2, 從而形成氣體23。氣體23被冷卻并輸送到執(zhí)行甲烷洗滌的低溫蒸餾單元35。該單元包括 甲烷洗滌塔四、汽提塔31和位于冷箱內(nèi)部的C0/CH4分離塔33。氣體23在交換器48內(nèi)被 冷卻并被輸送到甲烷洗滌塔四的儲(chǔ)罐。來(lái)自該塔四的儲(chǔ)罐液體61被輸送到汽提塔31并 且來(lái)自汽提塔的儲(chǔ)罐液體63被輸送到0)/014塔33的中間部位。液體甲烷在0)/014塔33 的儲(chǔ)罐被抽取，可選地在通過(guò)泵27泵送之后在交換器48內(nèi)被蒸發(fā)，并從冷箱被取出作為流 49。泵27也可用于將甲烷37輸送到甲烷洗滌塔四以及將甲烷65輸送到汽提塔31的頂 部。流49可選地在壓縮之后作為流51或53循環(huán)到酸性氣體去除單元的上游或下游。富氫氣體39、41由洗滌塔四和汽提塔31產(chǎn)生。富含一氧化碳的氣體或液體55在C0/CH4塔的頂部被抽取、在交換器48內(nèi)被加熱 (并可選地被蒸發(fā))并可選地在壓縮機(jī)57內(nèi)被壓縮以便形成產(chǎn)品。圖3示出這樣的方法，在該方法中，合成氣由POX、ATR或SMR型的反應(yīng)器13產(chǎn)生， 該反應(yīng)器沒(méi)有預(yù)重整器并且具有HDS，在該HDS中可為天然氣的富含甲烷的原料氣體1被 輸送到加氫脫硫單元3。產(chǎn)生的氣體被分成兩部分，一部分5被輸送到反應(yīng)器13。氣體的 其余部分形成旁路流。反應(yīng)器13產(chǎn)生包含低于2. 3%的甲烷、優(yōu)選低于2%的甲烷、甚至 低于1. 8%的甲烷的合成氣15，如果旁路流11包含(X)2則該旁路流11與所述合成氣混合。 混合物被輸送到酸性氣體去除單元17以便產(chǎn)生凈化的氣體19。如果旁路流IlA包含低于 50vpm的CO2,則旁路流IlA可與該凈化的氣體19混合。凈化的氣體19被輸送到吸附單元 21以便干燥并凈化脫離CO2,從而形成氣體23。如果旁路流IlB完全不包含任何CO2，則旁 路流IlB可與該氣體23混合。氣體23被冷卻并輸送到執(zhí)行甲烷洗滌的低溫蒸餾單元35。 該單元在圖2中更詳細(xì)地示出。該單元包括用于去除C3+成分的分離容器觀、甲烷洗滌塔 四、汽提塔31以及位于冷箱35內(nèi)部的C0/CH4分離塔33。液體甲烷在C0/CH4塔33的儲(chǔ)罐 上方的幾個(gè)級(jí)被抽取，可選地在通過(guò)泵27泵送之后蒸發(fā)，并從冷箱被取出作為流45。泵27 也可用于將甲烷37輸送到甲烷洗滌塔四。
甲烷的一部分47可用作清洗物并且其余部分49能可選地在壓縮之后作為流51 或53循環(huán)到酸性氣體去除單元的上游或下游。這樣，流15在到達(dá)去除單元17中時(shí)甲烷含 量上升到至少1. 8%的甲烷、優(yōu)選至少2%的甲烷、甚至2. 3%的甲烷。富氫氣體39、41由洗滌塔四和汽提塔31產(chǎn)生。包含C2成分的富含甲烷的流體 從C0/CH4塔33的儲(chǔ)罐被抽取并與源自容器觀的富含C3+成分的流體30混合，并且混合 物43從冷箱被取出。在圖4中，凈化的氣體19被輸送到圖3的吸附單元21以便被干燥并凈化脫離CO2, 從而形成氣體23。氣體23被冷卻并輸送到執(zhí)行甲烷洗滌的低溫蒸餾單元25。該單元包括 甲烷洗滌塔四、汽提塔31和位于冷箱內(nèi)部的C0/CH4分離塔33。氣體23在交換器48內(nèi)被 部分冷卻并被輸送到分離容器觀。產(chǎn)生的氣體34被輸送到甲烷洗滌塔20的儲(chǔ)罐。來(lái)自 該塔四的儲(chǔ)罐液體61被輸送到汽提塔31并且來(lái)自汽提塔的儲(chǔ)罐液體63被輸送到C0/CH4 塔33的中間部位。液體甲烷在0)/014塔33的儲(chǔ)罐上方的幾個(gè)級(jí)被抽取，可選地在通過(guò)泵 27泵送之后在交換器48內(nèi)蒸發(fā)，并從冷箱被取出作為流49。泵四也可用于將甲烷37輸 送到甲烷洗滌塔四以及將甲烷65輸送到汽提塔31的頂部。流體34——其為來(lái)自塔33的儲(chǔ)罐甲燒——可在與源自容器觀的液體30混合之 前被泵27泵送并且混合物43被輸送到交換器48且隨后可被用作燃料。流的一部分49可選地在壓縮之后作為流51或53循環(huán)到酸性氣體去除單元的上 游或下游?？蛇x地，由流體47構(gòu)成的一部分甲烷可被用作燃料。富含一氧化碳的氣體或液體55在C0/CH4塔的頂部被抽取、在交換器48內(nèi)被加熱 (并可選地被蒸發(fā))并可選地在壓縮機(jī)57內(nèi)被壓縮以便形成產(chǎn)品。富氫氣體39、41由洗滌塔四和汽提塔31產(chǎn)生。圖5示出這樣的方法，在該方法中，可為天然氣的富含甲烷的原料氣體1被輸送到 加氫脫硫單元3 (未示出)。產(chǎn)生的氣體被輸送到反應(yīng)器13。反應(yīng)器13產(chǎn)生包含低于2. 3% 的甲烷、優(yōu)選低于2%的甲烷、甚至低于1. 8%的甲烷的合成氣15。合成氣或合成氣與其它 氣體的混合物被輸送到酸性氣體去除單元17以便產(chǎn)生凈化的氣體19。凈化的氣體19被輸 送到吸附單元21以便被干燥并凈化脫離CO2,從而形成氣體23。氣體23被冷卻并輸送到 執(zhí)行甲烷洗滌的低溫蒸餾單元35。該單元在圖4中更詳細(xì)地示出。該單元包括用于去除 C3+成分的分離容器28、甲烷洗滌塔四、汽提塔31以及位于冷箱35內(nèi)部的C0/CH4分離塔 33。液體甲烷在C0/CH4塔33的儲(chǔ)罐上方的幾個(gè)級(jí)被抽取，可選地在通過(guò)泵27泵送之后被 蒸發(fā)，并從冷箱被取出作為流45。泵27也可用于將甲烷37輸送到甲烷洗滌塔四。源自外部源的富含甲烷的氣體71可作為流71A與由反應(yīng)器13產(chǎn)生的流混合，或 作為流71B與源自酸性氣體去除單元17的流19混合，或作為流71C與由吸附單元21產(chǎn)生 的流23混合。甲烷的一部分47可被用作產(chǎn)品而其余部分49可以可選地在壓縮之后作為流51 或53循環(huán)到酸性氣體去除單元的上游或下游。這樣，流15在到達(dá)去除單元17中時(shí)或在到達(dá)吸附單元21中時(shí)或在到達(dá)冷箱35 中時(shí)甲烷含量上升到至少1. 8%的甲烷、優(yōu)選至少2%的甲烷、甚至2. 3%的甲烷。富氫氣體39、41由洗滌塔四和汽提塔31產(chǎn)生。包含C2成分的富含甲烷的流體 從C0/CH4塔33的儲(chǔ)罐被抽取并與源自容器觀的富含C3+成分的流體30混合，并且混合物43從冷箱被取出作為清洗物。圖6示出這樣的方法，在該方法中，可為天然氣的富含甲烷的原料氣體1被輸送到 加氫脫硫單元3 (未示出)。產(chǎn)生的氣體被輸送到反應(yīng)器13。反應(yīng)器13產(chǎn)生包含低于2. 3% 的甲烷、優(yōu)選低于2%的甲烷、甚至低于1.8%的甲烷的合成氣15?；旌衔锉惠斔偷剿嵝詺?體去除單元17以便產(chǎn)生凈化的氣體19。凈化的氣體19被輸送到吸附單元21以便干燥并 凈化脫離CO2,從而形成氣體23。氣體23被冷卻并輸送到執(zhí)行甲烷洗滌的低溫蒸餾單元35。 該單元在圖4中更詳細(xì)地示出。該單元包括用于去除C3+成分的分離容器28、甲烷洗滌塔 四、汽提塔31以及位于冷箱35內(nèi)部的C0/CH4分離塔33。液體甲烷在C0/CH4塔33的儲(chǔ)罐 上方的幾個(gè)級(jí)被抽取，可選地在通過(guò)泵27泵送之后被蒸發(fā)，并從冷箱被取出作為流43和/ 或45。泵27也可用于將甲烷37輸送到甲烷洗滌塔四。甲烷的一部分47可被用作產(chǎn)品而其余部分49可以可選地在壓縮之后作為流51 或53循環(huán)到酸性氣體去除單元的上游或下游。這樣，流15在到達(dá)去除單元17中時(shí)或在到達(dá)吸附單元21中時(shí)甲烷含量上升到至 少1. 8%的甲烷、優(yōu)選至少2%的甲烷、甚至2. 3%的甲烷。富氫氣體39、41由洗滌塔四和汽提塔31產(chǎn)生。包含C2成分的富含甲烷的流體 從C0/CH4塔33的儲(chǔ)罐被抽取并與源自容器觀的富含C3+成分的流體30混合，并且混合 物43從冷箱被取出作為清洗物。未脫硫的天然氣的流71被輸送到反應(yīng)器13的下游和酸性氣體去除單元17的上 游。這也使得可以提高甲烷含量并且能夠代替其它富甲烷流的輸送。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生和分離合成氣的方法，在該方法中，合成氣(15)由富含甲烷的原料氣 體產(chǎn)生，包含氫和一氧化碳的所述合成氣通過(guò)至少一個(gè)處理工序凈化以產(chǎn)生凈化的合成氣 并且所述合成氣在包括至少一個(gè)甲烷洗滌塔09)的設(shè)施0 中通過(guò)低溫蒸餾而分離以產(chǎn) 生富含氫的氣體和/或富含一氧化碳的氣體，產(chǎn)生的合成氣(1 包含至少2. 3%的甲烷、 優(yōu)選低于2%的甲烷、甚至低于1.8%的甲烷，并且通過(guò)將一部分原料氣體(11、11A、11B) 不經(jīng)過(guò)合成氣產(chǎn)生級(jí)地輸送到位于合成氣產(chǎn)生級(jí)下游的處理工序而在低溫蒸餾分離的上 游使所述合成氣增濃，從而如果所述產(chǎn)生的合成氣包含低于2. 3%的甲烷則獲得包含超過(guò) 2. 3%的甲烷的合成氣，或如果所述產(chǎn)生的合成氣包含低于2%的甲烷則獲得包含超過(guò)2% 的甲烷的合成氣，或如果所述產(chǎn)生的合成氣包含低于1. 8 %的甲烷則獲得包含超過(guò)1. 8 % 的甲烷的合成氣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，可選地源自外部源的富含甲烷的氣體(51、 53、71、71A、71B、71C)被輸送到所述合成氣產(chǎn)生級(jí)的下游和低溫蒸餾分離級(jí)的上游。
3.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述富含甲烷的氣體(51、53、71、71A、71B、 71C)被輸送到位于低溫蒸餾分離級(jí)上游的處理工序。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，用于合成氣的所述處理工序包 括以下工序中的至少一者去除酸性氣體、干燥、吸附二氧化碳。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，富含甲烷的流體(43、51)在CO/ CH4塔(3 的儲(chǔ)罐上方的數(shù)個(gè)理論塔板被抽取，可選地以便作為可選地在加壓之后被輸送 到所述合成氣產(chǎn)生級(jí)下游的富含甲烷的氣體，并且儲(chǔ)罐液體(34)從所述C0/CH4塔被抽取 以便作為清洗物。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，富含甲烷的流體(37)在C0/CH4 塔的儲(chǔ)罐上方的數(shù)個(gè)理論塔板被抽取，可選地以便用來(lái)在所述甲烷洗滌塔的頂部進(jìn)行洗 滌，并且儲(chǔ)罐液體從所述CO/CH4塔被抽取以便作為清洗物。
7.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述清洗物液體(34)與富含重?zé)N類的液體 (30)混合，所述富含重?zé)N類的液體通過(guò)在低溫蒸餾設(shè)施中從所述合成氣分離而獲得。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，不經(jīng)過(guò)合成氣產(chǎn)生級(jí)地輸送到 位于所述產(chǎn)生級(jí)下游的處理工序的所述一部分原料氣體(11、11A、11B)源自位于所述產(chǎn)生 級(jí)上游的預(yù)重整器(7)。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，不經(jīng)過(guò)合成氣產(chǎn)生級(jí)地輸送到 位于所述產(chǎn)生級(jí)下游的處理工序的所述一部分原料氣體(11、11A、11B)源自位于所述產(chǎn)生 級(jí)上游的加氫脫硫單元(3)。
10.一種用于分離包含重?zé)N類的合成氣的方法，其特征在于，合成氣被凈化和冷卻并被 輸送到甲烷洗滌塔( )，源于來(lái)自所述甲烷洗滌塔的儲(chǔ)罐液體的流體被輸送到0)/014塔 (33)，富含甲烷的第一液體在所述C0/CH4塔的儲(chǔ)罐上方的數(shù)個(gè)理論塔板被抽取，所述第一 液體的第一部分(37)被輸送到所述甲烷洗滌塔并且所述第一液體的第二部分被蒸發(fā)，包 含重?zé)N類的第二液體(34)從所述0)/014塔的儲(chǔ)罐被取出作為清洗物。
11.一種用于產(chǎn)生和分離合成氣的設(shè)備，所述設(shè)備包括合成氣產(chǎn)生單元，用于從富含 甲烷的原料氣體例如天然氣產(chǎn)生合成氣；合成氣凈化單元，用于通過(guò)至少一個(gè)處理工序凈 化包含氫和一氧化碳的合成氣以產(chǎn)生凈化的合成氣；合成氣分離單元，用于通過(guò)低溫蒸餾分離所述合成氣，該合成氣分離單元包括至少一個(gè)甲烷洗滌塔以產(chǎn)生富含氫的氣體和/或 富含一氧化碳的氣體，所述合成氣產(chǎn)生單元被調(diào)節(jié)成產(chǎn)生包含低于2. 3%的甲烷、優(yōu)選低 于2%的甲烷、甚至低于1. 8 %的甲烷的合成氣，其特征在于，所述設(shè)備包括增濃裝置，所述 增濃裝置用于在通過(guò)低溫蒸餾進(jìn)行分離的合成氣分離單元的上游使所述合成氣增濃，如果 產(chǎn)生的合成氣包含低于2. 3 %的甲烷則該增濃裝置能夠產(chǎn)生包含超過(guò)2. 3 %的甲烷的合 成氣，或如果產(chǎn)生的合成氣包含低于2 %的甲烷則該增濃裝置能夠產(chǎn)生包含超過(guò)2 %的甲 烷的合成氣，或如果產(chǎn)生的合成氣包含低于1.8%的甲烷則該增濃裝置能夠產(chǎn)生包含超過(guò) 1. 8%的甲烷的合成氣，所述增濃裝置包括輸送裝置，所述輸送裝置用于將一部分原料氣體 (11、11A、11B)不經(jīng)過(guò)所述合成氣產(chǎn)生單元地輸送到位于所述合成氣產(chǎn)生單元下游的處理 工序。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，用于將所述一部分原料氣體(11、11A、 11B)不經(jīng)過(guò)所述合成氣產(chǎn)生單元地輸送到位于產(chǎn)生級(jí)下游的處理工序的所述輸送裝置與 位于所述產(chǎn)生單元(1 上游的預(yù)重整器(7)連接。
13.如權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備，其特征在于，用于將所述一部分原料氣體(11、 11AU1B)不經(jīng)過(guò)所述合成氣產(chǎn)生單元地輸送到位于產(chǎn)生級(jí)下游的處理工序的所述輸送裝 置與位于所述產(chǎn)生單元(1 上游的加氫脫硫單元C3)連接。
14.如權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于將所述 一部分原料氣體不經(jīng)過(guò)所述合成氣產(chǎn)生單元地輸送到位于所述產(chǎn)生單元(1 下游的除酸 單元(17)的裝置。
15.如權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于將所述 一部分原料氣體不經(jīng)過(guò)所述合成氣產(chǎn)生單元地輸送到位于所述產(chǎn)生單元(1 下游的吸附 單元或者直接輸送到所述分離單元(3 的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生和分離合成氣的方法，在該方法中，由給料氣體產(chǎn)生含有低于2.3％的甲烷的合成氣(15)，含有氫和一氧化碳的合成氣通過(guò)至少一個(gè)處理工序凈化以便產(chǎn)生凈化的合成氣，且該合成氣在包括至少一個(gè)甲烷洗滌塔(29)的裝置(25)中通過(guò)低溫蒸餾分離以便產(chǎn)生富氫氣體和/或富含一氧化碳的氣體，該合成氣在低溫蒸餾分離的上游被增濃以便通過(guò)將一部分給料氣體(11)不經(jīng)過(guò)合成氣產(chǎn)生單元地輸送到位于合成氣產(chǎn)生步驟下游的處理工序而獲得包含超過(guò)2.3％的甲烷的合成氣。
文檔編號(hào)C01B3/50GK102132119SQ200980130049
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日
發(fā)明者A·埃爾南德斯, B·波爾斯特, N·艾克-貝勞德, P·馬蒂 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開(kāi)發(fā)液化空氣有限公司