專利名稱：聯(lián)合生產(chǎn)氨合成混合物和一氧化碳的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聯(lián)合生產(chǎn)氨合成混合物(N2+3H2)和一氧化碳，以及用于這種聯(lián)合生產(chǎn)的設(shè)備。
傳統(tǒng)上，一氧化碳可通過烴類的蒸汽轉(zhuǎn)化或部分氧化獲得，通過使用傳統(tǒng)的提純工藝的裝置可生產(chǎn)高純度一氧化碳。這包括諸如部分冷凝或用液體甲烷清洗的低溫工藝。提純采用的其它方法是吸收法，如Tenneco ChemicalsCOSORB方法，或吸附方法(變壓吸附或PSA)。
特別是當(dāng)烴或煤部分氧化產(chǎn)生氫時(shí)，一氧化碳可在制備用于氨合成的合成混合物的方法中生產(chǎn)。附

圖1示出這種傳統(tǒng)的制備合成混合物的方法，簡要描述如下在1處從由3處的部分氧化氫或煤的步驟產(chǎn)生的混合物中除去煙灰，和在2處清除硫化氫之后，轉(zhuǎn)化CO的步驟4在蒸汽作用下將存在的大部分CO轉(zhuǎn)化成二氧化碳(CO2)，同時(shí)產(chǎn)生氫。通過在5處吸附除去CO2后，使該氣體混合物經(jīng)過用氮?dú)馇逑吹牡蜏夭襟E6，提供合成混合物(N2+3H2)，以及含有主要是一氧化碳，氫，甲烷和氮的殘余氣體。
附圖1也說明了氨合成的其它操作在7處常壓蒸餾，提供部分氧化3所需的氧和清洗步驟6所需的氮；在8處NH3完全合成，從步驟6輸出的合成混合物在9處被壓縮；在透平10中蒸汽膨脹驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)9；在11處通過Claus方法處理由步驟2輸出的硫化氫產(chǎn)生硫，以及熱交換器12-14。
在現(xiàn)有技術(shù)中，燃燒由氮清洗步驟6來的殘余氣體。
EP-A-0,092,770公開了一種生產(chǎn)一氧化碳的方法，在上述的特殊情況下，可利用富含一氧化碳的殘余氣體生產(chǎn)一氧化碳。殘余氣體在一氧化碳生產(chǎn)方法中作為原料混合物，該專利申請所描述的方法之一包括一個(gè)用甲烷清洗的步驟以從還含有甲烷，一氧化碳和氮的混合物中分離出氫。將這樣產(chǎn)生的冷凝物在第一蒸餾塔中蒸餾，以將甲烷與混合物的其余成分分離。來自第一蒸餾塔頂部的氣體主要含有一氧化碳，將其在第二蒸餾塔中蒸餾，以提取所剩余的氮和氫，而純凈的一氧化碳在該塔底部排出。
然后，將一氧化碳用作第一和第二塔頂部冷凝器的冷卻劑。
EP-A-0,676,373描述了一種從由氮清洗裝置產(chǎn)生的富含一氧化碳的殘余氣體生產(chǎn)一氧化碳的方法。
迄今為止，通過使用來自氮清洗裝置的殘余氣體作為單獨(dú)的一氧化碳生產(chǎn)裝置的原料混合物可生產(chǎn)一氧化碳，因而可利用以前被簡單地燃燒掉的該殘余物。
本發(fā)明的目的是提供一種可減少能耗，同時(shí)也可降低投資成本的生產(chǎn)一氧化碳的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供適合其它生產(chǎn)工藝的具有高純度的一氧化碳。
本發(fā)明的還一個(gè)目的在于提供一種可與將用于氨合成混合物的生產(chǎn)的氫提純結(jié)合在一起的方法。
本發(fā)明的最后一個(gè)目的是提供一套實(shí)施該工藝的裝置。
為此，本發(fā)明涉及一種聯(lián)合生產(chǎn)氨合成混合物和一氧化碳的方法，其包含，一方面由通過在清洗塔中用氨清洗，在最后的步驟中在高壓下提純的氫，另一方面由來自高壓下的氮物流生產(chǎn)氨合成混合物(N2+3H2)；其特征在于步驟為-從所述氮清洗塔的底部排出第一種液體餾分，其富含一氧化碳且含少量的包括氮，氫和甲烷的殘余組分，及在上述清洗塔的頂部和底部之間的中間位置排出第二種液體餾分，其富含氮且含少量的一氧化碳，-低溫提純上述第一種餾分中的一氧化碳首先，在一汽提塔頂部中壓分離剩余的氫；再在一蒸餾塔中低壓蒸餾，在其頂部從來自在汽提塔中第一次分離生成的底部混合物中分離一氧化碳和剩余的氮。
本發(fā)明還涉及聯(lián)合生產(chǎn)氨合成混合物和一氧化碳的設(shè)備，其包括用于分離主要含有氫和一氧化碳以及包含氮和甲烷的其他組分的氣體混合物組分的低溫設(shè)備，包括一熱交換器，一可提供高壓氮物流源和一液氮清洗塔，其特征在于-氮清洗塔包括用于從該塔的底部和頂部的中間位置排出液體的裝置；和-該設(shè)備還包括·帶有蒸發(fā)裝置的中壓汽提塔，在其底部產(chǎn)生一富含一氧化碳的液體餾分，在其頂部產(chǎn)生氫；
·帶有膨脹設(shè)備的管路，將氮清洗塔底部的液體餾分輸送到上述汽提塔中；·帶有蒸發(fā)裝置和頂部冷凝器的低壓蒸餾塔，在其底部產(chǎn)生富含甲烷的餾分，和在其頂部產(chǎn)生富含一氧化碳的餾分；·帶有膨脹裝置的管路，將汽提塔底部的液體餾分輸送到蒸餾塔的中間位置。
本發(fā)明人已經(jīng)證明，不是通過利用傳統(tǒng)的在最后步驟提純氫(以生成氨合成混合物)產(chǎn)出的殘余氣體生產(chǎn)適宜純度的一氧化碳，而是通過直接處理在所述氮清洗步驟底部產(chǎn)生的液體生產(chǎn)適宜純度的一氧化碳，同時(shí)生產(chǎn)這種氨合成混合物。
他們還證明可在預(yù)定生產(chǎn)氨的氫的低溫提純過程中，從氮清洗產(chǎn)出的殘余物中可生產(chǎn)一氧化碳，而沒有如現(xiàn)有技術(shù)那樣將其壓縮并加熱。
意外地，發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，通過降低一氧化碳在其提純的初始步驟中的(產(chǎn)出)效率，最終將獲得適合于其一般應(yīng)用純度的一氧化碳同時(shí)節(jié)約能源和投資成本。
現(xiàn)參照附圖2對本發(fā)明的說明性實(shí)施方案進(jìn)行描述，該圖簡要代表了根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)合生產(chǎn)氨合成混合物和一氧化碳的裝置。
附圖2所示的裝置替代了附圖1中的框6。
這樣作的目的一方面是從主要含有氫和一氧化碳以及其它組分(包括甲烷和氮)的原料氣體混合物50中提純氫，以獲得可供生產(chǎn)氨所使用的合成混合物，另一方面直接從上述提純氫方法產(chǎn)出的殘余物生產(chǎn)高純度(至少98％)的一氧化碳。
裝置6中的原料混合物的組成可視用于產(chǎn)生氨合成氣體的方法(蒸汽轉(zhuǎn)化，部分氧化等)的類型而不同。
下文涉及的壓力均為絕對壓力。
裝置6主要包括一間接逆流型熱交換器60，液氮清洗塔61，裝備有底部蒸發(fā)器64的汽提塔62，裝備有底部蒸發(fā)器65和頂部冷凝器66的蒸餾塔63以及透平膨脹機(jī)67。
該裝置以下述方式運(yùn)行在框5出口處在15-70巴的高壓下得到的原料氣體混合物50在熱交換器60中冷卻至-180℃至-190℃之間的溫度。
然后，將該混合物輸送到清洗塔61的底部，在其入口處處于部分冷凝狀態(tài)。
該混合物在清洗塔61中被分離成液體餾分51(收集在塔底)和氣體餾分。
將主要由氫組成的氣體餾分在裝有塔板或填料(未示出)的清洗塔61中用在高壓下輸送到塔頂?shù)囊旱?5清洗。然后，主要含氫的氣流53從頂部離開該塔。
氫餾分53具有適于合成氨的純度。
為此，向上述氫餾分中加入補(bǔ)充氮74，以形成合成混合物80(N2+3H2)并在熱交換器60中最終加熱至環(huán)境溫度。
另外，液體餾分52在塔61的底部和頂部之間的中間位置排出。該餾分富含氮且含較少量的一氧化碳。
餾分52在減壓閥152中將其壓力減至低壓(一般為1.5巴)，然后在被送入殘余網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)90(“燃料氣體”)之前將其在熱交換器60中汽化，并加熱至環(huán)境溫度。
從在塔61底部收集到的液體餾分51中提純一氧化碳。
餾分51含有少量的氮而富含一氧化碳，且含有在初始原料混合物70中存在的其它組分。它一般含有至少為原料混合物50所含一氧化碳量的90％的一氧化碳以及剩余的氫和氮和其它組分(包括甲烷)。
餾分51是與生產(chǎn)一氧化碳相關(guān)的直接來源。
按照下述的二個(gè)步驟提純一氧化碳首先利用減壓閥54將其壓力降低后，通過在汽提塔62中在中壓下(一般為10巴)進(jìn)行分離將溶于液體餾分51中的殘余氫排出。
在塔62頂部的氣流55中收集分離出來的氫，在減壓閥155中將其壓力減至低壓后，在60中加熱并送至殘余網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)90。
主要由一氧化碳組成并含有殘余氮以及在原料混合物50中初始存在的其他組分(包括甲烷)的液體餾分56在塔62底部收集。
利用減壓閥57減壓后，餾分56在低壓下經(jīng)蒸餾塔63的中間位置被輸送到塔內(nèi)。
在塔63中進(jìn)行分離后，富含一氧化碳且還含有殘余氮的氣體餾分58在塔頂被收集。該餾分中N2/CO比例不大于2％。
餾分58在熱交換器60中被加熱至環(huán)境溫度，提供所需的一氧化碳具有與其用于其他傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法相適宜的純度。
富含甲烷的液體餾分59在塔63底部被進(jìn)一步收集，并在60中加熱后送至殘余網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)90。
通過如下的開放式氮循環(huán)提供分離動(dòng)力高壓氮70，一般為原料混合物50的壓力，在熱交換器60中冷卻。
從氣流71和72中分流出的該高壓氮的一部分分別在分離塔62和63的底部蒸發(fā)器64和65中被冷凝。
大部分液化了的氮73以在洗滌塔61頂部引入的物流75被送入洗滌塔61內(nèi)。
另一部分74作為氮補(bǔ)充部分通過與來自洗滌塔61的頂部氣體53混合以形成合成混合物80(N2+3H2)。
將該液化氮的一小部分餾分76用減壓閥77減壓并在分離塔63的頂部冷凝器66中進(jìn)行低壓汽化。
從冷凝器66排出并加熱形成氣流78的低壓氮(一般為2巴)可供給低壓氮網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或由70循環(huán)入流程中之前被再壓縮。
裝置6的熱總量(heat budget)通過在透平67中將高壓氮流79(在熱交換器60中被部分冷卻)減壓達(dá)到平衡，或任選地通過將外部補(bǔ)充的液氮汽化達(dá)到平衡。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，分離可通過以一氧化碳作流體的開放式循環(huán)進(jìn)行。
在此情況下，利用產(chǎn)生的一氧化碳，在從餾分58中提取出來的物流被再壓縮后，按照上述的參照氮?dú)饬?1,72,76的相同方式，將其分別送入分離塔62和63底部的蒸發(fā)器64和65以及頂部冷凝器66中。
與已知方法比較，根據(jù)本發(fā)明的方法能夠減少能量消耗并降低投資成本。
這是因?yàn)楸景l(fā)明在生產(chǎn)一氧化碳的同時(shí)最后提純氫以用于生產(chǎn)氨合成混合物，這就是說，直接由在同一冷卻箱內(nèi)，通過氮清洗步驟產(chǎn)生的殘余氣流生產(chǎn)一氧化碳和提純氫。該來自氮清洗步驟的殘余氣流在一氧化碳提純以前，沒有如現(xiàn)有技術(shù)那樣經(jīng)過加熱，壓縮和冷卻到低溫。
另外，根據(jù)本發(fā)明的方法不以獨(dú)立的蒸餾步驟分離氮，而是在液氮清洗過程中被中間排出。
因此，這表明，通過在用氮清洗的初始步驟中降低一氧化碳的產(chǎn)率(在中間排出過程中的損失)可生產(chǎn)其純度適于生產(chǎn)氨合成混合物的氫以及其純度至少為98％的適合大多數(shù)普通應(yīng)用的一氧化碳。
根據(jù)以下方案評估本發(fā)明與公如方法比較生產(chǎn)一氧化碳所需的能量及其具有的特征方案1(現(xiàn)有技術(shù))-在第一冷卻箱中，通過液氮清洗生產(chǎn)氨合成混合物，富含一氧化碳的殘余氣體為副產(chǎn)品；-在第二冷卻箱中通過提純上述殘余物生產(chǎn)一氧化碳。
方案2(本發(fā)明)-在相同冷卻箱內(nèi)，聯(lián)合生產(chǎn)氨合成混合物與一氧化碳。
原料氣體具有以下特征:
權(quán)利要求
1．一種聯(lián)合生產(chǎn)氨合成混合物和一氧化碳的方法，其包括一方面由在最后步驟中通過在清洗塔(61)中用氮進(jìn)行清洗，在高壓下提純的氫，另一方面由高壓下的氮物流生產(chǎn)氨合成混合物(N2+3H2)；其特征在于步驟為-從所述氮清洗塔(61)底部排出第一種液體餾分(51)，該餾分(51)富含一氧化碳且含少量的含有氮，氫和甲烷的殘余組分，及在該清洗塔(61)底部和頂部之間的中間位置排出第二種液體餾分(52)，該餾分(52)富含氮且含少量的一氧化碳；-從上述第一種餾分(51)中低溫提純一氧化碳首先，在一汽提塔(62)頂部中壓分離剩余的氫，接著，在一蒸餾塔(63)中低壓蒸餾，在其頂部從來自在汽提塔(62)中第一次分離生成的底部混合物(56)分離一氧化碳和剩余的氮。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于高壓氮物流(70)的一部分(75)被用作在分離步驟中包括的開放式冷卻循環(huán)的循環(huán)流體。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于冷卻高壓氮物流(70)的一部分(71,72)并分別供給汽提塔(62)和蒸餾塔(63)的底部蒸發(fā)器(64,65)。
4．根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，其特征在于冷卻高壓氮物流(70)的一部分(76)，對其減壓并在低壓下用于冷卻蒸餾塔(63)頂部。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于將由蒸餾塔(63)頂部冷凝器(66)輸送的低壓氮物流(78)壓縮到生產(chǎn)氨合成混合物所需的壓力，并將其循環(huán)作為在分離步驟中包括的開放式冷卻循環(huán)的循環(huán)流體。
6．根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于高壓氮物流(70)的一部分在透平(67)中減壓以促進(jìn)分離步驟所需的致冷。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于壓縮生成的一氧化碳物流(58)并將其用作分離步驟中包括的開放式冷卻循環(huán)的循環(huán)流體。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于已壓縮的一氧化碳物流分別被送入汽提塔(62)和蒸餾塔(63)底部的蒸發(fā)器(64,65)。
9．根據(jù)權(quán)利要求7和8之一的方法，其特征在于將一氧化碳物流減壓，在低壓下用于冷卻蒸餾塔(63)頂部。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于壓縮低壓一氧化碳物流并將其循環(huán)作為分離步驟包括的開放式冷卻循環(huán)的循環(huán)流體。
11．根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于在(58)生產(chǎn)的一氧化碳具有至少98％的純度。
12．用于聯(lián)合生產(chǎn)氨合成混合物和一氧化碳的設(shè)備(6)，其包括分離主要含有氫和一氧化碳以及包含氮和甲烷的其他組分的氣體混合物組分的低溫裝置，包括一熱交換器(60)，一可提供高壓氮物流源和一液氮清洗塔(61)，其特征在于-該氮清洗塔(61)包括從上述塔底部和頂部之間的中間位置排出液體(51)的裝置；及-設(shè)備(6)還包括·裝備有蒸發(fā)裝置(64)的中壓汽提塔(62)，在其底部生成富含一氧化碳的液體餾分(56)，在頂部生成氫(55)；·裝備有膨脹裝置(54)的管路，將氮清洗塔(61)底部液體餾分(51)輸送到上述汽提塔(62)中；·裝備有蒸發(fā)裝置(65)和頂部冷凝器(66)的低壓蒸餾塔(63)，在其底部生成富含甲烷的餾分，在其頂部生成富含一氧化碳的餾分；·裝備有膨脹裝置(57)的管路，將由汽提塔(62)底部產(chǎn)生的液體餾分(56)輸送到蒸餾塔(63)中間位置。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于它包括一種供有高壓氮(70)的開放式氮冷卻循環(huán)，用于生產(chǎn)氨合成混合物(80)。
14．根據(jù)權(quán)利要求12和13之一的設(shè)備，其特征在于汽提塔(62)和蒸餾塔(63)的蒸發(fā)裝置(64,65)包括分別與高壓氮物流(70)連接的高壓氮管路(71,72)。
15．根據(jù)權(quán)利要求12-14中之一的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括裝備有連接到高壓氮物流(70)的膨脹裝置(71)的供料管路(76)以提供低壓部分的冷卻循環(huán)。
16．根據(jù)權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于包括供入所產(chǎn)生的一氧化碳(58)并連接到一循環(huán)壓縮機(jī)的開放式一氧化碳冷卻循環(huán)。
17．根據(jù)權(quán)利要求12-16之一的設(shè)備，其特征在于其結(jié)合到用于合成氨的設(shè)備中，其中生產(chǎn)合成混合物(N2+3N2)的裝置包括用于烴或煤的部分氧化的第一單元以及用于氮清洗的最后單元，該設(shè)備構(gòu)成用于氮清洗的最后單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)氨合成混合物和一氧化碳的方法。在氮清洗塔(61)中提純氫。在中壓汽提塔(62)中，然后在低壓蒸餾塔(63)中，從在所述氮清洗塔(61)底部收集的第一種液體餾分(51)中低溫回收一氧化碳。從洗滌塔(61)的頂部和底部之間的中間位置排出第二種液體餾分(52)。
文檔編號C01C1/04GK1237536SQ9910594
公開日1999年12月8日 申請日期1999年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月20日
發(fā)明者J·比利, D·法洛克斯 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司