專利名稱：深冷分離氫氣和一氧化碳的混合物的方法和設備的制作方法
深冷分離氫氣和一氧化碳的混合物的方法和設備本發(fā)明涉及深冷分離氫氣和一氧化碳的混合物，尤其是具有氫氣和一氧化碳作為 主要組分的混合物的方法和設備。生產一氧化碳和氫氣的單元可以分成兩部分合成氣的產牛(基本上包含H。、 COXH4XO2^Ar和N2的混合物)。在各種生產合成氣的工業(yè)路線中，基于煤氣化的路線變得 越來越流行，尤其是在煤礦豐富的國家中，例如中國。包括用于煤與氧氣和蒸汽氣化的反應 器的這種單元的設計基于所需的CO生產和所需的氫氣生產。-合成氣的純化。發(fā)現(xiàn)如下-用液體溶劑滌氣的單元，目的在于除去存在于合成氣中的較大部分酸性氣體，-用于在吸附床上純化的單元，-對于生產CO而言，用于通過深冷路線分離的單元，即“低溫試驗箱”?！愣?，合成氣包含高壓(通常為30-60巴)混合物且十分富含CO(約50摩 爾％ )。煤氣化方法的另一優(yōu)點是在生產純CO的低溫試驗箱的入口處合成氣中存在的雜質 (CH4、氬氣和氮氣)含量低。這使得可以設計相對簡化的低溫試驗箱流程圖，其中深冷分離限于CO與氫氣之 間的分離。合成氣中惰性物質的含量與大多數(shù)情況下客戶所要求的CO純度相容。這種流程圖不包括致力于分離的循環(huán)。需要在高壓下從CO中分離氫氣以能夠在PSA中或在合成甲醇的單元中或其它單 元中經濟地利用它。所述低溫試驗箱的一部分分離能量由合成氣與在低壓下生產的純CO之間的自由 膨脹提供，但是在大多數(shù)情況下，這種自由膨脹不足以完成該單元的制冷平衡。需要補給液 氮來保持低溫試驗箱的低溫和完成制冷平衡。在主要交換管線中冷卻來自預處理單元(CO2和MeOH分離)的壓力通常為30_60 巴的合成氣，并在供給一步部分冷凝分離罐之前進行部分冷凝。在交換管線中再加熱后，富 含氫氣的蒸氣在大多數(shù)情況下被輸送至MeOH單元或PSA。該容器液體(vessel liquid)在 膨脹后被輸送至中壓汽提塔(約14巴)。稱作閃蒸氣體的頂部蒸氣在再加熱后從低溫試驗 箱排出，并作為燃料或再循環(huán)材料借助壓縮機輸送至該系統(tǒng)中。將在容器底部以上水平處從該塔排出的料流低溫冷卻至某一溫度水平，使其膨 脹，并輸送至熱虹吸罐，然后在輸送至CO壓縮機的吸入部分之前在交換管線中使其汽化。將來自汽提塔的容器液體在交換管線中低溫冷卻至不比上述膨脹前的料流冷的 溫度水平，在主要交換管線中將其汽化并再加熱，最后輸送至CO壓縮機的中間級。第三料流可以在該塔的另一水平(在容器底部以上的水平)處排出，并低溫冷卻 至不同于前述兩個溫度水平的溫度水平，使其膨脹，在交換管線中將其汽化和再加熱。CO壓縮機使得可以將生產的CO(其為從汽提塔排出的所有液體的總和)壓縮至下 游單元(乙酸或其它)需要的壓力。將一氧化碳料流低溫冷卻至不同溫度水平的優(yōu)點在于降低了 KS和熱負荷，因此 降低了主要交換管線的資本成本。將中壓料流低溫冷卻至不比在如果它們都混合時冷的溫度水平。這樣使得可以降低CO壓縮機33、35、37的電能。中壓水平的低溫冷卻消耗較少的 能量。僅將各個富含CO的料流低溫冷卻至在膨脹后防止產生氣體的某一溫度水平，其使得 可以避免必須安裝用于主要交換管線的兩相(液-氣)進樣罐。這樣使得可以具有富含一氧化碳的低壓液體(在熱虹吸罐27處的最低壓力水 平)，其可以包含比汽提塔的容器底部更多的氫氣，因此使得對于相同的壓力水平可以具有 低的汽化溫度，因此使得可以進一步冷卻合成氣(對于相同的ΔΤ)并提高該單元的CO產 量。另外，在相同的產量下，這使得可以降低壓縮機的電能，因為可以增加壓縮機的吸入壓 力。根據(jù)本發(fā)明的一個主題，提供如權利要求1所述的方法。任選地-具有不同純度的第一和第二料流；-具有相同純度的第一和第二料流；-至少一種料流在汽提塔的容器處排出；-第一料流是一種在汽提塔容器處排出的料流，在交換管線中將其冷卻至第一溫 度，使其膨脹，然后在交換管線中再加熱，第二料流在汽提塔的中間水平處排出，冷卻至比 第一溫度低的第二溫度，使其膨脹，然后在交換管線中再加熱。-將冷卻至第二溫度的第二料流輸送至分離罐；-在高于或低于第二料流水平的汽提塔的中間水平處排出第三料流，冷卻至低于 或高于第一溫度和/或低于或高于第二溫度的第三溫度，使其膨脹，然后在交換管線中再 加熱。根據(jù)本發(fā)明的另一主題，提供一種深冷分離氫氣和一氧化碳的混合物的設備，所 述混合物任選包含用于通過一步部分冷凝生產純一氧化碳的低含量甲烷、氬氣和氮氣，所 述設備包括交換管線、汽提塔、第一和第二分離罐、包括至少兩級的一氧化碳壓縮機、用于 將待冷卻混合物輸送至交換管線的裝置、用于將冷卻的混合物輸送至第一分離罐的裝置、 用于將至少一部分由第一罐的部分冷凝所得液體排出的裝置、用于將該液體輸送至汽提塔 頂部的裝置、用于至少將富含一氧化碳的第一料流和富含一氧化碳的第二料流從汽提塔分 流的裝置、用于在交換管線中分別將第一和第二料流冷卻至第一和第二溫度的裝置、用于 在膨脹后將第一溫度的第一料流或第二溫度的第二料流輸送至第二分離罐的裝置、用于在 交換管線中將來自分離罐的氣體再加熱的裝置和用于將再加熱的氣體輸送至一氧化碳壓 縮機的第一級的裝置、用于在交換管線中再加熱第二料流或第一料流的裝置和用于將再加 熱的第二料流或再加熱的第一料流輸送至第一級下游的壓縮機的級中的裝置。任選地，該設備包括_用于在汽提塔的相同水平處排出該至少第一和第二料流的裝置；-用于在通過汽提塔的至少一個理論級分離的水平處排出該至少第一和第二料流 的裝置；_用于在汽提塔的容器處排出至少第一料流的裝置；-用于在汽提塔的容器處排出第一料流的裝置和/或用于在汽提塔的第一中間水 平處排出第二料流的裝置；
-用于在低于或高于汽提塔的第一中間水平的水平處排出第三料流的裝置；-將在交換管線中冷卻的第二料流或在交換管線中冷卻的第一料流輸送至分離罐 的裝置。將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明，所述附圖為本發(fā)明方法的示意圖。在

圖1中，壓力通常為30-60巴的合成氣料流1包含氫氣和一氧化碳以及任選少 量的甲烷、氬氣和氮氣。將其冷卻至交換管線3的中間水平，排出并借助交換器5用于使塔 15的容器重新沸騰。隨后，在交換管線3中繼續(xù)冷卻合成氣，并將合成氣輸送至分離罐7 中，在其中將其部分冷凝。在交換管線中將頂部蒸氣9再加熱以形成富含氫氣的料流。在 閥13中將容器液體11膨脹至14巴，并輸送至汽提塔15的頂部，還在該頂部用注射液氮進 行供料。在膨脹前在交換管線3中低溫冷卻在汽提塔15的中間水平處排出的液體19，并送 至熱虹吸罐27中。利用熱虹吸操作在交換管線3中將來自罐27的容器液體29汽化，并將 頂部氣體31輸送至CO壓縮機的第一級33的吸入部分。在交換管線3中將來自汽提塔15的容器液體21低溫冷卻至不比上述排出的液體 冷的溫度水平，使其膨脹，然后在交換管線3中將其汽化以在CO壓縮機的中間級35處供給 壓縮機。在塔的中間水平處排出不同于料流19的第三料流17(可以在高于或低于料流19 的水平處排出)，并低溫冷卻至不比料流19冷的溫度水平。隨后，使該料流膨脹，然后在交 換管線3中將其汽化以在CO壓縮機的級37處供給壓縮機。在汽化前將三種料流17、19、21膨脹至不同的壓力。在汽化和再加熱后，三種混合的料流17、19、21形成一氧化碳產物39。在圖2中，壓力通常為30-60巴的合成氣料流1包含氫氣和一氧化碳以及任選少 量的甲烷、氬氣和氮氣。將其冷卻至交換管線3的中間水平，排出并借助交換器5用于使塔 15的容器重新沸騰。隨后，在交換管線3中繼續(xù)冷卻合成氣，并將合成氣輸送至分離罐7 中，在其中將其部分冷凝。在交換管線中將頂部蒸氣9再加熱以形成富含氫氣的料流。在 閥13中將容器液體11膨脹至約14巴的壓力，并輸送至汽提塔15的頂部，還在該頂部用注 射液氮進行供料。將來自汽提塔15的容器液體21分成三個級分41、43、45，在膨脹前將其 各自在交換管線3中低溫冷卻至不同的溫度。將第一料流45輸送至熱虹吸罐27中。利用 熱虹吸操作在交換管線3中將來自罐27的容器液體47汽化，并將頂部氣體31輸送至CO 壓縮機的第一級33的吸入部分。將其它料流41、43膨脹至不同的壓力，然后在交換管線3中將其汽化以在CO壓縮 機的中間級35和37處供給壓縮機。在汽化前將三種料流41、43、45膨脹至不同的壓力。三種混合的料流41、43、45形成一氧化碳產物39。
權利要求
1.一種深冷分離氫氣和一氧化碳的混合物的方法，所述混合物任選包含用于通過一步 部分冷凝生產純CO的低含量甲烷、氬氣和氮氣，其中在交換管線(3)中將混合物冷卻，部分 冷凝，并將由部分冷凝得到的至少一部分液體輸送至汽提塔(15)的頂部，至少將富含一氧 化碳的第一料流和富含一氧化碳的第二料流(17、19、21)從汽提塔以液體的形式排出并輸 送至交換管線，在交換管線中將第一和第二料流冷卻至不同的溫度，在膨脹后將第一和第 二料流(19、45)中的一個輸送至分離罐(27)中，在交換管線中將來自分離罐的氣體再加熱 并輸送至包括至少兩級(33、35、37)的一氧化碳壓縮機的第一級(33)中，使其它的第一和 第二料流(17、21、41、43)膨脹，然后在交換管線中再加熱，并輸送至第一級下游的壓縮機 的級中，其中在不同壓力下在交換管線中再加熱來自分離罐的氣體和其它的第一和第二料 流，第一和第二料流的膨脹用于提供低溫試驗箱的至少一部分分離能量。
2.如權利要求1所述的方法，其中第一和第二料流(17、19、21)具有不同的純度。
3.如權利要求1所述的方法，其中第一和第二料流(41、43、45)具有相同的純度。
4.如前述權利要求任一項所述的方法，其中至少一個料流(21)在汽提塔的容器處排出ο
5.如權利要求4所述的方法，其中第一料流(21)是一種在汽提塔容器處排出的料流， 在交換管線(3)中將其冷卻至第一溫度，使其膨脹，然后在交換管線中再加熱，第二料流 (19)在汽提塔的中間水平處排出，冷卻至比第一溫度低的第二溫度，使其膨脹，然后在交換 管線中再加熱。
6.如權利要求5所述的方法，其中將冷卻至第二溫度的第二料流輸送至分離罐(27)中。
7.一種深冷分離氫氣和一氧化碳的混合物的設備，所述混合物任選包含用于通過一步 部分冷凝生產純CO的低含量甲烷、氬氣和氮氣，所述設備包括交換管線(3)、汽提塔(15)、 第一和第二分離罐(7、27)、包括至少兩級的一氧化碳壓縮機(33、35、37)、用于將待冷卻混 合物輸送至交換管線的裝置、用于將冷卻的混合物輸送至第一分離罐的裝置、用于將由第 一罐的部分冷凝得到的至少一部分液體排出的裝置、用于將該液體輸送至汽提塔頂部的裝 置、用于至少將液體形式的富含一氧化碳的第一料流和富含一氧化碳的第二料流從汽提塔 分流的裝置、用于在交換管線中分別將第一和第二料流冷卻至第一和第二溫度的裝置、用 于在膨脹后將第一溫度的第一料流或不同于第一溫度的第二溫度的第二料流輸送至第二 分離罐的裝置、用于在交換管線中將來自分離罐的氣體再加熱的裝置和用于將再加熱的氣 體輸送至一氧化碳壓縮機的第一級的裝置、用于膨脹和在交換管線中再加熱第二料流或第 一料流的裝置和用于將再加熱的第二料流或再加熱的第一料流輸送至第一級下游的壓縮 機的級中的裝置。
8.如權利要求7所述的設備，其包括用于在汽提塔的相同水平處排出至少第一和第二 料流(41、43、45)的裝置。
9.如權利要求7所述的設備，其包括用于在通過汽提塔的至少一個理論級分離的水平 處排出至少第一和第二料流(17、19、21)的裝置。
10.如權利要求7、8或9所述的設備，其包括用于在汽提塔的容器處排出至少第一料流 (21)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種深冷分離氫氣和一氧化碳的混合物(1)的方法，所述混合物任選包含用于通過一步部分冷凝生產純CO的少量甲烷、氬氣和氮氣，在交換管線(3)中將混合物冷卻，部分冷凝，并將由部分冷凝得到的至少一部分液體(11)輸送至汽提塔(15)的頂部，富含一氧化碳的至少第一料流和第二料流(17、19、21)從汽提塔得到，在不同溫度下冷卻第一和第二料流，在膨脹后將第一料流輸送至分離罐(27)中，在交換管線中再加熱分離罐中的氣體(31)并輸送至包括至少兩級的一氧化碳壓縮機(33、35、37)的第一級中，在交換管線中再加熱第二料流并輸送至第一級下游的壓縮機的級中，并在不同壓力下在交換管線中再加熱分離罐中的氣體和第二料流。
文檔編號C01B31/18GK102007358SQ200980113560
公開日2011年4月6日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權日2008年4月18日
發(fā)明者A·埃爾南德斯, P·科特 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司