專利名稱：分離氣體混合物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分離含氫氣、一氧化碳和甲烷的氣體混合物而制備純產(chǎn)品氫氣和一氧化碳的方法和裝置。
在常規(guī)方法中，所謂的“部分冷凝”，在冷至低溫后從氣體混合物中分離的氫氣被膨脹至大約5—10巴的壓力，以便獲得低溫以將裝置保持在冷凍狀態(tài)并將氣體混合物冷卻至-200℃以下。這種類型的裝置在US4,217,759中有描述，它使用至少四個(gè)塔來制備一氧化碳，其回收率為95％，而純度為約99％。氫氣的回收率約為99.9％，而純度為約95％。
本發(fā)明為其目的在保持這些純度和這些高回收率的同時(shí)，通過減少分離階段所用塔的數(shù)目而簡化了工藝和裝置。本發(fā)明還為其目的確保了該裝置的最低溫度在常規(guī)方法的最低溫度之上，并提供了相對于現(xiàn)有技術(shù)而言成本降低的裝置。
所以，本發(fā)明為其目的提供了從主要包含一氧化碳和氫氣這兩種組分及甲烷的氣體混合物中制備一氧化碳和氫氣的方法，其特征在于該方法包括以下步驟ⅰ)冷卻初始?xì)怏w混合物，以便部分地將它冷凝；
ⅱ)從主要含有氫氣的未冷凝部分分離出該混合物的冷凝部分；ⅲ)將所述冷凝部分送入汽提塔中，在塔上部制得包含氫氣的氣體級分，在塔底部制得含有一氧化碳和甲烷的液體級分；ⅳ)在提純塔中蒸餾該液體級分，在塔上部制得基本純凈的一氧化碳，而在塔底部制得甲烷；ⅴ)通過一種使用自激冷凍液的制冷循環(huán)來提供一部分分離能。
優(yōu)選地，該冷凍液的作用是冷卻提純塔的上部冷凝器。
該冷凍液還可加熱汽提塔的底部，提純塔的底部，或都加熱。
盡管冷凍液優(yōu)選是氮，但還可從空氣、氧、氬和二氧化碳中選擇。
本發(fā)明還為其目的提供了從主要包含一氧化碳和氫氣這兩種組分及甲烷的氣體混合物制備一氧化碳和氫氣的裝置，其特征在于它包括分相器，汽提塔，提純塔，將氣體混合物導(dǎo)入分相器和排出氣體部分(主要包括氫氣)和液體部分的裝置，將液體部分送至汽提塔、從中排出主要含甲烷和一氧化碳的液體以及將這種液體送至提純塔的裝置，從提純塔中排出氣體一氧化碳的裝置，和通過一種使用自激冷凍液的制冷循環(huán)來提供一部分分離能的裝置。
該制冷循環(huán)能夠在由冷凍液循環(huán)構(gòu)成的提純塔的上部提供回流。
冷凍液循環(huán)包括壓縮機(jī)，它能根據(jù)在提純塔底部所使用的再沸體系而將冷凍液壓縮至10—34巴的壓力。
當(dāng)該底部被普通再沸器加熱時(shí)，冷凍液的壓力上升至25巴以上。
該循環(huán)特別簡單并可使用標(biāo)準(zhǔn)型的壓縮機(jī)，它的成本低，如果需要，可帶有為系統(tǒng)提供冷凍的渦輪。
用所要求的這種方法，沒有必要按照以前那樣將待處理的氣體冷至-200℃，-194℃的溫度對于該分離方法來說已足夠了。
本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將從下面的參考附圖
給出的敘述中變得很清楚，該附圖是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的分離操作的簡圖。
在附圖所示的系統(tǒng)中，合成氣混合物含有殘余甲烷且含有氫氣和一氧化碳。這種混合物一般含有50—70mol％氫氣，15—45mol％一氧化碳和2—6mol％甲烷，附帶少量雜質(zhì)。
該待處理的氣體混合物被壓縮至45巴，通過導(dǎo)管1并在交換器3中冷卻至約-194℃的溫度，它離開時(shí)呈部分冷凝狀態(tài)。從分相器5中排出液體級分和氣體級分。該氣體級分主要含有氫氣，然后在交換器3中被重新加熱而構(gòu)成高壓下的氫氣產(chǎn)品4的主要部分。
主要含氫氣和一氧化碳的液體級分在閥門中膨脹，將其在汽提塔7中的壓力降至12.5巴。
來自塔7的含氫氣的閃蒸氣體能夠與主氫氣流4混合，以便最大程度地回收氫氣。另外，它可構(gòu)成中壓氫氣產(chǎn)品。來自塔7的-160.3℃的液體主要由一氧化碳組成，它接著被膨脹至-177.5℃并通過在提純塔9中在4巴下蒸餾而提純，制得純一氧化碳(為上部氣體)和甲烷(為底部液體)。該一氧化碳和含有重雜質(zhì)的甲烷分別通過導(dǎo)管11、13排出并在交換器3中重新加熱。
提純塔9的上部冷凝器15被循環(huán)液體是氮的自激冷凍液循環(huán)所冷卻，該循環(huán)徹底與其它所列舉液體的導(dǎo)管分開。
來自外部源的、在壓縮機(jī)17中被壓縮至10巴的、通過高壓導(dǎo)管19的循環(huán)氮在被膨脹和分離成兩股氮流之前在交換器3中冷卻和液化。第一股氮流被導(dǎo)入上部冷凝器15中，在這里，它在4.5巴下汽化。在10巴下的第二股氮流在閥門20中經(jīng)焦耳—湯姆遜膨脹至1.2巴，然后被送至交換器3，在其中它在被壓縮機(jī)17壓縮之前重新加熱。
在冷凝器中所汽化的氮?dú)庠跍u輪23中從4.5巴膨脹至1.2巴之前，在交換器3中僅僅被部分地重新加熱，在被重新加熱之前與通過閥門20膨脹的氮?dú)庵匦禄旌希缓蟊凰椭翂嚎s機(jī)17。
渦輪23可以被另一種制冷方法如向交換器3上游的導(dǎo)管21中注射液氮所代替。在交換器中被汽化之后，多余的氣體氮在壓縮機(jī)17的上游或下游排出。
在該裝置的低溫部件充分保溫好的情況下，可省略所有的制冷裝置，因?yàn)闊釗p失能被待處理氣體的和循環(huán)液體的焦耳—湯姆遜效應(yīng)所補(bǔ)償。
提純塔9的底部通過以下方式加熱從塔底部排出來自第一塔板的幾乎純凈的液體一氧化碳，這一液體在返回處于其排出部位之下的塔底部之前在交換器3中被部分汽化，在提純塔9的第一塔板和底部之間的溫度梯度特別大。
汽提塔7的底部通過在交換器3中部分汽化來自第一塔板的液體而以同樣的方式被加熱。
權(quán)利要求
1.從主要包含氫氣和一氧化碳這兩種組分及甲烷的氣體混合物中制備一氧化碳和氫氣的方法，其特征在于它包括以下步驟ⅰ)冷卻初始?xì)怏w混合物，以便部分地將它冷凝；ⅱ)從主要含有氫氣的未冷凝部分分離出該混合物的冷凝部分；ⅲ)將所述冷凝部分送入汽提塔(7)中，在塔上部制得包含氫氣的氣體級分，而在塔底部制得含有一氧化碳和甲烷的液體級分；ⅳ)在提純塔(9)中蒸餾該液體級分，在塔上部制得基本純凈的一氧化碳，而在塔底部制得甲烷；ⅴ)通過一種使用自激冷凍液的制冷循環(huán)來提供一部分分離能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中提純塔(9)的上部通過汽化冷凍液而被冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中提純塔(9)的底部和/或汽提塔(7)的底部通過冷凍液來加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中冷凍液選自氮、空氣、氧、氬和二氧化碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中冷凍液選自氮、空氣、氧、氬和二氧化碳。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中冷凍液在提純塔(9)的上部冷凝器中汽化之前被液化和壓縮至10—34巴的壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中用來冷卻冷凝器(15)的冷凍液在渦輪(23)中膨脹以便提供冷卻該裝置所需的低溫并被重新加熱和返回壓縮機(jī)(17)的入口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的一項(xiàng)的方法，其中一部分處在液相的冷凍液經(jīng)歷了焦耳—湯姆遜膨脹(20)并在被重新加熱之后返回到壓縮機(jī)(17)的入口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1，2，7或8的方法，其中通過使處在液相的冷凍液流返回到循環(huán)中，然后在交換器(3)中汽化來制冷。
10.根據(jù)權(quán)利要求1，2，7或8的方法，其中提純塔(9)的底部被從提純塔的第一塔板下方排出的、在交換器(3)中至少部分汽化的并在低于排出部位的位置重新導(dǎo)入提純塔(9)的液體所加熱。
11.根據(jù)權(quán)利要求1，2，7或8的方法，其中汽提塔(7)的底部被從汽提塔(7)的第一塔板下方排出的、在交換器(3)中至少部分汽化的并在低于排出部位的位置重新導(dǎo)入汽提塔(7)的液體所加熱。
12.從主要包含氫氣和一氧化碳這兩種組分及甲烷的氣體混合物制備一氧化碳和氫氣的裝置，其特征在于它包括分相器，汽提塔(7)，提純塔(9)，將氣體混合物導(dǎo)入分相器(5)和從中排出主要包含氫氣的氣體部分和液體部分的裝置(1)，將液體部分送至汽提塔(7)、從中排出主要含甲烷和一氧化碳的液體并將這種液體送至提純塔(9)的裝置，從提純塔(9)中排出氣體一氧化碳的裝置(11，13)和通過一種使用自激冷凍液的制冷循環(huán)來提供一部分分離能的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中冷凍液循環(huán)冷卻提純塔(9)的上部。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，它包括將提純塔(9)的底部和由冷凍液循環(huán)構(gòu)成的汽提塔(7)的底部加熱的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，它包括將提純塔(9)的底部和由冷凍液循環(huán)構(gòu)成的汽提塔(7)的底部加熱的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求12或13的裝置，其中冷凍液選自氮、空氣、氧、氬和二氧化碳。
17.根據(jù)權(quán)利要求12或13的裝置，其中冷凍液循環(huán)包括用來將冷凍液壓縮至10—34巴的壓力的壓縮機(jī)(17)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中，為了保持系統(tǒng)低溫，用來冷卻提純塔(9)的上部的冷凍液在渦輪(23)中被膨脹、重新加熱并重新送至壓縮機(jī)(17)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，它包括由焦耳—湯姆遜效應(yīng)將一部分壓縮液體在使它返回壓縮機(jī)(17)之前膨脹的裝置(20)。
全文摘要
在從氣體混合物(還含有甲烷)制備一氧化碳和氫氣的方法中，該氣體混合物在一種裝置中進(jìn)行蒸餾。在該裝置中一部分分離能是通過一種使用自激冷凍液的制冷循環(huán)來提供的。這一液體可以是氮，它在多個(gè)蒸餾塔(9)之一的上部冷凝器中汽化。
文檔編號C01B31/18GK1117129SQ9510437
公開日1996年2月21日 申請日期1995年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月13日
發(fā)明者J·比里, F·格拉尼, P·維克多 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司