專利名稱：通過低溫蒸餾分離至少包含氫、氮和一氧化碳的混合物的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過低溫蒸餾分離包含一氧化碳、氮、氫和可選的甲 烷的混合物的方法。
所有涉及的壓力是絕對壓力，百分率是摩爾百分率。
背景技術(shù)：
已知在Linde Reports on Science and Technology, "Progress in H2/CO Low-Temperature Separation，， , Berninger 著，44/1988 和 "A New Generation of Cryogenic H2/CO Separation Processes Successfully in Operation at Two Different Antwerp Sites" , Belloni著，International Symposium on Gas Separation Technology, 1989中描述了通過甲烷洗滌/ 滌氣過程分離這種混合物以便生產(chǎn) 一氧化碳和氫。
描述甲烷洗滌過程的其它文獻(xiàn)包括EP-A-0928937、 US-A-4478621、 US-A-5609040和Tieftemperaturtechnik,第418頁。
從H2/CO冷箱中得到的一氧化碳夾帶有很大一部分原料氣中的氮。這 種現(xiàn)象和兩種成分CO和N2很難分離有關(guān)，它們的泡點非常接近。但是， 根據(jù)冷箱下游CO的用途，證明有時需要在輸出CO前減少氮的含量。
為此，傳統(tǒng)上是在冷箱內(nèi)安裝稱為脫氮塔的塔，該脫氮塔的功能是在 底部產(chǎn)生具有期望純度的一氧化碳。在該塔的頂部，包含一小部分CO的 氮的排氣被回收。脫氮塔安裝在CO/CH4分離塔的上游或下游。
通過在脫氮塔的底部注入蒸氣形式的一氧化碳來執(zhí)行脫氮塔的再沸騰 /再沸。
4這種一氧化碳來自多個來源，其中一個是(來自)在交換管路中的中 壓液態(tài)一氧化碳的蒸發(fā)。這種中壓一氧化碳因而是已經(jīng)液化的高壓一氧化
碳，并將因此具有以下兩種用途
-在交換管路中提供制冷，這使得能夠相應(yīng)地限制低壓一氧化碳的需
求；和
-至少部分滿足該塔的再沸騰需求，這使得能夠減少來自壓縮機(jī)的中
壓一氧化碳的供應(yīng)，即特別壓縮的流(壓力必然低于循環(huán)壓力，因為它 僅僅被壓縮至脫氮塔的壓力)。
因此，有利的是使得蒸發(fā)的中壓一氧化碳的部分最大化。 此流量受到兩個因素的限制
-交換管路，該交換管路很明顯地不能蒸發(fā)無限量的中壓一氧化碳；
和
-來自蒸發(fā)的中壓一氧化碳的可接受的最大的再沸騰的部分。具體地， 重要的是能夠改變再沸騰流量而不使交換管路不穩(wěn)定并從而不改變蒸發(fā)的 中壓一氧化碳的流量。同樣，可證明例如由于安裝表面積太大，交換管路 不能蒸發(fā)需要的流量(這將使得排出的其它流體太冷，例如CO/CH4塔的 進(jìn)給氣)，因而需要減少蒸發(fā)的中壓一氧化碳，而再沸騰的需求卻沒有改 變。
因此，根據(jù)情況，蒸發(fā)的中壓一氧化碳的流量由交換管路或由CO/N2 塔的再沸騰的最大可接受部分而確定大小。當(dāng)能夠蒸發(fā)較多的中壓一氧化 碳，但由于再沸騰而存在限制，且這導(dǎo)致中壓一氧化碳的額外的壓縮時， 存在能量損失(這會導(dǎo)致先驗的(apriori)較小的交換表面積)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于去除這一在當(dāng)前預(yù)算中導(dǎo)致相當(dāng)大能量損失的限 制，以及消除將一氧化碳壓縮至高壓的壓縮機(jī)上的中壓氣體出口(管路、 過濾器、閥、交換器中的通道、控制器等)。
根據(jù)本發(fā)明的一個目的，提供一種通過低溫蒸餾在分離裝置系統(tǒng)中分離包含一氧化碳、氮、氫和可選的甲烷的混合物的方法，所述分離裝置系
統(tǒng)包括渦輪機(jī)、甲烷洗滌塔、汽提塔、CO/CH4塔和脫氮塔，該脫氮塔在 CO/CBU塔的下游或上游，在CO/CH4塔中將混合物分離以便獲得富含一 氧化碳并包含氮的流體，在脫氮塔中分離此流體，將來自塔系統(tǒng)的一氧化 碳流在壓縮機(jī)中壓縮至高壓，可選地在25bar至45bar之間，將高壓一氧 化碳從該壓縮機(jī)傳送到渦輪機(jī)，并從渦輪機(jī)傳送至脫氮塔，將高壓一氧化 碳流的一小部分用作產(chǎn)品，并使可選地在25bar至45bar之間的高壓一氧 化碳的另一部分在膨脹前進(jìn)行冷卻，其特征在于，至少有時(在某一條件 下，ponctuellement)該冷卻的高壓一氧化碳的另 一部分的可變量在被輸送 到脫氮塔的底部之前在一閥中膨脹，在該閥中膨脹的流量隨著脫氮塔的再 沸騰需求而變化，并將可選地在25bar至45bar之間的高壓一氧化碳的一 小部分輸送到汽提塔的和/或CO/CH4塔的底部再沸器。
根據(jù)本發(fā)明的其它可選的方面，作以下規(guī)定
-所述高壓在25bar至45bar之間；
-測量輸送到脫氮塔底部的富含一氧化碳的氣體，并根據(jù)輸送至脫氮 塔底部的富含一 氧化碳的氣體的流量而觸發(fā)輸送在所述閥中膨脹 的高壓一氧化碳；
-當(dāng)被輸送到脫氮塔的 一 氧化碳?xì)怏w的流量相對于名義流量至少減 少5%，或甚至至少減少10%時，觸發(fā)輸送在所述閥中膨脹的高壓 一氧化碳；
-所述高壓對應(yīng)于壓縮機(jī)的最后一級的出口壓力。
根據(jù)本發(fā)明的另一主題，提供一種通過低溫蒸餾在分離裝置系統(tǒng)中分 離包含一氧化碳、氮、氫和可選的甲烷的混合物的設(shè)備，該設(shè)備包括渦輪 機(jī)，甲烷洗滌塔，汽提塔，CO/CH4塔和脫氮塔——該脫氮塔在CO/CH4 塔的下游或上游，用于將混合物輸送到該分離裝置系統(tǒng)以便獲得富含一氧 化碳并包含氮的流體的裝置，用于將此流體輸送到脫氮塔內(nèi)的裝置，壓縮 機(jī)，用于將來自塔系統(tǒng)的一氧化碳流輸送至壓縮機(jī)的裝置和用于在壓縮機(jī) 的出口處收集高壓一氧化碳流的裝置，用于將該高壓流的一部分輸送到渦輪機(jī)和從渦輪機(jī)輸送到脫氮塔的裝置，用于將該高壓流的另 一部分輸送到
汽提塔的和/或CO/CBU塔的底部再沸器的裝置，用于回收該高壓一氧化碳 流的一小部分作為產(chǎn)品的裝置，熱交換器一一在該熱交換器中高壓一氧化 碳的另 一部分被冷卻，連接于熱交換器和脫氮塔的用于高壓一氧化碳的膨 脹閥，用于根據(jù)再沸騰需求而改變在該閥中膨脹的高壓一氧化碳的流量的 裝置。
可選地，該設(shè)備包括用于測量輸送至(脫氮塔)底部的富含一氧化碳 氣體的流量的裝置。
該發(fā)明思想是設(shè)計該設(shè)備的尺寸而不限制獨立于蒸發(fā)的中壓一氧化碳 的再沸騰部分(從而可以接受全部再沸騰可來自中壓一氧化碳的蒸發(fā))。 然后，在通向汽提塔的和CO/CH4塔(約-110'C )的再沸器的高壓一氧化 碳出口與用于CO/N2塔的再沸騰的進(jìn)給(口 )之間安裝管路。此管路從而 導(dǎo)致管路自身和單個閥的投資/費用(在上游管路(通向進(jìn)給以高壓一氧化 碳的再沸器)和下游管路(蒸發(fā)的中壓一氧化碳)上已經(jīng)有閥)。這樣產(chǎn) 生的中壓一氧化碳不通過交換管路，因此流量可設(shè)定為零以用于該設(shè)備的 運行。在運行期間，如果需要減少蒸發(fā)的中壓一氧化碳而保持較高的再沸 騰流量，那么經(jīng)由此中壓一氧化碳補(bǔ)足即可。
將此"備用"的中壓一氧化碳注入用于所述塔的再沸器的高壓一氧化 碳中的優(yōu)點在于高壓一氧化碳常常比"補(bǔ)充的"高壓一氧化碳更熱，該"補(bǔ) 充的"高壓一氧化碳以和來自第一交換器的合成氣相同的溫度排出。高壓 一氧化碳膨脹到壓力約為4bar (CO/N2塔的操作壓力)時不會產(chǎn)生液體。 即使存在一些液體，此液體不會妨礙操作，那么從中提取更多以便獲得用 于再沸騰的合適的量即可。
本發(fā)明通?？蓱?yīng)用于當(dāng)前系統(tǒng)中具有脫氮功能的任何甲烷洗滌設(shè)備。 但是，當(dāng)可在交換管路中蒸發(fā)的中壓一氧化碳的流量非常明顯地小于再沸 騰流量時，那么有利的是在壓縮機(jī)上安裝中壓出口以避免將較大的高壓流 量膨脹到塔的壓力。
本發(fā)明通常還可應(yīng)用于任何部分冷凝設(shè)備。


參考附圖可較詳細(xì)地描述本發(fā)明，該附圖中示出根據(jù)本發(fā)明的分離方法。
具體實施例方式
為了簡化附圖，僅示出待處理的氣體入口和一氧化碳循環(huán)。
包含一氧化碳、氫、甲烷和氮的流45在交換器9中通過和一氧化碳流 l進(jìn)行熱交換而被冷卻，并被輸送到甲烷洗滌塔Cl,該甲烷洗滌塔C1在 頂部被進(jìn)給有溫度很低的液態(tài)曱烷流(未示出)。
但是，應(yīng)當(dāng)理解(盡管未示出)來自塔Cl的底部的液體被輸送到汽 提塔C2的頂部。來自塔Cl的富含氫的塔頂氣離開該設(shè)備。來自汽提塔 C2的底部的液體被輸送到CO/CBU分離塔C3。來自塔C3的底部的液體 被輸送回塔Cl的頂部。來自塔C3的塔頂氣被輸送到脫氮塔C4的中間位 置，在該脫氮塔C4中，該塔頂氣被分離成底部富含一氧化碳的液體和頂 部富含氮的氣體。所述塔的操作因而和Linde Reports on Science and Technology, "Progress in H2/CO Low-Temperature Separation", Berninger， 44/1988的圖6的工藝操作基本一致。
壓力為2.6bar的非純一氧化碳流1被輸送到壓縮機(jī)VI、 V2以便被壓 縮到25bar至45bar之間、優(yōu)選在35bar至40bar之間的壓力，以便形成 流5。此流被分成構(gòu)成產(chǎn)品的一部分7和被傳送到交換器9的另外的流。 一小部分13在被分成兩部分前完全通過該交換器。第一流55然后被分成 三股流19、 21、 23。第一流19用于使汽提塔C2再沸騰，第二流23用于 使CO/CH4塔C3再沸騰，這兩股流19、 23從而被液化，被冷卻的流19、 23和第三流21—起被輸送至交換器17。流23被分成兩部分， 一部分25 在閥27中膨脹，然后在交換器17中蒸發(fā)，且以氣體形式被輸送到脫氮塔 C4的底部。流23的剩余部分26膨脹到2.6bar的壓力，并在閥中膨脹后 被輸送到分離器罐35中。流21 、 19也在閥中膨脹并被輸送到同 一分離器罐35中。
4艮容易理解除了流25之外或代替此流25，流19、 21之一的一部分可 蒸發(fā)并輸送到脫氮塔C4的底部。
高壓一氧化碳流57在閥59中膨脹，然后被輸送到脫氮塔C4的底部。 如果被輸送到脫氮塔的一氧化碳?xì)怏w流15、 25相對于名義流量至少減少了 5%,或至少減少10%，那么就觸發(fā)輸送在閥59中膨脹的高壓一氧化碳57。
在分離器罐35中形成的氣體43在交換器9中被再次加熱后輸送回壓 縮機(jī)VI。
來自分離器罐35的液體被分成四個部分。 一部分1被傳送到分離器罐 33,在該分離器罐33內(nèi)該部分l形成氣態(tài)部分41和液態(tài)部分31。液態(tài)部 分31在交換器17中蒸發(fā)。氣態(tài)部分41在被輸送回壓縮機(jī)VI前在交換器 17中與流19、 21、 23進(jìn)行熱交換而被加熱。
一部分2用于在和流41混合前使甲烷洗滌塔Cl低溫冷卻。
一部分3用于使CO/CHU塔C3的頂部冷凝，該部分3在該CO/CH4 塔C3的頂部處蒸發(fā)并隨后,皮輸送回壓縮機(jī)VI。
第四部分37和來自脫氮塔的底部液體29混合，并用于冷卻此塔的頂 部。形成的流39,皮輸送回壓縮機(jī)V1。
最后，流11在交換器9中部分冷卻，在渦輪機(jī)T中膨脹，作為流15 在交換器17中冷卻并被輸送到脫氮塔C4的底部。
權(quán)利要求
1.一種通過低溫蒸餾在分離裝置系統(tǒng)中分離包含一氧化碳、氮、氫和可選的甲烷的混合物的方法，所述分離裝置系統(tǒng)包括渦輪機(jī)(T)、甲烷洗滌塔(C1)、汽提塔(C2)、CO/CH4塔(C3)和脫氮塔(C4)，該脫氮塔在CO/CH4塔的下游或上游，將混合物在CO/CH4塔中分離以便獲得富含一氧化碳并包含氮的流體，將此流體在脫氮塔中進(jìn)行分離，將來自該塔系統(tǒng)的一氧化碳流在壓縮機(jī)(V1、V2)中壓縮至高壓，可選地在25bar至45bar之間，將高壓一氧化碳(11、15)從該壓縮機(jī)傳送到渦輪機(jī)，并從渦輪機(jī)傳送至脫氮塔，將高壓一氧化碳流的一小部分(7)用作產(chǎn)品，并使可選地在25bar至45bar之間的該高壓一氧化碳的另一部分(57)在膨脹前進(jìn)行冷卻，其特征在于，至少有時該冷卻的高壓一氧化碳的另一部分的可變量在被輸送到脫氮塔的底部之前在閥(59)中膨脹，在該閥中膨脹的流量隨著脫氮塔的再沸騰需求而變化，并將可選地在25bar至45bar之間的高壓一氧化碳的一小部分輸送到汽提塔的和/或CO/CH4塔的底部再沸器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高壓在25bar至 45bar之間。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，其特征在于，測量 輸送到脫氮塔(C4)底部的富含一氧化碳的氣體(15、 25),并根據(jù)輸送 到脫氮塔底部的富含一氧化碳的氣體的流量而觸發(fā)輸送在所述閥(59)中 膨脹的高壓一氧化碳(57)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當(dāng)被輸送到脫氮塔的 一氧化碳?xì)怏w(15、 25)的流量相對于名義流量至少減少5%,或甚至至 少減少10%時，觸發(fā)輸送在所述閥(59)中膨脹的高壓一氧化碳(57)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的方法，其特征在于，所述 高壓對應(yīng)于壓縮才幾(Vl、 V2)的最后一級的出口壓力。
6. —種通過低溫蒸餾在分離裝置系統(tǒng)中分離包含一氧化碳、氮、氬和可選的曱烷的混合物的設(shè)備，該設(shè)備包括渦輪機(jī)；甲烷洗滌塔(C1); 汽提塔(C2 ) ; CO/CH4塔(C3 );和脫氮塔(C4 )，該脫氮塔在CO/CH4 塔的下游或上游；用于將混合物輸送到該分離裝置系統(tǒng)以便獲得富含一氧 化碳并包含氮的流體的裝置；用于將此流體輸送到脫氮塔內(nèi)的裝置；壓縮 機(jī)(V1、 V2);用于將來自塔系統(tǒng)的一氧化碳流輸送至壓縮機(jī)的裝置和用 于在壓縮機(jī)的出口處收集高壓一氧化碳流的裝置；用于將該高壓流的一部分輸送到渦輪機(jī)和從渦輪機(jī)輸送到脫氮塔的裝置；用于將該高壓流的另一 部分輸送到汽提塔的和/或CO/CH4塔的底部再沸器的裝置；用于回收該高 壓一氧化碳流的一小部分作為產(chǎn)品的裝置；熱交換器(9),在該熱交換器 中高壓一氧化碳的另 一部分被冷卻；連接于該熱交換器和脫氮塔的用于高 壓一氧化碳的膨脹閥(59);用于根據(jù)再沸騰需求而改變在該閥中膨脹的 高壓一氧化碳的流量的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括用于測量 輸送至脫氮塔(C4)底部的富含一氧化碳?xì)怏w(15、 25)的流量的裝置， 和用于根據(jù)輸送到脫氮塔底部的富含一氧化碳的氣體的流量而觸發(fā)輸送在 所述閥(59)中膨脹的高壓一氧化碳(57)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過低溫蒸餾在分離裝置系統(tǒng)中分離包含一氧化碳、氮、和氫的混合物的方法，所述分離裝置系統(tǒng)包括脫氮塔(C4)和至少另一個塔，所述方法包括將混合物分離以便獲得富含一氧化碳并包含氮的流體，在脫氮塔中分離該流體，在壓縮機(jī)(V1、V2)中將來自塔系統(tǒng)的一氧化碳流壓縮至高壓，該一氧化碳流的一小部分(7)用作產(chǎn)品，將冷卻的高壓一氧化碳流的可變量(57)供應(yīng)到脫氮塔的塔內(nèi)之前使其在閥(59)中膨脹，并根據(jù)脫氮塔的再沸騰需求而改變在該閥中膨脹的流量。
文檔編號F25J3/02GK101568788SQ200780047765
公開日2009年10月28日 申請日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者A·埃爾南德斯, A·達(dá)德 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司