專利名稱：用于低溫分離氮和一氧化碳的混合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于低溫分離氮和一氧化碳的混合物的方法和單元。
背景技術(shù)：
用于生產(chǎn)一氧化碳和氫的單元可分成兩個(gè)部分-生成合成氣(主要包含H2,CO, CH4, CO2, Ar和N2的混合物)。在各種工業(yè)合成氣生產(chǎn)工藝中，基于煤氣化的生產(chǎn)工藝變得越來(lái)越廣泛，特別是在煤礦藏豐富的國(guó)家例如中國(guó)。對(duì)于僅生產(chǎn)CO或者低h2/co產(chǎn)量比的情況，天然氣的部分氧化的工藝也證明是有利的。另一工藝是蒸汽重整。-凈化合成氣。其中設(shè)有-具有液體溶劑的洗滌單元，以去除合成氣中包含的大部分酸性氣體；-用于在吸附床上凈化的凈化單元；-用于生產(chǎn)CO、被稱為冷箱的低溫分離單元。在由蒸汽重整爐產(chǎn)生的合成氣的情況下，對(duì)于生產(chǎn)壓力下的CO和氫，最常見(jiàn)的低溫過(guò)程是甲烷洗滌，合成氣中殘留的甲烷含量與甲烷洗滌過(guò)程相容。在某些情況下，需要在 冷箱中包括co/n2分離塔，特別是當(dāng)天然氣中的氮含量與不具有此co/n2塔的情況下CO產(chǎn)品的純度不相容時(shí)。FR-A-2910603中描述了一種具有C0/N2塔的甲烷洗滌布置。在某些煤氣化工藝的情況下，所產(chǎn)生的合成氣在冷箱中通過(guò)沒(méi)有循環(huán)的部分冷凝進(jìn)行處理，惰性成分(CH4, Ar和N2)的含量非常低并與CO的純度相容。EP-A-1729077和FR-A-2930332A中描述了不具有分離塔的部分冷凝布置。US-A-4478621中描述了一種具有C0/N2塔的部分冷凝布置。C0/N2塔的再沸通過(guò)將來(lái)自CO壓縮機(jī)的處于中壓下的CO直接供給到塔的底部來(lái)提供。在合成氣中的甲烷含量使得不能完成CO和氫的聯(lián)合生產(chǎn)中的甲烷洗滌過(guò)程并且合成氣中的氮含量在沒(méi)有co/n2分離時(shí)與CO的純度不相容的情況下，根據(jù)本發(fā)明的單元是包括co/n2塔的部分冷凝單元，其具有用于合成氣的冷卻和用于co/n2分離能量的公共集成循環(huán)。C0/N2塔再沸能量的至少一部分由外部再沸器提供，其中C0/N2塔的原料氣體完全或部分冷凝。這使得可以減少循環(huán)壓縮機(jī)的MPCO流并且因此使壓縮機(jī)的能量減少15%左右。工藝布置可僅包括co/n2蒸餾塔或者包括帶有co/ch4塔的co/n2塔。本發(fā)明也適用于期望引入用于處理來(lái)自不包括C0/N2塔的冷箱的不純CO的co/n2分離塔的情況。由于隨著時(shí)間的推進(jìn)CO中的氮含量增加，因此需要增加co/n2分離步驟。新塔然后被安裝在需要被供應(yīng)致冷和再沸能量的專用冷箱中。DE-A-4228784和DE-A-2147465描述了類似于圖I的、包括權(quán)利要求I的前序部分的特征的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)主題，提供了一種用于在蒸餾塔中分離作為主要成分包含氮和一氧化碳以及可選地氫的原料氣體的方法，其中i)原料氣體在熱交換器中冷卻；ii)將原料氣體的至少一部分或者來(lái)自原料氣體的氣體的至少一部分傳送至蒸餾塔的塔底再沸器以便使其至少部分地冷凝，同時(shí)生產(chǎn)液體和可選地氣體；iii)將所述液體的至少一部分和可選地所述氣體的至少一部分傳送至所述塔；iv)從塔抽取出富含氣態(tài)氮的流；
V)從塔抽取出富含一氧化碳的流，使其在熱交換器中被加熱，其特征在于，所述富含一氧化碳的流被壓縮以便提供處于產(chǎn)品壓力下的富含一氧化碳的產(chǎn)品，原料氣體在冷卻后被傳送至第一分相器，使來(lái)自第一分相器的液體膨脹，將膨脹后的液體傳送至第二分相器，并且使來(lái)自第二分相器的液體的至少一部分蒸發(fā)以便得到將被傳送至再沸器的氣體?？蛇x地-所述一氧化碳的一部分被壓縮至小于或等于產(chǎn)品壓力的壓力，在所述熱交換器中冷卻并且被傳送至蒸餾塔的底部；-來(lái)自第二分相器的液體的至少一部分在熱交換器中蒸發(fā)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于分離作為主要成分包含氮和一氧化碳以及可選地氫的原料氣體的單元，包括i )具有塔底再沸器和可選地頂部冷凝器的蒸餾塔；ii)熱交換器；iii)壓縮機(jī)；iv)用于將原料氣體傳送進(jìn)熱交換器的裝置；V)用于將原料氣體的至少一部分或者來(lái)自原料氣體的氣體的至少一部分傳送至所述再沸器以便使其至少部分地冷凝，同時(shí)生產(chǎn)液體和可選地氣體的裝置；Vi)用于將所述液體的至少一部分和可選地所述氣體的至少一部分傳送至所述塔的至少若干裝置；vii)用于從塔抽取出富含氣態(tài)氮的流的裝置；viii)用于從塔抽取出富含一氧化碳的流和用于將其傳送至熱交換器的裝置，其特征在于，所述單元包括用于將所述富含一氧化碳的流傳送至所述壓縮機(jī)以便提供處于產(chǎn)品壓力下的富含一氧化碳的產(chǎn)品的裝置、第一分相器、第二分相器、用于將冷卻的原料氣體傳送進(jìn)第一分相器的裝置、用于使來(lái)自第一分相器的液體膨脹的膨脹閥、用于將膨脹的液體傳送進(jìn)第二分相器的裝置、以及用于使來(lái)自第二分相器的液體的至少一部分蒸發(fā)以便得到將被傳送至再沸器的氣體的裝置?？蛇x地，所述單元包括-用于將處于小于或等于產(chǎn)品壓力的壓力下的富含一氧化碳的流的一部分傳送至熱交換器并且然后傳送至蒸餾塔的底部的裝置；-所述熱交換器連接到所述塔并連接到第二分相器，從而使來(lái)自第二分離器的液體的至少一部分蒸發(fā)以便得到塔底再沸器的加熱氣體；
-蒸餾塔包括頂部冷凝器；-用于將來(lái)自所述塔的塔底液體傳送至頂部冷凝器的裝置；-用于將蒸發(fā)的塔底液體傳送至壓縮機(jī)的裝置。


下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。其中，圖I示出基本上根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的單元，其用于分離作為主要成分包括氮和一氧化碳的氣體；圖2和3示出根據(jù)本發(fā)明的單元，其用于分離作為主要成分包括氮、氫和一氧化碳的氣體。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，氮和一氧化碳的流I在熱交換器3中冷卻。流I在再沸器5中至少部分地冷凝，再沸器5被供給來(lái)自塔15的塔底液體。蒸發(fā)的液體被傳送回該塔。所述至少部 分地冷凝的流在閥7中膨脹并被傳送至分相器9。來(lái)自該分相器的液體11和來(lái)自分相器9的氣體13在不同或相同的高度被傳送至該塔。該塔的塔底液體在閥19中膨脹并被傳送至形成該塔的一部分的頂部冷凝器23。氮流作為吹洗流25抽取出并在熱交換器3中被加熱。蒸發(fā)的一氧化碳27也在熱交換器3中被加熱并在壓縮機(jī)的第一級(jí)29中被壓縮。其在冷卻器31中被水冷卻并且然后分為兩部分。流33在熱交換器3中冷卻至中間溫度以便形成被傳送至塔15的底部的流45。流41在熱交換器3中僅部分地冷卻、在渦輪機(jī)43中膨脹并與流27再混合。一氧化碳的其余部分通過(guò)壓縮機(jī)的級(jí)37被壓縮至產(chǎn)品壓力并通過(guò)冷卻器31A冷卻以便形成產(chǎn)品流39。級(jí)29甚至更小，因?yàn)橥ㄟ^(guò)流I提供再沸的一部分。參照?qǐng)D2，氮、氫和一氧化碳的流I在熱交換器3中并且然后在熱交換器3A中冷卻。流I被傳送至第一分相器51，在此處被分離成富氫氣體流53和液體流57。流53在熱交換器3和3A中被加熱，流57在閥55中膨脹并且然后被傳送至第二分相器61。來(lái)自第二分相器的氣體在熱交換器3、3A中被加熱以便形成流77。液體63分成兩部分。一部分67在閥69中膨脹、被傳送至分相器71、然后所形成的流73、75被傳送至蒸餾塔5。來(lái)自分離器61的液體的其余部分65在熱交換器3A中被加熱以便形成流65，該流65用于加熱再沸器5，再沸器5被供給以來(lái)自塔15的塔底液體17。在已用于使該塔再沸騰后，流65以與圖I所示相同的方式在閥7中膨脹、被傳送至分離器9、然后被傳送至該塔。氮流作為吹洗流25抽取出并在熱交換器3中被加熱。蒸發(fā)的一氧化碳27也在熱交換器3中被加熱并在壓縮機(jī)的第一級(jí)29中被壓縮。其在冷卻器31中被水冷卻并且然后分為兩部分。流33在熱交換器3中冷卻至中間溫度并且分成兩部分以便形成流133。該流133在熱交換器135中與液氮137換熱而被冷卻。液氮137蒸發(fā)并在熱交換器3中被加熱。流133膨脹并與閥19下游的流21混合。流45在熱交換器3A中冷卻之后被傳送至塔5的底部。液態(tài)一氧化碳79被從冷凝器23抽取出、在閥81中膨脹、傳送至分相器83以便生成液態(tài)部分和氣態(tài)部分。液態(tài)部分在交換管線3A中蒸發(fā)并且氣體87與將用于壓縮機(jī)29的一氧化碳流27混合。參照?qǐng)D3，氮、氫和一氧化碳的流I在熱交換器3中并且然后在熱交換器3A中冷卻。流I被傳送至第一分相器51，在此處被分離成富氫氣體流53和液體流57。流53在熱交換器3和3A中被加熱，流57在閥55中膨脹并且然后被傳送至第二分相器61。來(lái)自第二分相器的氣體在熱交換器3、3A中被加熱以便形成流77。液體63分成兩部分。一部分67在閥69中膨脹、被傳送至分相器71、然后所形成的流73、75被傳送至蒸餾塔5。來(lái)自分離器61的液體的其余部分65在熱交換器3A中被加熱以便形成流65，該流65用于加熱再沸器5，再沸器5被供給以來(lái)自塔5的塔底液體17。在已用于使該塔再沸騰后，流65以與圖I所示相同的方式在閥7中膨脹、被傳送至分離器9、然后被傳送至該塔。氮流作為吹洗流25抽取出并在熱交換器3中被加熱。蒸發(fā)的富一氧化碳流27也在熱交換器3中被加熱并在壓縮機(jī)的第一級(jí)29中被壓縮。其在冷卻器31中被水冷卻并且然后分為兩部分。流33在熱交換器3中冷卻至中間溫度并且分成兩部分以便形成流93。該流93在渦輪機(jī)91中膨脹以便形成膨脹流93，該膨脹流93與流27混合以便在熱交換器3中被加熱。源自級(jí)29的流45在熱交換器3A中冷卻之后被傳送至塔5的底部。液態(tài)一氧化碳79被從冷凝器23抽取出、在閥81中膨脹、傳送至分相器83以便生成液態(tài)部分和氣態(tài)部分。液態(tài)部分在交換管線3A中蒸發(fā)并且氣體87與將用于壓縮機(jī)29 的一氧化碳流27混合。
權(quán)利要求
1.一種用于在蒸餾塔(15)中分離作為主要成分包含氮和一氧化碳以及可選地氫的原料氣體的方法，其中 i)原料氣體在熱交換器(3)中冷卻； ii)將原料氣體的至少一部分或者來(lái)自原料氣體的氣體的至少一部分傳送至所述蒸餾塔的塔底再沸器(5)以便使其至少部分地冷凝，同時(shí)生產(chǎn)液體和可選地氣體； iii)將所述液體的至少一部分和可選地所述氣體的至少一部分傳送至所述塔； iv)從塔抽取出富含氣態(tài)氮的流； V)從塔抽取出富含一氧化碳的流，使其在熱交換器中被加熱，其特征在于，所述富含一氧化碳的流被壓縮以便提供處于產(chǎn)品壓力下的富含一氧化碳的產(chǎn)品，原料氣體在冷卻后被傳送至第一分相器(51)，使來(lái)自第一分相器(61)的液體膨脹，將膨脹后的液體傳送至第二分相器，并且使來(lái)自第二分相器的液體的至少一部分蒸發(fā)以便得到將被傳送至塔底再沸器的氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述一氧化碳的一部分被壓縮至小于或等于所述產(chǎn)品壓力的壓力，在所述熱交換器(3)中冷卻并且被傳送至所述蒸餾塔(15)的底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中來(lái)自第二分相器(61)的液體的至少一部分在所述熱交換器(33)中蒸發(fā)。
4.一種用于分離作為主要成分包含氮和一氧化碳以及可選地氫的原料氣體的單元，包括 a.具有塔底再沸器(5)和可選地頂部冷凝器(23)的蒸餾塔(15)； b.熱交換器(3)； c.壓縮機(jī)(29，37)； d.用于將原料氣體傳送進(jìn)所述熱交換器的裝置； e.用于將原料氣體的至少一部分或者來(lái)自原料氣體的氣體的至少一部分傳送至所述再沸器以便使其至少部分地冷凝，同時(shí)生產(chǎn)液體和可選地氣體的裝置； f.用于將所述液體的至少一部分和可選地所述氣體的至少一部分傳送至所述塔的至少若干裝置； g.用于從塔抽取出富含氣態(tài)氮的流的裝置； h.用于從塔抽取出富含一氧化碳的流和用于將其傳送至所述熱交換器的裝置，其特征在于，所述單元包括用于將所述富含一氧化碳的流傳送至所述壓縮機(jī)以便提供產(chǎn)品壓力下的富含一氧化碳的產(chǎn)品的裝置、第一分相器(51)、第二分相器(61)、用于將冷卻的原料氣體傳送進(jìn)所述第一分相器的裝置、用于使來(lái)自所述第一分相器的液體膨脹的膨脹閥(55)、用于將膨脹的液體傳送進(jìn)所述第二分相器的裝置、以及用于使來(lái)自所述第二分相器的液體的至少一部分蒸發(fā)以便得到將被傳送至所述塔底再沸器(5)的氣體的裝置(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單元，包括用于將處于小于或等于所述產(chǎn)品壓力的壓力下的富含一氧化碳的流的一部分傳送至所述熱交換器(3)并且然后傳送至所述蒸餾塔(15)的底部的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單元，其中所述熱交換器(3)連接到所述塔(15)并連接到所述第二分相器(61)，從而使來(lái)自所述第二分離器的液體的至少一部分蒸發(fā)以便得到所述塔底再沸器(5)的加熱氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單元，其中所述蒸餾塔包括頂部冷凝器。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的單元，包括用于將來(lái)自所述塔的塔底液體傳送至所述頂部冷凝器的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求9所述的單元，包括用于將蒸發(fā)的塔底液體傳送至所述壓縮機(jī)的裝置。
全文摘要
在一種用于在蒸餾塔(15)中分離作為主要成分包含氮和一氧化碳的原料氣體的方法中原料氣體在熱交換器(3)中冷卻；原料氣體的至少一部分或者來(lái)自原料氣體的氣體的至少一部分被傳送至蒸餾塔的再沸器(5)以便使氣體冷凝，同時(shí)生產(chǎn)液體和可選地氣體；所述液體的至少一部分被傳送至所述塔；從塔抽取出富含氮?dú)獾牧?；從塔抽取出富含一氧化碳的流，使其在熱交換器中被加熱，并且被壓縮以便提供處于產(chǎn)品壓力下的富含一氧化碳的材料；原料氣體在冷卻后被傳送至第一分相器(51)；從第一分相器(51)釋放液體；所釋放的液體被傳送至第二分相器；并且使來(lái)自第二分相器的液體的至少一部分蒸發(fā)以便獲得將被傳送至塔底再沸器的氣體。
文檔編號(hào)F25J3/02GK102893110SQ201080053291
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者A·埃爾南德斯, A·達(dá)德, B·索尼耶 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