CN102015974A - 处理氢气和一氧化碳的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在各种实施方式中，对包含氢气和一氧化碳的各种进料气流进行处理转化为产物流。例如，进料气流可采用费-托法或甲醇合成法进行处理。通过利用变压吸附系统来回收低纯度产物气流的方式，将未转化的氢气和一氧化碳以高回收率进行再循环和/或除去惰性组分以防止在再循环系统中累积。

Description

处理氢气和一氧化碳的系统和方法
优先权声明
本申请要求于2008年2月20日提交的美国专利申请序列号61/030,207的优先权，以及于2008年2月20日提交的美国专利申请序列号61/030,199的优先权，这些申请的全文通过参考结合于本文。
技术领域
本发明涉及处理一氧化碳和氢气的方法和系统。
背景技术
烃和含碳原料可转化为各种H2与CO的比例的H2+CO合成气混合物。采用催化方法可将这些合成气混合物转化为有价值的烃和化学品。所述原料的例子有煤、天然气、石油馏分、沥青和焦油类精炼废弃物、石油焦(pet-coke)和各种形式的生物质。用于制备合成气的主要转化方法的例子是部分氧化、蒸汽转化、自热重整、对流重整、一氧化碳变换、以及这些方法的组合。
发明概述
在各种实施中，未转化的合成气是合成方法中合成气催化转化后留下的副产物，除了氢气和一氧化碳外还包括不参与反应的惰性气体组分，以及转化过程的一些残余产物和副产物。例如，催化方法例如费-托(Fischer-Tropsch(FT))，烃、甲醇、羰基合成醇和甲烷一般不会导致进料合成气完全转化为所需产物。仍会有一些未转化的合成气最好能再循环返回催化转化工艺的进口。未转化的合成气一般伴随有惰性气体，例如氩气、氮气、二氧化碳和甲烷，它们由和用于部分氧化或自动热重整产生合成气的氧的混合物产生，或由所用的含碳原料或烃原料产生。此外，在催化合成气转化过程中可能存在副反应，产生如CH4、CO2的副产物，以及可能的C3和C4组分以及氧化的有机组分。
为提高工艺经济性，通过对催化合成气转化工艺的最后排出气体进行处理可以使原料转化为最终产物的转化率达到最高或者得到提高，所述处理具有以下一个或多个总体特征：
·分离未转化的合成气和最小比例的惰性产物和其他副产物，并将未转化的合成气和惰性产物和气体副产物返回合成气转化工艺的进料点。选择再循环的惰性产物的比例，以抑制催化转化工艺中累积的惰性气体的浓度，惰性气体的浓度可能会影响反应的转化率和/或平衡。
·分离自反应系统排出的未转化气体中的烃馏分并将特定量(如，最大量、阈值)的烃再循环返回合成气生产工艺。
·分离二氧化碳和其他惰性气体如氩气和氮气，以及特定浓度(如，最小、阈值)的易燃性组分，并将这些作为放空气流排放到燃料气体主体，进行燃烧并将燃烧产物释放到大气或者进行进一步的处理。
这些特征可以通过将气体分离和再循环组合来实现，气体分离和再循环的组合可随用于产生合成气的工艺技术以及考虑的催化合成工艺气工艺、和用于该合成气生产工艺的原料而变化。
在附图和以下描述中提供本发明的一个或多个详细的实施方式。由这些描述和附图，本发明的其他特征、目标和优点将是显而易见的。
附图简要描述
图1是常规甲醇装置的例子。
图2图示具有变压吸附系统的合成气转化工艺的例子。
图3图示具有变化吸附系统处理的循环的费-托处理系统的例子；和
图4图示示例的吸附器系统。
各附图中相同的标记表示相同的部件。
发明详述
在优选将未转化的合成气再循环和/或限制合成气进料中惰性组分浓度的系统中，基于合成气在该系统中转化为产物的各种实施方式中，根据变压吸附工艺设计废气处理系统，变压吸附工艺不是用来产生纯产物而是用来以合理回收率分离CH4和低分子量烃以及痕量氧化产物(oxygenate)和其他高分子量副产物，然后进行第二变压吸附工艺从富含合成气的再循环物料分离非烃惰性产物，例如氩气和氮气。该系统的特征是产生高比例的任何存在的CO2与烃馏分。这种最小合成气含量的CO2/烃馏分可以再循环返回合成气生产工艺，可以用作合成气生产的原料或者作为燃料气体，或者两种的组合。
图1示出常规甲醇装置例子100，该装置使用天然气进料106和氧气进料110至自动热重整器101，该自动热重整器产生合成气进料107，至一次通过型催化甲醇反应器102和产物甲醇分离系统，产生甲醇产物流111。表1包括了在图1所示的系统100的示例物流。
表1
  磅/摩尔/小时   甲醇装置进料   甲醇产物(燃料级)   吹扫用气体
  CO   4667.4   71.4   551.0
  H2   9458.4   20.4   1230.4
  CO2   831.2   213.6   571.0
  H2O   48.2   94.3   0.5
  CH4   294.2   0   294.3
  N2+Ar   34.0   0   34.0
  CH3OH   0   4068.5   22.2
  总量   15333.4   4468.5   2683.4
  压力(巴)   101.8   96.6   96.6
  温度(℃)   37.8   37.8   37.8
如图1所示，通过从该系统连续抽出吹扫用气体121，可避免惰性气体CH4和N2+Ar的累积。提供气体循环器105，使已分离甲醇产物后离开该催化反应器102的总气流109的一部分，即物流116可再循环作为物流118，加入到合成气进料物流107，向甲醇反应器提供进料物流108。物流116的循环速率可由允许的回路中惰性气体的浓度水平决定。可以在5-20％惰性气体浓度范围。惰性气体的存在降低了合成气的分压，减小在设定温度下的平衡甲醇转化率。进料合成气的来源影响吹扫量和再循环比。在物流-天然气重整器中由天然气产生的不含氮气的合成气只有CH4惰性气体。通过部分氧化由煤产生的合成气或者通过基于氧的工艺由天然气产生的合成气可含有CH4，以及N2+Ar惰性气体。吹扫用气体121含有在甲醇装置进料107中12.6％的H2+CO，它们必须用作燃料气体。可将吹扫用气体分离为可再循环至甲醇装置进料的富含H2+CO的物流，加上可再循环至产生合成气的进料的富含CH4的物流，加上含有大量N2+Ar惰性气体的燃料气体。这将导致降低合成气生产单元的投资费用并减少至合成气生产单元的天然气和氧气进料的消耗。与直接燃烧吹扫用气体物流121相比，原料转化为合成气的热转化率更高。
图2示出示例的处理系统200，该系统包括示例的吸附器系统230，在该处理系统中提供再循环。包含烃加上蒸汽和氧气的任意组合的原料206与至少含CH4的再循环物流225一起混合作为物流219，该物流219在合成气产生装置201中处理，产生含H2和CO的合成气与CH4、CO2和任选的N2+Ar惰性气体的物流207并被水蒸气饱和。任选地，装置201可包括从合成气产物流207除去大量CO2的步骤。含H2、CO与可允许总浓度(如，制备具有所需性质如浓度或组成的系统产物所允许的最小量)的惰性组分CO2、CH4和N2+Ar惰性气体的物流218与物流207结合。合并的物流208进入催化合成气转化工艺202，产生分离的产物流211和未转化H2+CO与CO2、CH4、惰性气体N2+Ar、痕量产物和可能的少量副产物的物流209。物流209进入第一变压吸附气体分离系统203(PSA1)，在该系统中将物流分离为两个馏分。第一馏分210包含大多数的CH4与催化转化工艺的任何高分子量烃或副产物，以及大多数CO2。还存在一些H2、CO和N2+Ar惰性气体。至少一部分物流210作为物流220可以再循环到合成气产生工艺201，一部分至少用作燃料气流221的一部分，用于抑制N2+Ar在该系统中累积。物流220在压缩机222中压缩到至合成气产生单元201的进料的压力，并作为物流223递送。第一物流210是包括从PSA1吸附的物质的低压产物，该低压产物在PSA 1操作周期的再生阶段已经被吸附。来自PSA 1的第二物流212包括来自进料物流209的高压未吸附组分如H2、CO、N2+Ar与少量CH4和CO2。PSA1的一个特征是，该单元设计用来分离，但不是从进料气流完全分离CH4。可以选择从进料气流分离甲烷的量，以充分抑制闭合回路的合成气转化工艺中甲烷浓度显著大于特定值(如，显著影响工艺的量)。在一个实施方式中，分离80-98％甲烷。在另一个实施方式中，分离85-95％甲烷。这使得物流209中的CO2的分离效率达到95-99％。对PSA进行设计，设定的操作周期能获得在物流212中H2和CO合成气的最大回收率，和在物流210中H2+CO的最小回收率，与将物流再循环至合成气产生和转化单元以在该系统中保持可接受水平惰性组分所需的分离物流210中被吸附组分的量一致。大部分的N2+Ar惰性气体将随物流212离开。
此时对气流212进行处理以从合成气产生步骤201的初始进料物流207中存在的N2+Ar惰性气体中回收约25-60％的显著比例的N2+Ar惰性气体。这可以通过将物流212分成两个物流来实现。第一物流215从第二PSA2即单元204旁路。第二物流214进入PSA2即单元204，在该单元中第二物流分离为低压物流213和高压物流217，低压物流213包含吸附的氮气、氩气、与一些H2和CO一起的组分，高压物流217包含大部分的H2、一些N2+Ar和任选的一些CO。进料气流214中N2+Ar的浓度可以累积到高至约25-30％，可以在10-20％范围。从物流214除去的N2+Ar量可以在50-90％范围，例如约70-85％。这种性能规范足以允许合理量的CH4、N2+Ar和CO2惰性气流存在于合成气转化回路中，同时回收并再循环未转化的合成气至转化工艺202，否则与吹扫用气体排空，用作一部分燃料气流。
在一些实施方式中，合成气进料207含有3％的(CH4+N2+Ar)。至产物转化步骤的进料208中(CH4+N2+Ar)浓度为10％。对这种情况，至燃料的吹扫用气流中存在的合成气必须减至最少或通过其他方式减少。PSA1的设计是基于在低压废气流210中的物流109中存在90％CH4+10％(H2+CO+N2+Ar)，而在加压产物流体212中可保留10％CH4和90％(H2+CO+N2+Ar)。设计PSA 2可用来分离纯度约为90-95％的H2，其含有5-10％N2+Ar。因为通过PSA1提高加压产物流212中(N2+Ar)的浓度，自然要指定PSA2来消除或者减少N2+Ar的显著部分。在操作中，PSA2将物流214中存在的大部分的CO分离到低压物流210，因此规定该物流214必须(如最小化)使总体质量平衡达到燃料气流221中的H2+CO总损失小于进料物流207中H2+CO的2％，该燃料气流221由物流213和一部分物流210整体构成。应注意，燃料气流210富含CH4，其组成应使物流210的至少一部分作为进料即物流220至合成气产生系统201，前提是物流221有足够流量以抑制该系统中N2+Ar的过度累积。
虽然上面描述了特定合成气物流，但是可以向吸附器系统提供各种进料。合成气的组成可根据天然气进料物流以及任选提供给合成气产生系统的氧气的性质(如，组成、浓度等)变化。例如，物流中甲烷的量可依据提供给合成气产生系统的进料气体的性质变化。N2+Ar的量可依据该合成产生单元201中所用的氧气的纯度变化。此外，可使用天然气以外的进料来产生合成气和/或可以将合成气以外的进料提供给吸附器系统。
吸附器系统230包括变压吸附系统。PSA1和PSA2都包括多个容器单元，每个容器都相同并配备管道歧管和转换阀系统，使各容器可进行如下系列处理步骤(根据PSA1)：
步骤1-进料气体209在20-95巴的常规压力下进入立式容器的底部，向上通过，在顶部离开该容器。吸附剂除去大部分的CH4和CO2，以及水蒸气和高级烃和最少量副产物组分。H2+CO与大部分N2+Ar和少部分CH4与CO2一起离开容器顶部。
步骤2-任选地，将该容器顶部与部分加压的容器顶部连接，使两个容器的压力达到平衡。
步骤3-将该容器顶部与减压并进行吹扫的容器的顶部连接，使两个容器的压力达到平衡。
步骤4-通过打开从该容器底部的出口连接至低压集管210，使该容器减压，该低压集管的压力约为1.05-2巴，并与燃料气体管21以及循环气体管220连接，输送至再循环压缩器222。
步骤5-将容器顶部与产物出口集管212连接，减小受控的产物气体流动的压力，逆流通过床，并从容器底部排放至燃料气体集管210。这种较低分压的CH4和CO2的低压流动使这些组分加上水蒸气以及其他烃和少量副产物从该容器中的固体吸附剂上脱附。
步骤6和7-按照步骤2和3中所述，在一个阶段或者任选的两个或更多个阶段，通过将该容器顶部与一个容器的顶部逃逸管(coming off-line)连接，使用来自一个或多个为移出管的床、用于低压再生的气体使床逐渐增压。
步骤8-该容器顶部与产物出口集管212连接，使该容器完全加压。
步骤9-该容器底部与进料气体集管209连接，使容器处于在线操作中。
可以重复该顺序。在一些实施方式中，可以将该周期设计成对各步骤的总周期时间例如为5-15分钟。各步骤的周期时间设定为能使4-12个床按照类似于本技术领域的技术人员熟知的互锁顺序进行变换。
虽然以上按照一种顺序和9个步骤进行描述，但是各种实施方式可包括一个或多个步骤。例如，可以将各步骤合并、删除或添加。此外，各步骤的顺序可以进行变化。例如，该方法可以包括真空吹扫步骤(如，可以使用真空式吸送器来脱附二氧化碳)和/或并流漂洗步骤。
在一些实施方式，可根据最终产物流的所需性质(如再循环至该工艺)选择用于吸附剂的吸附材料。例如，氧化铝或硅胶可吸附水和CO2；活性碳可吸附CO2、CH4、低分子量烃和有机物组分；分子筛例如3A、4A、5A、13X可吸附N2、CO和Ar。
在一些实施方式中，吸附剂可包括在床的层状结构中的吸附材料。可以选择吸附材料的构形，以适合指定的任务或工艺。为PSA1要求的任务可包括一层用于吸附水和一部分CO2的氧化铝，然后是一层用于吸附大量CH4和一部分CO2的碳。PSA的一个特征包括选择性除去大部分的CH4和CO2，具有H2和CO的最大流动至产物主流212。
在一些实施方式中，PSA2可设计为多容器系统，各相同容器具有不同吸附剂的层状床，各吸附剂用来处理来自PSA1的干燥出口气体214的一部分，以除去大部分的氮气和尽可能多的氩气以及少量的共吸附的CO。在一些实施方式中，在PSA进料物流214中因为不可避免的N2共吸附造成的CO的系统损失不会产生问题，因为该系统至燃料气流221的进料物流207中的H2+CO损失仍小于2％。物流213中自PSA2的H2损失约为进料物流214中H2的5-10％。
PSA2的操作步骤与PSA1类似。自PSA2的废气集管213与共同的燃料气体集管连接，并作为物流221的一部分任选与物流210的一部分一起排空。该产物和废气流中的压力波动和不连续性可通过采用工业皆知的标准化标准，使用气体体积或设置在废物和出口集管的稳压罐得到弥补。
在合成气转化处理系统中，新的合成气进料(如物流207)含有来自天然气进料和氧气进料的N2+Ar，至合成气产生单元201，用于部分氧化(POX)反应器或者自热重整器。分离惰性气体为物流213，该物流是PSA 2的总废物流，与部分PSA1的废物流210一起得到物流221。在一些实施方式中，物流212中惰性气体(如N2+Ar)的浓度必须不高于15％。该限制可以控制至PSA2的进料214的流量。
虽然上面描述了具体合成气物流，但是可以向该系统提供各种进料。合成气的组成可以根据提供给合成气产生系统的天然气进料物流的性质(如，组成、浓度等)变化。例如，物流中的甲烷量可随提供给合成气产生系统的进料气体的性质变化。此外，可以使用除天然气外的进料来产生合成气和/或还可以向该系统提供合成气以外的进料。
表2a-b包括图3所示系统300的热值和质量值，该系统是采用费-托方法由H2和CO合成气生产烃液体(如，25,000桶/天基准)。至该装置的合成气产生部分的氧气和新天然气进料包含总量102千克摩尔/小时的N2+Ar。一些富含分离的CH4和CO2的废气被压缩和再循环到合成气产生部分。该气流还含有一些N2+Ar。因此，进料物流301含有142.1千克摩尔/小时的N2+Ar，而排放到燃料气体主体的物流310含有102千克摩尔/小时N2+Ar。
表2a
  物流   301   302   303   304   305   310
  组分
  CO   9521.6   828.3   10349.9   94.9   52.7   147.1
  H2   18919.4   2024.6   20944.0   232.1   127.5   173.9
  CO2   1345.7   25.1   1370.8   2.8   694.2   697.0
  CH4   753.4   88.2   841.6   10.1   450.1   460.2
  N2+Ar   142.1   659.5   801.6   75.5   41.6   102.0
  总量，千克摩尔/小时   30682.2   3625.7   34307.9   415.4   1366.1   1580.2
  温度(℃)   30   30   30   30   30   30
  压力(巴)   33   33   33   37   1.3   1.3
表2b
  物流   307   308   309   311   313   317
  组分
  CO   94.9   923.2   102.6   49.9   1025.8   0
  H2   46.4   2256.7   250.8   123.3   2507.5   185.7
  CO2   2.8   27.9   1364.9   670.7   1392.8   0
  CH4   10.1   98.3   885.0   434.9   983.3   0
  N2+Ar   60.4   735.0   81.7   40.1   816.7   15.1
  总量，千克摩尔/小时   214.6   4041.1   2685.0   1318.9   6726.1   200.8
  温度(℃)   30   30   30   30   30   30
  压力(巴)   1.3   27   1.3   37   27   37
在一些实施方式中，可以采用如FT的方法，和如图3所示的吸附器系统提供的再循环。FT法具有一个两段或者三段式反应器系统318，该系统通常在30巴压力和200-220℃条件下操作，其中，使用不会促进一氧化碳转变分反应的催化剂，使约2∶1的H2与CO的合成气进料转化为主要为高分子量的蜡状烃范围。这些烃经过加氢裂化并与未转化的合成气和甲烷加上C2-C4烃分离，产生合成原油，所述原油具有适合于分离为精制烃产物如柴油和石脑油以及喷气机燃料的组成。
通过以下一个或多个特征方式处理未转化的最终气体混合物，显著提高总系统的工艺经济性：
·在压缩至FT系统进料气体压力后，从烃和二氧化碳以及N2+Ar分离特定量(如主要量)的H2+CO合成气，并将该合成气再循环到FT进料气流中。
·分离蜡氢化所需的高纯度氢气，并裂解产生柴油和石脑油馏分。
·移出残留气体，该气体主要含有二氧化碳和低分子量烃以及N2+Ar，使用部分该气体用作合成气产生单元的进料气体的一部分，并部分用作装置的合成气产生部分的燃料气流。
·保证分离和再循环系统的设计不会导致惰性组分N2、Ar和CO2过度累积。
如图3所示，自合成气产生部分的新的合成气进料301的压力为33巴，该进料与再循环物流302混合，获得进料物流303，至装置318的FT转化部分。粗制蜡状烃产物流316在装置319中进行加氢裂化并且分离，产生烃馏分315，由柴油、石脑油和LPG构成。总的废气流被水蒸气饱和并可能含有5-10％未转化的合成气，与甲烷、二氧化碳、低分子量烃、痕量副产物和惰性氮气加氩气、物流312和来自加氢裂化器物流314的未转化氢气一起作为物流313输送到变压吸附(PSA1)气体分离单元320。在此，大部分的二氧化碳和CH4加所有水蒸气、任何另外的烃和痕量副产物与少量H2+CO合成气和N2+Ar惰性气体一起通过在约1.3巴压力下吸附分离为物流309。合成气H2+CO的大部分与大部分的惰性气体N2+Ar以及少量CH4和CO2从PSA 1(320，压力27巴)通过后为物流308。合成气馏分在322中压缩至37巴，并分成两个物流。将最大部分302再循环返回进料物流303，至FT系统318。较小部分的304是至PSA2单元321的进料，该单元分离高纯度的氢气物流317，用于在单元319中的FT蜡状烃产物流的加氢裂化。自PSA2的废气307与来自PSA1的部分废气(物流305)一起混合，产生物流306，可用作燃烧器中的燃料气体，所述燃烧器是用于加热进料气体至合成产生部分的工艺加热器部分。压缩来自废气PSA1的废气的剩余部分即物流310，使压力从23巴提高到37巴，成为物流311，与合成产生单元中的进料气流混合。
PSA单元可具有基于物流313组成的以下特性：
FT废气PSA 1 320         操作压力27巴
产物气体                90％H2+CO
                        90％N2+Ar
                        10％CH4
                        ＜1％C2和高级烃
                        ＜1％CO2
废气                    剩余组分
H 2 PSA                   操作压力37巴
                        80％H2回收率
                        92.5％H2纯度(摩尔％)
因为新合成气进料即物流301含有来自天然气进料和氧气进料的N2+Ar至合成气产生系统，在该系统中惰性气体逃逸的位置是在合成气产生系统中燃烧的燃料气体，所述燃料气体源自为物流307，物流307是与物流305一起的H2PSA总废物流，物流305是废气PSA废物流的一部分。在一些实施方式中，来自PSA 1 320的FT合成气产物流308中惰性N2+Ar的总浓度不超过15％。这种限制实际上可控制至H2PSA的进料304的流量以及自加氢处理器的过量氢气314的量。
图4示出示例的吸附器系统400，该系统包括两个吸附系统410，420。至第一吸附系统410的进料物流430可以是来自另一个工艺的产物流。例如，可将来自费-托工艺的产物流提供给吸附系统400。进料物流430可包含多个组分，如包括甲烷的烃、氢气、一氧化碳、二氧化碳、惰性气体如氩气等。例如，进料物流可包括合成气(如，一氧化碳和氢气)、甲烷和/或其他烃、二氧化碳、和/或惰性气体包括氮气和氩气。
第一固体吸附系统410可包括用来吸附第一组分的材料。例如，吸附系统410可包括如氧化铝、硅胶、活性碳和/或各种分子筛(如3A，4A，5A，13X)的材料。吸附系统410可以从进料物流中除去一部分第一组分。例如，如果吸附系统410包含氧化铝和活性碳，该固体吸附剂410可以吸附进料物流430中的部分水、二氧化碳和甲烷。吸附系统410中包含的材料可以依据从该吸附剂排出的物流的所需组成进行选择。例如，如果需要除去物流中大部分的甲烷，该吸附系统中可以使用选择用来吸附甲烷的材料。
从第一吸附系统410排出的物流450可包含未吸附的化合物。所述物流450可包含多个组分。由于第一吸附系统410不能吸附所有选择的化合物，即使当该系统包含能对选择的化合物选择性吸附的材料时，物流450可至少包含进料物流430中存在的选择的化合物的一部分。物流450的一部分453可以通过第二吸附系统420进一步处理和/或物流450的另一部分455可以从第二吸附系统旁路。包含脱附物质的物流440也可以从吸附系统410排出。
第二吸附系统420可从物流450的部分453吸附一种或多种化合物。被第二吸附系统吸附的化合物不同于被第一吸附系统吸附的化合物，以产生具有指定特性(如，组成、浓度、杂质等)的物流。例如，第二吸附系统420可以吸附惰性组分如氩气和氮气，允许氢气和一氧化碳通过该吸附系统。这能够将例如合成气物流再循环至另一个工艺。第二吸附系统的产物流470包含未被第二吸附系统吸附的化合物，该物流与旁路物流455合并产生物流480。
物流480可具有指定的特性，例如组成，杂质含量，惰性组分含量，压力等。物流480可以用作另一个工艺例如合成气转化工艺的再循环物流。
包含来自第二吸附系统420的脱附组分的物流460可以从第二系统排出。包含来自第一吸附系统410和第二吸附系统420的脱附组分的物流440，460可以混合和/或用作燃料气体。因为第一吸附系统410和第二吸附系统420都设计用来抑制纯物流或者大致纯净物流的产生，物流440，460可包含存在于产物流中的同样类型的化合物(如具有未被吸附剂吸附的化合物的物流)。使用物流440，460可以抑制惰性组分在用于产生进料气流430的系统中累积和/或在物流480、460和440单独或以各种组合再循环到的系统中累积。
在一些实施方式中，第一吸附剂在约20-40巴，或者约27巴下操作。物流450或者来自第一吸附剂410的产物流可包含来自进料物流430的H2+CO的90％、来自进料物流430的N2+Ar的90％、来自进料物流430的CH4的10％、和＜1％的排出进料物流430的C2和高级烃和CO2。物流440包含来自第一吸附系统的脱附化合物，该物流可包含进料物流430的剩余组分。
第二吸附系统可以在约20-40巴，或者约27巴压力下操作。来自第二吸附系统420的产物流可包含来自进料物流453的氢气的80％，并可具有95-98摩尔％氢气的组成。
已经描述了多个本发明的实施方式。然而，应理解，在不偏离本发明的精神和范围下可以进行各种修改。
例如，将作为由原料转化为产物的工艺系统产生的产物流的气体混合物130分离的方法可包括两个多重床变压吸附单元。将气态组分的混合物构成的进料物流130通入第一PSA 1单元110，该单元将气态混合物分离为主要由减压下产生的吸附组分组成的第一馏分140，和由在压力下产生的主要是未吸附组分的气体混合物组成的第二馏分150，所述压力接近或低于至第一PSA 1的进料气体压力。主要是未吸附的气体混合物153的至少一部分可以从第一PSA 1至第二PSA 2单元120通过，第二单元将气体混合物分离为主要由减压下产生的吸附组分组成的第一馏分160，和由在压力下产生的主要是未吸附组分的气体混合物组成的第二馏分170，所述压力接近或低于至第二PSA 2的进料气体压力。主要是来自第一PSA 1的未吸附的气体混合物的至少一部分155可以在第二PSA 2周围旁路，可以将该物流与主要是来自第二PSA 2的未吸附的气体混合物的至少一部分混合，形成主要是由两个PSA单元产生的未吸附的气体混合物物流180。主要是总的未吸附气体的混合物180可以再循环至上游处理系统。主要来自第一PSA 1单元110的吸附的气体混合物140可以再循环到上游处理系统。主要来自第二PSA 2单元120的吸附的气体混合物160可再循环到上游处理系统。
两个PSA单元的特征是在主要来自第一PSA 1的未吸附气体混合物150中存在被第一PSA 1单元吸附的显著馏分，和任选在主要来自第二PSA的未吸附气体混合物170中存在被第二PSA吸附的显著馏分。
在一些实施方式中，所述实施方式包括以下一个或多个：主要来自PSA 2的吸附的气体混合物和任选的来自PSA 1的吸附的气体混合物的一部分可以用作燃料气体，通过间接热传递在燃烧时提供热量，以使来自该生产工艺的燃烧气体中的惰性组分排放到大气中；分离的存在于主要由PSA1和PSA2产生的吸附气体混合物中的一定量组分使得因来自PSA 1和PSA 2的物流再循环造成的惰性组分在生产工艺中的累积保持在该生产工艺要求的最大限定；该生产工艺可以是具有加氢处理和产物分离系统的液态烃费-托合成；至PSA 1的进料物流209可以是来自费-托工艺的气体产物流，该产物流包含氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、水蒸气、氮气、氩气、高级烃和痕量氧化产物(oxygenate)；主要来自PSA 1的未吸附的气流12含有存在于至PSA 1的进料气流9中的80-95％氢气、一氧化碳、氮气和氩气以及5-15％甲烷和0.1-3％二氧化碳、高级烃和氧化产物；主要来自PSA 1的未吸附的气流12可以分成2个物流，其中一个物流215从PSA 2旁路，而第二物流214成为至PSA 2的进料，两个物流214和215之间的流动分布可以对主要的吸附气流213分离氮气和氩气，使得至合成气产生系统1的新烃和氧气的总进料物流中氮气和氩气总量为50-90％，优选在55-80％范围；主要来自PSA 2的吸附气流213和主要来自PSA 1的至少一部分的吸附气流210混合，形成燃料气流21，该气流的氮和氩的总含量等于在供给合成气产生系统中新烃和氧的总进料物流中存在的氮气和氩气的总量；燃料气流221不与至合成气产生系统1或者费-托转化工艺2的任何进料物流混合；和/或燃料气流在空气或者氧气中燃烧，提供热量用于合成气产生系统1，燃烧产物不与任何至合成气产生系统1或者费-托转化工艺2的进料物流混合。

Claims (20)

1.一种处理来自合成气生产工艺的进料物流的方法，该方法包括：
在第一变压吸附(PSA)系统分离进料物流为主要包含吸附的组分的第一馏分和主要包含未吸附的组分的第二馏分，第一馏分包含大部分来自进料物流的CH4和CO2，第二馏分包含大部分来自进料物流的H2和CO；
使第二馏分的第一部分从第二PSA系统通过；
在第二PSA系统将第二馏分的第一部分分离为主要包含吸附的组分的第三馏分和主要包含未吸附的组分的第四馏分，第三馏分包含第一部分所含的大部分N2、CO和CO2，第四馏分包含第一部分所含的大部分H2；
使第二馏分的第二部分或者第四馏分中的至少一种通过形成再循环至合成气转化工艺的物流，该物流包含大部分来自未转化气流的H2和CO；、
将第一馏分的一部分与第三馏分合并为独立再循环到进料物流的物流，所述进料物流至合成气产生工艺或者合成气转化工艺；和
将第一馏分的第二部分作为进料气体通入合成气生产工艺。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括至少燃烧未再循环的物流的一部分，通过间接热传递产生热量，并将惰性组分和来自进料物流的燃烧组分排放到周围气氛中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至合成气转化工艺的进料物流主要包含小于或等于指定限度的惰性组分的浓度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至合成气转化工艺的进料物流的惰性组分的总浓度为5-25摩尔％。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二馏分中CH4的浓度基本保持在2-15摩尔％。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二馏分中包含进料物流中CO的至少80％。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二馏分中包含进料物流中N2+Ar的至少80％。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二馏分中包含进料物流中H2的至少80％。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，合成气转化工艺采用具有加氢处理和产物分离系统的液态烃费-托合成。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第四馏分的至少一部分用作至合成气转化工艺的进料物流。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，合成气转化工艺采用甲醇生产工艺。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进料气体包含来自费-托工艺的未转化气流。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第三馏分包含来自进料气流的N2+Ar的50-90％。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括燃烧未再循环的物流，以产生用于合成气产生系统的热量，该系统独立地将燃烧产物与进料物流混合，至合成气产生工艺或者合成气转化工艺。
15.一种用于处理烃的系统，该系统包括：
第一变压吸附(PSA)系统，该系统将进料物流分离为主要包含吸附的组分的第一馏分和主要包含未吸附的组分的第二馏分，第一馏分包含大部分来自进料物流的CH4和CO2，第二馏分包含大部分来自进料物流的H2和CO；
第二PSA系统，该系统接受第二馏分的第一部分，并将该部分分离为主要包含吸附的组分的第三馏分和主要包含未吸附的组分的第四馏分，第三馏分包含第一部分所含的大部分N2、CO和CO2，第四馏分包含第一部分所含的大部分H2；和
转化工艺系统，该系统接受合成气以及第二馏分的第二部分或第四馏分中的至少一种，形成再循环至合成气转化工艺的物流，该物流包含来自未转化的气流的大部分H2和CO；和
合成气产生系统，该系统接受第一馏分的第二部分作为至合成气生产工艺的进料气体。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括上游系统，该系统燃烧未再循环物流的至少一部分，以通过间接热传递产生热量，并将来自进料物流的惰性组分和燃烧组分排放到周围大气中。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二馏分包含进料物流中CO的至少80％。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二馏分包含进料物流中的燃烧的N2+Ar的至少80％。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二馏分包含进料物流中H2的至少80％。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第三馏分包含来自进料物流的50-90％的N2+Ar。
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