CN103292575A - 由合成气获得气体产物和液态甲烷的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由含有氢、一氧化碳和甲烷的进料(4)产生至少一种气体产物(5)以及具有绝大部分甲烷的产物(10)的方法，其中进料(4)的氢和一氧化碳的含量总计为10至95体积％，并将进料从合成粗煤气分离出，将该合成粗煤气分离成CO2产物、酸性气体馏份、残余气体(60)和进料(4)，其中所谓的双塔法用于进行低温气体分离成为多种馏份，其特征在于，将残余气体(60)送回氢/一氧化碳-甲烷分离单元中，并在此加以利用，从而实施无损失的甲烷工艺流程。此外，本发明还涉及用于实施该方法的设备。

Description

由合成气获得气体产物和液态甲烷的方法和设备
技术领域
本发明涉及由含有氢、一氧化碳和甲烷的进料生产至少一种气体产物以及具有绝大部分甲烷的产物的方法，其中该进料的氢和一氧化碳的含量总计为10至95体积％，并将该进料从合成粗煤气分离出，合成粗煤气分离成CO2产物、酸性气体馏份、残余气体和进料，其中所谓的双塔法用于进行低温气体分离成为多种馏份。
背景技术
例如由出版物DE102007013325A1公开了一种方法，该方法设置具有双塔并且使用CO洗液作为回流介质的H2/CO-CH4分离单元。在该过程中，产生低压的残余气体，残余气体在设备边缘处排出。根据DE102007013325A1，该气体随后应当在上游的工艺单元中进行加工，或者压缩回至H2/CO-CH4分离单元的粗煤气压力。此类工艺流程要求压缩机或上游的工艺单元以复杂的方式与该残余气体相适应，由此可以产生额外的费用和/或其他的运行问题。
例如在出版物DE102007013325A1中所公开，合成气的产生对于本发明而言也是出发点。通过不同的气体产生方法，由含碳的原材料产生所谓的合成气，该合成气的绝大部分由H2和CO组成，但是还含有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、甲醇(CH3OH)、水(H2O)和二氧化碳(CO2)。通过纯化和分离主要从合成气获得作为产物的CO、H2或H2/CO混合物，这些产物以多种方式应用于工业中。所产生的还含有CH4的残余气体馏份通常用作燃料气体或者被送回进料中。在一些气化方法中，例如在煤的固定床气化过程中，合成气中的CH4含量非常高。为了整体上提高合成气装置的经济性，努力将所产生的甲烷馏份同样作为产物送至经济的应用场合。考虑到该方法的最大可能的经济性，应当特别注意最大可能地利用所有的材料，包括在该方法中产生的残余气体。
发明内容
本发明的目的在于，提供与现有技术相比改进的方法以及实施该方法的设备，从而能够更好地利用所产生的残余气体。
所提出的目的以如下方式实现，将残余气体送回至氢/一氧化碳-甲烷分离单元，并在此加以利用，从而实施无损失的甲烷工艺流程(Verfahrensführung)。本发明可以在所述的粗煤气条件下应用于所有的以不同的塔压力运行的双塔法中。
针对性地，残余气体经由再循环压缩机(Rückführverdichter)及任选经由后期冷却器进行输送。是否需要后期冷却器取决于具体的工艺流程。
残余气体主要由在低温分离单元中借助双塔法难以冷凝的组分组成，即含有H2作为主要成分。
示例性地，在此及在下文中描述以液体形态排出富含甲烷的产物的过程。但是再循环残余气体的工艺流程对于以气体形态排出富含甲烷的产物的情况同样有效。在此，塔的塔底产物在热交换器中进行加热，并在设备边缘处作为富含甲烷的气态产物排出。
根据本发明的一个特别优选的实施方案，将残余气体送至气体产物。
根据本发明的另一个优选的实施方案，将残余气体送至第一热交换器上游的进料，在该热交换器中对进料进行冷却。
根据本发明的另一个优选的实施方案，将残余气体利用自身(eigen)的通道引导通过热交换器，并在第一热交换器下游及第二热交换器上游送至物料流，该物料流由一部分在热交换器中进行冷却的进料和在热交换器中进行加热的物料流组成。
根据本发明的另一个优选的实施方案，将残余气体利用自身的通道引导通过热交换器，并在热交换器上游送至进料的一个分支部分。
根据本发明的另一个优选的实施方案，残余气体各自利用一个自身的通道引导通过热交换器，并送入塔内，其中该送入过程是在自身的塔板(Kolonnenboden)上进行，或者与一股流一起在其塔板上进行。
在上述四个实施方案中，均产生比较高的压缩成本以压缩至粗煤气的压力。
根据本发明的另一个优选的实施方案，残余气体利用自身的通道引导通过热交换器，并且直接送入塔内，或者首先经过煮沸器(Aufkocher)进行冷却，然后再送入塔内，其中送入过程在此在自身的塔板上进行，或者与一股流一起在其塔板上进行。
在上述两个实施方案中，均产生较低的压缩成本。仅仅必须压缩到能够送入塔内的程度。
根据本发明的另一个优选的实施方案，将残余气体经由粗煤气压缩机在进料的供应管道中送入进料中。在该实施方案中，又产生了比较高的压缩成本。
根据各自存在的边界条件，针对性地使热交换器的构造和流在不同热交换器的分布最优化。
此外，本发明涉及用于实施根据权利要求1至9之一的方法的设备。
本发明具有一系列的其他优点，下面示例性地仅描述其中的一些：
残余气体直接在H2/CO-CH4分离单元中使用。这实现了无损失的CH4工艺流程。
根据本发明的再循环压缩机可以单级、比较小且因此成本低廉的方式设计。
所述工艺流程不受根据现有技术必需的设置在上游的设备的影响。
在改变粗煤气条件时，根据本发明仅改变H2/CO-CH4分离单元中的工艺条件。不会发生其他工艺单元的影响或反馈。
下面依照在附图中显示的实施例更详细地阐述本发明以及本发明的其他实施方案。
附图说明
图1所示为根据本发明的实施方案。
具体实施方式
在图中显示了选择性方案A、B、C、D、E、F和G的工艺流程图，它们各自阐述本发明的独立的实施方案，及因此阐述各个实施例：
所有7个实施例共同地将残余气体60送回至氢/一氧化碳-甲烷分离单元，并在此加以利用，从而实施无损失的甲烷工艺流程，将残余气体60引导通过再循环压缩机Vr及任选通过后期冷却器N。是否需要后期冷却器取决于具体的工艺流程。
该图显示了低温气体分离器，连同提供制冷的设备。在该实施例中，选择氮循环以提供制冷。选择性地例如还可以为此使用混合物制冷循环。
在低温气体分离器中，将进料4分离成由氢和一氧化碳组成的气体混合物5、液体-CH4馏份10和富含H2的残余气体60，其经由设置在上游甲醇洗涤装置中的再循环压缩机Vr送回合成气中。在该实施例中，使用来自煤气化过程的主要由氢(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)组成的合成粗煤气作为进料4。
在此示例性地描述了富含甲烷的产物10以液体形态排出的过程。但是，再循环残余气体60的工艺流程对于富含甲烷的产物以气体形态排出的情况同样有效。在此，塔T2的塔底产物在热交换器W1中进行加热，并在设备边缘处作为富含甲烷的气态产物排出。
图中没有显示出许多可能的上述组分和用于产生甲醇合成气、一氧化碳和液态甲烷的合成气装置的工艺步骤。下面示例性地说明上述的工艺步骤：将优选通过煤的气化产生的合成粗煤气送至利用深冷甲醇的物理气体洗涤装置(甲醇洗涤装置)，以去除重的烃类、二氧化碳、硫化合物及其他的痕量组分。将经纯化的合成气在吸收器中去除杂质，例如痕量的甲醇和水，若有必要还去除二氧化碳。然后将合成气与待冷却的工艺流相反地进行加热而送回甲醇洗涤装置中，并作为进料4送至如图所示的低温气体分离器。
实施例A：根据本发明的一个特别优选的实施方案，将残余气体60在第一热交换器W1上游送至进料4，进料4在该热交换器中进行冷却。
实施例B：根据本发明的另一个优选的实施方案，残余气体60利用自身的通道引导通过热交换器W1，并在第一热交换器W1下游及第二热交换器W2上游送至物料流111，该物料流由一部分在热交换器W1中进行冷却的进料101和在热交换器W3中进行加热的物料流105组成。
实施例C：根据本发明的另一个优选的实施方案，残余气体60利用自身的通道引导通过热交换器W1，并在热交换器W3上游送至进料的一个分支部分102。
实施例D：根据本发明的另一个优选的实施方案，残余气体60各自利用自身的通道引导通过热交换器W1，W2，并送入塔T1中，其中该送入过程在自身的塔板上进行，或者与一股流112一起在其塔板上进行。
实施例E：根据本发明的另一个优选的实施方案，残余气体60利用自身的通道引导通过热交换器W1，并且直接送入塔T2中，或者首先经由热交换器W3进行冷却，然后再送入塔T2中，其中该送入过程在此在自身的塔板上进行，或者与一股流142一起在其塔板上进行。
实施例F：根据本发明的另一个优选的实施方案，将残余气体60送至气体产物5。
实施例G：根据本发明的另一个优选的实施方案，将残余气体60经由粗煤气压缩机在进料4的供应管道中送入进料4中。

Claims (10)

1.由含有氢、一氧化碳和甲烷的进料(4)产生至少一种气体产物(5)以及具有绝大部分甲烷的产物(10)的方法，其中进料(4)的氢和一氧化碳的含量总计为10至95体积％，并将进料从合成粗煤气分离出，将该合成粗煤气分离成CO2产物、酸性气体馏份、残余气体(60)和进料(4)，其中所谓的双塔法用于进行低温气体分离成为多种馏份，其特征在于，将残余气体(60)送回氢/一氧化碳-甲烷分离单元中，并在此加以利用，从而实施无损失的甲烷工艺流程。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将残余气体(60)引导通过再循环压缩机(Vr)。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，将残余气体(60)送至气体产物(5)。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，将残余气体(60)在第一热交换器(W1)上游送至进料(4)，在该热交换器中对进料(4)进行冷却。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，将残余气体(60)利用自身的通道引导通过热交换器(W1)，并在第一热交换器(W1)下游及第二热交换器(W2)上游送至物料流(111)，该物料流由一部分在热交换器(W1)中进行冷却的进料(101)和在热交换器(W3)中进行加热的物料流(105)组成。
6.根据权利要求1至5之一的方法，其特征在于，将残余气体(60)利用自身的通道引导通过热交换器(W1)，并在热交换器(W3)上游送至进料的一个分支部分(102)。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其特征在于，残余气体(60)各自利用自身的通道引导通过热交换器(W1，W2)，并送入塔(T1)中，其中这是在自身的塔板上进行，或者与一股流(112)一起在其塔板上进行。
8.根据权利要求1至7之一的方法，其特征在于，残余气体(60)利用自身的通道引导通过热交换器(W1)，并且直接送入塔(T2)中，或者首先经由热交换器(W3)进行冷却，然后再送入塔(T2)中，送入过程在此在自身的塔板上进行，或者与一股流(142)一起在其塔板上进行。
9.根据权利要求1至8之一的方法，其特征在于，将残余气体(60)经由粗煤气压缩机在进料(4)的供应管道中送入进料(4)中。
10.用于实施根据权利要求1至9之一的方法的设备。
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