CN106440657B - 从含有甲烷的合成气流分离出甲烷的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其中将合成气流(SYN)送入第一分离塔(T1)中，在其中通过将从第二分离塔(T2)的塔顶(20)排出的CO含量丰富的塔顶流(K)的液相(F)混入合成气流(SYN)从而从合成气流(SYN)分离出甲烷，其中从第一分离塔(T1)的塔顶(10)排出去除了甲烷的合成气流(SYN)作为塔顶产品流(PRO)，从第一分离塔(T1)的塔底(11)排出含有CO且含有CH4的塔底馏份(S)。根据本发明，第二分离塔(T2)的CO含量丰富的塔顶流(K)在冷凝器(E3)中在产生CO含量丰富的塔顶流(K)的液相(F)的情况下逆着第一分离塔(T1)的塔顶产品流(PRO)和逆着第一分离塔(T1)的塔底馏份(S)的第一支流(S′)至少部分地冷凝，其中加热第一分离塔(T1)的塔顶产品流(PRO)，并使第一分离塔(T1)的塔底馏份(S)的该第一支流(S′)部分蒸发。此外本发明还涉及相应的设备(1)。

Description

从含有甲烷的合成气流分离出甲烷的方法和设备
技术领域
本发明涉及从含有甲烷的合成气流中分离出甲烷的方法及设备。
背景技术
例如由煤、石油或天然气生产的合成气通常在去除掉酸性气体之后除了包含所期望的组份H2和CO以外还含有典型的比例为5至70体积％的甲烷(CH4)以及少量(典型地各自在2体积％以下)的其他组份，例如N2、O2、Ar、CO2和更高级的烃。因为CH4不参与生成甲醇或其他化合物的反应，所以有利的是，通常在合成之前分离出气态或液态形式(作为LNG)的CH4。该分离过程可以借助于塔序列在低温分离中进行。在此方面，图1显示了一种现有技术的此类方法，例如在DE 10 2012 020 469中所公开，其中经由第一分离塔T1的塔顶排出甲烷含量贫乏的合成气PRO，及经由第二分离塔T2的塔底排出CO含量贫乏的甲烷LNG。
具体而言，在该根据图1的已知方法中，使用在不同压力下运行的第一和第二分离塔T1，T2。含有甲烷的合成气SYN在此在第一传热器E1中以及在后续的第二传热器E2中进行冷却，并以确定的进料高度送入第一分离塔T1中。在该第一分离塔T1中，可以借助于经由泵L1泵送的CO含量丰富的回流将甲烷从含有甲烷的合成气SYN洗出。以此方式获得甲烷含量贫乏的塔顶馏份和甲烷含量丰富且含有CO的塔底馏份。在第一分离塔T1的底部分离出含有CO的塔底馏份。甲烷含量贫乏的塔顶馏份从第一分离塔T1的塔顶排出，在热交换器E2和E1中加热，作为合成气产品PRO送出。
来自第一分离塔T1的CH4含量丰富且含有CO的塔底馏份经由阀V3减压至第二分离塔T2的压力，又以确定的进料高度送入其中。第二分离塔T2作为所谓的一氧化碳汽提塔运行。为此设置第三和第四热交换器E3和E4，它们一方面作为塔底再沸器(第三热交换器E3)运行，另一方面作为侧面蒸发器(第四热交换器E4)运行，并用制冷剂进行加热。此外，第二分离塔T2还具有冷凝器E5，其在此构造为塔顶冷凝器，在其中可以使在第二分离塔T2中上升的蒸汽冷凝出。
由此可以在第二分离塔T2的塔底获得二氧化碳含量贫乏的甲烷馏份LNG。例如可以引导其通过热交换器E2。其可以甲烷产品LNG的形式选择性地作为沸腾或过冷液体或者作为任意压力下的气体送出。
第二分离塔T2的气态塔顶馏份在压缩机C4中再压缩并混入产品流PRO。
从第二分离塔T2的最上塔板排出CO含量丰富的液态塔顶流，在所述泵L1中泵压至第一分离塔T1的压力，并作为CO含量丰富的回流送入第一分离塔T1。其用于在第一分离塔T1中洗出甲烷。
为了冷却或加热第二分离塔T2，即为了运行第三热交换器E3、第四热交换器E4和冷凝器E5，设置优选封闭的制冷剂循环。其包括具有中间冷却器E6、E7和E8的优选多级的主压缩机C1和具有再冷却器E9的第一和第二再压缩机(升压机)C2和C3。在主压缩机C1和再压缩机C2和C3中，气态制冷剂，例如技术纯的干燥氮气，从起始压力PA经过相应的中间压力压缩至最终压力PE。起始压力PA根据此处的相关定义在主压缩机C1的吸入侧附近，最终压力PE在再压缩机C3的压缩侧附近，如在图1中用虚线表示的区域所示。
第一再压缩机C2和第二再压缩机C3可以各自通过膨胀机X2和X1驱动，它们同样用制冷剂运行。制冷剂在膨胀机X2和X1中均做功和制冷减压，其中所释放的冷量各自用于运行第一和第二热交换器E1和E2，而所释放的机械功率用于运行第一和第二再压缩机C2和C3。
若甲烷含量丰富的产品应当以气态送出，并由此需要少的冷量，则可以省略掉热的膨胀机X2及由此省略掉第一再压缩机C2。
若存在第二膨胀机X2，则制冷剂的“热的”部分在其中制冷和作功减压。接着，减压的制冷剂流可以在第一热交换器E1中进一步加热，然后重新送入主压缩机C1。若不存在第二膨胀机X2，则全部的制冷剂，否则是没有在第二膨胀机X2中减压的部分，在第一热交换器E1中从起始温度TA开始进行冷却。
接着，可以分支出一部分制冷剂，并引导通过第三和第四热交换器E3和E4。在此相应地冷却该制冷剂部分。在与没有引导通过第三和第四热交换器E3和E4的剩余部分重新合并之后，制冷剂具有中间温度TI，其是由一方面在第一热交换器E1中的冷却及另一方面部分地在热交换器E3和E4中的进一步冷却产生的。
具有中间温度TI的制冷剂现在重新分成第一和第二部分。制冷剂的第一部分送入第一膨胀机X1。
与此不同，第二部分，即剩余部分，直接接着从所述中间温度TI冷却至最终温度TE。制冷剂的该第二部分经由减压阀V1减压至进料压力PC，并送入冷凝器E5中。由此使制冷剂从超临界状态转变为部分或完全的液态。换而言之，冷凝器E5对液态制冷剂的需求通过减压阀V1和具有最终温度TE的制冷剂满足。与此不同，向第一膨胀机X1送入具有更高的温度TI的制冷剂，从而使制冷剂在该膨胀机X1中不发生液化。然而，所释放的冷量和做功功率仍然可以用于运行第二热交换器E2和再压缩机C3。
制冷剂可以在冷凝器E5中至少部分地蒸发，接着分离地通过具有阀V4的液体管道以及冷凝器E5顶部的气体管道排出，与在第一膨胀机X1中减压的制冷剂的第一部分合并。接着，引导制冷剂通过热交换器E2和E1，接着重新送入主压缩机C1的吸入侧。
因此，总的来说在现有技术中，第二分离塔T2通过在封闭循环中产生的制冷剂尤其是液态氮的蒸发进行冷却。在此在冷凝器E5中通常需要的温度水平比第二传热器E2的冷端温度低出至少3℃，典型地低出超过10℃。因此，通过调节E5中的温度而不是E2中的温度确定循环压缩机C1的抽吸压力。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于，使制冷剂循环解除利用冷凝器E5进行的第二分离塔T2塔顶冷却的任务，从而能够提高循环压缩机C1的抽吸压力，并由此能够实现更加有效的工艺过程。
该目的通过本发明方法实现，其中为了从含有甲烷的合成气流分离出甲烷，将合成气流于预定的高度送入第一分离塔中，于其中从合成气流分离出甲烷，这是通过以下方式实现的，将从第二分离塔的塔顶排出的CO含量丰富的塔顶流的液相混入合成气流，其中从第一分离塔的塔顶排出去除了甲烷的合成气流作为甲烷含量贫乏的塔顶产品流，从第一分离塔的塔底排出含有CO及含有CH4的塔底馏份。
根据本发明规定，第二分离塔的CO含量丰富的塔顶流在冷凝器中在产生CO含量丰富的塔顶流的液相的情况下，逆着第一分离塔的塔顶产品流和逆着该第一分离塔的塔底馏份的至少一股第一支流(或逆着该塔底馏份的全部的流)，至少部分地进行冷凝，(其中将CO含量丰富的塔顶流的液相部分或全部作为回流送入第一分离塔中，从而在此处混入合成气流)，其中加热第一分离塔的塔顶产品流，并使第一分离塔的塔底馏份的该支流(或塔底馏份的全部的流)部分蒸发。
在本申请中，在设备或方法中的物质和物质混合物，例如合成气和制冷剂，称为“流”和“馏份”。一股流通常作为流体在为其设置的管道中引导。馏份通常是指从原料混合物分离出的部分原料混合物。馏份在相应地引导时总是形成相应的流。反过来一股流可以例如用于提供原料混合物，由此可以分离出馏份。流或馏份中一种或多种所含的组份可以“含量丰富”或“含量贫乏”，其中均基于重量基准或体积基准，“含量丰富”可以是指大于75％、80％、85％、90％、95％、99％、99.5％或99.9％的比例，而“含量贫乏”可以是指小于25％、20％、15％、10％、5％、1％、0.5％或0.1％的比例。
由于根据本发明的技术方案，现在尤其是制冷剂循环最低的温度水平是由第二传热器E2的冷端确定，而不再由冷凝器E3确定。因此，尤其是可以提高循环压缩机或主压缩机C3的抽吸压力，由此实现更有效的运行方式(参见图2和3)。
根据本发明的一个优选的实施方案，第一支流在第二分离塔的塔顶与塔底之间的预定高度送入第二分离塔中。
根据本发明的另一个优选的实施方案，将第一分离塔的塔底馏份分成第一支流和其他的第二支流，其中将该第二支流作为回流送入第二分离塔中。尤其是在第二支流的进料位置下方将第一支流送入第二分离塔中，其中优选不引导第二支流通过冷凝器，或者引导其绕过冷凝器。借助于第二支流的回流，尤其是提高了第二分离塔的塔顶纯度，其中由此还有利地降低了第一分离塔的塔顶中的甲烷含量。
作为替代，还可以将来自第一分离塔的塔底的塔底馏份的全部的流或塔底馏份于尤其是确定的高度送入第二分离塔中，(尤其是经由一个阀和/或经由所述冷凝器)。
来自第一分离塔的、(尤其是以第一和/或第二支流的形式)送入第二分离塔中的、含有CO及含有CH4的塔底馏份优选在第二分离塔中分离成所述CO含量丰富的塔顶流和CO含量贫乏的甲烷馏份，其由第二分离塔的塔底排出。
尤其是从大于20巴、优选大于15巴的原料气压力起，第二分离塔的运行压力优选低于第一分离塔，从而保持所测的在第二分离塔的塔底内液体与气体的密度差(优选大于250kg/m3，更优选大于300kg/m3)。根据一个优选的实施方案，尤其是针对第二分离塔中的压力低于第一分离塔中的压力的情况，第二分离塔的塔顶流在通过冷凝器之后在冷凝器下游送入分离器中，其中在分离器中收集的塔顶流的液相作为回流泵入第一分离塔中。
此外，在此优选的是，从该分离器排出塔顶流的含有合成气的气相，在冷凝器中加热，在第一和第二传热器中进一步加热，并在压缩之后以及尤其是在紧接着再冷却之后在第一传热器的下游添加至塔顶产品流。
根据另一个实施方案，替代性地，来自第二分离塔的塔顶流于冷凝器的下游送入分离器中，其中在分离器中收集的所述塔顶流的液相分成第一支流和第二支流，其中第一支流送入第一分离塔中，其中该塔顶流的液相的第二支流作为回流送入第二分离塔中。
现在优选将从分离器排出的塔顶流的气相经由一个阀(例如图4中的V3)与来自第一分离塔的塔顶产品流合并，其中如此合并的流在冷凝器(例如图4中的E3)中加热，并在第一和第二传热器(例如图4中的E1和E2)中进一步加热，然后作为产品提供。
在合成气流的压力特别高的情况下，在第一分离塔(例如根据图4的T1)上游的合成气压力可以通过在第三膨胀机(例如图4中的X3)中做功和制冷减压而下降至优选20巴以下的压力。为此优选将该合成气流(例如图4中的SYN)送入分离器中，其中气相在第三膨胀机中减压，接着与来自分离器的液相合并，送入第一分离塔的塔底。在此可以将来自分离器的塔底的合成气流的液相经由一个阀与合成气流的减压的部分合并，然后送入第一分离塔的塔底。第三膨胀机的机械功率可以任意方法使用(压缩、驱动发电机等)。
该合成气流优选原则上在送入第一分离塔中之前，借助于在(优选封闭的)制冷循环中引导的制冷剂，在第一传热器中冷却，以及尤其是在随后的第二传热器中进一步冷却。在第一传热器中优选将该合成气流冷却至-70℃至-110℃的范围内的温度。在第二传热器中优选将该合成气流冷却至-140℃至-170℃的范围内的温度。
在第一和第二传热器中用于冷却合成气流的制冷剂在制冷循环中从尤其是在10巴至30巴的范围内的起始压力起压缩至尤其是在50巴至90巴的范围内的最终压力。
优选在压缩之后，将制冷剂或制冷剂流分成第一和第二制冷剂支流，其中为了在第一传热器中将第二制冷剂支流从起始温度冷却至第一中间温度，使第一制冷剂支流在第一膨胀机中做功和/或制冷减压，然后送入第一传热器中。该起始温度优选在20℃至60℃的范围内。所述最终温度优选在-40℃至-70℃的范围内。
第一制冷剂支流和第二制冷剂支流的体积流量优选处于彼此10/90至40/60的范围内的比例。
此外，根据一个优选的实施例，第二分离塔的CO含量贫乏的甲烷馏份借助于另一个传热器(例如E4)逆着第二制冷剂支流的至少第一部分进行加热，尤其是沸腾，其中第二制冷剂支流的所述第一部分进一步冷却至优选在-90℃至-120℃的范围内的第二中间温度。
根据一个优选的实施方案，第二制冷剂支流的其他的第二部分经由第一阀(例如图2中的V5)引导以调节该第二部分的体积流量，与来自其他的传热器(例如图2中的E4)的第二制冷剂支流的第一部分合并，合并后的第二制冷剂支流在第二膨胀机(例如图2中的X2)中做功和/或制冷减压，其中第二制冷剂支流冷却到低于第二中间温度的最终温度，然后将第二制冷剂支流送入第二传热器(例如图2中的E2)中，尤其是在第二传热器的下游与在第一膨胀机(例如图2中的X1)中减压的第一制冷剂支流合并，尤其是与其一起送入第一传热器(例如图2中的E1)中。
根据另一个优选的实施方案，第二制冷剂支流的第一部分在该其他的传热器(例如图3中的E4)中冷却之后分成第一和第二流(例如图3中的S1和S2)。第一和第二流之间的比例用第一阀(例如图3中的V5)调节，优选在100/0至80/20的范围内。此外，优选将第二流与第二制冷剂流的第二部分混合，优选在第二传热器(例如图3中的E2)中冷却之后经由第二阀(例如图3中的V6)减压，与在第二膨胀机(例如图3中的X2)中做功和/或制冷减压的第一流S1混合，接着在第二和第一传热器中加热，最后重新压缩(例如在根据图3的C1至C3中)。在第二膨胀机下游的所述最终温度优选在比第二传热器下游的合成气流温度低1℃至5℃的范围内。
因此在该实施方案中通过第一阀(例如图3的V5)使进入第二膨胀机中的量和/或入口温度最优化，并因此降低能耗。
此外，根据本发明的一个实施方案，从第二分离塔的塔底排出的CO含量贫乏的甲烷馏份在第二传热器中进一步冷却，然后例如作为甲烷产品送至其他应用。
根据本发明的一个实施方案，为了压缩在制冷剂循环中引导的制冷剂，设置主压缩机，其可以具有带有中间冷却的多个压缩级。此外该主压缩机可以具有在入口处设置的预冷却(例如E5，实际上是C1/C2的再冷却器)以及在出口处设置的再冷却。此外，为了压缩制冷剂，优选设置第一压缩机(例如C1)以及其他的第二压缩机(例如C2)。这两个压缩机可以选择性地彼此并行或串联布置。它们可以与此无关地布置在主压缩机(例如C3)的上游或下游，也称作循环压缩机。
根据一个优选的实施方案，第一和第二压缩机布置在主压缩机的上游或之前，尤其是平行布置。
此外，根据本发明的一个优选的实施方案，所述将制冷剂分成第一和第二制冷剂支流的过程是在压缩制冷剂的下游进行，(即尤其是在第一和第二压缩机的下游以及在主压缩机的下游进行)。
此外，根据一个实施方案，优选将第一膨胀机以机械方式与第一压缩机连接并对其进行驱动，及优选将第二膨胀机以机械方式与第二压缩机连接并对其进行驱动。
此外，本发明的目的是通过一种设备尤其是低温分离设备实现的，设立和设置该设备是为了实施根据本发明从含有甲烷的合成气分离出甲烷的方法。
根据本发明，该设备具有第一分离塔，设立该第一分离塔是为了通过将CO含量丰富的塔顶流的液相混入合成气流从而从合成气流分离出甲烷；以及第二分离塔，其中第二分离塔的塔顶经由一个阀与该第一分离塔以流动方式连接或连接上，从而从第二分离塔的塔顶排出该CO含量丰富的塔顶流，并经由所述流动方式的连接送入第一分离塔中，其中该第一分离塔此外在第一分离塔的塔顶处具有第一出口，即用于以塔顶产品流的形式排出去除了甲烷的合成气流，以及在第一分离塔的塔底处的第二出口，用于由第一分离塔的塔底排出含有CO及含有CH4的塔底馏份。
现在根据本发明尤其是在阀(例如V3)的上游设置冷凝器，其中所述流动方式的连接将第一分离塔的塔顶与该冷凝器连接及将该冷凝器与第二分离塔连接，从而可以将CO含量丰富的塔顶流由第二分离塔导入冷凝器中，在此至少部分地冷凝，并将在此形成的液相部分或完全地从冷凝器送入第一分离塔中以混入合成气，其中第一分离塔的第一出口和第二出口各自与冷凝器以流动方式连接，从而使CO含量丰富的塔顶流可以在冷凝器中逆着来自第一分离塔的塔顶的塔顶产品流以及逆着来自第一分离塔的塔底的塔底馏份的至少一股支流(或者逆着全部的流)进行冷却。
根据本发明的设备具有上述的装置以实施其他的上述工艺步骤，在此方面参照以上说明。其以同样方式得益于前述的优点，因而在此也可以参照这些优点。
在以下对本发明的实施方案的图示说明中参照附图阐述本发明的其他特征和优点。
附图说明
图1所示为根据现有技术的方法或设备；
图2所示为根据本发明的方法或根据本发明的设备的一个实施方案；
图3所示为根据本发明的方法或根据本发明的设备的另一个实施方案；及
图4所示为根据本发明的方法或根据本发明的设备的另一个实施方案。
具体实施方式
图1所示为用于从含有甲烷的合成气分离出甲烷的根据已述的现有技术的方法或设备2。
图2所示为用于从含有甲烷的合成气SYN分离出甲烷的根据本发明的方法或根据本发明的设备1。
该设备1具有第一分离塔T1和第二分离塔T2，它们尤其是在不同的压力下运行，其中第一分离塔T1的压力例如可以处于8巴至40巴，尤其是10巴至30巴的范围内。为了保证气相和液相之间的密度差为至少250kg/m3，尤其是至少300kg/m3，第二分离塔T2的压力优选限于20巴至25巴。
有待去除掉甲烷的含有甲烷的合成气SYN各自逆着制冷剂M在第一热交换器E1中冷却至例如-70至-110℃，尤其是-80至-100℃的温度，及在第二热交换器E2中冷却至例如-140至-170℃，尤其是-145至-165℃的温度，送入第一分离塔T1的塔底。将从第二分离塔T2的塔顶20排出的第二分离塔T2的回流以第二分离塔T2的CO含量丰富的塔顶流K的液相F的形式混入合成气流SYN，从而在第一分离塔T1中从合成气流SYN洗出甲烷。以此方式在第一分离塔T1中获得合成气SYN的甲烷含量贫乏的塔顶馏份PRO和甲烷含量丰富且含有一氧化碳的塔底馏份S。
为了产生CO含量丰富的塔顶流K的至少部分地呈液态的相F，将其从第二分离塔T2的塔顶20排出之后，在冷凝器E3中，在产生液相F的情况下，逆着第一分离塔T1的塔顶产品流PRO及第一分离塔T1的塔底馏份S的第一支流S′至少部分地冷凝，其中加热第一分离塔T1的塔顶产品流PRO，并使第一分离塔T1的塔底馏份S的该第一支流S′部分蒸发。为了提供第一分离塔T1的塔底馏份S的该第一支流S′，该塔底馏份S借助于泵P1从第一分离塔T1的塔底11(出口110)排出，分成第一和第二支流S′，S″。然后引导第一支流S′经由阀V1通过冷凝器E3，在冷凝器E3的下游以确定的高度送入第二分离塔T2中，而第二支流S″作为回流经由另一个阀V2在第一支流S′上方送入第二分离塔T2的塔顶20中，从而提高第二分离塔T2的塔顶纯度。由此还有利地降低了第一分离塔T1的塔顶10中的甲烷含量。
在尤其是作为一氧化碳汽提塔运行的第二分离塔T2中，将以第一和第二支流S′，S″的形式送入第二分离塔T2中的甲烷含量丰富且含有一氧化碳的塔底馏份S分离成所述CO含量丰富的塔顶流K和CO含量贫乏的甲烷馏份LNG，其CO含量例如可以在0.01至1.00体积％，尤其是0.1至0.5体积％的范围内，并将其从第二分离塔T2的塔底21排出。第二分离塔T2在塔底21中具有作为塔底再沸器运行的传热器E4，其使在塔底中收集的CO含量贫乏的甲烷馏份LNG沸腾。该塔底再沸器E4借助于一部分制冷剂M(还见下文)加热，尤其是也可以布置在第二分离塔T2外部。
例如可以引导从第二分离塔T2排出的甲烷馏份LNG通过第二热交换器E2，可以甲烷产品LNG的形式选择性地作为沸腾或过冷的液体或者作为任意压力下的气体送出。例如由1至100巴的范围选择压力。同样可以将甲烷产品LNG分成具有不同输出状态的多个平行的产品流，例如液态、沸腾态、过冷态和/或气态。
甲烷含量贫乏的塔顶产品流PRO在从第一分离塔T1的塔顶10(出口100)排出之后及在冷凝器E3中加热之后，在第二和第一传热器E2和E1中加热，并作为贫化至甲烷残余含量例如为0.01至2.00体积％，尤其是0.1至01.0体积％的合成气产品PRO送出。
为了加热第二分离塔T2，即为了运行塔底再沸器E4，以及第一和第二传热器E1，E2，优选设置封闭的制冷剂循环，制冷剂M在其中循环。该制冷循环包括具有中间冷却器E6和E7的优选多级的主压缩机C3，以及第一和第二压缩机C1和C2，在此构造为预压缩机，它们分享共同的再冷却器E5。在压缩机C1至C3中，制冷剂M，尤其是(例如技术纯的干燥)氮气，从例如10至30巴，尤其是12至25巴的起始压力PA经由相应的中间压力压缩至例如50至90巴，尤其是60至80巴的最终压力PE。起始压力PA根据此处的相关定义在压缩机C1和C2的吸入侧附近，最终压力PE在主压缩机C3的压缩侧附近。
第一压缩机C1和第二压缩机C2可以各自通过同样用制冷剂M运行的第一或第二膨胀机X1和X2驱动。制冷剂M在这两个膨胀机X2和X1中均做功和制冷减压，其中所释放的冷量各自用于运行第一和第二热交换器E1和E2，而所释放的机械功率用于运行第一和第二压缩机C1和C2。
具体而言，制冷剂M在离开第一传热器E1之后被分开，平行地在第一和第二压缩机C1，C2中预压缩，接着重新合并。然后制冷剂流M在主压缩机中压缩至最终压力PE，接着分成第一和第二制冷剂支流M1，M2，其中第一制冷剂支流M1的体积流量与第二制冷剂支流M2的体积流量的比例例如在10/90至40/60的范围内。
第一制冷剂支流M1在第一膨胀机X1中做功和/或制冷减压，然后送入第一传热器E1中，从而在第一传热器E1中将第二制冷剂支流M2从例如在20℃至60℃的范围内的起始温度TA冷却至例如在-40℃至-70℃的范围内的第一中间温度TI1。
然后引导在第一传热器E1中冷却的第二制冷剂支流的第一部分M21通过塔底再沸器E4(见上文)，其中第二制冷剂支流M2的该第一部分M21进一步冷却至例如在-90℃至-120℃的范围内的第二中间温度TI2。
引导第二制冷剂支流M2的其他的第二部分M22通过用于调节该第二部分M22的体积流量的第一阀V5，并与预先在塔底再沸器E4中进一步冷却至TI2的第二制冷剂支流M2的第一部分M21合并。因此第一阀V5允许优化进入第二膨胀机X2中的制冷剂的量和/或入口温度，及由此相应地降低能耗。如此重新合并的第二制冷剂支流M2在第二膨胀机X2中做功和/或制冷减压，其中第二制冷剂支流M2冷却至最终温度TE，其例如在比第二传热器E2下游的合成气流温度低1℃至5℃的范围内。减压的第二制冷剂支流M2接着送入第二传热器E2中，从而在此供应冷量，在第二传热器E2的下游与在第一膨胀机X1中减压的第一制冷剂支流M1合并，与其一起送入第一传热器E1中。现在制冷剂流M重新具有起始压力PA，重新通过上述制冷剂循环。
从大于20巴、优选15巴以上的原料气压力(SYN)起，第二分离塔T2的运行压力优选低于第一分离塔T1，从而保持所测的在第二分离塔T2的塔底11内液体与气体的密度差(优选大于250kg/m3，更优选大于300kg/m3)。根据本发明的方法的此类改变方案显示于图3中。不同于图2，在此情况下泵P1用作第一分离塔T1的回流泵，不再作为第二分离塔T2的进料泵。
具体而言，根据图3，现在与图2不同，来自第二分离塔T2的塔顶流K在冷凝器E3的下游导入分离器D1中，其中在分离器D1中收集的塔顶流K的液相F借助于泵P1作为回流泵入第一分离塔T1中，而从分离器D1排出的塔顶流的含有合成气的气相G则在冷凝器E3中进行加热，在第一和第二传热器E1，E2中进一步加热，在借助于压缩机C4压缩之后及尤其是在紧接着的再冷却E8之后在第一传热器E1的下游添加至合成气产品或塔顶产品流PRO。
相对于根据图2的实施方案，该制冷剂循环此外还具有一个改变方案。据此规定，第二制冷剂支流M2的第二部分M22在第二传热器E2中进一步冷却至尤其是在-150℃至-165℃的范围内的最终温度TE，为此将在再沸器E4中冷却至第二中间温度TI2(例如在-90℃至-120℃的范围内)的第二制冷剂支流M2的第一部分M21分成第一流S1和第二流S2，其中第一流S1在第二膨胀机X2中做功和/或制冷减压，从而在第二传热器E2中将第二制冷剂支流M2的第二部分M22冷却至TE，其中第二流S2经由用于调节第二流S2的体积流量的第一阀V5在第二传热器E2的上游混入有待在第二传热器E2中冷却的第二制冷剂支流M2的第二部分M22。此外，在第二传热器E2中冷却的第二部分M22在第二传热器E2的下游经由第二阀V6混入减压的第一流S1，从而将第二制冷剂支流M2的这两个部分M21，M22重新合并，其中将如此合并的第二制冷剂支流M2导入第二传热器E2中，从而在此供应冷量。借助于第二阀V6，尤其是取决于原料气SYN的组成和压力，将完全或至少部分地呈液态的氮经由第二阀V6混入第二膨胀机X2的气态排出流，从而优化总能耗。
最后将第二制冷剂支流M2在第二传热器E2的下游与在第一膨胀机X1中减压的第一制冷剂支流M1合并，并与其一起导入第一传热器E1中。
结果，相对于根据图1的现有技术，本发明能够使制冷剂循环M解除借助于E5进行的第二分离塔T2塔顶冷却的任务，从而能够提高根据图2的主压缩机C1(或根据图1和2的C3)的抽吸压力，并实现更加有效的工艺过程。
图4所示为本发明的另一个实施方案。在特定的情况下，例如原料气中的甲烷含量小于20摩尔％及纯度要求特别高(例如在产品PRO中小于1摩尔％的CH4)，即使在原料气压力超过20巴时使用根据图2的基本方案也是在能量方面有利的。在此情况下，进料或合成气SYN的压力在第一分离塔T1的上游通过在第三膨胀机X3中的做功和制冷减压而降低至优选低于20巴。为此合成气SYN首先在第一和第二传热器E1，E2中冷却，然后送入分离器D2中，其中气相在第三膨胀机X3中膨胀，并与在分离器D2中产生并经由阀V8引导的液相混合。所有在分离器D2中产生的流体都送入第一分离塔T1的塔底11。第三膨胀机X3的机械功率可以任意方式使用(例如在压缩时、用于驱动发电机等)。
为了实现CO含量丰富的塔顶流PRO的提高的纯度(即尤其是甲烷含量小于1摩尔％)，此外有利的是，第二分离塔T2不是按照图3的方式利用回流或第二支流S″运行，其仍然具有相当高的甲烷含量，而是利用通过塔顶产品K的部分冷凝获得的液相F的一部分运行。具体而言，为此使CO含量丰富的塔顶流K在从第二分离塔T2的塔顶20排出之后，在冷凝器E3中，在产生液相F的情况下逆着第一分离塔T1的塔顶产品流PRO及第一分离塔T1的塔底馏份S至少部分地冷凝，其中加热第一分离塔T1的塔顶产品流PRO，并使第一分离塔T1的该塔底馏份S至少部分蒸发。该塔底馏份根据图4借助于泵P1经由阀V1送入冷凝器E3中，然后送入第二分离塔T2中。将来自第二分离塔T2的塔顶流K在冷凝器E3的下游导入分离器D1中，其中将在分离器D1中收集的塔顶流K的液相F在分离器D1的下游分成第一支流F′和第二支流F″，其中液相F的第一支流F′经由阀V7作为回流进入第一分离塔T1中，而液相F的第二支流F″借助于泵P2送入第二分离塔T2中。从分离器D1排出的塔顶流K的含有合成气的气相G经由阀V3添加至来自第一分离塔T1的塔顶流PRO，然后在冷凝器E3中加热，在第一和第二传热器E1，E2中进一步加热，紧接着作为合成气产品PRO供应。

Claims (15)

1.从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其中将合成气流(SYN)送入第一分离塔(T1)中，在其中通过将从第二分离塔(T2)的塔顶(20)排出的CO含量丰富的塔顶流(K)的液相(F)混入合成气流(SYN)从而从合成气流(SYN)分离出甲烷，其中从第一分离塔(T1)的塔顶(10)排出去除了甲烷的合成气流(SYN)作为塔顶产品流(PRO)，从第一分离塔(T1)的塔底(11)排出含有CO且含有CH4的塔底馏份(S)，
其特征在于，
第二分离塔(T2)的CO含量丰富的塔顶流(K)在冷凝器(E3)中在产生CO含量丰富的塔顶流(K)的液相(F)的情况下逆着第一分离塔(T1)的塔顶产品流(PRO)和逆着第一分离塔(T1)的塔底馏份(S)的至少第一支流(S′，S)至少部分地冷凝，其中加热第一分离塔(T1)的塔顶产品流(PRO)，并使第一分离塔(T1)的塔底馏份(S)的该至少第一支流(S′，S)部分蒸发。
2.根据权利要求1所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，将所述至少第一支流(S′)送入第二分离塔(T2)中，或者将全部的塔底馏份(S)经由冷凝器(E3)送入第二分离塔(T2)中。
3.根据权利要求1或2所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，将塔底馏份(S)分成第一支流(S′)和第二支流(S″)，其中将第二支流(S″)作为回流送入第二分离塔(T2)中，其中不引导第二支流(S″)通过冷凝器(E3)。
4.根据权利要求1或2所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，送入第二分离塔(T2)中的塔底馏份(S)，以第一和/或第二支流(S′，S″)的形式，在第二分离塔(T2)中分离成所述CO含量丰富的塔顶流(K)和CO含量贫乏的甲烷馏份(LNG)，其从第二分离塔(T2)的塔底(21)排出。
5.根据权利要求1或2所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，将塔顶流(K)在冷凝器(E3)的下游送入分离器(D1)中，其中将在分离器(D1)中收集的塔顶流(K)的液相(F)泵送(P1)至第一分离塔(T1)中，其中第二分离塔(T2)中的压力低于第一分离塔(T1)中的压力。
6.根据权利要求1或2所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，将塔顶流(K)在冷凝器(E3)的下游送入分离器(D1)中，其中将在分离器(D1)中收集的塔顶流(K)的液相(F)在分离器(D1)的下游分成第一支流(F′)和第二支流(F″)，其中将第一支流送入第一分离塔(T1)中，其中将该液相(F)的第二支流(F″)作为回流送入第二分离塔(T2)中。
7.根据权利要求5所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，从分离器(D1)排出塔顶流(K)的含有合成气的气相(G)，其中将该气相(G)分离地或以与塔顶产品流(PRO)混合的方式在冷凝器(E3)中加热，并在第一和第二传热器(E1，E2)中进一步加热，其中在分离地加热气相(G)时压缩(C4)该气相(G)，并在压缩(C4)之后以及在紧接着的再冷却(E8)之后在第一传热器(E1)的下游添加至塔顶产品流(PRO)。
8.根据权利要求1或2所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，合成气流(SYN)在送入第一分离塔(T1)中之前借助于在制冷循环中引导的制冷剂(M)在第一传热器(E1)中进行冷却，以及在后续的第二传热器(E2)中进一步冷却。
9.根据权利要求8所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，将制冷剂(M)分成第一和第二制冷剂支流(M1，M2)，其中第一制冷剂支流(M1)在第一膨胀机(X1)中做功和/或制冷减压，然后送入第一传热器(E1)中，从而在第一传热器(E1)中将第二制冷剂支流(M2)从起始温度(TA)冷却至第一中间温度(TI1)。
10.根据权利要求4所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，第二分离塔(T2)的CO含量贫乏的甲烷馏份(LNG)借助于其他的传热器(E4)逆着第二制冷剂支流(M2)的至少第一部分(M21)加热沸腾，其中将第二制冷剂支流(M2)的该第一部分(M21)进一步冷却至第二中间温度(TI2)。
11.根据权利要求10所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，引导第二制冷剂支流(M2)的其他的第二部分(M22)经过用于调节该第二部分(M22)的体积流量的第一阀(V5)，与来自所述其他的传热器(E4)的第二制冷剂支流(M2)的第一部分(M21)合并，合并后的第二制冷剂支流(M2)在第二膨胀机(X2)中做功和/或制冷减压，其中将第二制冷剂支流(M2)冷却至低于该第二中间温度(TI2)的最终温度(TE)，然后将第二制冷剂支流(M2)送入第二传热器(E2)中，在第二传热器的下游与在第一膨胀机(X1)中减压的第一制冷剂支流(M1)合并，并与其一起送入第一传热器(E1)中。
12.根据权利要求10所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，将第二制冷剂支流(M2)的第一部分(M21)在所述其他的传热器(E4)中冷却之后分成第一和第二流(S1，S2)，其中利用第一阀(V5)调节第一和第二流之间的比例，在100/0至80/20的范围内，其中将第二流(S2)与第二制冷剂流的第二部分(M22)混合，在第二传热器(E2)中冷却之后经由第二阀(V6)减压，与在第二膨胀机(X2)中做功和/或制冷减压的第一流S1混合，接着在第二和第一传热器中加热，最后重新压缩(C1至C3)，在第二膨胀机下游的最终温度处于比在第二传热器下游的合成气流的温度低1℃至5℃的范围内。
13.根据权利要求1或2所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，从第二分离塔(T2)的塔底(21)排出的CO含量贫乏的甲烷馏份(LNG)在第二传热器(E2)中进一步冷却。
14.根据权利要求8所述的从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其特征在于，利用主压缩机(C3)、第一压缩机(C1)以及第二压缩机(C2)压缩制冷剂(M)，其中在所述压缩过程的下游将该制冷剂(M)分成第一和第二制冷剂支流(M1，M2)，其中第一膨胀机(X1)以机械方式与第一压缩机(C2)连接并对其进行驱动，第二膨胀机(X2)以机械方式与第二压缩机(C3)连接并对其进行驱动。
15.设备(1)，设立该设备是为了实施根据前述权利要求之一从含有甲烷的合成气(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，该设备具有第一分离塔(T1)，用于通过将CO含量丰富的塔顶流(K)的液相(F)混入合成气流(SYN)从而从合成气流(SYN)分离出甲烷；以及第二分离塔(T2)，其中第二分离塔(T2)的塔顶(20)与第一分离塔(T1)经由阀(V3，V7)以流动方式连接，从而从第二分离塔(T2)的塔顶(20)排出该CO含量丰富的塔顶流(K)，并通过该流动方式的连接送入第一分离塔(T1)中，其中第一分离塔(T1)此外在第一分离塔(T1)的塔顶(10)处具有第一出口(100)从而以塔顶产品流(PRO)的形式排出去除了甲烷的合成气流(SYN)，以及在第一分离塔的塔底(11)处具有第二出口(110)从而从第一分离塔(T1)的塔底(11)排出含有CO且含有CH4的塔底馏份(S)，
其特征在于，
在阀(V3)的上游设置冷凝器(E3)，其中第一分离塔(T1)的塔顶(10)与该冷凝器(E3)及该冷凝器(E3)与第二分离塔(T2)以流动方式连接，从而将CO含量丰富的塔顶流(K)从第二分离塔(T2)引入冷凝器(E3)中，在此至少部分地冷凝，将在此形成的液相(F)从冷凝器(E3)至少部分地送入第一分离塔(T1)中以混入合成气(SYN)，其中第一分离塔(T1)的第一出口(100)和第二出口(110)各自与冷凝器(E3)以流动方式连接，从而将CO含量丰富的塔顶流(K)逆着来自第一分离塔(T1)的塔顶(10)的塔顶产品流(PRO)及逆着来自第一分离塔(T1)的塔底(11)的塔底馏份(S)的至少一部分(S′，S)进行冷却。
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