CN109952482A - 通过甲烷洗涤对气体混合物进行低温分离的方法和设置 - Google Patents

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Abstract

在通过低温蒸馏和洗涤对a)富含氢气的气体和富含一氧化碳的气体、和/或b)氢气和一氧化碳的混合物进行联合生产的工艺中，从洗涤塔中提取釜馏液(17)并输送到汽提塔(31)，从汽提塔中提取釜馏液(35)并输送到一氧化碳和甲烷的分离塔(37)，并且冷却流体在压力高于该分离塔的头部的压力的情况下使用，以用于对在该洗涤塔的中间层级提取的至少一种流体进行冷却。

Description

通过甲烷洗涤对气体混合物进行低温分离的方法和设置
本发明涉及一种通过低温蒸馏和洗涤来对a)富含氢气的气体和富含一氧化碳的气体、和/或b)氢气和一氧化碳以及可选的甲烷的混合物进行联合生产的工艺和设施。具体地，本发明涉及一种通过甲烷洗涤来对气体混合物进行低温分离的方法和设备。
用于生产一氧化碳和氢气的单元可以分为两部分：
√合成气(主要含有H2、CO、CH4、CO2、Ar和N2的混合物)的生成。
√合成气的净化。发现以下内容：
·用于用液体溶剂进行洗涤以除去存在于合成气中的大部分酸性气体的单元，
·用于在吸附剂床上进行净化的单元，
·用于生成CO或者被称为“羰基合成气(oxogas)”的H2/CO混合物(其中CH4和N2含量低)的被称为“冷箱”的低温分离单元。最常使用的工艺是甲烷洗涤。
在现有技术中，由具有单一低压循环水平(2.6bar abs)的CO循环压缩机来提供分离能量，以用于冷却甲烷洗涤塔并且还用于冷却蒸馏塔的顶部。压力水平由-182℃的温度定义，该温度是冷却甲烷洗涤塔以避免CH4固化的最低可接受温度。出于简化CO压缩机的目的，还利用-182℃的温度水平来冷却CO/CH4蒸馏塔的顶部。这导致具有28bar abs的高压循环，以便能够在CO/CH4塔的容器再沸器中使CO冷凝。
因此，在EP 1479989中，已用于对洗涤塔中间流体进行冷却的流体在被输送到生成产物CO的循环压缩机的入口之前与CO/CH4蒸馏塔的顶部气体混合。这是可能的，因为用于冷却的流体与蒸馏塔处于相同的压力。
冷却剂流体的压力不能低于2.6bar abs，否则洗涤塔中循环的甲烷存在固化的风险。因此，CO/CH4塔必须至少在2.6bar下工作，并且CO循环的最大压力至少为28bar abs。
类似地，在FR 2353819中，已用于对中间流体进行冷却的流体在被输送到CO/CH4塔之前降低压力，使得其在被输送到循环压缩机的入口之前与CO/CH4的气体混合。
在某些情况下，CO压缩机的流速较低，这样导致使用具有活塞技术而不是离心技术的压缩机。
然而，活塞式压缩机的可用性低于离心式压缩机的可用性，这样可能导致对容量各自为100％的两个活塞式压缩机进行安装，以便即使在活塞式压缩机所需的维护时间期间也能够继续工作。
根据本发明的一个主题，提供了一种通过低温蒸馏和洗涤来对a)富含氢气的气体和富含一氧化碳的气体、和/或b)氢气和一氧化碳以及可选的甲烷的混合物进行联合生产的方法，其中：
i)将至少含有氢气、一氧化碳和甲烷以及可选的氮气的气体混合物在热交换器中冷却，
ii)将已冷却的混合物输送到洗涤塔，
iii)将富含甲烷的液体作为洗涤液引入到该洗涤塔中，
iv)将富含氢气的气体作为顶部气体从该洗涤塔中抽取出，
v)将容器液体从该洗涤塔中抽取出并输送到汽提塔，
vi)将容器液体从该汽提塔中抽取出并输送到用于分离一氧化碳和甲烷的塔，
vii)来自该分离塔的容器液体的至少一部分构成步骤iii)的液体，并且
viii)富含一氧化碳的流体用作冷却剂流体，用于对在该洗涤塔的中间层级抽取出的至少一种流体进行冷却，其特征在于，用于对在该洗涤塔中间层级抽取出的该至少一种流体进行冷却的流体所处的压力大于该分离塔的顶部的压力，优选地大至少0.5bar、甚至大至少0.9bar，并且其特征在于，用于对在该洗涤塔中间层级抽取出的该至少一种流体进行冷却的流体被输送到离心式压缩机的中间层级以便在其中被压缩。
根据本发明的其他可选主题：
-用于对在该洗涤塔中间层级抽取出的至少一种流体进行冷却的流体从该分离塔的顶部或从位于该分离塔的顶部处的容积中抽取出，和/或源自该分离塔的富含一氧化碳的气体在更高压力下被压缩以形成一氧化碳，并且在更高压力下该一氧化碳的至少一部分压力降低以形成冷却剂流体。
-来自位于该分离塔的顶部处的容积的液体降低压力并输送到该分离塔。
-用于对从该洗涤塔的中间层级抽取出的至少一种流体进行冷却的流体与该分离塔的顶部的流体之间的压差是至少0.5bar、甚至是至少0.9bar。
-在使来自该分离塔的容器液体的一部分在该热交换器中蒸发之后，该部分以液体形式或气体形式作为富含甲烷的产物回收。
-富含一氧化碳的流体从该分离塔中产生，并且与该富含氢气的流体混合以形成产物。
-富含一氧化碳的气体对该汽提塔的容器和/或该分离塔的容器进行加热，并且在阀中的压力降低之后被输送到该顶部容积。
-该分离塔在1.6bar下工作。
-将来自位于该分离塔的顶部处的容积的富含一氧化碳的液体的至少一部分降低压力，并且输送到该分离塔的顶部以便在与在该塔内上升的蒸气接触时蒸发，并且随后与该分离塔的顶部气体的一部分混合。
-已用于对在该洗涤塔的中间层级抽取出的至少一种流体进行冷却的流体没有被输送以在该分离塔中分离。
-一氧化碳循环用于对该汽提塔的容器和该分离塔的容器进行加热、并且对该分离塔的顶部进行冷却，该离心式压缩机用于对该循环气体进行压缩。
-一氧化碳循环的最大循环压力小于28bar。
-一氧化碳循环的最大压力为22bar。
-来自该分离塔的顶部或来自该分离塔的顶部处的容积的气体被输送到该压缩机的入口。
根据本发明的另一主题，提供了一种通过低温蒸馏和洗涤对a)富含氢的气体和富含一氧化碳的气体、和/或b)氢气和一氧化碳以及可选的甲烷的混合物进行联合生产的设施，该设施包括：离心式压缩机，第一热交换器，洗涤塔，汽提塔，用于分离一氧化碳和甲烷的塔，用于输送至少含有氢气、一氧化碳和甲烷的气体混合物以在该第一热交换器中进行冷却的管道，用于将已冷却的液体从该第一热交换器输送到该洗涤塔的管道，用于在该洗涤塔的顶部处引入富含甲烷的液体作为第一洗涤液的管道，用于抽取出富含氢气的气体作为该洗涤塔的顶部气体的管道，用于从该洗涤塔抽取出容器液体并用于将该洗涤塔的容器液体输送到该汽提塔的管道，用于从该汽提塔抽出容器液体并将其输送到用于分离一氧化碳和甲烷的塔的管道，该分离塔的容器液体的至少一部分构成富含甲烷的液体，以及用于从该分离塔的顶部抽取出富含一氧化碳的流体的管道，用于输送富含一氧化碳的流体作为冷却剂流体以用于在第二热交换器中对在该洗涤塔的中间层级抽取出的至少一种流体进行冷却的管道，其特征在于，用于对在洗涤塔中间层级抽取出的至少一种流体进行冷却的流体所处的压力大于该分离塔的顶部的压力，其特征在于，该设施包括用于将流体在压力大于该分离塔的顶部的压力的情况下输送到该离心压缩机的中间层级的装置，该流体已经用于对在该洗涤塔的中间层级抽取出的至少一种流体进行冷却。
该设施包括将该离心式压缩机连接到该分离塔的装置，并且可以包括用于将源自该分离塔的富含一氧化碳的气体输送到该离心式压缩机的装置以便对该气体进行加压而使得该气体可以用作产物和循环气体。该压缩机可以通过膨胀阀连接到第二热交换器。
该设施可以在塔顶处包含一定体积的液态一氧化碳。
该设施可以包括用于从该分离塔中回收容器液体中的一部分作为液体形式的富含甲烷的产物的装置。
该设施可以包括用于从该分离塔中回收容器液体中的一部分作为气体形式的富含甲烷的产物的装置，包括用于可选地在加压之后将该部分输送以便在热交换器中蒸发的装置。
该设施可以包括用于使源自该离心压缩机的气体降低压力以便用作冷却剂流体的装置，该冷却剂流体用于在该洗涤塔的中间层级抽取出的至少一种流体。
该设施可以包括用于将流体从该分离塔的顶部输送到该第二热交换器作为冷却剂流体的装置。
该设施可以包括用于将流体从位于该分离塔的顶部处的容积输送到第二热交换器作为冷却剂流体的装置。
本发明提出降低循环所需的压力以便增加压缩机的出口处的容积流率，并且因此能够使用离心技术而不是活塞技术。
因此，通过在1.6bar abs下操作CO/CH4塔，需要22bar abs的循环压力，不再是28bar abs。
然而，需要将对甲烷洗涤塔进行冷却的CO的压力保持在2.6bar abs。因此存在两个CO循环回路，即2.6bar abs和1.6bar abs。
在需要在高于冷箱入口处的合成气的压力下生成羰基合成气的情况下，在22bar而不是28bar abs下进行CO循环也可能降低总能量。
将参照图1至图4更详细地描述本发明，图1和图2描绘了整个工艺，并且图3和图4具体地示出了低温分离。
根据图1的工艺，在24bar下至少含有氢气、一氧化碳和甲烷以及可选的氮气1的合成气流在净化单元3中被净化除去水、二氧化碳、甲醇和其他杂质，并且随后将干燥的合成气流5输送到冷箱CB，该冷箱是包含蒸馏塔的隔离室。蒸馏塔系统的产物是弛放气103。另一个产物27是氢气HRG，其一部分用于使净化单元再生。在1.2bar下的一氧化碳流59和在2.2bar下的另一个一氧化碳流43被输送到对其进行压缩的压缩机67的不同水平。流43用于对在洗涤塔的中间层级抽取的流进行冷却。产物流69在小于22bar下在压缩机67的中间层级离开。剩余的气体在22bar的压力下被压缩到最后阶段，并且作为流61返回到冷箱CB。
根据图2的工艺，该工艺不产生一氧化碳、但是产生一氧化碳和氢气的混合物，通过将在中间层级从甲烷洗涤塔抽取的含有氢气和一氧化碳的气体101与在22bar下压缩机67的最后阶段中的压缩气体中的一部分混合而形成该混合物。在22bar下的气体的一部分61返回到冷箱CB，在压缩机167中利用流101对剩余的气体62进行压缩，从而在29bar下形成含有一氧化碳和氢气的产物105。
根据图3的工艺，至少含有氢气、一氧化碳和甲烷以及可选的氮气1的合成气流在净化单元3中被净化除去水、二氧化碳、甲醇和其他杂质，并且随后干燥的合成气流5被输送到冷箱，在此该气体流在热交换器7中被冷却，该热交换器优选地是铜焊铝板交换器。已冷却的气体被输送到洗涤塔15的底部。在顶部向洗涤塔供应富含甲烷的液体45作为洗涤液。将富含氢气的气体27作为顶部气体从洗涤塔15中抽取出，并且将容器液体17从洗涤塔中抽取出。
来自洗涤塔的容器液体17被输送到汽提塔31的中部。在洗涤塔51的中间层级将至少一种(优选地几种)中间液体28抽取出，并且被输送以在热交换器29中蒸发。将容器液体35从汽提塔31中抽取出，并且在冷却之后在1.6bar下输送到用于在中间层级处分离一氧化碳和甲烷的塔37。来自分离塔37的容器液体41的至少一部分45在泵46中被加压之后构成洗涤液。在分离塔37的顶部抽取出富含一氧化碳的气体53。分离塔37在1.6bar下工作，并且可选地包括容积55，该容积用作在塔顶储存液态一氧化碳。在该容积的气体57的压力从2.6bar abs降低到1.6bar abs之后，在1.6bar abs下的气体53与来自该容积的气体57混合。两种气体59的混合物在交换器7中被加热，并且输送到一氧化碳压缩机67的入口以提供富含一氧化碳的产物69。在22bar abs下的一氧化碳的一部分61在热交换器7中冷却并分成两部分；一部分63在涡轮机68中降低压力，以在交换器7中被加热并返回压缩机57。剩余的部分65在22bar abs下用于使塔31和塔37再沸腾，并且在适当的情况下供应容积55。已用于对塔31和塔37的容器进行加热的富含一氧化碳的气体71向下降压22bar abs而达到2.6bar的容积压力，以形成双相流。富含一氧化碳的液体积聚在容积55中，并且通过管道73输送穿过分离塔的顶部处的膨胀阀，以将液体的压力从2.6bar降到1.6bar，即分离塔37的顶部的压力。
因此存在两个CO循环回路，即2.6bar abs和1.6bar abs。
来自储存器55的液态一氧化碳43在压力降低之后用于在洗涤液的入口下方的点处对来自洗涤塔15的中间流体28进行冷却。否则，可以在CO/CH4塔37的顶部处获取液态一氧化碳43，并且输送到热交换器29以对中间流体28进行冷却。
气体33离开汽提塔31的顶部，并且富含甲烷的产物47可选地以液体形式从CO/CH4塔37中抽取出并在交换器7中蒸发。
气体33与甲烷45的一部分在甲烷降低压力之后在阀中混合。如此形成的混合物被加热并可以用作燃料。
已用于对来自洗涤塔的中间抽取物28进行冷却的气体43在2.6bar下被输送到压缩机67的中间层级。
富含一氧化碳的气体69用作产物，可选地与另一种产物混合以形成羰基合成气。
用于对来自洗涤塔15的至少一种中间流体进行冷却的流体43与分离塔37的顶部的流体之间的压差至少为0.5bar，甚至为至少0.9bar。
作为替代方案，如图4所示，在压缩机67(未示出)中压缩的气体61或69的一部分66可以在阀V中降低压力，以在交换器29中用作冷却剂流体以用于在洗涤塔15的中间层级处抽取出的至少一种流体28。即使在降低压力之后，该流体66所处的压力比分离塔37的顶部的压力大至少0.5bar，甚至大至少0.9bar。
在热交换器29中冷却的流体66随后作为气体43在压缩机67的中间层级处被输送到该压缩机。它与源自容积55的气体37混合并且与来自容积55的蒸发液体混合。
在阀V中降低压力的流体的另一部分64被输送到容积55，或者在没有容积55的情况下简单地输送到塔37的顶部。
源自CO/CH4塔的顶部并且处于比流43更低的压力下的气体53、59被输送到压缩机67的入口。
在容积55中生成的气体39与已经用于对交换器29进行加热的气体混合，并且像气体43一样返回压缩机。
在该变型中，生成的甲烷47在交换器7中蒸发之前没有在泵46中加压。

Claims (15)

1.一种通过低温蒸馏和洗涤来对a)富含氢气的气体和富含一氧化碳的气体和/或b)氢气和一氧化碳以及可选的甲烷的混合物进行联合生产的工艺，其中：
i)将至少含有氢气、一氧化碳和甲烷以及可选的氮气的气体混合物(1)在热交换器(7)中冷却，
ii)将该冷却的混合物输送到洗涤塔(15)，
iii)将富含甲烷的液体(45)作为洗涤液引入到该洗涤塔中，
iv)将富含氢气的气体作为顶部气体(27)从该洗涤塔中抽取出，
v)将容器液体(17)从该洗涤塔中抽取出并输送到汽提塔(31)，
vi)将容器液体(35)从该汽提塔中抽取出并输送到用于分离一氧化碳和甲烷的塔(37)，
vii)来自该分离塔的容器液体(41，45)中的至少一部分构成步骤iii)的液体，并且
viii)富含一氧化碳的流体(43，66)用作冷却剂流体，用于对在该洗涤塔的中间层级抽取出的至少一种流体进行冷却，
其特征在于，用于对在该洗涤塔中间层级抽取出的该至少一种流体进行冷却的流体所处的压力大于该分离塔的顶部的压力，优选地大至少0.5bar、甚至大至少0.9bar，并且其特征在于，用于对在该洗涤塔中间层级抽取出的该至少一种流体进行冷却的流体被输送到离心式压缩机(67)的中间层级以便在其中被压缩。
2.如权利要求1所述的工艺，其中，用于对在该洗涤塔中间层级抽取出的至少一种流体进行冷却的流体(43，66)从该分离塔(37)的顶部或从位于该分离塔的顶部处的容积(55)中抽取出，和/或源自该分离塔的富含一氧化碳的气体在更高压力下被压缩以形成一氧化碳，并且处于更高压力的该一氧化碳的至少一部分降低压力以形成冷却剂流体(66)。
3.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，来自位于该分离塔(37)的顶部处的容积的液体降低压力并被输送到该分离塔。
4.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其中，用于对从该洗涤塔的中间层级抽取出的至少一种流体进行冷却的流体与该分离塔的顶部的流体之间的压差是至少0.5bar、甚至是至少0.9bar。
5.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其中，在使来自该分离塔的容器液体的一部分(47)在该热交换器(7)中蒸发之后，该部分以液体形式或气体形式作为富含甲烷的产物回收。
6.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其中，富含一氧化碳的流体(62)从该分离塔中产生，并且与该富含氢气的流体(101)混合以形成产物(105)。
7.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其中，富含一氧化碳的气体(65)对该汽提塔(31)的容器和/或该分离塔(37)的容器进行加热，并且在阀中的压力降低之后被输送到该分离塔的顶部处的容积(55)。
8.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其中，来自位于该分离塔(37)的顶部处的容积(55)的富含一氧化碳的液体的至少一部分降低压力，并且被输送到该分离塔的顶部以便在与在该塔内上升的蒸气接触时蒸发，并且随后与该分离塔的顶部气体的一部分(53)混合。
9.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其中，该分离塔(37)在1.6bar下工作。
10.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其中，来自该分离塔的顶部或来自该分离塔的顶部处的容积的气体(53，57)被输送到该压缩机(67)的入口。
11.如前述权利要求中的一项所述的工艺，其中，一氧化碳循环用于对该汽提塔(31)的容器和该分离塔(37)的容器进行加热、并且对该分离塔的顶部进行冷却，该离心式压缩机(67)用于对该循环气体进行压缩。
12.一种通过低温蒸馏和洗涤对a)富含氢的气体(27)和富含一氧化碳的气体(69)、和/或b)氢气和一氧化碳以及可选的甲烷的混合物(105)进行联合生产的设施，该设施包括：离心式压缩机(67)，第一热交换器(7)，洗涤塔(15)，汽提塔(31)，用于分离一氧化碳和甲烷的塔(37)，用于输送至少含有氢气、一氧化碳和甲烷的气体混合物(1)以在该第一热交换器中进行冷却的管道，用于将已冷却的液体从该第一热交换器输送到该洗涤塔的管道，用于在该洗涤塔的顶部处引入富含甲烷的液体作为第一洗涤液的管道，用于抽取出富含氢气的气体作为该洗涤塔的顶部气体的管道，用于从该洗涤塔抽取出容器液体并用于将该洗涤塔的容器液体输送到该汽提塔的管道，用于从该汽提塔抽出容器液体并将其输送到用于分离一氧化碳和甲烷的塔的管道，该分离塔的容器液体的至少一部分构成富含甲烷的液体，以及用于从该分离塔的顶部抽取出富含一氧化碳的流体的管道，用于输送富含一氧化碳的流体(43，66)作为冷却剂流体以用于在第二热交换器(29)中对在该洗涤塔的中间层级抽取出的至少一种流体(28)进行冷却的管道，其特征在于，该设施包括用于将流体在压力大于该分离塔的顶部的压力的情况下输送到该离心压缩机的中间层级的装置，该流体已经用于对在该洗涤塔的中间层级抽取出的至少一种流体进行冷却。
13.如权利要求12所述的设施，其中，该压缩机连接到该分离塔(37)，并且包括用于将源自该分离塔的富含一氧化碳的气体(17，37，59)输送到该离心式压缩机(67)的装置以便对该气体进行加压而使得该气体可以用作产物和循环气体。
14.如权利要求12或13所述的设施，包括：用于使源自该离心压缩机(67)的气体降低压力以便用作冷却剂流体的装置(V)，该冷却剂流体用于在该洗涤塔(15)的中间层级抽取出的至少一种流体。
15.如权利要求12或13所述的设施，包括：用于将流体从该分离塔(37)的顶部输送到该第二热交换器作为冷却剂流体的装置。
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