CN1133582C - 生产一氧化碳和氢的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在本发明的方法中，通过在热交换器(310)中部分冷凝从分离罐(320)底部回收的冷凝馏分(322)生产一氧化碳，不纯氢(321)在罐(320)顶部产生并通过在塔(350)内用氮清洗而提纯。由在上述塔顶收集的氢气流(353)生产氨合成混合物。从在氮清洗塔(350)底部收集的馏分(351)中进一步生产一氧化碳。所有塔和交换器均在一个单一的冷却箱(400)内。

Description

生产一氧化碳和氢的方法和设备
本发明涉及一氧化碳的生产。
本发明还涉及从氮和氢的气体混合物生产用于生产氨的合成混合物(N2+3H2)。
本发明还涉及用于这种联合生产的设备，特别是该设备可与氨生产设备相结合。
一般，一氧化碳可在烃的蒸汽转化或部分氧化过程中获得。利用通过使用普通的提纯技术的装置可生产高纯度的一氧化碳。这包括诸如液态甲烷清洗或部分冷凝的低温方法。甲烷清洗能够生产高纯度一氧化碳以及作为副产物的一般含有1-2％甲烷的不纯的氢。
该分离方法能够在压力下获得氢和非常优良的一氧化碳收率(高达99％)。
如EP-A-0677483中所述，部分冷凝也可生产高纯度一氧化碳。
然而，由于生产氢的损失，一氧化碳的收率一般不高于80％。
为了提高一氧化碳的产量，现有技术的方法是通过减小从罐顶逸出的氢气流的压力来降低冷凝罐的温度。另一种方法包括循环生产的不纯氢作为用于部分冷凝装置的原料气体。
但是，这些技术所需的能量和投资非常昂贵。
为了生产其纯度适于生产氨合成混合物的氢，一般使用用液氮清洗的低温提纯，如EP-A-0307983和DE-A-3814293中所述。
采用这种技术可从烃或煤的转化或部分氧化方法生产的合成气获得纯净的氢气。
附图1示出了该方法，简要描述如下：
在1中从烃或煤的部分氧化步骤3产生的混合物中除去烟灰及在2中除去硫化氢后，转变CO的步骤4将存在的大部分CO在蒸汽的作用下转变成二氧化碳(CO2)，同时产生氢。经过吸收过程5将CO2清除后，该气体混合物到氮清洗的步骤6。
在塔顶，在压力下用氮清洗提供氢，其具有适用于生产合成混合物(N2+3H2)的高纯度，同时还产生主要含有一氧化碳、氢、甲烷和氮的残余气体。
附图1也代表了氨合成的其他操作；常压蒸馏7提供部分氧化3所需的氧和清洗过程6所需的氮；由在步骤6产生和在9中压缩的合成混合物在步骤8进行氨合成，在透平10中蒸汽膨胀推动压缩机9，在步骤11中通过Claus法对步骤2产生的硫化氢处理；12-14为各热交换器。
为了在上述特殊情况下生产一氧化碳，现有技术公知的方法是对氮清洗步骤6产出的残余物进行处理。
然后将残余气体作为一氧化碳生产方法的原料混合物。上述方法在文献EP-A-00092770和EP-A-0676373中特别加以说明。
为了利用副产品氢生产一氧化碳，也就是说，在压力下同时生产具有其纯度足以制备合成混合物的氢，在现有技术中建议将为获得高纯度一氧化碳而进行的液体甲烷清洗步骤与为提纯旨在生产合成混合物(N2+3H2)的氢气的用氮清洗的后续步骤相结合。
本发明的目的在于，一方面生产一种具有适于其他生产过程所需的高纯度一氧化碳，另一方面，在压力下生产其纯度适于进行氨合成混合物生产的高纯度氢。
本发明的另一个目的在于，通过利用在一氧化碳生产过程中以副产品得到的氢，从主要含有一氧化碳和氢以及其他组分(包括甲烷)的原料气体混合物中生产一氧化碳。
本发明还有一个目的在于为该生产过程提供一种减少能量消耗并降低投资成本的方法。
本发明再有一个目的在于提供用于该联合生产的装置。
为此，本发明涉及一种从主要含有氢气、一氧化碳和包括甲烷的其它组分的原料气体混合物联合生产一氧化碳和氨合成气体的方法，其特征在于包括下列步骤：
-使高压原料气体混合物经过热交换器进行部分冷凝，然后在分离罐中分离，在其顶部产生一种不纯氢气流，而在底部则产生一种富含一氧化碳的冷凝馏分；
-通过在第一汽提塔中中压分离，在其顶部除去溶解的氢，然后通过在蒸馏塔中的低压蒸馏，在其底部从来自在汽提塔中分离产生的底部混合物中分离出甲烷而从上述的冷凝馏分中低温提纯一氧化碳；
-将分离罐顶部的氢气在不加热到环境温度的情况下送到清洗塔；
-通过在清洗塔中用氮清洗同时在所述清洗塔底部排出富含一氧化碳的液体馏分而从不纯氢气流低温提纯氢；和
-通过添加取自高压氮物流的氮补充物和从清洗塔顶部产生的氢气流而生产氨合成混合物。
根据本发明，部分冷凝操作和氮清洗操作在同一装置内完成。
向清洗塔内输送氢时，优选不进行加热。
本发明还涉及从主要含有氢、一氧化碳和包括甲烷的其他组分的原料气体混合物中联合生产一氧化碳和氨合成混合物的设备，其特征包括：
-用于对原料气体混合物进行部分冷凝的热交换器；
-用于在其顶部从部分冷凝原料气体混合物中分离不纯氢气流的分离罐；
-装有蒸发装置的中压第一汽提塔，用于在其顶部将溶解的氢从来自分离罐的冷凝的底部馏分中分离，后者先在减压设备中减压；
-装有蒸发装置的低压蒸馏塔，用于在其顶部从汽提塔底部物流中分离富含一氧化碳的气流，其中汽提塔的底部物流先在减压装置中减压；
-液氮清洗塔，用于在其底部从分离罐顶部产生的不纯氢气流中分离出富含一氧化碳的馏分及在其顶部分离出氢气流；
-用于将不纯氢气流从分离罐顶部运送到清洗塔而不将其加热到环境温度的装置；
-旨在提供高压氮物流的源；
-为了将氮补充物输送到氮清洗塔顶部产生的氢气流的管路，以提供氨合成混合物，以及包括除氮源以外的上述所有元件的单一冷却箱。
发明人已经说明，通过利用从原料混合物直接生产一氧化碳的部分冷凝步骤产生的不纯氢气，可高收率地生产具有适于其他生产工艺纯度的一氧化碳，同时生产具有适于生产氨合成混合物纯度的氢。
他们还表明，这种利用可首先通过进行部分冷凝分离一氧化碳，然后进行氮清洗操作，以降低成本。
现在，参照附图，描述本发明的实施方案，其中：
-附图1是传统的生产氨合成混合物的示意图，其中通过烃或煤的部分氧化获得氢；
-附图2是表示第一个实施方案的示意图，根据该实施方案，在二个连续的装置中进行部分冷凝和用液氮清洗的操作；
-附图3和4分别示意表示在附图2的工艺中用于部分冷凝和用氮清洗的装置；
-附图5为附图4的另一种实施方案；
-附图6为附图3的另一种实施方案；
-附图7示意表示根据本发明的一种实施方案，根据该实施方案，部分冷凝操作和液氮清洗操作在同一装置内进行；
-附图8示意表示用于实施附图7中的方法的装置；
-附图9是附图8方案的变化。
首先，参照附图2-6描述一种方法。
附图3和4中表示的装置代替附图1中的框6。它们分别相当于附图2中的框100和框200，并构成二个连续的冷却箱。
附图3中简要示出的装置100旨在从主要含有氢、一氧化碳和其它组分(包括甲烷)的原料气体混合物50生产一氧化碳。
原料混合物50的组成可因用于制造氨合成气体的工艺的类型(蒸汽转化，部分氧化等)而变化。
在附图1中框5的出口处可得到的原料混合物压力在10-100巴之间，且温度为环境温度或更低。
装置100主要包括间接逆流型热交换器110，分离罐120，装有底部蒸发器135的汽提塔130和装有底部蒸发器145的蒸馏塔140，以及膨胀透平170。
装置100是根据传统的部分冷凝原理运行的，如下描述：
将原料气体混合物50在热交换器110中冷却至最低的可能温度，其限度确定如下：
-在压力下生产不纯氢气时能够达到的液体CO的最低汽化压力；这一方案在下文加以描述。
-一氧化碳的固化温度(如果通过对不纯氢进行减压获得较低的温度)。
通过热交换器110对该混合物进行部分冷凝可在分离罐120中分离不纯氢121。
不纯氢121一般含有一氧化碳2-10％。
在罐120中冷凝并在其底部收集的液体馏分122主要含有一氧化碳，甲烷，以及溶解的残余氢。
液体馏分122在减压阀123中将其压力降至中压(一般为7-15巴)后，在汽提塔130中将溶解的氢分离出来。
分离出的氢气在塔130顶部的气流131中收集，在减压阀132中将其减压至低压后加热并输送到残余网络系统160。
在塔130底部收集的液体馏分133中富含一氧化碳，也含有甲烷。
在减压阀134中将液流133的压力减至低压(一般为1-5巴)后，将其从蒸馏塔140的中部引入而分离。
在塔140的顶部，在气流141中在低压下生产一氧化碳。
在塔140的底部在物流142中收集分离出的甲烷，将其送至残余网络系统160。
由开放式CO冷却循环提供冷却要求，描述如下：
在气流141中在低压下生产并在110中加热的一氧化碳利用循环压缩机150压缩，并在热交换器110中冷却。
一部分取自物流152和154的该一氧化碳分别在塔130和140底部蒸发器135和145中进行冷凝。
一氧化碳流156进一步在减压阀157中减压并在蒸馏塔140顶部低压汽化。
为了平衡装置100的热总量(heat budget)，在热交换器110中部分冷却的高压一氧化碳物流171在透平170中减压，然后在利用循环压缩机150进行再压缩之前在热交换器110中加热。
冷却循环可通过利用其它任何可利用的流体，或低温流体的汽化来进行。
参阅附图2可看出，装置100在气流141中在低压下生产一氧化碳，可用作上述循环流体或输送到其它生产流程。
在气流121中生产高压不纯氢，其主要含有CO(一般为2-10％)，以及特别是甲烷(一般少于1％)。
馏分121是与生产具有适合生产氨合成混合物纯度的氢相关的直接源。为此，由装置100的分离部分120产出的不纯氢气流121在第二个装置200中提纯，如附图2所示。
因此，附图4简要示出的装置200旨在生产氨合成混合物(N2+3H2)，它使得可同时从主要含有氢和可含有至多10％的一氧化碳以及残余甲烷的上述原料混合物121生产第二股一氧化碳流。装置200主要包括间接逆流型热交换器210，旨在提供高压氮气流的来源，以及特别装有在该清洗塔中间位置提取的装置的液氮清洗塔220。
装置200的运行如下：
在高压(一般为10-100巴)下，构成原料混合物的不纯氢气混合物121在热交换器210中冷却至-180℃左右，然后将其不纯物(主要是CO和CH4)在氮清洗塔220中全部清洗掉。
将经冷却的不纯氢气输送到清洗塔220底部，在其入口处，不纯物被部分冷凝。
在塔220中，它被分离成为液体馏分221(在塔底部收集)和一气体馏分。
该主要含有氢的气体馏分用先在热交换器210中冷却并液化后，在高压下送至塔顶的氮70清洗，在顶部，离开该塔的气流223主要含有氢以及现只含几个ppm(每百万的份数)的一氧化碳及甲烷。
氢馏分223具有适于生产合成氨混合物的纯度，其含有氢约90％和氮10％。
该馏分由从氮物流70中取得的氮补充物72经阀门73加以补充，以形成氨合成混合物226并在热交换器210中最终加热至环境温度。
另外，一种液体馏分222从塔220中部抽出。该馏分富含氢，而一氧化碳含量相对较少。其中一般含氮75％，一氧化碳20％和甲烷5％。
将馏分222在减压阀224中减至较低的压力(一般为1-5巴)，然后，在将其送至残余网络系统160(“燃料气体”)之前，在热交换器210中汽化并加热至环境温度。
从清洗塔220底部提取的馏分221富含一氧化碳，而氮含量贫乏。它一般含有一氧化碳92％，氢6％，甲烷2％和氮1％。
在减压阀225中减压后，将馏分221在与设备200的热总量相匹配的最高可能压力下进行提取。
该热总量可通过补充液氮74和将其压力在减压阀75中降低或用其它方法达到平衡。
参照附图2可见，用氮清洗生产氨合成混合物226和馏分221，该馏分221是第二种与生产一氧化碳过程相关的来源。
二股所生产的一氧化碳流视各自的目的可结合或不结合。
根据为该一氧化碳流221所设想的用途，它可以按上述在减压阀225中减压后进行提纯。
附图5简要说明了残余氢的清除。该提纯过程可在构成装置200的同一冷却箱中进行，如下所述。
对于附图5中的变型A(其中，对从氮清洗塔底部产生的物流进行氢的补充清除)，用附加标志A重复附图4中的参考数字以表示这二个可供选择的实施方案的共同元件。
这样，该装置200A包括热交换器210A，氮清洗塔220A和旨在提供高压氮流70A的来源，装有底部蒸发器231的汽提塔230。
该装置以下述方式运行
主要含有氢、一氧化碳(至多10％)和残余甲烷的不纯氢气流121A以上述方式在清洗塔220中洗脱它的不纯物。
对在气流223A中所产生的纯净氢气通过补充氮72A以生产氨合成混合物226A。
中间提取222A可清除大部分氮。在底部收集富含一氧化碳的馏分221A。
将该馏分221A先在减压阀225A中减压至中等压力(一般为5-15巴)，即介于塔220A和残余网络系统160A之间的压力，然后在汽提塔230中进行分离，依此清除溶解其中的氢。
将该物流221A在减压阀233中减压至低压后，在塔230顶部在气流232中收集分离出来的氢。在热交换器210A中加热气流232，然后直接送至残余网络系统160A。
将主要含有一氧化碳和残余氮以及其它初始存在于原料混合物121A中的组分(包括甲烷)的液体馏分234收集在塔230底部。
汽提塔230被高压氮70A的一部分71加热，该高压氮70A的部分氮71先在热交换器210A中部分冷却。
热总量的平衡可通过在减压阀75A中将其压力减至低压后补充液氮74A或用附图4所描述的其它方法得以实现。
如果希望通过氮清洗步骤获得的CO中实际上不含甲烷，那么就可在附图6所示的装置100B中，从通过部分冷凝产出的不纯氢气流中将甲烷清除。
对于在附图6中简要示出的该变型B，用附加标记B重复附图3中的参考数字以表示在这二个可供选择的方案中共同的元件。
装置100B包括装有塔板或填充物124的分离罐120B。与装置100型式相似，它还包括热交换器110B，装有底部蒸发器135B的汽提塔130B和装有底部蒸发器145B的蒸馏塔140B，以及膨胀透平170B。
装置100B以以下方式运行
原料气体混合物50B在热交换器110B中冷却，并在高压下供至分离罐120B。
在热交换器110B中对混合物部分冷凝，可使在分离罐120B中分离不纯氢121B。
同时，在罐120B中对一氧化碳进行清洗，其方法是在利用循环压缩机150B进行再压缩后，将在从塔140B顶部产生的一氧化碳气流151B中抽取的一氧化碳气流125送至分离罐120B的顶部。
在120B顶部收集的不纯氢121B一般含有CO10％，而初始存在于原料混合物50B中的甲烷已被清除。
在底部收集的液体馏分122B主要含有一氧化碳和溶解的氢。
馏分122B在减压阀123B中将其压力减至中压后，在如图3所示的汽提塔130B中分离出溶解的氢。
在塔130B顶部在气流131B中收集氢，在减压阀132B中减压后被送至残余网络系统160B。
与附图3中馏分121相比，氢气流121B实际上不含甲烷。
在蒸馏塔140B中可分离残余甲烷，在其底部在物流142B中收集并送至残余网络系统160B。
在利用压缩机150B再次压缩后，分别通过物流152B和154B向底部蒸发器135B和145B供应产出的一氧化碳141B。
在离开该装置时，产生的氢气流121B在装置200中进行上述处理。
根据上述变型A和B产生的主要气流在附图2的括号中示出。
产出的一氧化碳所含有的氮或存在于原料气体混合物中，或由液氮清洗产生。
视经济利益而定，该残余氮可利用一附加的低温分离塔(未显示)清除，如同现有技术那样。
根据本发明的第二种实施方案，部分冷凝和氮清洗作业于同一冷却箱内结合进行。
如附图7所示，该二个操作利用附图8简要示出的装置300完成。
参照图1所示的生产氨合成混合物的传统方法，装置300代替框6。
装置300主要包括间接逆流型热交换器310，可选择装有塔板或填充物(未显示)的用于清除上述甲烷的分离罐320，装有底部蒸发器335的第一汽提塔330和装有底部蒸发器345的第二蒸馏塔340，液氮清洗塔350和装有底部蒸发器365的第二汽提塔360，以及旨在提供高压氮气流370的来源，透平膨胀机375和循环压缩机380。
装置300以下述方式运行
分离罐320，汽提塔330和蒸馏塔340的运行方式与对附图3中的装置所描述的运行方式相似。氮清洗塔350和汽提塔360的运行方式与对附图5中的装置所描述的运行方式相似。
原料气体混合物50在通过热交换器310时被部分冷凝，并在分离罐320中分离，在其顶部产生主要含有一氧化碳(大约10％)和包括甲烷在内的其它成分的不纯氢气流321，而在其底部，则产生还含有甲烷和溶解氢的富含一氧化碳流322。
如果适合，可按照附图6描述的方式从原料混合物50清除甲烷。
对来自罐320底部的物流322，在减压阀323中将其压力减至中压后，在第一汽提塔330中进行处理，在此清除溶于其中的氢，使之随顶部气流331排出。
后者在减压阀332中减压后，在热交换器310中加热，并送至残余网络系统390。
在底部收集的馏分333在减压阀334中减至低压后，被输送至低压蒸馏塔340中部。
富含一氧化碳的馏分341在塔340顶部收集，在其底部在馏分342中除去甲烷，在将其与气流331混合后，一并送至残余网络系统390。
由分离罐320产生的不纯氢馏分321不经加热被直接输送到在同一冷却箱中的氮清洗塔350底部，在此，可看出本方案与附图2所示过程相比的主要区别。
这一清洗产生在其顶部收集的提纯氢馏分353，对其加入氮补充物372以形成氨合成混合物385。该混合物在热交换器310中加热。
于底部收集的液体馏分351富含一氧化碳，且含有残余氢和其它组分(包括甲烷和氮)。
如第一种方案(附图4和5)提供中间提取352，以除去大部分氮，并形成残余氮392。
馏分351在减压阀355中减压后在第二汽提塔360中去除其所含的氢。
在气流362中收集的氢在减压阀363中减压后送至低压残余网络系统392。
通过在341和361产生的一氧化碳，经在310中加热后和用压缩机380压缩提供的CO循环提供分离能量。通过压缩机加压的排出的一氧化碳即为最终产品。
通过在热交换器310中对压缩的CO部分冷却和在透平375中对排出物376减压而实现冷却。经减压的排出物377在热交换器310中加热且再循环至压缩机380。
底部蒸发器335和345分别供入循环一氧化碳的一部分336和346。
蒸发器也可供入适于所需温度值的其它热源(例如合成气体)。
塔360的底部蒸发器365本身供入在热交换器310中部分冷却的高压氮物流的一部分371。
该“结合”方案允许制冷剂和热源较好的结合，因此可减少不可逆热交换。流体间热交换的这种最佳化使得能够大幅度减少能源总消耗量。这种方案还能降低投资成本。
根据本发明的该第二种方案的变型C(简要示于附图9)，装置300C与附图8中的装置300相似，但只包括单一的汽提塔330C，用以分离溶解的氢，代替以前提供的塔330和360。
附图8和9中的装置的共同元件具有相同的参考代号，只是多了标记C。
装置300C还包括一在汽提塔330C顶部将底部液体馏分351C在减压阀355C中减压后加以输送的管路。
装置300C的运行方式与附图8中装置相似。
唯一不同点在于，在清洗塔350C底部收集的富含一氧化碳，也含有氮和溶解氢的液体馏分351C与罐320C底部回收的物流322C混合，然后在汽提塔330C中清除溶解的氢，在混合之前，将物流322C先在减压阀323C中将其压力减至中压。
因此，用来向附图8装置中的汽提塔360底部蒸发器365提供原料的氮源371被省略。
这一变型使得投资成本和能源消耗进一步减少。
通过比较，对第一种方案(连续的部分冷凝和氮清洗)和第二种方案(这些作业结合在同一装置中)中根据本发明的工艺性能进行了评估，而相比之下，现有技术工艺的第三种方案包括首先用液体甲烷清洗，然后用氮清洗。
原料气体50是转化过程产出的混合物，其中的H2/CO比例接近3，且在25巴的压力下得到。
所生产的一氧化碳的最小纯度为98.5％，且含有少于0.1％的氢，在35巴的压力下可得到且提取收率为97.5％。
氨合成混合物在压力为18巴时同步产生，且含杂质总量少于10ppm。
从能源消耗的观点来看，具体的热总量列于下表1-3中：表1：在部分冷凝后进行氮清洗(方案1)
流体     部分冷凝(图3)     氮清洗(图5)
原料气体(50) 不纯H2(121) 产出的CO(141) 残余物(160) 原料气体(121A) HPN2(70A) 产出的CO(234) 产出的N2+3H2(226A) 残余物(160A) 液体N2(74A) 产出的全部CO(141+234)
组成(干) 摩尔％ 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 99.92 100.00 99.98 100.00 100.00 99.85
71.08 90.42 0.01 12.84 90.42 0.00 0.00 74.99 12.80 0.00 0.00
24.14 9.32 99.48 4.64 9.32 0.00 96.85 0.00 13.43 0.00 98.55
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
4.63 0.18 0.01 82.48 0.18 0.00 1.93 0.00 0.01 0.00 0.58
0.15 0.08 0.50 0.03 0.08 99.92 1.22 24.99 73.77 100.00 0.72
分流速度 m3(stp)/h
76055.6 75306.5 1.0 748.1 75306 0.0 0.0 74954.8 351.7 0.0 1.0
25829.8 7764.3 17795.0 270.5 7764.3 0.0 7395.1 0.2 369.0 0.0 25190.1
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
4954.1 147.3 1.7 4805.1 147.3 0.0 147.1 0.0 0.2 0.0 148.8
160.5 68.4 90.3 1.8 68.4 26285.0 93.1 24983.3 2027.0 750.0 183.4
压力 绝对巴 20.0 20.0 18.0 37.3
温度 ℃ 40.0 36.0 35.0 36.0
总流速 m3(stp)/h 107000. 0 83286.5 17888.0 5825.5 83286.5 26305.0 7635.3 99956.3 2747.9 750.0 25560.6
CO收率：97.5％能耗：6100kW表2：在同一装置中进行部分冷凝和氮清洗过程(方案2)
流体     部分冷凝+氮清洗(图8)
原料气体(50) N2气体(370) 产出的CO(341)+(361) 产出的N2+H2(385) 残余物(390) 残余物(392)
组成(干)   摩尔％ 100.00 99.92 99.85 99.98 100.00 100.00
H2 71.8 0.00 0.00 74.99 12.84 17.60
CO 24.14 0.00 98.55 0.00 4.64 18.47
CO2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
CH4 4.63 0.00 0.58 0.00 82.48 0.01
N2 0.15 99.92 0.72 24.99 0.03 63.92
分流速度   m3(stp)/h
H2 76055.6 0.0 1.0 74954.8 748.1 351.7
CO 25829.8 0.0 25190.1 0.2 270.5 369.0
CO2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
CH4 4954.1 0.0 148.8 0.0 4805.1 0.2
N2 160.5 26285.0 183.4 24983.3 1.8 1277.0
压力   绝对巴 20.0 20.0 37.3 18.0
温度   ℃ 40.0 36.0 36.0 35.0
总流速   m3(stp)/h 107000.0 26305.0 25560.6 99956.3 5825.5 1997.9
CO收率：97.5％能耗：4600kW表3：在甲烷清洗后进行氮清洗(方案3)
流体     甲烷清洗     氮清洗
原料气体 产出的H2 产出的CO 残余物 原料气体＝H2(1) N2HP 产出的N2+3H2 液N2 残余物
组成(干) 摩尔％ 100.00 100.00 99.85 100.00 99.97 100.00 99.98 100.00 100.00
H2 71.22 97.3 0.01 26.76 97.90 0.00 74.99 0.00 1.97
CO 23.99 0.38 98.85 6.59 0.38 0.00 0.00 0.00 9.07
CO2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
CH4 4.64 1.66 0.48 66.60 1.66 0.00 0.00 0.00 39.96
N2 0.15 0.04 0.51 0.05 0.04 100.00 24.99 100.00 49.01
分流速度 m3(stp)/h
H2 76134.2 74695.9 2.5 1435.8 74695.9 0.0 74633.4 0.0 62.5
CO 25645.3 287.2 25004.6 353.5 287.2 0.0 0.0 0.0 287.2
CO2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
CH4 4960.2 1265.9 121.0 3573.3 1265.9 0.0 0.0 0.0 1265.9
N2 160.4 28.4 129.4 2.5 28.4 25600.0 24875.8 800.0 1552.6
压力 绝对巴 20.0 37.3 20.0 18.0
温度 ℃ 40.0 36.0 36.0 35.0
总流速 m3(stp)/h 106900.0 76277.4 25294.8 5365.1 76297.4 25600.0 99527.2 800.0 3168.2
CO收率：97.5％能耗：9000kW
从这些表中可看出：
-第一种方案与现有技术的第三种方案比较，节能30％以上；
-第二种方案与第一种方案比较，节能20％以上。
从投资成本的观点看：
-第一种方案与现有技术的第三种方案比较，节省投资20％以上；
-第二种方案与第一种方案比较，节省投资30％以上。
根据本发明的方法可从二股物流生产一氧化碳以及氨合成混合物。
发明人已表明，对从原料气体混合物生成一氧化碳的过程中获得的氢加以利用是可能的。该原料气体混合物是通过烃或煤的部分氧化的初始步骤或蒸汽转化产生的。
他们还进一步表明，通过将氮清洗操作与部分冷凝生产一氧化碳的传统操作相结合，意外地可获得氨合成混合物和具有高纯度(＞99％)的一氧化碳，同时显著降低了投资和能量成本，而无需如现有技术指出那样，通过部分冷凝使一氧化碳产量最佳化。

Claims (19)

1.一种从主要含有氢、一氧化碳和包含甲烷的其他组分的原料气体混合物(50；50C)联合生产一氧化碳和氨合成气的方法，其特征在于包括下列步骤：
-使高压原料气体混合物(50；50C)通过热交换器(310；310C)进行部分冷凝，然后在分离罐(320；320C)中分离，在其顶部生成一种不纯氢气流(321；321C)，在其底部生产一种富含一氧化碳的冷凝馏分(322；322C)；
-通过在第一汽提塔(330；330C)中中压分离，在其顶部除去溶解的氢。然后在蒸馏塔(340；340C)中低压蒸馏，在其底部从来自在汽提塔(330；330C)中分离生成的底部混合物(333；333C)中分离甲烷而从所述冷凝馏分(322；322C)低温提纯一氧化碳；
-将从分离罐顶部来的氢输送到清洗塔而不用将其加热到环境温度；
-通过在清洗塔(350；350C)中用氮清洗，同时在所述清洗塔(350；350C)底部排出富含一氧化碳的液体馏分(351；351C)而从不纯氢气流(321；321C)低温提纯氢；和
-通过添加取自高压氮物流(370，370C)的氮补充物(372；372C)和从在清洗塔(350；350C)顶部生成的氢气流(353；353C)而生成氨合成混合物(385；385C)，在同一个装置(300，300C)中进行部分冷凝和氮清洗步骤。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于从上述清洗塔(350；350C)中间位置提取第二种液体馏分(352；352C)。
3.根据权利要求1和2之一的方法，其特征在于在第二低压汽提塔(360)中低温提纯在氮清洗塔(350)底部收集的富含一氧化碳馏分(351)，在该塔顶部分离溶解的氢。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于使用部分(371)高压氮气流(370)，在其经热交换器(310)部分冷却后，将其供入低压汽提塔(360)的底部蒸发器(365)。
5.根据权利要求1-4之一的方法，其特征在于将原料混合物(50B)在热交换器(110B)中部分冷凝并在装有塔板或填充物(124)的分离罐(120B)中分离，通过一氧化碳(125)清洗，在其顶部产生实际上不含甲烷的不纯氢气流(121B)。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于提取在蒸馏塔(140B)顶部产生、加热、压缩并通过热交换器(110B)部分冷凝的一氧化碳气流(141B)的一部分(125)并送至分离罐(120B)顶部。
7.根据权利要求1-6之一的方法，其特征在于在清洗塔(350；350C)顶部产生的氢任选在与氮补充物(372；372C)混合后，在热交换器(310；310C)中加热。
8.根据权利要求1-6之一的方法，其特征在于将高压氮在热交换器(310；310C)中液化并送至清洗塔(350；350C)顶部或任选送至清洗塔顶部产生的氢气流中。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于将在氮清洗塔(350C)底部收集的富含一氧化碳的馏分(351)在第一汽提塔(330C)中低温提纯，在提纯之前，先将其减压至中压并与在分离罐(320C)底部收集并在先将其减压至所述中压的馏分(322C)混合。
10.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于将在蒸馏塔(140；140B；340；340C)顶部产生的一氧化碳(341；341C)的一部分(336；346；336C；346C)加热，用循环压缩机(380；380C)压缩，并用作循环流体分别供给第一汽提塔(330；330C)和蒸馏塔(140；140B；340；340C)的底部蒸发器(335；345；335C；345C)。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于经压缩的一氧化碳的一部分(376；376C)在透平(375；375C)中减压，以提供分离步骤所需的冷却能量。
12.由主要含有氢、一氧化碳和包含甲烷的其他组分的原料气体混合物(50；50C)联合生产一氧化碳和氨合成混合物的设备，包括：
-一热交换器(310；310C)用于部分冷凝原料气体混合物(50；50C)；
-一分离罐(320；320C)用于在其顶部从部分冷凝的原料气体混合物(50；50C)中分离不纯的氢气流(121；121B；321；321C)；
-一装有蒸发装置(335；335C)的中压第一汽提塔(330；330C)用于在其顶部从来自分离罐(320；320C)中冷凝的底部馏分(322；322C)分离出溶解的氢。其中先在减压装置(323；323C)中将底部馏分(322；322C)减压；
-一装有蒸发装置(145；145B；345；345C)的低压蒸馏塔(340；340C)用于在其顶部从来自第一汽提塔的底部物流(133；133B；333；333C)中分离富含一氧化碳的气流(141；141B；341；341C)，其中先将上述底部物流在减压装置(134；134B；334；334C)减压；
-一液氮清洗塔(350；350C)，用于在其底部从分离罐(320；320C)顶部产生的不纯氢气流(321；321C)中分离出富含一氧化碳的馏分(351；351C)，在其顶部分离出氢气流(353；353C)；
-用于将不纯氢气流从分离罐顶部输送入清洗塔而不将其加热到环境温度的装置；
-旨在提供高压氮物流(70；70A；370；370C)的源；
-用于将氮补充物(372；372C)输送到氮清洗塔(350；350C)顶部产生的氢气流(353；353C)中的管路，以提供氨合成混合物，以及一包括除氮源外的上述所有元件的单一冷却箱。
13.根据权利要求12的装置，其特征在于氮清洗塔(350；350C)装有用于中间提取液体馏分(352；352C)的装置。
14.根据权利要求12和13之一的装置，其特征在于它包括一冷却循环，该冷却循环包括一循环压缩机(380；380C)，并使用在蒸馏塔顶部产生的低压一氧化碳(341；341C)且任选用在汽化步骤(340；340C)之后来自第二汽提塔底部的液流来对第一汽提塔(330；330C)和蒸馏塔(340；340C)的蒸发装置(335和345；335C和345C)供料。
15.根据权利要求12-14中之一的装置，其特征在于它包括装有蒸发装置(231；365)的第二汽提塔(230；360)，用于在其顶部从在氮清洗塔(220A；350)底部产生的富含一氧化碳的物流(221A；351)中将溶解的氢(232；362)分离。
16.根据权利要求15的装置，其特征在于它包括一利用高压氮(70A，370)的开放式氮循环来对第二汽提塔(230；360)的蒸发装置(231；365)供料。
17.根据权利要求12-16之一的装置，其特征在于分离罐(120B)装有塔板或填充物(124)以及利用一氧化碳进行清洗的装置(125)，以便在其顶部产生实际上不含甲烷的不纯氢气流(121B)。
18.根据权利要求14和17的结合的装置，其特征在于用一氧化碳进行清洗的装置包括用于将一氧化碳的一部分(125)从冷却循环输送到分离罐(120B)顶部的供料管路。
19.根据权利要求12的装置，其特征在于它包括将清洗塔(350C)的底部液流(351C)与分离罐(320C)的冷凝的底部馏分(322C)混合的供料管路，以提供给汽提塔(330C)顶部。
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