CN113501495A - 用于生产纯一氧化碳和氢气的方法和设备 - Google Patents

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    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Abstract

提出了一种用于生产纯一氧化碳和氢气的方法和设备，其通过烃，优选甲烷或石脑油的蒸汽重整以提供粗合成气并随后进行粗合成气的多级后处理、纯化和分馏以提供目标产物，其中作为工艺链副产物获得的材料流也将被有利地利用。这根据本发明通过提供再循环压缩机来实现，该再循环压缩机设置为用多个并联的、可独立操作的压缩机级再循环副产物物流。这使得能够实现不同尺寸的再循环物流至蒸汽重整单元。在替代实施例中，可以额外产生另外的再循环流，其允许人工地增加低温分馏单元上的负荷，从而使得其中所包含的蒸馏和分离步骤的控制更简单并且操作更稳定。

Description

用于生产纯一氧化碳和氢气的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于生产纯一氧化碳和氢气的方法和设备，其通过烃，优选甲烷或石脑油的蒸汽重整以提供粗合成气并随后进行粗合成气的多级后处理、纯化和分馏以提供目标产物，其中作为工艺链副产物获得的材料流也将被有利地利用。
背景技术
烃可以与蒸汽催化地反应以提供合成气，即氢气(H2)和一氧化碳 (CO)的混合物。正如乌尔曼的工业化学百科全书(Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry)，第六版，1998电子发行(Electronic Release)，关键词“气体生产”中所解释的，所谓的蒸汽重整是最常用的生产合成气的方法，该合成气然后可以转化为另外的重要的商品化学品，如甲醇或氨。虽然可以转化不同的烃，例如像石脑油、液化气或炼油厂气体，但是含甲烷的天然气的蒸汽重整是主要的。用于合成气生产的另外重要方法是例如烃的自热重整(ATR)和部分、非催化(POX)或催化氧化。
在通过热交换器或火焰加热器预热至约500℃以上(例如最高650℃) 的温度之后，烃-蒸汽混合物在最终加热至约800℃至950℃之后进入蒸汽重整器的重整管并且在其中在重整催化剂上转化为一氧化碳和氢气。镍基重整催化剂很普遍。尽管高级烃完全转化为一氧化碳和氢气，但在甲烷的情况下，通常发生部分转化。产物气体的组成由反应平衡决定；因此，产物气体不仅包含一氧化碳和氢气，而且还包含二氧化碳、未转化的甲烷和水蒸气。为了能量优化或对于包含高级烃的输入材料，可以在预热器的下游采用所谓的用于预裂化输入材料的预重整器。然后将预裂化的输入材料在另一个加热器中加热到所需的重整管入口温度。
在离开重整炉之后，热的合成气产物气在一个或多个热交换器中在与有待加热的工艺介质的间接热交换中被部分冷却。然后，部分冷却的合成气产物气根据所需产物或下游工艺的类型经过进一步的调节步骤。
所产生的部分冷却的粗合成气的进一步后处理通常还包括用于例如通过物理或化学吸收或气体洗涤来去除另外不想要的伴随物的方法。因此，此类方法可以用于从通过气化或重整含碳输入物而产生的粗合成气中安全地去除不想要的酸性成分(例如二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S))，并且还从想要的合成气成分氢气和一氧化碳中去除另外的成分(如羰基硫化物(COS)、氰化氢(HCN)或硫醇(RSH))至痕量范围。已知且经常使用的方法是低温甲醇洗方法，该方法包括用低温甲醇作为吸收剂洗涤粗合成气，并且在上述文献中大体上也进行了描述。其他洗涤方法采用其他洗涤或吸收介质，例如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，仲胺例如二乙醇胺，叔胺例如甲基二乙醇胺(MDEA)，聚乙二醇二烷基醚，例如聚乙二醇二甲基醚。如此去除的二氧化碳可以全部或部分再循环至合成气生产中，例如蒸汽重整，以进行材料利用并降低H2/CO摩尔比。当一氧化碳是该方法的目标产物之一时，这是特别希望的。以下将通过这种方法操作的设备通常称为二氧化碳去除单元。在此要采用的特定工艺条件，其选择是本领域技术人员熟悉的，在下文中称为二氧化碳去除条件。
可以使用多级低温气体分馏(由于各个分离级在与环境绝热的壳体中的共同安排，其也被称为冷箱)来去除甲烷和痕量高级烃以及分离一氧化碳和氢气。这主要采用液态甲烷或液态氮来吸收较高沸点的气体，例如一氧化碳。例如，可以在
Figure RE-GDA0003254967910000021
参考书“工业气体处理(Industrial Gases Processing)”，第5.2.3.6章“低温分离方法(CryogenicSeparation Processes)”，
Figure RE-GDA0003254967910000022
H.-W.编辑，WILEY-VCH,Weinheim(2008)中找到所用方法的详细信息。根据合成气的组成，工业上使用两种不同的方法将粗合成气分离为H2和CO组分，即冷凝过程或甲烷洗涤。
在冷凝过程中，使用热交换器将干燥的粗合成气冷却到这样的程度，使得可以使用分离器从富含CO/甲烷的液相中去除气相，即粗氢气。冷却所需的“制冷”是由要加热的粗氢气和蒸发的CO提供的。仍溶解在液相中的氢气在下游的氢气汽提塔中去除。如此除去H2的CO/甲烷混合物在第二塔中通过低温蒸馏而拆分，以得到纯的CO作为塔顶产物，而甲烷作为塔底产物。作为来自氢气汽提塔的塔顶产物和来自CO/甲烷蒸馏塔的塔底产物的混合物产生低压废气，其适合用作燃料气体。粗氢气可以在PSA设备中进一步纯化。缩合方法优选用于拆分具有低甲烷含量的富含CO的高压合成气，例如由烃的部分氧化获得的。
在下文中，通过低温气体分馏方法操作的设备通常被称为低温分馏单元。在此待使用的特定工艺条件，其选择为本领域技术人员所熟悉，在下文中称为低温分馏条件。
对于来自蒸汽重整器的粗合成气，其具有更高的H2/CO比率和更高的残留甲烷含量，与冷凝法相比，甲烷洗涤更适合于获得纯CO和粗氢气。在第一塔，即所谓的洗涤塔中，通过洗涤掉其他组分从冷却的粗合成气中去除大部分氢气。使用的溶剂是过冷的高纯度液态甲烷，将其通过蒸发的 CO进行冷却以去除溶解热。在下游的氢气汽提塔中，将来自洗涤塔的塔底产物从仍然溶解的氢气中除去。将来自氢气汽提塔的CO/甲烷塔底产物在下游的CO/甲烷蒸馏塔中拆分，以获得纯的CO作为塔顶产物和甲烷作为塔底产物。通过过冷的纯CO的回流比调节该塔顶部的CO纯度。过量的甲烷与来自氢气汽提塔的塔顶产物一起在低压下释放出来，并且例如用作燃料气。
为了避免由于冰形成而阻塞冷箱中包含的方法阶段，所述冷箱通常在其上游安排有干燥器和/或吸附器，该干燥器和/或吸附器填充有合适的吸附剂，例如基于分子筛，通过该干燥器和/或吸附器，可以去除一定比例的水和其他不希望的痕量杂质。
从冷箱中排出的一氧化碳可以作为纯产品提供给消费者。
为了生产纯氢气，这通常接着是在变压吸附(PSA)设备中处理粗氢气流的最后一步，其基本特性已在教科书“气化(Gasification)”，C. Higman和M.van der Burgt，第8.2.3章，“吸附系统(Adsorption systems)”，海湾职业出版社(Gulf ProfessionalPublishing)(2003)中列出。变压吸附在一系列以交错循环模式运行的容器中使用分子筛作为吸附剂，该交错循环模式在吸附相和不同再生相之间切换。用大约50ppm的氩气和少于10ppm的其他杂质可以实现非常高的纯度。
美国专利说明书US 8 888 873 B2通过实例的方式公开了这样的合成气生产和合成气后处理，其包括以下方法阶段：合成气生产-酸性气体 (CO2)去除-破坏性组分的干燥和吸附-合成气在冷箱中的低温分馏。特别参考其中的图1和附图说明。这公开了使用一个或多个压缩机将来自 CO2去除阶段的富含CO2的流和/或来自低温分馏的含有氢气、一氧化碳和 /或甲烷的气流再循环至合成气生产阶段，从而允许其更好的材料利用。
美国专利说明书US 9 512 004 B2同样公开了所述类型的工艺链。该文件教导了使用循环压缩机来实现以下不同的操作模式：
(a)在第一操作模式下，将从合成气中去除的二氧化碳至少部分地与富含烃的输入物(b)混合，
(b)在第二操作模式下，使用再循环压缩机将在变压吸附设备中去除的残余气体至少部分地与变压吸附设备上游的富氢气馏分混合。
此处的缺点在于，在每种情况下，再循环压缩机只能用于所描述的运行模式之一。
为了覆盖合成气生产设备的更多容量范围，循环压缩机通常以多级形式实施，其中多个部分容量的压缩机级并联安排。因此，具有例如各自具有标称容量的50％的三个并联压缩机级的再循环压缩机的配置允许在 50％与150％之间的容量范围以及因此合成气生产设备的非常灵活的操作。然而，一个缺点是，除了以标称容量的150％运行外，并联压缩机级中的一个或甚至两个保持未使用，因此形成了死资本。
因此，仍然需要用于生产纯一氧化碳和纯氢气的方法，其覆盖宽范围的不同生产能力，并且同时实现副产流中存在的组分的最佳材料利用。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于生产纯一氧化碳和氢气的方法和设备，它们不展示现有技术的所述缺点。
在第一方面，该目的通过具有权利要求1所述的特征的方法和具有权利要求10所述的特征的设备来解决。本发明的另外的实施例在相应类别的从属权利要求中是显而易见的。
蒸汽重整条件是本领域技术人员从现有技术(例如开始讨论的文件)中已知的。这些是物理化学条件，在这些条件下实现了可测量的、优选工业上相关的烃向合成气产物的转化。这些条件与相应操作需要的必要调节将在常规实验的基础上进行。披露的任何具体反应条件都可以在此作为指导，但它们不应被视为对本发明范围的限制。
在本发明的上下文中，材料流的划分(division)或拆分(resolution) /分离(separation)应理解为是指从原始材料流产生至少两个子流，其中拆分/分离与所获得的子流相对于原始材料流的物质组成的有意改变有关，例如通过对原始材料流应用热分离过程。相比之下，原始材料流的划分通常与所获得的子流的物质组成的变化不相关。
混合物、馏分或材料流中组分的富集或贫乏应理解为是指一种措施、操作或工艺步骤，其结果是该组分的摩尔分数或质量分数增加(富集)或减少(贫乏)。
馏分、材料流等的主要部分应理解为是指在数量上大于各自单独考虑的所有其他比例的比例。特别是在二元混合物的情况下或在将馏分拆分成两部分的情况下，除非在特殊情况下另有说明，否则这应理解为是指按重量计大于50％的比例。
材料流主要由一种组分或一组组分组成的指示应理解为意指此组分或组分组的摩尔分数或质量分数在数量上大于各自单独考虑的材料流中其他组分或组分组的所有其他比例。尤其是在二元混合物的情况下，这应理解为是指大于50％的比例。除非在具体情况下另有说明，否则这是基于质量分数。
将材料流直接供应到特定方法阶段或特定设备部分的指示应理解为意指将材料流引入该方法阶段或该设备部分，而无需先前已经过其他方法阶段或设备部分，除了纯粹的运输操作及其所需的装置以外，例如管道、阀、泵、压缩机、存储器。
除非在个别情况下另有说明，否则所有压力均以绝对压力单位(简称 bara)或表压单位(简称barg)表示。
根据本发明的设备的两个区域之间的流体连接应理解为意指任何类型的连接，其使得流体例如气流可以从两个区域中的一个流向另一个，忽略任何插入的区域或部件。特别地，直接的流体连接应理解为意指任何类型的连接，其使得流体例如气流可以直接从两个区域中的一个流向另一个，其中没有另外的区域或部件，除了纯粹的运输操作及其所需的装置外，例如管道、阀、泵、压缩机、存储器。一个实例是直接从两个区域中的一个直接通往另一个区域的管道。
装置应被理解为意指使得能够或有助于实现目标的事物。特别地，用于进行特定方法步骤的装置应理解为包括本领域技术人员为能够进行这个方法步骤而将考虑的所有物理物品。例如，本领域技术人员将考虑引入或排出材料流的装置包括所有运送和传送仪器，即，例如管线、泵、压缩机、阀，这些对于所述技术人员而言，根据其本领域知识进行该方法步骤似乎是必需的或明显的。
两个或多个压缩机级并联连接或安排的指示应理解为意指，通过这些压缩机级之一并在其中压缩的材料流不额外通过其他压缩机级之一而在其中压缩，其中两个或多个压缩机级可以彼此独立地运行。
为了本说明书的目的，蒸汽应被理解为与水蒸气同义，除非在个别情况下相反地指出。
本发明是基于以下发现：在迄今为止已知的用于通过蒸汽重整由烃生产纯一氧化碳和氢气的现有技术方法中，建立不同的、特别是显著不同的生产能力带来困难。此外，迄今尚未最佳地利用在粗合成气的后处理中作为副产流产生的材料流。因此，在通过PSA生产纯氢气中含有氢气和作为副产物获得的另外可燃成分的流迄今主要作为用于蒸汽重整单元中的燃烧器的燃料气体进行热利用。这同样适用于仍然含有在低温气体分馏中获得的相当大比例的氢气和一氧化碳的中压闪蒸气流。此外，当上游合成气生产设备将以显著不同的生产能力，特别是以较小的生产能力运行时，对冷箱中包含的蒸馏和分离步骤的控制是复杂的。
用本发明减少或完全避免了所列举的困难。本发明的将选自包含以下的组的一种或多种流的至少一部分：
-该主要含二氧化碳的流，
-该含甲烷的分馏气流，
-该含一氧化碳和氢气的闪蒸气流，
供应到压缩机单元中，将压缩的第一循环流从压缩机单元中排出并循环到例如蒸汽重整单元中的操作提高循环流中存在的诸如氢气，碳氧化物，特别是一氧化碳或甲烷等成分的材料利用。
此外，本发明的方法或具有至少两个并联压缩机级的设备的配置显著地增加了可调节的生产能力跨度。因此，再循环压缩机配置为具有各自具有标称容量的50％的三个并联压缩机级允许在50％(部分负荷运行)与 150％(满负荷运行)之间的容量范围以及因此合成气生产设备的非常灵活的操作。相比之下，具有各自具有标称容量的50％的两个并联压缩机级的再循环压缩机的实施例开发了在50％(部分负荷运行)与100％(满负荷运行)之间的容量范围。
为了在部分负荷运行期间有利地利用不是每种情况下都需要的压缩机级，本发明提供了利用这些压缩机级来将在粗合成气的后处理过程中产生的一种或多种副产流再循环至安排在低温分馏装置上游的干燥单元。这在部分负荷运行期间导致在低温分馏单元上的人工负荷，从而允许对冷箱中包含的蒸馏和分离步骤进行更简单的控制和更稳定的操作。为此，因此用于不同目的的两个或更多个压缩机级有利地彼此气密地分开，从而在它们之间通过设置阀、盲板或类似装置而没有直接流体连接。因此，相应的材料流保持分开，以避免不希望的混合，混合将导致例如将二氧化碳夹带到低温分馏单元中，这通过形成干冰将导致其中的阻塞。
附图说明
图1是根据本发明的用于生产纯一氧化碳和氢气的方法/设备的第一实例。
图2是根据本发明的用于生产纯一氧化碳和氢气的方法/设备的第二实例。
具体实施方式
根据本发明的方法的第二方面的特征在于，将该压缩的第一再循环流的至少一部分再循环至该蒸汽重整单元，引入其中并在蒸汽重整条件下至少部分转化。以这种方式，在材料上利用存在于这些流中的有价值的产物，例如氢气，碳氧化物，特别是一氧化碳或甲烷。这使得在相同的纯一氧化碳和氢气的生产能力的情况下，减少了输入流烃的供应，从而产生节省。
根据本发明的方法的第三方面的特征在于，将该主要含二氧化碳的流的至少一部分供应至第一压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该蒸汽重整单元，引入其中并在蒸汽重整条件下至少部分转化。这使得存在于该流中的二氧化碳在材料上被利用，从而在相同的一氧化碳和氢气的生产能力下减少输入流中烃的供应。在主要含二氧化碳的流的情况下，这是特别重要的，因为例如它不能另外用作燃料气体。此外，就所生产的目标产物一氧化碳和氢气的比率而言，该方法的灵活性增加：在较高的二氧化碳再循环下，产物中成比例地产生更多的一氧化碳。
根据本发明的方法的第四方面的特征在于，将该含甲烷的分馏气流的至少一部分供应至该第一压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该蒸汽重整单元，引入其中并在蒸汽重整条件下至少部分转化。根据本发明的方法的这一方面还导致在相同的纯一氧化碳和氢气的生产能力下节省输入流烃。
根据本发明的方法的第五方面的特征在于，将该含一氧化碳和氢气的闪蒸气流的至少一部分供应至第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。这尤其在部分负荷运行期间导致在低温分馏单元上的人工负荷，从而允许对冷箱中包含的蒸馏和分离步骤进行更简单的控制和更稳定的操作。相比之下，第一并联压缩机级可继续用于将材料流再循环至蒸汽重整单元，从而导致所述的输入流烃的节省。
根据本发明的方法的第六方面的特征在于，将该纯一氧化碳产物气流的至少一部分供应至该第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。这也尤其在部分负荷运行期间导致在低温分馏单元上的人工负荷，从而允许对冷箱中包含的蒸馏和分离步骤进行更简单的控制和更稳定的操作。相比之下，第一并联压缩机级可继续用于将材料流再循环至蒸汽重整单元，从而导致所述的输入流烃的节省。用于所述目的的纯一氧化碳产物气流的部分、优选有时间限制的消耗对于确保低温分馏单元的操作稳定性也是有利的。尤其在不同的操作状态之间的操作中断或过渡期间，可能是这种情况，这导致进入低温分馏单元的输入流显著减少。
根据本发明的方法的第七方面的特征在于，将该PSA废气流的至少一部分供应至该第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。这也尤其在部分负荷运行期间导致在低温分馏单元上的人工负荷，从而允许对冷箱中包含的蒸馏和分离步骤进行更简单的控制和更稳定的操作，同时第一并联压缩机级可以继续用于将材料流再循环至蒸汽重整单元。
根据本发明的方法的第八方面的特征在于，将该主要含二氧化碳的流的至少一部分和该含甲烷的分馏气流的至少一部分供应至第一压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该蒸汽重整单元，引入其中并在蒸汽重整条件下至少部分转化，并且特征在于将该含一氧化碳和氢气的闪蒸气流的至少一部分和该纯一氧化碳产物气流的至少一部分和该PSA废气流的至少一部分供应至第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。这也尤其在部分负荷运行期间导致在低温分馏单元上的人工负荷，从而允许对冷箱中包含的蒸馏和分离步骤进行更简单的控制和更稳定的操作，同时第一并联压缩机级可以继续用于将材料流再循环至蒸汽重整单元。作为构成一方面至蒸汽重整单元和另一方面至低温分馏单元的再循环流的子流的各个所述材料流的组合多样性(在该实施例中是可能的)允许生产设备的不同负荷状态之间的改变得到特别精细的补偿，而无需使各个方法阶段承受特别高的负荷，因为进入或离开它们的各个材料流全部用作循环流，从而损害了这些方法阶段的恒定操作。
根据本发明的方法的第九方面的特征在于，将该富氢气气流的至少一部分用于使安排在该干燥单元中的干燥介质在传递到该变压吸附单元之前进行再生。这使得能够在干燥单元中实现再生的吸附/干燥介质的高可用性。当干燥单元配置有并联运行的多个单独的群组时，这尤其适用，其中至少一个群组在任何时候都处于负荷模式，而至少一个另外的群组在任何时候都处于再生模式。
在另一方面中，根据本发明的设备的特征在于，所述设备包括使得能够将该压缩的第一再循环流的至少一部分再循环至该蒸汽重整单元并引入其中的装置。根据本发明的设备的该方面的优点对应于根据本发明的方法的第二方面的优点。
在另一方面中，根据本发明的设备的特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该主要含二氧化碳的流的至少一部分供应至第一压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该蒸汽重整单元并引入其中。根据本发明的设备的该方面的优点对应于根据本发明的方法的第三方面的优点。
在另一方面中，根据本发明的设备的特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该含甲烷的分馏气流的至少一部分供应至该第一压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该蒸汽重整单元并引入其中。根据本发明的设备的该方面的优点对应于根据本发明的方法的第四方面的优点。
在另一方面中，根据本发明的设备的特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该含一氧化碳和氢气的闪蒸气流的至少一部分供应至第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。根据本发明的设备的该方面的优点对应于根据本发明的方法的第五方面的优点。
在另一方面中，根据本发明的设备的特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该纯一氧化碳产物气流的至少一部分供应至该第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。根据本发明的设备的该方面的优点对应于根据本发明的方法的第六方面的优点。
在另一方面中，根据本发明的设备的特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该PSA废气流的至少一部分供应至该第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。根据本发明的设备的该方面的优点对应于根据本发明的方法的第七方面的优点。
在另一方面中，根据本发明的设备的特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该主要含二氧化碳的流的至少一部分和该含甲烷的分馏气流的至少一部分供应至第一压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该蒸汽重整单元并引入其中，以及该含一氧化碳和氢气的闪蒸气流的至少一部分和该纯一氧化碳产物气流的至少一部分和该PSA废气流的至少一部分供应至第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。根据本发明的设备的该方面的优点对应于根据本发明的方法的第八方面的优点。
工作实例
还可以从以下对工作实例和附图的描述中得出本发明的其他发展、优点和可能的用途。所描述和/或描绘的所有特征本身或以任何组合的形式构成了本发明，而不管其在权利要求书或在其中的反向引用中如何组合。
在这些图中：
图1是根据本发明的用于生产纯一氧化碳和氢气的方法/设备的第一实例，
图2是根据本发明的用于生产纯一氧化碳和氢气的方法/设备的第二实例。
在图1所示的用于生产纯一氧化碳和氢气的方法/设备的本发明实施例中，将包含烃，优选甲烷或石脑油的输入流经由导管11供应至蒸汽重整单元10，并与经由导管14供应的蒸汽流一起引入该蒸汽重整单元中。经由导管12和13，含烃输入流的子流作为燃料气体传递至蒸汽重整单元的燃烧器(未示出)，并在其中与经由导管15供应的空气流一起燃烧，以加热安排在蒸汽重整单元中的填充有重整催化剂的重整管。
蒸汽重整单元在填充有重整催化剂的重整管中在蒸汽重整条件下用蒸汽对输入流中存在的烃进行至少部分转化，从而得到包含一氧化碳、氢气、水、二氧化碳和甲烷的粗合成气流，该合成气流经由导管16从蒸汽重整单元中排出，并引入二氧化碳去除单元20中。这可以根据本身已知的用于二氧化碳去除的方法来配置，例如使用物理或化学吸收或气体洗涤。已知且经常使用的方法是低温甲醇洗方法，该方法包括用低温甲醇作为吸收剂洗涤粗合成气，并且在上述文献中大体上也进行了描述。其他洗涤方法采用其他洗涤或吸收介质，例如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，仲胺例如二乙醇胺，叔胺例如甲基二乙醇胺(MDEA)，聚乙二醇二烷基醚，例如聚乙二醇二甲基醚。由于供应至蒸汽重整单元的输入流通常已经被脱硫，因此可以配置/优化二氧化碳去除单元以去除CO2。
贫二氧化碳的合成气流经由导管21从二氧化碳去除单元中排出并引入干燥单元30中。主要包含二氧化碳的流经由导管22从二氧化碳去除单元排出，并经由导管23、两级压缩机单元60a、60b以及导管61和11再循环至蒸汽重整单元的入口。
在干燥单元中，贫二氧化碳合成气流在基于分子筛的吸附剂上通过吸附除去一定比例的水和其他不希望的痕量杂质(例如剩余的CO2痕量)，因为这些将导致随后的低温分馏而形成冰/干冰，从而堵塞那里的设备。这提供了干燥的合成气流，其经由导管31从干燥单元中排出并引入多级低温分馏单元40中，在本实施例中，该多级低温分馏单元被配置为甲烷洗涤。所述的设备/方法阶段被容纳在填充有绝缘材料的普通壳体中，即所谓的冷箱。
在低温分馏单元中，第一塔，即所谓的洗涤塔，通过洗涤掉其他组分从冷却的粗合成气中去除大部分氢气。这提供了富氢气气流，该富氢气气流经由导管41排出。使用的溶剂是过冷的高纯度液态甲烷，将其通过蒸发的CO进行冷却以去除溶解热。在下游的氢气汽提塔中，从来自洗涤塔的塔底产物中除去仍溶解的氢气，以获得作为塔顶产物的含一氧化碳和氢气的闪蒸气流，其经由导管43排出。将来自氢气汽提塔的CO/甲烷塔底产物在下游的CO/甲烷蒸馏塔中拆分，以获得作为塔顶产物的纯一氧化碳产物气流，其经由导管46从该工艺中排出并送去储存、处理或进一步处理(未显示)。从CO/甲烷蒸馏塔中作为塔底产物获得的甲烷经由导管44 作为含甲烷的分馏气流从低温分馏单元中排出，并经由导管22和23、两级压缩机单元60a、60b和导管61和11再循环至蒸汽重整单元的入口。
将富氢气气流经由导管41从低温分馏单元中排出，并经由导管42引入变压吸附单元50。在此之前，将富氢气气流用于再生干燥单元中使用的吸附剂。
变压吸附单元提供纯的氢气产物气流，该氢气产物气流经由导管51 从工艺中排出并送去储存、处理或进一步处理(未示出)。还获得了PSA 废气流，其仍然包含可燃成分，例如甲烷。所述流经由导管52从变压吸附单元中排出，并且可以被送去进行后续的储存、处理或进一步处理。由于其热值，在本实施例中它用作燃料气流，并经由导管52和13作为另一燃料气流供应至蒸汽重整单元的燃烧器(未示出)。
根据本发明，将以下材料流中的一种或多种或全部：
-主要含二氧化碳的流，导管22
-含甲烷的分馏气流，导管44，
-含一氧化碳和氢气的闪蒸气流，导管43，
引入压缩机单元，该压缩机单元在本实施例中包括两个并联压缩机级 60a、60b，其中将该一种或多种流的该至少一部分引入一个或两个压缩机级中。这使得能够实现所述方法/设备的不同负荷状态/生产能力。因此，再循环压缩机配置为具有各自具有标称容量的50％的两个并联压缩机级的压缩机单元，允许在50％(部分负荷运行)与100％(满负荷运行)之间的容量范围以及因此合成气生产设备的非常灵活的操作。
以这种方式获得压缩的第一再循环流，其经由导管61从压缩机单元中排出，并且在图1所示的示例性实施例中，至少部分地，优选主要地，最优选完全地经由导管61和11再循环至蒸汽重整单元并引入其中。这提高了循环流中存在的诸如氢气、碳氧化物或甲烷的组分的材料利用。根据现有技术的方法，这些组分将主要被热利用，例如作为用于蒸汽重整单元的燃烧器的另一燃料气体或加热气体。
可以对图1的示例性实施例进行修改，使得在每种情况下，含甲烷的分馏气流的至少一部分，导管44和/或含一氧化碳和氢气的闪蒸气流的至少一部分，导管43，经由导管13作为另外的燃料气体或加热气体经由连接导管(未示出)供应至蒸汽重整单元的燃烧器。这进一步增加了该方法在特定操作状态/负荷状态下或在两个不同操作状态之间的过渡期间的灵活性，其中然后暂时接受的是，循环流中存在的诸如氢气、碳氧化物或甲烷的成分也是或主要是被热利用而不是在材料上被利用。
在图2中所示的用于生产纯一氧化碳和氢气的方法/设备的另一本发明实施例中，压缩机单元同样包括两个并联的压缩机级60a、60b，然而，这两个压缩机级现在通过合适的切断装置(例如图2中所示的隔断阀)彼此流动分开，并因此彼此之间不直接流体连接。压缩机级60a经由导管22 和23被供应来自二氧化碳去除单元的主要含二氧化碳的流，并且经由导管44和23被供应含甲烷的分馏气流，并且所述流也在其中进行压缩，与在图1的工作实例中的那情况一样。这些循环流中存在的诸如氢气、碳氧化物或甲烷的组分因此继续在材料上地被利用以增加目标组分纯一氧化碳和氢的产量。
相比之下，压缩机级60b经由导管43被供应含一氧化碳和氢气的闪蒸气流的至少一部分和/或经由导管45和43被供应纯一氧化碳产物气流的至少一部分和/或经由导管53和43被供应PSA废气流的至少一部分。原则上，上述三种流的任何替代或相加性组合是可能的。有利的是，特别是在部分负荷运行中，使用不是在每种情况下都需要的压缩机级来将一种或多种上述材料流再循环至安排在低温分馏单元上游的干燥单元。这在部分负荷运行期间导致在低温分馏单元上的人工负荷，从而允许对冷箱中包含的蒸馏和分离步骤进行更简单的控制和更稳定的操作。为此，因此用于不同目的的两个或更多个压缩机级有利地彼此气密地分开，从而在它们之间通过设置阀、盲板或类似装置而没有直接流体连接。因此，相应的材料流保持分开，以避免不希望的混合，混合将导致例如将二氧化碳夹带到低温分馏单元中，这通过形成干冰将导致其中的阻塞。
可以还进而对图2的示例性实施例进行修改，使得在每种情况下，含甲烷的分馏气流的至少一部分，导管44和/或含一氧化碳和氢气的闪蒸气流的至少一部分，导管43，和/或PSA废气流的至少一部分经由导管13 作为另外的燃料气体或加热气体经由连接导管(未示出)供应至蒸汽重整单元的燃烧器。这进一步增加了该方法在特定操作状态/负荷状态下或在两个不同操作状态之间的过渡期间的灵活性，其中然后暂时接受的是，循环流中存在的诸如氢气，碳氧化物特别是一氧化碳或甲烷的成分也是或主要是被热利用而不是在材料上被利用。
取决于该设备的所需生产能力，可以通过经由合适的切断装置(未示出)关闭导管53和62的导管路径来相互转换图1和图2所示的两个工作实例。另外，两个压缩机级60a、60b之间的流动分开可任选地通过打开所示的阀而中止。在根据本发明的方法/相应的设备的优点中，也包括了在不同的工作实例/操作模式之间以低的设备复杂度进行这种相互转换的选择。
附图标记列表
[10] 蒸汽重整单元
[11]-[16] 导管
[20] 二氧化碳去除单元
[21]-[23] 导管
[30] 干燥单元
[31] 导管
[40] 低温分馏单元
[41]-[46] 导管
[50] 变压吸附单元
[51]-[53] 导管
[60a]，[60b] 压缩机级
[61]-[62] 导管

Claims (17)

1.一种用于由包含烃，优选甲烷或石脑油的气态或蒸气输入流生产纯一氧化碳和氢气的方法，该方法包括以下步骤：
(a)将含烃的输入流和蒸汽流引入蒸汽重整单元中，并在蒸汽重整条件下用蒸汽至少部分转化存在于该输入流中的烃，以提供含有一氧化碳、氢气、水、二氧化碳和甲烷的的粗合成气流，
(b)从该蒸汽重整单元中排出该粗合成气流，并将其引入二氧化碳去除单元中，
(c)在该二氧化碳去除单元中在二氧化碳去除条件下将该粗合成气流拆分成主要含二氧化碳的流和贫二氧化碳的合成气流，从该二氧化碳去除单元中排出这两种流，
(d)将该贫二氧化碳的合成气流引入干燥单元中，从该干燥单元中排出贫水的干燥合成气流，
(e)将该干燥合成气流引入低温分馏单元中，在低温分馏条件下将该干燥合成气流多级拆分为纯的一氧化碳产物气流、富氢气气流、含甲烷的分馏气流以及含一氧化碳和氢气的闪蒸气流，从该低温分馏单元中排出该多级拆分中得到的这些气流，
(f)将该富氢气气流供应至变压吸附单元(PSA)，在该变压吸附单元中将该富氢气气流拆分为纯氢气产物气流和PSA废气流，从该变压吸附单元中排出这两种流，
(g)将选自包含以下的组的一种或多种流的至少一部分：
-该主要含二氧化碳的流，
-该含甲烷的分馏气流，
-该含一氧化碳和氢气的闪蒸气流，
供应至包括至少两个并联压缩机级的压缩机单元，其中将该一种或多种流的该至少一部分引入这些压缩机级中的一个或多个中，
(h)从该压缩机单元中排出压缩的第一再循环流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将该压缩的第一再循环流的至少一部分再循环至该蒸汽重整单元，引入其中并在蒸汽重整条件下至少部分转化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将该主要含二氧化碳的流的至少一部分供应至第一压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该蒸汽重整单元，引入其中并在蒸汽重整条件下至少部分转化。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将该含甲烷的分馏气流的至少一部分供应至该第一压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该蒸汽重整单元，引入其中并在蒸汽重整条件下至少部分转化。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将该含一氧化碳和氢气的闪蒸气流的至少一部分供应至第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将该纯一氧化碳产物气流的至少一部分供应至该第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将该PSA废气流的至少一部分供应至该第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将该主要含二氧化碳的流的至少一部分和该含甲烷的分馏气流的至少一部分供应至第一压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该蒸汽重整单元，引入其中并在蒸汽重整条件下至少部分转化，并且其特征在于，将该含一氧化碳和氢气的闪蒸气流的至少一部分和该纯一氧化碳产物气流的至少一部分和该PSA废气流的至少一部分供应至第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将该富氢气气流的至少一部分用于使安排在该干燥单元中的干燥介质在传递到该变压吸附单元之前进行再生。
10.一种用于由包含烃，优选甲烷或石脑油的气态或蒸气输入流生产纯一氧化碳和氢气的设备，该设备包括以下组件和设备组成部分：
(a)蒸汽重整单元，用于将含烃的输入流和蒸汽流引入该蒸汽重整单元中的装置，
(b)用于从该蒸汽重整单元中排出粗合成气流的装置，二氧化碳去除单元和用于将该粗合成气流引入该二氧化碳去除单元中的装置，
(c)用于从该二氧化碳去除单元中排出主要含二氧化碳的流和贫二氧化碳的合成气流的装置，
(d)干燥单元，用于将该贫二氧化碳的合成气流引入该干燥单元中的装置，用于从该干燥单元排出贫水的干燥合成气流的装置，
(e)包括多个分离级的低温分馏单元，用于将该干燥合成气流引入该低温分馏单元中的装置，用于从该低温分馏单元中排出纯一氧化碳产物气流、富氢气气流、含甲烷的分馏气流和含一氧化碳和氢气的闪蒸气流的装置，
(f)变压吸附单元(PSA)，用于将该富氢气气流供应至该变压吸附单元的装置，用于从该变压吸附单元中排出纯氢气产物气流和PSA废气流的装置，
(g)包括至少两个并联压缩机级的压缩机单元，用于将选自包含以下的组的一种或多种流的至少一部分：
-该主要含二氧化碳的流，
-该含甲烷的分馏气流，
-该含一氧化碳和氢气的闪蒸气流，
供应至该压缩机单元的装置，其中该用于供应的装置被配置成使得该一种或多种流的至少一部分可被引入到这些压缩机级中的一个或多个中，
(h)用于从该压缩机单元中排出压缩的第一再循环流的装置。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该压缩的第一再循环流的至少一部分再循环至该蒸汽重整单元并引入其中。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该主要含二氧化碳的流的至少一部分供应至第一压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该蒸汽重整单元并引入其中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该含甲烷的分馏气流的至少一部分供应至该第一压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该蒸汽重整单元并引入其中。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该含一氧化碳和氢气的闪蒸气流的至少一部分供应至第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该纯一氧化碳产物气流的至少一部分供应至该第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。
16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该PSA废气流的至少一部分供应至该第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。
17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括如下装置，该装置使得能够将该主要含二氧化碳的流的至少一部分和该含甲烷的分馏气流的至少一部分供应至第一压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该蒸汽重整单元并引入其中，以及将该含一氧化碳和氢气的闪蒸气流的至少一部分和该纯一氧化碳产物气流的至少一部分和该PSA废气流的至少一部分供应至第二压缩机级并进行压缩，并且将压缩流再循环至该干燥单元并引入其中，其中该第二压缩机级不与该第一压缩机级直接流体连接。
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