DE102006051759A1 - Process and apparatus for decomposing synthesis gas by means of methane scrubbing - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Gewinnung eines Kohlenmonoxidproduktes (43) aus eine im Wesentlichen aus Wasserstoff (H<SUB>2</SUB>), Kohlenmonoxid (CO) und Methan (CH<SUB>4</SUB>) bestehenden Einsatzgas (1), wobei aus dem Einsatzgas (1) durch Abkühlung gegen anzuwärmende Verfahrensströme ein zweiphasiges Stoffgemiscichen, Kohlenmonoxid und Methan enthaltenden Gasphase (2a) und einer CO-reichen, Wasserstoff und Methan enthaltenden Flüssigphase (13a) besteht, und wobei nachfolgend zumindest die H<SUB>2</SUB>-reichen, Kohlenmonoxid und Methan enthaltende Gasphase (2a) einer kryogenen Wäsche mit flüssigem Methan (64) (Methanwäsche) unterzogen wird. Die Methanwäsche wird in einem Wärmetauscher (Dephlegmator (E4)) durchgeführt, wozu die Gasphase (2a) des zweiphasigen Stoffgemisches im Gagenstrom zu flüssigem, unterkühltem Methan (64) (Methanwaschmittel) von unten nach oben durch den Dephlegmator (E4) geführt wird und die bei der Lösung von aus der Gasphase ausgewaschenen Stoffen im Methanwaschmittel frei werdende Wärme (Lösungswärme) im indirekten Wärmetausch von einem, bevorzugt im Gegenstrom zum Methanwaschmittel durch den Dephlegmator (E4) geführten Kältemittel (5) aufgenommen wird.The invention relates to a method and a device for obtaining a carbon monoxide product (43) consisting essentially of hydrogen (H <SUB> 2 </ SUB>), carbon monoxide (CO) and methane (CH <SUB> 4 </ SUB>). existing feed gas (1), wherein from the feed gas (1) by cooling against process streams to be heated a two-phase Stoffgemiscichen, carbon monoxide and methane-containing gas phase (2a) and a CO-rich, hydrogen and methane-containing liquid phase (13a), and wherein subsequently at least subjecting the H <SUB> 2 </ SUB> rich gas phase containing carbon monoxide and methane (2a) to a cryogenic wash with liquid methane (64) (methane wash). The methane wash is carried out in a heat exchanger (Dephlegmator (E4)), to which the gas phase (2a) of the two-phase mixture in the gas stream to liquid, supercooled methane (64) (methane detergent) from bottom to top through the dephlegmator (E4) is performed and the in the solution of leached out of the gaseous phase substances in Methanwaschmittel released heat (solution heat) in the indirect heat exchange of a, preferably in countercurrent to the Methwaschmittel by the dephlegmator (E4) guided refrigerant (5) is received.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Gewinnung eines Kohlenmonoxidproduktes aus einem im Wesentlichen aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Methan (CH4) bestehenden Einsatzgas, wobei aus dem Einsatzgas durch Abkühlung gegen anzuwärmende Verfahrensströme ein zweiphasiges Stoffgemisch erzeugt wird, das aus einer H2-reichen, Kohlenmonoxid und Methan enthaltenden Gasphase und einer CO-reichen, Wasserstoff und Methan enthaltenden Flüssigphase besteht, und wobei nachfolgend zumindest die H2-reiche, Kohlenmonoxid und Methan enthaltende Gasphase einer kryogenen Wäsche mit flüssigem Methan (Methanwäsche) unterzogen wird.The invention relates to a method and an apparatus for obtaining a carbon monoxide product from a feed gas consisting essentially of hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO) and methane (CH 4 ), wherein a biphasic mixture is produced from the feed gas by cooling against process streams to be heated which consists of a H 2 -rich, carbon monoxide and methane-containing gas phase and a CO-rich, hydrogen and methane-containing liquid phase, and wherein subsequently at least the H 2 -rich, carbon monoxide and methane-containing gas phase of a cryogenic scrubbing with liquid methane (methane scrubbing ).
Durch unterschiedliche Erzeugungsmethoden, wie z. B. katalytische Dampfreformierung oder Partielle Oxidation, werden aus kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsstoffen, wie Erdgas, Flüssiggas, Naphta, Schweröl oder Kohle sog. Synthesegase erzeugt, die zum größten Teil aus H2 und CO bestehen, aber auch Methan (CH4), Wasser (H2O), Kohlendioxid (CO2) und andere Komponenten, wie z. B. Stickstoff und Argon enthalten. Aus dem Synthesegas werden nach Reinigung und Zerlegung vor allem CO und H2 als Produkte gewonnen und in der Industrie in vielfältiger Weise weiter verwendet. Zur Trennung und Reinigung der beiden Synthesegaskomponenten H2 und CO werden in Industrieanlagen vor allem kryogene Verfahren eingesetzt.By different production methods, such. As catalytic steam reforming or partial oxidation, are produced from hydrocarbonaceous starting materials, such as natural gas, LPG, naphtha, heavy oil or coal so-called syngas generated synthesis, which consist for the most part of H 2 and CO, but also methane (CH 4 ), water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ) and other components, such as. As nitrogen and argon. After purification and decomposition, mainly CO and H 2 are obtained from the synthesis gas as products and used in industry in manifold ways. For the separation and purification of the two synthesis gas components H 2 and CO, especially cryogenic processes are used in industrial plants.
Ein
derartiges kryogenes Verfahren, das dem Fachmann seit langem bekannt
ist, ist die Methanwäsche,
wie sie beispielsweise in den Patentschriften
Um Waschmittelverluste auszugleichen, ist es erforderlich, dass das in einer Methanwäsche zu zerlegende Einsatzgas einen Methangehalt von wenigstens 2 mol-% aufweist. Üblicherweise kommt die Methanwäsche dann zur Anwendung, wenn das Einsatzgas durch katalytische Dampfreformierung mit anschließender CO2-Entfernung und Trocknung erzeugt wird, da ein solches Einsatzgas einen ausreichend hohen Methangehalt aufweist.To compensate for detergent losses, it is necessary that the feed gas to be decomposed in a methane wash have a methane content of at least 2 mol%. Usually, the methane wash is used when the feed gas is produced by catalytic steam reforming with subsequent CO 2 removal and drying, since such feed gas has a sufficiently high methane content.
Die Löslichkeiten für die auszuwaschenden Stoffe nehmen mit steigender Waschmitteltemperatur ab. Um die Effektivität einer Methanolwäsche zu erhöhen, umfasst daher eine Waschkolonne zur Abführung der Lösungswärmen der ausgewaschenen Stoffe nach dem Stand der Technik eine oder mehrere Zwischenkühlungen. Die Zwischenkühlungen (Waschkolonnenkühler) sind als externe Plattenwärmetauscher oder als integrierte, gewickelte Wärmetauscher ausgeführt, in denen Flüssig-CO als Kältemittel verdampft wird. Die Temperatur des Methanwaschmittels (bzw. des behandelten Gases) steigt auf seinem Weg durch eine Waschkolonne zunächst an, bevor sie aufgrund der Zwischenkühlung abgesenkt wird, um anschließend – bis zum Ende der Waschkolonne oder bis zu einer weiteren Zwischenkühlung – wieder anzusteigen. Die mittlere Waschmitteltemperatur liegt daher trotz der Zwischenkühlung deutlich höher, als die Temperatur, mit der das Methanwaschmittel in die Waschkolonne eintritt. In einer derartigen Methanwäsche muss somit eine größere Waschmittelmenge eingesetzt werden, als es bei einer gleich bleibenden Waschmitteltemperatur notwendig wäre.The solubilities for the substances to be washed increase with increasing detergent temperature from. To the effectiveness a methanol wash to increase, therefore, includes a scrubbing column for removing the heat of solution of the scrubbed substances according to the prior art, one or more intermediate cooling. The intermediate cooling (wash column cooler) are as external plate heat exchangers or designed as integrated, wound heat exchangers, in which liquid CO as a refrigerant is evaporated. The temperature of the methane detergent (or the treated gas) increases on its way through a wash column first, before due to the intercooling is lowered to then - until End of the wash column or until another intermediate cooling - again to increase. The mean detergent temperature is therefore despite the intermediate cooling significantly higher, as the temperature with which the methane detergent in the wash column entry. In such a methane wash thus has a larger amount of detergent be used as it is necessary at a constant detergent temperature would.
Da es sich bei der Methanwäsche um ein kryogenes Verfahren, mit Temperaturen bis zu –185°C, handelt, ist die gesamte Methanwascheinrichtung nach dem Stand der Technik mit einer wärmeisolierenden Einhausung (Cold Box) umgeben. Um die Investitionskosten zu minimieren, wird versucht, die Cold Box klein und gleichzeitig kompakt zu gestalten. Gegenwärtig wird die Größe der Cold Box u. a. von der Waschkolonne bestimmt, die, mit einer Höhe von bis zu 25 m und den zugehörigen Zwischenkühlern sowie den Verbindungsleitungen, einen dominierenden Anlagenteil einer Methanwascheinrichtung darstellt.There it is the methane wash is a cryogenic process, with temperatures down to -185 ° C, is the entire Methanwascheinrichtung according to the prior art with a heat-insulating Enclosed enclosure (cold box). To minimize the investment costs, trying to make the cold box small and compact at the same time. Currently becomes the size of the cold Box and a. determined by the wash column, which, with a height of up to to 25 m and the associated intercoolers and the connecting lines, a dominant part of the plant represents a Methanwascheinrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die eine effektivere und kostengünstigere Methanwäsche erlauben, als sie nach dem Stand der Technik möglich ist.Of the Invention is based on the object, a method and a device specify the type described above, the more effective and cost-effective methane wash allow as it is possible in the prior art.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Methanwäsche in einem zweiten Wärmetauscher (Dephlegmator) durchgeführt wird, wozu die Gasphase des zweiphasigen Stoffgemisches im Gegenstrom zu flüssigem, unterkühltem Methan (Methanwaschmittel) von unten nach oben durch den Dephlegmator geführt wird und die bei der Lösung von aus der Gasphase ausgewaschenen Stoffen im Methanwaschmittel frei werdende Wärme (Lösungswärme) im indirekten Wärmetausch von einem, bevorzugt im Gegenstrom zum Methanwaschmittel durch den Dephlegmator geführten Kältemittel aufgenommen wird.These The object is achieved procedurally according to the invention that the methane wash in a second heat exchanger (Dephlegmator) performed is, what the gas phase of the two-phase mixture in countercurrent too fluid, supercooled Methane (methane detergent) from bottom to top through the dephlegmator to be led and the solution of gaseous substances in the methane detergent released heat (Solution heat) in indirect heat exchange from one, preferably in countercurrent to the methane detergent through the Dephlegmator guided refrigerant is recorded.
Die Erfindung kombiniert die Funktionen von Waschkolonne und Waschkolonnenkühler in einem Dephlegmator. Durch die erfindungsgemäße Kühlung wird erreicht, dass das Waschmittel mit einer weitgehend konstanten Temperatur durch den Dephlegmator geführt wird. Die Gaswäsche kann daher – bei gleicher Reinigungsleistung – mit einer im Vergleich zum Stand der Technik verminderten Waschmittelmenge durchgeführt werden. Dies hat, neben geringeren Abmessungen für die eigentliche Wascheinrichtung und die nachfolgenden, zur Reinigung des beladenen Waschmittels eingesetzten Anlagenteile, auch einen geringeren Energiebedarf für die kryogene Gastrennung zur Folge.The invention combines the functions of Wash column and wash column condenser in a dephlegmator. The cooling according to the invention ensures that the detergent is passed through the dephlegmator at a substantially constant temperature. Gas scrubbing can therefore - with the same cleaning performance - be carried out with a reduced compared to the prior art detergent amount. This has, in addition to smaller dimensions for the actual washing device and the subsequent, used to clean the loaded detergent system parts, also lower energy consumption for the cryogenic gas separation result.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Gasphase des bei der Abkühlung des Einsatzgases erzeugten zweiphasigen Stoffgemisches gemeinsam mit der Flüssigphase in den Dephlegmator eingeleitet und innerhalb des Dephlegmators von dieser getrennt wird. Im Innern des Dephlegmators vermischt sich die Flüssigphase des zweiphasigen Stoffgemisches mit dem im Gegenstrom geführten Methanwaschmittel und wird gemeinsam mit diesem nach unten aus dem Dephlegmator herausgeführt.A Embodiment of the method according to the invention provides that the gas phase of the generated during the cooling of the feed gas two-phase mixture together with the liquid phase in the dephlegmator initiated and separated within the dephlegmator becomes. Inside the dephlegmator, the liquid phase of the biphasic mixture with the countercurrent methane detergent and is brought out of the dephlegmator with it.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das bei der Abkühlung des Einsatzgases erzeugte zweiphasige Stoffgemisch in einem der Methanwäsche vorgeschalteten Trennschritt in eine Gas- und eine Flüssigphase aufgetrennt und lediglich die Gasphase zur Auswaschung von zumindest Kohlenmonoxid und Methan in den Dephlegmator eingeleitet wird. Durch diese Verfahrensweise wird vermieden, dass sich die CO-reiche Flüssigphase mit dem Methanwaschmittel, das beladen aus dem Dephlegmator abgezogen wird, vermischt.A Another embodiment of the method according to the invention provides that that with the cooling the feed gas produced biphasic mixture in one of methane wash upstream separation step in a gas and a liquid phase separated and only the gas phase for leaching of at least Carbon monoxide and methane is introduced into the dephlegmator. By this procedure it is avoided that the CO-rich liquid phase with the methane detergent, the loaded is withdrawn from the dephlegmator, mixed.
Zweckmäßiger Weise handelt es sich bei dem zur Kühlung des Dephlegmators eingesetzten Kältemittel um flüssiges Kohlenmonoxid, das auf seinem Weg durch den Dephlegmator zumindest teilweise verdampft wird. Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass Produktqualität aufweisendes Kohlenmonoxid verdichtet, anschließend gegen anzuwärmende Verfahrensströme verflüssigt und unterkühlt und, im Anschluss an eine kälteleistende Entspannung, mittels eines Phasentrenners in eine Gas- und eine Flüssigphase getrennt wird, wobei wenigstens ein Teil der derart gewonnenen Flüssigphase als Kältemittel dem Dephlegmator zugeführt wird. Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass nicht für die Kühlung des Dephlegmators benötigte CO-Flüssigphase zur Erzeugung von Spitzenkälte innerhalb der kryogenen Gaszerlegungseinheit verwendet wird, wozu es zweckmäßiger Weise einem Produktreinheit aufweisenden CO-Strom zugemischt und gemeinsam mit diesem gegen abzukühlende Verfahrensströme verdampft und angewärmt wird.Appropriate way is it the one for cooling the dephlegmator used refrigerant to liquid Carbon monoxide, on its way through the dephlegmator at least partially evaporated. A preferred variant of the method according to the invention Provides that product quality condensed carbon monoxide, then liquefied against heated process streams and supercooled and, following a cold-drinking Relaxation, by means of a phase separator in a gas and a Liquid phase separated is, wherein at least a portion of the thus obtained liquid phase as a refrigerant fed to the dephlegmator becomes. Another preferred variant of the method according to the invention that does not look for the cooling needed the dephlegmator CO-liquid phase for the production of peak cold is used within the cryogenic gas separation unit, including it expediently one Product purity containing CO-stream and mixed with this to be cooled against process streams evaporated and warmed becomes.
Um den Kältebedarf der kryogenen Gaszerlegungseinheit zu decken, sieht eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass Produktqualität aufweisendes Kohlenmonoxid verdichtet, gegen anzuwärmende Verfahrensströme abgekühlt und in einer Entspannungsturbine kälteleistend entspannt wird. Zumindest ein Teil des aus der Expansionsturbine austretenden Kohlenmonoxids (Turbinenauspuff) wird gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt und anschließend in den Produktqualität aufweisenden CO-Strom zurückgeführt. Zweckmäßiger Weise wird sowohl die Abkühlung des in die Expansionsturbine geführten Kohlenmonoxids als auch die Anwärmung des Turbinenauspuffs im Hauptwärmetauscher der kryogenen Gaszerlegungseinheit durchgeführt, wobei abgekühltes Kohlenmonoxid über einen Seitenabzug aus dem Hauptwärmetauscher abgezogen wird, während der Turbinenauspuff über eine seitliche Zuspeisung in den Hauptwärmetauscher eingeleitet wird.Around the refrigeration requirement to cover the cryogenic gas separation unit, sees another Variant of the method according to the invention before that product quality condensed carbon monoxide, cooled and heated against process streams to be heated Cooling in a relaxation turbine becomes. At least part of the exiting from the expansion turbine Carbon monoxide (turbine exhaust) is heated against cooled process streams and subsequently in the product quality attributed CO-stream. Appropriate way will both cool off of the expansion turbine Carbon monoxide as well as warming up of the turbine exhaust in the main heat exchanger the cryogenic gas separation unit carried out, with cooled carbon monoxide over a Side outlet from the main heat exchanger is deducted while the turbine exhaust over a lateral feed is introduced into the main heat exchanger.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das aus dem Dephlegmator abgezogene, beladene Methanwaschmittel einer H2-Strippkollonne (H2-Stripper) zur Abstrippung des im beladenen Methanwaschmittel gelösten Wasserstoffes zugeführt wird. Vorzugsweise wird das beladene Methanwaschmittel in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei einer der Teilströme entspannt und als Zwischeneinspeisung in die obere Sektion des H2-Stripper geführt wird, während der zweite Teilstrom entspannt, gegen abzukühlende Verfahrensströme teilverdampft und als Zwischeneinspeisung in die untere Sektion des H2-Strippers eingeleitet wird. Um den Kohlenmonoxidgehalt der H2-reichen Kopffraktion zu vermindern, und damit den Kohlenmonoxidverlust zu verkleinern, wird weiterhin vorgeschlagen, dass unterkühltes Flüssig-CH4 am Kopf des H2-Strippers als Rücklauf aufgegeben wird.A further embodiment of the method according to the invention provides that the laden methane scrubbing agent withdrawn from the dephlegmator is fed to an H 2 -stripping collagen (H 2 stripper) for stripping off the hydrogen dissolved in the laden methane scrubbing agent. Preferably, the loaded methane scrubbing agent is divided into two partial streams, wherein one of the partial streams is expanded and fed as an intermediate feed into the upper section of the H 2 stripper, while the second partial stream is expanded, partially evaporated against the process streams to be cooled and as an intermediate feed into the lower section of the H 2 -Strippers is initiated. In order to reduce the carbon monoxide content of the H 2 -rich top fraction, and thus to reduce the loss of carbon monoxide, it is further proposed that supercooled liquid CH 4 is fed as reflux at the top of the H 2 -stripper.
Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, dass zur Beheizung des H2-Strippers ein CO-reicher Gasstrom direkt in den Sumpfraum (unterhalb des 1. Bodens) des H2-Strippers eingespeist wird, wobei es sich bei dem CO-reichen Gasstrom vorzugsweise um einen Teil des Turbinenauspuffs oder um einen direkt vom CO-Verdichter zurückgeführten und gegen anzuwärmende Verfahrensströme abgekühlten, jedoch nicht kondensierten CO-Strom handelt. Bei dieser Verfahrensvariante kann auf einen kostspieligen Reboiler verzichtet werden. Darüber hinaus ermöglicht sie eine einfache Regelung des H2-Strippers, was insbesondere bei schnellen Lastwechseln der Methanwäsche einen entscheidenden Vorteil gegenüber einer Lösung mit Reboiler darstellt. Der Effizienzverlust, den diese Verfahrensvariante gegenüber einer Lösung mit Reboiler aufweist, wird dadurch minimiert, dass der CO-reiche Gasstrom mit einem Druck in den Sumpfraum des H2-Strippers eingeleitet wird, der nur wenig über dem Betriebsdruck des H2-Strippers liegt.Further developing the process according to the invention proposes that a CO-rich gas stream be fed directly into the sump space (below the first floor) of the H 2 -stripper for heating the H 2 -stripper, wherein the CO-rich gas stream is preferably around is a part of the turbine exhaust or cooled directly from the CO compressor and cooled against process streams to be heated, but not condensed CO stream. In this process variant can be dispensed with a costly reboiler. In addition, it allows a simple control of the H 2 -Strippers, which represents a decisive advantage over a solution with reboiler especially during rapid load changes of methane scrubbing. The loss of efficiency this Ver variant compared to a solution with reboiler is minimized by the fact that the CO-rich gas stream is introduced at a pressure in the bottom space of the H 2 -stripper, which is only slightly above the operating pressure of the H 2 -Strippers.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die H2-reiche Kopffraktion aus dem H2-Stripper abgezogen, entspannt, gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt und als Restgas abgegeben wird. Vorzugsweise wird überschüssiges, mit dem Einsatzgas in die Methanwäsche eingebrachtes Methan der H2-reichen Kopffraktion nach der Entspannung und vor der Anwärmung zugemischt und gemeinsam mit diesem gegen abzukühlende Verfahrensströme verdampft, angewärmt und als Restgas weiter geführt.A further embodiment of the inventive method provides that the H 2 -rich withdrawn overhead fraction from the H 2 stripper, relaxed, warmed against process streams to be cooled and is discharged as residual gas. Preferably, excess, introduced with the feed gas in the methane scrubbing methane of the H 2 -rich top fraction is mixed after the expansion and prior to warming and evaporated together with this against cooling process streams, warmed and passed on as residual gas.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das vorwiegend Methan und Kohlenmonoxid enthaltende Stoffgemisch aus dem Sumpf der H2-Strippkolonne abgezogen und einer CO/CH4-Trennkolonne zugeführt wird.A further embodiment of the method according to the invention provides that the predominantly methane and carbon monoxide-containing mixture is withdrawn from the bottom of the H 2 -Strippkolonne and fed to a CO / CH 4 separation column.
Bevorzugt wird das CO/CH4-Stoffgemisch vor der CO/CH4-Trennkolonne in zwei Teilströme aufgeteilt und einer der Teilströme als Zwischeneinspeisung in die obere Sektion der CO/CH4-Trennkolonne eingeleitet wird, während der zweite Teilstrom entspannt, gegen abzukühlende Verfahrensströme verdampft, angewärmt und als Zwischeneinspeisung in die untere Sektion der CO/CH4-Trennkolonne eingeleitet wird.The CO / CH 4 mixture is preferably divided into two substreams before the CO / CH 4 separation column and one of the substreams is introduced as an intermediate feed into the upper section of the CO / CH 4 separation column, while the second substream is depressurized against the process streams to be cooled evaporated, warmed and introduced as an intermediate feed into the lower section of the CO / CH 4 separation column.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Sumpfprodukt aus der CO/CH4-Trennkolonne, bei dem es sich um Waschmittelqualität aufweisendes Methan handelt, abgezogen, gegen anzuwärmende Verfahrensströme unterkühlt, mittels einer Pumpe auf Druck gebracht, gegen anzuwärmende Verfahrensströme weiter unterkühlt und bevorzugt in drei Teilströme aufgeteilt wird, wobei einer der Teilströme als Methanwaschmittel dem Dephlegmator und ein anderer Teilstrom als Rücklauf dem H2-Stripper zugeführt wird, während der dritte Teilstrom als überschüssiges Methan aus dem Methankreislauf abgezogen und bevorzugt der H2-reichen, vom Kopf des H2-Strippers abgezogenen Fraktion zugemischt und als Restgas aus der Methanwäsche geführt wird.A further embodiment of the method according to the invention provides that the bottom product from the CO / CH 4 separation column, which is methane containing detergent quality, is removed, subcooled against process streams to be heated, brought to pressure by means of a pump, further subcooled against process streams to be heated and preferably divided into three sub-streams, wherein one of the partial streams as methane scrubbing the Dephlegmator and another partial flow as reflux is fed to the H 2 -tripper, while the third partial stream withdrawn as excess methane from the methane cycle and preferably the H 2 -rich, from Head of H 2 -stripper withdrawn fraction mixed and is passed as residual gas from the Methanwäsche.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Kopfprodukt der CO/CH4-Trennkolonne, bei dem es sich um Produktreinheit aufweisendes Kohlenmonoxid handelt, gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt und anschließend in einem Verdichter auf Produktdruck verdichtet wird. Ebenfalls Produktreinheit aufweisende Kohlenmonoxidströme innerhalb der kryogenen Gaszerlegungseinheit, wie beispielsweise CO-Ströme, die nicht oder nicht mehr für die Kühlung des Dephlegmators benötigt werden, werden zweckmäßiger Weise dem Kopfprodukt der CO/CH4-Trennkolonne vor dessen Anwärmung zumischt.Another embodiment of the process according to the invention provides that the overhead product of the CO / CH 4 separation column, which is carbon monoxide having product purity, is heated against process streams to be cooled and then compressed in a compressor to product pressure. Also product purity carbon monoxide streams within the cryogenic gas separation unit, such as CO streams that are not or no longer needed for the cooling of the dephlegmator are suitably admixed to the top product of the CO / CH 4 separation column prior to its warming.
Weist das Einsatzgas ein H2/CO-Verhältnis von mehr als drei auf und/oder steht das Einsatzgas unter einem Druck von weniger als 25bar, so sieht eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass Produktreinheit aufweisendes Kohlenmonoxid im unteren Teil des Hauptwärmetauschers kondensiert, unterkühlt, anschließend in einen Phasentrenner entspannt und dort in eine Gas- und eine Flüssigphase getrennt wird. Die Flüssigphase wird aus dem Phasentrenner abgezogen und zur Erzeugung von Spitzenkälte zur Abkühlung des Einsatzgases verwendet. Bevorzugt wird hierzu Kohlenmonoxid verwendet, das auf einem Mittel- oder Hochdruckniveau vorliegt, wie beispielsweise der Turbinenauspuff. Zweckmäßiger Weise wird zur Phasentrennung derselbe Phasentrenner verwendet, in dem das für die Kühlung des Dephlegmators benötigte flüssige Kohlenmonoxid abgeschieden wird.If the feed gas has an H 2 / CO ratio of more than three and / or the feed gas is under a pressure of less than 25 bar, an advantageous variant of the method according to the invention provides that product carbon monoxide condenses in the lower part of the main heat exchanger, subcooled, then expanded in a phase separator and there separated into a gas and a liquid phase. The liquid phase is withdrawn from the phase separator and used to produce peak cooling to cool the feed gas. Carbon monoxide is preferably used for this, which is present at a medium or high pressure level, such as the turbine exhaust. Advantageously, the same phase separator is used for phase separation, in which the liquid carbon monoxide required for the cooling of the dephlegmator is deposited.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Gewinnung eines gasförmigen Kohlenmonoxidproduktes durch Zerlegung eines im Wesentlichen aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Methan (CH4) bestehenden Einsatzgas, die neben einer kryogenen Methanwascheinrichtung (Methanwäsche) und Leitungen zur Führung der Verfahrensströme zumindest einen ersten Wärmetauscher zur Abkühlung und partiellen Kondensation des Einsatzgas und eine Regeneriereinrichtung zur Regenerierung von beladenem Methanwaschmittel sowie einen CO-Verdichter zur Verdichtung von gasförmigem CO auf Produktdruck (CO-Produktverdichter) umfasst.The invention further relates to a device for obtaining a gaseous carbon monoxide product by decomposing a feed gas consisting essentially of hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO) and methane (CH 4 ), which in addition to a cryogenic methane scrubber (methane scrubbing) and lines for guiding the process streams at least a first heat exchanger for cooling and partial condensation of the feed gas and a regeneration device for the regeneration of laden methane detergent and a CO compressor for the compression of gaseous CO to product pressure (CO product compressor) comprises.
Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Methanwäsche einen mit einem Kältemittel kühlbaren zweiten Wärmetauscher (Dephlegmator) aufweist, durch welchen zumindest die Gasphase des bei der partiellen Kondensation des Einsatzgases erzeugten zweiphasigen Stoffgemisches im Gegenstrom zu flüssigem, von oben nach unten strömendem Methan (Methanwaschmittel) führbar ist.the device side the object is achieved in that the methane wash a with a refrigerant coolable second heat exchanger (dephlegmator) through which at least the gas phase of the partial Condensation of the feed gas generated biphasic mixture in countercurrent to liquid, flowing from top to bottom Methane (methane detergent) feasible is.
Der Dephlegmator ist bevorzugt als Plattenwärmetauscher, wie er der Fachwelt seit langem bekannt ist, ausgeführt. Derartige Wärmetauscher zeichnen sich durch ihre kompakte Bauweise aus, da sie auf kleinem Raum eine große Fläche für den Wärmeaustausch enthalten und so große spezifische Leistungen möglich sind.Of the Dephlegmator is preferred as a plate heat exchanger, as he is known in the art has been known for a long time. Draw such heat exchangers characterized by their compact design, as they in a small space a size area for the heat exchange included and so great specific services possible are.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterbildend, wird vorgeschlagen, dass das bei der partiellen Kondensation des Einsatzgases erzeugte zweiphasige Stoffgemisch auf einer Seite dem Dephlegmator zuführbar ist, während auf der gegenüberliegenden Seite flüssiges Methan in den Dephlegmator einleitbar ist.Further developing the device according to the invention, it is proposed that the two-phase mixture produced in the partial condensation of the feed gas on one side of the dephlegmator can be fed while on the opposite side liquid methane can be introduced into the dephlegmator.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst einen Phasentrenner, in welchem das bei der partiellen Kondensation des Einsatzgases erzeugte zweiphasige Stoffgemisch in eine H2-reiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gas- und eine CO-reiche, Wasserstoff enthaltende Flüssigphase trennbar ist, und aus welchem die H2-reiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gasphase dem Dephlegmator zur Wäsche zuführbar ist. Zweckmäßige Varianten sehen vor, dass der Phasentrenner als eigenständiges Bauteil ausgeführt ist oder in Form eines vergrößerten Eintrittsheaders mit dem Dephlegmator eine bauliche Einheit bildet.An embodiment of the device according to the invention comprises a phase separator, in which the two-phase mixture produced in the partial condensation of the feed gas in a H 2 -rich, carbon monoxide-containing gas and CO-rich, hydrogen-containing liquid phase is separable, and from which the H 2 -rich, carbon monoxide-containing gas phase of the dephlegmator is fed to the laundry. Advantageous variants provide that the phase separator is designed as an independent component or forms a structural unit in the form of an enlarged inlet header with the dephlegmator.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht eine Einrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Kohlenmonoxid zur Kühlung des Dephlegmators vor, umfassend eine Einrichtung zur Zurückführung eines Teils des Produktreinheit aufweisenden CO-Stromes in die kryogene Gaszerlegungseinheit, einen Wärmetauscher, in dem das zurückgeführte Kohlenmonoxid kondensierbar ist, ein Drosselorgan, über das das kondensierte Kohlenmonoxid kälteleistend entspannbar ist sowie einen Phasentrenner, in dem das bei der kälteleistenden Entspannung erzeugte Phasengemisch in eine Flüssig- und eine Gasphase trennbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Einrichtung zur Zurückführung von Produktreinheit aufweisendem Kohlenmonoxid in die kryogene Gaszerlegungseinheit um den CO-Produktverdichter.A Further embodiment of the device according to the invention provides a Device for providing liquid carbon monoxide for cooling the Dephlegmators, comprising means for returning a Part of the product purity having CO flow into the cryogenic gas separation unit, a heat exchanger, in which the recycled carbon monoxide is condensable, a throttle body through which the condensed carbon monoxide cold-performing is relaxing as well as a phase separator in which the case of the cold Relaxation generated phase mixture in a liquid and a gas phase separable is. Preferably, the means for returning from Product purity containing carbon monoxide in the cryogenic gas separation unit around the CO product compressor.
Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht eine H2-Strippkolonne (H2-Stripper) vor, in die Wasserstoff enthaltende Phasen, insbesondere das beladene Methanwaschmittel aus dem Dephlegmator, einleitbar und in der sie von Wasserstoff befreibar sind. Eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der H2-Stripper nicht mit einem Reboiler ausgestattet ist, sondern mit Produktreinheit aufweisendem Kohlendioxid direkt beheizbar ist, das zu diesem Zweck in den Sumpfraum des H2-Strippers eingeleitet wird.Another embodiment of the device according to the invention provides an H 2 -Strippkolonne (H 2 -Stripper) before, in the hydrogen-containing phases, in particular the laden methane detergent from the dephlegmator, can be introduced and in which they are liberated from hydrogen. A preferred variant of the device according to the invention provides that the H 2 -tripper is not equipped with a reboiler, but with product purity exhibiting carbon dioxide is directly heated, which is introduced for this purpose in the bottom space of the H 2 -Strippers.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht eine CO/CH4-Trennkolonne vor, der das aus Methan und Kohlenmonoxid bestehende Sumpfprodukt aus dem H2-Stripper zur Auftrennung in Kohlenmonoxid und Methan zuführbar ist.A development of the device according to the invention provides for a CO / CH 4 separation column, to which the bottom product consisting of methane and carbon monoxide can be fed from the H 2 stripper for separation into carbon monoxide and methane.
Eine andere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht einen dritten Wärmetauscher vor, in dem Verfahrenströme anwärm- und abkühlbar sind. Bevorzugt handelt es sich bei diesen Verfahrensströmen um wenigstens einen Teil des Sumpfproduktes aus dem H2-Stripper, der angewärmt wird, sowie um das Waschmittelqualität aufweisende Sumpfprodukt aus der CO/CH4-Trennkolonne und Produktreinheit aufweisendes, vom CO-Verdichter zurückgeführtes Kohlenmonoxid, die beide abgekühlt werden. Eine sinnvolle Ausgestaltung sieht vor, dass ein Teil des zweiten Wärmetauschers als Reboiler für die CO/CH4-Trennkolonne nutzbar ist.Another variant of the device according to the invention provides a third heat exchanger in which process streams can be heated and cooled. These process streams are preferably at least part of the bottoms product from the H 2 stripper which is heated, and carbon monoxide having CO 2 -CH 4 distillation column product purity and having product purity, recycled from the CO compressor both are cooled. A useful embodiment provides that a part of the second heat exchanger can be used as a reboiler for the CO / CH 4 separation column.
Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht eine Entspannungsturbine vor, der Produktreinheit aufweisendes und vorzugsweise im CO-Verdichter verdichtetes Kohlenmonoxid (Hochdruck-CO) zuführbar ist, welches zweckmäßiger Weise im ersten Wärmetauscher abgekühlt und über einen Seitenabzug aus diesem abgezogen wird. Aus dem Austrittsstrom der Entspannungsturbine ist ein weiterer CO-Strom auf einem mittleren Druckniveau entnehmbar, der beispielsweise als Strippgas in den Sumpfraum eines H2-Strippers eingeleitet wird.Another variant of the device according to the invention provides an expansion turbine, the product purity exhibiting and preferably compressed in the CO compressor carbon monoxide (high-pressure CO) can be fed, which is advantageously cooled in the first heat exchanger and withdrawn through a side takeoff from this. From the outlet stream of the expansion turbine, a further CO flow can be removed at a medium pressure level, which is introduced, for example, as stripping gas into the sump space of an H 2 stripper.
Im
Folgenden soll die Erfindung anhand zweier, in den
Die
vorliegenden Ausführungsbeispiele
betreffen Verfahren zur Zerlegung eines im Wesentlichen aus Wasserstoff
(H2), Kohlenmonoxid (CO) und Methan (CH4) bestehenden Einsatzgases
Das
zu zerlegende Einsatzgas
Der
H2-Stripper T2, der zur Verringerung der Investitionskosten
nicht mit einem Reboiler ausgerüstet
ist, wird durch eine gasförmige
CO-Einspeisung
Die
H2-reiche Kopffraktion
Das
CH4/CO-Gemisch im Sumpf des H2-Strippers
T2 wird über
Leitung
Das
vorwiegend aus Methan bestehende Sumpfprodukt
Der
aus den CO-Strömen
Das
zweite, in
Der
aus dem Wärmetauscher
E1 austretende zweiphasige Stoffstrom
Eine
Teil
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: LINDE AG, 80807 MUENCHEN, DE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |