DE102012015340A1 - Process for the cryogenic separation of methane from synthesis gas, in particular oxo gas - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Methan aus einem Synthesegasstrom, insbesondere Oxogasstrom (21), aufweisend die Schritte: Ankondensieren des Synthesegasstromes (21), so dass eine methanabgereicherte gasförmige Synthesegasfraktion (22) und ein methanangereichertes CO-reiches Kondensat (23) entstehen, Abscheiden des Kondensats (23), und Trennen des Kondensats (23) in einer Kolonne (35) in eine CH4-reichen, flüssigen Stoffstrom (24) und einen methanabgereicherten, CO-reichen, gasförmigen Stoffstrom (25), Abziehen des CO-reichen Stoffstromes (25) aus dem Kopf der Kolonne (35), Verdichten des CO-reichen Stoffstromes (25), und Mischen des CO-reichen Stoffstromes (25) mit der methanabgereicherten Synthesegasfraktion (26).The invention relates to a method for separating methane from a synthesis gas stream, in particular oxogas stream (21), comprising the steps: condensing the synthesis gas stream (21) so that a methane-depleted gaseous synthesis gas fraction (22) and a methane-enriched CO-rich condensate (23) are formed , Separating the condensate (23), and separating the condensate (23) in a column (35) into a CH4-rich, liquid stream (24) and a methane-depleted, CO-rich, gaseous stream (25), withdrawing the CO rich stream (25) from the top of the column (35), compressing the CO-rich stream (25), and mixing the CO-rich stream (25) with the methane-depleted synthesis gas fraction (26).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Methan aus einem Synthese gas, insbesondere aus einem Oxogas.The invention relates to a method for the separation of methane from a synthesis gas, in particular from an oxo gas.

Ein derartiges Verfahren zur Abtrennung von Methan aus kohlenmonoxidhaltigen Synthesegasen wird z. B. in DE 20 30 740 B2 beschrieben. Hiernach wird ein Gasgemisch aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan bei einem Druck von etwa 8 bar in einer oder mehreren Kondensationsstufen auf die Verflüssigungstemperatur von Kohlenmonoxid abgekühlt. Das resultierende, vor allem aus flüssigem Kohlenmonoxid bestehende Kondensat wird dann als Waschmittel in einer Gegenstromkolonne zur Reinigung des oben beschriebenen Gasgemisches verwendet, wobei unter anderem Methan durch das flüssige Kohlenmonoxid ausgewaschen wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass ein Teil des Kohlenmonoxids gemeinsam mit dem Methan verworfen wird und somit verloren geht.Such a method for the separation of methane from carbon monoxide-containing synthesis gases is z. In DE 20 30 740 B2 described. Thereafter, a gas mixture of hydrogen, carbon monoxide and methane is cooled at a pressure of about 8 bar in one or more condensation stages to the liquefaction temperature of carbon monoxide. The resulting condensate, mainly consisting of liquid carbon monoxide, is then used as a detergent in a countercurrent column to purify the gas mixture described above, with methane, inter alia, being washed out by the liquid carbon monoxide. A disadvantage of this method is that part of the carbon monoxide is discarded together with the methane and thus lost.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zur Reduzierung des Methangehalts eines Synthesegasstromes, insbesondere Oxogasstromes, zur Erzielung einer größeren Produktreinheit (H2 + CO) durch Anwendung eines einfachen kryogenen Prozesses zur Verfügung zu stellen. Bei einem Oxogas handelt es sich dabei um ein Synthesegas, das ein vordefiniertes H2/CO-Verhältnis, insbesondere nahe 1, aufweist (vgl. Tabelle 1).On this basis, the present invention seeks to provide an alternative method for reducing the methane content of a synthesis gas stream, in particular Oxogasstromes to achieve greater product purity (H 2 + CO) by applying a simple cryogenic process available. An oxo gas is a synthesis gas which has a predefined H 2 / CO ratio, in particular close to 1 (see Table 1).

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This problem is solved by a method having the features of claim 1.

Danach ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass ein Synthesegasstrom (Feed), insbesondere in Form eines Oxogasstromes, partiell kondensiert wird, so dass eine methanabgereicherte (gasförmige) Synthesegasfraktion (hauptsächlich aufweisend CO und H2) und ein methanangereichertes, CO-reiches Kondensat (vergleichsweise geringer H2-Anteil) entstehen, wobei das Kondensat abgeschieden wird und in einer Kolonne in einen CH4-reichen, flüssigen Stoffstrom (Sumpfstrom) und einen entsprechend methanabgereicherten, CO-reichen gasförmigen Stoffstrom (Kopfstrom) getrennt wird, und wobei sodann der CO-reiche Stoffstrom aus dem Kopf der Kolonne abgezogen, verdichtet und mit der methanabgereicherten Synthesegasfraktion (Oxogasfraktion) unter Entstehung eines Synthesegasproduktstromes (z. B. definiert methanabgereichertes Oxogas mit definierter Reinheit bezüglich H2 und CO) gemischt wird.Thereafter, it is provided in the inventive method that a synthesis gas stream (feed), in particular in the form of a Oxogasstromes, is partially condensed, so that a methane-depleted (gaseous) synthesis gas fraction (mainly comprising CO and H 2 ) and a methane-enriched, CO-rich condensate ( comparatively low H 2 content), the condensate being separated off and separated in a column into a CH 4 -rich liquid stream (bottom stream) and a correspondingly methane-depleted, CO-rich gaseous stream (top stream), and then the CO-rich stream is withdrawn from the top of the column, compressed and mixed with the methane-depleted synthesis gas fraction (oxogas fraction) to form a synthesis gas product stream (eg, defined methane-depleted oxo gas of defined purity with respect to H 2 and CO).

Das Verfahren ermöglicht auf diese Weise mit Vorteil die Erzielung einer höheren Oxogasreinheit (H2 + CO) bei gleichzeitig hoher H2- und CO-Ausbeute.In this way, the process advantageously makes it possible to achieve a higher oxogas purity (H 2 + CO) with simultaneously high H 2 and CO yields.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Synthesegasstrom zum partiellen Kondensieren in einem ersten und einem nachfolgenden zweiten Wärmetauscher gegen vorhandene Prozessströme abgekühlt. Die beiden separaten Wärmetauscher können auch als ein einheitlicher (erster) Wärmetauscher ausgebildet sein.Preferably, in the method according to the invention, the synthesis gas stream for partial condensation is cooled in a first and a subsequent second heat exchanger against existing process streams. The two separate heat exchangers can also be designed as a uniform (first) heat exchanger.

Das entstehende Kondensat wird hiernach bevorzugt in einem Abscheider von der methanabgereicherten Synthesegasfraktion getrennt, vorzugsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von –150°C bis –170°C, insbesondere etwa –165°C, wobei die besagte Synthesegasfraktion insbesondere über Kopf aus dem Abscheider abgezogen wird und daraufhin in den beiden Wärmetauschern angewärmt wird.The resulting condensate is thereafter preferably separated in a separator from the methane-depleted synthesis gas fraction, preferably at a temperature in a range of -150 ° C to -170 ° C, in particular about -165 ° C, said syngas fraction, in particular from the top of the separator is withdrawn and then warmed in the two heat exchangers.

Das erzeugte methanangereicherte, CO-reiche Kondensat wird vorzugsweise zur weiteren Trennung auf den Druck der mit dem Sumpf des Abscheiders verbundenen Kolonne entspannt und über den zweiten Wärmetauscher geführt, dort teilweise verdampft und in die besagte Kolonne (CO/CH4-Trennkolonne) gegeben, in der das Kondensat bevorzugt destillativ in den besagten CH4-reichen, flüssigen Stoffstrom (Sumpfstrom) und den besagten methanabgereicherten, CO-reichen gasförmigen Stoffstrom (Kopfstrom) getrennt wird, und zwar insbesondere bei einem Druck im Bereich von 10 bar bis 70 bar, insbesondere 10 bar bis 20 bar, insbesondere in etwa 14,5 bar.The produced methane-enriched, CO-rich condensate is preferably expanded for further separation to the pressure of the column connected to the bottom of the separator and passed over the second heat exchanger, where it partially evaporated and placed in said column (CO / CH4 separation column), in the condensate is preferably separated by distillation into said CH 4 -rich liquid stream (bottom stream) and said methane-depleted, CO-rich gaseous stream (top stream), in particular at a pressure in the range of 10 bar to 70 bar, in particular 10 bar to 20 bar, in particular in about 14.5 bar.

Zur Realisierung eines Reboilers (Umlaufverdampfers) der Kolonne wird aus dieser ein CH4-reicher flüssiger Stoffstrom (insbesondere von einem Boden der Kolonne oder aus einem Sumpf der Kolonne) abgezogen, in den zweiten Wärmetauscher geführt, dort verdampft und zurück in die Kolonne gegeben. Der Reboiler ist also in den zweiten Wärmetauscher integriert, kann aber alternativ auch in einem eigenen Wärmetauscher realisiert werden.To realize a reboiler (circulation evaporator) of the column, a CH 4 -rich liquid stream (in particular from a bottom of the column or from a bottom of the column) is withdrawn from this, passed into the second heat exchanger, evaporated there and added back into the column. The reboiler is thus integrated in the second heat exchanger, but can alternatively be realized in a separate heat exchanger.

Zum Kühlen der abzukühlenden Prozessströme, insbesondere des eingesetzten Synthesegasstromes (partielle Kondensation), kann z. B. Stickstoff verwendet werden, wobei insbesondere ein flüssiger erster N2-Strom in die beiden Wärmetauscher eingeleitet und dort gegen die besagten Prozessströme angewärmt, insbesondere verdampft werden kann. For cooling the process streams to be cooled, in particular the synthesis gas stream used (partial condensation), z. B. nitrogen can be used, in particular a liquid first N 2 stream introduced into the two heat exchangers and warmed there against the said process streams, in particular can be evaporated.

Mittels eines derartigen Kältemittels kann insbesondere auch ein Kopfkondensator der Kolonne betrieben werden, der zum Kondensieren des Kolonnenrücklaufs im Kopf der Kolonne dient. Hierbei kann ein flüssiger zweiter N2-Strom in einer den Kopfkondensator bildenden Leitung (Rohrschlange) durch den Kopf der Kolonne geführt und dabei verdampft werden, wobei jener zweite N2-Strom vorzugsweise zum weiteren Anwärmen dem ersten N2-Strom stromauf des zweiten Wärmetauschers zugegeben wird. Alternativ kann anstelle einer integrierten Rohrschlange als Kopfkondensator auch ein Plattenwärmetauscher oder ein externer Kondensator eingesetzt werden.By means of such a refrigerant, in particular, a top condenser of the column can be operated, which serves to condense the column reflux in the top of the column. In this case, a liquid second N 2 stream in a line forming the top condenser (tube coil) are passed through the top of the column and thereby vaporized, said second N 2 stream preferably for further heating the first N 2 stream upstream of the second heat exchanger is added. Alternatively, instead of an integrated tube coil, a plate heat exchanger or an external capacitor can also be used as top condenser.

Der CH4-reiche, flüssige Stoffstrom (Sumpfprodukt der Kolonne) wird vorzugsweise aus dem Sumpf der Kolonne abgezogen, in den beiden Wärmetauschern angewärmt und insbesondere an einer Anlagengrenze abgegeben. Der CH4-reiche Stoffstrom kann beispielsweise als Brennstoff verfeuert werden.The CH 4 -rich, liquid stream (bottom product of the column) is preferably withdrawn from the bottom of the column, warmed in the two heat exchangers and delivered in particular at a plant boundary. The CH 4 -rich material stream can be burned, for example, as fuel.

Der CO-reiche, aus dem Kopf der Kolonne abgezogene Stoffstrom wird schließlich bevorzugt in den beiden Wärmetauschern angewärmt und in einen nachfolgenden Verdichter geführt, in dem der CO-reiche Stoffstrom verdichtet und sodann mit der methanabgereicherten Synthesegasfraktion (Gasphase aus dem Abscheider) gemischt wird.The CO-rich, withdrawn from the top of the column stream is finally preferably heated in the two heat exchangers and fed into a subsequent compressor in which the CO-rich material stream is compressed and then mixed with the methane-depleted synthesis gas fraction (gas phase from the separator).

Die solchermaßen mit Vorteil hergestellte Mischung (Synthesegasproduktstrom) stellt ein Synthesegas (Oxogas) mit einem definiert reduzierten CH4-Gehalt sowie einer definierten Reinheit an (H2 + CO) dar.The thus advantageously prepared mixture (synthesis gas product stream) is a synthesis gas (oxo gas) with a defined reduced CH 4 content and a defined purity (H 2 + CO).

Bevorzugt sind vorliegend die beiden Wärmetauscher, der Abscheider sowie die Kolonne in einer Cold Box angeordnet bzw. stellen Komponenten einer Cold Box dar, die jene Komponenten isolierend umgibt, um Kälteverluste zu begrenzen.In the present case, the two heat exchangers, the separator and the column are preferably arranged in a cold box or constitute components of a cold box which surrounds those components in an insulating manner in order to limit cooling losses.

Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Teil des Synthesegasstromes (Einsatz) an der besagten Cold Box vorbeigeführt werden (durchläuft also nicht die oben beschriebene Trennung) und mit dem aus der Cold Box kommenden, methanabgereicherten Synthesegasproduktstrom (Oxogasproduktstrom) vermischt werden. Soll die CH4-Spezifikation des vorgenannten Endproduktes dabei gehalten werden, muss entsprechend mehr CH4 im Trennprozess entfernt werden (siehe unten).According to a variant of the process according to the invention, part of the synthesis gas stream (feed) can be led past the said cold box (thus not passing through the separation described above) and mixed with the methane-depleted synthesis gas product stream (oxogas product stream) coming from the cold box. If the CH 4 specification of the abovementioned end product is to be kept, more CH 4 must be removed during the separation process (see below).

Weiterhin kann der zum Kühlen verwendete Stickstoff auch in einem geschlossenen Kreislauf bewegt werden und muss dann z. B. nicht von einer Anlagengrenze herangeführt werden.Furthermore, the nitrogen used for cooling can also be moved in a closed circuit and then z. B. are not introduced by a plant boundary.

Ein weiterer Gedanke der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Vorrichtung bzw. Anlage zur Abtrennung von Methan aus einem Synthesegas, insbesondere Oxogas, insbesondere zur Verwendung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Another idea of the invention is to provide a device or plant for the separation of methane from a synthesis gas, in particular oxo gas, in particular for use in carrying out the method according to the invention.

Danach weist eine derartige Vorrichtung (Anlage) einen ersten und einen zweiten Wärmetauscher zum Ankondensieren eines Synthesegasstromes (Oxogasstromes) auf, die auch als ein einheitlicher Wärmetauscher ausgebildet sein können (siehe oben), so dass eine methanabgereicherte (gasförmige) Synthesegasfraktion und ein methanangereichertes CO-reiches Kondensat entstehen, wobei die Wärmetauscher mit einem Abscheider verbunden sind, der zum Abscheiden des Kondensats ausgebildet ist, wobei ein Sumpf des Abscheiders mit einem Einlass einer Kolonne verbunden ist, so dass das Kondensat aus dem Sumpf des Abscheiders in die Kolonne einleitbar ist, wobei die Kolonne zum Trennen des Kondensats in einen CH4-reichen, flüssigen Stoffstrom (Sumpfstrom) und einen methanabgereicherten, CO-reichen, gasförmigen Stoffstrom (Kopfstrom) ausgebildet ist, wobei ein Kopf der Kolonne, über die beiden Wärmetauscher mit einem Verdichter verbunden ist, so dass der CO-reiche Stoffstrom zum Anwärmen des CO-reichen Stoffstromes über die Wärmetauscher in den Verdichter führbar und dort verdichtbar ist, und wobei der Verdichter in eine vom Kopf des Abscheiders abgehende Leitung einmündet, so dass der verdichtete CO-reiche Stoffstrom mit der methanabgereicherten Synthesegasfraktion vermischbar ist, wobei jene Leitung dazu ausgebildet ist, die aus dem Kopf des Abscheiders stammende, methanabgereicherte Synthesegasfraktion zum Anwärmen über die beiden Wärmetauscher zu führen.Thereafter, such a device (plant) has a first and a second heat exchanger for condensing a synthesis gas stream (Oxogasstromes), which may also be formed as a uniform heat exchanger (see above), so that a methane-depleted (gaseous) synthesis gas fraction and a methane-enriched CO rich condensate arise, wherein the heat exchangers are connected to a separator, which is designed for separating the condensate, wherein a bottom of the separator is connected to an inlet of a column, so that the condensate from the bottom of the separator is introduced into the column, wherein the column for separating the condensate into a CH 4 -rich liquid stream (bottom stream) and a methane-depleted, CO-rich, gaseous stream (top stream) is formed, wherein a head of the column is connected via the two heat exchangers with a compressor, so that the CO-rich material flow for heating the CO-r oak stream can be guided through the heat exchanger in the compressor and there compressible, and wherein the compressor opens into an outgoing from the head of the separator line so that the compressed CO-rich stream is miscible with the methane-depleted synthesis gas fraction, said conduit is adapted to to pass the methane-depleted synthesis gas fraction originating from the top of the separator over the two heat exchangers for heating.

Bevorzugt sind die beiden Wärmetauscher, der Abscheider und die Kolonne in einer Cold Box angeordnet (siehe oben).Preferably, the two heat exchangers, the separator and the column are arranged in a cold box (see above).

Weiterhin weist die Kolonne bevorzugt einen Reboiler (Umlaufverdampfer) auf, der vorzugsweise durch den zweiten Wärmetauscher gebildet ist bzw. in diesen integriert ist. Der Reboiler weist insbesondere eine Leitung auf, über die ein CH4-reicher flüssiger Stoffstrom aus der Kolonne abziehbar und in den zweiten Wärmetauscher einleitbar ist, sowie eine weitere Leitung für den Rücklauf der im Wärmetauscher verdampften Komponenten des CH4-reichen Stoffstromes in die Kolonne. Furthermore, the column preferably has a reboiler (circulation evaporator), which is preferably formed by the second heat exchanger or integrated into it. The reboiler has, in particular, a line, via which a CH 4 -rich liquid stream can be withdrawn from the column and introduced into the second heat exchanger, and a further line for the return of the components of the CH 4 -rich material stream evaporated in the heat exchanger into the column ,

Weiterhin weist die Kolonne vorzugsweise einen Kopfkondensator auf, insbesondere zum Kondensieren des Kolonnenrücklaufs, wobei jener Kopfkondensator vorzugsweise eine im Kopf der Kolonne angeordnete Rohrschlange zur Aufnahme eines Kältemittelstromes (z. B. Stickstoff) aufweist. Die Vorrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, einen von der Anlagengrenze herangeführten Kältemittelstrom in einen ersten Kältemittelteilstrom (N2-Strom) und einen zweiten Kältemittelteilstrom (N2-Strom) zu teilen, wobei die Vorrichtung (Anlage) insbesondere dazu ausgebildet ist, den ersten Kältemittelteilstrom in den beiden Wärmetauschern zur Kältebereitstellung für abzukühlende Prozessströme zu verdampfen, und wobei die Vorrichtung insbesondere dazu ausgebildet ist, den zweiten Kältemittelteilstrom durch die besagte Leitung (Rohrschlange) des Kopfkondensators zu führen, dort zu verdampfen und zum weiteren Anwärmen in den ersten Kältemittelteilstrom (z. B. stromauf des zweiten Wärmetauschers) zurückzugeben.Furthermore, the column preferably has a top condenser, in particular for condensing the column reflux, wherein that head condenser preferably has a tube coil arranged in the top of the column for receiving a refrigerant stream (eg nitrogen). The device may be designed, in particular, to divide a refrigerant stream brought from the boundary of the plant into a first partial refrigerant flow (N 2 flow) and a second partial refrigerant flow (N 2 flow), the device (system) being designed in particular to accommodate the first Refrigerant partial flow to evaporate in the two heat exchangers for cooling for cooling process streams, and wherein the device is in particular adapted to lead the second partial refrigerant flow through said line (coil) of the top condenser, evaporate there and for further heating in the first partial refrigerant flow (z B. upstream of the second heat exchanger).

Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung (Anlage) dazu ausgebildet sein, ein Teil des Synthesegasstromes über eine Überbrückungsleitung an der Cold Box vorbeizuführen und mit dem aus der Cold Box kommenden Synthesegasproduktstrom (Oxogasproduktstrom) zu mischen.Finally, the device according to the invention (system) can be designed to pass a portion of the synthesis gas stream via a bypass line to the cold box and to mix it with the synthesis gas product stream (oxogas product stream) coming from the cold box.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels und dessen Varianten anhand der Figur erläutert werden.Further details and advantages of the invention will be explained by the following description of an embodiment and its variants with reference to the figure.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer entsprechenden Anlage. 1 a schematic representation of the method according to the invention or a corresponding system.

Gemäß 1 wird zum kryogenen Abtrennen von CH4 aus einem Oxogas der zu reinigende Oxogasstrom 21 in einem Adsorber 31 ggf. von MeOH und CO2 befreit und getrocknet (vgl. Tabelle 1) und dann in eine Cold Box 37 geleitet, die die zur kryogenen Trennung erforderlichen Apparaturen aufnimmt und gegen Kälteverluste isoliert. In der Cold Box 37 wird der Oxogasstrom 21 zunächst in einem ersten und einem nachfolgenden zweiten Wärmetauscher 32 und 33 gegen kalte Prozessströme abgekühlt und teilweise einkondensiert. Die beiden separaten Wärmetauscher 32, 33 können auch als ein einheitlicher erster Wärmetauscher 32, 33 ausgebildet sein.According to 1 For the cryogenic separation of CH 4 from a Oxogas to be purified Oxogasstrom 21 in an adsorber 31 if necessary, freed of MeOH and CO 2 and dried (see Table 1) and then into a cold box 37 directed, which receives the apparatus required for cryogenic separation and isolated against cold losses. In the cold box 37 becomes the oxo gas stream 21 first in a first and a subsequent second heat exchanger 32 and 33 cooled against cold process streams and partially condensed. The two separate heat exchangers 32 . 33 can also act as a unified first heat exchanger 32 . 33 be educated.

Ein so entstehender Zweiphasenstrom wird in einen nachfolgenden Abscheider 34 eingespeist und bei ca. –165°C in eine methanabgereicherte Oxogasfraktion (Gasphase) 22, die hauptsächlich aus H2 und CO besteht, sowie in ein methanangereichertes CO-reiches Kondensat (kleine Flüssigphase) 23 getrennt, die hauptsächlich aus CO besteht und nur einen geringen H2-Anteil aufweist.A resulting two-phase flow becomes a downstream separator 34 fed and at about -165 ° C in a methane-depleted oxogas fraction (gas phase) 22 , which consists mainly of H 2 and CO, and in a methane-enriched CO-rich condensate (small liquid phase) 23 separated, which consists mainly of CO and has only a small H 2 content.

Die Gasphase 22 wird sodann über Kopf aus dem Abscheider 34 abgezogen, in den beiden Wärmetauschern 32 und 33 angewärmt und verlässt die Cold Box 37 bei hohem Druck. Die Flüssigphase 23 wird hingegen aus dem Sumpf des Abscheiders 34 abgezogen, auf den Kolonnendruck einer nachfolgenden CO/CH4-Trennkolonne 35 entspannt, im zweiten Wärmetauscher 33 teilweise verdampft und dann in die besagte Kolonne 35 eingespeist. In jener Kolonne 35 werden CO und CH4 bei einem Druck von vorzugsweise ca. 14.5 bar destillativ getrennt. Ein Reboiler 38 der Kolonne 35 ist dabei in den zweiten Wärmetauscher 33 integriert. Ein Kopfkondensator 39 der Kolonne 35 ist als Rohrschlange in den Kopf der Kolonne 35 integriert und wird vorzugsweise mit externer Kälte durch Verdampfen von flüssigem N2 29a betrieben.The gas phase 22 is then over head from the separator 34 subtracted, in the two heat exchangers 32 and 33 warmed up and leaves the cold box 37 at high pressure. The liquid phase 23 is, however, from the bottom of the separator 34 deducted, on the column pressure of a subsequent CO / CH4 separation column 35 relaxed, in the second heat exchanger 33 partially evaporated and then in said column 35 fed. In that column 35 CO and CH 4 are separated by distillation at a pressure of preferably about 14.5 bar. A reboiler 38 the column 35 is in the second heat exchanger 33 integrated. A top condenser 39 the column 35 is as a coil in the head of the column 35 integrated and is preferably with external cold by evaporation of liquid N 2 29a operated.

Das Sumpfprodukt 24 der CO/CH4-Kolonne 35 ist ein CH4-reicher Stoffstrom 24, der entspannt wird, in den beiden Wärmetauschern 33 und 32 verdampft und angewärmt wird und an der Anlagengrenze 14 abgegeben wird (z. B. als Brennstoff).The bottoms product 24 the CO / CH 4 column 35 is a CH 4 -rich material stream 24 , which is relaxed, in the two heat exchangers 33 and 32 is evaporated and warmed up and at the plant boundary 14 is discharged (eg as fuel).

Am Kopf der Kolonne 35 wird ein CO-reicher Stoffstrom 25 mit einem definierten CH4-Gehalt abgezogen. Dieser wird in den beiden Wärmetauschern 33 und 32 angewärmt und bei möglichst hohem Druck aus der Cold Box 37 zu einer Saugseite eines Verdichters 36 geführt, in dem der besagte Stoffstrom 25 verdichtet und danach mit der angewärmten Gasphase 26 aus dem Abscheider 34 gemischt wird. Die Mischung 27 stellt einen Oxogasproduktstrom mit einem definiert reduzierten CH4-Gehalt und einer definierten Reinheit (H2 + CO) dar. Tabelle 1: Beispiel für die Zusammensetzung und Parameter des eingesetzten Oxogasstromes 21 (stromab des Adsorbers 31) Zusammensetzung in mol%: Wasserstoff (H2) 49,20 Kohlenmonoxid (CO) 48,27 Methan (CH4) 1.16 Stickstoff (N2) 1,02 Argon (Ar) 0,35 Kohlendioxid (CO2) 10 ppm Methanol (MeOH) 50 ppm Temperatur ca. 40°C Druck ca. 27 bar At the head of the column 35 becomes a CO-rich material stream 25 subtracted with a defined CH 4 content. This is in the two heat exchangers 33 and 32 warmed up and at the highest possible pressure from the cold box 37 to a suction side of a compressor 36 led, in which said material flow 25 compressed and then with the warmed gas phase 26 from the separator 34 is mixed. The mixture 27 represents a Oxogasproduktstrom with a defined reduced CH 4 content and a defined purity (H 2 + CO). Table 1: Example of the composition and parameters of the oxogas stream 21 used (downstream of the adsorber 31) composition in mol%: Hydrogen (H 2 ) 49,20 Carbon monoxide (CO) 48.27 Methane (CH 4 ) 1.16 Nitrogen (N 2 ) 1.02 Argon (Ar) 0.35 Carbon dioxide (CO 2 ) 10 ppm Methanol (MeOH) 50 ppm temperature about 40 ° C print about 27 bar

Der Kältebedarf des vorstehend beschriebenen Prozesses wird bevorzugt durch flüssiges N2 28, 29a von der Anlagengrenze abgedeckt, das in einen ersten und einen zweiten N2-strom (Teilstrom) 28, 29a geteilt werden kann. Der erste N2-Strom 28 wird dabei in den Wärmetauschern 33 und 32 verdampft und angewärmt, der andere, zweite N2-Strom (Teilstrom) 29a wird im Kopfkondensator 39 der Kolonne 35 verdampft und dann dem ersten N2-Strom 28 zum weiteren Anwärmen beigemischt. Der vereinigte angewärmte, gasförmige N2-Strom 29b kann zur Atmosphäre abgegeben werden.The refrigeration requirement of the process described above is preferred by liquid N 2 28 . 29a covered by the plant boundary, which is divided into a first and a second N 2 stream (partial stream) 28 . 29a can be shared. The first N 2 stream 28 is doing in the heat exchangers 33 and 32 evaporated and warmed, the other, second N 2 stream (partial flow) 29a is in the top condenser 39 the column 35 evaporated and then the first N2 stream 28 added for further heating. The combined warmed, gaseous N 2 stream 29b can be delivered to the atmosphere.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt insbesondere darin, dass der Großteil des eingesetzten Oxogasstromes (Einsatz) 21 den Prozess bei hohem Druck verlässt (Synthesegasfraktion 26). Der Druckverlust über die Adsorberstation 31 und die Cold Box 37 beträgt ca. 1.5 bar. Es muss nur so viel Einsatz 21 im Abscheider 34 einkondensiert, in der Kolonne 35 aufgereinigt und anschließend verdichtet werden, wie nötig ist, um die geforderte Produktreinheit H2 + CO im Oxogasproduktstrom 27 zu erreichen. Im vorstehend beschriebenen Beispiel werden nur ca. 7% des Einsatzes 21 einkondensiert. Die erzielte CO-Ausbeute des Prozesses liegt bei 99,5%. Die verworfene Restgasmenge liegt bei nur ca. 0,6% der Einsatzmenge. Der Druck in der Kolonne 35 kann insbesondere so gewählt werden, dass die notwendige Verdichtung des Kopfproduktes 25 einstufig ausgeführt werden kann. Die weiteren Verunreinigungen im Einsatzgas 21, N2 und Argon, verbleiben im Oxogas.The advantage of the method according to the invention is, in particular, that the majority of the oxogas stream used (use) 21 leaves the process at high pressure (synthesis gas fraction 26 ). The pressure loss via the adsorber station 31 and the cold box 37 is about 1.5 bar. It just has to be so much use 21 in the separator 34 condensed, in the column 35 be purified and then compressed, as necessary, to the required product purity H2 + CO in the Oxogasproduktstrom 27 to reach. In the example described above, only about 7% of the use 21 condensed. The achieved CO yield of the process is 99.5%. The rejected residual gas amount is only about 0.6% of the amount used. The pressure in the column 35 can be chosen in particular so that the necessary compression of the overhead product 25 can be carried out in one stage. The other impurities in the feed gas 21 , N 2 and argon, remain in the oxo gas.

Die Adsorber 31 können mit N2 oder Synthesegas regeneriert werden.The adsorbers 31 can be regenerated with N 2 or synthesis gas.

In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, einen Teil des Einsatzgases 21 im Bypass um die Cold Box 37 zu führen und anschließend mit dem an CH4 abgereicherten Oxogas (Oxogasproduktstrom 27) aus der Cold Box 37 zu mischen. In diesem Fall muss entsprechend mehr CH4 im Abscheider 34 einkondensiert und in der Kolonne 35 abgetrennt werden, um die gleiche CH4-Spezifikation im Produktstrom 27 zu erzielen. Der externe Kältebedarf steigt, die Kolonne 35 wird größer und die benötigte Leistung des Verdichters 36 nimmt zu. Im Gegenzug werden die Wärmetauscher 32 und 33, sowie der Abscheider 34 kleiner.In a variant of the method according to the invention is provided, a portion of the feed gas 21 in the bypass around the cold box 37 and then with the depleted in CH 4 oxo gas (Oxogasproduktstrom 27 ) from the cold box 37 to mix. In this case, more CH 4 must be in the separator 34 condensed and in the column 35 are separated to the same CH 4 specification in the product stream 27 to achieve. The external cooling demand increases, the column 35 gets bigger and the required power of the compressor 36 is increasing. In return, the heat exchangers 32 and 33 , as well as the separator 34 smaller.

In einer weiteren Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, anstatt flüssigem N2 von der Anlagengrenze einen Kältekreislauf z. B. mit N2 zu verwenden, um die benötigte Kälte für den vorstehend beschriebenen Trennprozess zur Verfügung zu stellen.In a further modification of the method according to the invention is provided, instead of liquid N 2 from the plant boundary a refrigeration cycle z. B. with N2 to provide the required cold for the separation process described above.

Wie eingangs bereits dargelegt, ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf Oxogas als Einsatzstoff beschränkt, sondern kann auch für die CH4-Abtrennung anderer Synthesegase verwendet werden. Der beschriebene Prozess ist weiterhin nicht auf den vorstehend angegebenen Einsatzdruck beschränkt. Bezugszeichenliste 100 Vorrichtung (Anlage) zur Methanabtrennung 14 Methanreicher Sumpfstrom zur Verbrennung, Anlagengrenze 21 Synthesegasstrom (Einsatz) 22 methanabgereicherte Synthesegasfraktion 23 methanangereichertes CO-reiches Kondensat 24 Sumpfstrom (methanreich) 25 Kopfstrom (CO-reich) 26 angewärmte methanabgereicherte Synthesegasfraktion 27 Synthesegasproduktstrom 28 Flüssiger Stickstoff 29a Flüssiger Stickstoff 29b Verdampfter Stickstoff 31 Adsorberstation 32 Erster Wärmetauscher 33 zweiter Wärmetauscher 34 Abscheider 35 Kolonne 36 Verdichter 37 Cold Box 38 Reboiler 39 Kopfkondensator As already explained above, the process according to the invention is not restricted to oxo gas as feedstock but can also be used for the CH 4 separation of other synthesis gases. Furthermore, the described process is not limited to the above-specified use pressure. LIST OF REFERENCE NUMBERS 100 Device (plant) for methane separation 14 Methane-rich bottom stream for combustion, plant limit 21 Synthesis gas stream (insert) 22 methane-depleted synthesis gas fraction 23 methane-enriched CO-rich condensate 24 Sumpfstrom (methane rich) 25 Overhead current (CO-rich) 26 warmed methane-depleted synthesis gas fraction 27 Synthesis gas product stream 28 Liquid nitrogen 29a Liquid nitrogen 29b Evaporated nitrogen 31 adsorber 32 First heat exchanger 33 second heat exchanger 34 separators 35 column 36 compressor 37 Cold box 38 reboiler 39 top condenser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (11)

Verfahren zur Abtrennung von Methan aus einem Synthesegas, insbesondere Oxogas, aufweisend die Schritte: – Ankondensieren eines Synthesegasstromes (21), so dass eine methanabgereicherte Synthesegasfraktion (22) und ein methanangereichertes CO-reiches Kondensat (23) entstehen, – Abscheiden des Kondensats (23), – Trennen des Kondensats (23) in einer Kolonne (35) in einen CH4-reichen, flüssigen Stoffstrom (24) und einen methanabgereicherten, CO-reichen gasförmigen Stoffstrom (25), – Abziehen des CO-reichen Stoffstromes (25) aus dem Kopf der Kolonne (35), – Verdichten des CO-reichen Stoffstromes (25), und – Mischen des CO-reichen Stoffstromes (25) mit der methanabgereicherten Synthesegasfraktion (26) zur Erzeugung eines Synthesegasproduktstromes (27).Process for the separation of methane from a synthesis gas, in particular oxo gas, comprising the steps of: - condensing a synthesis gas stream ( 21 ), so that a methane-depleted synthesis gas fraction ( 22 ) and a methane-enriched CO-rich condensate ( 23 ), - separating the condensate ( 23 ), - separating the condensate ( 23 ) in a column ( 35 ) in a CH 4 -rich, liquid stream ( 24 ) and a methane-depleted, CO-rich gaseous stream ( 25 ), - removal of the CO-rich material stream ( 25 ) from the top of the column ( 35 ), - compacting the CO-rich material stream ( 25 ), and - mixing the CO-rich material stream ( 25 ) with the methane-depleted synthesis gas fraction ( 26 ) for producing a synthesis gas product stream ( 27 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Synthesegasstrom (21) zum Ankondensieren in zumindest einem ersten und insbesondere auch in einem nachfolgenden zweiten Wärmetauscher (32, 33) gegen zumindest einen Prozessstrom abgekühlt wird.Process according to Claim 1, characterized in that the synthesis gas stream ( 21 ) for condensing in at least a first and in particular in a subsequent second heat exchanger ( 32 . 33 ) is cooled against at least one process stream. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat (23) in einem Abscheider (34) von der Synthesegasfraktion (22) abgeschieden wird, insbesondere bei einer Temperatur in einem Bereich von –150°C bis –170°C, insbesondere –165°C.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the condensate ( 23 ) in a separator ( 34 ) from the syngas fraction ( 22 ) is deposited, in particular at a temperature in a range of -150 ° C to -170 ° C, especially -165 ° C. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Synthesegasfraktion (22) aus dem Kopf des Abscheiders (34) abgezogen wird und in dem mindestens einen ersten Wärmetauscher (32, 33) oder in dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher (32, 33) angewärmt wird.Process according to Claims 2 and 3, characterized in that the synthesis gas fraction ( 22 ) from the head of the separator ( 34 ) and in the at least one first heat exchanger ( 32 . 33 ) or in the first and the second heat exchanger ( 32 . 33 ) is warmed up. Verfahren nach Anspruch 2 oder nach einem der Ansprüche 3 bis 4 soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Kondensat (23) auf den Druck der Kolonne (35) entspannt wird, in dem mindestens einen ersten Wärmetauscher (32, 33) oder in dem zweiten Wärmetauscher (33) teilweise verdampft wird, und in die besagte Kolonne (35) zum Trennen des Kondensats (23) eingespeist wird, wobei insbesondere das Kondensat (23) in der Kolonne (35) destillativ getrennt wird, bevorzugt bei einem Druck im Bereich von 10 bar bis 70 bar, bevorzugt 10 bar bis 30 bar, insbesondere 14,5 bar.Method according to claim 2 or any one of claims 3 to 4 as far as dependent on claim 2, characterized in that said condensate ( 23 ) to the pressure of the column ( 35 ), in which at least one first heat exchanger ( 32 . 33 ) or in the second heat exchanger ( 33 ) is partially evaporated, and in said column ( 35 ) for separating the condensate ( 23 ), in particular the condensate ( 23 ) in the column ( 35 ) is separated by distillation, preferably at a pressure in the range of 10 bar to 70 bar, preferably 10 bar to 30 bar, in particular 14.5 bar. Verfahren nach Anspruch 2 oder nach einem der Ansprüche 3 bis 5 soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Kolonne (35) ein CH4-reicher flüssiger Stoffstrom (24) abgezogen wird, in dem mindestens einen ersten Wärmetauscher (32, 33) oder im zweiten Wärmetauscher (33) verdampft wird und in die Kolonne (35) zurückgeführt wird.Process according to Claim 2 or according to one of Claims 3 to 5 as far as dependent on Claim 2, characterized in that from the column ( 35 ) a CH 4 -rich liquid stream ( 24 ), in which at least one first heat exchanger ( 32 . 33 ) or in the second heat exchanger ( 33 ) is evaporated and in the column ( 35 ) is returned. Verfahren nach Anspruch 2 oder nach einem der Ansprüche 3 bis 6 soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kühlen abzukühlender Prozessströme, insbesondere des Synthesegasstromes (21), ein flüssiger erster N2-Strom (28) in den mindestens einen ersten Wärmetauscher (32, 33) oder in den ersten und den zweiten Wärmetauscher (32, 33) eingeleitet und dort verdampft und angewärmt wird.Method according to claim 2 or according to one of claims 3 to 6 as far as dependent on claim 2, characterized in that for cooling process streams to be cooled, in particular of the synthesis gas stream ( 21 ), a liquid first N 2 stream ( 28 ) in the at least one first heat exchanger ( 32 . 33 ) or in the first and the second heat exchanger ( 32 . 33 ) is introduced and vaporized and warmed there. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kondensieren von CH4 im Kopf der Kolonne (35) ein flüssiger zweiter N2-Strom (29a) in einer Leitung, insbesondere in Form einer Rohrschlange (39), durch den Kopf der Kolonne (35) geführt und verdampft wird, wobei insbesondere der zweite N2-Strom (29a) zum weiteren Anwärmen dem ersten N2-Strom (28) beigemischt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for condensing CH 4 in the top of the column ( 35 ) a liquid second N 2 stream ( 29a ) in a pipe, in particular in the form of a pipe coil ( 39 ), through the head of the column ( 35 ) is conducted and evaporated, in particular the second N 2 stream ( 29a ) for further heating the first N 2 stream ( 28 ) is added. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 8 soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der CH4-reiche, flüssigen Stoffstrom (24) aus dem Sumpf der Kolonne (35) abgezogen wird, in dem mindestens einen ersten Wärmetauscher (32, 33) oder in dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher (32, 33) angewärmt und insbesondere an einer Anlagengrenze (14) abgegeben wird.Process according to claim 2 or any of claims 3 to 8 as far as dependent on claim 2, characterized in that the CH 4 -rich liquid stream ( 24 ) from the bottom of the column ( 35 ), in which at least one first heat exchanger ( 32 . 33 ) or in the first and the second heat exchanger ( 32 . 33 ) and, in particular, at a plant boundary ( 14 ) is delivered. Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 9 soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der CO-reiche, aus dem Kopf der Kolonne (35) abgezogene Stoffstrom (25) in dem mindestens einen ersten Wärmetauscher (32, 33) oder in dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher (32, 33) angewärmt und in einen Verdichter (36) geführt wird, in dem der CO-reiche Stoffstrom (25) verdichtet wird und sodann mit der methanabgereicherten Synthesegasfraktion (26) zur Erzeugung des besagten Synthesegasproduktstromes (27) gemischt wird.Process according to claim 2 or any of claims 3 to 9 as far as dependent on claim 2, characterized in that the CO-rich, from the top of the column ( 35 ) withdrawn stream ( 25 ) in the at least one first heat exchanger ( 32 . 33 ) or in the first and the second heat exchanger ( 32 . 33 ) and heated in a compressor ( 36 ), in which the CO-rich material flow ( 25 ) and then with the methane-depleted synthesis gas fraction ( 26 ) for producing said synthesis gas product stream ( 27 ) is mixed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Synthesegasstromes (21) mit dem Synthesegasproduktstrom (27) gemischt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a part of the synthesis gas stream ( 21 ) with the synthesis gas product stream ( 27 ) is mixed.
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