DE102014015160A1 - Process and apparatus for recovering carbon monoxide and hydrogen from synthesis gas - Google Patents

Process and apparatus for recovering carbon monoxide and hydrogen from synthesis gas Download PDF

Info

Publication number
DE102014015160A1
DE102014015160A1 DE102014015160.3A DE102014015160A DE102014015160A1 DE 102014015160 A1 DE102014015160 A1 DE 102014015160A1 DE 102014015160 A DE102014015160 A DE 102014015160A DE 102014015160 A1 DE102014015160 A1 DE 102014015160A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
nitrogen
carbon monoxide
hydrogen
cycle
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102014015160.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Felix Knödler
Martin Lang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Priority to DE102014015160.3A priority Critical patent/DE102014015160A1/en
Publication of DE102014015160A1 publication Critical patent/DE102014015160A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0261—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of carbon monoxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0223—H2/CO mixtures, i.e. synthesis gas; Water gas or shifted synthesis gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0233—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0252—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/40—Features relating to the provision of boil-up in the bottom of a column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/70—Refluxing the column with a condensed part of the feed stream, i.e. fractionator top is stripped or self-rectified
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/76—Refluxing the column with condensed overhead gas being cycled in a quasi-closed loop refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/42—Quasi-closed internal or closed external nitrogen refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/904—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by liquid or gaseous cryogen in an open loop

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Gewinnung eines Kohlenmonoxid- (35) und eines Wasserstoffproduktes (19) durch kryogene Zerlegung eines vorwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehenden, Methan enthaltenden Einsatzgases (2) in einem zweistufigen Kondensationsprozess (Z), dem Kälte für die zweite Kondensationsstufe mit Hilfe von flüssigem Stickstoff (12) zur Verfügung gestellt wird. Kennzeichnend für die Erfindung ist, dass Kälte für die zweite Kondensationsstufe über einen geschlossenen, durch einen Kreislaufverdichter (V) angetriebenen Stickstoffkreislauf (11–14) bereitgestellt wird.The invention relates to a method and a device for obtaining a carbon monoxide (35) and a hydrogen product (19) by cryogenic decomposition of a predominantly consisting of hydrogen and carbon monoxide, methane-containing feed gas (2) in a two-stage condensation process (Z), the cold for the second condensation stage is provided by means of liquid nitrogen (12). Characteristic of the invention is that cold for the second condensation stage via a closed, by a cycle compressor (V) driven nitrogen cycle (11-14) is provided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Kohlenmonoxid- und eines Wasserstoffproduktes durch kryogene Zerlegung eines vorwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehenden, Methan enthaltenden Einsatzgases in einem zweistufigen Kondensationsprozess, dem Kälte für die zweite Kondensationsstufe mit Hilfe von flüssigem Stickstoff zur Verfügung gestellt wird.The invention relates to a process for obtaining a carbon monoxide and a hydrogen product by cryogenic decomposition of a methane-containing feed gas predominantly composed of hydrogen and carbon monoxide in a two-stage condensation process to which cold is made available for the second condensation stage with the aid of liquid nitrogen.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method according to the invention.

Durch unterschiedliche Erzeugungsmethoden, wie z. B. katalytische Dampfreformierung oder Partielle Oxidation, wird aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen, wie Erdgas, Flüssiggas, Naphtha, Schweröl oder Kohle, sog. Synthesegas erzeugt, das zum größten Teil aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht, das aber auch Methan, Wasser, Kohlendioxid und andere Komponenten, wie z. B. Stickstoff und Argon, enthält. Aus dem Synthesegas werden durch Reinigung und Zerlegung vor allem Kohlenmonoxid und Wasserstoff als Produkte gewonnen, die in der Industrie in vielfältiger Weise Verwendung finden.By different production methods, such. As catalytic steam reforming or partial oxidation, is produced from carbonaceous raw materials such as natural gas, LPG, naphtha, heavy oil or coal, so-called syngas synthesis, which consists for the most part of hydrogen and carbon monoxide, but also methane, water, carbon dioxide and other components , such as As nitrogen and argon contains. From synthesis gas, carbon monoxide and hydrogen, which are used in many ways in industry, are obtained by purification and decomposition.

Abhängig von der Zusammensetzung des Synthesegases, dem geforderten Produktspektrum und der angestrebten Reinheit der Produkte, werden zu dessen großtechnischer Zerlegung vor allem zwei kryogene Verfahren, der Kondensationsprozess und die Methanwäsche, eingesetzt.Depending on the composition of the synthesis gas, the required product range and the desired purity of the products, two cryogenic processes, the condensation process and the methane scrubbing, are used for its large-scale decomposition.

Der Kondensationsprozess, der ältere und einfachere der beiden kryogenen Verfahren, eignet sich besonders zur Zerlegung von Synthesegasen, die durch Partielle Oxidation erzeugt werden, da derartige Gase für gewöhnlich mit einem hohen Druck vorliegen und gleichzeitig einen hohen Kohlenmonoxid- und einen niedrigen Methangehalt aufweisen. Beim Kondensationsprozess wird das zu zerlegende Synthesegas im indirekten Wärmetausch gegen anzuwärmende Verfahrensströme so weit abgekühlt, dass es zu einer Teilkondensation kommt, bei der sich eine kohlenmonoxidreiche, Wasserstoff enthaltende Flüssigfraktion und eine wasserstoffreiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gasfraktion bilden, die anschließend in einem Abscheider getrennt werden. Die kohlenmonoxidreiche Flüssigfraktion, in der noch Wasserstoff und andere Stoffe gelöst sind, wird nachfolgend gereinigt und als Kohlenmonoxidprodukt abgegeben. Bei diesem Verfahren kann das im Synthesegas enthaltene CO nur mit einer Ausbeute von ca. 90% gewonnen werden. Darüber hinaus fällt ein Wasserstoff enthaltender Stoffstrom an, der eine Reinheit von lediglich ca. 90 mol-% aufweist und daher nicht unmittelbar als Produkt abgegeben werden kann.The condensation process, the older and simpler of the two cryogenic processes, is particularly suitable for the decomposition of synthesis gases produced by partial oxidation, since such gases are usually of high pressure and at the same time have a high carbon monoxide and a low methane content. During the condensation process, the synthesis gas to be separated is cooled in indirect heat exchange against process streams to be heated so far that it comes to a partial condensation in which form a carbon monoxide-rich, hydrogen-containing liquid fraction and a hydrogen-rich, carbon monoxide-containing gas fraction, which are then separated in a separator. The carbon monoxide-rich liquid fraction, in which hydrogen and other substances are still dissolved, is subsequently purified and discharged as carbon monoxide product. In this process, the CO contained in the synthesis gas can only be obtained with a yield of about 90%. In addition, a hydrogen-containing stream is obtained, which has a purity of only about 90 mol% and therefore can not be discharged directly as a product.

Um die oben beschriebenen Nachteile zu umgehen und ein Kohlenmonoxidprodukt mit höherer Ausbeute zu gewinnen und/oder um ein Wasserstoffprodukt mit einer Reinheit von mehr als 95 mol-% zu erzeugen, wird nach dem Stand der Technik der Kondensationsprozess entweder um eine Membraneinheit oder um eine Kondensationsstufe erweitert. Bei beiden Prozessen wird die durch Kondensation gewonnene wasserstoffreiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gasfraktion einer weiteren Behandlung unterzogen, wobei das Kohlenmonoxid weitgehend abgetrennt und in das Kohlenmonoxidprodukt überführt wird; nach der Abtrennung des Kohlenmonoxids weist die wasserstoffreiche Gasfraktion eine Reinheit von mehr als 95 mol-% auf, wodurch in manchen Fällen auf eine Nachreinigung mittels Druckwechseladsorption verzichtet werden kann.To circumvent the disadvantages described above and to recover a higher yield carbon monoxide product and / or to produce a hydrogen product of greater than 95 mole% purity, the prior art condensation process is either a membrane unit or a condensation stage extended. In both processes, the hydrogen-rich, carbon monoxide-containing gas fraction obtained by condensation is subjected to a further treatment, wherein the carbon monoxide is largely separated and converted into the carbon monoxide product; after the separation of the carbon monoxide, the hydrogen-rich gas fraction has a purity of more than 95 mol%, which can be dispensed in some cases on a post-purification by pressure swing adsorption.

Bei einem zweistufigen Kondensationsprozess wird die in der ersten Kondensationsstufe gewonnene wasserstoffreiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gasfraktion gegen anzuwärmende Verfahrensströme weiter abgekühlt, wobei eine zweite kohlenmonoxidreiche, Wasserstoff enthaltende Flüssigfraktion und eine zweite wasserstoffreiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gasfraktion entstehen, die anschließend in einem zweiten Abscheider getrennt werden.In a two-stage condensation process, the hydrogen-rich, carbon monoxide-containing gas fraction obtained in the first condensation stage is further cooled against zuheizmende process streams to form a second carbon monoxide-rich, hydrogen-containing liquid fraction and a second hydrogen-rich, carbon monoxide-containing gas fraction, which are then separated in a second separator.

Nach dem Stand der Technik, wie er beispielsweise in der Patentanmeldung DE 10 2006 056 642 beschrieben ist, wird für die Abkühlung der Verfahrensströme in der zweiten Kondensationsstufe benötigte Spitzenkälte durch die Mischung von flüssigem Stickstoff mit einer vorwiegend aus Wasserstoff bestehenden Gasfraktion erzeugt, wozu flüssiger Stickstoff dem kryogenen Prozess von außerhalb zugeführt wird. Die Mischung wird gegen abzukühlende Verfahrensströme verdampft, angewärmt und anschließend als Brennstoff genutzt, wobei der Stickstoff in die Atmosphäre freigesetzt wird.According to the prior art, as for example in the patent application DE 10 2006 056 642 is described, for the cooling of the process streams in the second stage of condensation required peak cooling is generated by the mixture of liquid nitrogen with a predominantly hydrogen gas fraction, including liquid nitrogen is supplied to the cryogenic process from outside. The mixture is evaporated against cooled process streams, heated and then used as fuel, releasing the nitrogen into the atmosphere.

Um am zweiten Abscheider eine ausreichend tiefe Temperatur zu erreichen, muss dem zweistufigen Kondensationsprozess eine relativ große Menge an flüssigem Stickstoff zugeführt werden, mit der eine größere als die zur Deckung der Kältebilanz des Prozesses benötigte Kältemenge eingebracht wird. Die überschüssige Kältemenge geht bisher ungenutzt verloren. Da der flüssige Stickstoff mit beträchtlichem apparativem und vor allem energetischem Aufwand hergestellt wird, beeinträchtigt die ungenutzte Kältemenge die Wirtschaftlichkeit eines zweistufigen Kondensationsprozesses erheblich.In order to achieve a sufficiently low temperature at the second separator, a relatively large amount of liquid nitrogen must be supplied to the two-stage condensation process, with which a greater amount of refrigerant than that required to cover the cold balance of the process is introduced. The excess amount of cold is lost so far unused. Since the liquid nitrogen is produced with considerable equipment and above all energy expenditure, the unused amount of cold significantly affects the economy of a two-stage condensation process.

Ausgehend von der Erfahrung, dass gasförmiger Stickstoff im Vergleich zu Flüssigstickstoff wesentlich kostengünstiger bezogen werden kann, schlägt die DE 10 2006 056 642 zur Überwindung des beschriebenen Nachteils vor, einen Großteil des für die Erzeugung der Spitzenkälte der zweiten Kondensationsstufe benötigten Flüssigstickstoffs durch Stickstoff bereitzustellen, der gasförmig dem zweistufigen Kondensationsprozess von außen zugeführt und durch Abkühlung gegen anzuwärmende Verfahrensströme innerhalb des zweistufigen Kondensationsprozesses verflüssigt wird. Da auch bei dieser Verfahrensvariante der angewärmte Stickstoff in die Atmosphäre verloren geht, kann sie mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nur dann eingesetzt werden, wenn Stickstoff in ausreichender Menge kostengünstig zur Verfügung steht. Gewöhnlich ist das jedoch nur der Fall, wenn der Kondensationsprozess in unmittelbarer Nähe eines Luftzerlegers betrieben wird, dessen Stickstoffprodukt nicht anderweitig verwendet werden kann.Based on the experience that gaseous nitrogen compared to liquid nitrogen can be obtained much cheaper, proposes the DE 10 2006 056 642 to overcome the described disadvantage, to provide a large part of the liquid nitrogen required for the generation of the peak cooling of the second condensation stage by nitrogen, which is supplied to the two-stage condensation process from the outside in gas form and liquefied by cooling against process streams to be heated within the two-stage condensation process. Since in this process variant, too, the warmed nitrogen is lost to the atmosphere, it can only be used with economically justifiable expense if nitrogen is available inexpensively in sufficient quantity. However, this is usually the case only if the condensation process is operated in the immediate vicinity of an air separator whose nitrogen product can not otherwise be used.

Nach dem Stand der Technik, wie er auch in der Patentanmeldung DE 10 2006 056 642 beschrieben ist, wird für die Abkühlung der Verfahrensströme in der ersten Kondensationsstufe benötigte Kälte über einen offenen, von einem mehrstufigen Kreislaufverdichter angetriebenen Kohlenmonoxidkreislauf erzeugt, wozu ein Teil des Produktreinheit aufweisenden Kohlenmonoxids nach Verdichtung zurückgeführt und gegen anzuwärmende Verfahrensströme kondensiert wird. Das flüssige Kohlenmonoxid wird anschließend verdampft und zum Kreislaufverdichter zurückgeleitet. Durch Absenkung des Verdampfungsdrucks kann die erste Kondensationsstufe bei tieferer Temperatur betrieben werden, wodurch es möglich ist, die in der zweiten Kondensationsstufe benötigte Stickstoffmenge zu reduzieren. Der so erzielbare wirtschaftliche Vorteil wird jedoch durch erhöhte Investitions- und Betriebskosten des benötigten Kreislaufverdichters aufgewogen, der wegen des geringen Verdampfungsdrucks von Kohlenmonoxid, und um die Bildung von Kohlenstoff und Kohlendioxid während der Verdichtung gemäß der Boudouard-Reaktion zu vermeiden, mit einer erhöhten Zahl von Verdichterstufen und Zwischenkühlern ausgeführt werden muss.According to the state of the art, as in the patent application DE 10 2006 056 642 is described, is used for the cooling of the process streams in the first condensation stage required cold generated via an open, driven by a multi-stage cycle compressor carbon monoxide cycle, including a portion of the product purity having carbon monoxide is recirculated after compression and condensed against warmed process streams. The liquid carbon monoxide is then vaporized and returned to the cycle compressor. By lowering the evaporation pressure, the first condensation stage can be operated at a lower temperature, whereby it is possible to reduce the amount of nitrogen required in the second condensation stage. However, the economic advantage thus achieved is offset by increased investment and operating costs of the required cycle compressor, which, due to the low evaporation pressure of carbon monoxide, and to avoid the formation of carbon and carbon dioxide during compression according to the Boudouard reaction, with an increased number of Compressor stages and intercoolers must be performed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die es erlauben, die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.The invention has for its object to provide a method of the type mentioned above and an apparatus for performing the method, which allow to overcome the disadvantages of the prior art described.

Diese Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Kälte für die zweite Kondensationsstufe über einen geschlossenen, durch einen Kreislaufverdichter angetriebenen Stickstoffkreislauf bereitgestellt wird.This object is achieved procedurally according to the invention that cold is provided for the second condensation stage via a closed, driven by a cycle compressor nitrogen cycle.

Der im Kreislauf geführte Stickstoff wird stromabwärts des Kreislaufverdichters, den er gasförmig verlässt, gegen anzuwärmende Verfahrensströme des zweistufigen Kondensationsprozesses abgekühlt, kondensiert und unterkühlt, so dass er flüssig für die Bereitstellung von Kälte für die zweite Kondensationsstufe vorliegt. Nach kälteleistender Entspannung wird der Stickstoff gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt und gasförmig wieder dem Kreislaufverdichter zugeführt.The recirculated nitrogen downstream of the cycle compressor, which it leaves in gaseous form, is cooled, condensed and supercooled against process streams to be heated in the two-stage condensation process, so that it is liquid for the provision of refrigeration for the second condensation stage. After cooling-free expansion, the nitrogen is heated against the process streams to be cooled and returned to the cycle compressor in gaseous form.

Gegenüber dem Kohlenmonoxidkreislauf erreicht der Stickstoffkreislauf bei gleichem Verdampfungsdruck ein tieferes Temperaturniveau und bietet deshalb Vorteile bei der Wärmeintegration in der zweiten Kondensationsstufe. Ferner sind für Stickstoff deutlich höhere Verdichtungstemperaturen zulässig, weshalb die Stickstoffverdichtung im Vergleich zur Kohlenmonoxidverdichtung mit einer geringeren Zahl von Verdichtungsschritten durchgeführt werden kann und der eingesetzte Kreislaufverdichter daher weniger Verdichterstufen sowie Zwischenkühler benötigt.Compared to the carbon monoxide cycle, the nitrogen cycle at the same evaporation pressure reaches a lower temperature level and therefore offers advantages in the heat integration in the second condensation stage. Furthermore, significantly higher compression temperatures are permissible for nitrogen, which is why the nitrogen compression can be carried out in comparison with the carbon monoxide compression with a smaller number of compression steps and therefore the cycle compressor used requires fewer compressor stages and intercooler.

Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein einziger Kreislaufverdichter mit wenigstens zwei Verdichtersektionen eingesetzt, von denen die eine den geschlossenen Stickstoffkreislauf und die andere einen offenen Kohlenmonoxidkreislauf antreibt.Advantageously, in the inventive method, a single cycle compressor is used with at least two compressor sections, one of which drives the closed nitrogen cycle and the other an open carbon monoxide cycle.

Unter einer Verdichtersektion ist ein Teil eines Verdichters zu verstehen, in dem der Druck eines Gases von einem minimalen ersten bis auf einen maximalen zweiten Wert angehoben werden kann, wobei das Gas mit dem ersten Druck in die Verdichtersektion eintritt und die Verdichtersektion mit dem zweiten Druck verlässt. Eine Verdichtersektion besteht aus einer Verdichterstufe oder mehreren seriell angeordneten Verdichterstufen, die derart zusammenwirken, dass der Druck, mit dem das Gas aus einer Verdichterstufe austritt von einer Verdichterstufe zur nächst folgenden zunimmt. Ein Verdichter, bei dem es sich um einen Kolben- oder einen Turboverdichter handeln kann, kann mehrere Verdichtersektionen aufweisen, in denen mehrere Gase gleichzeitig und unabhängig voneinander verdichtet werden können, wobei die Verdichtersektionen mechanisch, beispielsweise über ein Getriebe, gekoppelt sind und über eine gemeinsame Antriebseinrichtung, wie etwa einen Elektromotor, angetrieben werden. Ein Turboverdichter mit mehreren durch ein Getriebe gekoppelten Verdichtersektionen wird als Getriebeturboverdichter bezeichnet.By a compressor section is meant a part of a compressor in which the pressure of a gas may be increased from a minimum first to a maximum second value, the gas entering the compressor section at the first pressure and leaving the compressor section at the second pressure , A compressor section consists of a compressor stage or a plurality of compressor stages arranged in series, which cooperate such that the pressure with which the gas exits a compressor stage increases from one compressor stage to the next. A compressor, which may be a piston or a turbocompressor, may have a plurality of compressor sections in which a plurality of gases may be compressed simultaneously and independently, the compressor sections being mechanically coupled, for example via a transmission, and via a common one Drive means, such as an electric motor driven. A turbocompressor having a plurality of compressor sections coupled by a transmission is referred to as a transmission turbo-compressor.

Aufgrund des gleichen Molekulargewichts von Stickstoff und Kohlenmonoxid können die Verdichtersektionen für die beiden Kreisläufe problemlos in einem Verdichter – vorzugsweise in einem Getriebeturboverdichter – realisiert werden.Due to the same molecular weight of nitrogen and carbon monoxide, the compressor sections for the two circuits can be easily realized in a compressor - preferably in a gear turbo compressor.

Bevorzugt stellt der offene Kohlenmonoxidkreislauf den Rücklauf für eine Trennkolonne zur Verfügung, in der Methan aus Kohlenmonoxid abgetrennt wird. Hierzu wird beispielsweise Kohlenmonoxid auf einen mittleren Druck zwischen 6–8 bar(a) verdichtet, gegen anzuwärmende Verfahrensströme abgekühlt, bei der Beheizung der Trennkolonne kondensiert und unterkühlt, bevor es als Rücklauf verwendet wird. Das Kohlenmonoxidprodukt vom Kopf von Trennkolonne wird gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt und dem Kreislaufverdichter auf Niederdruckniveau von 3–4 bar(a) zugeführt. Während ein Teil des Produktreinheit aufweisenden Kohlenmonoxids nach Verdichtung auf Mitteldruckniveau zur Trennkolonne zurückgeführt wird, kann der andere Teil weiter verdichtet und als Kohlenmonoxidprodukt abgegeben werden. Preferably, the open carbon monoxide cycle provides the reflux for a separation column in which methane is separated from carbon monoxide. For this purpose, for example, carbon monoxide is compressed to an average pressure between 6-8 bar (a), cooled against process streams to be heated, condensed in the heating of the separation column and supercooled before it is used as reflux. The carbon monoxide product from the top of the separation column is heated against the process streams to be cooled and fed to the cycle compressor at a low pressure level of 3-4 bar (a). While some of the product purity carbon monoxide is recirculated to the separation column after compression to medium pressure level, the other part can be further compressed and discharged as a carbon monoxide product.

Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, den geschlossenen Stickstoffkreislauf mit reinem Stickstoff (> 99,5 mol-%) oder mit einem Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff zu betreiben. Durch den Wasserstoff, dessen Anteil im Gemisch nicht höher als 10 mol-% liegt, wird der Taupunkt des Gemisches unter den Stickstofftaupunkt erniedrigt, so dass es möglich ist, in der zweiten Kondensationsstufe bei gleichem Verdampfungsdruck tiefere Temperaturen zu erreichen als bei einem Betrieb mit reinem Stickstoff.The process according to the invention is proposed to operate the closed nitrogen cycle with pure nitrogen (> 99.5 mol%) or with a mixture of nitrogen and hydrogen. Due to the hydrogen, the proportion of which in the mixture is not higher than 10 mol%, the dew point of the mixture is lowered below the nitrogen dew point, so that it is possible to achieve lower temperatures in the second condensation stage at the same evaporation pressure than when operating with pure Nitrogen.

Zusätzlich zu der über die beiden Kreisläufe erzeugten Kälte, kann Kälte für die zweite Kondensationsstufe über Flüssigstickstoff bereitgestellt werden, der hierzu dem Kondensationsprozess von außerhalb – beispielsweise von einem kryogenen Luftzerleger – zugeführt und mit Wasserstoff zu einem Stickstoff/Wasserstoff-Gemisch vermischt wird, das nachfolgend gegen abzukühlende Verfahrensströme verdampft und angewärmt wird. Vorzugsweise wird das verdampfte und angewärmte Stickstoff/Wasserstoff-Gemisch als Brennstoff genutzt.In addition to the cold generated by the two cycles, cold can be provided for the second condensation stage via liquid nitrogen, which is fed to the condensation process from outside - for example from a cryogenic air separator - and mixed with hydrogen to form a nitrogen / hydrogen mixture, hereinafter is evaporated and warmed against cooled process streams. Preferably, the vaporized and warmed nitrogen / hydrogen mixture is used as fuel.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines zweistufigen Kondensationsprozesses, in der ein vorwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehendes, Methan enthaltenden Einsatzgas in ein Kohlenmonoxid- und ein Wasserstoffprodukt zerlegbar ist, wobei sie einen oder mehrere Wärmetauscher sowie ein durch einen oder mehrere der Wärmetauscher geführtes Leitungssystem umfasst, durch das gasförmiger Stickstoff geleitet und dabei abgekühlt und kondensiert werden kann, um Flüssigstickstoff für die Bereitstellung von Kälte für die zweite Kondensationsstufe zu erzeugen.Furthermore, the invention relates to an apparatus for carrying out a two-stage condensation process in which a methane-containing feed gas consisting primarily of hydrogen and carbon monoxide can be decomposed into a carbon monoxide and a hydrogen product, comprising one or more heat exchangers and one passed through one or more of the heat exchangers Line system can be passed through the gaseous nitrogen and thereby cooled and condensed to produce liquid nitrogen for the provision of cold for the second condensation stage.

Die gestellte Aufgabe wird vorrichtungsseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Leitungssystem Teil eines geschlossen Leitungssystems ist, das einen Kreislaufverdichter umfasst, mit dem Stickstoff im Kreislauf durch das geschlossene Leitungssystem gefördert werden kann.This object is achieved on the device side according to the invention in that the line system is part of a closed line system comprising a cycle compressor, can be promoted with the nitrogen in the circuit through the closed line system.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der Kreislaufverdichter wenigstens zwei Verdichtersektionen aufweist, von denen eine Teil des geschlossenen und eine zweite Teil eines offenen Leitungssystems ist, durch das Kohlendioxid gefördert werden kann, um Kälte für die erste Kondensationsstufe bereitzustellen.An expedient embodiment of the device according to the invention provides that the cycle compressor has at least two compressor sections, part of which is a closed and a second part of an open line system, can be promoted by the carbon dioxide to provide cooling for the first condensation stage.

Das geschlossene Leitungssystem ist so ausgebildet, dass der im Kreislauf geführte Stickstoff stromabwärts des Kreislaufverdichters in einem oder mehreren der Wärmetauscher gegen anzuwärmende Verfahrensströme abgekühlt, kondensiert und unterkühlt werden kann, so dass er flüssig für die Bereitstellung von Kälte für die zweite Kondensationsstufe vorliegt. Das geschlossene Leitungssystem weist eine Entspannungseinrichtung auf, bei der es sich vorzugsweise um ein Drosselventil handelt, über die der verflüssigte Stickstoff kälteleistend entspannt werden kann, und verläuft über einen oder mehrere der Wärmetauscher zurück zum Kreislaufverdichter, so dass der entspannte Stickstoff gegen abzukühlende Verfahrensströme verdampft, angewärmt und dem Kreislaufverdichter gasförmig wieder zugeführt werden kann.The closed line system is configured such that the recirculated nitrogen downstream of the cycle compressor in one or more of the heat exchangers can be cooled, condensed and subcooled against process streams to be heated so that it is liquid for providing refrigeration to the second condensation stage. The closed line system has a relaxation device, which is preferably a throttle valve, by means of which the liquefied nitrogen can be depressurized, and runs via one or more of the heat exchangers back to the cycle compressor, so that the expanded nitrogen evaporates against the process streams to be cooled, can be warmed and recycled to the cycle compressor again.

Während des Betriebs eines zweistufigen Kondensationsprozesses weist ein Wärmetauscher der eingesetzten Vorrichtung an entgegengesetzten Enden unterschiedliche Temperaturen auf; das Ende mit der höheren wird als warmes und das mit der tieferen Temperatur als kaltes Ende bezeichnet. Das geschlossene Leitungssystem ist so ausgestaltet, dass es einen Leitungszweig oder mehrere Leitungszweige aufweist, über den oder die Stickstoff vom warmen zum kalten und/oder vom kalten zum warmen Ende eines Wärmetauschers geführt werden kann. Insbesondere verläuft das Leitungssystem von der Druckseite des Kreislaufverdichters bis zum kalten Ende des kältesten Wärmetauschers in lediglich einem Leitungszweig, um sich anschließend in wenigstens zwei Leitungszweige aufzuteilen, die getrennt zur Saugseite einer jeweils anderen Verdichterstufe des Kreislaufverdichters zurück führen.During operation of a two-stage condensation process, a heat exchanger of the device employed has different temperatures at opposite ends; the end with the higher is called warm and the lower temperature is called cold end. The closed conduit system is configured to include a conduit branch or a plurality of conduit branches through which or nitrogen may be passed from the warm to the cold and / or from the cold to the warm end of a heat exchanger. In particular, the line system extends from the pressure side of the cycle compressor to the cold end of the coldest heat exchanger in only one line branch, to then divide into at least two branch lines, which lead back separately to the suction side of each other compressor stage of the cycle compressor.

Üblicherweise umfasst eine Vorrichtung zur Durchführung eines zweistufigen Kondensationsprozesses eine Trennkolonne, in der Methan von einer kohlenmonoxidreichen Flüssigfraktion abgetrennt werden kann, um Kohlenmonoxid mit Produktreinheit zu erhalten. Zweckmäßigerweise ist diese Trennkolonne so in das offene Leitungssystem integriert, dass ihr vorzugsweise Produktreinheit aufweisendes Kohlenmonoxid als Rücklauf zuführbar ist.Usually, an apparatus for carrying out a two-stage condensation process comprises a separation column in which methane can be separated from a carbon monoxide-rich liquid fraction in order to obtain carbon monoxide with product purity. Conveniently, this separation column is integrated into the open conduit system such that its preferably product purity carbon monoxide is fed as reflux.

Die erfindungsgemäße Kombination des offenen Kohlenmonoxid- mit dem geschlossenen Stickstoffkreislauf erlaubt gegenüber dem Stand der Technik eine vorteilhaftere Wärmeintegration, weshalb die Kälte für den Kondensationsprozess mit kleinerer Verdichterleistung, und damit geringeren Betriebskosten, erzeugt werden kann. The inventive combination of the open carbon monoxide with the closed nitrogen cycle allows over the prior art, a more advantageous heat integration, which is why the cold for the condensation process with smaller compressor power, and thus lower operating costs can be generated.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.In the following, the invention is based on a in the 1 schematically illustrated embodiment.

Die 1 zeigt ein erfindungsgemäß betriebenes zweistufiges Kondensationsverfahren zur Erzeugung eines Wasserstoff- und eines Kohlenmonoxidprodukts aus einem vorwiegend aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Methan bestehenden Synthesegas.The 1 shows a two-stage condensation process operated according to the invention for producing a hydrogen and a carbon monoxide product from a synthesis gas consisting predominantly of carbon monoxide, hydrogen and methane.

Im Temperaturwechsel-Adsorber T wird ein beispielsweise durch Dampfreformierung, nachfolgende Kühlung, Kondensatabscheidung und Sauergasabtrennung gewonnenes Synthesegas 1 insbesondere von Kohlendioxidresten und Wasser befreit, um ein vorwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehendes, Methan aufweisendes Einsatzgas 2 zu erhalten, das anschließend der kryogenen Zerlegungseinheit Z zugeführt wird. Hier wird aus dem Einsatzgas 2 durch Abkühlung und Teilkondensation gegen anzuwärmende Verfahrensströme in den beiden Hauptwärmetauschern E1 und E2 ein erstes zweiphasiges Stoffgemisch 3 erzeugt, das im Abscheider D1 in eine erste wasserstoffreiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gasphase 4 und eine erste kohlenmonoxidreiche, Wasserstoff enthaltende Flüssigphase 5 aufgetrennt wird. Im Wärmetauscher E3 wird die erste wasserstoffreiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gasphase 4 weiter abgekühlt, wobei ein Teil des in ihr enthaltenen Kohlenmonoxids auskondensiert und ein zweites zweiphasiges Stoffgemisch 6 entsteht, das im Abscheider D2 in eine zweite wasserstoffreiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gasphase 7 und eine zweite kohlenmonoxidreiche, Wasserstoff enthaltende Flüssigphase 8 getrennt wird. Die zweite kohlenmonoxidreiche, Wasserstoff enthaltende Flüssigphase 8 wird über das Drosselorgan a entspannt und über Leitung 9 als Rücklauf zum Kopf der H2-Strippkolonne T1 geführt, der auch die über das Drosselorgan b entspannte erste kohlenmonoxidreiche, Wasserstoff enthaltende Flüssigphase 5 über Leitung 10 als Mitteleinspeisung aufgegeben wird.In the temperature-change adsorber T is a synthesis example obtained by steam reforming, subsequent cooling, condensate separation and sour gas separation synthesis gas 1 in particular freed of carbon dioxide residues and water to a predominantly consisting of hydrogen and carbon monoxide, methane-containing feed gas 2 to receive, which is then supplied to the cryogenic separation unit Z. Here is the feed gas 2 by cooling and partial condensation against process streams to be heated in the two main heat exchangers E1 and E2 a first two-phase mixture 3 produced in the separator D1 in a first hydrogen-rich, carbon monoxide-containing gas phase 4 and a first carbon monoxide-rich, hydrogen-containing liquid phase 5 is separated. In the heat exchanger E3 is the first hydrogen-rich, carbon monoxide-containing gas phase 4 further cooled, wherein a part of the carbon monoxide contained in it condenses out and a second two-phase mixture 6 formed in the separator D2 in a second hydrogen-rich, carbon monoxide-containing gas phase 7 and a second carbon monoxide-rich, hydrogen-containing liquid phase 8th is disconnected. The second carbon monoxide-rich, hydrogen-containing liquid phase 8th is relaxed via the throttle body a and over line 9 as reflux to the top of the H 2 -Strippkolonnen T1 out, which is also the relaxed over the throttle body b first carbon monoxide-rich, hydrogen-containing liquid phase 5 via wire 10 is given as a central feed.

Die Spitzenkälte für den Wärmetauscher E3 wird hauptsächlich durch einen geschlossenen Stickstoffkreislauf 11–14 gedeckt. Zusätzlich wird Kälte durch die Mischung von Flüssigstickstoff 15, der der Zerlegungseinheit Z von außerhalb zugeführt wird, mit einer Wasserstofffraktion 16 bereitgestellt, wobei ein Temperaturniveau unterhalb des bei 78 K liegenden Stickstofftaupunkts erreicht wird. Aufgrund der tiefen, durch die Verdampfung des Stickstoff/Wasserstoff-Gemisches 17 im Wärmetauscher E3 erreichbaren Temperatur, kann die zweite wasserstoffreiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gasphase 7, von der ein Teil 16 mit dem Flüssigstickstoff 15 gemischt und ein anderer Teil 18 in den Wärmetauschern E3 und E1 angewärmt und als Wasserstoffprodukt 19 abgegeben wird, im Abscheider D2 mit einem Wasserstoffanteil von ca. 95 mol-% abgetrennt werden.The peak cooling for the heat exchanger E3 is mainly due to a closed nitrogen cycle 11 - 14 covered. In addition, cold is due to the mixture of liquid nitrogen 15 which is supplied to the decomposition unit Z from the outside, with a hydrogen fraction 16 provided, wherein a temperature level is reached below the lying at 78 K Stickstoffstofffaupunkts. Due to the deep, due to the evaporation of the nitrogen / hydrogen mixture 17 can be reached in the heat exchanger E3 temperature, the second hydrogen-rich, carbon monoxide-containing gas phase 7 of which a part 16 with the liquid nitrogen 15 mixed and another part 18 warmed in the heat exchangers E3 and E1 and as a hydrogen product 19 is discharged, separated in the separator D2 with a hydrogen content of about 95 mol%.

Der geschlossene Stickstoffkreislauf 11–14 wird durch die erste Verdichtersektion S1 des Kreislaufverdichters V angetrieben, die die beiden Verdichterstufen C1 und C2 sowie die beiden Kühler E4 und E5 umfasst. Der auf den maximalen Druck des Kreislaufs verdichtete und im Wärmetauscher E5 abgekühlte Stickstoff 11 wird im Wärmetauscher E1 weiter gekühlt, im Wärmetauscher E2 kondensiert und im Wärmetauscher E3 unterkühlt, so dass ein unterkühlter Stickstoffstrom 12 entsteht, der in die beiden Stickstofffraktionen 13 und 14 aufgeteilt wird. Die Stickstofffraktion 13 wird über das Drosselorgan c auf Niederdruckniveau entspannt, im Wärmetauscher E3 verdampft, im Wärmetauscher E1 angewärmt und der Saugseite der Verdichterstufe C1 zugeführt. Die Stickstofffraktion 14 wird dagegen über das Drosselorgan d auf ein mittleres Druckniveau entspannt und nach Verdampfung und Anwärmung in den Wärmetauschern E3 und E1 gemeinsam mit der in der Verdichterstufe C1 verdichteten und im Wärmetauscher E4 abgekühlten Stickstofffraktion 13 der Saugseite der Verdichtersektion C2 zugeführt, um erneut auf den maximalen Druck des Stickstoffkreislaufs verdichtet zu werden.The closed nitrogen cycle 11 - 14 is driven by the first compressor section S1 of the cycle compressor V, which includes the two compressor stages C1 and C2 and the two radiators E4 and E5. The compressed to the maximum pressure of the circuit and cooled in the heat exchanger E5 nitrogen 11 is further cooled in the heat exchanger E1, condensed in the heat exchanger E2 and subcooled in the heat exchanger E3, so that a supercooled nitrogen stream 12 arises in the two nitrogen fractions 13 and 14 is split. The nitrogen fraction 13 is relaxed via the throttle body c at low pressure level, evaporated in the heat exchanger E3, heated in the heat exchanger E1 and fed to the suction side of the compressor stage C1. The nitrogen fraction 14 On the other hand, it is expanded via the throttle member d to an intermediate pressure level and, after evaporation and heating in the heat exchangers E3 and E1, together with the nitrogen fraction compressed in the compressor stage C1 and cooled in the heat exchanger E4 13 supplied to the suction side of the compressor section C2 to be compressed again to the maximum pressure of the nitrogen cycle.

Die H2-Strippkolonne T1 dient zur Entfernung des in den kohlendioxidreichen Stoffströmen 9 und 10 gelösten Wasserstoffs. Zur Beheizung der H2-Strippkolonne T1 dient ein im Wärmetauscher E2 integrierter Naturumlaufverdampfer (Reboiler), dem aus dem Sumpf der H2-Strippkolonne T1 ein Stoffstrom 20 zugeführt wird, um teilverdampft und über Leitung 21 zurückgeleitet zu werden. Die wasserstoffreiche, Kohlenmonoxid enthaltende Kopffraktion 22 aus der H2-Strippkolonne T1 wird über das Drosselorgan e entspannt und mit dem im Wärmetauscher E3 verdampften Stickstoff/Wasserstoff-Gemisch 23 zum Stoffstrom 24 gemischt, der nach Anwärmung in den beiden Hauptwärmetauschern E2 und E1 zunächst als Regeneriergas im Temperaturwechsel-Adsorber T verwendet und anschließend als Brenngas 25 beispielsweise in dem zur Synthesegaserzeugung eingesetzten Dampfreformer verfeuert wird.The H 2 -Strippkolonne T1 serves to remove the carbon dioxide-rich streams 9 and 10 dissolved hydrogen. To heat the H 2 -trip column T1 is a integrated in the heat exchanger E2 natural circulation evaporator (reboiler), which from the bottom of the H 2 -trip column T1 a stream 20 is fed to partially vaporized and via line 21 to be returned. The hydrogen-rich, carbon monoxide-containing overhead fraction 22 From the H 2 -Strippkolonne T1 is relaxed via the throttle body e and with the vaporized in the heat exchanger E3 nitrogen / hydrogen mixture 23 to the material flow 24 mixed, after heating in the two main heat exchangers E2 and E1 first used as a regeneration gas in the temperature swing adsorber T and then as a fuel gas 25 is fired, for example, in the steam reformer used to produce synthesis gas.

Die vorwiegend Kohlenmonoxid und Methan enthaltende Sumpffraktion 26 aus der H2-Strippkolonne T1 wird in eine erste 27 und eine zweite Teilfraktion 28 aufgeteilt. Um Methan von Kohlenmonoxid abzutrennen, wird die erste Teilfraktion 27 über das Drosselorgan f entspannt und direkt in die CO/CH4-Trennkolonne T2 eingespeist, während die zweite Teilfraktion 28 über das Drosselorgan g entspannt, im Wärmetauscher E2 gegen im Kreislauf geführten Mitteldruckstickstoff 11 verdampft und der CO/CH4-Trennkolonne T2 als Zwischenheizung 29 aufgegeben wird.The bottoms fraction containing predominantly carbon monoxide and methane 26 from the H 2 -Strippkolonne T1 is in a first 27 and a second sub-fraction 28 divided up. To separate methane from carbon monoxide, the first fraction becomes fraction 27 relaxes via the throttle body f and directly into the CO / CH 4 separation column T2 fed while the second fraction fraction 28 relaxed via the throttle body g, in the heat exchanger E2 against circulating medium pressure nitrogen 11 evaporated and the CO / CH 4 separation column T2 as an intermediate heater 29 is abandoned.

Die CO/CH4-Trennkolonne T2 wird durch einen weiteren im Wärmetauscher E2 integrierten Reboiler beheizt, wobei, um den Temperaturgang im Kolonnensumpf zu nutzen, ein Stoffstrom 30 direkt vom ersten Kolonnenboden abgezogen, im Wärmetauscher E2 teilverdampft und über Leitung 31 dem Kolonnensumpf zugeführt wird.The CO / CH 4 separation column T2 is heated by a further reboiler integrated in the heat exchanger E 2, wherein, in order to utilize the temperature gradient in the column bottom, a material flow 30 withdrawn directly from the first column bottom, partially evaporated in the heat exchanger E2 and via line 31 is fed to the column bottom.

Vom Kopf der CO/CH4-Trennkolonne T2 wird Produktreinheit aufweisendes Kohlenmonoxid 32 abgezogen, in den Hauptwärmetauschern E2 und E1 angewärmt und in der zweiten Verdichtersektion S2 des Kreislaufverdichters V, die die beiden Verdichterstufen C3 und C4 sowie die beiden Kühler E6 und E7 umfasst, verdichtet. Um die für das Kohlendioxidprodukt geforderte Reinheit am Kopf der CO/CH4-Trennkolonne T2 zu erreichen, wird stromabwärts der Verdichterstufe C1 und des Kühlers E6 ein Teilstrom 33 des auf einen mittleren Druck verdichteten Kohlenmonoxids aus dem Verdichter V abgezogen, in den Hauptwärmetauschern E1 und E2 abgekühlt und kondensiert und als Rücklauf über das Drosselorgan h in den Kopf CO/CH4-Trennkolonne T2 entspannt. Das verbleibende Kohlenmonoxid wird in der Verdichterstufe C4 weiter verdichtet und nach Abkühlung im Kühler E7 mit Produktdruck über Leitung 34 abgeführt. Das weitgehend aus Methan bestehende Sumpfprodukt 35 wird aus der CO/CH4-Trennkolonne T2 abgezogen, über das Drosselorgan i entspannt und nachfolgend dem Stoffstrom 24 beigemischt.From the top of the CO / CH 4 separation column T2 product purity is exhibiting carbon monoxide 32 withdrawn, warmed in the main heat exchangers E2 and E1 and in the second compressor section S2 of the cycle compressor V, which includes the two compressor stages C3 and C4 and the two radiators E6 and E7, compressed. In order to achieve the required for the carbon dioxide product purity at the top of the CO / CH 4 separation column T2, downstream of the compressor stage C1 and the radiator E6 is a partial flow 33 drawn from the compressed to a medium pressure carbon monoxide from the compressor V, cooled in the main heat exchangers E1 and E2 and condensed and expanded as reflux via the throttle body h in the head CO / CH 4 separation column T2. The remaining carbon monoxide is further compressed in the compressor stage C4 and after cooling in the cooler E7 with product pressure via line 34 dissipated. The largely consisting of methane bottom product 35 is withdrawn from the CO / CH 4 separation column T2, expanded via the throttle body i and subsequently the material flow 24 added.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006056642 [0008, 0010, 0011] DE 102006056642 [0008, 0010, 0011]

Claims (10)

Verfahren zur Gewinnung eines Kohlenmonoxid- (35) und eines Wasserstoffproduktes (19) durch kryogene Zerlegung eines vorwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehenden, Methan enthaltenden Einsatzgases (2) in einem zweistufigen Kondensationsprozess (Z), dem Kälte für die zweite Kondensationsstufe mit Hilfe von flüssigem Stickstoff (12) zur Verfügung gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Kälte für die zweite Kondensationsstufe über einen geschlossenen, durch einen Kreislaufverdichter (V) angetriebenen Stickstoffkreislauf (11–14) bereitgestellt wird.Process for obtaining a carbon monoxide ( 35 ) and a hydrogen product ( 19 ) by cryogenic decomposition of a methane-containing feed gas predominantly consisting of hydrogen and carbon monoxide ( 2 ) in a two-stage condensation process (Z), the cold for the second condensation stage with the aid of liquid nitrogen ( 12 ), characterized in that cold for the second condensation stage via a closed, by a cycle compressor (V) driven nitrogen cycle ( 11 - 14 ) provided. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kreislaufverdichter (V) mit wenigstens zwei Verdichtersektionen (S1, S2) eingesetzt wird, von denen die eine (S1) den geschlossenen Stickstoffkreislauf (11–14) und die andere (S2) einen offenen Kohlenmonoxidkreislauf (32–33) antreibt.A method according to claim 1, characterized in that a cycle compressor (V) with at least two compressor sections (S1, S2) is used, of which one (S1) the closed nitrogen cycle ( 11 - 14 ) and the other (S2) an open carbon monoxide cycle ( 32 - 33 ) drives. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der offene Kohlenmonoxidkreislauf (32–33) einen Rücklauf für eine Trennkolonne (T2) zur Verfügung stellt, in der Methan aus Kohlenmonoxid abgetrennt wird.Method according to claim 2, characterized in that the open carbon monoxide cycle ( 32 - 33 ) provides a reflux for a separation column (T2), in which methane is separated from carbon monoxide. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Stickstoffkreislauf (11–14) mit reinem Stickstoff oder mit einem Stickstoff/Wasserstoff-Gemisch betrieben wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the closed nitrogen cycle ( 11 - 14 ) is operated with pure nitrogen or with a nitrogen / hydrogen mixture. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kondensationsprozess (Z) Flüssigstickstoff von außerhalb zugeführt und mit Wasserstoff gemischt wird, um durch Verdampfung des entstehenden Stickstoff/Wasserstoff-Gemisches Kälte für die zweite Kondensationsstufe zu erzeugen.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the condensation process (Z) liquid nitrogen is supplied from outside and mixed with hydrogen to produce by evaporation of the resulting nitrogen / hydrogen mixture cold for the second condensation stage. Vorrichtung zur Durchführung eines zweistufigen Kondensationsprozesses (Z), in der ein vorwiegend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehendes, Methan enthaltenden Einsatzgas (2) in ein Kohlenmonoxid- (35) und ein Wasserstoffprodukt (19) zerlegbar ist, wobei sie einen oder mehrere Wärmetauscher (E1, E2, E3) sowie ein durch einen oder mehrere der Wärmetauscher geführtes Leitungssystem (11, 12) umfasst, durch das gasförmiger Stickstoff geleitet und dabei abgekühlt und kondensiert werden kann, um Flüssigstickstoff (12) für die Bereitstellung von Kälte für die zweite Kondensationsstufe zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungssystem (11, 12) Teil eines geschlossen Leitungssystems (11–14) ist, das einen Kreislaufverdichter (V) umfasst, mit dem Stickstoff im Kreislauf durch das geschlossene Leitungssystem (11–14) gefördert werden kann.Device for carrying out a two-stage condensation process (Z), in which a feed gas comprising predominantly hydrogen and carbon monoxide ( 2 ) into a carbon monoxide ( 35 ) and a hydrogen product ( 19 ), wherein it comprises one or more heat exchangers (E1, E2, E3) and a piping system guided by one or more of the heat exchangers ( 11 . 12 ), through which gaseous nitrogen can be passed and thereby cooled and condensed to liquid nitrogen ( 12 ) for the provision of cold for the second condensation stage, characterized in that the conduit system ( 11 . 12 ) Part of a closed pipe system ( 11 - 14 ), which comprises a cycle compressor (V), with the nitrogen in the circuit through the closed line system ( 11 - 14 ). Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislaufverdichter (V) wenigstens zwei Verdichtersektionen (S1, S2) aufweist, von denen eine (S1) Teil des geschlossenen (11–14) und eine zweite (S2) Teil eines offenen Leitungssystems (32–33) ist, durch das Kohlendioxid gefördert werden kann, um Kälte für die erste Kondensationsstufe bereitzustellen.Apparatus according to claim 6, characterized in that the cycle compressor (V) at least two compressor sections (S1, S2), of which one (S1) part of the closed (S) 11 - 14 ) and a second (S2) part of an open conduit system ( 32 - 33 ) through which carbon dioxide can be delivered to provide refrigeration for the first stage of condensation. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Leitungssystem (11–14) eine Entspannungseinrichtung (c, d) umfasst, in der flüssiger Stickstoffs (12) kälteleistend entspannt werden kann, bevor er verdampft, angewärmt und zurück zur Saugseite einer Verdichterstufe (C1, C2) des Kreislaufverdichters (V) geführt wird.Apparatus according to claim 6, characterized in that the closed conduit system ( 11 - 14 ) comprises a relaxation device (c, d), in which liquid nitrogen ( 12 ) can be cooled down before it evaporates, warmed and back to the suction side of a compressor stage (C1, C2) of the cycle compressor (V) is performed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Leitungssystem (11–14) so ausgestaltet ist, dass es einen Leitungszweig (11) oder mehrere Leitungszweige (13, 14) aufweist, über den oder die Stickstoff vom warmen zum kalten und/oder vom kalten zum warmen Ende eines Wärmetauschers (E3) geführt werden kann.Device according to one of claims 6 or 7, characterized in that the closed conduit system ( 11 - 14 ) is designed such that it has a line branch ( 11 ) or several line branches ( 13 . 14 ), over which or the nitrogen from the warm to the cold and / or from the cold to the warm end of a heat exchanger (E3) can be performed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennkolonne (T2) so in das offene Leitungssystem (32–33) integriert ist, dass ihr Kohlenmonoxid (33) als Rücklauf zuführbar ist.Device according to one of claims 6 or 7, characterized in that a separation column (T2) so in the open conduit system ( 32 - 33 ) that your carbon monoxide ( 33 ) can be fed as reflux.
DE102014015160.3A 2014-10-14 2014-10-14 Process and apparatus for recovering carbon monoxide and hydrogen from synthesis gas Pending DE102014015160A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014015160.3A DE102014015160A1 (en) 2014-10-14 2014-10-14 Process and apparatus for recovering carbon monoxide and hydrogen from synthesis gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014015160.3A DE102014015160A1 (en) 2014-10-14 2014-10-14 Process and apparatus for recovering carbon monoxide and hydrogen from synthesis gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014015160A1 true DE102014015160A1 (en) 2016-04-14

Family

ID=55643868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014015160.3A Pending DE102014015160A1 (en) 2014-10-14 2014-10-14 Process and apparatus for recovering carbon monoxide and hydrogen from synthesis gas

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014015160A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108253729A (en) * 2018-03-09 2018-07-06 杭州中泰深冷技术股份有限公司 A kind of coal chemical industry synthesis gas cryogenic separation co-production of methane gas system and its process

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006056642A1 (en) 2006-11-30 2008-06-05 Linde Ag Process and apparatus for recovering products from synthesis gas

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006056642A1 (en) 2006-11-30 2008-06-05 Linde Ag Process and apparatus for recovering products from synthesis gas

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108253729A (en) * 2018-03-09 2018-07-06 杭州中泰深冷技术股份有限公司 A kind of coal chemical industry synthesis gas cryogenic separation co-production of methane gas system and its process
CN108253729B (en) * 2018-03-09 2023-09-19 杭州中泰深冷技术股份有限公司 System for cryogenic separation co-production of methane gas from coal chemical synthesis gas and process method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1729077B1 (en) Process and device for the recovery of products from synthesis gas
EP1724542B1 (en) Process and device for the recovery of products from synthesis gas
DE102010044646A1 (en) Process for separating nitrogen and hydrogen from natural gas
EP0017174A1 (en) Process for separating a gaseous mixture
DE102007007581A1 (en) Carbon dioxide product producing method for gas analysis process, involves producing two-phase material-mixture by releasing fluid phase by throttle element, and vaporizing and heating fluid phase against application gas
DE102007013325A1 (en) Process and apparatus for recovering gas products and liquid methane from synthesis gas
DE102005010054A1 (en) Process for simultaneously recovering a helium and a nitrogen pure fraction
WO2017144151A1 (en) Method and device for cryogenic syngas decomposition
EP2095047A2 (en) Method and device for obtaining products from synthesis gas
DE102012020469A1 (en) Method for separating methane from methane-containing synthesis gas in separation unit, involves feeding capacitor with secondary portion of refrigerant of outlet temperature to intermediate temperature and cooling to lower temperature
DE102017011601A1 (en) Ammonia synthesis with internal cooling circuit
DE102007010874A1 (en) separation
DE4325513A1 (en) Process for producing a highly pure carbon monoxide product stream and a hydrogen product stream
DE102005046790A1 (en) Method for cleaning of gas mixture, involves obtaining part of washing column of supplied nitrogen liquid and deep-frozen from a cryogenic air decomposer
DE102006051759A1 (en) Process and apparatus for decomposing synthesis gas by means of methane scrubbing
DE102014015160A1 (en) Process and apparatus for recovering carbon monoxide and hydrogen from synthesis gas
WO2018091146A1 (en) Process and apparatus for synthesis gas fractionation using an acidic gas scrub and a cryogenic separating process
DE102017006552A1 (en) Process for the recovery of gas products
DE1815532A1 (en) Process for generating cold
DE102015012317A1 (en) Process and installation for the separating process of a gas mixture
DE102012020470A1 (en) Method for separating methane from synthesis gas that is utilized for e.g. combustion in power plant, involves utilizing liquefied methane-rich fraction process for cooling and vaporizing synthesis gas in heat exchangers
DE3244143A1 (en) METHOD FOR GAS DISASSEMBLY
DE102008059716A1 (en) Process for minimizing recycle gas in a condensation process
DE102015007529A1 (en) Process and plant for the separation of methane from a methane-containing synthesis gas stream
DE102010049444A1 (en) Method for cooling cryogenic part of cryogenic gas decomposer for e.g. methane laundry, involves removing carbon monoxide from external carbon monoxide source, and introducing carbon monoxide as circulatory medium into cooling circuit

Legal Events

Date Code Title Description
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: LINDE GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: LINDE AKTIENGESELLSCHAFT, 80331 MUENCHEN, DE

R012 Request for examination validly filed