DE60018083T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus einem Gasgemisch - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus einem Gasgemisch Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die kryogene Trennung eines Gasgemischs, das Kohlenmonoxid und Wasserstoff umfasst, in seine Komponentengase. Insbesondere ist die Erfindung anwendbar auf die Trennung von Gasgemischen, die außerdem Methan umfassen, um Kohlenmonoxid und ein Wasserstoff und Methan umfassendes Treibstoffgas herzustellen.
  • Es gibt viele bekannte Verfahren zur Durchführung der kryogenen Trennung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff umfassenden Gasgemischen. Jedoch steht die Gasherstellungs- und -trennungsindustrie vor dem Problem, dass eine kohlenmonoxidreiche Flüssigkeit, die zur Kälteerzeugung verwendet wird, zurückgeführt werden muss, um ein akzeptables Niveau der Kohlenmonoxidgewinnung zu erreichen.
  • Nachdem der kohlenmonoxidreiche Strom verwendet wurde, um Kälte zu erzeugen, wird er üblicherweise komprimiert und wieder in den Beschickungsgasstrom zurückgeführt. Zum Beispiel wird in DE-A-4 210 638 ("Fabian I") ein Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Methan enthaltender Beschickungsgasstrom durch Wärmeaustausch gekühlt und zumindest teilweise kondensiert. Dann wird er in einen wasserstoffreichen Strom und einen Methan umfassenden, kohlenmonoxidreichen Strom getrennt.
  • Der wasserstoffreiche Strom wird dazu verwendet, durch Wärmeaustausch mit dem Beschickungsgasstrom Kälte zu erzeugen, und wird weiterverarbeitet, um einen hochreinen Strom aus gasförmigem Wasserstoff zu erzeugen. Aus einem Teil des Kohlenmonoxidstroms wird etwa noch verbleibender Wasserstoff gestrippt und der resultierende gestrippte Strom in Methan und hochreines Kohlenmonoxid getrennt. Ein weiterer Teil wird als Kältemittelstrom verwendet, um zumindest einen Teil der Kälte zu erzeugen, die zum Kühlen und zumindest teilweisen Kondensieren des Beschickungsgasstroms durch Wärmeaustausch erforderlich ist. Der resultierende verdampfte Kältemittelstrom wird dann komprimiert und wieder zum Beschickungsgasstrom geleitet.
  • US-A-4,566,886 ("Fabian II") offenbart ein weiteres Verfahren, bei dem ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid in einen wasserstoffreichen Dampf und eine kohlenmonoxidreiche Flüssigkeit getrennt wird. Ein Teil der kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit wird dazu verwendet, Kälte für das Beschickungsgas zu erzeugen. Der resultierende kohlenmonoxidreiche Dampf wird zum Beschickungsstrom zurückgeführt und auf den Druck des Beschickungsgases komprimiert. Ein weiterer Teil des kohlenmonoxidreichen Stroms wird für den Wärmeaustausch verwendet und wird dann zu einer Wasserstoffstrippkolonne "zurückgeführt". Die gesamte für dieses Verfahren erforderliche Kompressionskraft unterscheidet sich nicht wesentlich von Fabian I.
  • Der Hauptnachteil der meisten Verfahren des Standes der Technik (einschließlich der Fabian-Verfahren) besteht darin, dass der rückgeführte Kohlenmonoxidstrom auf den Druck des Beschickungsgasstroms komprimiert werden muss. Der Energiebedarf für die Kompression eines Rückführstroms auf den Beschickungsdruck ist für einen wesentlichen Teil der Gesamtbetriebskosten einer Trennanlage verantwortlich. Daher wäre es wünschenswert, ein Verfahren zur Abtrennung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus einem Gasgemisch derselben zur Verfügung zu stellen, bei dem der gesamte Kompressionsenergiebedarf verringert wird und dadurch die Betriebskosten und der Kapitalaufwand für eine Trennanlage ohne signifikanten Verlust der Effizienz gesenkt werden können.
  • Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Trennung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus einem Gasgemisch derselben zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren umfasst:
    • das Kühlen und teilweise Kondensieren von Einspeisgas bzw. Beschickungsgas, umfassend Kohlenmonoxid und Wasserstoff, mittels Wärmeaustausch zur Erzeugung von gekühltem und teilweise kondensiertem Einspeisgas;
    • das Trennen des gekühlten und teilweise kondensierten Einspeisgases zur Erzeugung eines ersten wasserstoffreichen Dampfes und einer ersten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit;
    • das Einspeisen eines ersten Stroms der ersten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit in eine Wasserstoffstrippkolonne mit einem Betriebsdruck unterhalb des Einspeisdruckes, in der Wasserstoff zumindest teilweise von der kohlenmonoxidrei chen Flüssigkeit abgestrippt wird, um eine von Wasserstoff abgestrippte Kohlenmonoxidflüssigkeit und einen mit Wasserstoff angereicherten Kohlenmonoxiddampf zu erzeugen; und
    • das Verdampfen eines zweiten Stroms der ersten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit oder eines davon abgeleiteten Stroms, um mindestens einen Teil der zum Kühlen und teilweisen Kondensieren des Einspeisgases mittels Wärmeaustausch benötigten Kälte zu erzeugen und einen kohlenmonoxidreichen Dampf zu erzeugen;
    • wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der kohlenmonoxidreiche Dampf komprimiert wird, um einen komprimierten kohlenmonoxidreichen Dampf bei einem Druck unterhalb des Einspeisdrucks zu erzeugen, der gekühlt und mindestens teilweise kondensiert wird, um einen mindestens teilweise kondensierten kohlenmonoxidreichen Dampf zu erzeugen, von dem mindestens ein Teil zur Wasserstoffstrippkolonne zurückgeführt wird.
  • In der Erfindung wird kohlenmonoxidreicher Dampf komprimiert und zur Wasserstoffstrippkolonne zurückgeführt. Die Rückführung des kohlenmonoxidreichen Dampfes auf diese Weise bedeutet, dass der rückgeführte Dampf nicht mehr auf den Druck des Beschickungsgasstroms komprimiert werden muss. Statt dessen wird der kohlenmonoxidreiche Dampf auf einen Druck unterhalb des Beschickungsdruckes komprimiert. Falls erforderlich, ist eine weitere Einstellung des Druckes des komprimierten kohlenmonoxidreichen Dampfes vor dem Rückführen zur Wasserstoffstrippkolonne möglich. Jedoch wird bevorzugt, dass der kohlenmonoxidreiche Dampf im Wesentlichen auf den Betriebsdruck der Wasserstoffstrippkolonne komprimiert wird, so dass keine weitere Druckanpassung mehr erforderlich ist. Erfindungsgemäße Verfahren benötigen signifikant weniger Kompressionsenergie, so dass die Gesamtbetriebskosten und der Kapitalaufwand für eine Trennanlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gesenkt werden können.
  • In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Verfahren außerdem:
    • das Kühlen und teilweise Kondensieren des wasserstoffangereicherten Kohlenmonoxidsdampfes, um einen gekühlten und teilweise kondensierten mit Wasserstoff angereicherten Kohlenmonoxiddampf zu erzeugen;
    • das Trennen des gekühlten und teilweise kondensierten mit Wasserstoff angereicherten Kohlenmonoxiddampfes zur Erzeugung eines zweiten wasserstoffreichen Dampfes und einer zweiten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit;
    • das Verdampfen mindestens eines Teils der zweiten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit, um einen Teil der zum Kühlen und teilweisen Kondensieren des wasserstoffangereicherten Kohlenmonoxiddampfes mittels Wärmeaustausch erforderlichen Kälte zu erzeugen, und das Rückführen der daraus resultierenden verdampften kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit zur Wasserstoffstrippkolonne.
  • Vorzugsweise wird die zweite kohlenmonoxidreiche Flüssigkeit mit dem zweiten Strom der ersten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit vereinigt, um eine vereinigte kohlenmonoxidreiche Flüssigkeit bereitzustellen, die verdampft wird, um mindestens einen Teil der zum Kühlen und teilweisen Kondensieren sowohl des mit Wasserstoff angereicherten Kohlenmonoxiddampfes als auch des Einspeisgases benötigten Kälte zu erzeugen, und die daraus resultierende verdampfte Kohlenmonoxidflüssigkeit wird zur Wasserstoffstrippkolonne zurückgeführt.
  • Die Kälte kann mit flüssigem Stickstoff erzeugt werden, der dann, wenn er mit dem mit Wasserstoff angereicherten Dampf vermischt wird, eine Temperatur erreicht, die im Wesentlichen kälter ist als die von flüssigem Stickstoff selbst. Folglich kann das Verfahren außerdem umfassen:
    • das Zusetzen von flüssigem Stickstoff als Kältemittel zu mindestens einem Teil des zweiten mit Wasserstoff angereicherten Dampfes, um ein gekühltes wasserstoffreiches Kältemittel zu erzeugen; und
    • das Erwärmen des gekühlten wasserstoffreichen Kältemittels, um einen Teil der zum Kühlen und teilweisen Kondensieren des Beschickungsgas erforderlichen Kälte durch Wärmeaustausch zu erzeugen und einen erwärmten wasserstoffreichen Dampf zu erzeugen.
  • In dieser bevorzugten Ausführungsform kann der erwärmte wasserstoffreiche Dampf mit methanreicher Flüssigkeit kombiniert werden, um einen Treibstoffstrom zu erzeugen, der mittels Wärmeaustausch weiter erwärmt wird, um einen Treibstoffgasstrom zu erzeugen. Das wasserstoffreiche Kältemittel kann einen Teil des ersten wasserstoffreichen Dampfes umfassen.
  • Alternativ kann ein Teil der Kälte durch Kaltexpandieren erzeugt werden. Vorzugsweise umfasst das Verfahren außerdem:
    • das Vereinigen mindestens eines Teil des ersten wasserstoffreichen Dampfes mit mindestens einem Teil der zweiten wasserstoffreichen Dampfes zur Erzeugung eines vereinigten wasserstoffreichen Dampfes; und
    • das Kaltexpandieren des vereinigten wasserstoffreichen Dampfes zur Erzeugung eines Teils der zum Kühlen und teilweisen Kondensieren des Einspeisgases erforderlichen Kälte und zur Erzeugung eines expandierten wasserstoffreichen Dampfes.
  • Gegebenenfalls kann der vereinigte wasserstoffreiche Dampf vor dem Expandieren in einer Turbine mittels Wärmeaustausch wieder erwärmt werden.
  • Vorzugsweise wird der expandierte wasserstoffreiche Dampf mit methanreicher Flüssigkeit vereinigt, um einen Treibstoffstrom zu erzeugen, der mittels Wärmeaustausch weiter erwärmt wird, um einen Treibstoffgasstrom bereitzustellen.
  • In bevorzugten Ausführungsformen, in denen die Kohlenmonoxidflüssigkeit, aus der der Wasserstoff abgestrippt wurde, Methan umfasst, kann das Verfahren außerdem die Abtrennung der Kohlenmonoxidflüssigkeit, aus der der Wasserstoff abgestrippt wurde, in einer Trennkolonne umfassen, um Kohlenmonoxid-Produktdampf und methanreiche Flüssigkeit zu erzeugen. Der Kohlenmonoxidproduktdampf kann dann durch Wärmeaustausch erwärmt und komprimiert werden, um komprimiertes Kohlenmonoxid-Produktgas zu erzeugen, von dem ein Teil durch Wärmeaustausch gekühlt und zumindest teilweise kondensiert und nach Druckanpassung als Rückfluss für die Trennung wieder zur Trennkolonne geleitet werden kann.
  • In diesen bevorzugten Ausführungsformen kann die methanreiche Flüssigkeit mit einem zweiten wasserstoffreichen Dampf vereinigt werden, der aus dem mit Wasserstoff angereicherten Kohlenmonoxiddampf abgeleitet wurde, um einen Treibstoffstrom zu erzeugen.
  • Die Kohlenmonoxidflüssigkeit, aus der der Wasserstoff abgestrippt wurde, kann einer Phasentrennung unterzogen werden, um einen gasförmigen Strom und einen flüssigen Strom zu erzeugen, wobei der flüssige Strom durch Wärmeaustausch verdampft wird und der verdampfte flüssige Strom mit dem gasförmigen Strom kombiniert und der kombinierte gasförmige Strom in die Trennkolonne eingespeist wird.
  • In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Abtrennung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus einem Gasgemisch derselben bereitgestellt, wobei die Vorrichtung umfasst:
    • erste Wärmeaustauschmittel zum Kühlen und teilweisen Kondensieren von Einspeisgas, umfassend Kohlenmonoxid und Wasserstoff, zur Erzeugung von gekühltem und teilweise kondensiertem Einspeisgas;
    • eine Trennvorrichtung zum Trennen des gekühlten und teilweise kondensierten Einspeisgases zur Erzeugung eines ersten wasserstoffreichen Dampfes und einer ersten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit;
    • Leitungen zum Führen des gekühlten und teilweise kondensierten Einspeisgases von dem ersten Wärmeaustauschmittel zur Trennvorrichtung;
    • eine Wasserstoffstrippkolonne mit einem Betriebsdruck unterhalb des Einspeisdrucks zum Abstrippen von Wasserstoff aus der kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit, um eine Kohlenmonoxidflüssigkeit, aus der der Wasserstoff abgestrippt wurde, und einen mit Wasserstoff angereicherten Kohlenmonoxiddampf zu erzeugen;
    • Leitungen zum Führen eines ersten Stroms der kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit aus der Trennvorrichtung zur Wasserstoffstrippkolonne;
    • zweite Wärmeaustauschmittel zum Verdampfen der kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit, um mindestens einen Teil der zum Kühlen und teilweisen Kondensieren des Einspeisgases erforderlichen Kälte bereitzustellen und einen kohlenmonoxidreichen Dampf zu erzeugen;
    • Leitungen zum Führen eines zweiten Stroms der kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit von der Trennvorrichtung zu dem/den zweiten Wärmeaustauschmittel(n);
    • einen Kompressor zum Komprimieren des kohlenmonoxidreichen Dampfes zur Erzeugung eines komprimierten kohlenmonoxidreichen Dampfes; und
    • Leitungen zum Führen des kohlenmonoxidreichen Dampfes von dem zweiten Wärmeaustauschmittel zum Kompressor;
    • wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kompressor den kohlenmonoxidreichen Dampf im Wesentlichen auf den Betriebsdruck der Wasserstoffstrippkolonne komprimiert und dass die Vorrichtung zusätzlich umfasst:
    • dritte Wärmeaustauschmittel zum Kühlen und mindestens teilweisen Kondensieren des komprimierten kohlenmonoxidreichen Dampfes zur Erzeugung eines mindestens teilweise kondensierten kohlenmonoxidreichen Dampfes;
    • Leitungen zum Führen des komprimierten kohlenmonoxidreichen Dampfes aus dem Kompressor zu dem/den dritten Wärmeaustauschmittel(n); und
    • Leitungen zum Führen mindestens eines Teils des mindestens teilweise kondensierten kohlenmonoxidreichen Dampfes von dem/den dritten Wärmeaustauschmittel(n) zur Wasserstoffstrippkolonne.
  • Vorzugsweise ist die Vorrichtung so ausgelegt, dass jede beliebige Kombination der bevorzugten Merkmale des vorstehend beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden kann.
  • Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und erfolgt anhand der beigefügten Strömungsdiagramme der beiden derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
  • Folglich ist 1 ein Strömungsdiagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
  • 2 ist ein Strömungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • In 1 wird ein Beschickungsgasstrom 1, der Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan umfasst, nacheinander in den Wärmetauscher 2 und den Wärmetauscher 3 eingespeist, wo er durch Wärmeaustausch gekühlt und teilweise kondensiert wird. Dann wird der gekühlte und teilweise kondensierte Beschickungsgasstrom in eine erste Trennvorrichtung 4 eingespeist, wo er in einen rohes mit Wasserstoff angereichertes Beschickungsgas und eine rohe Kohlenmonoxidflüssigkeit getrennt wird. Ein Strom 5 aus dem mit Wasserstoff angereicherten Beschickungsgas wird aus der Trennvorrichtung 4 abgezogen und im Wärmetauscher 6 weiter gekühlt und teilweise kondensiert. Das gekühlte und teilweise kondensierte mit Wasserstoff angereicherte Beschickungsgas wird als Strom 7 in eine zweite Trennvorrichtung 8 eingespeist, wo es getrennt wird, um einen ersten wasserstoffreichen Dampf und eine erste kohlenmonoxidreiche Flüssigkeit zu erzeugen. Ein Teil des ersten wasserstoffreichen Dampfes wird in den Wärmetauschern 6, 2 erwärmt und als Wasserstoffproduktgasstrom 9 abgezogen. Der verbleibende Teil wird dazu verwendet, Kälte für das Verfahren zu erzeugen (wie nachstehend erörtert).
  • Der Druck eines Stroms 11 der rohen kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit aus der ersten Trennvorrichtung 4 und eines Teils 12 der ersten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit aus der zweiten Trennvorrichtung 8 wird verringert. Dann werden sie in eine Wasserstoffstrippkolonne 13 geleitet, die mit einem Druck unterhalb des Beschickungsdrucks arbeitet (und aus Böden oder einer Packung besteht). Dort wird Wasserstoff aus der kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit abgestrippt, um die erforderliche Reinheitsspezifikation für das Kohlenmonoxidprodukt zu erreichen. Die Wasserstoffstrippkolonne 13 wird im Wärmetauscher 3 wieder zum Sieden gebracht.
  • Ein Strom 14 der kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit aus der Strippkolonne 13, aus der der Wasserstoff gestrippt wurde, wird in einer dritten Trennvorrichtung 15 schnell verdampft, um einen dampfförmigen Teil und einen flüssigen Teil zu erzeugen. Der flüssige Teil wird im Wärmetauscher 3 verdampft und die verdampfte Flüssigkeit zusammen mit dem dampfförmigen Teil aus der dritten Trennvorrichtung 15 kombiniert und in eine Kohlenmonoxid/Methan-Trennkolonne 16 eingespeist, in der der kombinierte Strom in einen dampfförmigen Kohlenmonoxidproduktstrom 17 und einen flüssigen, methanreichen Strom 25 getrennt wird. Die Kolonne 16 umfasst Böden oder eine Packung.
  • Der Kohlenmonoxiddampf aus der Kolonne 16 wird als Strom 17 abgezogen und im Wärmetauscher 2 erwärmt. Der erwärmte Kohlenmonoxiddampf wird in einem ersten Kompressor 18 komprimiert und der größte Teil des komprimierten Kohlenmonoxids als Produktstrom 19 abgezogen. Ein Teil des komprimierten Kohlenmonoxids wird in den Wärmetauschern 2 und 3 gekühlt und kondensiert und dann über das Steuerungsventil 21 als Strom 20 in die Trennkolonne 16 eingespeist, um einen Rückfluss zur Verfügung zu stellen. Die Kolonne 16 wird unter Einsatz des Wärmetauschers 3 wieder zum Sieden gebracht.
  • Ein Strom 22 aus mit Wasserstoff angereichertem Kohlenmonoxiddampf wird aus der Wasserstoffstrippkolonne 13 entfernt, im Wärmetauscher 6 gekühlt und teilweise kondensiert und dann in eine vierte Trennvorrichtung 23 eingespeist, wo er getrennt wird, um einen zweiten wasserstoffreichen Dampf und eine zweite kohlenmonoxidreiche Flüssigkeit zu erzeugen. Der zweite wasserstoffreiche Dampf aus der vierten Trennvorrichtung 23 wird als Strom 24 abgezogen und dem verbleibenden Teil des ersten wasserstoffreichen Dampfes zugesetzt. Der kombinierte wasserstoffreiche Strom wird in einer Expansionsturbine 32 kalt expandiert, und der Abgasstrom aus der Turbine wird dazu verwendet, um Kälte für das Beschickungsgas zu erzeugen. Der Abgasstrom wird mit dem methanreichen flüssigen Strom 25 kombiniert und der kombinierte Strom erwärmt, um einen Treibstoffgasstrom 26 zur Verfügung zu stellen.
  • Ein Strom 27 aus der zweiten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit aus der Trennvorrichtung 23 wird mit einem Strom 28 aus der ersten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit aus der Trennvorrichtung 8 kombiniert, nachdem der Druck beider Ströme verringert wurde, und der kombiniert Strom in einen Strom in der flüssigen Phase und einen Strom in der dampfförmigen Phase getrennt 34. Diese Ströme werden in den Wärmetauscher 6 eingespeist, wo sie erneut vereinigt werden. Der wieder vereinigte Strom wird verdampft, um Kälte für das mit Wasserstoff angereicherte Beschickungsgas und den mit Wasserstoff angereicherten Kohlenmonoxiddampf im Wärmetauscher 6 zu erzeugen. Der wieder vereinigte Strom wird dann im Wärmetauscher 2 erwärmt und in einem zweiten Kompressor 29 im Wesentlichen auf den Betriebsdruck der Wasserstoffstrippkolonne 13 komprimiert. Der unter Druck gesetzte Strom 30 wird dann in den Wärmetauschern 2, 3 gekühlt und teilweise kondensiert, und der gekühlte und teilweise kondensierte Strom 31 wieder ans obere Ende der Wasserstoffstrippkolonne 13 geleitet, um das Kohlenmonoxid zu gewinnen.
  • Die zweite Ausführungsform der Erfindung, die im Strömungsdiagramm von 2 zu sehen ist, unterscheidet sich insofern von der im Strömungsdiagramm von 1 gezeigten ersten Ausführungsform, als die durch den kombinierten wasserstoffreichen Dampf erzeugte Kälte nicht durch Expansion, sondern durch Zugabe eines Kältemittels aus flüssigem Stickstoff erzeugt wird.
  • In der zweiten Ausführungsform wird der Druck des verbleibenden Teils des ersten wasserstoffreichen Dampfes aus der zweiten Trennvorrichtung 8 verringert. Dann wird der Dampf mit einem Strom 10 aus flüssigem Stickstoff kombiniert. Der Druck eines Stroms 24 aus dem zweiten wasserstoffreichen Dampf aus der vierten Trennvorrichtung wird verringert. Dann wird der Strom mit dem Strom aus wasserstoffreichem Dampf und flüssigem Stickstoff vereinigt, um einen Strom zu erzeugen, der im Wärmetauscher 6 für das Beschickungsgas Kälte erzeugt. Nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher 6 wird der kombinierte wasserstoffreiche Strom mit dem methanreichen flüssigen Strom 25 kombiniert und der kombinierte Strom dann erwärmt, um den Treibstoffgasstrom 26 zu erzeugen.
  • Die folgende Tabelle 1 fasst das Massengleichgewicht für jeden Strom zusammen, auf den im Strömungsdiagramm von 2 Bezug genommen wird.
  • Figure 00110001
  • Studien am Modell haben gezeigt, dass erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu entsprechenden Verfahren des Standes der Technik, in denen die rückgeführten Kohlenmonoxidströme auf den Druck des Beschickungsgases komprimiert werden, insgesamt signifikant weniger Kompressionsenergie (etwa 20%) erfordern. Typischerweise wird der zweite Kompressor 29 von einem drei- oder vierstufigen Kolbenkompressor auf einen dreistufigen Zentrifugenkompressor zurückgefahren, der weniger Wartungsaufwand erfordert. Bei den gezeigten speziellen Ausführungsformen ist der erste Kompressor 18 ein einstufiger Kreiselradkompressor, der mit dem zweiten Kompressor 29 zu einer einzigen vierstufigen Maschine kombiniert wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren verringert die Kosten und verbessert die Effizienz der kryogenen Trennung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff in einem Teilkondensationszyklus durch Einsatz der Rückführung einer kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit bei geringem Druck. Außerdem kann das Niveau der Kohlenmonoxidgewinnung durch die teilweise Kondensation des Wasserstoffdestillatdampfes aus der Wasserstoffstripperkolonne verbessert werden.
  • Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsformen beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern es können Abwandlungen und Variationen vorgenommen werden, ohne den in den folgenden Ansprüchen definierten Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Trennung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus einem Gasgemisch derselben, das Verfahren umfassend: das Kühlen und teilweise Kondensieren von Einspeisgas (1), umfassend Kohlenmonoxid und Wasserstoff, mittels Wärmeaustausch (2, 3, 6) zur Erzeugung von gekühltem und teilweise kondensierten Einspeisgas (7); das Trennen (8) des gekühlten und teilweise kondensierten Einspeisgases zur Erzeugung eines ersten wasserstoffreichen Dampfes und einer ersten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit; das Einspeisen eines ersten Stroms (12) der ersten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit in eine Wasserstoffstrippkolonne (13) mit einem Betriebsdruck unterhalb des Einspeisdruckes, in der Wasserstoff mindestens teilweise von der kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit abgestrippt wird, um eine von Wasserstoff abgestrippte Kohlenmonoxidflüssigkeit (14) und einen mit Wasserstoff angereicherten Kohlenmonoxiddampf (22) zu erzeugen, und das Verdampfen eines zweiten Stroms (28) der ersten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit oder eines davon abgeleiteten Stroms, um mindestens einen Teil der zum Kühlen und teilweise Kondensieren des Einspeisgases mittels Wärmeaustausch (6, 2) benötigten Kühlung bereitzustellen und einen kohlenmonoxidreichen Dampf zu erzeugen, und wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der kohlenmonoxidreiche Dampf komprimiert (29) wird, um einen komprimierten kohlenmonoxidreichen Dampf (30) bei einem Druck unterhalb des Einspeisdruckes zu erzeugen, der gekühlt und mindestens teilweise kondensiert (2, 3) wird, um einen mindestens teilweise kondensierten kohlenmonoxidreichen Dampf (31) zu erzeugen, von dem mindestens ein Teil zur Wasserstoffstrippkolonne (13) zurückgeführt wird.
  2. Verfahren, wie in Anspruch 1 beansprucht, zusätzlich umfassend: das Kühlen und teilweise Kondensieren des wasserstoffangereicherten Kohlenmonoxiddampfes (22), um einen gekühlten und teilweise kondensierten mit Wasserstoff angereicherten Kohlenmonoxiddampf zu erzeugen; das Trennen (23) des gekühlten und teilweise kondensierten mit Wasserstoff angereicherten Kohlenmonoxiddampfes zur Erzeugung eines zweiten wasserstoffreichen Dampfes und einer zweiten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit (27); das Verdampfen mindestens eines Teils der zweiten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit (27), um einen Teil der zum Kühlen und teilweisen Kondensieren des wasserstoffangereicherten Kohlenmonoxiddampfes mittels Wärmeaustausch (6, 2) erforderlichen Kälte bereitzustellen, und das Rückführen der daraus resultierenden verdampften kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit zur Wasserstoffstrippkolonne (13).
  3. Verfahren, wie in Anspruch 2 beansprucht, worin die zweite kohlenmonoxidreiche Flüssigkeit mit dem zweiten Strom (28) der ersten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit vereinigt wird, um eine vereinigte kohlenmonoxidreiche Flüssigkeit bereitzustellen, die verdampft wird, um mindestens einen Teil der zum Kühlen und teilweise Kondensieren (2, 6) sowohl des mit Wasserstoff angereicherten Kohlenmonoxiddampfes als auch des Einspeisgases benötigten Kühlung bereitzustellen, und worin die daraus resultierende verdampfte vereinigte Kohlenmonoxidflüssigkeit zur Wasserstoffstrippkolonne zurückgeführt wird.
  4. Verfahren, wie in Anspruch 2 oder Anspruch 3 beansprucht, zusätzlich umfassend: das Zusetzen von flüssigem Stickstoff als Kältemittel (10) zum zweiten mit Wasserstoff angereicherten Dampf zur Erzeugung von gekühltem wasserstoffreichen Kältemittel, und Verdampfen des gekühlten wasserstoffreichen Kältemittels zur Bereitstellung eines Teils der zum Kühlen und teilweisen Kondensieren des Einspeisgases mittels Wärmeaustausch (6) benötigten Kühlung und zur Erzeugung eines erwärmten wasserstoffreichen Dampfes.
  5. Verfahren, wie in Anspruch 4 beansprucht, worin der erwärmte wasserstoffreiche Dampf mit methanreicher Flüssigkeit (25) kombiniert wird, um einen Treibstoffstrom zu erzeugen, der weiter mittels Wärmeaustausch (3, 2) zur Bereitstellung eines Treibstoffgasstroms (26) erwärmt wird.
  6. Verfahren, wie in Anspruch 4 oder Anspruch 5 beansprucht, worin das wasserstoffreiche Kältemittel einen Teil des ersten wasserstoffreichen Dampfes umfasst.
  7. Verfahren, wie in Anspruch 2 oder Anspruch 3 beansprucht, zusätzlich umfassend: das Vereinigen mindestens eines Teils des ersten wasserstoffreichen Dampfes mit mindestens einem Teil des wasserstoffreichen Dampfes mit mindestens einem Teil des zweiten wasserstoffreichen Dampfes zur Erzeugung eines vereinigten wasserstoffreichen Dampfes, und das Kaltexpandieren des vereinigten wasserstoffreichen Dampfes zur Bereitstellung eines Teils der zum Kühlen und teilweisen Kondensieren des Einspeisgases erforderlichen Kälte und zur Erzeugung eines expandierten wasserstoffreichen Dampfes.
  8. Verfahren, wie in Anspruch 7 beansprucht, worin der expandierte wasserstoffreiche Dampf mit methanreicher Flüssigkeit (25) vereinigt wird, um einen Treibstoffstrom zu erzeugen, der weiter mittels Wärmeaustausch (3, 2) erwärmt wird, um einen Treibstoffgasstrom (26) bereitzustellen.
  9. Verfahren, wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 beansprucht, worin die wasserstoffabgestrippte Kohlenmonoxidflüssigkeit (14) Methan umfasst, das Verfahren weiter umfassend das Trennen der wasserstoffabgestrippten Kohlenmonoxidflüssigkeit (14) in einer Trennkolonne (16), um einen Kohlenmonoxid-Produktdampf (17) und eine methanreiche Flüssigkeit (25) zu erzeugen.
  10. Verfahren, wie in Anspruch 9 beansprucht, worin der Kohlenmonoxid-Produktdampf (17) mittels Wärmeaustausch (2) erwärmt und komprimiert (18) wird, um ein komprimiertes Kohlenomoxid-Produktgas (19) zu erzeugen, von dem ein Teil mittels Wäremaustausch (2, 3) gekühlt und mindestens teilweise kondensiert und nach Druckeinstellung (21) zur Trennkolonne (16) als Reflux (20) für die Trennung zurückgeführt wird.
  11. Verfahren, wie in Anspruch 9 oder Anspruch 10 beansprucht, worin mindestens ein Teil (25) der methanreichen Flüssigkeit mit einem wasserstoffreichen Dampf vereinigt wird, der sich von dem mit Wasserstoff angereicherten kohlenmonoxidreichen Dampf aus der Wasserstoffstrippkolonne ableitet, um einen Treibstoffstrom zu erzeugen.
  12. Verfahren, wie in einem der Ansprüche 9 bis 11 beansprucht, worin die wasserstoffabgestrippte Kohlenmonoxidflüssigkeit (14) phasengetrennt (15) wird, um einen gasförmigen Strom und einen flüssigen Strom zu erzeugen, wobei der flüssige Strom mittels Wärmeaustausch (3) verdampft und der verdampfte flüssige Strom mit dem gasförmigen Strom vereinigt wird und die vereinigten gasförmigen Ströme in die Trennkolonne (16) eingespeist werden.
  13. Vorrichtung zum Trennung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus einem Gasgemisch derselben, die Vorrichtung umfassend: erste Wärmeaustauschmittel (2, 3, 6) zum Kühlen und teilweisen Kondensieren von Einspeisgas (1), umfassend Kohlenmonoxid und Wasserstoff, zur Erzeugung von gekühltem und teilweise kondensierten Einspeisgas; eine Trennvorrichtung (8) zum Trennen des gekühlten und teilweise kondensierten Einspeisgases zur Erzeugung eines ersten wasserstoffreichen Dampfes und einer ersten kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit; Leitungen zum Führen des gekühlten und teilweise kondensierten Einspeisgases von dem ersten Wärmeaustauschmittel (2, 3, 6) zur Trennvorrichtung (8); eine Wasserstoffstrippkolonne (13) mit einem Betriebsdruck unterhalb des Einspeisdrucks zum Abstrippen von Wasserstoff aus der kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit, um eine wasserstoffabgestrippte Kohlenmonoxidflüssigkeit (14) und einen mit Wasserstoff angereicherten Kohlenmonoxiddampf (22) zu erzeugen; Leitungen zum Führen eines ersten Stroms (12) der kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit aus der Trennvorrichtung (8) zur Wasserstoffstrippkolonne (13); zweite Wärmeaustauschmittel (6, 2) zum Verdampfen der kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit, um mindestens einen Teil der zum Kühlung und teilweisen Kondensieren des Einspeisgases erforderlichen Kälte bereitzustellen und einen kohlenmonoxidreichen Dampf zu erzeugen; Leitungen zum Führen eines zweiten Stroms (28) der kohlenmonoxidreichen Flüssigkeit von der Trennvorrichtung (8) zu dem/den zweiten Wärmeaustauschmittel(n) (6, 2); einen Kompressor (29) zum Komprimieren des kohlenmonoxidreichen Dampfes zur Erzeugung eines komprimierten kohlenmonoxidreichen Dampfes (30), und Leitungen zum Führen des kohlenmonoxidreichen Dampfes von dem zweiten Wärmeaustauschmittel zum Kompressor (29), wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der komprimierte kohlenmonoxidreiche Dampf (30) sich bei einem Druck unterhalb des Einspeisdruckes befindet und dass die Vorrichtung zusätzlich umfasst: dritte Wärmeaustauschmittel (2, 3) zum Kühlen und mindestens teilweisen Kondensieren des komprimierten kohlenmonoxidreichen Dampfes (30) zur Erzeugung eines mindestens teilweise kondensierten kohlenmonoxidreichen Dampfes (31); Leitungen zum Führen des komprimierten kohlenmonoxidreichen Dampfes (30) vom Kompressor (29) zu dem/den dritten Wärmeaustauschmittel(n) (2, 3), und Leitungen zum Führen mindestens eines Teils des mindestens teilweise kondensierten kohlenmonoxidreichen Dampfes (31) von dem/den dritten Wärmeaustauschmittel(n) (2, 3) zur Wasserstoffstrippkolonne (13).
  14. Vorrichtung, wie in Anspruch 13 beansprucht, worin die Vorrichtung an die Durchführung der Kombination der Merkmale des Prozesses, wie er in einem der Ansprüche 2 bis 12 definiert ist, angepasst ist.
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