EP4462048A1 - Procédé et appareil de production de monoxyde de carbone - Google Patents

Procédé et appareil de production de monoxyde de carbone Download PDF

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EP4462048A1
EP4462048A1 EP24170715.7A EP24170715A EP4462048A1 EP 4462048 A1 EP4462048 A1 EP 4462048A1 EP 24170715 A EP24170715 A EP 24170715A EP 4462048 A1 EP4462048 A1 EP 4462048A1
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EP
European Patent Office
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enclosure
storage
carbon monoxide
gas flow
compressor
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Application number
EP24170715.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Antoine Hernandez
Jean-Marc Peyron
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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 Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for producing carbon monoxide.
  • WO08/142349 describes a liquid carbon monoxide capacity integrated with a distillation column, producing liquid to be vaporized in the heat exchanger where the feed gas to be separated is cooled.
  • WO04/102094 describes a liquid carbon monoxide capacity integrated with a distillation column, producing liquid to be vaporized in a dedicated heat exchanger.
  • DE102007062213 illustrates a method for separating a mixture containing carbon monoxide with a figure where dotted lines surround the separation means. However, these lines do not appear to define a thermally insulated enclosure since they surround an exchanger heated by water vapor. In the case where the volume of liquid carbon monoxide to be stored is large, the invention provides for installing the liquid CO capacity in a heat-insulated enclosure independent of the enclosure(s) containing the synthesis gas purification equipment.
  • the invention avoids having liquid CO pipes outside a heat-insulated enclosure, which makes it possible to install the storage unit far from the thermally insulated enclosure where the separation of gaseous CO takes place.
  • an apparatus for producing carbon monoxide comprising a separation apparatus in a first thermally insulated enclosure, a second thermally insulated enclosure containing a storage and at least one heat exchanger arranged in the second enclosure, means for sending a mixture containing carbon monoxide and at least one other component to be separated by partial condensation and/or distillation and/or washing to form a gas flow enriched in carbon monoxide in the separation apparatus, means for removing the gas flow from the first enclosure, means for sending gas flow from the first enclosure to a second thermally insulated enclosure in which it is liquefied in the at least one heat exchanger, means for sending the liquefied carbon monoxide from the at least one heat exchanger to the storage in liquid form, a vaporizer and means for sending at least occasionally liquid from the storage to vaporize in the vaporizer outside the second enclosure to be used as a product.
  • the device comprises a compressor downstream of the first enclosure and upstream of the second enclosure and means for sending at least part of the gas flow to be compressed in the compressor.
  • a first enclosure E1 contains a separation apparatus which separates a mixture containing carbon monoxide and at least one other component by partial condensation and/or distillation and/or washing to form a gas flow 1 enriched in carbon monoxide.
  • the first enclosure E1 is thermally insulated and comprises for example at least one methane washing column, a stripping column and a CO/CH4 separation column.
  • the gas flow line 1 is not thermally insulated and brings the gas flow to a compressor C1.
  • the compressed carbon monoxide gas in the compressor is sent partly to the customer (flow rate 3) and partly (not shown) to the enclosure E1 since the compressor is the compressor of a carbon monoxide cycle.
  • the compressed carbon monoxide is preferably liquefied in the first enclosure E1 and returned to the CO/CH4 separation column.
  • a flow 5 is sent to a second enclosure E2, thermally insulated by means of perlite or by evacuation of a space surrounding the contents of the enclosure E2.
  • the second enclosure E2 contains two heat exchangers H1, H2 and a storage of liquid carbon monoxide S.
  • Flow rate 5 is relatively reduced compared to flow rate 1 and can be liquefied by indirect heat exchange with liquid nitrogen or other suitable means, for example heat exchange with liquefied natural gas.
  • the liquefied flow 5 is stored in the storage in the enclosure E2 and is drawn off from it from time to time, vaporized in a vaporizer 7 outside the enclosure E2 by heat exchange with water vapor or with air and sent to the customer.
  • the storage in the enclosure E2 can also be supplied by a second separation device in a third thermally insulated enclosure E3.
  • the third enclosure E3 contains a separation apparatus that separates a mixture containing carbon monoxide and at least one other component by partial condensation and/or distillation and/or washing to form a gas flow 11 enriched in carbon monoxide.
  • the third enclosure E3 is thermally insulated and comprises for example at least one methane washing column, a stripping column and a CO/CH4 separation column.
  • the gaseous carbon monoxide 11 compressed in a compressor C2 (or the compressor C1) is sent partly to the customer (flow 13) and partly (not shown) to the enclosure E3 since the compressor C2 is the compressor of a carbon monoxide cycle.
  • the compressed carbon monoxide is preferably liquefied in the first enclosure E1 and returned to the CO/CH4 separation column.
  • a flow 15 is compressed in the compressor C2 (or the compressor C1) then sent to a second enclosure E2.
  • FIG 2 shows in more detail the E2 enclosure of the figure 1 which is thermally insulated.
  • Enclosure E2 contains two heat exchangers H1, H2 and a liquid carbon monoxide storage.
  • a flow 5 of gaseous carbon monoxide cools in heat exchanger H1 and liquefies in heat exchanger H2.
  • Liquid carbon monoxide formed is sent to storage S.
  • the heat inputs in storage S generate gas 21 which heats up in heat exchangers H2, H1.
  • the frigories to liquefy gas 5 come mainly from liquid nitrogen LIN which vaporizes in heat exchanger H2 and then heats up in exchanger H1.
  • a liquid 23 is drawn from the storage S and from the second enclosure E2 to vaporize in the vaporizer 7.
  • the gas 21 heated in the exchanger H1 can be compressed in the compressor C1 or C2 to form a part of the product, or can be sent directly to the final product 9.
  • the gas 21 otherwise can be sent to the first enclosure E1 or the third enclosure E3 after compression in the compressor C1 or C2 or without compression.
  • the gas 21 can be sent to the enclosure E1, E3 to enter a column of the enclosure or otherwise in an exchanger or a pipe of the enclosure E1, E3. Thus it can be part of the product 1, 9 or 11, 9.
  • Gas 1, 11 can be produced under pressure directly from the cold separation box E1, E3.
  • the compressor C1, C2 may not be present, being replaced for example by a nitrogen cycle. It will be sufficient to produce gas 1, 11 with a slightly higher pressure to overcome the pressure loss through the cold box of storage S.

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Abstract

Dans un procédé de production de monoxyde de carbone, un débit gazeux enrichi en monoxyde de carbone (1, 11) est envoyé d'un appareil de séparation dans une première enceinte isolée thermiquement (E1, E3) à une deuxième enceinte isolée thermiquement (E2) dans laquelle elle est liquéfiée dans au moins un échangeur de chaleur et stockée dans un stockage sous forme liquide, le stockage et l'au moins un échangeur de chaleur étant disposés dans la deuxième enceinte et au moins ponctuellement du liquide du stockage est vaporisé (7) en dehors de la deuxième enceinte et utilisé comme produit.

Description

  • La présente invention concerne un procédé et un appareil de production de monoxyde de carbone.
  • Les unités de production de monoxyde de carbone et d'hydrogène peuvent être séparées en deux parties :
    • génération du gaz de synthèse (mélange contenant H2, CO, CH4, CO2, Ar et N2 essentiellement). Parmi les diverses voies industrielles de production de gaz de synthèse, celle à base de gazéification de charbon semble se développer de plus en plus notamment dans les pays riches en dépôts de charbon comme la Chine. Le procédé d'oxydation partielle du gaz naturel peut s'avérer également intéressant pour la production de CO seul ou avec des rapports de production H2/CO faible. Une autre voie est le reformage à la vapeur à partir de gaz naturel.
    • purification du gaz de synthèse. On retrouve :
    • une unité de lavage avec un solvant liquide pour éliminer la plus grande partie des gaz acides contenus dans le gaz de synthèse
    • une unité d'épuration sur lit d'adsorbants.
    • une unité de séparation par voie cryogénique dite boite froide pour la production de monoxyde.
  • WO08/142349 décrit une capacité de monoxyde de carbone liquide intégrée avec une colonne de distillation, produisant du liquide à vaporiser dans l'échangeur de chaleur où se refroidit le gaz d'alimentation à séparer.
  • WO04/102094 décrit une capacité de monoxyde de carbone liquide intégrée avec une colonne de distillation, produisant du liquide à vaporiser dans un échangeur de chaleur dédié.
  • DE102007062213 illustre un procédé de séparation d'un mélange contenant du monoxyde de carbone avec une figure où des lignes pointillées entourent les moyens de séparation. Or ces lignes ne semblent pas définir une enceinte isolée thermiquement puisqu'elles entourent un échangeur chauffé par de la vapeur d'eau. Dans le cas où le volume de monoxyde de carbone liquide à stocker est important, l'invention prévoit d'installer la capacité de CO liquide dans une enceinte calorifugée indépendante de(s) enceintes contenant les équipements de la purification du gaz de synthèse.
  • Ceci permet d'augmenter la sécurité liée à une capacité de CO liquide.
  • L'unité indépendante contenant le stockage de CO liquide est alimentée en CO gazeux et comprend éventuellement au moins certains des moyens suivants pour permettre la liquéfaction de CO et son stockage :
    • Echangeur pour condenser le CO gazeux avec de l'azote liquide
    • Récupération de gaz produit par entrée de chaleur du stockage vers le procédé de purification de CO
    • Isolation thermique de l'unité stockage par de la perlite ou sous-vide : indépendante
    • Peut être alimentée par plusieurs sources de CO
  • Par l'invention, on évite d'avoir des tuyauteries de CO liquide à l'extérieur d'une enceinte calorifugé, ce qui permet d'installer l'unité de stockage loin de l'enceinte isolée thermiquement où s'effectue la séparation du CO gazeux.
  • Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de production de monoxyde de carbone dans lequel
    1. i) Un mélange contenant du monoxyde de carbone et au moins un autre composant est séparé par condensation partielle et/ou distillation et/ou lavage pour former un débit gazeux enrichi en monoxyde de carbone dans un appareil de séparation dans une première enceinte isolée thermiquement
    2. ii) Le débit gazeux est sorti de la première enceinte, éventuellement comprimé dans un compresseur et au moins une partie du débit gazeux est au moins ponctuellement envoyée à une deuxième enceinte isolée thermiquement dans laquelle elle est liquéfiée dans au moins un échangeur de chaleur et stockée dans un stockage sous forme liquide, le stockage et l'au moins un échangeur de chaleur étant disposés dans la deuxième enceinte et
    3. iii) Au moins ponctuellement du liquide du stockage est vaporisé en dehors de la deuxième enceinte et utilisé comme produit.
  • Selon d'autres caractéristiques facultatives :
    • l'au moins une partie du débit gazeux est liquéfiée dans l'au moins un échangeur de chaleur par échange de chaleur avec un débit d'azote liquide.
    • du gaz vaporisé par des entrées de chaleur dans le stockage est comprimé dans un/le compresseur.
    • au moins une partie d'un gaz vaporisé par des entrées de chaleur dans le stockage est renvoyée à la première enceinte.
    • au moins une partie du gaz vaporisé par des entrées de chaleur dans le stockage est renvoyée à une colonne de distillation dans la première enceinte.
    • l'au moins une partie du gaz vaporisé par des entrées de chaleur dans le stockage est renvoyée à une colonne de distillation dans la première enceinte après compression dans le compresseur
    • au moins une partie du gaz vaporisé est renvoyée à une colonne de distillation dans la première enceinte.
    • au moins une partie du gaz vaporisé est comprimé dans le compresseur et renvoyée à une colonne de distillation dans la première enceinte
    • une partie du débit gazeux sert de monoxyde de carbone produit par le procédé sans avoir été liquéfiée.
    • une partie du débit gazeux comprimé dans le compresseur sert de monoxyde de carbone produit par le procédé sans avoir été liquéfiée.
    • un autre mélange contenant du monoxyde de carbone et au moins un autre composant est séparé par condensation partielle et/ou distillation et/ou lavage pour former un autre débit gazeux enrichi en monoxyde de carbone dans un autre appareil de séparation dans une troisième enceinte isolée thermiquement, le débit gazeux est sorti de la troisième enceinte, comprimé dans un ou le compresseur et au moins ponctuellement envoyé à la deuxième enceinte.
  • Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de production de monoxyde de carbone comprenant un appareil de séparation dans une première enceinte isolée thermiquement, une deuxième enceinte isolée thermiquement contenant un stockage et au moins un échangeur de chaleur disposés dans la deuxième enceinte, des moyens pour envoyer un mélange contenant du monoxyde de carbone et au moins un autre composant pour être séparé par condensation partielle et/ou distillation et/ou lavage pour former un débit gazeux enrichi en monoxyde de carbone dans l'appareil de séparation, des moyens pour sortir le débit gazeux de la première enceinte, des moyens pour envoyer du débit gazeux de la première enceinte à une deuxième enceinte isolée thermiquement dans laquelle il est liquéfié dans l'au moins un échangeur de chaleur, des moyens pour envoyer le monoxyde de carbone liquéfié de l'au moins un échangeur de chaleur au stockage sous forme liquide, un vaporiseur et des moyens pour envoyer au moins ponctuellement du liquide du stockage se vaporiser dans le vaporiseur en dehors de la deuxième enceinte pour être utilisé comme produit.
  • Eventuellement l'appareil comprend un compresseur en aval de la première enceinte et en amont de la deuxième enceinte et des moyens pour envoyer au moins une partie du débit gazeux se comprimer dans le compresseur.
  • L'appareil peut comprendre :
    • des moyens pour envoyer du gaz vaporisé par des entrées de chaleur dans le stockage à la première enceinte.
    • des moyens pour envoyer du gaz vaporisé par des entrées de chaleur dans le stockage à une colonne de distillation dans la première enceinte.
    • un compresseur et des moyens pour envoyer au moins une partie du gaz vaporisé pour être comprimé dans le compresseur en amont de la première enceinte.
  • L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures dans lesquelles :
    • La figure 1 illustre un procédé selon l'invention.
    • La figure 2 illustre une partie du procédé selon l'invention de la figure 1.
  • Dans la figure 1, une première enceinte E1 contient un appareil de séparation qui sépare un mélange contenant du monoxyde de carbone et au moins un autre composant par condensation partielle et/ou distillation et/ou lavage pour former un débit gazeux 1 enrichi en monoxyde de carbone. La première enceinte E1 est isolée thermiquement et comprend par exemple au moins une colonne de lavage au méthane, une colonne d'épuisement et une colonne de séparation CO/CH4.
  • La conduite du débit gazeux 1 n'est pas isolée thermiquement et amène le débit gazeux vers un compresseur C1.
  • Selon un premier mode d'opération, le monoxyde de carbone gazeux comprimé dans le compresseur est envoyé en partie vers le client (débit 3) et en partie (non-illustrée) vers l'enceinte E1 puisque le compresseur est le compresseur d'un cycle de monoxyde de carbone. Le monoxyde de carbone comprimé est de préférence liquéfié dans la première enceinte E1 et renvoyé à la colonne de séparation CO/CH4.
  • Selon un deuxième mode d'opération, par exemple, quand les besoins du client sont réduits, un débit 5 est envoyé à une deuxième enceinte E2, thermiquement isolée au moyen de perlite ou par évacuation d'un espace entourant le contenu de l'enceinte E2. La deuxième enceinte E2 contient deux échangeurs de chaleur H1, H2 et un stockage de monoxyde de carbone liquide S.
  • Le débit 5 est relativement réduit par rapport au débit 1 et peut être liquéfié par échange de chaleur indirect avec de l'azote liquide ou un autre moyen adapté, par exemple l'échange de chaleur avec du gaz naturel liquéfié.
  • Le débit 5 liquéfié est stocké dans le stockage dans l'enceinte E2 et en est soutiré de temps en temps, vaporisé dans un vaporiseur 7 en dehors de l'enceinte E2 par échange de chaleur avec de la vapeur d'eau ou avec de l'air et envoyé au client. En variante, le stockage dans l'enceinte E2 peut également être alimenté par un deuxième appareil de séparation dans une troisième enceinte E3 thermiquement isolée.
  • La troisième enceinte E3 contient un appareil de séparation qui sépare un mélange contenant du monoxyde de carbone et au moins un autre composant par condensation partielle et/ou distillation et/ou lavage pour former un débit gazeux 11 enrichi en monoxyde de carbone. La troisième enceinte E3 est isolée thermiquement et comprend par exemple au moins une colonne de lavage au méthane, une colonne d'épuisement et une colonne de séparation CO/CH4. Selon un premier mode d'opération, le monoxyde de carbone gazeux 11 comprimé dans un compresseur C2 (ou le compresseur C1) est envoyé en partie vers le client (débit 13) et en partie (non-illustrée) vers l'enceinte E3 puisque le compresseur C2 est le compresseur d'un cycle de monoxyde de carbone. Le monoxyde de carbone comprimé est de préférence liquéfié dans la première enceinte E1 et renvoyé à la colonne de séparation CO/CH4.
  • Selon un deuxième mode d'opération, par exemple, quand les besoins du client sont réduits, un débit 15 est comprimé dans le compresseur C2 (ou le compresseur C1) puis envoyé à une deuxième enceinte E2.
  • La figure 2 montre de manière plus détaillée l'enceinte E2 de la figure 1 qui est thermiquement isolée. L'enceinte E2 contient deux échangeurs de chaleur H1, H2 et un stockage de monoxyde de carbone liquide.
  • Un débit 5 de monoxyde de carbone gazeux se refroidit dans l'échangeur de chaleur H1 et se liquéfie dans l'échangeur de chaleur H2. Le monoxyde de carbone liquide formé est envoyé au stockage S. Les entrées de chaleur dans le stockage S génèrent du gaz 21 qui se réchauffe dans les échangeurs de chaleur H2, H1. Les frigories pour liquéfier le gaz 5 proviennent surtout de l'azote liquide LIN qui se vaporise dans l'échangeur de chaleur H2 et se réchauffe ensuite dans l'échangeur H1.
  • Un liquide 23 est soutiré du stockage S et de la deuxième enceinte E2 pour se vaporiser dans le vaporiser 7.
  • Le gaz 21 réchauffé dans l'échangeur H1 peut être comprimé dans le compresseur C1 ou C2 pour former une partie du produit, ou peut être envoyé directement au produit final 9. Le gaz 21 sinon peut être envoyé à la première enceinte E1 ou la troisième enceinte E3 après compression dans le compresseur C1 ou C2 ou sans compression. Le gaz 21 peut être envoyé à l'enceinte E1, E3 pour rentrer dans une colonne de l'enceinte ou sinon dans un échangeur ou une conduite de l'enceinte E1, E3. Ainsi il peut faire partie du produit 1, 9 ou 11, 9.
  • Le gaz 1, 11 peut être produit sous pression directement de la boîte froide de séparation E1, E3. Dans ce cas, le compresseur C1, C2 peut ne pas être présent, étant remplacé par exemple par un cycle d'azote. Il suffira de produire le gaz 1, 11 avec une pression un peu plus haute pour vaincre la perte de charge à travers la boîte froide du stockage S.

Claims (13)

  1. Procédé de production de monoxyde de carbone (9) dans lequel
    i) Un mélange contenant du monoxyde de carbone et au moins un autre composant est séparé par condensation partielle et/ou distillation et/ou lavage pour former un débit gazeux enrichi en monoxyde de carbone (1, 11) dans un appareil de séparation dans une première enceinte isolée thermiquement (E1, E3)
    ii) Le débit gazeux est sorti de la première enceinte, éventuellement comprimé dans un compresseur (C1, C2), et au moins une partie (5, 15) du débit gazeux est au moins ponctuellement envoyée à une deuxième enceinte isolée thermiquement (E2) dans laquelle elle est liquéfiée dans au moins un échangeur de chaleur (H1, H2) et stockée dans un stockage (S) sous forme liquide, le stockage et l'au moins un échangeur de chaleur étant disposés dans la deuxième enceinte et
    iii) Au moins ponctuellement du liquide (23) du stockage est vaporisé en dehors de la deuxième enceinte et utilisé comme produit.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'au moins une partie (5, 15) du débit gazeux est liquéfiée dans l'au moins un échangeur de chaleur (H1, H2) par échange de chaleur avec un débit d'azote liquide (LIN).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel du gaz (21) vaporisé par des entrées de chaleur dans le stockage (S) est comprimé dans un/le compresseur (C1, C2).
  4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 dans lequel au moins une partie d'un gaz vaporisé (21) par des entrées de chaleur dans le stockage est renvoyée à la première enceinte (E1, E3).
  5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel au moins une partie du gaz vaporisé (21) par des entrées de chaleur dans le stockage est renvoyée à une colonne de distillation dans la première enceinte (E1, E3).
  6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel l'au moins une partie du gaz vaporisé (21) par des entrées de chaleur dans le stockage est renvoyée à une colonne de distillation dans la première enceinte (E1, E3) après compression dans le compresseur
  7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel une partie (3, 13) du débit gazeux sert de monoxyde de carbone produit (9) par le procédé sans avoir été liquéfiée.
  8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel un autre mélange contenant du monoxyde de carbone et au moins un autre composant est séparé par condensation partielle et/ou distillation et/ou lavage pour former un autre débit gazeux enrichi en monoxyde de carbone dans un autre appareil de séparation dans une troisième enceinte isolée thermiquement (E3), le débit gazeux est sorti de la troisième enceinte, éventuellement comprimé dans un ou le compresseur (C1, C2) et au moins ponctuellement envoyé à la deuxième enceinte (E2).
  9. Appareil de production de monoxyde de carbone comprenant un appareil de séparation dans une première enceinte isolée thermiquement (E1, E3), une deuxième enceinte isolée thermiquement (E2) contenant un stockage (S) et au moins un échangeur de chaleur (H1, H2) disposés dans la deuxième enceinte, des moyens pour envoyer un mélange contenant du monoxyde de carbone et au moins un autre composant pour être séparé par condensation partielle et/ou distillation et/ou lavage pour former un débit gazeux (1, 11) enrichi en monoxyde de carbone dans l'appareil de séparation, des moyens pour sortir le débit gazeux de la première enceinte, des moyens pour envoyer du débit gazeux (5, 15) de la première enceinte à la deuxième enceinte isolée thermiquement dans laquelle il est liquéfié dans l'au moins un échangeur de chaleur, des moyens pour envoyer le monoxyde de carbone liquéfié de l'au moins un échangeur de chaleur au stockage sous forme liquide, un vaporiseur (7) et des moyens pour envoyer au moins ponctuellement du liquide (23) du stockage se vaporiser dans le vaporiseur en dehors de la deuxième enceinte pour être utilisé comme produit.
  10. Appareil selon la revendication 9 comprenant un compresseur (C1, C2) en aval de la première enceinte (E1, E3) et en amont de la deuxième enceinte (E2) et des moyens pour envoyer au moins une partie du débit gazeux se comprimer dans le compresseur.
  11. Appareil selon la revendication 9 ou 10 comprenant des moyens pour envoyer du gaz vaporisé (21) par des entrées de chaleur dans le stockage (S) à la première enceinte (E1, E3).
  12. Appareil selon la revendication 11 comprenant des moyens pour envoyer du gaz vaporisé (21) par des entrées de chaleur dans le stockage (S) à une colonne de distillation dans la première enceinte (E1, E3).
  13. Appareil selon la revendication 12 comprenant un compresseur et des moyens pour envoyer au moins une partie du gaz vaporisé (21) être comprimé dans le compresseur en amont de la première enceinte (E1, E3).
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