JP2007502398A - 少なくとも１０％の一酸化炭素をふくむ流体混合物を提供するための方法および装置 - Google Patents

少なくとも１０％の一酸化炭素をふくむ流体混合物を提供するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

少なくとも一酸化炭素、水素およびメタンを含む供給ガスの低温分離により少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物（７３）を製造するための方法において、供給ガス（１）は、水素で富化された第１のガス（７１）を製造するために分離され、供給ガスは、メタン洗浄塔（７）の中でスクラビングされ、メタン洗浄塔の底部由来の一酸化炭素富化流（１３）は一酸化炭素で富化された更なる流れ（２３）を製造するために分離され、一酸化炭素でさらに富化された流れは、一酸化炭素富化流（３１、４９）および液体メタン流（２７）を生成させるために分離され、一酸化炭素富化流の少なくとも一部（７２）は、生成物流として少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物を生成させるために水素で富化された第１のガスと混合される。

Description

発明の分野
本発明は、少なくとも１０％の一酸化炭素、好ましくは４０ないし６０％の一酸化炭素を含む流体、好ましくはガス状混合物を提供するための方法および装置に関する。そのような方法は、また、少なくとも９０％の一酸化炭素を含むガス状一酸化炭素を含む更なる製品を製造し得る。
１９８５年にシュプリンガー・ファーラックにより出版されたハウゼンとリンデによるティーフテンパラチュールテクニークは、オキソシンセシス法を提供するための一酸化炭素と水素の混合物の使用を記述する。
一酸化炭素および水素を含む分離された混合物のためのメタン洗浄塔システムの例は、ＵＳ−Ａ−６２６９６５７、ＵＳ−Ａ−６０９４９３８、ＵＳ−Ａ−６０８２１３４、ＵＳ−Ａ−６０７３４６１、ＵＳ−Ａ−６０６２０４２、ＵＳ−Ａ−５５９２８３１、ＵＳ−Ａ−５２９５３５６、ＵＳ−Ａ−４８８８０３５、ＵＳ−Ａ−４３１１４９６、ＵＳ−Ａ−４１０２６５９、ＵＳ−Ａ−３８８６７５６およびＥＰ−Ａ−８３７０３１において見出されるはずである。
言及されるすべてのパーセンテージは、モルパーセンテージであり、すべての圧力は、絶対圧力である。
本発明によれば、メタン洗浄塔を含む塔の系の中の分離ユニットの中の主要成分として少なくとも一酸化炭素、水素およびメタンを含む供給ガスの低温分離により少なくとも１０％の一酸化炭素、および可能であればガス状一酸化炭素を含む混合物を製造するための方法であって、
ａ）水素で富化された第１のガスを生成させるために供給ガスを処理する工程、
ｂ）メタン洗浄塔の中で液体メタン流により供給ガスまたは供給ガスから誘導されるガスをスクラビングする工程、
ｃ）メタン洗浄塔からガス状水素富化流を引き出す工程、
ｄ）一酸化炭素でさらに富化された流れを作り出すためにメタン洗浄塔の底部から一酸化炭素富化流を分離する工程、
ｅ）一酸化炭素富化流および液体メタン流を生成させるために、一酸化炭素でさらに富化された流れを分離する工程、
ｆ）メタン洗浄塔に液体メタン流の少なくとも一部を送る工程、および
ｇ）製品の流れとして少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物を生成させるために水素が富化された第１のガスと一酸化炭素富化流の少なくとも一部を混合する工程
を含む方法が提供される。
方法は、分離ユニットに送られる精製された供給ガスを製造するために少なくとも２つの吸着剤床の１つにおいて吸着工程を用いて供給ガスを精製する工程、冷却され、精製された供給ガスを生成させるために熱交換器中で、精製された供給ガスの少なくとも一部を冷却する工程、およびメタン洗浄塔に冷却され精製された供給ガスを送る工程を含み得る。
方法の任意の特徴によれば、
−供給ガスは熱交換器の中で冷却されて処理され、次いで、水素が富化されたガスを生成させるために熱交換器の中間温度の相分離装置の中で、または熱交換器の下流で分離され、相分離装置で生成するガスの少なくとも一部は、水素で富化された第１のガスを構成し、製品流として少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物を生成させるために一酸化炭素富化流の少なくとも一部と混合される。
−相分離装置の中で生成するガスの一部および／または相分離装置の中で生成する液体の少なくとも一部は、メタン洗浄塔に送られ、メタン洗浄塔に送られない層分離装置の中で生成するガスの少なくとも一部は、水素で富化された第１のガスを構成する。
−供給ガスはメタン洗浄塔の中で処理され、水素で富化された第１のガスは、メタン洗浄塔の底部上の理論的にはいくつかの数のトレーで除去される。
−少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物は最大で９０％の一酸化炭素および好ましくは４０〜６０％の一酸化炭素および好ましくは１０ないし９０％の水素を含む。
−水素で富化された第１のガスの少なくとも一部はタービン中で膨張する。
−冷凍サイクルのコンプレッサーが一酸化炭素富化流の少なくとも一部を圧縮する一酸化炭素冷凍サイクルを用いる。
−一酸化炭素富化流の一部が純粋な一酸化炭素生成物として除去される。
本発明の更なる側面によれば、低温蒸留により主要成分として少なくとも一酸化炭素、水素およびメタンを含む供給ガスから少なくとも１０％一酸化炭素を含む混合物を製造するための設備であって、
ａ）水素が富化された第１のガスを生成させるために供給ガスを処理するための第１の分離手段、
ｂ）メタン洗浄塔、およびメタン洗浄塔に供給ガスまたは供給ガスに由来するガスの少なくとも一部を送るための手段、およびメタン洗浄塔の頂部に液体メタン流を送るための手段、
ｃ）メタン洗浄塔の底部から第２の分離手段、好ましくは低温蒸留塔に液体を送るための手段、第２の分離手段から水素富化流および一酸化炭素富化流を取り出すための手段、
ｄ）第３の分離手段、好ましくは低温蒸留塔に一酸化炭素富化流の少なくとも一部を送るための手段、および第３の分離手段から一酸化炭素富化流およびメタン富化流を取り出すための手段、
ｅ）生成物ガスとして少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物を生成させるために水素で富化された第１のガスと一酸化炭素富化流の少なくとも一部を混合するための手段および可能であれば、生成物流として一酸化炭素の別の部分を取り出すための手段
を含む設備が提供される。
設備は、
−第１の分離手段がメタン洗浄塔であり、水素で富化された第１のガスがメタン洗浄塔の底部上のいくつかのトレーで取り出されるメタン洗浄塔の中の供給ガスの少なくとも一部を処理するための手段、
−第１の分離手段を構成する相分離装置、供給ガスを冷却するための熱交換器、熱交換器の中間点でまたは熱交換器の下流で供給ガスを除去し、相分離装置に供給ガスを送るための手段、相分離装置から水素で富化された第１のガスを取り出すための手段および可能であれば、供給ガスから誘導されるガスとして相分離装置からメタン洗浄塔にガスを送るための手段、
−相分離装置からメタン洗浄塔に、および／または第２の分離手段に、および／または熱交換器に、液体の少なくとも一部を送るための手段、
−タービンおよびタービンに水素で富化された第１のガスの少なくとも一部を送るための手段
を含み得る。
少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物は、好ましくは、少なくとも１０％の水素を含む。混合物は、メタンまたは窒素のような少量の他の不純物を含み得るけれども、さらにより好ましくは、混合物は、４０ないし６０％の一酸化炭素および４０ないし６０％の水素を含む。
一酸化炭素と水素の混合物を製造するための、標準的な手順は、混合物中で所望の比の一酸化炭素と水素を提供するために純粋な一酸化炭素と純粋な水素の精製された流れを混合することである。
第２の分離手段は、除去カラムまたは相分離装置であり得る。
本発明は、純粋な生成物に変換されるべきである供給ガスのほんの一部を精製することにより分離ユニットの、特に塔のサイズを減少させる。このことはまた、エネルギーコストの減少も導く。混合物を生成させるために用いられる水素富化ガスは、分離ユニットの塔のいずれにも存在しない。
本発明はこれから、非常に単純化されているが、本発明による設備の主要要素を含む図面を参照してより詳細に説明される。
図１は、主として、メタン、一酸化炭素および水素を含む混合物を分離するための装置を示す。混合物は、また、少量の窒素、二酸化炭素、水分、高級炭化水素なども含み得る。この混合物は、一般に、部分酸化ユニット、水蒸気メタンリホーマー、または自家発熱リホーマーにより製造される合成ガスである。
図２は、図１の方法のための別の供給ガス配置を示す。
図１において、一酸化炭素、水素、メタンおよび可能的に他の不純物を含む混合物１は、水と二酸化炭素を除去するために周囲温度で先端精製ユニット３中で精製される。次いで、混合物を熱交換器５中で極低温に冷却し、１０〜６０バールの圧力で稼動するメタン洗浄塔７の底部に送る。メタン洗浄流９は塔７の頂部に供給され、水素富化流１１は、塔の頂部から取り出される。塔の底部から、一酸化炭素が富化された液体流１３が取り出される。
水素が富化されたガス流７１は、メタン洗浄塔に入る前に、またはメタン洗浄塔の底部で（塔の底部は相分離装置として用いられる）、または塔の底部より数段上で取り出され、熱交換器５中で暖められる。ガス７１は、生ガスと呼ばれる。
ガス流８１の一部または全部は、本方法のために凍結を提供するためにタービン８９中で膨張され得る。
流れ１３は、さらに、４〜１７バールで稼動されるストリッピング塔１９に送られる前に処理され、流れ１３から生成する少なくとも１つの供給流は、ストリッピング塔１９の頂部に送られる。代わりに、もしメタンの流れがストリッピング塔１９の頂部に供給されるならば、供給流は、より低い場所でそこに供給される。ストリッピング塔の頂部由来のガス２１は、交換器５中で暖められ、燃料として用いられるか燃焼させられる。ストリッピング塔１９の底部由来の液体流２３は、塔２７に送られる前にさらに処理される。特に、異なるレベルでのいくつかの供給（液体、２相、ガス）が、塔２７に提供され得る。塔２７は、１〜１０バール、しばしば、ほぼ２．５バールで稼動される。そこではそれは、塔の底部でメタン富化液体２９を、塔の頂部で一酸化炭素富化ガス３１を生成させるために分離される。メタン富化液体の一部は、ポンプ輸送され、メタン洗浄塔の頂部に送られ、残りは、パージ流として除去される。メタン富化液体の２つの部分は、塔から別々に取り出され得る。この例において、メタン富化液体は、ポンプ３３によりポンプ輸送され、メタン洗浄塔７の頂部に部分的に送られ、残りのパージ流は、流れ２１と混合される。流れ２１と混合されるか（混合されない）部分は、ポンプ輸送される必要が無い。
一酸化炭素富化流３１は、コンプレッサー３５中で圧縮され得、その一部は、圧縮されたＣＯ生成物ガス３７として取り出され得る。しかしながら、純粋な一酸化炭素の製造は、本発明の本質的な特徴ではなく、製造されるすべての一酸化炭素は、少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物を生成させるために用いられ得る。
一酸化炭素富化流の別の部分は、コンプレッサー３５中で圧縮され得、次いで、少なくとも１０％の一酸化炭素および少なくとも１０％の水素を含む混合物７３（オキソガスと呼ばれる）を生成させるために、暖められた流れ７１（および／またはエクスパンダータービン８９に由来する、暖められ、膨張された流れ９１）と流れ７２として混合される。必要であれば、オキソガスコンプレッサーが存在し得る。
系の冷凍は、コンプレッサー３５が一部を構成するところの一酸化炭素サイクルにより提供される。一酸化炭素は、１０〜６０バールの圧力にコンプレッサー３５中で圧縮される。必要であれば、圧縮された一酸化炭素３９の一部は、交換器の中間温度まで交換器５中で冷却され、次いで、タービン４１中で膨張される。膨張さられた一酸化炭素ガスは、交換器５中で暖められ、その入り口圧力または中間圧力でコンプレッサー３５にリサイクルされる。膨張されていない一酸化炭素４３は塔１９および２７を再沸騰させるように機能し、それにより冷却された一酸化炭素は好ましくは過冷却され、バルブ４５中で膨張され、貯蔵容器４７に送られる。
この特定の場合において、貯蔵容器４７は、塔２７の一体的部分を形成し、加えて、塔２７の頂部への還流を提供し、メタン洗浄塔７を冷却するために液体一酸化炭素を供給し、一酸化炭素が熱交換器５の低温末端で熱交換ダイアグラムを均衡させるために気化する主要熱交換器５に直接液体一酸化炭素を供給するように機能する。
膨張により製造されるフラッシュガス４９は、圧縮の前に一酸化炭素富化ガス３１と混合される。
液体一酸化炭素の流れ５７は、メタン洗浄塔７中のガス流に対して交換器５９中で気化され、ガス状一酸化炭素サイクルの一部を構成する。
容器４７から引き出される液体一酸化炭素６１の更なる流れは、交換器５中で気化される。
それら両方の液体流は、本方法の通常機能の一部として引き出される。
気化器５３中で気化されるべき液体一酸化炭素の貯蔵は、本発明の必須の特徴ではない。
この方法は、例えば、オキソアルコールの製造において用いられるオキソガスのような少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物を製造するために用いられる。
図２は、図１において示されるのとは別の方法でメタン洗浄塔に供給する代替方式を示す。ここで供給ガス１は、交換器５の中間温度に冷却され（加熱ガスは図示しない）、相分離装置７５に送られる。そこで、該ガスは、ガス７７と液体８１を生成させるように分離する。ガスは２つに分割され、１つの部分７１は暖められ、図１の一酸化炭素流７２と混合された後少なくとも１０％、好ましくは４０〜６０％の一酸化炭素を含有する混合物の部分を生成させるように送り出され、残り７９は、熱交換器５の下流で冷却され、メタン洗浄塔７の底部に送られる。液体８１は、メタン洗浄塔７か、フラッシュ塔すなわちドラム１９か、または加熱されるべき交換器５か、いずれかに送り出され得る。代わりに、液体流８１Ａは、破線で示された二重相流を生成させるためにガス流７９と混合され、次いで、混合物８３は、さらに冷却され、メタン洗浄塔７に供給される。
主としてメタン、一酸化炭素および水素を含む混合物を分離するための装置を示す。 図１の方法のための別の供給ガス配分を示す。
符号の説明
３…前方末端生成ユニット、５…熱交換器、７…メタン洗浄塔、９…メタン洗浄流、１９…ストリッピング塔、３５…コンプレッサー、４１…タービン、４７…貯蔵容器、５３…気化器、８９…エクスパンダータービン

Claims (14)

  1. メタン洗浄塔（７）を含む塔の系における分離ユニット中において、主要成分として少なくとも一酸化炭素、水素およびメタンを含む供給ガス（１）の低温分離により少なくとも１０％の一酸化炭素、および可能的にガス状一酸化炭素を含む混合物（７３）を製造するための方法であって、
    ａ）水素（７１、７７）で富化された第１のガスを生成させるために前記供給ガスを処理する工程、
    ｂ）前記メタン洗浄塔中で、前記供給ガスまたは前記供給ガスから誘導されるガスを液体メタン流（９）によりスクラビングする工程、
    ｃ）前記メタン洗浄塔からガス状水素富化流（１１）を引き出す工程、
    ｄ）一酸化炭素でさらに富化された流れを作り出すために、前記メタン洗浄塔の底部から一酸化炭素富化流（１３）を分離する工程、
    ｅ）一酸化炭素富化流（３１、４９、５５）および液体メタン流（２７）を生成させるために、前記一酸化炭素でさらに富化された流れを分離する工程、
    ｆ）前記液体メタン流の少なくとも一部を前記メタン洗浄塔に送る工程、および
    ｇ）製品の流れとして少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物を生成させるために、一酸化炭素富化流（７２）の少なくとも一部を水素が富化された第１のガスと混合する工程
    を包含する方法。
  2. 前記分離ユニットに送られる精製された供給ガスを製造するために少なくとも２つの吸着剤床（３）の１つの中で吸着工程を用いて前記供給ガスを精製する工程、冷却され、精製された供給ガスを生成させるために熱交換器（５）中で前記精製された供給ガスの少なくとも一部を冷却する工程、および前記冷却され、精製された供給ガスを前記メタン洗浄塔（７）に送る工程を含む請求項１記載の方法。
  3. 前記供給ガスは熱交換器（５）中で冷却されることにより処理され、次いで、水素が富化されたガス（７７）を生成させるために熱交換器の中間温度で、または熱交換器の下流で相分離装置（７５）の中で分離され、相分離装置の中で生成するガスの少なくとも一部は、水素で富化される第１のガス（７１）を構成し、製品の流れとして少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物（７３）を生成させるために一酸化炭素富化流（７２）の少なくとも一部と混合される請求項１または２記載の方法。
  4. 相分離装置の中で生成したガスの一部（７９）および／または相分離装置の中で生成した液体（８１、８１Ａ）の少なくとも一部はメタン洗浄塔に送られ、メタン洗浄塔に送られない相分離装置の中で生成するガスの少なくとも一部（７１）は、水素で富化された第１のガスを構成する請求項３記載の方法。
  5. 供給ガス（１）はメタン洗浄塔（７）の中で処理され、水素で富化された第１のガス（７１）はメタン洗浄塔の底部上の理論的にはいくつかのトレーで取り出される請求項１または２記載の方法。
  6. 少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物（７３）が最大で９０％の一酸化炭素、好ましくは４０ないし６０％の一酸化炭素、および好ましくは１０ないし９０％の水素を含む請求項１ないし５のいずれか１項記載の方法。
  7. 水素で富化される第１のガスの少なくとも一部（８７）がタービン（８９）の中で膨張する請求項１ないし６のいずれか１項記載の方法。
  8. 冷凍サイクルのコンプレッサー（３５）が一酸化炭素富化流の少なくとも一部を圧縮する一酸化炭素冷凍サイクルを用いる請求項１ないし７のいずれか１項記載の方法。
  9. 一酸化炭素富化流の一部（３７）が純粋な一酸化炭素生成物として取り出される請求項１ないし８のいずれか１項記載の方法。
  10. 主要成分として少なくとも一酸化炭素、水素およびメタンを含む供給ガスから少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物（７３）を低温蒸留により製造するための設備であって、
    ａ）水素が富化された第１のガスを生成させるために供給ガスを処理するための第１の分離手段（７、７５）、
    ｂ）メタン洗浄塔（７）、および前記メタン洗浄塔に供給ガス（１）または供給ガスに由来するガス（７９）の少なくとも一部を送るための手段、および前記メタン洗浄塔の頂部に液体メタン流（９）を送るための手段、
    ｃ）前記メタン洗浄塔の底部から第２の分離手段（１９）、好ましくは低温蒸留塔に液体を送るための手段、前記第２の分離手段から水素富化流（２１）および一酸化炭素富化流（２３）を取り出すための手段、
    ｄ）第３の分離手段（２７）、好ましくは低温蒸留塔に一酸化炭素富化流（２３）の少なくとも一部を送るための手段、および前記第３の分離手段から一酸化炭素富化流（３１、４７、５１）およびメタン富化流（２７）を取り出すための手段、
    ｅ）生成物ガスとして少なくとも１０％の一酸化炭素を含む混合物（７３）を生成させるために水素で富化された第１のガス（７１）と一酸化炭素富化流の少なくとも一部（７２）を混合するための手段、および可能的に、生成物流として一酸化炭素富化流の別の部分（３７）を取り出すための手段
    を含む設備。
  11. 第１の分離手段がメタン洗浄塔（７）であり、水素で富化された第１のガス（７１）がメタン洗浄塔の底部上のいくつかのトレーで取り出されるメタン洗浄塔の中の供給ガスの少なくとも一部を処理するための手段を含む請求項１０記載の設備。
  12. 第１の分離手段を構成する相分離装置（７５）、供給ガスを冷却するための熱交換器（５）、熱交換器の中間点でまたは熱交換器の下流で供給ガスを取り出し、相分離装置に供給ガスを送るための手段、相分離装置から水素で富化された第１のガス（７１）を取り出すための手段および好ましくは供給ガスから誘導されるガスとして相分離装置からメタン洗浄塔にガス（７９）を送るための手段を含む請求項１０記載の設備。
  13. 相分離装置からメタン洗浄塔（７）および／または第２の分離手段（１９）および／または交換器（５）に液体（８１、８１Ａ）の少なくとも一部を送るための手段を備える請求項１２記載の設備。
  14. タービン（８９）およびタービンに水素が富化された第１のガスの少なくとも一部（８７）を送るための手段を備える請求項１０ないし１３のいずれか１項記載の設備。
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