JPH0859204A - ガス状混合物の分離方法および装置 - Google Patents

ガス状混合物の分離方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】一酸化炭素および水素を、これら２成分および
メタンを含有するガス状混合物から、従来技術において
得られる純度および高い回収率を維持しながら生成させ
るための単純化した方法および装置を提供すること。 【構成】一酸化炭素および水素を、メタンをも含有する
ガス状混合物から生成させる方法において、自律冷却流
体を用いる冷却サイクルにより分離エネルギーの一部が
供給される装置内で、上記ガス状混合物を蒸発させる。
この流体は、蒸発カラム９の一つの頭部凝縮器１５内で
蒸発させられる窒素であってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素および一酸化炭素
を純粋な生成物として生成させるために、水素、一酸化
炭素およびメタンを含有するガス状混合物を分離する方
法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】いわゆる「部分凝縮」と呼ばれる従来の
方法において、ガス状混合物から分離された水素は、低
温に冷却された後、装置の冷却状態を維持するために冷
却し、ガス状混合物を−２００℃未満に冷却するように
５ないし１０バールのオーダの圧力に膨張させられる。
このタイプの装置は、米国特許第４，２１７，７５９号
に記載されており、９５％の回収率および純度約９９％
の一酸化炭素を生成させるために、少なくとも４つのカ
ラムを用いる。水素の回収率は、純度約９５％で９９．
９％のオーダである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の一酸化炭素および水素の純度および高い回収率を
保ちながら、分離工程で用いられるカラムの数を減少さ
せることにより、この方法および装置を単純化すること
にある。本発明は、装置の最低温度が従来の方法の最低
温度を上回るように保証し、従来技術に比べて、投資コ
ストの少ない装置を提供することも目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、一酸化炭素および水素を、本質的にこれら
２成分およびメタンを含有するガス状混合物から生成さ
せる方法を提供する。この方法は、以下の工程、 ｉ）ガス状初期混合物を部分的に凝縮させるために該混
合物を冷却する工程、 ii）該混合物の凝縮された部分を、主として水素を含有
する不凝縮部分から分離する工程、 iii ）該凝縮された部分をストリッピングカラム内に送
り、該カラムの頭部において水素を含有するガス分画、
並びに該カラムの底部において一酸化炭素およびメタン
を含有する液体分画を生成させる工程、 iv）該液体分画を精製カラム内で蒸留し、該カラムの頭
部において実質的に純粋な一酸化炭素を生成させ、およ
び該カラムの底部においてメタンを生成させる工程、並
びに v ）自律冷却流体(autonomous refrigeration fluid)を
用いる冷却サイクルにより、分離エネルギーの一部を供
給する工程を含むことを特徴とする。
【０００５】好ましくは、上記冷却流体は、上記精製カ
ラムの頭部凝縮器を冷却するために供される。
【０００６】上記冷却流体は、上記ストリッピングカラ
ムの底部、上記精製カラムの底部、またはその両者を加
熱することもできる。
【０００７】上記冷却流体は、好ましくは窒素である
が、空気、酸素、アルゴンおよび二酸化炭素を含む群の
中から選択することもできる。
【０００８】本発明は、一酸化炭素および水素を、本質
的にこれら２成分およびメタンを含有するガス状混合物
から生成させるための装置を提供することをも目的とす
る。この本発明の装置は、相分離器、ストリッピングカ
ラム、精製カラム、該ガス状混合物を該相分離器内に導
入し、主として水素を含有するガス部分、および液体部
分を取り出す手段、該液体部分を該ストリッピングカラ
ムに送り、そこから、主としてメタンおよび一酸化炭素
を含有する液体を取り出し、およびこの液体を該精製カ
ラムに送る手段、該精製カラムから、ガス状一酸化炭素
を取り出す手段、並びに自律冷却流体を用いる冷却サイ
クルにより、分離エネルギーの一部を供給する手段を含
む。
【０００９】上記冷却サイクルは、冷却流体サイクルに
より構成される上記精製カラムの頭部において、還流を
行わさせることができる。
【００１０】上記冷却流体サイクルは、上記精製カラム
の底部において用いられる再沸騰システムに応じて、該
冷却流体を１０から３４バールの間の圧力に圧縮するた
めの圧縮器を含む。
【００１１】上記底部が従来の再沸騰器により加熱され
るときは、上記冷却流体の圧力は２５バールを越えて上
昇する。
【００１２】上記サイクルは、特に単純であり、より低
コストの、所望に応じて上記システムに冷却を供給する
ためのタービンを備えた標準タイプの圧縮器を用いるこ
とができる。
【００１３】請求の範囲に記載された本発明の方法は、
従来のように、処理されるべきガスを−２００℃にまで
冷却する必要がなく、分離プロセスでは−１９４℃の温
度で十分である。
【００１４】
【実施例】本発明の他の特徴および利点は、本発明の態
様に従う分離装置の概略図である添付の図面を参照し、
以下の記載から明らかになるであろう。
【００１５】図１に示されたシステムにおいて、合成ガ
ス混合物は、水素および一酸化炭素だけでなく残留メタ
ンも含有する。この混合物は、通常、５０から７０モル
％の水素、１５から４５モル％の一酸化炭素、および２
から６モル％のメタン、さらには少量の不純物を含有す
る。
【００１６】処理されるべきガス状混合物は、４５バー
ルに圧縮され、管１を通り、交換器３内において約−１
９４℃の温度までの冷却に供され、部分的に凝縮さて離
れる。液体分画およびガス分画は、相分離器５から取り
出される。ガス分画は、主として水素を含有し、次い
で、交換器３内で再加熱され、高められた圧力の水素生
成物４の大部分を構成する。
【００１７】主として水素および一酸化炭素を含有する
液体分画は、バルブ内で膨張させられ、ストリッピング
カラム７内での圧力は１２．５バールに下がる。
【００１８】このカラム７からの、水素を含有するフラ
ッシュガスは、取り出される水素の品質を最大限に上げ
るために、主たる水素流４と混合され得る。もし混合さ
れなければ、フラッシュガスは、中程度の圧力の水素生
成物を構成することができる。このカラム７からの液体
は、−１６０．３℃であり、主として一酸化炭素を含有
し、この液体は、次いで、−１７７．５℃に膨張され、
４バールの精製カラム９内で蒸留により精製され、頭部
ガスとして純粋な一酸化炭素が生成し、底部液体として
メタンが生成する。一酸化炭素および重質不純物を含有
するメタンは、それぞれ管１１および１３を通して取り
出され、交換器３において再加熱される。
【００１９】精製カラム９の頭部凝縮器１５は、その循
環流体が窒素であるところの自律冷却流体循環（サイク
ル）により冷却される。このサイクルは、他の言及され
た流体の回路から完全に分離されている。
【００２０】コンプレッサ１７内で１０バールに圧縮さ
れた、外部の源からの循環窒素は、高圧管１９を通り、
交換器３内で冷却され、液化された後に、膨張させられ
２つの流れに分離される。第１の流れは、頭部凝縮器１
５内に導入され、そこで４．５バールにおいて蒸発させ
られる。１０バールの第２の窒素の流れは、バルブ２０
内でジュール−トムソン膨張（Joule-Thomson expansio
n)に供され、１．２バールになり、次いで、交換器３に
送られ、その中で再加熱された後に、コンプレッサ１７
により圧縮される。
【００２１】この凝縮器内で蒸発した窒素は、部分的に
のみ交換器３内で再加熱された後、タービン２３内で
４．５から１．２バールに膨張させられ、バルブ２０を
通り膨張した窒素と再混合され、次いで、再加熱され、
コンプレッサ１７に送られる。
【００２２】タービン２３は、交換器３の上流の管２１
内への液体窒素の注入のような、他の冷却発生手段によ
り置き換えられる得る。交換器内で蒸発させられた後、
過剰のガス状窒素は、コンプレッサ１７の上流または下
流でパージされる。
【００２３】装置の冷却部が十分に良く絶縁されている
場合は、熱損失が、処理されるべきガスおよび循環流体
のジュール−トムソン効果により補われるため、すべて
の冷却発生手段を省くことができる。
【００２４】精製カラム９の底部は、ほとんど純粋な液
体一酸化炭素をこのカラムの底から第１番目のプレート
から取り出し、この液体が、交換器３内で部分的に蒸発
させられた後、その取り出された位置より下のカラムの
底部に戻され、上記第一番目のプレートと精製カラム９
の底部との間の温度勾配が特に大きいことにより、加熱
される。
【００２５】ストリッピングカラム７の底部は、交換器
３内で、第１番目のプレートからの液体を部分的に蒸発
させることにより、同様にして加熱される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の分離装置の概略図。
【符号の説明】
３…交換器、５…相分離器、７…ストリッピングカラ
ム、９…精製カラム、１５…頭部凝縮器、１７…コンプ
レッサ、２３…タービン
フロントページの続き (72)発明者 フランソワ・グラニエ フランス国、94130 ノジャン・スュー ル・マルヌ、アブニュ・クレベ−ル 12 (72)発明者 パスカル・ビクトール フランス国、38000 グルノーブル、リ ュ・オノレ・ドゥ・バルザック ７

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一酸化炭素および水素を、本質的にこれ
    ら２成分およびメタンを含有するガス状混合物から生成
    させる方法において、以下の工程 ｉ）ガス状初期混合物を部分的に凝縮させるために該混
    合物を冷却する工程、 ii）該混合物の凝縮された部分を、主として水素を含有
    する不凝縮部分から分離する工程、 iii ）該凝縮された部分をストリッピングカラム内に送
    り、該カラムの頭部において水素を含有するガス分画、
    並びに該カラムの底部において一酸化炭素およびメタン
    を含有する液体分画を生成させる工程、 iv）該液体分画を精製カラム内で蒸留し、該カラムの頭
    部において実質的に純粋な一酸化炭素を生成させ、およ
    び該カラムの底部においてメタンを生成させる工程、並
    びに v ）自律冷却流体を用いる冷却循環サイクルにより、分
    離エネルギーの一部を供給する工程を含むことを特徴と
    する方法。
  2. 【請求項２】 該精製カラムの頭部が、該冷却流体を蒸
    発させることにより冷却される請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 該精製カラムの底部および／または該ス
    トリッピングカラムの底部が、該冷却流体により加熱さ
    れる請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 該冷却流体が、窒素、空気、酸素、アル
    ゴンおよび二酸化炭素を含む群の中から選ばれる請求項
    １ないし３のいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 該冷却流体が、該精製カラムの頭部凝縮
    器内で蒸発させられる前に、液化されおよび１０ないし
    ３４バールの圧力に圧縮される請求項１ないし４のいず
    れか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 該凝縮器を冷却するために用いられた該
    冷却流体が、該装置を冷却するのに必要な冷却を供給す
    るために、タービンの中で膨張させられ、再加熱され、
    そしてコンプレッサの取り入れ口に戻される請求項５記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 液相の該冷却流体の一部がジュール−ト
    ンプソン膨張に供され、再加熱された後に該コンプレッ
    サの取り入れ口に戻される請求項５または６記載の方
    法。
  8. 【請求項８】 液相の冷却液の流れを該サイクルに戻
    し、次いで、交換器内で蒸発させることにより、冷状態
    を発生させる請求項１ないし７のいずれか一項記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 該精製カラムの底部が、該精製カラムの
    第１番目のプレートの下から取り出され、該交換器内で
    少なくとも部分的に蒸発させられ、そして該取り出し位
    置より下の位置において該精製カラム内に再導入される
    液体により加熱される請求項１ないし８のいずれか一項
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】 該ストリッピングカラムの底部が、該
    ストリッピングカラムの第１番目のプレートの下から取
    り出され、該交換器内で少なくとも部分的に蒸発させら
    れ、該取り出し位置より下の位置で該ストリッピングカ
    ラム内に再導入される液体により加熱される請求項１な
    いし９のいずれか一項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 一酸化炭素および水素を、本質的にこ
    れら２成分およびメタンを含有するガス状混合物から生
    成させる装置であって、相分離器、ストリッピングカラ
    ム、精製カラム、該ガス状混合物を該相分離器内に導入
    し、主として水素を含有するガス部分、および液体部分
    を取り出す手段、該液体部分を該ストリッピングカラム
    に送り、そこから、主としてメタンおよび一酸化炭素を
    含有する液体を取り出し、およびこの液体を該精製カラ
    ムに送る手段、該精製カラムから、ガス状一酸化炭素を
    取り出す手段、並びに自律冷却流体を用いる冷却サイク
    ルにより、分離エネルギーの一部を供給する手段を含む
    ことを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 該冷却流体サイクルが、該精製カラム
    の頭部を冷却する請求項１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 該精製カラムの底部および該ストリッ
    ピングカラムの底部を加熱するための、該冷却流体サイ
    クルにより構成される手段を含む請求項１１または１２
    記載の方法。
  14. 【請求項１４】 該冷却流体が、窒素、空気、酸素、ア
    ルゴンおよび二酸化炭素を含む群の中から選ばれる請求
    項１１ないし１３のいずれか一項記載の装置。
  15. 【請求項１５】 該冷却流体サイクルが、該冷却流体を
    １０ないし３４バールの圧力に圧縮するように適合した
    コンプレッサを含む請求項１２ないし１４のいずれか一
    項記載の装置。
  16. 【請求項１６】 該システムを冷却状態に保つために、
    該精製カラムの頭部を冷却するために用いられた該冷却
    流体が、タービン内で膨張させられ、再加熱され、そし
    てコンプレッサに再送される請求項１５記載の装置。
  17. 【請求項１７】 該圧縮された流体が該コンプレッサに
    戻る前に、該圧縮された流体の部分をジュール−トムソ
    ン効果により膨張させる手段を含む請求項１５または１
    ６記載の装置。
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