KR20120001797A - 합성 가스의 극저온 분리 - Google Patents

합성 가스의 극저온 분리 Download PDF

Info

Publication number
KR20120001797A
KR20120001797A KR1020117025959A KR20117025959A KR20120001797A KR 20120001797 A KR20120001797 A KR 20120001797A KR 1020117025959 A KR1020117025959 A KR 1020117025959A KR 20117025959 A KR20117025959 A KR 20117025959A KR 20120001797 A KR20120001797 A KR 20120001797A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen
liquid fraction
carbon monoxide
methane
fractionator
Prior art date
Application number
KR1020117025959A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101265916B1 (ko
Inventor
브라이언 알프레드 맥닐
앤드류 위버
데이비드 그레함 윈터
Original Assignee
에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드 filed Critical 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
Publication of KR20120001797A publication Critical patent/KR20120001797A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101265916B1 publication Critical patent/KR101265916B1/ko

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
    • F25J3/0204—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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/506—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification at low temperatures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/40—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
    • 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
    • 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
    • F25J3/0257—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 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
    • 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
    • F25J3/0228—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
    • F25J3/0271—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 H2/CO mixtures, i.e. of 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
    • F25J3/08—Separating gaseous impurities from gases or gaseous mixtures or from liquefied gases or liquefied gaseous mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0415—Purification by absorption in liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/046—Purification by cryogenic separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/048—Composition of the impurity the impurity being an organic compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/145—At least two purification steps in parallel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/146—At least two purification steps in series
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/146—At least two purification steps in series
    • C01B2203/147—Three or more purification steps in series
    • 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
    • F25J2200/74—Refluxing the column with at least a part of the partially condensed overhead 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
    • 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
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/90—Details relating to column internals, e.g. structured packing, gas or liquid distribution
    • F25J2200/94—Details relating to the withdrawal point
    • 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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • 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
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/02—Mixing or blending of fluids to yield a certain product
    • 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
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • 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
    • F25J2270/02—Internal 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
    • F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion 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
    • F25J2270/24—Quasi-closed internal or closed external carbon monoxide refrigeration cycle

Abstract

본원 발명은 희망하는 H2:CO 몰비를 가지는 제품 가스 그리고 선택적으로 수소 제품 가스 및 일산화탄소 제품 가스를 형성하기 위해서 수소, 일산화탄소, 메탄, 및 선택적으로 질소를 포함하는 공급물을 분리하기 위한 프로세스 및 장치에 관한 것이다. 공급물을 부분적으로 응축하여 수소-부화 증기 분획 및 일산화탄소-부화 액체 분획을 형성한다. 일산화탄소-부화 액체 분획을 수소-부화 증기 분획과 규정된 방식으로 조합하여 혼합물을 형성하며, 그러한 혼합물이 극저온적으로 분리되어 희망하는 H2:CO 몰비를 가지는 제품 혼합체를 형성한다.

Description

합성 가스의 극저온 분리{CRYOGENIC SEPARATION OF SYNTHESIS GAS}
본원은 전체 내용이 참조되는 2009년 4월 1일자로 출원된 미국 출원 제 12/416,439 호 및 2009년 12월 17일자로 출원된 미국 출원 제 12/640,435 호를 기초로 우선권을 주장한다.
본원 발명은 여러 가지 몰비(molar ratio)로 수소 및 일산화탄소를 포함하는 공급물로부터 희망하는 몰비의 수소 및 일산화탄소를 포함하는 가스 혼합물의 준비에 관한 것이다. 예를 들어, 몰비가 1:1인 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성 가스의 제공에 특히, 그러나 비배타적으로, 적용될 수 있다.
합성 가스(syngas)가 본질적으로 수소 및 일산화탄소로 이루어진 가스 혼합물이며, 그러한 가스 혼합물은 순도의 레벨에 따라서 소량의 아르곤, 질소, 메탄 및 기타 트레이스(trace) 탄화수소 불순물을 포함할 수 있다. 일반적으로, 합성 가스는 석탄, 코크스, 천연 가스 또는 기타 탄화수소 공급물의 촉매 변환 또는 부분적인 산화에 의해서 얻어진다. 합성 가스의 주요 용도는 메탄올의 합성(몰비가 2:1인 수소 : 일산화탄소(H2:CO)를 필요로 한다) 및 옥소-알콜을 생산하기 위한 반응(적어도 1:1의 H2:CO 몰비를 필요로 한다)이다.
많은 이들 용도에서, 수소 및 일산화탄소의 상대적인 비율을 제어할 필요가 있다. 통상적으로, 이는 정제하지 않은 합성 가스를 수소-부화(rich) 및 일산화탄소-부화 제품 스트림들로 극저온 분리함으로써 그리고 이들을 적절한 비율로 조합하여 필요한 합성 가스 조성물을 생산함으로써 달성된다. 또한, 일반적으로, 비정제(crude) 합성 가스 내의 불순물 특히, 메탄 및 기타 탄화수소의 레벨도 극저온 분리 중에 감소된다.
산업계에서는 추가적인 압축이 없이 극저온 분리로부터 고압의 희망하는 H2:CO 몰비를 가지는 정제된 합성 가스를 효과적으로 생산하기를 원한다.
산업계는 합성 가스 제품 스트림을 압축하기 위해서 필요한 파워 필요량을 감소시킬 것을 원한다.
산업계는 합성 가스 제품을 위한 관련 비용 및 자본 설비의 양 및/또는 크기를 줄일 것을 원한다.
산업계는 수소 제품 가스 및/또는 일산화탄소 제품 가스와 함께 원하는 H2:CO 몰비를 가지는 합성 가스를 효과적으로 생산하기를 원한다.
관련된 문헌에는 미국 특허 4,217,759, 4,488,890, 4,525,187, 4,566,886, 5,351,491, 5,609,040, 5,832,747, 및 6,161,397 가 포함되고, 이들 문헌은 전체가 본원에서 참조된다.
본원 발명은 희망하는 H2:CO 몰비를 가지는 제품 가스를 형성하기 위해서 수소, 일산화탄소, 메탄, 및 선택적으로 질소를 포함하는 공급물을 분리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 그러한 프로세스 및 장치는 또한 수소 제품 가스 및 일산화탄소 제품 가스를 형성한다.
상기 방법은:
수소-부화 증기 분획(fraction) 및 일산화탄소-부화 액체 분획을 제공하기 위해서 공급물을 부분적으로 응축하는 단계;
일산화탄소-부화 액체 분획의 적어도 일부를 수소-부화 증기 분획의 조정된(regulated) 부분과 조합하여 증기 분획 및 액체 분획을 포함하는 2상 혼합물을 형성하는 조합 단계; 및
제 1 분류장치(fractionator) 내에서 상기 2상 혼합물의 적어도 일부분을 극저온적으로 분리하여 제 1 제품 가스 및 수소-고갈(depleted) 액체 분획을 형성하는 극저온 분리 단계로서, 상기 제 1 제품 가스의 H2:CO 몰비는 0.5 내지 2.5, 또는 0.9:1 내지 1.5:1, 또는 0.9:1 내지 1.1:1 인 극저온 분리 단계를 포함하며;
상기 2상 혼합물의 액체 분획 및 일산화탄소-부화 액체 분획의 적어도 일부 중 하나 이상이 부분적으로 증기화된다.
상기 2상 혼합물의 적어도 일부를 극저온적으로 분리하는 단계는:
메탄-고갈 증기 분획 및 수소-고갈 액체 분획을 형성하기 위해서 제 1 분류장치 내에서 2상 혼합물의 적어도 일부를 분리하는 것;
제 1 제품 가스 및 응축물을 형성하기 위해서 메탄-고갈 증기 분획을 부분적으로 응축하는 단계; 및
상기 응축물의 적어도 일부를 환류(reflux)로서 제 1 분류장치 내로 도입하는 것을 포함한다.
제 1 제품 가스는 15 내지 40 MPa의 압력에서 제 1 분류장치로부터 회수될 수 있을 것이다.
상기 방법은:
수소-부화 증기 분획의 제 2 부분, 또는 상 분리로부터의 증기 부분을 액체 메탄 세정 스트림(wash stream)으로 스크러빙(scrubbing)하여 수소 제품 가스 및 일산화탄소-로딩(loaded) 메탄 액체를 제공하는 스크러빙 단계를 더 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 방법은:
제 2 분류장치 내에서 일산화탄소-부화 액체 분획의 제 2 부분 및 수소-고갈 액체 분획의 적어도 일부로부터 수소를 스트리핑(stripping)하여 제 2 수소-부화 증기 분획 및 무-수소(hydrogen-freed) 액체 분획을 형성하는 스트리핑 단계; 및
일산화탄소/메탄 분류장치 내에서 일산화탄소 및 메탄을 포함하는 중간 공급물을 분리하여 일산화탄소 제품 가스 및 메탄-부화 액체 분획을 형성하는 중간 공급물 분리단계를 더 포함하고,
상기 중간 공급물은 무-수소 액체 분획의 적어도 일부로부터 형성된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 방법이:
CO 함유 응축물을 제공하기 위해서 CO 함유 증기 공급물을 응축하는 단계; 및
CO 함유 응축물의 적어도 일부를 환류로서 제 1 분류장치 내로 도입하는 단계를 더 포함한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 방법이:
CO 함유 응축물을 제공하기 위해서 CO 함유 증기 공급물을 응축하는 단계; 및
CO 함유 응축물의 제 1 부분을 환류로서 일산화탄소/메탄 분류장치 내로 도입하고 그리고 CO 함유 응축물의 제 2 부분을 환류로서 제 1 분류장치 내로 도입하는 단계를 더 포함한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 방법이:
제 2 분류장치 내에서 일산화탄소-부화 액체 분획의 제 2 부분 및 수소-고갈 액체 분획의 적어도 일부로부터 수소를 스트리핑하여 제 2 수소-부화 증기 분획 및 무-수소 액체 분획을 형성하는 단계;
일산화탄소/메탄 분류장치 내에서 일산화탄소 및 메탄을 포함하는 중간 공급물을 분리하여 일산화탄소 제품 가스, 메탄-부화 액체 분획, 및 제 2 메탄-부화 액체 분획을 형성하는 중간 공급물 분리단계로서, 상기 중간 공급물은 무-수소 액체 분획의 적어도 일부로부터 형성되는, 중간 공급물 분리단계; 그리고
상기 공급물을 부분적으로 응축하기 위해서 상기 공급물과의 간접적인 열 교환에 의해서 제 2 메탄-부화 액체 분획을 증기화하는 단계를 더 포함한다.
대안적으로, 상기 방법이:
제 2 분류장치 내에서 일산화탄소-부화 액체 분획의 제 2 부분 및 수소-고갈 액체 분획의 적어도 일부로부터 수소를 스트리핑하여 제 2 수소-부화 증기 분획 및 무-수소 액체 분획을 형성하는 스트리핑 단계;
질소-부화 증기 분획 및 질소-고갈 액체 분획을 형성하기 위해서 제 3 분류장치 내에서 무-수소 액체 분획의 적어도 일부를 분리하는 단계;
질소-고갈 액체 분획의 적어도 일부로부터 중간 공급물을 형성하는 단계; 및
일산화탄소/메탄 분류장치 내에서 중간 공급물을 분리하여 일산화탄소 제품 가스 및 메탄-부화 액체 분획을 형성하는 중간 공급물 분리단계를 더 포함한다.
대안적으로, 방법이:
제 2 분류장치 내에서 일산화탄소-부화 액체 분획의 제 2 부분 및 수소-고갈 액체 분획의 적어도 일부로부터 수소를 스트리핑하여 제 2 수소-부화 증기 분획 및 무-수소 액체 분획을 형성하는 스트리핑 단계;
질소-부화 증기 분획 및 질소-고갈 액체 분획을 형성하기 위해서 제 3 분류장치 내에서 무-수소 액체 분획의 적어도 일부를 분리하는 단계;
질소-고갈 액체 분획을 제 1 질소-고갈 스트림 및 제 2 질소-고갈 스트림으로 분할하는 단계;
상기 제 1 질소-고갈 스트림을 부분적으로 증기화하여 부분적으로 증기화된 질소-고갈 스트림을 형성하는 단계; 및
일산화탄소/메탄 분류장치 내에서 부분적으로 증기화된 질소-고갈 스트림 및 제 2 질소-고갈 스트림을 분리하여 일산화탄소 제품 가스 및 메탄-부화 액체 분획을 형성하는 단계를 더 포함한다.
메탄-부화 액체 분획은 액체 메탄 세정 스트림의 적어도 일부를 형성하기 위해서 이용될 수 있을 것이다.
수소, 일산화탄소, 메탄, 및 선택적으로 질소를 포함하는 공급물을 분리하기 위한 장치가:
상기 공급물을 부분적으로 응축하여 부분적으로 응축된 공급물을 형성하기 위한 제 1 열교환기;
상기 부분적으로 응축된 공급물을 수소-부화 증기 분획 및 일산화탄소-부화 액체 분획로 분리하기 위한 상 분리장치;
상기 부분적으로 응축된 공급물을 상기 제 1 열교환기로부터 상기 상 분리장치로 공급하기 위한 공급 수단;
수소-부화 증기 분획의 조정된 부분을 일산화탄소-부화 액체 분획의 일부 또는 전부와 조합하여 2상 혼합물을 형성하기 위한 조합 수단;
일산화탄소-부화 액체 분획의 일부 또는 전부 그리고 2상 혼합물의 적어도 일부 중 하나 이상을 제 1 열교환기로 공급하기 위한 공급 수단;
2상 혼합물의 적어도 일부를 극저온적으로 분리하여 제 1 제품 가스 및 수소-고갈 액체 분획을 형성하기 위한 제 1 분류장치; 및
2상 혼합물의 적어도 일부를 제 1 분류장치로 공급하기 위한 공급 수단을 포함한다.
상기 장치가:
수소-부화 증기 분획의 제 2 부분, 또는 상 분리로부터의 증기 부분을 액체 메탄 세정 스트림으로 스크러빙하여 수소 제품 가스 및 일산화탄소-로딩 메탄 액체를 제공하기 위한 메탄 세정 컬럼(column); 및
수소-부화 증기 분획의 제 2 부분, 또는 상 분리로부터의 증기 부분을 상 분리장치로부터 메탄 세정 컬럼으로 공급하기 위한 공급 수단을 더 포함할 수 있을 것이다.
상기 장치는:
일산화탄소-부화 액체 분획의 제 2 부분 및 수소-고갈 액체 분획의 적어도 일부로부터 수소를 스트리핑하여 제 2 수소-부화 증기 분획 및 무-수소 액체 분획을 형성하기 위한 제 2 분류장치;
일산화탄소-부화 액체 분획의 제 2 부분을 상 분리장치로부터 제 2 분류장치로 공급하기 위한 공급 수단;
수소-고갈 액체 분획의 적어도 일부를 제 1 분류장치로부터 제 2 분류장치로 공급하기 위한 공급 수단;
중간 공급물을 분리하여 일산화탄소 제품 가스 및 메탄-부화 액체 분획을 형성하기 위한 일산화탄소/메탄 분류장치; 및
무-수소 액체 분획의 적어도 일부를 제 2 분류장치로부터 일산화탄소/메탄 분류장치로 공급하기 위한 공급 수단을 더 포함할 수 있다.
그 대신에, 장치가:
일산화탄소-부화 액체 분획의 제 2 부분 및 수소-고갈 액체 분획의 적어도 일부로부터 수소를 스트리핑하여 제 2 수소-부화 증기 분획 및 무-수소 액체 분획을 형성하기 위한 제 2 분류장치;
일산화탄소-부화 액체 분획의 제 2 부분을 상 분리장치로부터 제 2 분류장치로 공급하기 위한 공급 수단;
수소-고갈 액체 분획의 적어도 일부를 제 1 분류장치로부터 제 2 분류장치로 공급하기 위한 공급 수단;
무-수소 액체 분획의 적어도 일부를 분리하여 질소-부화 증기 분획 및 질소-고갈 액체 분획을 형성하기 위한 제 3 분류장치;
무-수소 액체 분획을 제 2 분류장치로부터 제 3 분류장치로 공급하기 위한 공급 수단;
질소-고갈 액체 분획의 적어도 일부를 분리하여 일산화탄소 제품 가스 및 메탄-부화 액체 분획을 형성하기 위한 일산화탄소/메탄 분류장치; 및
질소-고갈 액체 분획의 적어도 일부를 제 3 분류장치로부터 일산화탄소/메탄 분류장치로 공급하기 위한 공급 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 장치는 메탄-부화 액체 분획의 일부를 일산화탄소/메탄 분류장치로부터 메탄 세정 컬럼으로 공급하기 위한 공급 수단을 더 포함할 수 있다.
도 1은 희망하는 H2:CO 몰비를 가지는 제품 가스를 생산하기 위한 프로세스를 도시한 흐름도이다.
도 2는 희망하는 H2:CO 몰비를 가지는 제품 가스뿐만 아니라 수소 제품 가스 및 일산화탄소 제품 가스도 생산하기 위한 예시적인 프로세스 흐름도(100)이다.
도 3은 희망하는 H2:CO 몰비를 가지는 제품 가스를 생산하기 위한 다른 프로세스를 도시한 흐름도이다.
도 4는 희망하는 H2:CO 몰비를 가지는 제품 가스뿐만 아니라 수소 제품 가스 및 일산화탄소 제품 가스도 생산하기 위한 다른 예시적인 프로세스 흐름도(200)이다.
여기에서 사용된 단수형 표현은 본원 명세서의 상세한 설명 및 특허청구범위에 기재된 본원 발명의 실시예들의 특징들에 대해서 사용되었을 때 하나 또는 둘 이상을 의미한다. 단수형을 구체적으로 한정하여 기재하지 않은 경우에, 단수형 표현의 사용이 단일의 특징부를 의미하는 것으로 제한되지 않는다. 앞에서 기술한 단수 또는 복수형 명사를 나타내는 "상기"라는 표현은 특별한 구체적인 특징 또는 특별한 구체적인 특징들을 나타내고 그리고 사용된 문맥에 따라서 단수형 또는 복수형 의미를 내포할 수 있을 것이다. "임의(any)"라는 형용사는, 양에 관계 없이, 하나, 일부 또는 전부를 의미할 수 있다.
"적어도 일부"라는 표현은 "일부 또는 전부"를 의미한다.
단순하고 명료한 설명을 위해서, 공지된 장치, 회로, 방법들에 대한 구체적인 설명을 생략함으로써, 불필요하게 구체적인 설명으로 본원 발명의 설명을 불명확하게 하는 것을 피하였다.
본원 명세서에서 사용된 바와 같이, "분류장치"는 증류 컬럼(탑), 플래시 드럼(flash drums), 정류(rectification) 컬럼, 스트리핑 컬럼 등과 같은 장치를 포함한다.
도 1 내지 도 4를 참조할 때 본원 발명을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 방법 및 장치는 수소, 일산화탄소, 메탄, 및 선택적으로 질소를 포함하는 공급물로부터 희망하는 H2:CO 몰비를 가지는 제품 가스를 생산하기 위한 것이다. 공급물은 다른 성분을 적은 양으로 포함할 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 공급물(1)이 열교환기(101) 내에서 부분적으로 응축되어 부분적으로 응축된 공급물(3)을 형성하고 그리고 상 분리장치(102) 내에서 분리되어 수소-부화 증기 분획(4) 및 일산화탄소-부화 액체 분획(5)을 형성한다. 상 분리장치(102)는 하류에서 열교환기(101)와 유체 유동 소통(fluid flow communication)된다. 상 분리장치(102)는 부분적으로 응축된 공급물(3)을 열교환기(101)로부터 상 분리장치(102)로 공급하기 위한 공급 수단에 의해서 열교환기(101)에 연결된다. 부분적으로 응축된 공급물을 공급하기 위한 수단이 유체를 이송하기 위한 임의의 공지된 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브 및 기타 용기(vessels)를 포함할 수 있다.
"부화(enriched)"라는 용어는 형성된 최초의 스트림 보다 해당 가스를 더 높은 몰% 농도로 포함한다는 것을 의미한다. 그에 따라, 수소-부화 증기 분획은 공급물 보다 수소 몰% 농도가 더 높다. 유사하게, 일산화탄소-부화 액체 분획은 공급물 보다 일산화탄소 몰% 농도가 더 높다.
여기에서 사용된 단수형 표현이 특징들에 대해서 사용되었을 때 하나 또는 둘 이상을 의미하기 때문에, 하나 이상의 수소-부화 증기 분획(4) 및 하나 이상의 일산화탄소-부화 액체 분획(5)이 공급물(1)로부터 형성될 수 있을 것이다.
일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 일부 또는 전부가 수소-부화 증기 분획(4)의 조정된 부분과 조합되어 증기 분획 및 액체 분획을 가지는 2상 혼합물(6)을 형성한다. 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 일부 또는 전부 그리고 수소-부화 증기 분획(4)의 조정된 부분은 스트림들을 조합하기 위한 임의의 수단, 예를 들어, 파이프 T 접합부, 탱크, 용기 또는 둘 이상의 유입구 및 하나 이상의 배출구를 구비하는 기타 장치를 이용하여 조합될 수 있을 것이다.
2상 혼합물(6)의 액체 분획의 적어도 일부 및/또는 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 적어도 일부가 열교환기(101) 내에서 부분적으로 증기화되어 그 일부분을 증기 분획으로 변환한다. 이들 스트림이 상기 스트림들을 공급하기 위한 수단에 의해서, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 밸브, 용기 또는 유체 이송을 위한 기타 공지 수단에 의해서 열교환기(101)로 공급될 수 있을 것이다.
2상 혼합물(6)의 적어도 일부가 분류장치(103) 내에서 극저온적으로 분리되어 메탄-고갈 증기 분획(7) 및 수소-고갈 액체 분획(15)을 형성한다. 2상 혼합물(6)을 공급하기 위한 수단에 의해서, 예를 들어 도관, 파이프, 튜브 등, 밸브, 용기 또는 유체 이송을 위한 기타 공지 수단에 의해서, 2상 혼합물(6)이 분류장치(103)로 공급된다. 메탄-고갈 증기 분획(7)이 열교환기(101) 내에서 부분적으로 응축되고 그리고 결과적인 스트림이 분리되어 제품 가스(9) 및 응축물(31)을 형성한다. 응축물(31)의 적어도 일부가 환류로서 분류장치(103) 내로 도입된다. 분류장치(103)를 이용하는 것의 이점은 제품 가스(9) 내에서 메탄 농도를 감소시킨다는 것이고 그리고 메탄의 농도가 높은 공급물(1)을 이용할 수 있게 허용한다는 것이다.
"고갈(depleted)"이라는 용어는 형성되었던 최초 스트림 보다 낮은 몰% 농도를 가진다는 것을 의미한다. 따라서, 메탄-고갈 증기 분획(7)은 2상 혼합물(6) 보다 메탄 몰% 가 낮으며, 그리고 수소-고갈 액체 분획(15)은 2상 혼합물(6) 보다 수소 몰%가 낮다.
본원 명세서에서 사용된 바와 같이, "극저온 분리", "극저온적 분리"라는 용어는, 작업 압력에서 혼합물로부터 하나 이상의 성분을 응축하는데 필요한 온도 보다 낮은 최소 온도에서 작동되는 분리 프로세스에 의해서, 예를 들어, 응축, 증류 및/또는 분획화(분류)에 의해서, 혼합물이 분리된다는 것을 의미한다. 일반적으로, 상기 최소 온도는 -6O ℉(-50 ℃) 미만, 바람직하게 -15O ℉(-100 ℃) 미만일 것이다.
비-극저온 분리에는 다른 형태의 분리, 예를 들어, 수착(sorption) 및 격막 분리가 포함된다.
2상 혼합물(6)의 적어도 일부가 분류장치(103) 내에서 극저온적으로 분리되어 제품 가스(9) 및 수소-고갈 액체 분획(15)을 형성한다. 제품 가스(9)는 희망하는 H2:CO 몰비를 가지며, 그러한 몰비는 0.5:1 내지 2.5:1 또는 0.9:1 내지 1.5:1 또는 0.9:1 내지 1.1:1 이 될 수 있을 것이다. 일반적으로, 희망하는 H2:CO 몰비는 공급물(1)의 H2:CO 몰비와 상이하다. 분류장치(103)로부터 배출되는 제품 가스(9)의 압력은 15 내지 40 MPa 일 것이며, 그에 따라 추가적인 압축이 없이도 하류 프로세스에 적합할 것이다. 이러한 프로세스 및 장치의 이점은 추가적인 압축이 없이도 적절한 압력을 가지는 희망하는 H2:CO 몰비의 제품 가스를 제공한다는 것이다.
제품 가스(9)의 H2:CO 몰비에 영향을 미치기 위해서 수소-부화 증기 분획(4)의 부분이 조정된다(즉, 조절된다). 제품 가스(9)의 총 유량은 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 양을 조절함으로써 제어될 수 있을 것이고 그리고 H2:CO 몰비는 수소-부화 증기 분획(4)의 양을 조절함으로써 제어될 수 있을 것이다. 유량은 밸브나 기타 공지된 수단에 의해서 조정될 수 있을 것이다. 제품 가스(9)의 조성이 측정될 수 있고, 신호가 제어부로 전송되며, 이때 제어부는 신호를 밸브(들)로 전송하여 유량을 미리 규정된 방식으로 조절한다. 제품 가스(9)의 총 유량의 증가가 요구될 때, 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 유량이 증대된다. H2:CO 몰비의 증가가 요구될 때, 수소-부화 증기 분획의 유량이 증대된다. H2:CO 몰비의 감소가 요구될 때, 수소-부화 증기 분획의 유량이 감소된다. 제품 가스(9)는 전술한 바와 같이 시스템으로부터 추출된 다른 프로세스 스트림과 열교환될 것이다.
희망하는 H2:CO 몰비를 가지는 제품 가스에 추가하여, 수소 제품 가스 및 일산화탄소 제품 가스의 생산에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다.
수소-부화 증기 분획의 제 2 부분(11)이 메탄 세정 컬럼(104) 내에서 액체 메탄 세정 스트림(26)으로 스크러빙되어 수소 제품 가스(12) 및 일산화탄소-로딩 메탄 액체(32)를 제공한다. 액체 일산화탄소를 냉각제로 이용하는 열교환기(111) 내에서 흡수 열이 제거된다. 수소-부화 증기 분획(4)의 제 2 부분(11)이 제 2 부분(11)을 공급하기 위한 수단에 의해서, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 밸브, 용기 또는 유체 이송을 위한 기타 공지 수단에 의해서, 메탄 세정 컬럼(104)으로 공급된다. 수소 제품 가스(12)는 전술한 바와 같이 시스템으로부터 추출된 다양한 프로세스 스트림과 열교환될 것이다. 선택적으로, 수소 제품 가스(12)를 형성하기 위해서 회수되는 스트림의 적은 부분이 취해지고 그리고 혼합되어 퍼지 가스 스트림(17)을 형성할 수 있을 것이다.
액체 세정은 잘 알려진 유닛 작업 또는 프로세스 단계이며, 이때 액체, 예를 들어 메탄을 이용하여 공급물 스트림으로부터 우선적으로(preferentially) 흡수되는 성분을 흡수한다. 예를 들어, 액체 메탄 세정은 수소 및 일산화탄소를 포함하는 스트림으로부터 일산화탄소를 우선적으로 흡수하여 실질적으로 순수한 수소를 가스 제품으로서 분리하기 위해서 이용될 수 있다. 세정 컬럼은 내부에서 액체 세정이 일어나는 장치이다.
수소는 분류장치(105) 내에서 수소-고갈 액체 분획(15) 및 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분(14)으로부터 스트리핑되어 수소-부화 증기 분획(16) 및 무-수소 액체 분획(18)을 형성한다. 수소-부화 액체 분획(16)의 압력이 감소되고 그리고 다른 거부(reject) 스트림과 혼합되고, 열교환기 내에서 가열되고 그리고 퍼지 가스 스트림(17)으로서 프로세스로부터 배출된다. 분류장치(105)는 열교환기(101)의 부분 내에서 재비등(reboiled)된다. 무-수소 액체 분획(18)이 열교환기(101) 내에서 과냉되고(subcooled), 그리고 압력이 감소된다. 분류장치(105)가 하류에서 상 분리장치(102)와 유체 유동 소통된다. 분류장치(105)가 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분(14)을 공급하기 위한 수단에 의해서 상 분리장치(102)에 연결된다. 분류장치(105)는 하류에서 분류장치(103)와 유체 유동 소통된다. 분류장치(105)는 분류장치(103)로부터 분류장치(105)로 수소-고갈 액체 분획(15)을 공급하기 위한 수단에 의해서 분류장치(103)에 연결된다. 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분을 공급하기 위한 수단 그리고 수소-고갈 액체 분획(15)을 공급하기 위한 수단이 유체를 이송하기 위한 임의의 공지된 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브 및 기타 용기를 포함할 수 있다. 일산화탄소-부화 액체 분획(14)이 분류장치(105) 내로 도입되기에 앞서서 열교환기(101) 내에서 가열될 수 있다.
본원 명세서에서 사용된 바와 같이, "무-수소"는 1 몰% 미만의 수소를 포함한다는 것을 의미한다.
무-수소 액체 분획(18)의 적어도 일부가 추가적으로 프로세싱되어 중간 공급물(36, 36')을 형성하고, 그러한 중간 공급물이 일산화탄소/메탄 분류장치(106) 내에서 분리되어 일산화탄소 제품 가스(34) 및 메탄-부화 액체 분획(35)을 형성한다. 일산화탄소/메탄 분류장치(106)가 하류에서 분류장치(105)와 유체 유동 소통된다. 일산화탄소/메탄 분류장치(106)가 무-수소 액체 분획(18)을 분류장치(105)로부터 일산화탄소/메탄 분류장치(106)로 공급하기 위한 수단에 의해서 분류장치(105)에 연결된다. 무-수소 액체 분획(18)을 공급하기 위한 수단이 유체를 이송하기 위한 임의의 공지된 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브와 기타 컬럼 및 용기를 포함할 수 있다.
선택적으로, 질소를 제거하는 것이 요구되는 경우에, 무-수소 액체 분획(18)이 분류장치(107) 내에서 분리되어 질소-부화 증기 분획(40) 및 질소-고갈 액체 분획(41)을 형성한다. 분류장치(107)가 사용되는 경우에, 그러한 분류장치(107)는 하류에서 분류장치(105)와 유체 유동 소통한다. 분류장치(107)가 무-수소 액체 분획(18)을 공급하기 위한 수단에 의해서 분류장치(105)에 연결된다. 무-수소 액체 분획(18)을 공급하기 위한 수단은 유체를 이송하기 위한 임의의 공지된 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브와 용기를 포함할 수 있다. 질소-고갈 액체 분획(41)의 일부가 가열되고 재비등체(reboil)로서 분류장치(107) 내로 도입된다.
질소-고갈 액체 분획(41)의 적어도 일부를 이용하여 중간 공급물(36, 36')을 형성하고, 그러한 중간 공급물이 일산화탄소/메탄 분류장치(106) 내로 도입되고 분리되어 일산화탄소 제품 가스(34) 및 메탄-부화 액체 분획(35)을 형성한다. 일산화탄소/메탄 분류장치(106)가 중간 공급물(36, 36')을 공급하기 위한 수단에 의해서 분류장치(107)에 연결된다. 중간 공급물(36, 36')을 공급하기 위한 수단이 유체를 이송하기 위한 임의의 공지된 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브 및 용기를 포함할 수 있다.
질소-고갈 액체 분획(41)의 일부가 제 1 질소-고갈 스트림(21) 및 제 2 질소-고갈 스트림(20)으로 분할될 수 있다. 제 1 질소-고갈 스트림(21)이 열교환기(101) 내에서 부분적으로 증기화될 수 있고 그리고 중간 공급물(36, 36')의 일부로서 일산화탄소/메탄 분류장치(106)로 공급된다. 부분적으로 증기화된 질소-고갈 스트림 및 제 2 질소-고갈 스트림(20)이 일산화탄소/메탄 분류장치(106) 내에서 분리되어 일산화탄소 제품 가스(34) 및 메탄-부화 액체 분획(35)을 형성한다.
메탄-부화 액체 분획(35)의 일부가 가열되어 증기 비등체(boil-up)를 제공하며, 그러한 증기 비등체는 일산화탄소/메탄 분류장치(106)로 복귀되어 스트리핑 증기를 제공한다. 메탄-부화 액체 분획(35)의 일부를 이용하여 액체 메탄 세정 스트림(26)의 적어도 일부를 형성할 수 있을 것이다. 일산화탄소/메탄 분류장치(106)의 액체 저부(bottoms)로부터 액체 메탄 세정 스트림을 형성하는 것의 이점은 시스템 외부의 메탄을 적게 필요로 한다는 것이고 그리고 메탄이 이미 냉각되었다는 것이다. 메탄 세정 컬럼(104)이 하류에서 일산화탄소/메탄 분류장치(106)와 유체 유동 소통된다. 메탄 세정 컬럼(104)이 메탄-부화 액체 분획(35)의 일부를 공급하기 위한 수단에 의해서 일산화탄소/메탄 분류장치(106)에 연결된다. 메탄-부화 액체 분획(35)의 일부를 공급하기 위한 수단이 유체를 이송하기 위한 임의의 공지된 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브 및 용기를 포함할 수 있다.
CO 함유 증기 공급물(23)이 응축되어 CO 함유 응축물(24)을 제공할 수 있을 것이다. CO 함유 응축물(24)의 적어도 일부가 환류로서 일산화탄소/메탄 분류장치 내로 도입될 수 있을 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 수소, 일산화탄소, 메탄, 및 선택적으로 질소를 포함하는 공급물로부터 희망하는 H2:CO 몰비를 가지는 제품 가스를 생산하기 위한 프로세스 및 장치에 대한 약간의 변형에 대해서 설명한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 공급물(1)이 열교환기(101) 내에서 부분적으로 응축되어 부분적으로 응축된 공급물(3)을 형성하고 그리고 상 분리장치(102) 내에서 분리되어 수소-부화 증기 분획(4) 및 일산화탄소-부화 액체 분획(5)을 형성한다. 상 분리장치(102)는 하류에서 열교환기(101)와 유체 유동 소통된다. 상 분리장치(102)는 부분적으로 응축된 공급물(3)을 열교환기(101)로부터 상 분리장치(102)로 공급하기 위한 공급 수단에 의해서 열교환기(101)에 연결된다. 부분적으로 응축된 공급물을 공급하기 위한 수단은 유체를 이송하기 위한 임의의 공지된 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브 및 기타 용기를 포함할 수 있을 것이다.
일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 일부 또는 전부가 수소-부화 증기 분획(4)의 조정된 부분과 조합되어 증기 분획 및 액체 분획을 포함하는 2상 혼합물(6)을 형성한다. 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 일부 또는 전부 그리고 수소-부화 증기 분획(4)의 조정된 부분은 스트림들을 조합하기 위한 임의의 수단, 예를 들어, 파이프 T 접합부, 탱크, 용기 또는 둘 이상의 유입구 및 하나 이상의 배출구를 구비하는 기타 장치를 이용하여 조합될 수 있을 것이다.
2상 혼합물(6)의 액체 분획의 적어도 일부 및/또는 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 적어도 일부가 열교환기(101) 내에서 부분적으로 증기화되어 그 일부가 증기 분획으로 변환된다. 이들 스트림은 스트림들을 공급하기 위한 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브, 용기 및 유체 이송을 위한 공지된 기타 수단에 의해서 열교환기(101)로 공급될 수 있을 것이다.
2상 혼합물(6)의 적어도 일부가 분류장치(103) 내에서 극저온적으로 분리되어 제품 가스(9) 및 수소-고갈 액체 분획(15)을 형성한다. 2상 혼합물(6)이 2상 혼합물(6)을 공급하기 위한 수단에 의해서, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브, 용기 및 유체 이송을 위한 공지된 기타 수단에 의해서 분류장치(103)로 공급될 수 있을 것이다. CO 함유 증기 공급물(23)이 응축되어 CO 함유 응축물(24)을 제공한다. CO 함유 응축물(24)의 적어도 일부가 환류로서 분류장치(103)로 도입된다. 분류장치(103)를 이용하는 것과 관련된 이점은 제품 가스(9) 내의 메탄 농도가 감소된다는 것이고 그리고 메탄의 농도가 높은 공급물(1)을 이용할 수 있게 허용한다는 것이다.
2상 혼합물(6)의 적어도 일부가 분류장치(103) 내에서 극저온적으로 분리되어 제품 가스(9) 및 수소-고갈 액체 분획(15)을 형성한다. 제품 가스(9)는 희망하는 H2:CO 몰비를 가지며, 그러한 몰비는 0.5:1 내지 2.5:1 또는 0.9:1 내지 1.5:1 또는 0.9:1 내지 1.1:1 이 될 수 있을 것이다. 일반적으로, 희망하는 H2:CO 몰비는 공급물(1)의 H2:CO 몰비와 상이하다. 분류장치(103)로부터 배출되는 제품 가스(9)의 압력은 15 내지 40 MPa 일 것이며, 그에 따라 추가적인 압축이 없이도 하류 프로세스에 적합할 것이다. 이러한 프로세스 및 장치의 이점은 추가적인 압축이 없이도 적절한 압력을 가지는 희망하는 H2:CO 몰비의 제품 가스를 제공한다는 것이다.
제품 가스(9)의 H2:CO 몰비에 영향을 미치기 위해서 수소-부화 증기 분획(4)의 부분이 조정된다(즉, 조절된다). 제품 가스(9)의 총 유량은 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 양을 조절함으로써 제어될 수 있을 것이고 그리고 H2:CO 몰비는 수소-부화 증기 분획(4)의 양을 조절함으로써 제어될 수 있을 것이다. 유량은 밸브나 기타 공지된 수단에 의해서 조정될 수 있을 것이다. 제품 가스(9)의 조성이 측정될 수 있고, 신호가 제어부로 전송되며, 이때 제어부는 신호를 밸브(들)로 전송하여 유량을 미리 규정된 방식으로 조절한다. 제품 가스(9)의 총 유량의 증가가 요구될 때, 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 유량이 증대된다. H2:CO 몰비의 증가가 요구될 때, 수소-부화 증기 분획의 유량이 증대된다. H2:CO 몰비의 감소가 요구될 때, 수소-부화 증기 분획의 유량이 감소된다. 제품 가스(9)는 전술한 바와 같이 시스템으로부터 추출된 다른 프로세스 스트림과 열교환될 수 있을 것이다.
희망하는 H2:CO 몰비를 가지는 제품 가스에 추가하여, 수소 제품 가스 및 일산화탄소 제품 가스의 생산에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다.
수소-부화 증기 분획의 제 2 부분(11)이 메탄 세정 컬럼(104) 내에서 액체 메탄 세정 스트림(26)으로 스크러빙되어 수소 제품 가스(12) 및 일산화탄소-로딩 메탄 액체(32)를 제공한다. 액체 일산화탄소를 냉각제로 이용하는 열교환기(111) 내에서 흡수 열이 제거된다. 수소-부화 증기 분획(4)의 제 2 부분(11)이 제 2 부분(11)을 공급하기 위한 수단에 의해서, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 밸브, 용기 또는 유체 이송을 위한 기타 공지 수단에 의해서, 메탄 세정 컬럼(104)으로 공급된다. 수소 제품 가스(12)는 전술한 바와 같이 시스템으로부터 추출된 다양한 프로세스 스트림과 열교환될 것이다. 선택적으로, 수소 제품 가스(12)를 형성하기 위해서 회수되는 스트림의 적은 부분이 취해지고 그리고 혼합되어 퍼지 가스 스트림(17)을 형성할 수 있을 것이다.
수소는 분류장치(105) 내에서 수소-고갈 액체 분획(15) 및 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분(14)으로부터 스트리핑되어 수소-부화 증기 분획(16) 및 무-수소 액체 분획(18)을 형성한다. 수소-부화 액체 분획(16)의 압력이 감소되고 그리고 다른 거부 스트림과 혼합되고, 열교환기 내에서 가열되고 그리고 퍼지 가스 스트림(17)으로서 프로세스로부터 배출된다. 분류장치(105)는 열교환기(101)의 부분 내에서 재비등된다. 무-수소 액체 분획(18)이 열교환기(101) 내에서 과냉되고, 그리고 압력이 감소된다. 분류장치(105)가 하류에서 상 분리장치(102)와 유체 유동 소통된다. 분류장치(105)가 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분(14)을 공급하기 위한 수단에 의해서 상 분리장치(102)에 연결된다. 분류장치(105)는 하류에서 분류장치(103)와 유체 유동 소통된다. 분류장치(105)는 분류장치(103)로부터 분류장치(105)로 수소-고갈 액체 분획(15)을 공급하기 위한 수단에 의해서 분류장치(103)에 연결된다. 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분을 공급하기 위한 수단 그리고 수소-고갈 액체 분획(15)을 공급하기 위한 수단이 유체를 이송하기 위한 임의의 공지된 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브 및 기타 용기를 포함할 수 있다. 일산화탄소-부화 액체 분획(14)가 분류장치(105) 내로 도입되기에 앞서서 열교환기(101) 내에서 가열될 수 있다.
무-수소 액체 분획(18)의 적어도 일부가 추가적으로 프로세싱되어 중간 공급물(36, 36')을 형성하고, 그러한 중간 공급물이 일산화탄소/메탄 분류장치(106) 내에서 분리되어 일산화탄소 제품 가스(34) 및 메탄-부화 액체 분획(35)을 형성한다. 일산화탄소/메탄 분류장치(106)가 하류에서 분류장치(105)와 유체 유동 소통된다. 일산화탄소/메탄 분류장치(106)가 무-수소 액체 분획(18)을 분류장치(105)로부터 일산화탄소/메탄 분류장치(106)로 공급하기 위한 수단에 의해서 분류장치(105)에 연결된다. 무-수소 액체 분획(18)을 공급하기 위한 수단이 유체를 이송하기 위한 임의의 공지된 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브와 기타 컬럼 및 용기를 포함할 수 있다.
선택적으로, 질소를 제거하는 것이 요구되는 경우에, 무-수소 액체 분획(18)이 분류장치(107) 내에서 분리되어 질소-부화 증기 분획(40) 및 질소-고갈 액체 분획(41)을 형성한다. 분류장치(107)가 사용되는 경우에, 그러한 분류장치(107)는 하류에서 분류장치(105)와 유체 유동 소통한다. 분류장치(107)가 무-수소 액체 분획(18)을 공급하기 위한 수단에 의해서 분류장치(105)에 연결된다. 무-수소 액체 분획(18)을 공급하기 위한 수단은 유체를 이송하기 위한 임의의 공지된 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브와 용기를 포함할 수 있다. 질소-고갈 액체 분획(41)의 일부가 가열되고 재비등체로서 분류장치(107) 내로 도입된다.
질소-고갈 액체 분획(41)의 적어도 일부를 이용하여 중간 공급물(36, 36')을 형성하고, 그러한 중간 공급물이 일산화탄소/메탄 분류장치(106) 내로 도입되고 분리되어 일산화탄소 제품 가스(34) 및 메탄-부화 액체 분획(35)을 형성한다. 일산화탄소/메탄 분류장치(106)가 중간 공급물(36, 36')을 공급하기 위한 수단에 의해서 분류장치(107)에 연결된다. 중간 공급물(36, 36')을 공급하기 위한 수단이 유체를 이송하기 위한 임의의 공지된 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브 및 용기를 포함할 수 있다.
질소-고갈 액체 분획(41)의 일부가 제 1 질소-고갈 스트림(21) 및 제 2 질소-고갈 스트림(20)으로 분할될 수 있다. 제 1 질소-고갈 스트림(21)이 열교환기(101) 내에서 부분적으로 증기화될 수 있고 그리고 중간 공급물(36, 36')의 일부로서 일산화탄소/메탄 분류장치(106)로 공급된다. 부분적으로 증기화된 질소-고갈 스트림 및 제 2 질소-고갈 스트림(20)이 일산화탄소/메탄 분류장치(106) 내에서 분리되어 일산화탄소 제품 가스(34) 및 메탄-부화 액체 분획(35)을 형성한다.
메탄-부화 액체 분획(35)의 일부가 가열되어 증기 비등체를 제공하며, 그러한 증기 비등체는 일산화탄소/메탄 분류장치(106)로 복귀되어 스트리핑 증기를 제공한다. 메탄-부화 액체 분획(35)의 일부를 이용하여 액체 메탄 세정 스트림(26)의 적어도 일부를 형성할 수 있을 것이다. 일산화탄소/메탄 분류장치(106)의 액체 저부로부터 액체 메탄 세정 스트림을 형성하는 것의 이점은 시스템 외부의 메탄을 적게 필요로 한다는 것이고 그리고 메탄이 이미 냉각되었다는 것이다. 메탄 세정 컬럼(104)이 하류에서 일산화탄소/메탄 분류장치(106)와 유체 유동 소통된다. 메탄 세정 컬럼(104)이 메탄-부화 액체 분획(35)의 일부를 공급하기 위한 수단에 의해서 일산화탄소/메탄 분류장치(106)에 연결된다. 메탄-부화 액체 분획(35)의 일부를 공급하기 위한 수단이 유체를 이송하기 위한 임의의 공지된 수단, 예를 들어, 도관, 파이프, 튜브 등, 그리고 밸브 및 용기를 포함할 수 있다.
CO 함유 증기 공급물(23)이 응축되어 CO 함유 응축물(24)을 제공할 수 있을 것이다. CO 함유 응축물(24)의 제 1 부분이 환류로서 일산화탄소/메탄 분류장치 내로 도입될 수 있을 것이고 그리고 CO 함유 응축물(24)의 제 2 부분이 환류로서 제 1 분류장치(103) 내로 도입될 수 있을 것이다.
예
도 2에 도시된 프로세스는 Aspen Plus®2004.1을 이용하여 시뮬레이팅된 것이다. 표 1은 도 2의 프로세스 흐름도에서 언급된 스트림들에 대한 질량 균형(mass balance)을 요약한 것이다. 증기 분획의 경우에, 1은 모든 증기를 의미하고, 0은 모두 액체라는 것을 의미한다.
모델링 연구 결과, 수소 및 일산화탄소 제품 스트림을 블렌딩(blending)하는 것에 대비하여 상당한 파워가 절감(약 20%)되었다는 것을 확인하였다.
본원 발명의 프로세스는 일산화탄소 열 펌프/제품 압축기의 크기를 감소시킴으로써 합성 가스의 생산 효율을 높이고 비용을 절감한다.
Figure pct00001
Figure pct00002

Figure pct00003

특정 실시예 또는 예와 관련하여 본원 발명을 설명하였지만, 본원 발명이 그러한 것으로 제한되는 것이 아니고, 특허청구범위에 기재된 본원 발명의 범위 내에서도 다양한 형태로 변화 또는 변경될 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 수소, 일산화탄소, 메탄, 및 선택적으로 질소를 포함하는 공급물(1)을 분리하는 방법으로서:
    수소-부화 증기 분획(4) 및 일산화탄소-부화 액체 분획(5)을 제공하기 위해서 공급물(1)을 부분적으로 응축하는 단계;
    일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 적어도 일부를 수소-부화 증기 분획(4)의 조정된 부분과 조합하여 증기 분획 및 액체 분획을 포함하는 2상 혼합물(6)을 형성하는 조합 단계; 및
    제 1 분류장치(103) 내에서 상기 2상 혼합물(6)의 적어도 일부분을 극저온적으로 분리하여 제 1 제품 가스(9) 및 수소-고갈 액체 분획(15)을 형성하는 극저온 분리 단계로서, 상기 제 1 제품 가스(9)의 H2:CO 몰비는 0.5:1 내지 2.5:1 인 극저온 분리 단계
    를 포함하며; 상기 2상 혼합물(6)의 액체 분획 및 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 적어도 일부 중 하나 이상이 부분적으로 증기화되는, 공급물 분리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 2상 혼합물(6)의 적어도 일부분을 극저온적으로 분리하는 단계는,
    상기 제 1 분류장치(103) 내에서 2상 혼합물(6)의 적어도 일부를 분리하여 메탄-고갈 증기 분획(7) 및 수소-고갈 액체 분획(15)을 형성하는 것;
    상기 메탄-고갈 증기 분획(7)을 부분적으로 응축하여 제 1 제품 가스(9) 및 응축물(31)을 형성하는 것; 및
    상기 응축물(31)의 적어도 일부를 환류(reflux)로서 제 1 분류장치(103) 내로 도입하는 것
    을 포함하는, 공급물 분리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 제품 가스(9)가 15 내지 40 MPa의 압력에서 상기 제 1 분류장치(103)로부터 회수되는, 공급물 분리 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 제품 가스의 H2:CO 몰비가 0.9:1 내지 1.5:1, 바람직하게는 0.9:1 내지 1.1:1 인, 공급물 분리 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수소-부화 증기 분획(4)의 제 2 부분(11), 또는 상 분리로부터의 증기 부분을 액체 메탄 세정 스트림(26)으로 스크러빙(scrubbing)하여 수소 제품 가스(12) 및 일산화탄소-로딩 메탄 액체(carbon monooxide-loaded methane liquid)(32)를 제공하는 스크러빙 단계를 더 포함하는, 공급물 분리 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 분류장치(105) 내에서 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분(14) 및 수소-고갈 액체 분획(15)의 적어도 일부로부터 수소를 스트리핑하여 제 2 수소-부화 증기 분획(16) 및 무-수소 액체 분획(18)을 형성하는 스트리핑 단계; 및
    일산화탄소/메탄 분류장치(106) 내에서 일산화탄소 및 메탄을 포함하는 중간 공급물(36, 36')을 분리하여 일산화탄소 제품 가스(34) 및 메탄-부화 액체 분획(35)을 형성하는 중간 공급물 분리단계
    를 더 포함하고, 상기 중간 공급물(36, 36')은 무-수소 액체 분획(18)의 적어도 일부로부터 형성되는, 공급물 분리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    CO 함유 응축물(24)을 제공하기 위해서 CO 함유 증기 공급물(23)을 응축하는 단계를 더 포함하고, 또한
    (ⅰ) CO 함유 응축물(24)의 적어도 일부를 환류로서 제 1 분류장치(103) 내로 도입하는 단계; 또는
    (ⅱ) CO 함유 응축물(24)의 제 1 부분을 환류로서 일산화탄소/메탄 분류장치(106) 내로 도입하고 그리고 CO 함유 응축물(24)의 제 2 부분을 환류로서 제 1 분류장치(103) 내로 도입하는 단계를 더 포함하는, 공급물 분리 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 분류장치(105) 내에서 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분(14) 및 수소-고갈 액체 분획(15)의 적어도 일부로부터 수소를 스트리핑하여 제 2 수소-부화 증기 분획(16) 및 무-수소 액체 분획(18)을 형성하는 단계;
    일산화탄소/메탄 분류장치(106) 내에서 일산화탄소 및 메탄을 포함하는 중간 공급물(36, 36')을 분리하여 일산화탄소 제품 가스(34), 메탄-부화 액체 분획(35), 및 제 2 메탄-부화 액체 분획(27)을 형성하는 중간 공급물 분리단계로서, 상기 중간 공급물(36, 36')은 무-수소 액체 분획(18)의 적어도 일부로부터 형성되는, 중간 공급물 분리단계; 및
    상기 공급물(1)을 부분적으로 응축하기 위해서 상기 공급물(1)과의 간접적인 열 교환에 의해서 제 2 메탄-부화 액체 분획(27)을 증기화하는 단계
    를 더 포함하는, 공급물 분리 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 분류장치(105) 내에서 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분(14) 및 수소-고갈 액체 분획(15)의 적어도 일부로부터 수소를 스트리핑하여 제 2 수소-부화 증기 분획(16) 및 무-수소 액체 분획(18)을 형성하는 스트리핑 단계;
    질소-부화 증기 분획(40) 및 질소-고갈 액체 분획(41)을 형성하기 위해서 제 3 분류장치(107) 내에서 무-수소 액체 분획(18)의 적어도 일부를 분리하는 단계;
    질소-고갈 액체 분획(41)의 적어도 일부로부터 중간 공급물(36, 36')을 형성하는 단계; 및
    일산화탄소/메탄 분류장치 내에서 중간 공급물(36, 36')을 분리하여 일산화탄소 제품 가스(34) 및 메탄-부화 액체 분획(35)을 형성하는 중간 공급물 분리 단계
    를 더 포함하는, 공급물 분리 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 분류장치(105) 내에서 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분(14) 및 수소-고갈 액체 분획(15)의 적어도 일부로부터 수소를 스트리핑하여 제 2 수소-부화 증기 분획(16) 및 무-수소 액체 분획(18)을 형성하는 스트리핑 단계;
    질소-부화 증기 분획(40) 및 질소-고갈 액체 분획(41)을 형성하기 위해서 제 3 분류장치(107) 내에서 무-수소 액체 분획(18)의 적어도 일부를 분리하는 단계;
    질소-고갈 액체 분획(41)을 제 1 질소-고갈 스트림(21) 및 제 2 질소-고갈 스트림(20)으로 분할하는 단계;
    상기 제 1 질소-고갈 스트림(21)을 부분적으로 증기화하여 부분적으로 증기화된 질소-고갈 스트림을 형성하는 단계; 및
    일산화탄소/메탄 분류장치(106) 내에서 부분적으로 증기화된 질소-고갈 스트림 및 제 2 질소-고갈 스트림(20)을 분리하여 일산화탄소 제품 가스(34) 및 메탄-부화 액체 분획(35)을 형성하는 단계
    를 더 포함하는, 공급물 분리 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    메탄-부화 액체 분획(35)의 일부로부터 액체 메탄 세정 스트림(26)의 적어도 일부를 형성하는 단계를 더 포함하는, 공급물 분리 방법.
  12. 수소, 일산화탄소, 메탄, 및 선택적으로 질소를 포함하는 공급물(1)을 분리하는 장치로서:
    상기 공급물(1)을 부분적으로 응축하여 부분적으로 응축된 공급물(3)을 형성하기 위한 제 1 열교환기(101);
    상기 부분적으로 응축된 공급물(3)을 수소-부화 증기 분획(4) 및 일산화탄소-부화 액체 분획(5)으로 분리하기 위한 상 분리장치(102);
    상기 부분적으로 응축된 공급물(3)을 상기 제 1 열교환기(101)로부터 상기 상 분리장치(102)로 공급하기 위한 공급 수단;
    일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 일부 또는 전부를 수소-부화 증기 분획(4)의 조정된 부분과 조합하여 2상 혼합물(6)을 형성하기 위한 조합 수단;
    일산화탄소-부화 액체 분획의 일부 또는 전부 그리고 2상 혼합물(6)의 적어도 일부 중 하나 이상을 제 1 열교환기(101)로 공급하기 위한 공급 수단;
    2상 혼합물의 적어도 일부를 극저온적으로 분리하여 제 1 제품 가스(9) 및 수소-고갈 액체 분획(15)을 형성하기 위한 제 1 분류장치(103); 및
    2상 혼합물(6)의 적어도 일부를 제 1 분류장치(103)로 공급하기 위한 공급 수단
    을 포함하는, 공급물 분리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 수소-부화 증기 분획(4)의 제 2 부분, 또는 상 분리로부터의 증기 부분을 액체 메탄 세정 스트림(26)으로 스크러빙하여 수소 제품 가스(12) 및 일산화탄소-로딩 메탄 액체(32)를 제공하기 위한 메탄 세정 컬럼(104); 및
    수소-부화 증기 분획(4)의 제 2 부분, 또는 상 분리로부터의 증기 부분을 상 분리장치(102)로부터 메탄 세정 컬럼(104)으로 공급하기 위한 공급 수단을 더 포함하는, 공급물 분리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분 및 수소-고갈 액체 분획(15)의 적어도 일부로부터 수소를 스트리핑하여 제 2 수소-부화 증기 분획(16) 및 무-수소 액체 분획(18)을 형성하기 위한 제 2 분류장치(105);
    일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분을 상 분리장치(102)로부터 제 2 분류장치(105)로 공급하기 위한 공급 수단;
    수소-고갈 액체 분획(15)의 적어도 일부를 제 1 분류장치(103)로부터 제 2 분류장치(105)로 공급하기 위한 공급 수단;
    중간 공급물(36, 36')을 분리하여 일산화탄소 제품 가스(34) 및 메탄-부화 액체 분획(35)을 형성하기 위한 일산화탄소/메탄 분류장치(106); 및
    무-수소 액체 분획(18)의 적어도 일부를 제 2 분류장치(105)로부터 일산화탄소/메탄 분류장치(106)로 공급하기 위한 공급 수단
    을 더 포함하는, 공급물 분리 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분 및 수소-고갈 액체 분획(15)의 적어도 일부로부터 수소를 스트리핑하여 제 2 수소-부화 증기 분획(16) 및 무-수소 액체 분획(18)을 형성하기 위한 제 2 분류장치(105);
    일산화탄소-부화 액체 분획(5)의 제 2 부분을 상 분리장치(102)로부터 제 2 분류장치(105)로 공급하기 위한 공급 수단;
    수소-고갈 액체 분획(15)의 적어도 일부를 제 1 분류장치(103)로부터 제 2 분류장치(105)로 공급하기 위한 공급 수단;
    무-수소 액체 분획(18)의 적어도 일부를 분리하여 질소-부화 증기 분획(40) 및 질소-고갈 액체 분획(41)을 형성하기 위한 제 3 분류장치(107);
    무-수소 액체 분획(18)을 제 2 분류장치(105)로부터 제 3 분류장치(107)로 공급하기 위한 공급 수단;
    질소-고갈 액체 분획(41)의 적어도 일부를 분리하여 일산화탄소 제품 가스(34) 및 메탄-부화 액체 분획(35)을 형성하기 위한 일산화탄소/메탄 분류장치(106); 및
    질소-고갈 액체 분획(41)의 적어도 일부를 제 3 분류장치(107)로부터 일산화탄소/메탄 분류장치(106)로 공급하기 위한 공급 수단
    을 더 포함하는, 공급물 분리 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 메탄-부화 액체 분획(35)의 일부를 일산화탄소/메탄 분류장치(106)로부터 메탄 세정 컬럼(104)으로 공급하기 위한 공급 수단을 더 포함하는, 공급물 분리 장치.
KR1020117025959A 2009-04-01 2010-03-15 합성 가스의 극저온 분리 KR101265916B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US41643909A 2009-04-01 2009-04-01
US12/416,439 2009-04-01
US12/640,435 US20100251765A1 (en) 2009-04-01 2009-12-17 Cryogenic Separation of Synthesis Gas
US12/640,435 2009-12-17
PCT/US2010/027272 WO2010114690A1 (en) 2009-04-01 2010-03-15 Cyrogenic separation of synthesis gas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120001797A true KR20120001797A (ko) 2012-01-04
KR101265916B1 KR101265916B1 (ko) 2013-05-22

Family

ID=42237148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117025959A KR101265916B1 (ko) 2009-04-01 2010-03-15 합성 가스의 극저온 분리

Country Status (9)

Country Link
US (3) US20100251765A1 (ko)
EP (1) EP2414282B1 (ko)
KR (1) KR101265916B1 (ko)
CN (1) CN102387987B (ko)
CA (1) CA2757011C (ko)
MX (1) MX2011010173A (ko)
MY (1) MY158246A (ko)
WO (1) WO2010114690A1 (ko)
ZA (1) ZA201106728B (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100251765A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Air Products And Chemicals, Inc. Cryogenic Separation of Synthesis Gas
FR2953004B1 (fr) * 2009-11-24 2013-12-20 Air Liquide Procede de separation cryogenique d'un melange d'azote et de monoxyde de carbone
CN201768471U (zh) * 2010-07-23 2011-03-23 镇海石化建安工程有限公司 低温甲醇洗原料气冷却器
DE102012015340A1 (de) * 2012-08-02 2014-02-06 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur kryogenen Abtrennung von Methan aus Synthesegas, insbesondere Oxogas
FR3011069B1 (fr) * 2013-09-24 2015-09-11 Air Liquide Procede et appareil de separation cryogenique d'un melange contenant au moins du monoxyde de carbone, de l'hydrogene et de l'azote
CN103523751B (zh) * 2013-09-29 2015-03-11 开封空分集团有限公司 一种深冷分离提纯一氧化碳和氢气的装置及方法
DE102015004120A1 (de) * 2015-03-31 2016-10-06 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Abtrennen von Stickstoff aus einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion
FR3084453B1 (fr) * 2018-07-25 2020-11-27 Air Liquide Procede et appareil de separation cryogenique d'un melange de monoxyde de carbone, d'hydrogene et de methane pour la production de ch4
EP3620431B1 (en) 2018-09-06 2020-08-19 Air Products And Chemicals, Inc. Dual h2 and co production with co turndown
US20230249970A1 (en) * 2022-02-08 2023-08-10 Air Products And Chemicals, Inc. Method for producing high purity hydrogen

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3095294A (en) * 1960-07-08 1963-06-25 American Messer Corp Gas separation process and system
US4217759A (en) * 1979-03-28 1980-08-19 Union Carbide Corporation Cryogenic process for separating synthesis gas
DE3247782A1 (de) * 1982-12-23 1984-06-28 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren zum zerlegen eines in einer methanolsynthesegasanlage zu verwendenden gasgemisches bei tiefen temperaturen
DE3313171A1 (de) * 1983-04-12 1984-10-18 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von rein-co
US4525187A (en) * 1984-07-12 1985-06-25 Air Products And Chemicals, Inc. Dual dephlegmator process to separate and purify syngas mixtures
DE3739724A1 (de) * 1987-11-24 1989-06-08 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zum zerlegen eines gasgemisches
FR2664263B1 (fr) * 1990-07-04 1992-09-18 Air Liquide Procede et installation de production simultanee de methane et monoxyde de carbone.
DE4210637A1 (de) * 1992-03-31 1993-10-07 Linde Ag Verfahren zur Gewinnung von hochreinem Wasserstoff und hochreinem Kohlenmonoxid
FR2718428B1 (fr) * 1994-04-11 1997-10-10 Air Liquide Procédé et installation de production de monoxyde de carbone.
GB9715983D0 (en) * 1997-07-29 1997-10-01 Air Prod & Chem Process and apparatus for seperating a gaseous mixture
US5832747A (en) * 1997-08-12 1998-11-10 Air Products And Chemicals, Inc. Cryogenic adjustment of hydrogen and carbon monoxide content of syngas
GB9800692D0 (en) * 1998-01-13 1998-03-11 Air Prod & Chem Separation of carbon monoxide from nitrogen-contaminated gaseous mixtures also containing hydrogen and methane
GB9800693D0 (en) * 1998-01-13 1998-03-11 Air Prod & Chem Separation of carbon monoxide from nitrogen-contaminated gaseous mixtures
GB9802231D0 (en) * 1998-02-02 1998-04-01 Air Prod & Chem Separation of carbon monoxide from nitrogen-contaminated gaseous mixtures also containing hydrogen
GB9807797D0 (en) * 1998-04-09 1998-06-10 Air Prod & Chem Separation of carbon monoxide from gaseous mixtures containing carbon monoxide and hydrogen
WO1999067587A1 (en) 1998-06-25 1999-12-29 Process Systems International, Inc. Cryogenic and membrane synthesis gas production
US6161397A (en) * 1998-08-12 2000-12-19 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated cryogenic and non-cryogenic gas mixture separation
GB9918420D0 (en) * 1999-08-04 1999-10-06 Air Prod & Chem Process and apparatus for separating mixtures of hydrogen and carbon monoxide
US6205813B1 (en) * 1999-07-01 2001-03-27 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing fuel and high purity methane
ATE289047T1 (de) * 2000-12-18 2005-02-15 Air Prod & Chem Verfahren und vorrichtung zur abtrennung von kohlenmonoxid und wasserstoff aus einem gasgemisch
EP1479990A1 (en) * 2003-05-19 2004-11-24 L'Air Liquide Société Anonyme à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et Exploitation des Procédés Georges Claude Process and installation for providing a fluid mixture containing at least 10% carbon monoxide
FR2843447B1 (fr) * 2003-09-30 2009-02-06 Air Liquide Procede et installation de production de monoxyde de carbone par distillation cryogenique
US7617701B2 (en) * 2004-04-07 2009-11-17 L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and installation for providing a fluid mixture containing at least 10% carbon monoxide
WO2007018518A1 (en) * 2005-07-28 2007-02-15 Ineos Usa Llc Recovery of carbon monoxide and hydrogen from hydrocarbon streams
FR2910602B1 (fr) * 2006-12-21 2012-12-14 Air Liquide Procede et appareil de separation d'un melange comprenant au moins de l'hydrogene, de l'azote et du monoxyde de carbone par distillation cryogenique
US20100251765A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Air Products And Chemicals, Inc. Cryogenic Separation of Synthesis Gas

Also Published As

Publication number Publication date
CA2757011C (en) 2014-07-08
EP2414282B1 (en) 2015-02-25
ZA201106728B (en) 2012-11-28
MY158246A (en) 2016-09-30
MX2011010173A (es) 2011-10-10
CN102387987A (zh) 2012-03-21
CA2757011A1 (en) 2010-10-07
EP2414282A1 (en) 2012-02-08
US9909803B2 (en) 2018-03-06
US20100251765A1 (en) 2010-10-07
WO2010114690A1 (en) 2010-10-07
CN102387987B (zh) 2014-07-23
US20140090416A1 (en) 2014-04-03
US20160153710A1 (en) 2016-06-02
KR101265916B1 (ko) 2013-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101265916B1 (ko) 합성 가스의 극저온 분리
EP3504156B1 (en) Process and apparatus for producing carbon monoxide
US20100223950A1 (en) Nitrogen removal with iso-pressure open refrigeration natural gas liquids recovery
US20110056239A1 (en) Method And Device For Cryogenically Separating A Mixture of Hydrogen And Carbon Monoxide
US8535415B2 (en) Refinery gas upgrading via partial condensation and PSA
EP0898136A2 (en) Cryogenic adjustment of hydrogen and carbon monoxide content of syngas
EP0023838B1 (en) Separation of gas mixtures
FR3018599B1 (fr) Procede et appareil de separation cryogenique d’un gaz de synthese contenant du monoxyde de carbone, du methane et de l’hydrogene
US6578377B1 (en) Recovery of hydrogen and carbon monoxide from mixtures including methane and hydrocarbons heavier than methane
US9625209B2 (en) Method for cryogenically separating a mixture of nitrogen and carbon monoxide
US8555673B2 (en) Method and device for separating a mixture of at least hydrogen, nitrogen, and carbon monoxide by cryogenic distillation
EP1074510A2 (en) Process and apparatus for separating mixtures of hydrogen and carbon monoxide
US11015866B2 (en) Process and plant for the combination production of a mixture of hydrogen and nitrogen and also of carbon monoxide by cryogenic distillation and cryogenic scrubbing
US20210055048A1 (en) Process and apparatus for production of carbon monoxide by partial condensation
US20210172678A1 (en) Method for generating refrigeration for a carbon monoxide cold box
US20070245630A1 (en) Method for generating carbon monoxide from synthesis gas
GB2345124A (en) Natural gas fractionation involving a dephlegmator.
CN111306892A (zh) 用于纯化富含氢的气体的方法和设备
BR112019003766B1 (pt) Método para a separação de monóxido de carbono e hidrogênio a partir de uma matéria-prima de gás de síntese de gás

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160330

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170330

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180329

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190327

Year of fee payment: 7