WO2008052776A2 - Verfahren und vorrichtung zur zerlegung von synthesegas mittels methanwäsche - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for obtaining a carbon monoxide product from a feed gas consisting essentially of hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO) and methane (CH 4 ), wherein a biphasic mixture is produced from the feed gas by cooling against process streams to be heated which consists of a H 2 -rich, carbon monoxide and methane-containing gas phase and a CO-rich, hydrogen and methane-containing liquid phase, and wherein subsequently at least the H 2 -rich, carbon monoxide and methane-containing gas phase of a cryogenic scrubbing with liquid methane (methane scrubbing ).
  • hydrocarbonaceous starting materials such as natural gas, LPG, naphtha, heavy oil or coal.
  • Synthesis generated gas which consist for the most part of H 2 and CO, but also methane (CH 4 ), water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ) and other components, such as. As nitrogen and argon. After purification and decomposition, mainly CO and H 2 are obtained from the synthesis gas as products and used in industry in manifold ways. To separate and clean the two
  • Synthesis gas components H 2 and CO are mainly used in industrial plants cryogenic processes.
  • Such a cryogenic process which has long been known to the person skilled in the art, is the methane wash, as described, for example, in patents EP0017174B1 and EP0317851 B1.
  • a feed gas is partially condensed against currents to be heated and the carbon monoxide contained in the H 2 -rich gas phase washed out in a wash column by means of supercooled, liquid methane and withdrawn hydrogen from the top of the wash column.
  • the liquid phase and the loaded methane detergent are subjected to H 2 -stripping.
  • CO is finally separated from methane.
  • the clean methane fraction is supercooled, pumped, further supercooled and returned as a detergent in the wash column.
  • the feed gas to be decomposed in a methane wash have a methane content of at least 2 mol%.
  • the methane wash is used when the feed gas is produced by catalytic steam reforming with subsequent CO 2 removal and drying, since such feed gas has a sufficiently high methane content.
  • a wash column for removing the heat of solution of the washed-out substances comprises one or more intermediate cooling.
  • the intercoolers are designed as external plate heat exchangers or as integrated, wound heat exchangers in which liquid CO is evaporated as a refrigerant.
  • the temperature of the methane scrubbing agent initially increases on its way through a scrubbing column before it is lowered due to the intermediate cooling, in order subsequently to rise again until the end of the scrubbing column or until further intercooling.
  • the mean detergent temperature is therefore significantly higher, despite the intermediate cooling, than the temperature at which the methane detergent enters the wash column. In such a methane wash thus a larger amount of detergent must be used, as it would be necessary at a constant detergent temperature.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus of the type described above, which allow a more effective and cheaper Methaneriesche than is possible in the prior art.
  • This object is achieved procedurally according to the invention that the methane wash in a second heat exchanger (dephlegmator) is performed, for which the gas phase of the biphasic mixture in countercurrent to liquid, supercooled methane (methane detergent) is passed from bottom to top through the dephlegmator and at the Solution of leached from the gas phase substances in the methane scrubbing heat released heat (solution heat) in the indirect heat exchange of a, preferably in countercurrent to the methane scrubbing medium through the dephlegmator guided refrigerant is added.
  • a second heat exchanger dephlegmator
  • solution heat solution heat
  • the invention combines the functions of wash column and wash column condenser in a dephlegmator.
  • the cooling according to the invention ensures that the detergent is passed through the dephlegmator at a substantially constant temperature. Gas scrubbing can therefore - with the same cleaning performance - be carried out with a reduced compared to the prior art detergent amount. This has, in addition to smaller dimensions for the actual washing device and the subsequent, used to clean the loaded detergent system parts, also lower energy consumption for the cryogenic gas separation result.
  • An embodiment of the method according to the invention provides that the gas phase of the biphasic mixture produced during the cooling of the feed gas is introduced together with the liquid phase into the dephlegmator and separated from it within the dephlegmator. In the interior of the dephlegmator, the liquid phase of the biphasic mixture mixes with the countercurrent methane scrubbing agent and is led together with this down from the dephlegmator.
  • Another embodiment of the method according to the invention provides that the biphasic mixture produced during the cooling of the feed gas is separated into a gas phase and a liquid phase in a methane wash upstream and only the gas phase for leaching at least carbon monoxide and methane is introduced into the dephlegmator. Through this It is avoided that the CO-rich liquid phase is mixed with the methane scrubbing agent, which is drawn off from the dephlegmator.
  • the refrigerant used to cool the dephlegmator is liquid carbon monoxide which is at least partially vaporized on its way through the dephlegmator.
  • a preferred variant of the method according to the invention provides that carbon monoxide having product quality is compacted, subsequently liquefied and undercooled against process streams to be heated and, following a cold-exhausting expansion, separated into a gas phase and a liquid phase by means of a phase separator, at least part of which being such obtained liquid phase is fed as a refrigerant to the dephlegmator.
  • a further preferred variant of the method according to the invention provides that CO liquid phase not required for the cooling of the dephlegmator is used to produce peak cold within the cryogenic gas separation unit, for which purpose it is suitably admixed with CO stream having a product purity and together with this process streams to be cooled is vaporized and warmed.
  • another variant of the method according to the invention provides that product monoxide-containing carbon monoxide is compressed, cooled against process streams to be heated and depressurized in an expansion turbine. At least part of the carbon monoxide leaving the expansion turbine (turbine exhaust) is heated against the process streams to be cooled and then returned to the CO-type product having product quality.
  • both the cooling of the guided into the expansion turbine carbon monoxide and the heating of the turbine exhaust is carried out in the main heat exchanger of the cryogenic gas separation unit, wherein cooled carbon monoxide is withdrawn via a side draw from the main heat exchanger, while the turbine exhaust is introduced via a lateral feed into the main heat exchanger.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the laden methane scrubbing agent withdrawn from the dephlegmator of a H 2 stripping column (H 2 stripper) is used for stripping off the laden methane scrubbing agent dissolved hydrogen is supplied.
  • the loaded methane scrubbing agent is divided into two partial streams, wherein one of the partial streams is expanded and fed as an intermediate feed into the upper section of the H 2 stripper, while the second partial stream is expanded, partially evaporated against the process streams to be cooled and as an intermediate feed into the lower section of the H 2 -Strippers is initiated.
  • supercooled liquid CH 4 is fed as reflux at the top of the H 2 -stripper.
  • a CO-rich gas stream be fed directly into the sump space (below the first floor) of the H 2 -stripper for heating the H 2 -stripper, wherein the CO-rich gas stream is preferably around a part of the turbine exhaust or a direct return from the CO compressor and to be heated against
  • Process streams cooled, but not condensed CO stream is.
  • this process variant can be dispensed with a costly reboiler.
  • it allows a simple control of the H 2 -Strippers, which represents a decisive advantage over a solution with reboiler especially during rapid load changes of methane scrubbing.
  • the loss in efficiency exhibited by this process variant to a solution with reboiler is minimized by the CO-rich gas stream having a pressure in the bottom space of the H 2 - stripper is introduced, which is only slightly above the operating pressure of H 2 -Strippers.
  • Another mode of the invention provides that the H 2 - rich top fraction from the H 2 stripper deducted, relaxed, warmed against process streams to be cooled and discharged as residual gas.
  • excess, introduced with the feed gas in the methane scrubbing methane of the H 2 -rich top fraction is mixed after the expansion and prior to warming and evaporated together with this against cooling process streams, warmed and passed on as residual gas.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the predominantly methane and carbon monoxide-containing mixture is withdrawn from the bottom of the H 2 -Strippkolonne and fed to a CO / CH 4 separation column.
  • the CO / CH 4 mixture is preferably divided into two substreams before the CO / CH 4 separation column and one of the substreams is introduced as an intermediate feed into the upper section of the CO / CH 4 separation column, while the second substream is depressurized against the process streams to be cooled evaporated, warmed and introduced as an intermediate feed into the lower section of the CO / CH 4 separation column.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that the bottom product from the CO / CH 4 separation column, which is methane containing detergent quality, is removed, subcooled against process streams to be heated, brought to pressure by means of a pump, to be heated
  • Process streams is further subcooled and preferably divided into three sub-streams, one of the partial streams as methane scrubbing the Dephlegmator and another partial flow as reflux is fed to the H 2 -tripper, while the third partial stream withdrawn as excess methane from the methane cycle and preferably the H 2 - rich, withdrawn from the head of the H 2 stripper fraction and fed as residual gas from the methane scrubber.
  • top product of the CO / CH 4 separation column which is carbon monoxide having product purity
  • process streams to be cooled and then compressed in a compressor to product pressure are suitably admixed to the top product of the CO / CH 4 separation column prior to its warming.
  • the insert gas, a H 2 / CO ratio of more than three and / or is the feed gas at a pressure of less than 25 bar, as an advantageous variant of the process according to the invention provides that product purity exhibiting monoxide condensed in the lower part of the main heat exchanger , subcooled, then expanded into a phase separator and there separated into a gas and a liquid phase.
  • the liquid phase is withdrawn from the phase separator and used to produce peak cooling to cool the feed gas.
  • Carbon monoxide is preferably used for this, which is present at a medium or high pressure level, such as the turbine exhaust.
  • the same phase separator is used for the phase separation, in which the liquid carbon monoxide required for the cooling of the dephlegmator is deposited.
  • the invention further relates to a device for obtaining a gaseous carbon monoxide product by decomposing a feed gas consisting essentially of hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO) and methane (CH 4 ), which in addition to a cryogenic methane scrubber (methane scrubbing) and lines for guiding the process streams at least a first heat exchanger for cooling and partial condensation of the feed gas and a regeneration device for the regeneration of laden methane detergent and a CO compressor for the compression of gaseous CO to product pressure (CO product compressor) comprises.
  • a feed gas consisting essentially of hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO) and methane (CH 4 )
  • a cryogenic methane scrubber methane scrubbing
  • the methane scrubbing has a second heat exchanger (dephlegmator) which can be cooled by a refrigerant, through which at least the gas phase of the biphasic mixture produced in the partial condensation of the feed gas flows in countercurrent to liquid, from top to bottom flowing methane ( Methane detergent) is feasible.
  • a second heat exchanger dephlegmator
  • the dephlegmator is preferably designed as a plate heat exchanger, as has long been known in the art.
  • Such heat exchangers are characterized by their compact design, since they contain a large area for heat exchange in a small space and so large specific services are possible.
  • the two-phase mixture produced in the partial condensation of the feed gas can be fed to the dephlegmator on one side, while liquid methane can be introduced into the dephlegmator on the opposite side.
  • An embodiment of the device according to the invention comprises a phase separator, in which the two-phase mixture produced in the partial condensation of the feed gas in a H 2 -rich, carbon monoxide-containing gas and CO-rich, hydrogen-containing liquid phase is separable, and from which the H 2 -rich, carbon monoxide-containing gas phase of the dephlegmator is fed to the laundry.
  • a phase separator in which the two-phase mixture produced in the partial condensation of the feed gas in a H 2 -rich, carbon monoxide-containing gas and CO-rich, hydrogen-containing liquid phase is separable, and from which the H 2 -rich, carbon monoxide-containing gas phase of the dephlegmator is fed to the laundry.
  • the phase separator as independent component is executed or forms a structural unit in the form of an enlarged inlet header with the dephlegmator.
  • a further embodiment of the device according to the invention provides a device for providing liquid carbon monoxide for cooling the dephlegmator, comprising a device for returning a portion of the product purity having CO flow in the cryogenic gas separation unit, a heat exchanger in which the recycled carbon monoxide is condensable, a Throttling device, via which the condensed carbon monoxide is cold-dissipating and a phase separator, in which the phase mixture generated in the cold-pressure relaxation is separable into a liquid and a gas phase.
  • the device for recycling product purity having carbon monoxide into the cryogenic gas separation unit is preferably the CO product compressor.
  • H 2 stripper Hz stripping column
  • H 2 stripper Hz stripping column
  • the H 2 -tripper is not equipped with a reboiler, but with product purity exhibiting carbon dioxide is directly heated, which is introduced for this purpose in the bottom space of the H 2 -Strippers.
  • a further development of the device according to the invention provides for a CCVCH 4 separation column to which the bottoms product consisting of methane and carbon monoxide can be fed from the H 2 stripper for separation into carbon monoxide and methane.
  • Another variant of the device according to the invention provides a third heat exchanger in which process streams can be heated and cooled. These process streams are preferably at least part of the bottoms product from the H 2 stripper which is heated, and carbon monoxide having CO 2 -CH 4 distillation column product purity and having product purity, recycled from the CO compressor both are cooled.
  • a useful embodiment provides that a part of the second heat exchanger can be used as a reboiler for the CO / CH 4 separation column.
  • a further variant of the device according to the invention provides an expansion turbine, the product purity exhibiting and preferably compressed in the CO compressor carbon monoxide (high-pressure CO) can be fed, which is advantageously cooled in the first heat exchanger and withdrawn through a side takeoff from this. From the outlet stream of the expansion turbine, a further CO flow can be removed at a medium pressure level, which is introduced, for example, as stripping gas into the sump space of an H 2 stripper.
  • the present embodiments relate to methods for the decomposition of a feed gas consisting essentially of hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO) and methane (CH 4 ) 1, which is obtained by drying and the removal of carbon dioxide from a synthesis gas, wherein from the feed gas. 1 Both a CO and a H 2 product are generated.
  • H 2 hydrogen
  • CO carbon monoxide
  • CH 4 methane
  • the feed gas 1 to be separated is cooled in the heat exchanger E1 against process streams to be heated and in the process partially condensed.
  • the emerging from the heat exchanger E1 two-phase stream 2, which consists of a H 2 -rich, carbon monoxide and methane-containing gas phase and a CO-rich, hydrogen and methane-containing liquid phase is in the lower part of the dephlegmator E4, which is designed as a plate heat exchanger and which takes over the function of the methane wash column and the wash column cooler in a conventional methane wash, abandoned.
  • cooling can be used with a lower compared to the prior art detergent 64 since the temperature of the methane detergent over the entire length of the dephlegmator remains approximately constant and therefore do not decrease the solubilities for the substances to be washed.
  • the withdrawn at the lower end of the dephlegmator E4 liquid phase 10 a mixture of methane, carbon monoxide and hydrogen, is divided.
  • a part 11 is expanded via the throttle body a and given as intermediate feed 12 in the upper section of the H 2 -Strippkolonne (H 2 stripper) T2.
  • the second part of stream 13 is also relaxed via the throttle body b, passed via line 14 into the heat exchanger E1, there partially evaporated and fed via line 15 to the lower section of the H 2 -Strippers T2, where it is used as an intermediate heater.
  • the dissolved hydrogen is removed from the CO / CH 4 / H 2 mixture 10.
  • reflux 65 used for the H 2 -tripper T2 is supercooled liquid methane.
  • the H 2 -tripper T2 which is not equipped with a reboiler to reduce the investment costs, is heated by a gaseous CO feed 97, which is a partial flow 96 of the exhaust 92 of the expansion turbine X1, and whose size across the Control valve h is set.
  • This procedure allows a simple, independent control of the column, which is particularly advantageous for fast load changes.
  • the efficiency loss through the direct feed can be minimized by choosing an optimum pressure level, which is only slightly above the operating pressure of the H 2 -trip T2, for the CO feed 96, around the drive line for the CO-compressor C1, C2 low to keep.
  • the H 2 -rich overhead fraction 20 from the H 2 -tripper T2 is expanded via the throttle body c, passed on line 21 and mixed with excess methane, which is withdrawn via the lines 69 and 66 and the control valve j from the Methanwaschmitteniklauf.
  • the total flow 22 formed in this way is evaporated in the main heat exchanger E1, heated and discharged as residual gas 23.
  • the CH 4 / CO mixture in the bottom of the H 2 -stripper T2 is withdrawn via line 30 and divided.
  • the first partial flow 31 is expanded via the throttle member d and fed via line 32 as an intermediate feed into the upper section of the CO / CH 4 separation column T3.
  • the second substream 33 is also relaxed via the throttle member e and passed via line 34 into the heat exchanger E3, where it evaporates, passed via line 35 in the lower section of the CO / CH 4 separation column T3 and used there as intermediate heating.
  • the CO / CH 4 separation column T3 is heated by a reboiler, which is integrated in E3 and connected via the lines 36 and 37 to the bottom space of the CO / CH 4 separation column T3.
  • the heating medium is high-pressure CO, which is passed via line 90 from the pressure side of the second section C2 of the CO compressor in the heat exchanger E1, cooled there and passed via line 97 to the heat exchanger E3, where it is condensed and supercooled.
  • the cooled carbon monoxide is withdrawn via line 98 and divided into the two partial streams 99 and 101.
  • the partial stream 99 is expanded via the throttle body f and fed via line 100 of the CO / CH 4 distillation column T3 as reflux, while the partial stream 101 is expanded via the throttle body g and thereby converted into a liquid-gas mixture 102, which subsequently in Phase separator D2 is separated into a liquid and a gas phase.
  • the CO gas phase 7 from the phase separator D2 is admixed with the top product 40 of the CGVCH 4 separation column T3.
  • Phase separator D2 is fed to the dephlegmator E4 as a refrigerant, while the remainder 8 is added to the gaseous via line 41 in the heat exchanger E1 outgoing carbon monoxide to produce peak cold.
  • Separation column T3 is supercooled in the heat exchanger E3, withdrawn via line 61, brought by means of the pump P1 to pressure, fed via line 62 to the heat exchanger E1 and there further subcooled against warmed process streams.
  • the supercooled methane is passed on and divided into the two detergent streams 67 and 68, which are relaxed via the throttle bodies k and I.
  • Methane 69 which is not required as a detergent, is passed on via line 66 to relaxation via the control valve j and mixed with the expanded top fraction 21 of the H 2 stripper T2 to the stream 22 which, after evaporation and heating in the heat exchanger E1, is passed on as residual gas 23 becomes.
  • the CO stream formed from the CO streams 41 and 8 is completely evaporated in the heat exchanger E1, heated and fed via line 42 of the first section C1 of the CO compressor.
  • the CO stream 44 emerging from the first section C1 of the CO compressor is combined with a CO stream 94 generated by heating a portion 93 of the exhaust 92 of the expansion turbine X1 in the heat exchanger E1.
  • a portion of the CO stream thus formed is continued as CO product 43, while the remaining carbon monoxide 45 is guided into the second section C2 of the CO compressor, compressed there and fed via line 90 to the heat exchanger E1.
  • the CO stream 90 is cooled and divided into the two CO streams 91 and 97. While the CO stream 91 of the expansion turbine X1 is supplied to generate cold, the CO stream 97 is fed to the heat exchanger E3 and condensed there against process streams to be heated and supercooled.
  • the second, illustrated in Figure 2 embodiment differs from the first embodiment by the type of supply of the feed gas 2 to
  • the two-phase material stream 2 leaving the heat exchanger E1 is fed to the phase separator D1 and separated into an H 2 -rich gas phase 2a containing carbon monoxide and methane and a CO-rich liquid phase 13a containing methane and hydrogen. Only the gas phase 2a is supplied to the dephlegmator E4, while the liquid phase 13a is expanded via the throttle element b 'and conducted via line 14a at its cold end into the heat exchanger E1.
  • a portion 50 of the turbine exhaust 92 is condensed in the heat exchanger E1 and supercooled, relaxed via the throttle body i and passed via line 51 into the phase separator D2, whereby more liquid CO 8 is available as peak cold for the cold end of E1.
  • This process variant is particularly advantageous when the H 2 / CO ratio in the feed gas 1 is high and / or the pressure of the feed gas 1 is low.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Gewinnung eines Kohlenmonoxidproduktes (43) aus einem im Wesentlichen aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Methan (CH4) bestehenden Einsatzgas (1), wobei aus dem Einsatzgas (1 ) durch Abkühlung gegen anzuwärmende Verfahrensströme ein zweiphasiges Stoffgemisch (2) erzeugt wird, das aus einer H2-reichen, Kohlenmonoxid und Methan enthaltenden Gasphase (2a) und einer CO-reichen, Wasserstoff und Methan enthaltenden Flüssigphase (13a) besteht, und wobei nachfolgend zumindest die H2-reichen, Kohlenmonoxid und Methan enthaltende Gasphase (2a) einer kryogenen Wäsche mit flüssigem Methan (64) (Methanwäsche) unterzogen wird. Die Methanwäsche wird in einem Wärmetauscher (Dephlegmator (E4)) durchgeführt, wozu die Gasphase (2a) des zweiphasigen Stoffgemisches im Gegenstrom zu flüssigem, unterkühltem Methan (64) (Methanwaschmittel) von unten nach oben durch den Dephlegmator (E4) geführt wird und die bei der Lösung von aus der Gasphase ausgewaschenen Stoffen im Methanwaschmittel frei werdende Wärme (Lösungswärme) im indirekten Wärmetausch von einem, bevorzugt im Gegenstrom zum Methanwaschmittel durch den Dephlegmator (E4) geführten Kältemittel (5) aufgenommen wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Zerlegung von Synthesegas mittels Methanwäsche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Gewinnung eines Kohlenmonoxidproduktes aus einem im Wesentlichen aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Methan (CH4) bestehenden Einsatzgas, wobei aus dem Einsatzgas durch Abkühlung gegen anzuwärmende Verfahrensströme ein zweiphasiges Stoffgemisch erzeugt wird, das aus einer H2-reichen, Kohlenmonoxid und Methan enthaltenden Gasphase und einer CO-reichen, Wasserstoff und Methan enthaltenden Flüssigphase besteht, und wobei nachfolgend zumindest die H2-reiche, Kohlenmonoxid und Methan enthaltende Gasphase einer kryogenen Wäsche mit flüssigem Methan (Methanwäsche) unterzogen wird.
Durch unterschiedliche Erzeugungsmethoden, wie z. B. katalytische Dampfreformierung oder Partielle Oxidation, werden aus kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsstoffen, wie Erdgas, Flüssiggas, Naphta, Schweröl oder Kohle sog.
Synthesegase erzeugt, die zum größten Teil aus H2 und CO bestehen, aber auch Methan (CH4), Wasser (H2O), Kohlendioxid (CO2) und andere Komponenten, wie z. B. Stickstoff und Argon enthalten. Aus dem Synthesegas werden nach Reinigung und Zerlegung vor allem CO und H2 als Produkte gewonnen und in der Industrie in vielfältiger Weise weiter verwendet. Zur Trennung und Reinigung der beiden
Synthesegaskomponenten H2 und CO werden in Industrieanlagen vor allem kryogene Verfahren eingesetzt.
Ein derartiges kryogenes Verfahren, das dem Fachmann seit langem bekannt ist, ist die Methanwäsche, wie sie beispielsweise in den Patentschriften EP0017174B1 und EP0317851 B1 beschrieben wird. Bei dieser wird ein Einsatzgas gegen anzuwärmende Ströme partiell kondensiert und das in der H2-reichen Gasphase enthaltene Kohlenmonoxid in einer Waschkolonne mittels unterkühltem, flüssigem Methan ausgewaschen und Wasserstoff über Kopf aus der Waschkolonne abgezogen. Um Kohlenmonoxid als Produkt zu gewinnen, werden die Flüssigphase und das beladene Methanwaschmittel einer H2-Strippung unterzogen. In der anschließenden Rektifikation wird schließlich CO von Methan getrennt. Die saubere Methanfraktion wird unterkühlt, gepumpt, weiter unterkühlt und als Waschmittel in die Waschkolonne zurückgeführt. Um Waschmittelverluste auszugleichen, ist es erforderlich, dass das in einer Methanwäsche zu zerlegende Einsatzgas einen Methangehalt von wenigstens 2mol% aufweist. Üblicherweise kommt die Methanwäsche dann zur Anwendung, wenn das Einsatzgas durch katalytische Dampfreformierung mit anschließender CO2-Entfernung und Trocknung erzeugt wird, da ein solches Einsatzgas einen ausreichend hohen Methangehalt aufweist.
Die Löslichkeiten für die auszuwaschenden Stoffe nehmen mit steigender Waschmitteltemperatur ab. Um die Effektivität einer Methanolwäsche zu erhöhen, umfasst daher eine Waschkolonne zur Abführung der Lösungswärmen der ausgewaschenen Stoffe nach dem Stand der Technik eine oder mehrere Zwischenkühlungen. Die Zwischenkühlungen (Waschkolonnenkühler) sind als externe Plattenwärmetauscher oder als integrierte, gewickelte Wärmetauscher ausgeführt, in denen Flüssig-CO als Kältemittel verdampft wird. Die Temperatur des Methanwaschmittels (bzw. des behandelten Gases) steigt auf seinem Weg durch eine Waschkolonne zunächst an, bevor sie aufgrund der Zwischenkühlung abgesenkt wird, um anschließend - bis zum Ende der Waschkolonne oder bis zu einer weiteren Zwischenkühlung - wieder anzusteigen. Die mittlere Waschmitteltemperatur liegt daher trotz der Zwischenkühlung deutlich höher, als die Temperatur, mit der das Methanwaschmittel in die Waschkolonne eintritt. In einer derartigen Methanwäsche muss somit eine größere Waschmittelmenge eingesetzt werden, als es bei einer gleich bleibenden Waschmitteltemperatur notwendig wäre.
Da es sich bei der Methanwäsche um ein kryogenes Verfahren, mit Temperaturen bis zu -185°C, handelt, ist die gesamte Methanwascheinrichtung nach dem Stand der Technik mit einer wärmeisolierenden Einhausung (CoId Box) umgeben. Um die Investitionskosten zu minimieren, wird versucht, die CoId Box klein und gleichzeitig kompakt zu gestalten. Gegenwärtig wird die Größe der CoId Box u. a. von der Waschkolonne bestimmt, die, mit einer Höhe von bis zu 25m und den zugehörigen Zwischenkühlern sowie den Verbindungsleitungen, einen dominierenden Anlagenteil einer Methanwascheinrichtung darstellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die eine effektivere und kostengünstigere Methanwäsche erlauben, als sie nach dem Stand der Technik möglich ist. Diese Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Methanwäsche in einem zweiten Wärmetauscher (Dephlegmator) durchgeführt wird, wozu die Gasphase des zweiphasigen Stoffgemisches im Gegenstrom zu flüssigem, unterkühltem Methan (Methanwaschmittel) von unten nach oben durch den Dephlegmator geführt wird und die bei der Lösung von aus der Gasphase ausgewaschenen Stoffen im Methanwaschmittel frei werdende Wärme (Lösungswärme) im indirekten Wärmetausch von einem, bevorzugt im Gegenstrom zum Methanwaschmittel durch den Dephlegmator geführten Kältemittel aufgenommen wird.
Die Erfindung kombiniert die Funktionen von Waschkolonne und Waschkolonnenkühler in einem Dephlegmator. Durch die erfindungsgemäße Kühlung wird erreicht, dass das Waschmittel mit einer weitgehend konstanten Temperatur durch den Dephlegmator geführt wird. Die Gaswäsche kann daher - bei gleicher Reinigungsleistung - mit einer im Vergleich zum Stand der Technik verminderten Waschmittelmenge durchgeführt werden. Dies hat, neben geringeren Abmessungen für die eigentliche Wascheinrichtung und die nachfolgenden, zur Reinigung des beladenen Waschmittels eingesetzten Anlagenteile, auch einen geringeren Energiebedarf für die kryogene Gastrennung zur Folge.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Gasphase des bei der Abkühlung des Einsatzgases erzeugten zweiphasigen Stoffgemisches gemeinsam mit der Flüssigphase in den Dephlegmator eingeleitet und innerhalb des Dephlegmators von dieser getrennt wird. Im Innern des Dephlegmators vermischt sich die Flüssigphase des zweiphasigen Stoffgemisches mit dem im Gegenstrom geführten Methanwaschmittel und wird gemeinsam mit diesem nach unten aus dem Dephlegmator herausgeführt.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das bei der Abkühlung des Einsatzgases erzeugte zweiphasige Stoffgemisch in einem der Methanwäsche vorgeschalteten Trennschritt in eine Gas- und eine Flüssigphase aufgetrennt und lediglich die Gasphase zur Auswaschung von zumindest Kohlenmonoxid und Methan in den Dephlegmator eingeleitet wird. Durch diese Verfahrensweise wird vermieden, dass sich die CO-reiche Flüssigphase mit dem Methanwaschmittel, das beladen aus dem Dephlegmator abgezogen wird, vermischt.
Zweckmäßiger Weise handelt es sich bei dem zur Kühlung des Dephlegmators eingesetzten Kältemittel um flüssiges Kohlenmonoxid, das auf seinem Weg durch den Dephlegmator zumindest teilweise verdampft wird. Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass Produktqualität aufweisendes Kohlenmonoxid verdichtet, anschließend gegen anzuwärmende Verfahrensströme verflüssigt und unterkühlt und, im Anschluss an eine kälteleistende Entspannung, mittels eines Phasentrenners in eine Gas- und eine Flüssigphase getrennt wird, wobei wenigstens ein Teil der derart gewonnenen Flüssigphase als Kältemittel dem Dephlegmator zugeführt wird. Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass nicht für die Kühlung des Dephlegmators benötigte CO-Flüssigphase zur Erzeugung von Spitzenkälte innerhalb der kryogenen Gaszerlegungseinheit verwendet wird, wozu es zweckmäßiger Weise einem Produktreinheit aufweisenden CO-Strom zugemischt und gemeinsam mit diesem gegen abzukühlende Verfahrensströme verdampft und angewärmt wird.
Um den Kältebedarf der kryogenen Gaszerlegungseinheit zu decken, sieht eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass Produktqualität aufweisendes Kohlenmonoxid verdichtet, gegen anzuwärmende Verfahrensströme abgekühlt und in einer Entspannungsturbine kälteleistend entspannt wird. Zumindest ein Teil des aus der Expansionsturbine austretenden Kohlenmonoxids (Turbinenauspuff) wird gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt und anschließend in den Produktqualität aufweisenden CO-Strom zurückgeführt. Zweckmäßiger Weise wird sowohl die Abkühlung des in die Expansionsturbine geführten Kohlenmonoxids als auch die Anwärmung des Turbinenauspuffs im Hauptwärmetauscher der kryogenen Gaszerlegungseinheit durchgeführt, wobei abgekühltes Kohlenmonoxid über einen Seitenabzug aus dem Hauptwärmetauscher abgezogen wird, während der Turbinenauspuff über eine seitliche Zuspeisung in den Hauptwärmetauscher eingeleitet wird.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das aus dem Dephlegmator abgezogene, beladene Methanwaschmittel einer H2- Strippkollonne (H2-Stripper) zur Abstrippung des im beladenen Methanwaschmittel gelösten Wasserstoffes zugeführt wird. Vorzugsweise wird das beladene Methanwaschmittel in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei einer der Teilströme entspannt und als Zwischeneinspeisung in die obere Sektion des H2-Stripper geführt wird, während der zweite Teilstrom entspannt, gegen abzukühlende Verfahrensströme teilverdampft und als Zwischeneinspeisung in die untere Sektion des H2-Strippers eingeleitet wird. Um den Kohlenmonoxidgehalt der H2-reichen Kopffraktion zu vermindern, und damit den Kohlenmonoxidverlust zu verkleinern, wird weiterhin vorgeschlagen, dass unterkühltes Flüssig-CH4 am Kopf des H2-Strippers als Rücklauf aufgegeben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird vorgeschlagen, dass zur Beheizung des H2-Strippers ein CO-reicher Gasstrom direkt in den Sumpfraum (unterhalb des 1. Bodens) des H2-Strippers eingespeist wird, wobei es sich bei dem CO-reichen Gasstrom vorzugsweise um einen Teil des Turbinenauspuffs oder um einen direkt vom CO-Verdichter zurückgeführten und gegen anzuwärmende
Verfahrensströme abgekühlten, jedoch nicht kondensierten CO-Strom handelt. Bei dieser Verfahrensvariante kann auf einen kostspieligen Reboiler verzichtet werden. Darüber hinaus ermöglicht sie eine einfache Regelung des H2-Strippers, was insbesondere bei schnellen Lastwechseln der Methanwäsche einen entscheidenden Vorteil gegenüber einer Lösung mit Reboiler darstellt. Der Effizienzverlust, den diese Verfahrensvariante gegenüber einer Lösung mit Reboiler aufweist, wird dadurch minimiert, dass der CO-reiche Gasstrom mit einem Druck in den Sumpfraum des H2- Strippers eingeleitet wird, der nur wenig über dem Betriebsdruck des H2-Strippers liegt.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die H2- reiche Kopffraktion aus dem H2-Stripper abgezogen, entspannt, gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt und als Restgas abgegeben wird. Vorzugsweise wird überschüssiges, mit dem Einsatzgas in die Methanwäsche eingebrachtes Methan der H2-reichen Kopffraktion nach der Entspannung und vor der Anwärmung zugemischt und gemeinsam mit diesem gegen abzukühlende Verfahrensströme verdampft, angewärmt und als Restgas weiter geführt.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das vorwiegend Methan und Kohlenmonoxid enthaltende Stoffgemisch aus dem Sumpf der H2-Strippkolonne abgezogen und einer CO/CH4-Trennkolonne zugeführt wird. Bevorzugt wird das CO/CH4-Stoffgemisch vor der CO/CH4-Trennkolonne in zwei Teilströme aufgeteilt und einer der Teilströme als Zwischeneinspeisung in die obere Sektion der CO/CH4-Trennkolonne eingeleitet wird, während der zweite Teilstrom entspannt, gegen abzukühlende Verfahrensströme verdampft, angewärmt und als Zwischeneinspeisung in die untere Sektion der CO/CH4-Trennkolonne eingeleitet wird.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Sumpfprodukt aus der CO/CH4-Trennkolonne, bei dem es sich um Waschmittelqualität aufweisendes Methan handelt, abgezogen, gegen anzuwärmende Verfahrensströme unterkühlt, mittels einer Pumpe auf Druck gebracht, gegen anzuwärmende
Verfahrensströme weiter unterkühlt und bevorzugt in drei Teilströme aufgeteilt wird, wobei einer der Teilströme als Methanwaschmittel dem Dephlegmator und ein anderer Teilstrom als Rücklauf dem H2-Stripper zugeführt wird, während der dritte Teilstrom als überschüssiges Methan aus dem Methankreislauf abgezogen und bevorzugt der H2- reichen, vom Kopf des H2-Strippers abgezogenen Fraktion zugemischt und als Restgas aus der Methanwäsche geführt wird.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Kopfprodukt der CO/CH4-Trennkolonne, bei dem es sich um Produktreinheit aufweisendes Kohlenmonoxid handelt, gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt und anschließend in einem Verdichter auf Produktdruck verdichtet wird. Ebenfalls Produktreinheit aufweisende Kohlenmonoxidströme innerhalb der kryogenen Gaszerlegungseinheit, wie beispielsweise CO-Ströme, die nicht oder nicht mehr für die Kühlung des Dephlegmators benötigt werden, werden zweckmäßiger Weise dem Kopfprodukt der CO/CH4-Trennkolonne vor dessen Anwärmung zumischt.
Weist das Einsatzgas ein H2/CO-Verhältnis von mehr als drei auf und/oder steht das Einsatzgas unter einem Druck von weniger als 25 bar, so sieht eine vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass Produktreinheit aufweisendes Kohlenmonoxid im unteren Teil des Hauptwärmetauschers kondensiert, unterkühlt, anschließend in einen Phasentrenner entspannt und dort in eine Gas- und eine Flüssigphase getrennt wird. Die Flüssigphase wird aus dem Phasentrenner abgezogen und zur Erzeugung von Spitzenkälte zur Abkühlung des Einsatzgases verwendet. Bevorzugt wird hierzu Kohlenmonoxid verwendet, das auf einem Mittel- oder Hochdruckniveau vorliegt, wie beispielsweise der Turbinenauspuff. Zweckmäßiger Weise wird zur Phasentrennung derselbe Phasentrenner verwendet, in dem das für die Kühlung des Dephlegmators benötigte flüssige Kohlenmonoxid abgeschieden wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Gewinnung eines gasförmigen Kohlenmonoxidproduktes durch Zerlegung eines im Wesentlichen aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Methan (CH4) bestehenden Einsatzgas, die neben einer kryogenen Methanwascheinrichtung (Methanwäsche) und Leitungen zur Führung der Verfahrensströme zumindest einen ersten Wärmetauscher zur Abkühlung und partiellen Kondensation des Einsatzgas und eine Regeneriereinrichtung zur Regenerierung von beladenem Methanwaschmittel sowie einen CO-Verdichter zur Verdichtung von gasförmigem CO auf Produktdruck (CO-Produktverdichter) umfasst.
Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Methanwäsche einen mit einem Kältemittel kühlbaren zweiten Wärmetauscher (Dephlegmator) aufweist, durch welchen zumindest die Gasphase des bei der partiellen Kondensation des Einsatzgases erzeugten zweiphasigen Stoffgemisches im Gegenstrom zu flüssigem, von oben nach unten strömendem Methan (Methanwaschmittel) führbar ist.
Der Dephlegmator ist bevorzugt als Plattenwärmetauscher, wie er der Fachwelt seit langem bekannt ist, ausgeführt. Derartige Wärmetauscher zeichnen sich durch ihre kompakte Bauweise aus, da sie auf kleinem Raum eine große Fläche für den Wärmeaustausch enthalten und so große spezifische Leistungen möglich sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterbildend, wird vorgeschlagen, dass das bei der partiellen Kondensation des Einsatzgases erzeugte zweiphasige Stoffgemisch auf einer Seite dem Dephlegmator zuführbar ist, während auf der gegenüberliegenden Seite flüssiges Methan in den Dephlegmator einleitbar ist.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst einen Phasentrenner, in welchem das bei der partiellen Kondensation des Einsatzgases erzeugte zweiphasige Stoffgemisch in eine H2-reiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gas- und eine CO-reiche, Wasserstoff enthaltende Flüssigphase trennbar ist, und aus welchem die H2-reiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gasphase dem Dephlegmator zur Wäsche zuführbar ist. Zweckmäßige Varianten sehen vor, dass der Phasentrenner als eigenständiges Bauteil ausgeführt ist oder in Form eines vergrößerten Eintrittsheaders mit dem Dephlegmator eine bauliche Einheit bildet.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht eine Einrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Kohlenmonoxid zur Kühlung des Dephlegmators vor, umfassend eine Einrichtung zur Zurückführung eines Teils des Produktreinheit aufweisenden CO-Stromes in die kryogene Gaszerlegungseinheit, einen Wärmetauscher, in dem das zurückgeführte Kohlenmonoxid kondensierbar ist, ein Drosselorgan, über das das kondensierte Kohlenmonoxid kälteleistend entspannbar ist sowie einen Phasentrenner, in dem das bei der kälteleistenden Entspannung erzeugte Phasengemisch in eine Flüssig- und eine Gasphase trennbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Einrichtung zur Zurückführung von Produktreinheit aufweisendem Kohlenmonoxid in die kryogene Gaszerlegungseinheit um den CO- Produktverdichter.
Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht eine Hz- Strippkolonne (H2-Stripper) vor, in die Wasserstoff enthaltende Phasen, insbesondere das beladene Methanwaschmittel aus dem Dephlegmator, einleitbar und in der sie von Wasserstoff befreibar sind. Eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der H2-Stripper nicht mit einem Reboiler ausgestattet ist, sondern mit Produktreinheit aufweisendem Kohlendioxid direkt beheizbar ist, das zu diesem Zweck in den Sumpfraum des H2-Strippers eingeleitet wird.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht eine CCVCH4- Trennkolonne vor, der das aus Methan und Kohlenmonoxid bestehende Sumpfprodukt aus dem H2-Stripper zur Auftrennung in Kohlenmonoxid und Methan zuführbar ist.
Eine andere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht einen dritten Wärmetauscher vor, in dem Verfahrenströme anwärm- und abkühlbar sind. Bevorzugt handelt es sich bei diesen Verfahrensströmen um wenigstens einen Teil des Sumpfproduktes aus dem H2-Stripper, der angewärmt wird, sowie um das Waschmittelqualität aufweisende Sumpfprodukt aus der CO/CH4-Trennkolonne und Produktreinheit aufweisendes, vom CO-Verdichter zurückgeführtes Kohlenmonoxid, die beide abgekühlt werden. Eine sinnvolle Ausgestaltung sieht vor, dass ein Teil des zweiten Wärmetauschers als Reboiler für die CO/CH4-Trennkolonne nutzbar ist. Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht eine Entspannungsturbine vor, der Produktreinheit aufweisendes und vorzugsweise im CO- Verdichter verdichtetes Kohlenmonoxid (Hochdruck-CO) zuführbar ist, welches zweckmäßiger Weise im ersten Wärmetauscher abgekühlt und über einen Seitenabzug aus diesem abgezogen wird. Aus dem Austrittsstrom der Entspannungsturbine ist ein weiterer CO-Strom auf einem mittleren Druckniveau entnehmbar, der beispielsweise als Strippgas in den Sumpfraum eines H2-Strippers eingeleitet wird.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand zweier, in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In den beiden Figuren werden gleich Anlagenkomponenten mit gleichen Symbolen gekennzeichnet.
Die vorliegenden Ausführungsbeispiele betreffen Verfahren zur Zerlegung eines im Wesentlichen aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Methan (CH4) bestehenden Einsatzgases 1 , das durch Trocknung und die Entfernung von Kohlendioxid aus einem Syntheserohgas gewonnen wird, wobei aus dem Einsatzgas 1 sowohl ein CO- als auch ein H2-Produkt erzeugt werden.
Das zu zerlegende Einsatzgas 1 wird im Wärmetauscher E1 gegen anzuwärmende Verfahrensströme abgekühlt und dabei teilweise kondensiert. Der aus dem Wärmetauscher E1 austretende zweiphasige Stoffstrom 2, der aus einer H2-reichen, Kohlenmonoxid und Methan enthaltenden Gasphase und einer CO-reichen, Wasserstoff und Methan enthaltenden Flüssigphase besteht, wird in den unteren Teil des Dephlegmators E4, der als Plattenwärmetauscher ausgeführt ist und der die Funktion der Methanwaschkolonne und des Waschkolonnenkühlers in einer herkömmlichen Methanwäsche übernimmt, aufgegeben. Aus der im Dephlegmator E4 aufsteigenden Gasphase werden Kohlenmonoxid und Methan mit flüssigem, unterkühltem Methanwaschmittel 64 ausgewaschen, das an dessen oberem Ende dem Dephlegmator E4 zugeführt wird. Der gasförmig aus dem Dephlegmator E4 austretende Stoffstrom 3, der überwiegend aus Wasserstoff besteht, und einen CO- Gehalt von weniger als 0,5mol-% aufweist, wird in E1 angewärmt, als Rohwasserstoff über Leitung 4 zu einer Druckwechseladsorption (nicht dargestellt) weitergeführt und dort zu einem H2-Produkt aufbereitet. Die Wärme, die bei der Lösung von ausgewaschenen Stoffen (hauptsächlich Kohlenmonoxid) im Methanwaschmittel 64 frei wird (Lösungswärme), wird durch indirekten Wärmetausch mittels Kohlenmonoxid abgeführt, das flüssig über Leitung 5 dem Dephlegmator E4 zugeführt und gasförmig über Leitung 6 wieder abgeführt wird. Durch die derart ausgeführte Kühlung kann mit einer im Vergleich zum Stand der Technik geringeren Waschmittelmenge 64 gearbeitet werden, da die Temperatur des Methanwaschmittels über die gesamte Länge des Dephlegmators annähernd konstant bleibt und die Löslichkeiten für die auszuwaschenden Stoffe daher nicht abnehmen. Die am unteren Ende des Dephlegmators E4 abgezogene Flüssigphase 10, ein Gemisch aus Methan, Kohlenmonoxid und Wasserstoff, wird aufgeteilt. Ein Teil 11 wird über das Drosselorgan a entspannt und als Zwischeneinspeisung 12 in die obere Sektion der H2-Strippkolonne (H2-Stripper) T2 gegeben. Der zweite Teilstrom 13 wird über das Drosselorgan b ebenfalls entspannt, über Leitung 14 in den Wärmetauscher E1 geleitet, dort teilverdampft und über Leitung 15 der unteren Sektion des H2-Strippers T2 zugeführt, wo er als Zwischenheizung genutzt wird. Im H2-Stripper T2 wird der gelöste Wasserstoff aus dem CO/CH4/H2-Gemisch 10 entfernt. Um den CO-Verlust über die H2-reiche Kopffraktion 20 zu minimieren (<5mol-% CO), wird als Rücklauf 65 für den H2-Stripper T2 unterkühltes flüssiges Methan verwendet.
Der H2-Stripper T2, der zur Verringerung der Investitionskosten nicht mit einem Reboiler ausgerüstet ist, wird durch eine gasförmige CO-Einspeisung 97 beheizt, bei der es sich um einen Teilstrom 96 des Auspuffs 92 der Entspannungsturbine X1 handelt, und dessen Größe über das Regelventil h eingestellt wird. Diese Verfahrensweise ermöglicht eine einfache, unabhängige Regelung der Kolonne, was insbesondere bei schnellen Lastwechseln von Vorteil ist. Der Effizienzverlust durch die Direkteinspeisung lässt sich dadurch minimieren, dass für die CO-Einspeisung 96 ein optimales Druckniveau, das nur knapp über dem Betriebsdruck des H2-Strippes T2 liegt, gewählt wird, um die Antriebsleitung für den CO-Verdichter C1 , C2 gering zu halten.
Die H2-reiche Kopffraktion 20 aus dem H2-Stripper T2 wird über das Drosselorgan c entspannt, über Leitung 21 weiter geführt und mit überschüssigem Methan, das über die Leitungen 69 und 66 sowie das Regelventil j aus dem Methanwaschmittekreislauf abgezogen wird, gemischt. Der auf dies Weise gebildete Gesamtstrom 22 wird im Hauptwärmetauscher E1 verdampft, angewärmt und als Restgas 23 abgegeben. Das CH4/CO-Gemisch im Sumpf des H2-Strippers T2 wird über Leitung 30 abgezogen und aufgeteilt. Der erste Teilstrom 31 wird über das Drosselorgan d entspannt und über Leitung 32 als Zwischeneinspeisung in die obere Sektion der CO/CH4- Trennkolonne T3 aufgegeben. Der zweite Teilstrom 33 wird über das Drosselorgan e ebenfalls entspannt und über Leitung 34 in den Wärmetauscher E3 geführt, dort verdampft, über Leitung 35 in der unteren Sektion der CO/CH4-Trennkolonne T3 geführt und dort als Zwischenheizung genutzt. Die CO/CH4-Trennkolonne T3 wird durch einen Reboiler, der in E3 integriert und über die Leitungen 36 und 37 mit dem Sumpfraum der CO/CH4-Trennkolonne T3 verbunden ist, beheizt. Als Heizmedium dient Hochdruck-CO, das über die Leitung 90 von der Druckseite der zweiten Sektion C2 des CO-Verdichters in den Wärmetauscher E1 geführt, dort abgekühlt und über Leitung 97 zum Wärmetauscher E3 geleitet wird, wo es kondensiert und unterkühlt wird. Das abgekühlte Kohlenmonoxid wird über Leitung 98 abgezogen und in die beiden Teilströme 99 und 101 aufgeteilt. Der Teilstrom 99 wird über das Drosselorgan f entspannt und über Leitung 100 der CO/CH4-Trennkolonne T3 als Rücklauf zugeführt, während der Teilstrom 101 über das Drosselorgan g entspannt und dabei in ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch 102 umgesetzt wird, welches anschließend im Phasentrenner D2 in eine Flüssig- und eine Gasphase getrennt wird. Die CO- Gasphase 7 aus dem Phasentrenner D2 wird dem Kopfprodukt 40 der CGVCH4- Trennkolonne T3 zugemischt. Ein erster Teil 5 der CO-Flüssigphase aus dem
Phasentrenner D2 wird dem Dephlegmator E4 als Kältemittel zugeführt, während der verbleibende Rest 8 dem gasförmig über Leitung 41 in den Wärmetauscher E1 geführten Kohlenmonoxid zur Erzeugung von Spitzenkälte zugemischt wird.
Das vorwiegend aus Methan bestehende Sumpfprodukt 60 aus der CGVCH4-
Trennkolonne T3 wird im Wärmetauscher E3 unterkühlt, über Leitung 61 abgezogen, mit Hilfe der Pumpe P1 auf Druck gebracht, über Leitung 62 dem Wärmetauscher E1 zugeführt und dort gegen anzuwärmende Verfahrensströme weiter unterkühlt. Über Leitung 63 wird das unterkühlte Methan weiter geleitet und in die beiden Waschmittelströme 67 und 68 aufgeteilt, die über die Drosselorgane k und I entspannt werden. Nicht als Waschmittel benötigtes Methan 69 wird nach Entspannung über das Regelventil j über Leitung 66 weiter geführt und mit der entspannten Kopffraktion 21 des H2-Strippers T2 zum Stoffstrom 22 gemischt, der, nach Verdampfung und Anwärmung im Wärmetauscher E1 , als Restgas 23 weiter geleitet wird. Der aus den CO-Strömen 41 und 8 gebildete CO-Strom wird im Wärmetauscher E1 vollständig verdampft, angewärmt und über Leitung 42 der ersten Sektion C1 des CO- Verdichters zugeführt. Der aus der ersten Sektion C1 des CO-Verdichters austretende CO-Strom 44 wird mit einem CO-Strom 94 vereinigt, der durch Anwärmen eines Teils 93 des Auspuffs 92 der Expansionsturbine X1 im Wärmetauscher E1 erzeugt wird. Ein Teil des so gebildeten CO-Stromes wird als CO-Produkt 43 weiter geführt, während das restliche Kohlenmonoxid 45 in die zweite Sektion C2 des CO-Verdichters geführt, dort verdichtet und über Leitung 90 dem Wärmetauscher E1 zugeführt wird. Im Wärmetauscher E1 wird der CO-Strom 90 abgekühlt und in die beiden CO-Ströme 91 und 97 aufgeteilt. Während der CO-Strom 91 der Expansionsturbine X1 zur Erzeugung von Kälte zugeführt wird, wird der CO-Strom 97 dem Wärmetauscher E3 zugeleitet und dort gegen anzuwärmende Verfahrensströme kondensiert und unterkühlt.
Das zweite, in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel durch die Art der Zuführung des Einsatzgases 2 zum
Dephlegmator E4 sowie der Nutzung des Auspuffs 92 der Entspannungsturbine X1.
Der aus dem Wärmetauscher E1 austretende zweiphasige Stoffstrom 2 wird dem Phasentrenner D1 zugeführt und in eine H2-reiche, Kohlenmonoxid und Methan enthaltende Gasphase 2a und eine CO-reiche, Methan und Wasserstoff enthaltende Flüssigphase 13a aufgetrennt. Dem Dephlegmator E4 wird lediglich die Gasphase 2a zugeführt, während die Flüssigphase 13a über das Drosselorgan b' entspannt und über Leitung 14a an dessen kaltem Ende in den Wärmetauscher E1 geleitet wird.
Eine Teil 50 des Turbinenauspuffs 92 wird im Wärmetauscher E1 kondensiert und unterkühlt, über das Drosselorgan i entspannt und über Leitung 51 in den Phasentrenner D2 geleitet, wodurch mehr Flüssig-CO 8 als Spitzenkälte für das kalte Ende von E1 zur Verfügung steht. Diese Verfahrensvariante ist vor allem dann vorteilhaft, wenn das H2/CO-Verhältnis im Einsatzgas 1 hoch und/oder der Druck des Einsatzgases 1 niedrig ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Gewinnung eines Kohlenmonoxidproduktes aus einem im Wesentlichen aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Methan (CH4) bestehenden Einsatzgas, wobei aus dem Einsatzgas durch Abkühlung gegen anzuwärmende Verfahrensströme ein zweiphasiges Stoffgemisch erzeugt wird, das aus einer H2-reichen, Kohlenmonoxid und Methan enthaltenden Gasphase und einer CO-reichen, Wasserstoff und Methan enthaltenden Flüssigphase besteht, und wobei nachfolgend zumindest die H2-reiche, Kohlenmonoxid und Methan enthaltende Gasphase einer kryogenen Wäsche mit flüssigem Methan (Methanwäsche) unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die
Methanwäsche in einem zweiten Wärmetauscher (Dephlegmator) durchgeführt wird, wozu die Gasphase des zweiphasigen Stoffgemisches im Gegenstrom zu flüssigem, unterkühltem Methan (Methanwaschmittel) von unten nach oben durch den Dephlegmator geführt wird und die bei der Lösung von aus der Gasphase ausgewaschenen Stoffen im Methanwaschmittel frei werdende Wärme
(Lösungswärme) im indirekten Wärmetausch von einem, bevorzugt im Gegenstrom zum Methanwaschmittel durch den Dephlegmator geführten Kältemittel aufgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gasphase des bei der Abkühlung des Einsatzgases erzeugten zweiphasigen Stoffgemisches gemeinsam mit der Flüssigphase in den Dephlegmator eingeleitet und innerhalb des Dephlegmators von dieser getrennt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Abkühlung des Einsatzgases erzeugte zweiphasige Stoffgemisch in einem der Methanwäsche vorgeschalteten Trennschritt in eine Gas- und eine Flüssigphase aufgetrennt und lediglich die Gasphase zur Auswaschung von zumindest Kohlenmonoxid in den Dephlegmator eingeleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältemittel für den Dephlegmator flüssiges Kohlenmonoxid eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Produktqualität aufweisendes Kohlenmonoxid verdichtet, anschließend gegen anzuwärmende Verfahrensströme abgekühlt, dabei verflüssigt und im Anschluss an eine kälteleistende Entspannung mittels eines Phasentrenners in eine Gas- und eine Flüssigphase getrennt wird, wobei wenigstens ein Teil der derart gewonnenen Flüssigphase als Kältemittel dem Dephlegmator zugeführt wird.
6. Vorrichtung zur Gewinnung eines gasförmigen Kohlenmonoxidproduktes durch Zerlegung eines im Wesentlichen aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und
Methan (CH4) bestehenden Einsatzgas, die neben einer kryogenen Methanwascheinrichtung (Methanwäsche) und Leitungen zur Führung der Verfahrensströme zumindest einen ersten Wärmetauscher zur Abkühlung und partiellen Kondensation des Einsatzgas und eine Regeneriereinrichtung zur Regenerierung von beladenem Methanwaschmittel sowie einen CO-Verdichter zur
Verdichtung von gasförmigem CO auf Produktdruck (CO-Produktverdichter) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Methanwäsche einen mit einem Kältemittel kühlbaren zweiten Wärmetauscher (Dephlegmator) aufweist, durch welchen zumindest die Gasphase des bei der partiellen Kondensation des Einsatzgases erzeugten zweiphasigen Stoffgemisches im Gegenstrom zu flüssigem, von oben nach unten strömendem Methan (Methanwaschmittel) führbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dephlegmator als Plattenwärmetauscher ausgeführt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Dephlegmator ein Phasentrenner angeordnet ist, in welchem das bei der partiellen Kondensation des Einsatzgases erzeugte zweiphasige Stoffgemisch in eine H2-reiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gas- und eine CO-reiche, Wasserstoff enthaltende Flüssigphase trennbar ist, und aus welchem die H2-reiche, Kohlenmonoxid enthaltende Gasphase dem Dephlegmator zuführbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Bereitstellung von flüssigem Kohlenmonoxid zur Kühlung des Dephlegmators vorgesehen ist, umfassend einen CO-Verdichter zur Verdichtung und Zurückführung eines Teils des Produktqualität aufweisenden CO-Stromes in die kryogene Gaszerlegungseinheit, einen Wärmetauscher, in dem das zurückgeführte Kohlenmonoxid kondensierbar ist, ein Drosselorgan, über das das kondensierte Kohlenmonoxid kälteleistend entspannbar ist sowie einen Phasentrenner, in dem das bei der kälteleistenden Entspannung erzeugte Phasengemisch in eine Flüssig- und eine Gasphase trennbar ist.
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