純一氧化碳餾份的提取方法
2023-05-28 05:49:36
專利名稱：純一氧化碳餾份的提取方法
技術領域：
本發明涉及從一種在必要時分離掉水與二氧化碳並至少含氫、一氧化碳和甲烷的進料餾份中提取純CO餾份的方法，其中將進料餾份冷卻並使之部分冷凝，用過冷的液態甲烷洗出一氧化碳和氫，汽提所洗出的氫，並接著對如此提取得的富CO/CH4餾份進行精餾分離，以此分離成純CO餾份和富CH4餾份。
基於對分離產物的純度要求提高、設備運行成本的重要性越來越大，以及可供使用的熱力學數據的不斷完善，近年來H2/CO分離領域不斷發生著技術上的變化。
作為H2/CO進料餾份的主要供應來源，始終須提及蒸汽重整器(Steam-Reformer)。但是，用氧使重油汽化——即部分氧化——以有廉價氧來源為先決條件，近年來，以氧來汽化重油作為H2/CO的供應者有著重大意義。
絕大部分如此製得的一氧化碳，都用於甲酸和乙酸的生產中。另外的買主出現在聚碳酸酯化學領域中，該化學領域要求以高純度光氣為原料，而光氣又要求最高純度的一氧化碳為原料。此時，一氧化碳中的甲烷含量須＜10ppm(摩爾)、氫含量須＜1000ppm(摩爾)。製造純CO時產生的氫，在必要時經接續精細淨化後，用於各種氫化目的。
R.Fabian在LINDE公司科技報告書第55期(1984年)第38-42頁上和R.Berringer博士在LINDE公司科技報告書第62期(1988年)第18-23頁上發表的文章，對製備一氧化碳和副產品氧所使用的方法作了概述。由後面所述的LINDE公司報告書中的附圖6及
已知一種藉助甲烷洗滌和必不可少的N2/CO分離來提純CO的方法。在此已知方法中，以過冷的液態甲烷在第一洗滌塔中將一氧化碳、氫及氮從進料氣流中洗滌出來。在後置的一個氫汽提塔中，使洗滌塔塔底抽出的餾份與氫分離。接著在另一個分離塔中，將從上述汽提塔塔底抽出的無氫混合物分離成N2/CO餾份(塔頂產物)和CH4重餾份(塔底產物)。此液態CH4餾份被泵至原料氣的壓力，並供入洗滌塔，作洗滌劑用。接著，在第4個塔中，分離成CO產物餾份和富N2餾份。倘若進料混合氣中不含氮，則可取消該第四個塔。CO產物餾份溫熱後，同所謂的循環CO一起壓縮，並以所需的產品壓力供貨。為對該過程供冷，用一個一氧化碳循環同製冷渦輪機一起工作。
為了能在洗滌塔中儘可能完全地洗出一氧化碳和氮，有必要將作洗滌劑的甲烷以儘可能純的形式供入洗滌塔。但是，為在洗滌餾份中獲得儘可能高的CH4純度，就需要富CH4洗滌餾份回收塔再沸效率高。
本發明賴以為基礎的目的是，避免現有技術中的上述缺點。
按本發明，此目的以下述措施來實現用作洗滌劑的過冷的液態甲烷至少含有2-15％(摩爾)一氧化碳，優選含有7-10％(摩爾)一氧化碳。
下面以附圖來盡詳闡明本發明方法以及本發明裝置與其它發展。
下文中所有對工藝流的數量說明，均以摩爾百分比表示。
下表中舉例性地列出了標有標號的各管道中的溫度、壓力、流量及氣體或混合氣體的液化分量(Flüssiganteil)。<
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附圖中概括示出一種經分離至少含氫、一氧化碳及甲烷且優選來源於蒸汽重整器的進料餾份來提取一氧化碳產品物流和氫副產品物流的方法。
在必要時用吸附法分離掉水和二氧化碳的進料餾份，經由管道1輸過兩個換熱器E1和E2。進料餾份的組成為72.9％(摩爾)H2、24.5％(摩爾)CO、2.4％(摩爾)CH4及0.3％(摩爾)其它組分如N2。在上述兩個換熱器中，將進料餾份冷卻到大部分一氧化碳和甲烷已冷凝。已冷卻並部分冷凝的進料餾份經由管道1′輸向塔T1上部的下部。塔T1是一個由氫汽提塔和甲烷洗滌塔構成的聯合塔。此時，根據本發明，該塔的上部為甲烷洗滌塔，而該塔的下部為氫汽提塔。富H2餾份在頂部經由管道2從塔T1引出，該富H2餾份由93.7％(摩爾)H2、4.2％(摩爾)CO、2.9％(摩爾)CH4和0.1％(摩爾)N2組成。在閥a中使此餾份減壓，並接著經由管道2′逆著冷卻過的工藝物流輸過兩個換熱器E2和E1。富H2餾份經由管道2′抽出。需要時，還可單獨在加壓下將此富H2餾份稍微加熱，並例如在變壓吸附過程中再提純為純氫或最純氫。在塔T1的塔底，將由46.8％(摩爾)CO、52.8％(摩爾)CH4、0.4％(摩爾)N2及10ppmH2組成的富CO/CH4餾份，經由管道3抽出。一部分此餾份經由管道4輸入再沸器，使之蒸發，並接著再供入塔中。為一目了然起見，在附圖中該位置上標出也同樣標以E2的一個獨立的換熱器。但實踐上，圖中所示的這兩個換熱器E2構成了一個換熱器。從塔T1底部引出的餾份經由二條路線抵達CO/CH4分離塔T2。也即，一部分該餾份在閥b中減壓——而且這部分幾平全為液態——並接著經由管道3′輸到分離塔T2。另一部分在閥b′中減壓，並經由管道13輸到換熱器E2。在該換熱器中，此餾份完全蒸發，並接著經由管道13′同樣輸到分離塔T2，但在第一分流輸入處的下部位置處輸入。經由塔頂並藉助管道5從該分離塔T2引出純一氧化碳產品餾份，並在換熱器E2和E1中將之逆著冷卻過的工藝物流稍予溫熱。該純一氧化碳餾份的組成為99.2％(摩爾)CO、0.8％(摩爾)N2、23ppmH2及10ppmCH4。理論上，H2和CH4可繼續任意從純一氧化碳餾份中分離掉。富CH4餾份從分離塔T2的底部引出，其組成為93.0％(摩爾)CH4、7.0％(摩爾)CO及0.04％(摩爾)N2。該純CH4餾份不需用於洗滌的那部分，經由管道6引出，在閥c中減壓，並接著經由管道6′與管道2′中的純H2餾份混合。由88.7％(摩爾)H2、4.2％(摩爾)CO、2.9％(摩爾)CH4和0.9％(摩爾)N2組成的富H2混合氣經由管道2″引出。需用於洗滌的純CH4餾份經由管道7引入泵P，在該泵中純CH4餾份被泵至原料氣的壓力。接著，使該純CH4餾份在換熱器E2中過冷，並經由管道7″輸至塔T1上部(即甲烷洗滌塔部分)的塔頂。根據本發明，該用作洗滌劑的過冷的富CH4餾份至少含2-15％(摩爾)一氧化碳，優選含7-10％(摩爾)一氧化碳。這意味著，分離塔T2中再沸效率可保持得任意的低。甚或可將其完全取消。為一目了然起見，附圖中未將其示出。本發明方法所需的能量用附設的CO循環來產生。為此，將經由管道5′從換熱器E1輸出的純一氧化碳產品餾份輸至三級活塞式壓縮機V的第二級。在現有情況下，第一級壓縮到4.5bar bara，第二級壓縮到10.0bar bara，而第三級壓縮到24.5bar bara。純一氧化碳產品餾份可在第二或第三壓縮級後引出。在第三壓縮級之後，將分流(即形成一氧化碳冷循環的分流)經由管道9引出，在換熱器E1中將之冷卻、在換熱器E2中使之冷凝並過冷，接著經由管道9′輸至分配該一氧化碳餾份的地點。其中第一股分流經由管道10輸至閥d，並在其中減壓。接著，將該股分流經由管道10′輸過換熱器E2和E1，並在其中逆著待冷卻的工藝料流蒸發並稍受加溫。接著，將該分流經由管道10″輸至第一壓縮級。第二股分流經由管道11輸至分配該分流的另一個地點。該物流的一部分在閥e中減壓，並經由管道11′以回流形式輸至分離塔T2的塔頂。另一部分在閥f中減壓，並接著經由管道11″作為冷卻劑輸至塔T1的上部。接著將自塔T1引出並已稍予溫熱的冷卻劑在進入換熱器E2之前混入管道10′。可能有必要的是，為進行製冷，將液氮經由管道12混入管道2′。代之以經管道12輸入液氮，也可考慮在一氧化碳冷循環中設置一臺減壓渦輪機。
同現有技術中的已知方法相比，本發明具有一些重大優點。由於或許可以取消對分離塔T2加熱，所以不純CH4餾份在分離塔T2底部提取的這種事實要求小得多的一氧化碳冷循環量。基於分離塔T2的再沸效率(Aufkocherleistung)很小或根本不需要再沸，特有的能耗就相應減少。現在可以把甲烷洗滌塔和氫汽提塔一起建造在一個塔內，這能使建造費用比迄今常用的方法更為便宜。以本發明方法運作的裝置只需大約80％具有甲烷洗滌功能的常規裝置所需的零部件。正如本發明中所記載，進行這樣一種方法，對於一氧化碳生產能力較小的、尤其是低於1000Nm3/h的工藝和裝置尤為有意義。雖然分離塔T2底部提取到的不純CH4餾份確實除了甲烷之外基本上還含有一氧化碳，而且塔T1頂部所提取的富氫餾份同樣也含有百分之幾的一氧化碳，這對收率起著不良作用，但是這一缺點由於可以不使用高成本工藝過程而得補償。如此，本實施例所達到的一氧化碳收率為85.8％。
權利要求
1.從一種在必要時分離掉水和二氧化碳並至少含有氫、一氧化碳及甲烷的進料餾份中提取純CO餾份的方法，其中將進料餾份冷卻並使之部分冷凝，用過冷的液態甲烷洗出一氧化碳和氫，汽提所洗出的氫，並接著對如此提取得的富CO/CH4餾份進行精餾分離，以此分離成純CO餾份和富CH4餾份，其特徵在於，用作洗滌劑的過冷的液態甲烷至少含2-15％(摩爾)一氧化碳，優選含7-10％(摩爾)一氧化碳。
2.權利要求1所述的方法，其特徵在於，用精餾分離所得的富CH4餾份作洗滌劑。
3.實施前列諸權利要求中任何一項所述方法用的裝置，其特徵在於，氫汽提塔構成塔的下部，而該塔的上部是甲烷洗滌塔。
全文摘要
從一種在必要時分離掉水與二氧化碳並至少含有氫、一氧化碳及甲烷的進料餾份中提取純CO餾份的方法，其中將進料餾份冷卻並使之部分冷凝，用過冷的液態甲烷洗出一氧化碳和氫，汽提所洗出的氫，並接著對如此提取得的富CO/CH
文檔編號F25J3/02GK1133428SQ95116109
公開日1996年10月16日 申請日期1995年9月15日 優先權日1994年9月16日
發明者H·鮑爾, R·法比安 申請人:蘭德股份公司