一種從混合氣中提純一氧化碳的方法
2023-05-28 05:53:01 1
專利名稱：一種從混合氣中提純一氧化碳的方法
技術領域：
本發明涉及一種從混合氣中提純一氧化碳的方法。
一氧化碳是許多有機合成的原料，如二甲基甲醯胺(DMF)、甲酸、甲酸甲脂、羰基合成、醋酸等。一氧化碳氣體通常從半水煤氣、水煤氣、銅洗再生氣、高爐氣等通過深冷分離法、Cosorb法、吸附法或膜分離等方法獲得。
深冷分離法是一種傳統的氣體分離方法，它利用各種氣體組份的沸點差異，通過低溫精餾來實現氣體混合物的分離。它用在CO的分離提純存在一些缺陷，為了防止混和氣體中CO2，H2O等高沸點組份在低溫下固化，堵塞管道，需要將CO2、H2O等組分深度脫除，在產品一氧化碳對這些組分沒有特殊要求時，存在投資和能耗的浪費；對於同時含有一氧化碳(沸點為-191.5℃)和N2(沸點為-195.8℃)的多組份氣源來說，從中分離得到純淨的一氧化碳產品氣更加困難；為了降低能耗，不得不採用複雜的熱交換系統，整個裝置操作要求嚴格，操作費用高。由於上述原因，深冷分離法一般用在較特殊的氣源和大規模分離提純一氧化碳的場合。
COSORB法是美國TENNECO公司70年代開發的一氧化碳分離技術，是將氯化亞銅和氯化鋁按一定配比溶於甲苯溶液中形成黑褐色溶液，該溶液可吸收原料氣中的CO，再經加熱解吸獲得CO產品氣。由於COSORB法是絡合物化學吸收原理，它不可避免的與雜質組份會發生一些副反應，該法存在一些明顯不足，原料氣中的H2O、硫化物和氨等雜質成在會與CuAlCl4發生反應，使其分解為CuCl、HCl和CuAlCl4(OH)等，要消耗CuAlCl4及腐蝕設備同時產品CO中伴隨有HCl，此法對原料氣要求十分嚴格(H2O＜1PPm，硫化物＜1PPm，O2＜1PPm)；烯烴和炔等不飽和烴要與CuAlCl4發生不可逆反應而生成沉澱，所以要補充CuAlCl4；加熱解吸出來的CO氣中帶有甲苯蒸汽和氯離子，還要增設後處理工序。吸收器和再生塔頂部設置壓縮、冷凍和活性炭回收甲苯設備。如果後續過程對HCl雜質敏感，還需對產品CO作進一步純化處理。上述不足導致COSORB法投資大，操作費用高和設備腐蝕等缺點。
在DE19519197.8專利中描述了從醋酸合成氣的排放氣中回收一氧化碳的方法，此方法是用甲醇作為洗滌液，在低溫狀況下吸收二氧化碳、醋酸、甲基碘，而且甲醇作為合成醋酸的原料，取料方便，在醋酸合成工藝中較為適用，但是此方法的缺點是甲醇消耗較高，二氧化碳的脫除精度受到限制。
在國內常用提純一氧化碳的方法是採用兩段變壓吸附法，先通過第一段變壓吸附單元脫除混合氣的二氧化碳，然後再用第二段變壓吸附單元從不含二氧化碳的混合氣中提純一氧化碳。此方法的優點是流程簡單，易操作，缺點是一氧化碳的回收率較低，一般在50～65％，而且對二氧化碳的脫除精度不高，二氧化碳含量在一氧化碳中一般為100PPM。
現在國內正在新開發一種一段變壓吸附法，這種方法是研製一種新型的化學吸附劑，這種方法的優點是流程簡單、能耗最低、收率也較高，缺點是這種吸附劑對氧氣和水要求非常嚴格，氧氣和水都能使吸附劑中毒，而且這種吸附劑較為昂貴，即使在原料氣中把氧氣和水去除得非常乾淨，但是設備任何一點洩漏都會引起吸附劑中毒，這對於工業裝置的穩定運行是不利的。
本發明目的是提供一種從混合氣中提取一氧化碳的方法，此方法的優點是一氧化碳的回收率較高，二氧化碳的脫除精度高，裝置運行穩定。
按本發明，上述目的是通過以下方式來實現的，含有一氧化碳、二氧化碳、氮和/或氫的混合氣通過吸收過程(A)，最好是通過化學或物理的吸收過程，將混合氣中的二氧化碳氣體餾份(3)從混合氣中分離出去；通過吸附過程(C)，最好是變壓吸附將不含二氧化碳的混合氣分離成一股一氧化碳餾份(5)和一股富集有氮和/或氫等的氣體餾份(6)。
籍助於本發明，能夠從混合氣中獲得一氧化碳氣體的能耗低於專利DE19519197.8和二段變壓吸附法提純一氧化碳的能耗，回收率高於二段變壓吸附提純一氧化碳的方法。
本發明採用胺類和/或鹼類溶劑法吸收二氧化碳，二氧化碳的脫除精度在淨化氣中可達1PPM以下，而且對其它氣體組分例如一氧化碳、氫氣、氮氣等氣體損失很小。溶劑吸收二氧化碳的同時還可以脫除硫化物，這在許多化工文獻上有敘述。胺類溶劑法吸收二氧化碳後再生較容易，二氧化碳再生後濃度可達99.7mol％，稍加處理可得食品級二氧化碳的副產品。
按本發明溶劑法吸收二氧化碳後的淨化氣通過吸附過程，最好是通過變壓吸附過程提純得到富集有一氧化碳得氣體餾份，一氧化碳的含量至少為98mol％，優選為99mol％，特別是99.9mol％。
通過圖示對本發明及進一步安排作更詳細的解釋。下面的解釋是依據說明書附圖來闡述的。
由
圖1所示，混合氣(1)通過管道輸向吸收單元(A)，按照化學和物理吸收原理工作的吸收方法是已知的，化學和/或物理吸收劑，最好是胺類如乙醇胺類，在吸收塔中將混合氣中的二氧化碳組分吸收掉，未被吸收的脫碳氣(2)從吸收塔的上部排出到乾燥過程(B)。吸收塔底部吸收了二氧化碳的吸收劑，經過一系列換熱升溫，在汽提塔中被加熱再生。二氧化碳氣體從吸收劑中解吸出來，經過換熱冷卻、冷凝，二氧化碳氣體(3)經過管道輸送到界外。冷凝液返回到汽提塔，汽提塔中部和/或底部的吸收劑經過一系列換熱並降溫後，重新進入吸收塔的上部和/或中部進行吸收過程。再生後的吸收液可以是一股從吸收塔的上部進入，也可以分成幾股從吸收塔的不同高度進入。吸收塔底部的吸收液可以是一股從汽提塔的上部進入，也可以分成幾股從汽提塔的不同高度進入。
脫碳氣(2)經過管道輸向乾燥過程(B)，乾燥過程(B)最好是變溫吸附吸附，經過乾燥過程(B)的淨化氣(4)通過管道輸向吸附過程(C)，藉助於變壓吸附過程，將淨化氣(4)分離成為一股一氧化碳餾份(5)和一股富集有氫氣或/和氮氣等的氣體餾份(6)。
吸附過程(C)的吸附塔根據淨化氣(4)的流量，可以有2臺或2臺以上的組合，每臺吸附塔在一次循環中需要經歷吸附、順向降壓、清洗、逆向降壓、升壓等步驟。專業人員當然明白，在吸附塔的一次循環中，還可以包括有其他步驟，如隔離步驟等。
吸附步驟是富集有一氧化碳、氫或/和氮的淨化氣(4)在本過程的最高壓力下從進料端進入吸附塔，不易吸附的氫氣等組分大部分通過整個吸附塔，並從吸附塔排出。易吸附的一氧化碳氣體組分被停留在吸附塔內。富集有一氧化碳、氫或/和氮的氣體餾份可以從吸附塔的頂部或底部進入吸附塔。
順向降壓步驟是降低吸附塔的壓力到本過程的吸附壓力和最低壓力中間的某一個壓力，最好是降低到略高於環境壓力，降壓過程中氣體的流動方向和吸附過程時氣體的流動方向一致。通過順向降壓過程，吸附塔內的易吸附組份被進一步濃縮。順向降壓過程可以是吸附塔之間的過程導致的壓力降低，也可以是吸附塔和中間緩衝罐之間的過程導致的壓力降低，還可以是吸附塔和外部環境或外部設備(如真空泵)之間的過程導致的壓力降低。
通過吸附塔的順向降壓步驟，少部分氫氣等組分從吸附劑上解吸出來，易吸附的一氧化碳組分繼續停留在吸附劑上。
清洗步驟是通過濃縮後的易吸附組份一氧化碳對吸附塔進行清洗，將部分已經解吸的一氧化碳導入完成順向降壓步驟的吸附塔，清洗氣體流動的方向和吸附過程時氣體的流動方向一致。通過清洗步驟，吸附塔內的氫等氣體組份被趕出，一氧化碳濃度進一步提高。
逆向降壓步驟是降低吸附塔的壓力到本過程的最低壓力，最好是降低到低於環境壓力，降壓過程中氣體的流動方向和吸附過程時氣體的流動方向相反。通過逆向降壓過程，吸附塔內的易吸附組份(5)一氧化碳從吸附劑上解吸出來，解吸出的易吸附組份一氧化碳(5)輸出界外。逆向降壓過程可以是吸附塔和中間緩衝罐之間的過程導致的壓力降低，也可以是吸附塔和外部環境或外部設備(如真空泵之間的過程導致的壓力降低。
升壓步驟是提高吸附塔的壓力到接近於本過程的吸附壓力，它可以是吸附塔之間的過程導致的壓力升高，也可以是吸附塔和中間緩衝罐之間的過程導致的壓力升高，還可以是通過導入富集一氧化碳、有氫、氮的淨化氣氣體餾份(4)和/或不易吸附組份(6)和/或裝置內部的氣體來提高吸附塔的壓力。
由圖2所示，在對產品一氧化碳中二氧化碳要求較嚴格時，在進入變壓吸附單元之前，可以增加鹼吸收過程(D)。
以下的說明和表格作為本發明的實施例。
實例1本實例是以半水煤氣為原料的生產1000Nm3/h一氧化碳裝置，產品一氧化碳中對二氧化碳的要求在3ppm，水含量≤3ppm，採用圖1的工藝流程。表1舉例給出部分氣體組成。
按照本發明的安排，原料氣的流量3984Nm3/h，在吸收過程中，胺類溶液作為吸收液。在本發明中，一氧化碳的收率可以提高到82％以上而在常用的兩段變壓吸附法提純一氧化碳，生產1000Nm3/h一氧化碳，需用6100Nm3/h(低溫與特氣，1996，2，70～74)，一氧化碳的收率在60％左右。
實例2本實例是也以半水煤氣為原料的生產1000Nm3/h一氧化碳裝置，產品一氧化碳中對二氧化碳的要求在0.3ppm，水含量≤0.3ppm，採用圖2的工藝流程。表2舉例給出部分氣體組成。
按照本發明的安排，原料氣的流量3984Nm3/h，在吸收過程A中，胺類溶液作為吸收液，在吸收過程D中，鹼液作為吸收液。在本發明中，一氧化碳的收率可以提高到82％以上，同樣高於兩段變壓吸附法。兩段變壓吸附提純一氧化碳法中的二氧化碳最少也在30ppm以上。
表1 氣流組分
表2 氣流組分
權利要求
1.一種從混合氣中提純一氧化碳的方法，其特徵在於，通過吸收過程(A)，最好是通過化學或物理的吸收過程，將混合氣中的二氧化碳氣體餾份從混合氣中分離出去；通過吸附過程(C)，最好是變壓吸附將不含二氧化碳的混合氣分離成一股一氧化碳餾份(5)和一股富集有氮和/或氫等的氣體餾份(6)。
2.按權利要求1的方法，其特徵在於，一氧化碳餾份中至少含有95.0mol％的一氧化碳，優選為99mol％的一氧化碳，特別是99.9mol％的一氧化碳。
3.按權利要求1的方法，其特徵在於，吸附過程(C)不希望有的組份如二氧化碳和硫化物等，通過吸收過程(A)分離掉。
4.按權力要求1和3的方法，其特徵在於，化學和/或物理吸收劑，最好是胺類和/或鹼類溶液作為洗滌液送到吸收過程(A)中。
5.按權利要求1的方法，其特徵在於，吸附過程(C)不希望有的組分如水等，通過乾燥過程(B)分離掉。乾燥過程(B)可以是吸附法或吸收法或冷凍法，最好是變溫吸附法。
全文摘要
一種從混合氣中提純一氧化碳的方法，其特徵在於，通過吸收過程(A)，最好是通過化學或物理的吸收過程，將混合氣中的二氧化碳氣體餾份從混合氣中分離出去；通過吸附過程(C)，最好是變壓吸附將不含二氧化碳的混合氣分離成一股一氧化碳餾份(5)和一股富集有氮和/或氫等的氣體餾份(6)。
文檔編號C10K1/32GK1418936SQ01129058
公開日2003年5月21日 申請日期2001年11月13日 優先權日2001年11月13日
發明者楊鷹 申請人:楊鷹