用於生成和純化合成氣的方法和裝置的製作方法

2023-04-24 08:43:46

專利名稱：用於生成和純化合成氣的方法和裝置的製作方法
用於生成和純化合成氣的方法和裝置本發明涉及用於生成和純化合成氣的方法，並且涉及用於生成和純化合成氣的裝置。產生一氧化碳和氫的單元可分成兩個部分-合成氣的牛成(主要包含H2、CO、CH4,C02、Ar、H2O和N2的混合物)-合成氣的純化。這包括-用於除去合成氣中包含的大部分酸氣(sourgas)的液體溶劑洗滌單元-吸附床純化單元-用於生產CO的所謂低溫箱的低溫分離單元。通常消耗燃料以預熱進料，並過度加熱可由所述方法消耗和/或輸出的蒸汽。所需燃料的量通常由合成氣生成單元的需求限定。由於燃料由來自分離單元(例如低溫箱、C0、H2、PSA、膜等)的廢氣組成，通常需要 外源燃料補償以保證控制所述方法要求的燃料平衡。在廢氣的量超過車間的燃料需要的情況下，剩餘的廢氣會在鍋爐中燃燒產生蒸 汽，或可被輸出。在產生蒸汽的情況下，通常導致專用鍋爐方面的投資。本發明建議將合成氣低溫分離單元產生的廢甲烷作為合成氣生產單元的進料再 循環，以不將所述廢甲烷作為燃料使用，從而減少可用燃料的量，並減少進料(烴)的消耗。 這避免了輔助鍋爐(將剩餘燃料轉化成蒸汽)的投資。此外，在輔助鍋爐任選產生的蒸汽 並不總是被利用。根據本發明的一個目的，提供了用於生成和純化合成氣的方法，其中在供入進料 氣體和燃料的生成單元中生成包含氫、一氧化碳和甲烷的合成氣，在分離單元中純化合成 氣以產生至少一個富含一氧化碳或氫的流體和至少一個富含甲烷的流體，在與至少一個其 他過程流體混合後，對所述富含甲烷的流體加壓，並將至少部分混合物送往生成單元，其特 徵在於至少一個其他流體是從所述分離單元輸送來的進料氣體或富含氫的氣體。任選地-在低溫分離單元中純化合成氣，通過從所述低溫分離單元泵出富含甲烷的液體 將所述富含甲烷的流體加壓，將至少部分泵出液體蒸發並送往所述生成單元；-將富含甲烷的流體與從所述生成單元下遊單元輸送來的另一流體混合以產生氣 體混合物，將所述氣體混合物在壓縮機中壓縮，並將混合物送往所述生成單元；-在供入來自低溫分離單元的流體的吸附單元產生富含氫的氣體；-將富含甲烷的流體與生成單元的進料氣體混合以產生氣體混合物，將所述氣體混合物在壓縮機中壓縮，並將混合物送往所述生成單元。根據本發明的另一個目的，提供了用於生成和純化合成氣的裝置，其包括供入進 料氣體和燃料的生成單元，用於生產至少一個富含一氧化碳或氫的流體和至少一個富含甲 烷的流體的分離單元，用於將包含氫、一氧化碳和甲烷的合成氣從所述生成單元送往分離 單元的設備，用於將由富含甲烷的流體和來自所述裝置的至少一個其他流體組成的混合物 加壓的設備，和用於將至少部分混合物送往所述生成單元的設備，其特徵在於所述混合物加壓設備與進料氣體入口或從所述分離單元輸送來的富含氫的氣體的入口相連。根據其他任選的目標-所述分離單元是低溫分離單元，所述加壓設備由泵組成，並且包含用於蒸發部分 泵出液體並用於將其送往所述生成單元的設備，並且任選地包含用於將另一部分泵出液體 送往所述低溫分離單元的塔的設備。-所述裝置包含壓縮機，用於將所述氣體混合物送往所述壓縮機以形成壓縮氣體 混合物的設備，和用於將所述壓縮氣體送往所述生成單元的設備；-所述裝置包含壓縮機，用於將至少部分進料氣體與所述富含甲烷的流體混合以 形成氣體混合物的設備，用於將所述氣體混合物送往所述壓縮機的設備，和用於將所述壓 縮氣體混合物送往所述生成單元的設備；-所述混合物加壓設備與從所述分離單元輸送來的富含氫的氣體的入口相連；-所述裝置包含用於作為富含氫的氣體從所述分離單元的氣提塔抽出的富含氫的 氣體的設備；-所述裝置包含用於純化來自所述分離單元的氣體以提供富含氫的氣體的設備；-所述裝置包含用於抽出富含氫的氣體的設備；-所述分離單元是低溫蒸餾單元。各種方案均可用於將廢甲烷作為進料再循環到合成氣生成單元a)通過低溫泵再循環。將從低溫箱的0)/014塔抽出的廢甲烷泵出，隨後蒸發並在 將其作為進料再循環到合成氣生成單元前在熱交換管線中加熱。這些泵可以是專用的再循 環泵，或者共用用於洗滌甲烷的泵。b)通過014壓縮機再循環。將從低溫箱的C0/CH4塔底抽出的廢甲烷蒸發，並在將 其在熱交換管線中加熱，隨後通過專用壓縮機壓縮以作為進料再循環。c)通過與閃蒸氣體共用的壓縮機一起再循環。d)通過與低溫箱出口的富含氫的氣體共用的壓縮機再循環，其中所述富含氫的氣 體充當用於氫化天然氣進料的氫。在這種情況下，將所述混合物再循環到加氫脫硫單元的 上遊。e)通過與純氫共用的壓縮機再循環，離開充當用於氫化天然氣進料的氫的PSA。 在這種情況下，將所述混合物再循環到加氫脫硫單元的上遊。f)通過與酸氣洗滌單元產生的(X)2共用的壓縮機再循環。g)通過與進料氣體共用的壓縮機再循環(可任選地在壓縮前泵壓CH4再循環物)。h)各種方案的組合(例如3和6，7和3等)。以下將參考

圖1更詳細地描述本發明。為了簡要起見，圖1顯示了本發明涵蓋的 一系列不同的方案。應用這些方案中的單獨一個可能已經足夠。任選地在壓縮機3中壓縮後，將進料氣流1送往合成氣7生成單元5，例如SMR、ATR 型等。向此單元供入燃料41，燃料41中的部分38可來自外部源，而另一部分37可來自生 成單元5下遊的合成氣處理。任選地，將合成氣7送往可產生富含一氧化碳的氣體45的酸氣氣提單元9。將任 選地氣提去酸氣的合成氣11送往吸附器13以將其乾燥並純化，並將所形成的氣體15供入 低溫蒸餾分離單元17。分離單元17的顯示高度示意性，但其可以是包含甲烷洗滌塔67、氣提塔和C0/CH4分離塔19的甲烷洗滌單元。F. Kerry Wlndustrial Gas Handbook」第238 頁描述了此類單元的實例，但僅使用了兩個塔。可從塔19的底部抽出富含甲烷的液體，在 泵21 (其可以是用於將甲烷65送往甲烷洗滌塔67的泵)中加壓，蒸發以形成氣流23，並從 分離單元17的低溫箱排出。可通過多種方式將此料流23再循環到生成單元5。可將其直接送往單元5而不進 行壓縮。否則，如料流49，可將其與進料氣體1混合，並在向生成單元5供料的壓縮機3中 與所述氣體壓縮。也可從塔19的底部去除富含甲烷的液體，並將其蒸發而不對其加壓，並將其作為 料流55取出。可將此料流與另一個流體混合形成混合物，將此混合物在壓縮機中壓縮，並 作為進料氣體送往生成單元5。例如，壓縮機63壓縮富含甲烷的氣體55和至少一種以下氣 體的混合物來自分離單元，特別是甲烷洗滌塔67和/或氣提塔的富含氫的氣體25、27和 31，吸附單元35生產的富含氫的氣體，其中將來自分離單元17的富含氫的氣體四供入吸 附單元35。將壓縮機63中產生的混合物59在生成單元的上遊再循環。另一個選擇是使用壓縮機53壓縮富含甲烷的氣體43和至少一種以下氣體的混合 物來自酸氣氣提單元的富含一氧化碳的氣體。可將由此形成的混合物61作為進料送往生 成單元5。向吸附單元35，優選PSA單元，供入來自分離單元17的氣體29，並產生富氫產物 39，任選地，再循環氣體61，和，任選地，燃料氣37 (任選地與來自分離單元17的氣體部分 33混合)。應理解，在使用泵之外的方式壓縮富含甲烷的流體的情況下，分離單元17可以是 通過低溫蒸餾以外的方式操作的單元，例如通過滲透或通過吸附操作的單元。綜上所述，富含甲烷的流體的壓縮可以是i)任選地在泵中泵出，所述泵還泵出預期不送往生成單元，但預期送往，例如低溫 單元的甲烷洗滌塔的富含甲烷的流體；ii)或與將再循環到生成單元和來自生成單元下遊的處理單元的氣體和/或與生 成單元的進料氣體一起壓縮。
權利要求
1.一種用於生成和純化合成氣的方法，其中在供入進料氣體(1)和燃料的生成單 元(5)中生成包含氫、一氧化碳和甲烷的合成氣，在分離單元(17)中純化合成氣以產生至 少一個富含一氧化碳或氫的流體和至少一個富含甲烷的流體，在與至少一個其他過程流體 混合後，對所述富含甲烷的流體加壓，並將至少部分混合物送往生成單元，其特徵在於至少 一個其他流體是從所述分離單元05，27，31，61，6幻輸送來的進料氣體或富含氫的氣體。
2.如權利要求1所述的方法，其中在低溫分離單元(17)中純化合成氣，通過從所述低 溫分離單元泵出富含甲烷的液體將所述富含甲烷的流體加壓，將至少部分泵出液體蒸發並 送往生成單元。
3.如權利要求1所述的方法，其中將富含甲烷的流體與從所述生成單元下遊單元(9， 13，17)輸送來的另一個流體混合以產生氣體混合物，將所述氣體混合物在壓縮機(53，63) 中壓縮，並將混合物送往生成單元。
4.如權利要求3所述的方法，其中在供入來自低溫分離單元的流體的吸附單元(35)產 生富含氫的氣體。
5.如權利要求1-4所述的方法，其中將富含甲烷的流體與從所述生成單元的進料氣體 (1)混合以產生富含甲烷的流體，將所述氣體混合物在壓縮機(3)中壓縮，並將混合物送往 生成單元。
6.一種用於生成和純化合成氣的裝置，其包括供入進料氣體和燃料的生成單元(5)， 用於生產至少一個富含一氧化碳或氫的流體和至少一個富含甲烷的流體的分離單元(17)， 用於將包含氫、一氧化碳和甲烷的合成氣從所述生成單元送往分離單元的設備，用於將由 富含甲烷的流體和來自所述裝置的至少一個其他流體組成的混合物加壓的設備(3，21，53， 63)，和用於將至少部分混合物送往所述生成單元的設備，其特徵在於所述混合物加壓設備 與進料氣體入口或從所述分離單元輸送來的富含氫的氣體的入口相連。
7.如權利要求6所述的裝置，其中所述分離單元(17)是低溫分離單元，所述加壓設備 由泵組成並且包含用於蒸發部分泵出液體並用於將其送往所述生成單元的設備，並 且任選地包含用於將另一部分泵出液體送往所述低溫分離單元的塔的設備。
8.如權利要求6所述的裝置，其包含壓縮機(6 ，用於將所述氣體混合物送往所述壓 縮機以形成壓縮氣體混合物的設備，和用於將所述壓縮氣體送往所述生成單元的設備。
9.如權利要求6-8所述的裝置，其包含壓縮機(3)，用於將至少部分進料氣體與所述富 含甲烷的流體混合以形成氣體混合物的設備，用於將所述氣體混合物送往所述壓縮機的設 備，和用於將所述壓縮氣體混合物送往所述生成單元的設備。
10.如權利要求6-9所述的裝置，其中所述混合物加壓設備與從所述分離單元輸送來 的富含氫的氣體的入口相連。
11.如權利要求10所述的裝置，其包含用於作為富含氫的氣體從所述分離單元的氣提 塔抽出富含氫的氣體的設備。
12.如權利要求10所述的裝置，其包含用於純化來自所述分離單元的氣體以提供富含 氫的氣體的設備。
13.如權利要求10所述的裝置，其包含用於抽出富含氫的氣體的設備。
14.如權利要求6-13中任一項所述的裝置，其中所述分離單元是低溫蒸餾單元(17)。
全文摘要
在用於生成和純化合成氣(7)的方法中，在供入進料氣體(1)和燃料(41)的生成單元(5)中生成包含氫、一氧化碳和甲烷的合成氣，在分離單元(17)中純化合成氣以產生至少一個富含一氧化碳或氫的流體和至少一個富含甲烷的流體(23，55)，在此方法的進料氣體或富含氫的氣體(1，25，31，61，65)混合後，將富含甲烷的流體加壓，並且將至少一部分混合物(59，61)送往生成單元。
文檔編號C01B3/38GK102112391SQ200980130314
公開日2011年6月29日 申請日期2009年7月23日 優先權日2008年8月4日
發明者A·埃爾南德斯, B·波爾斯特, N·艾克-貝勞德, P·馬蒂 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司