用於提純和分離合成氣的組分的熱聯合方法和設備的製作方法

2023-06-12 04:17:36

用於提純和分離合成氣的組分的熱聯合方法和設備的製作方法
【專利摘要】用於提純和分離包含氫氣、一氧化碳和二氧化碳的合成氣流的方法，其中將合成氣在包含甲醇洗滌步驟的提純單元(W)中提純以除去二氧化碳，將貧二氧化碳合成氣通過吸附(P)而提純以產生提純合成氣流，和將提純氣流送入低溫分離單元(C)中，在那裡將它冷卻，並在塔系統的塔中通過低溫分離而分離，將至少一種富一氧化碳料流(13)從塔系統的塔中除去，加熱並分成兩部分，一部分料流作為第一料流從低溫分離單元中除去，另一部分料流形成第二料流(13B，15B)並送入提純單元中，在那裡將它加熱並將熱第二料流與第一料流混合。
【專利說明】用於提純和分離合成氣的組分的熱聯合方法和設備
[0001 ] 本發明涉及用於提純和分離合成氣的組分的熱聯合方法和設備。
[0002]術語「合成氣」通常應用於可用於合成其它有機化合物的氣體混合物。在該特定情況下，它指一氧化碳、氫氣、二氧化碳作為主要組分以及甲烷、水、氮氣、酸性氣體(CO2)、硫化物(H2S、C0S)、氰化物(HCN)、氨和重質烴作為次級組分的混合物。
[0003]煤(或者石油焦或殘渣)氣化通常用於生產合成氣，呈現關於操作成本的許多優點，並越來越多地開發，尤其是在國家如中國。
[0004]合成氣中所含酸性氣體如二氧化碳和硫化氫通過提純單元藉助溶劑洗滌而除去。作為實例，Rectisol'?裝置(冊)是熟知的物理洗滌方法以在冷甲醇(-20°c「70°c)中除去酸性氣體和硫化物。在該方法中，首先將合成氣相對於提純單元本身產生的冷產物冷卻，主要將甲醇注入合成氣中以防止形成冰。然後將合成氣送入洗滌塔的底部，在那裡將硫化氫和cos通過用來自塔上部的富含二氧化碳的液體甲醇溶劑洗滌而除去。合成氣中所含二氧化碳通過在塔頂部用淨液體甲醇洗滌而吸收。將不含二氧化碳和cos和硫化氫的提純合成氣在塔(吸收器)的頂部取出。將富含二氧化碳和硫化合物的甲醇在洗滌塔的底部除去，並通過降至中間壓力的一系列膨脹步驟而再生，以產生閃蒸氣體。來自上部的富含二氧化碳的甲醇也通過降至較低壓力的膨脹而再生以產生第二閃蒸氣體。中和低壓膨脹用於從溶劑中除去酸性氣體。溶劑然後通過熱再生而進一步再生以產生淨甲醇。
[0005]然後將離開吸收器頂部的提純氣體通過吸收而進一步提純並送入冷箱中，在那裡可通過用液態氮、液體一氧化碳或液體甲烷洗滌或者通過部分冷凝而處理。
[0006]來自冷箱的閃蒸氣體可由部分冷凝步驟的相分離器或者由中間蒸餾塔產生。
[0007]「Low Temperature Technology in Coal Refining」，W.H.Scholz, Chemical
Economy and Engineering Review,第 14 卷，1982 年 I 月建議可將氨合成氣在Rectisol.1?裝置中加熱。
[0008]本發明的一個目的是使提純單元與冷箱之間的熱平衡(冷的結合)最佳化。
[0009]根據本發明的一個目的，提供用於提純和分離包含氫氣、一氧化碳和二氧化碳的合成氣流的方法，其中將合成氣在包含甲醇洗滌步驟的提純單元中提純以除去至少二氧化碳，將貧二氧化碳合成氣通過吸附提純以產生提純合成氣流並將提純氣流送入低溫單元中，在那裡將它冷卻並在塔系統中通過低溫分離而分離以產生至少一種富一氧化碳料流，至少一種所述富一氧化碳料流分成兩部分，一部分料流作為第一料流從低溫分離單元的塔中除去，另一部分料流形成第二料流並送入提純單元中，在那裡將它加熱並將熱第二料流與第一料流混合。
[0010]任選:
[0011]-第二料流在20°C以下的溫度下從低溫分離單元中除去。
[0012]-第二料流在-65°C以上的溫度下從低溫分離單元中除去。
[0013]-將第二料流在提純單元中加熱至-40至40°C的溫度，然後在低溫分離單元內與第一料流混合。
[0014]-將第二料流相對於甲醇洗滌塔洗滌器上遊的合成氣和/或相對於來自甲醇洗滌塔的中間液體側流或底部液流和/或相對於來自甲醇洗滌塔的貧二氧化碳合成氣和/或相對於從提純單元的閃蒸塔中除去的料流加熱。
[0015]根據本發明另一目的，提供用於提純和分離包含氫氣、一氧化碳和二氧化碳的合成氣流的設備，所述設備包括:包含甲醇洗滌塔和至少一個換熱器的提純單元，其中將合成氣提純以除去二氧化碳，吸附單元，其中將來自提純單元的貧二氧化碳合成氣通過吸附進一步提純以產生提純合成氣流，低溫分離單元，其中將來自吸附單元的提純合成氣流冷卻並在塔系統的塔中通過低溫分離而分離以產生至少一種富一氧化碳料流，用於將所述至少一種富一氧化碳料流從塔系統的塔中除去的裝置，用於加熱該料流的熱交換管線，用於將料流分成第一料流和第二料流的裝置，用於將第一料流從低溫分離單元中除去的裝置，用於將第二料流從低溫分離單元中除去的裝置，用於將第二料流送入提純單元的換熱器中的裝置，和用於將熱第二料流從換熱器中除去並將它與第一料流混合的裝置。
[0016]任選:
[0017]-用於將第二料流從低溫分離單元中除去的裝置以將第二料流在_65°C至20°C的溫度下送入提純單元的換熱器中的方式與低溫分離單元連接。[0018]-設備包含用於向換熱器中送入在提純單元的甲醇洗滌塔上遊的合成氣和/或來自甲醇洗滌塔的中間液體側流和/或底部液流和/或來自甲醇洗滌塔的貧二氧化碳合成氣的裝置。
[0019]-提純單元包含閃蒸塔和用於將來自甲醇洗滌塔的液體送入閃蒸塔中的裝置，和用於將從閃蒸塔中除去的料流送入提純單元的換熱器中的裝置。
[0020]參考附圖更詳細地描述本發明。圖1顯示本發明方法，圖2顯示待用於本發明方法中的Reetisol?'型提純單元的細節。
[0021]在圖1中，將來自冷箱的一種或幾種產物(CO、H2, H2+C0混合物、閃蒸氣體和/或冷箱吹掃氣)在提純單元的交換器中加熱至環境溫度。取決於返回溫度，將一種或多種經加熱的料流與一種或多種相應料流(具有相同組成)在冷箱出口處或者在冷箱熱交換器中混合。
[0022]將來自合成氣產生單元(未顯示一氣化器作為一個實例)的合成氣I在換熱器3中冷卻並送入使用溶劑洗滌步驟(甲醇作為一個實例)的提純單元W中。將合成氣在單元W中處理以除去酸性氣體，例如二氧化碳和硫化氫。將-65°C至-35°c的提純合成氣7送入吸附單元P中以除去溶劑和痕量二氧化碳，形成氣體11。將_35°C至_65°C的氣體11分成兩個部分。一部分11用於在交換器3中冷卻合成氣。由此將合成氣11加熱至大約室溫，即0-45 V的溫度，然後送入低溫蒸餾單元C中，在那裡將它在熱換熱器HX和冷換熱器CX中從環境溫度冷卻下來，然後在塔系統中通過低溫蒸餾而分離以形成產物氣體13，例如一氧化碳，和其它氣體15 (其為閃蒸氣體或吹掃氣體)，將各氣體從塔系統的塔中除去。
[0023]來自吸附單元P的其餘氣體11形成部分11A，將所述部分IlA在提純單元W中加熱以形成熱氣體11A,將該熱氣體IlA與來自交換器3的熱氣體11混合併在環境溫度下送入低溫蒸餾中。氣體13A通過低溫蒸餾單元的一部分產物氣體13形成，但在_65°C至20°C下從熱換熱器HX中除去。將氣體13A在換熱器3中相對於進料合成氣I加熱，氣體13B為氣體13B的一部分，在提純單元中加熱並與氣體13A混合；將混合物送入熱換熱器HX中或者低溫單元C外部的換熱器HX下遊。[0024]類似地，氣體15的一部分15A在_65°C至20°C下從熱換熱器HX和/或冷換熱器CX中除去並分成兩部分，將部分15B在提純單元W中加熱，並將部分15A在交換器3中加熱。將其餘料流15在換熱器HX中加熱以形成吹掃氣體。將兩種熱料流混合以形成料流15A並送回料流15中。混合點藉助料流15C在熱換熱器HX內或者在低溫單元C外部的換熱器HX下遊。
[0025]圖2闡述用於酸性氣體脫除的Reetisol'?:方法，其中指示加熱冷氣體i1、iia、
13A、13B、15A和15B (在圖3中作為氣體A提到)的位置。該方法特別除去二氧化碳和硫化氫。所用溶劑為冷甲醇，其優點是即得性、高穩定性以及對於C02、H2S和COS的高溶解度特徵，意指溶劑循環速率與其它洗滌體系相比相對小。這產生低動力消耗圖(蒸汽、冷卻水、
電…)。Reetisol'?.方法尤其適用於高酸性氣體濃度和高壓力。設備包括用於除去CO2和
/或H2S的甲醇吸收塔K01、也稱為MP閃蒸塔的再生塔K02、低壓閃蒸再生塔K03和熱再生塔 K04。
[0026]將粗合成氣101在一系列換熱器103、105、113中冷卻。在第一換熱器103中，將粗進料氣體相對於來自低溫單元C如液態氮洗滌單元的冷合成氣A冷卻，以及相對於離開H2S/C02吸收塔KOl的提純氣體112冷卻。在第二換熱器105中，將粗進料氣體相對於來自低溫單元的更冷流體A冷卻。然後將冷凝水和BTX/石腦油在氣體分離器107中分離並送入界區。將水從進料氣中除去以避免甲醇迴路中的水形成:如果水含量太高，甲醇的溶解度下降。包含水洗塔109以除去順3。將氣體111送入在交換器113中的第三冷卻步驟。在交換器113中，然後將氣體111相對於來自低溫單元C的氣體A，相對於離開H2S/C02吸收塔KOl的提純氣體112，和相對於來自再吸收器CO2產物塔K03的CO2產物141，進一步冷卻。另外，可將氣體相對於來自MP閃蒸塔K02的再循環頂部氣體127冷卻。然後將冷氣體111送入H2S/C02吸收塔KOl中。
[0027]將氣體送入吸收塔KOl的底部預洗滌段中，在那裡將痕量組分如NH3以及HCN和BTX用載有過冷CO2的甲醇的小料流吸收。預洗滌甲醇115離開吸收塔KOl底部並送入熱再生塔K04中。
[0028]合成氣然後經由煙囪式盤上升至吸收塔KOl的&5_吸收段(底部)中，在那裡將H2S和COS通過溶於來自CO2-吸收段(頂部)的CO2飽和的甲醇中而除去。將甲醇溶劑在與入口氣流成比例的流量控制下供入吸收段的頂部。載有C02+H2s的甲醇116離開吸收器塔KOl的主池，並送入MP-閃蒸塔K02中以再生。脫硫氣體然後經由另一升氣管型盤進入CO2-吸收段的下部洗滌部分中。此時也可將另一無硫進料氣流供入塔中。
[0029]在CO2-吸收段中，將氣體用冷閃蒸再生甲醇作為主洗滌甲醇並用冷的熱再生甲醇作為細洗滌甲醇洗滌。由於CO2的吸收熱，甲醇117、123相當地加熱，並在其沿著塔下降時需要冷卻。因此，在CO2-吸收段的下部，將氣體用在交換器119、121中相對於來自低溫單元C的氣體A冷卻的載CO2甲醇洗滌。然後將離開吸收器KOl的冷提純氣體112送入圖1和2的吸附單元P中。
[0030]在交換器136中相對於料流A冷卻以後，將來自閃蒸塔K02的底部液體135送入塔K03頂部。
[0031] LP閃蒸塔K03接收來自塔K02的底部液體135和137並產生富CO2料流141和廢氣流，所述廢氣流送入大氣中。在熱再生器K04中，甲醇最後通過用甲醇蒸氣汽提而再生。頂部產物為具有適於在Claus硫回收單元中加工的硫含量的酸性氣體。底部產物流125為在吸收器KOl頂部供入的細洗滌甲醇。
[0032]料流A因此用於冷卻以下流體中的至少一種:在吸收塔KOl的中間點除去的甲醇、待在吸收塔KOl中處理的合成氣、來自MP閃蒸塔K02的底部液體，然後將所述底部液體供ALP閃蒸塔K03中。
[0033]其中本發明的優點是:
[0034]-吸附器體積、乾燥瓶尺寸、床再生流速和再生加熱器蒸汽消耗降低，因此雜質吸附在低溫下降低。 [0035]-冷箱熱交換器尺寸降低。
[0036]-提純單元熱平衡最佳、單元在較低溫度下操作，因為在冷箱出口處可得到另外的致冷。
[0037]-總提純單元效率和冷箱能耗(致冷循環壓縮機的功耗)最佳。
【權利要求】
1.用於提純和分離包含氫氣、一氧化碳和二氧化碳的合成氣流的方法，其中將合成氣(101)在包含甲醇洗滌步驟的提純單元(W)中提純以除去至少二氧化碳，將貧二氧化碳合成氣通過吸附提純以產生提純合成氣流，並將提純氣流送入低溫單元(C)中，在那裡將它冷卻並在塔系統中通過低溫分離而分離以產生至少一種富一氧化碳料流(13)，至少一種所述富一氧化碳料流(13)分成兩部分，一部分料流作為第一料流從低溫分離單元的塔中除去，另一部分料流形成第二料流(13B)並送入提純單元中，其中將它加熱並將經加熱的第二料流與第一料流混合。
2.根據權利要求1的方法，其中第二料流在20°C以下的溫度下從低溫分離單元中除去。
3.根據權利要求2的方法，其中第二料流在-65°C以上的溫度下從低溫分離單元中除去。
4.根據權利要求1或2的方法，其中將第二料流在提純單元(W)中加熱至_40°C至40°C的溫度，然後在低溫分離單元(C)內與第一料流混合。
5.根據前述權利要求中任一項的方法，其中將第二料流相對於甲醇洗滌塔(KOl)上遊的合成氣(101)加熱。
6.根據前述權利要求中任一項的方法，其中將第二料流相對於來自甲醇洗滌塔(KOl)的中間液體側流(117)或底部液流加熱。
7.根據前述權利要求中任一項的方法，其中將第二料流相對於來自甲醇洗滌塔(KOl)的貧二氧化碳合成氣(112)加熱。
8.根據前述權利要求中任一項的方法，其中將第二料流相對於從提純單元的閃蒸塔(K02)中除去的料流(136，137)加熱。
9.用於提純和分離包含氫氣、一氧化碳和二氧化碳的合成氣流的設備，其包括:包含甲醇洗滌塔(KOl)和至少一個換熱器(103、105、113、119、121、136)的提純單元(W)，其中將合成氣提純以除去二氧化碳，吸附單元(P)，其中將來自提純單元的貧二氧化碳合成氣通過吸附進一步提純以產生提純合成氣流，低溫分離單元(C)，其中將來自吸附單元的提純合成氣流冷卻並在塔系統的塔中通過低溫分離而分離，用於將至少一種富含氫氣或一氧化碳的料流從塔系統的塔中除去的裝置，用於加熱料流的熱交換管線(HX，CX)，用於將料流分成第一料流和第二料流的裝置，用於將第一料流從低溫分離單元中除去的裝置，用於將第二料流從低溫分離單元中除去的裝置，用於將第二料流送入提純單元的換熱器中的裝置，和用於將經加熱的第二料流從換熱器中除去並將它與第一料流混合的裝置。
10.根據權利要求9的設備，其中用於將第二料流從低溫分離單元(C)中除去的裝置以將第二料流在_65°C至20°C的溫度下送入提純單元的換熱器中的方式與低溫分離單元連接。
11.根據權利要求9或10的設備，其包含用於向換熱器(103，105)中送入在提純單元的甲醇洗滌塔(KOl)上遊的合成氣的裝置。
12.根據權利要求9或者10或11的設備，其包含用於向提純單元的換熱器(119)中送入來自甲醇洗滌塔的中間液體側流(117)的裝置。
13.根據權利要求9-12中任一項的設備，其包含用於向提純單元的換熱器(113)中送入來自甲醇洗滌塔的底部液流的裝置。
14.根據權利要求9-13中任一項的設備，其包含用於向提純單元的換熱器(113)中送入來自甲醇洗滌塔的貧二氧化碳合成氣(112)的裝置。
15.根據權利要求9-14中任一項的設備，其中提純單元包含閃蒸塔(K02)和用於將來自甲醇洗滌塔(KOl)的液體送入閃蒸塔中的裝置，和用於將從閃蒸塔中除去的料流送入提純單元的換熱器(136) 中的裝置。
【文檔編號】C01B3/52GK103946154SQ201280055801
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年11月13日 優先權日:2011年11月14日
【發明者】G·卡朗, A·埃爾南德斯, P·馬蒂, M·邁爾, D·普羅斯特, A·施禮夫爾, J-M·特西弗裡, M-P·維克託 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司, 液化空氣全球工程建築解決方案德國有限公司