氣體混合物的分離的製作方法與工藝

2024-03-05 22:29:15

本發明涉及氣體混合物的分離。本發明的方面提供從氣體混合物的組分分離。本發明的方面涉及從混合物分離相對更可冷凝的氣體，在氣體混合物中，這種相對更可冷凝的氣體與一種或多種相對不可冷凝的氣體相混合。特別地，但並非排他性地，本發明的方面涉及從包括(多種)碳氧化物的流分離二氧化碳。在某些示例中，該流還包括氫氣。

背景技術：
在下文所述的示例中，提供用於從包括(多種)碳氧化物和氫氣的進料流分離二氧化碳的方法。由於環境原因，越來越期望的是將被認為是溫室氣體或汙染物的氣體與更環保/更有利於環境的那些氣體諸如氫氣、氮氣或氧氣相分離。特別地，越來越關注可從氣流分離出溫室氣體、二氧化碳、烴燃料燃燒的主要含碳的產物的策略。這樣的經分離的二氧化碳隨後可例如在地下巖層中儲存。在其它情況下，可需要淨化氣體以便使得它們適合於某些應用：例如，諸如一氧化碳、甲烷、乙烷和天然氣這樣的氣體需要具有高於特定閾值的純度以在某些應用中使用。存在著期望大規模分離氣體的其它情況。在國際專利申請No.WO2010/012981中，描述了一種用於從主要包括不可冷凝的氫氣的氣體混合物分離出可冷凝的二氧化碳的過程。一般而言，所描述的過程包括首先壓縮並冷卻混合物到使二氧化碳為液體的壓力和溫度，且然後從不可冷凝的氣體分離液態二氧化碳。之後，通過使用一系列熱交換器和膨脹器來調整經分離的組分的溫度和壓力，熱交換器和膨脹器在本身之中集成、且與用於冷卻到該過程的進料流的那些裝置集成，從而使得可高效地管理在整個過程中的總能量。該申請描述了使用緊湊、擴散結合的熱交換器來簡化對所需硬體的需求。雖然在WO2010/012981中所描述的過程可用來提供二氧化碳與富氫氣體的分離，將會有益於進一步提高效率和/或改進產品純度。

技術實現要素：
根據本發明的第一方面，提供一種用於從包含二氧化碳的氣體混合物分離二氧化碳的方法，該方法包括以下步驟：(i)使用壓縮機來壓縮並冷卻氣體混合物以形成包括液態二氧化碳的兩相混合物；(ii)從兩相混合物分離液態二氧化碳流；以及(iii)再循環所述液態二氧化碳流的至少一部分且將再循環的液體流引入到過程流內。通過將分離的液態CO2再循環到上遊過程流內，可獲得對過程流的冷卻。通過使用液體流，可以進行額外冷卻，因為通過蒸發液態CO2來實現冷卻。因而，可使用再循環的液體來降低過程流的溫度。設想到可在需要冷卻的系統的任何區域處引入液態CO2流。CO2液體流可包括多種子流，每個子流可被導向至系統的區域。優選地，在壓縮機的上遊引入再循環的CO2液體流。通過例如在壓縮機上遊向壓縮機入口引入再循環的流，可獲得額外優點。例如，通過再循環呈液態形式的CO2，可降低壓縮機的壓縮功率。而且，通過再循環CO2，可通過添加CO2流而增加通過壓縮機的進料流量。因而，可減輕或排除與通過壓縮機的較低流量和/或通過壓縮機的可變流量相關聯的問題。如果減小了通過壓縮機的進料流量，那麼CO2可被再循環以確保充分的壓縮機流量。因而，即使當進料流量被減小到原本可能低於系統部件的操作流率時，該系統仍可保持操作。因而，在啟動、停機和/或系統的氣體流率不足期間，再循環是特別有益的。通過使用經再循環的產物流，使通過壓縮機的流量增加，則可減輕或排除「壓縮機喘振」的壓縮機可能問題。如果通過壓縮機的流率降到太低且能造成通過該單元的空氣流突然反向，由於翼型件的泵送作用停止，可能會發生壓縮機喘振。優選地，將氣態流進給到壓縮機且優選地，將再循環的液態二氧化碳流的至少一部分引入到氣態流內，從而使得液態二氧化碳在進入到壓縮機之前蒸發。氣態流可例如為壓縮機的進料流，但可為當引入於氣態流內時且在混合的流到達壓縮機入口之前適合於確保二氧化碳蒸發和優選地高效混合的任何氣態流。例如，在氣體混合物包括合成氣的情況下，氣態流可為富氫氣流、或者合成氣流。當氣態流為富氫氣流時，所述流可至少部分地從在氣體-液體分離器容器中與液態CO2分離的富氫氣流得到。根據一種備選實施例，從氣體-液體分離器容器得到的完全液態的二氧化碳流間接地或直接地再循環到壓縮機的上遊。在這樣的情況下，優選地，完全液態的二氧化碳流在再循環到壓縮機內之前首先蒸發成氣態流。優選地，液態二氧化碳在高於-56攝氏度的溫度。根據本發明此方面的優選實施例，在引入到氣態流內之前，再循環的二氧化碳在-40℃與70℃之間且優選地在30與50℃之間的溫度；且在1與20Mpa之間，優選地10與15MPa之間的壓力。優選地，該溫度使得二氧化碳在膨脹時冷卻。優選地，二氧化碳基本上在環境溫度。氣體混合物還可包括氫氣，包含液態二氧化碳和富氫氣體的兩相混合物，其中富氫氣體與兩相混合物分離開、且經分離的富氫氣流的至少一部分被再循環到壓縮機。優選地為富氫氣流的氣態流優選地為與二氧化碳流分離開的相同的富氫氣流。在某些布置中，從分離器取得的全部富氫氣流被間接地或直接地再循環到壓縮機。氣態流優選地在10℃與70℃之間，優選地在30與50℃之間的溫度；且在0.5與15MPa之間，優選地在1與12MPa之間的壓力。該流可處於基本上環境溫度。在某些示例中，壓力可在3與20MPa之間，例如在3.5與12MPa之間，優選地在3.5與5.5MPa之間。進給到壓縮機的氣態流可為富氫氣流。優選地，再循環的液態二氧化碳被噴灑到氣態流內。再循環的液態二氧化碳可通過任何合適方法而被引入到氣態流內。有利地，引入的方法適合於在二氧化碳到達壓縮機之前用於實現氣態流中液態二氧化碳充分的蒸發水平。充分的蒸發水平為二氧化碳處於適合於進給到壓縮機的合適狀態/相位/液滴大小分布的情況。再循環的液態二氧化碳可使用霧化噴嘴而噴灑到氣態流內。為了實現這種所述液滴大小，可使用本領域中的技術人員已知的任何合適方法。例如，噴嘴可用於將液態二氧化碳引入到氣態流內，合適噴嘴包括霧化噴嘴，諸如，僅噴灑液體型噴嘴或氣導霧化噴嘴，其中氣體用於輔助噴射液體。再循環的液態二氧化碳可使用文丘裡噴嘴而被噴灑到氣態流內。優選地，從二氧化碳引入到壓縮機入口的流動路徑使得在壓縮機入口的上遊已蒸發了基本上全部液態二氧化碳。優選地，流動路徑的長度使得在壓縮機上遊基本上完全蒸發。可提供其它特徵來提高蒸發的速率。例如，可提供用於在噴嘴和/或流動路徑中增加湍流的構型。在某些布置中，再循環的液態二氧化碳可被噴灑到管內，管優選地具有至少2m的長度。在有些示例中，管可例如具有大約3m的流動長度。管可具有彎曲/蜿蜒構造。進入氣態流內的液態二氧化碳的粒度可小於200μm。申請者已發現，當使用較小粒度的噴灑粒子時，在氣態流中的液態二氧化碳的蒸發程度特別高。液態二氧化碳滴的粒度優選地小於200μm，且更優選地液滴為150μm或更小。在下文的示例中，噴灑粒子的液滴大小不大於150μm。優選地，至少90%，優選地至少95%，優選地至少99%的液滴具有小於150微米或更小的粒度。在某些優選方法中，基本上所有液態二氧化碳流被引入到氣態流內。本申請者也已發現，可通過在一個或多個管內利用上文所提到的方法中的任何方法將液態二氧化碳流引入到氣態流內來實現高程度的蒸發。優選地，用於引入液態二氧化碳的方法包括使用具有多個進給管的設備，該方法包括向進給管中每一個管內噴灑液態二氧化碳。而且，本申請者已發現，當液態二氧化碳在(多個)管的底部處被引入時、且(多個)管在2m與4m長度之間和/或液態二氧化碳以3m/s的流率流動的情況下，特別有利於蒸發液態二氧化碳。在此(多個)管內的氣態流和二氧化碳混合物優選地在小於0℃的溫度和在0.5與15Mpa之間，優選地在2與12MPa之間的壓力。一旦液態二氧化碳已蒸發到(多個)管內的氣態流內的情況下，混合物然後傳遞到壓縮機。壓縮機可例如在高於5℃的溫度和在1與15Mpa之間的壓力，優選地在10與15MPa之間的壓力而排放混合流。根據本發明的優選實施例，分離的液態二氧化碳的一部分也可被添加到該過程的額外點。例如，液態二氧化碳也可通過本領域技術人員已知的任何合適方法，但優選地通過使用如本文所述的噴灑噴嘴和/或管中的一個或多個而被添加到由第一壓縮機所排放的流。因此，在此情況下，液態二氧化碳所蒸發到的氣態流將至少部分地為來自第一壓縮機的排放混合物、而不是再循環的富氫氣流。一旦液態二氧化碳已蒸發到此排放流內的情況下，優選地，在一個或多個管內，新混合物溫度然後可降低大約高達60℃、且傳遞到第二壓縮機。此額外的液態二氧化碳引入可根據需要而被重複多次。如上文所提到的那樣，本申請者已發現，通過將液態二氧化碳流引入到氣態流內，它們不僅能受益於向過程流添加冷液態二氧化碳的冷卻效果，而且在一旦液態二氧化碳已蒸發到氣態流內的情況下，它們也能受益於液態二氧化碳蒸發的潛熱的額外冷卻。這在涉及壓縮機的過程中特別有利，因為這種額外冷卻程度具有降低該過程中所涉及的(多個)壓縮機的壓縮功率的優點，且因此代表了與再循環溫熱流相比顯著的經濟優點。當液態二氧化碳被再循環到串聯布置的兩個或更多個壓縮機時，第一壓縮機將不僅受益於二氧化碳流的冷卻，而且也受益於通過壓縮機的氣流率的增加。隨後下遊的壓縮機也可受益於與進一步循環的液態二氧化碳引入到該壓縮機相關聯的額外冷卻效果，這在本文中展開描述。本發明的另一方面提供一種用於在包括壓縮機的設備中從包括(多種)碳氧化物的進料流分離二氧化碳的方法，該方法包括以下步驟：(i)壓縮並冷卻進料流以形成包括二氧化碳的兩相混合物；以及(iii)從兩相混合物分離液態二氧化碳流；以及(iii)在壓縮機的上遊再循環二氧化碳流的至少一部分。本文所述的方法也可用於下面這樣的系統：其中二氧化碳和/或其它產物流被再循環通過該系統，例如，如在實證或研究系統中。此外，本申請者已確定了本發明的方面的方法可在其它應用中提供有利益處，例如在用於從混合氣體分離二氧化碳的設備的操作中。例如，如在下文中進一步討論的那樣，本發明的方面可應用於一種用於「啟動」過程的程序，例如一種用於從混合氣體分離二氧化碳的過程，其中混合氣體可例如為(多種)碳氧化物和氫氣原料/進料。而且，本申請者還確定了本發明的方面在操作一種二氧化碳分離系統的方法中的可能有利應用，其中，在系統操作期間，氣流率降低到低於該系統的一個或多個部件最佳操作流量的值，例如低於該系統中壓縮機最佳操作流量的值。例如，其中「壓縮機喘振」可變成對於該過程中的壓縮機中的任一個或多個壓縮機而言的問題。本申請者已發現通過使得產物流的至少一部分循環，則對於該過程中的壓縮機的至少一部分或優選地全部，系統中的氣流率可增加。在本發明的某些示例中，提供了一種靈活的對一種分離過程進行操作的模式，其中可取決於系統參數，例如到(多個)壓縮機中的一個或多個的氣流率來控制再循環到該系統的特定部件，例如到壓縮機的二氧化碳量。可手動地或自動地，例如在電子控制器的至少部分控制下，執行這種控制。因而，本發明還可包括以下步驟：確定與系統參數有關的信息，以及基於所確定的信息來控制二氧化碳的再循環。再循環的控制可涉及例如再循環的二氧化碳與從該系統移除的二氧化碳的比例，和/或涉及到再循環的二氧化碳的引入位置，其中，在該系統中存在著多於一個可能的再循環路徑。這個特徵在某些示例中是特別重要的，且被獨立地提供。因此，本發明的另一方面提供一種在包括壓縮機的設備中從包括(多種)碳氧化物的進料流分離二氧化碳的系統中使用的方法，該方法包括以下步驟：(i)壓縮並冷卻所述進料流以形成一種包括二氧化碳的兩相混合物；以及(ii)從兩相混合物分離液態二氧化碳流；以及在壓縮機的上遊再循環二氧化碳流的至少一部分，其中該方法還包括：確定與系統參數有關的信息，以及基於所確定的信息，例如關於流的流率的信息和/或關於一個或多個壓縮機的壓縮機喘振的信息來控制二氧化碳的再循環。優選地，控制了二氧化碳的再循環從而使得過程參數被維持在預定值範圍內。例如，可控制二氧化碳的再循環從而使得維持了進料流率在流率值的預定集合內。優選地，流率或其它參數被維持在預定值。該方法還可包括以下步驟：(i)確定該過程的氣流率；(ii)基於所確定的氣流率來控制再循環的二氧化碳量。該系統可包括例如一種氣流量監視裝置，氣流量監視裝置被布置成用以向控制裝置傳送關於氣流率的信息，該控制裝置傳送用於控制二氧化碳再循環的控制指令。本申請者已確定了，當二氧化碳流呈液態時，本發明的此方面特別有利，因為其不僅有助於增加到該過程中壓縮機中的至少一部分壓縮機，優選地全部壓縮機的氣流率，而且其也提供冷卻益處，因為二氧化碳流通常比其所引入到的流更冷。而且，在二氧化碳呈液態形式的情況下，由於液態二氧化碳與氣態流接觸而蒸發，這還可提供另外的冷卻益處；這兩種冷卻益處可有助於降低(多個)壓縮機的壓縮功率，且因此在某些示例中為特別優選的。根據本發明的此方面，當到壓縮機中的一個或多個壓縮機的氣流率小於「壓縮機喘振」流率的115%，更優選地小於「壓縮機喘振」流率的110%時，對再循環進行調整以增加到該壓縮機上遊的再循環。例如，當壓縮機的氣流率為「壓縮機喘振」流率的80%時，相當於「壓縮機喘振」流率的35%、更優選地30%的從分離器抽吸的二氧化碳將被再循環到壓縮機；優選地使用具有本文所述特徵中的一個或多個特徵的方法。根據本發明的所有方面，除了上文所述的二氧化碳再循環之外，還可存在著從壓縮機中的一個或多個排放的流的局部再循環，以便輔助增加到所述(多個)壓縮機的氣流率。二氧化碳流可以呈液態而再循環。混合氣體可包括(多種)碳氧化物和氫，且優選地為合成氣流。在某些示例中，在氫氣進料流中的(多種)碳氧化物的流率在40%與45%之間。從壓縮機出來的(多種)氧化碳和氫氣進料流的至少一部分可再循環回到壓縮機。再循環的二氧化碳流可分成多個子流，每個子流被引入到該過程中的一個或多個引入點。二氧化碳流可被再循環到遍布該過程的任一個或多個點，例如，再循環的二氧化碳可被進給到兩個不同壓縮機以便設法改進冷卻和/或改進壓縮機的操作，例如用以減小「壓縮機喘振」的機會。二氧化碳流的至少一部分可從該系統移除。本發明的方面可應用於其中可從混合氣流分離二氧化碳，例如液態二氧化碳的系統。例如，申請者已確定了當本發明的過程與在國際專利申請No.PCT/GB2009/001810中所描述的過程集成時的可能的額外優點。通過集成這兩個過程的方面，申請者已發現所得到的(多種)方法可有助於回收：-氫氣流，其可例如同時或獨立地用作：•例如用於發電站的燃氣輪機的燃燒器的燃料氣體進料，•到膨脹器(優選地渦輪膨脹器)的進料，其由於富氫蒸氣流的膨脹，可用於驅動壓縮機的轉子或軸杆、和/或用以驅動發電機的轉子或軸杆，以及•內部製冷劑；和/或-純化液態CO2流•具有充分的純度用於例如CO2吸存（sequestration）(例如，存儲於地下層中)；和/或用於較廣範圍的其它應用中，例如食品、化學品和油氣工業中，以及•內部製冷劑。因而，本發明還提供一種用於在二氧化碳冷凝設施中將合成氣流分離成富氫氣流和純化液態二氧化碳流的方法，二氧化碳冷凝設施包括一種熱交換器系統，一種氣體-液體分離器容器，和一種包括至少一個膨脹器的膨脹系統。本發明還提供根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中氣體混合物包括氫氣且從氣體混合物分離富氫氣流，其中富氫氣流的至少一部分被進給/饋送到膨脹系統，其中，其在膨脹器中經受等熵膨脹，從而使得從膨脹器抽吸出處於降低的溫度和降低的壓力的富氫氣流，且其中在膨脹器中的富氫氣體的等熵膨脹生成了動力。在某些示例中，可提供一系列膨脹器。在膨脹器串聯布置的情況下，優選地，在膨脹器之間的冷卻流用於實現與一個或多個其它過程流的熱交換。所生成的動力可有利地用於驅動為例如二氧化碳冷凝設施的部件的機器，和/或用於驅動發電機的交流發電機。由(多個)膨脹器所驅動的機器優選地為一個或多個壓縮機和/或例如用於泵送液態二氧化碳的泵。在(多個)膨脹器用於驅動發電機的交流發電機的情況下，優選地用於向二氧化碳冷凝設施的一個或多個部件供電。根據本發明的一種示例，需要壓縮和冷卻來使氣體混合物為包括液態二氧化碳的兩相混合物。對於例如包括(多種)碳氧化物和氫氣的高壓氣體混合物而言，該混合物被冷卻到在-15℃至-55℃的範圍的溫度。這優選地是通過使氣體混合物傳遞穿過熱交換器系統來執行。因而，混合物將會以與至少一個冷卻劑流成熱交換關係來傳遞；優選地使用多個冷卻劑流。在優選示例中，冷卻劑流優選地為「內部」流，其作為過程的一部分產生，其中內部流選自包括例如冷富氫氣流和液態CO2流的組。在某些情況下，熱交換系統包括一個或多個外部製冷劑。合適的外部製冷劑可包括例如乙烷、丙烷、丙烯、乙烯、氫氯氟化碳/氫氯氟烴(HCFC)、氨和/或混合製冷劑；丙烷為優選的外部製冷劑。為了優化在某些系統中的熱聯合/熱結合，熱交換器系統可包括外部製冷和內部製冷。可使用內部製冷與冷富氫蒸氣流和液態二氧化碳流二者以及與外部製冷的組合。包括液態二氧化碳的兩相混合物優選地在約負50攝氏度的溫度，且在大於60巴，優選地大於80巴，125巴，150巴或175巴的壓力。來自熱交換器系統的兩相混合物可被直接地傳遞到氣體-液體分離器容器，氣體-液體分離器容器優選地在與熱交換器系統基本上相同的壓力進行操作。因而，跨越整個分離器容器上的壓降通常在0.1巴至5巴，優選地0.1巴至1巴，特別地在0.1巴至0.5巴的範圍。因此，從氣體-液體分離器容器的頂部處或附近抽吸出高壓氣體(例如，富氫氣體)，且從氣體-液體分離器容器的底部處或附近抽吸出高壓液態二氧化碳流。本發明的過程的優點在於至少75%，優選地至少90%，更優選地至少95%的二氧化碳可從氣體混合物分離，且二氧化碳捕獲水平取決於例如：•壓縮氣體混合物的壓力，•經冷卻的氣體混合物的溫度。二氧化碳捕獲水平大體上隨著增加的壓力和降低的溫度而升高。在氣體混合物為合成氣的情況下，在某些示例中，在富氫氣體中回收了通常至少98%，優選地至少99%，更優選地至少99.5%，特別地至少99.8%的氫氣。在一種過程中，諸如用於從例如一種包含(多種)碳氧化物和氫氣的原料/進料這樣的混合氣體分離二氧化碳的過程中，本申請者已發現可以通過將分離的液態二氧化碳的至少一部分引入到該流或那些所述(多個)流來降低一個或多個過程流的溫度。在某些示例中，液態二氧化碳可用作分離過程內的外部製冷劑的替代或補充。液態二氧化碳流的溫度優選地被保持高於將形成固態二氧化碳的溫度值。這通常發生在-56℃的溫度(其中，純二氧化碳的三相點溫度為5.18巴且溫度為-56.4℃)，但氫氣的存在可能會降低此冰點。根據本發明，還提供了用於執行本文所述的方法特徵中任何方法特徵的設備。本發明還提供用於從包含二氧化碳的氣體混合物分離二氧化碳的設備，該設備包括：(i)壓縮機和熱交換器，用於壓縮和冷卻氣體混合物以形成包括液態二氧化碳的兩相混合物，(ii)分離器，用於從兩相混合物分離液態二氧化碳流；以及(iii)再循環路徑，用於從分離器再循環液態二氧化碳流的至少一部分、且布置用以將再循環液體流引入到過程流內。優選地，再循環路徑被布置成用於在壓縮機的上遊將再循環的液體流引入到過程流內。該設備還可包括一種噴灑裝置，其用於將再循環液態二氧化碳噴灑到過程流內。該設備還可包括一種用於確定關於系統參數的信息的傳感器，和一種用於基於所確定的信息來控制二氧化碳再循環的控制裝置。傳感器可包括一種用於確定關於過程流的流率的信息的流率傳感器。本發明還提供用於從包括(多種)碳氧化物的進料流分離二氧化碳的設備，該設備包括：(i)壓縮機和熱交換器，用於壓縮並且冷卻進料流以形成包括二氧化碳的兩相混合物；以及(ii)分離器，用於從兩相混合物分離二氧化碳流；以及(iii)再循環路徑，用於從分離器向壓縮機的上遊再循環二氧化碳流的至少一部分。本發明還提供用於從包括(多種)碳氧化物的進料流分離二氧化碳的系統的設備，該設備包括：(i)壓縮機和熱交換器，用於壓縮並且冷卻進料流以形成包括二氧化碳的兩相混合物；以及(ii)分離器，用於從兩相混合物分離二氧化碳流；以及(iii)再循環路徑，用於從分離器向壓縮機的上遊再循環二氧化碳流的至少一部分(iv)傳感器，用於確定與系統參數有關的信息，以及(v)控制裝置，用於基於所確定的信息來控制二氧化碳的再循環。將會了解，上文關於本發明的一方面所描述的特徵可以用任何適當組合而關於其它方面來提供。例如，方法方面的特徵可應用於設備方面且設備方面的特徵可用於方法方面。本發明還提供了如在本文中任選地參考一個或多個附圖而描述的方法和/或設備。附圖說明為了使本發明可更易於理解，現將參考附圖、僅以舉例說明的方式，來描述本發明的方面的實施例，在附圖中：圖1示意性地示出其中經分離的液態二氧化碳被引入到過程流內的布置的示例的一般特徵。圖2示出了具有圖1的一般布置的示例的過程流程圖。圖3示意性地示出了用於引入液態二氧化碳的設備的示例。圖4示出了例如用於圖3中所示的設備的液態二氧化碳噴灑裝置的示例。具體實施方式在下文的示例中，進料流包括(多種)碳氧化物和氫氣。但將會意識到其它進料流可用於所描述的系統和方法中。可在氣化器中從諸如石油、焦炭或煤這樣的固體燃料，或者在重整器中從氣態烴進料而生成(多種)碳氧化物和氫氣進料流，優選地為合成氣體。從氣化器或重整器得到的(多種)碳氧化物和氫氣進料流可包含大量一氧化碳。因此，取決於所期望的富氫氣流的組成，(多種)碳氧化物和氫氣進料流可在變換反應器（shiftconverter）單元中被處理/處置，其中包含於合成氣流中的基本上所有一氧化碳根據水煤氣變換反應(WGSR)而在變換催化劑上被轉換成二氧化碳CO+H2O↔CO2+H2。在(多種)碳氧化物和氫氣進料流具有足夠高的二氧化碳含量的情況下，可省略變換步驟，在此情況下，(多種)碳氧化物和氫氣進料流主要包括氫氣、二氧化碳、一氧化碳、和蒸汽以及少量的甲烷。通常，在(多個)壓縮機的上遊，通過使用與用來冷凝出主要水冷凝液的至少一種冷過程流進行熱交換，將(多種)碳氧化物和氫氣進料流冷卻到30至50℃的範圍，例如約40℃的溫度。通常，冷過程流為在生成(多種)碳氧化物和氫氣進料流期間所用的過程流。然後，例如在冷凝液罐中從經冷卻的(多種)碳氧化物和氫氣進料流分離了冷凝液。在通過在氣化器中氣化石油焦或碳來形成(多種)碳氧化物和氫氣進料流的情況下，離開氣化器的(多種)碳氧化物和氫氣進料流也將包括少量硫化氫(H2S)作為雜質(例如，酸性合成氣體)。通過使COS與變換器單元中的蒸汽的反應來形成了H2S雜質。這種H2S可在(多個)壓縮機的上遊被捕獲，例如通過在吸收塔中從(多種)酸性碳氧化物和氫氣進料流選擇性地吸收H2S。通常，SelexolTM(聚乙二醇的二甲醚的混合物)可用作吸收劑。被捕獲的任何H2S可使用克勞斯法(ClausProcess)轉換為元素硫，或者轉換為工業強度的硫酸。一種備選系統，例如基於生物的系統，例如Shell的Paques設備，可用來移除H2S。備選地，酸性(多種)碳氧化物和氫氣進料流可被饋送/進給到本發明的壓縮機，其中，大部分H2S劃分到液態二氧化碳相、且因此(若需要)可隨後從CO2移除，或者若需要可隨CO2一起進行處理或吸存。通常，超過95%的包含在(多種)碳氧化物和氫氣進料流中的H2S分到液態二氧化碳相內。可通過使最終富氫氣流穿過吸收劑床（例如氧化鋅床），或者通過使最終富氫蒸氣流通過運用合適液態吸收劑的洗滌器而在壓縮機的下遊移除在最終富氫氣流中的任何殘留H2S。在整個吸收劑床上存在著最小壓降，例如小於0.5巴的壓降。在移除了任何冷凝液(參考上文)之後，優選地在(多種)碳氧化物和氫氣進料流傳遞到(多個)壓縮機之前乾燥(多種)碳氧化物和氫氣進料流，因為在合成氣體中的任何水分將結冰且可能在設施中造成堵塞。(多種)碳氧化物和氫氣進料流可通過被傳遞經過分子篩床或吸收塔來進行乾燥，吸收塔採用溶劑，例如三甘醇來選擇性地吸收水。優選地，經乾燥的(多種)碳氧化物和氫氣進料流具有小於1ppm(基於摩爾)的水含量。通常，經乾燥的(多種)碳氧化物和氫氣進料流包括至少40%摩爾百分比的氫氣，優選地，至少50%摩爾百分比的氫氣，特別地55%摩爾至60%摩爾百分比的氫氣。其還可包括至少30%摩爾二氧化碳，例如至少35%摩爾百分比的二氧化碳。儘管並不優選，在根據本發明處置的(多種)碳氧化物和氫氣進料流中可容許一氧化碳，例如，如果WGSR僅為部分的。通常，在WGSR期間和/或之後，在受壓縮前，(多種)碳氧化物和氫氣進料流處於1MPa至12MPa範圍的壓力。圖1示意性地示出其中經分離的液態二氧化碳被引入到過程流內的布置的示例的一般特徵。如圖1中所示，進料流100包括氣體混合物，氣體混合物包括(多種)碳氧化物CO(X)和氫氣H2。這樣一種進料流可為例如由水煤氣變換反應或通過其它手段而產生的合成氣流。將會了解到，本發明的特徵可應用於其它進料流，特別地包括二氧化碳的其它流。進料流100首先被進給/饋送到壓縮機102，在氣體混合物被進給到冷卻裝置104之前，壓縮機102將氣體混合物加壓，其中使氣體混合物冷卻從而使得形成了兩相混合物106，包括一種含CO2的液相和一種氣相。在本示例中，氣相可富含氫氣，但將會理解，氣相的組成將取決於氣體混合物的初始組成。還將了解，且如下文所示，壓縮和/或冷卻可通過一系列壓縮機和/或冷卻裝置來執行，且可以用任何適當次序來執行。此處，在冷卻之前執行了壓縮。然後將兩相混合物106進給到分離裝置108，在分離裝置108處，將混合物分成單獨CO2液體流110和富H2的流112。CO2液體流可經由路徑114而被移除和/或可例如在此處經由CO2返迴路徑116而被再循環到壓縮機102的上遊。來自CO2液體流110的CO2被傳遞到進料流100內，且CO2液體的蒸發向系統提供額外冷卻。而且，通過控制CO2沿著返迴路徑的返回，進入到壓縮機102內的進料流量可被維持在所需值，即使在進入到該系統內的進料流動可變和/或減小的情況下。在本示例中，富H2的流112的至少一部分也經由H2返迴路徑118而被再循環到壓縮機102的上遊。在此情況下，且例如如在下文中進一步展開描述的，返回的CO2液體流116和返回的H2流二者全都被引入到進料流100內。因而可以實現對於進入到壓縮機內的流量的進一步控制。而且，可操縱進料流100的組成以例如(若需要)增加在進料流100中的H2和/或CO2的量。而且，有可能例如在啟動時，關機時，或任何其它適當時間，例如在測試或實證程序期間，提供在系統內的再循環。設想到，系統可被布置成使得基本上全部H2和CO2再循環。圖2示出了具有圖1的系統的一般構造的本發明的一個示例的過程流程圖。參看圖2，合成氣流1被提供為一種進料流。在此示例中，合成氣體進料流1包含56.9%摩爾百分比的H2、41.4%摩爾百分比的CO2、1.2%摩爾百分比的CO和痕量的CH4、Ar和N2。將會意識到，可使用具有其它組成的進料流。進料流1可例如不含硫化氫或者可包含硫化氫，在此情況下，硫化氫將與CO2一起從合成氣進料流冷凝出來，如在下文中更詳細地描述。將會意識到，所描述的系統和方法可用於分離CO2與非合成氣的組合物；其它氣體混合物也可適當地用作進料流。再循環的CO2流78和H2流76如下文更詳細描述那樣被引入到進料流1內，且使進料流在73巴的壓力從大約40℃的溫度初始冷卻到-12℃的溫度(100%再循環)。液態CO2蒸發到進料流1內提供了顯著冷卻。所得到的經冷卻的合成氣流3被進給/饋送到壓縮系統的第一壓縮機5。壓縮系統還包括第二壓縮機11，兩個壓縮機5和11串聯布置。氣流7在130巴的壓力和32.4℃的溫度離開第一壓縮機5，由於壓縮熱而使溫度升高。為了從氣流7移除壓縮熱，進一步再循環的液態CO2流80被引入到合成氣流7內，得到處於129巴的壓力和27.6℃的溫度的更冷氣流9。氣流9然後被發送到第二壓縮機11。氣流13以175巴的壓力和57.9℃的溫度離開第二壓縮機11，之後被第一熱交換器15中的外部冷卻劑冷卻。按照慣例，該系統被布置成使得在整個第一熱交換器15上的壓降保持最小，出現的氣流17處於174巴的壓力和40.0℃的溫度。然後將高壓氣流進給/饋送到冷卻系統。在此示例中，冷卻系統包括一種採用例如丙烷這樣的外部製冷劑的外部熱交換器E-105，和一種包括採用內部過程流的多通道熱交換器的內部熱交換器E-106。在如圖2中所示的此示例中，壓縮流17被分成兩個子流17'和17"。使流17'冷卻以在整個單個外部熱交換器E-105上形成兩相混合物25。子流17"被傳遞通過一種多通道熱交換器E-106，其中，子流17"由包括液態CO2流41的冷內部過程流冷卻，如下文所討論的那樣。該冷卻流與冷卻流25相組合以形成單個多相流27。圖2的冷卻布置僅作為示例給出，且將會了解使用外部和/或內部冷卻的其它冷卻布置也是可能的。例如，該流可作為單個流來冷卻，而無需分開或分成額外子流，每個子流根據不同的冷卻路徑來冷卻。在某些布置中，可實現對被分到每個冷卻路徑內的流的比例控制以得到對於流的冷卻更大的控制。所得到的低溫多相流27包括液相和氣相，且在此示例中具有65.6%摩爾百分比的蒸氣分數。低溫多相流27在173巴的壓力和-27℃的溫度被進給/饋送到第一氣體-液體分離器容器29。從氣體-液體分離器容器29的頂部抽吸出一種富H2氣流30，而從氣體-液體分離器容器29的底部抽吸出CO2液體流41。CO2液體流41包括超過97%摩爾百分比的CO2和H2以及痕量的CO、CH4、Ar和N2。CO2液體流41可具有用於排出目的充分的純度。適當地，可例如通過將CO2液體流41進給到一個或多個另外的分離器來實現進一步分離，根據需要來提供額外冷卻。在某些示例中，所得到的液態CO2流可組合以形成單個CO2液態產品流。然後某些或全部CO2液體流41任選地被傳遞通過多通道熱交換器E-106以用作氣流17"的內部冷卻劑。提供閥28來控制進入熱交換器E-106的CO2流41的比例。在已分開CO2流的情況下，CO2流在熱交換器E-106的下遊重新組合以形成單個CO2流74。組合的CO2液體流74可在例如48.8℃的溫度。液態CO2流的一部分或全部然後可從該系統移除以在隨後使用和/或儲存。然後將並未移除的CO2液體再循環通過該系統，例如，如現在所描述的那樣。再循環的CO2的至少一部分優選地用作上遊冷卻劑。將待再循環的液態CO2流分成兩個子流，上遊液態CO2流78和下遊液態CO2流80。取決於待執行的再循環，例如，待遞送給該系統的冷卻的位置和性質，可根據需要來分流。該流的分開可為固定的，或者例如根據系統參數是可變的。在第一壓縮機5的上遊，將上遊液態CO2子流78引入到進料流1內。在有些示例中，CO2將處於低於進料流1溫度的溫度且因此將提供冷卻。此外，與引入氣態CO2相比，液態CO2的蒸發提供大量額外冷卻；通過使用蒸發的潛熱來提供額外冷卻，可實現系統中的熱效率。下遊CO2子流80被引入到第一壓縮機5下遊和第二壓縮機11上遊的流內。因而，提供了在兩個壓縮機之間的進一步冷卻，這可移除壓縮熱的至少一部分。在某些示例中，可直接從該系統提取從分離器29抽吸出的某些或全部富H2的氣體。但優選地，富H2的氣流還在該系統內被管理以恢復該流的溫度和/或壓力。關於圖2描述了這種熱和壓力管理系統的示例。富H2氣流30可被分成經受單獨處理的單獨流。但在圖2的示例中，氫氣被保持為單個流。富H2氣流30被傳遞到膨脹器44，在膨脹器44中，富氫氣流30經受膨脹，因而降低了該流的壓力和溫度。膨脹器44優選地包括用於回收功的渦輪。然後通過在所述多通道熱交換器E-106中的第一組通道來進給/饋送了膨脹的流，其中流與其它過程流進行熱交換，優選地通過使其它組通道中的內部過程流逆流，在此情況下冷卻該氣流17"。富H2氣流39離開多通道熱交換器E-106的該組通道、且被傳遞到第二膨脹器45，在第二膨脹器45中，其膨脹到更低壓力。流42例如以74.0巴的壓力和40℃的溫度離開膨脹器45、且被傳遞到多通道熱交換器E-106的另一組通道，其中，其與其它內部過程流進行熱交換，以形成富H2的蒸氣流43。使H2流通過膨脹器提供冷卻，且因此也可回收功。例如，膨脹器可包括渦輪。來自流43的富H2的氣體然後可從該系統移除以儲存或者直接用於另外的用途。例如，富H2的氣體可被傳遞到動力島(未圖示)以例如用作燃氣輪機的燃燒器的燃料氣體進料的組分。富H2的氣體可與其它組分組合，例如可利用中壓N2和/或蒸汽來稀釋。所得到的富H2氣流76的至少一部分然後可再循環且被引入到進料流1內。在此示例中，H2被循環到壓縮機5和11上遊的區域。某些或全部富H2流的再循環可例如在系統啟動或停機時需要或在其它時間需要，例如考慮到系統操作問題。例如在測試或實證程序期間，可有利地使用富H2流(和/或CO2流)的再循環來操作該系統。H2流的部分或全部的再循環也可用於控制或改變進料流的組成。H2和/或CO2流的再循環優選地可受到控制，如在下文中所討論的那樣。上文所述和圖2中所示的示例僅說明了本發明的方面。本發明的特徵可應用於任何適當布置。例如，可使用不同數量和/或不同布置的熱交換器、分離器、壓縮機和/或膨脹器。可省略那些部件中的某些部件。例如，雖然示出了兩個膨脹器44和45，也可增加或減少膨脹器的數量。優選地，存在著至少兩個膨脹器，在膨脹器之間實現與其它內部流的熱交換。本領域技術人員還將理解到膨脹器的操作壓力和溫度可改變。在某些布置中，將會優選地，通過(多個)膨脹器，壓力降低到至少30巴的壓力。膨脹器44和45可連接到電動馬達以回收能量，例如呈電形式的能量。電可在該過程中使用或從該過程排出。備選地，且如在圖2中示意性所示的那樣，膨脹器可被直接聯接到壓縮機中的一個或多個(圖2中的5和11)。這可例如通過在共同軸杆上安裝(多個)膨脹器和(多個)壓縮機來實現，從而使得在(多個)膨脹器中的富氫蒸氣的等熵膨脹用於轉動共同軸杆且用以驅動(多個)壓縮機。因此，圖2的流程示意圖的淨功率消耗可例如為24.38MW。蒸汽渦輪ST-101在此示例中存在以提供用來驅動壓縮機5和11所需的額外功率。系統的操作現將描述該系統的操作模式的各種示例：啟動當系統首先啟動時，該系統被構造成使得在該系統中的基本上所有氣體，包括當系統開始有效操作時分離的富H2氣體和CO2，經由在該系統內的路徑76、78和80而再循環。在初始啟動模式，優選地不從該系統排出任何組分。當系統開始對混合氣體實行分離、且當系統的各種部件趨向它們的最佳操作時，減小了再循環的富H2氣體和/或CO2的比例。當到達全面操作且到達該系統的各種部件的操作溫度和壓力時，然後最小化或中止了再循環。備選地，如在下文中進一步討論的那樣，可執行某些再循環以提供在該系統中的額外冷卻。通過在啟動期間使用再循環，可減小從該系統釋放到大氣內的CO2的量。除了在啟動程序期間改變富H2氣體和CO2的再循環之外，將會意識到，當熱交換器趨向它們的正常操作溫度時也可在啟動期間改變冷卻路徑構造。例如，將會看出，通過使流動通過上文所述的某些或全部的各種子流路徑發生轉移，當啟動繼續時，可使用不同優選冷卻構造的選擇。停機以類似於上文關於啟動程序所述的方式，當系統將要停機時，可使用富H2氣體和/或CO2的再循環來優化操作、且最小化不想要的組分到大氣內的釋放。系統控制在系統的操作期間，可有利地使用富H2氣體和/或CO2的再循環來優化該系統的方面，和/或作為對於系統參數(例如在該系統中一個或多個流的流率)的控制的一部分。冷卻控制如上文所述的那樣，通過從分離器的下遊再循環CO2液體到該系統中的其它位置，可獲得顯著冷卻，特別是在液體被蒸發並且引入到過程流內的情況下。通過向該系統的特定區域使用再循環的液態CO2，也可使得針對那些區域為目標進行冷卻。通過使得接收再循環的CO2的區域改變和/或改變再循環的CO2量，可獲得對該系統中的冷卻的某些控制。在圖2中所示的示例中，在一個或多個壓縮機的上遊引入了CO2。在其它布置中，靶向/目標冷卻可針對於該系統中的其它位置。各種溫度控制器可被布置於該系統中(在圖2中的TC)。在該系統的特定區域處所確定的溫度可用於控制該系統內的再循環流的量和/或目的地，以及因而該系統的區域溫度。可例如手動地或自動地，例如在計算機控制下來執行基於所確定溫度的控制。流率控制通過控制該系統中再循環流的量和/或目的地，可控制在該系統中的特定流的流率。例如，參看圖2，如果在操作期間合成氣進料流1的流率降低，則可維持著到壓縮機的氣流率，或者可通過在壓縮機5、11的上遊提供再循環的CO2液體78、80來減少該降低。通過維持著在該系統中的總流率，或者減小在該系統中的過程流的流率降低，則該系統可以繼續在正常操作條件下操作，在流率降低的情況下該系統原本不能在正常條件下繼續操作。例如，通過在壓縮機的上遊再循環H2和/或CO2(液體或氣體)，可維持著到壓縮機的所需流量。這可避免壓縮機的喘振。可在該系統中設置流量控制器(FC)和/或壓力控制器(PC)以監視或確定在該系統中特定位置處的過程流的流量和/或壓力。在優選系統中，該系統還包括控制設備，控制設備用於接收關於一個或多個過程參數的信息，例如流率、壓力，且基於所接收的參數來控制在該系統中的再循環流的位置和量。例如，流量控制器被布置成用以確定合成氣進料流1的流率。如果流量控制器表明流率已降低到低於預定值，增加了作為流78再循環到壓縮機5上遊的CO2量。當流量控制器表明進料流的流率已恢復到其正常值時，可減少或甚至停止該再循環流78。圖3示意性地示出了用於例如在圖2所示的系統中引入液態二氧化碳的設備的示例。該設備包括第一蒸發裝置200和第二蒸發裝置202。第一蒸發裝置200布置於第一壓縮機5上遊、且接收進料流1(其可包括富H2氣體，取決於是否再循環該富H2氣體)和第一液態CO2流78並且輸出經冷卻的流3，經冷卻的流3被直接進給/饋送到壓縮機5入口。液態CO2路徑204、進料流路徑206和冷卻流路徑208藉助於管架210而成流體連接，管架210包括五個連接器管212，連接器管212從CO2路徑204延伸到冷卻的流路徑208，進料流路徑與在CO2路徑204與冷卻的流路徑208之間中途的五個連接器管212中的每一個具有流體連接。在連接器管212中每一個的基部處、和在與CO2路徑204的接口處，設有一種CO2噴灑噴嘴214用於將霧化的CO2噴灑到連接器管212內。在操作中，使用CO2噴灑噴嘴214將來自CO2路徑204的、例如具有40℃的溫度和148巴的壓力的再循環液態CO2噴射到壓縮機吸入流內。然後在管架210中使霧化的CO2與來自進料路徑206、具有的溫度在40℃且壓力在73巴的富H2氣體相混合，以得到所具有溫度在-12℃和壓力在73巴的混合氣體。混合氣體被傳遞到冷卻的流路徑208，且然後到壓縮機5入口。因而，液態CO2流的蒸發在壓縮機5的上遊提供顯著冷卻。在壓縮機5的下遊，經壓縮的氣流7被傳遞到第二蒸發裝置202，第二蒸發裝置202具有與第一蒸發裝置200類似的結構。第二蒸發裝置202布置於第二壓縮機11的上遊，且從第一壓縮機接收經加壓的流7、以及第二液態CO2流80，且輸出經冷卻的流9，經冷卻的流9被直接地進給/饋送到壓縮機11入口。液態CO2路徑204'、過程流路徑206'和經冷卻的流路徑208'藉助於管架210'而成流體連接，管架210'包括五個連接器管212'，連接器管212'從CO2路徑204'延伸到經冷卻的流路徑208'，如對於第一設備200那樣。在連接器管212'中每一個的基部處、在與CO2路徑204'的接口處設有一種CO2噴灑噴嘴214'用於將霧化的CO2噴灑到連接器管212'內。CO2液體然後可同時被噴灑到若干管內。在操作中，使用CO2噴灑噴嘴214'將來自CO2路徑204'、例如具有40℃的溫度和148巴的壓力的再循環的液態CO2，噴射到壓縮機吸入流內。然後在管架210'中使霧化的CO2與來自過程流路徑206'、溫度在28℃且壓力在112巴的富H2氣體相混合，以得到所具有溫度在6℃和壓力在112巴的混合氣體。混合氣體被傳遞到冷卻的流路徑208'，且然後到壓縮機11入口。圖4示意性地示出了布置於連接器管212基部處的CO2噴灑噴嘴214。通過使用霧化噴灑噴嘴，從連接器管212的底部噴射液態CO2，作為粒度在約150微米的小粒子216。小粒子216快速地蒸發，據估計，在某些布置中，鑑於富H2氣體218中的傳熱係數和霧化CO2流量的考慮，蒸發時間小於一秒。優選地，選擇了管212的大小從而使得在混合氣體220到達壓縮機入口之前，CO2已全部蒸發。優選地，選擇了管大小以得到約3m/s的流動速度。在此示例中，管212的從CO2路逕到冷卻的氣體路徑208的長度為約3m，這確保了在混合氣體220傳遞到壓縮機之前完全蒸發。CO2噴灑噴嘴214可具有任何適當設計。優選地，噴灑噴嘴包括下遊管布置或裝置、或者利用下遊管布置或裝置來增強，下遊管布置或裝置形成了湍流以增加在CO2液體流動中的湍流，且因而便利於徹底混合，和充分的接觸時間/停留時間，確保了完全蒸發。使用所描述的設備，可實現CO2的噴灑、混合和蒸發。由於使用直接混合方法，可以用相對簡單和緊湊的構造來進行蒸發。通過在每個壓縮機入口處噴灑CO2液，可降低在整個壓縮循環中的總氣體溫度。本發明的方面的特徵已經在上文中以舉例說明的方式加以描述，且在本發明的範圍內可做出變化。