二氧化碳與氫氣的分離的製作方法

2023-08-10 15:37:06 1

專利名稱：二氧化碳與氫氣的分離的製作方法
二氧化碳與氫氣的分離本發明涉及自包含氫氣和二氧化碳的合成氣流部分回收二氧化碳，從而產生二氧化碳流以及氫氣流，所述二氧化碳流可用於化學過程或者可被封存(sequester)或在被最終封存之前用於提高的油回收，所述氫氣流可用作發電廠的燃料從而產生電力，或用作燃燒器、爐子或鍋爐的燃料，或用作提升一種或更多種精煉廠流的精煉廠進料流，或用作至化學過程的氫氣進料。US 2007/0221541涉及多階段自冷過程，其中最初兩個自冷階段合併除去酸性氣體總摩爾數的約76%和起始合成氣中約相同摩爾百分數的C02。據說如果硫已經在合成氣生產期間的初始被從合成氣除去，76%的去除百分數可為相當可能的(取決於環境法的將來)適於封存C02。在這樣的情況下，將不需要另外的自冷階段。然而，US 2007/0221541方法的不利條件是在兩個自冷階段分離的液化酸性氣體被蒸發以提供合成氣的冷卻。因此， 需要在酸性氣體產物流可被封存之前，對來自這些階段的酸性氣體產物流加壓。目前已經發現，使用包含至少一個採用外冷凍劑的冷凍階段的冷凍方法，通過在最佳溫度和壓力條件下操作冷凍階段，可自起始合成氣除去至少70%摩爾數的C02。因此，本發明提供用於在深冷分離設備中自合成氣進料流除去二氧化碳的方法， 所述方法包含單一的深冷分離階段或至少兩個串聯排列的深冷分離階段，串聯排列的階段稱為階段1-階段N，字母N表示串聯排列的階段編號，單一階段或串聯的每一個階段包含以下步驟(a)通過與外冷凍劑非接觸式換熱冷卻合成氣，自合成氣冷凝二氧化碳，產生液化的二氧化碳，和(b)自合成氣分離液化的二氧化碳，由單一分離階段排出液化的二氧化碳產物流和富含氫氣的合成氣流，或者，隨著合成氣從階段1至階段N行進，串聯中的每一個階段把合成氣冷卻至依次降低的溫度，從而自每一個階段單獨除去液化的二氧化碳產物流，由階段N排出富含氫氣的合成氣蒸氣流，其中(i)合成氣進料流包含40-65摩爾％氫氣，並以46-90巴，任選地至76巴絕對壓力範圍內的壓力供料給單一階段或串聯中的第一階段；(ii)單一階段或串聯中的階段N在-53至_48°C範圍內的溫度和44-74巴絕對壓力範圍內的壓力下操作，使得單一階段或串聯中的組合階段除去合成氣進料流中二氧化碳總摩爾數的70-80% ；和(iii)自深冷分離設備的階段除去的液化(X)2產物流被封存和/或用於化學過程。在本發明的一些方面，將使用較高的壓力。例如，在一些情況中，氣體進料壓力本身可能已經高於74巴。或者，或另外，進料壓力可在分離之前例如使用串聯壓縮機或單一壓縮機增大。本發明的另一個方面提供用於在深冷分離設備中自合成氣進料流除去二氧化碳的方法，所述方法包含單一的深冷分離階段或至少兩個串聯排列的深冷分離階段，串聯的階段稱為階段1-階段N，字母N表示串聯的階段編號，單一階段或串聯的每一個階段包含以下步驟(a)通過與冷凍劑(任選地為外冷凍劑)非接觸式換熱冷卻合成氣，自合成氣冷凝二氧化碳，產生液化的二氧化碳，和(b)自合成氣分離液化的二氧化碳，由單一分離階段排出液化的二氧化碳產物流和富含氫氣的合成氣流，或者，隨著合成氣從階段1至階段N行進，串聯中的每一個階段把合成氣冷卻至依次降低的溫度，從而自每一個階段單獨除去液化的二氧化碳產物流，由階段N排出富含氫氣的合成氣蒸氣流，其中(i)合成氣進料流包含40-65摩爾％氫氣並以46-少於150巴絕對壓力範圍內的壓力被供料給單一階段或串聯中的第一階段；(ii)單一階段或串聯中的階段N在-53至-48°c範圍內的溫度和44-少於150巴絕對壓力範圍內的壓力下操作；和(iii)優選地自深冷分離設備階段除去的液化(X)2產物流優選地被封存和/或用於化學過程。在實例中，壓力可為少於120巴、100巴或少於約80巴。應該理解(X)2的不同％分離將取決於分離的壓力和溫度而得到。本發明的另一個方面提供用於在深冷分離設備中自合成氣進料流除去二氧化碳的方法，所述方法包含單一的深冷分離階段或至少兩個串聯排列的深冷分離階段，串聯的階段稱為階段1-階段N，字母N表示串聯的階段編號，單一階段或串聯的每一個階段包含以下步驟(a)通過與冷凍劑(任選地為外冷凍劑)非接觸式換熱冷卻合成氣，自合成氣冷凝二氧化碳，產生液化的二氧化碳，和(b)自合成氣分離液化的二氧化碳，由單一分離階段排出液化的二氧化碳產物流和富含氫氣的合成氣流，或者，隨著合成氣從階段1至階段N行進，串聯中的階段把合成氣冷卻至依次降低的溫度，從而自每一個階段單獨除去液化的二氧化碳產物流，由階段N排出富含氫氣的合成氣蒸氣流，其中(i)合成氣進料流包含40-65摩爾％氫氣，並以46-76巴絕對壓力範圍內的壓力供料給單一階段或串聯中的第一階段；(ii)單一階段或串聯中的第一階段在-53至_48°C範圍內的溫度和44-74巴絕對壓力範圍內的壓力下操作。在一些實例中，單一階段或串聯中的第一階段除去合成氣進料流中二氧化碳總摩爾數的70-80%。在其它實例中，約60% -90%或者更多可被除去。優選地，冷凍過程為具有串聯排列的至少兩個冷凍階段的多階段冷凍過程，每一個階段採用外冷凍劑。在其它實例中，例如如以下描述的其它冷卻劑或冷凍劑可被使用。因此，在本發明的優選實施方案中提供用於在深冷分離設備中自合成氣進料流除去二氧化碳的方法，所述方法包含串聯排列的至少兩個深冷分離階段，串聯排列的階段稱為階段1-階段N，字母N表示串聯排列的階段編號，每一個階段包含以下步驟(a)通過用外冷凍劑經非接觸式換熱冷卻合成氣，自合成氣冷凝二氧化碳，產生液化的二氧化碳，和(b)自合成氣分離液化的二氧化碳，隨著合成氣從階段1至階段N行進，串聯中的每一個階段把合成氣冷卻至依次降低的溫度，從而自每一個階段單獨除去液化的二氧化碳產物流，由階段N排出富含氫氣的合成氣蒸氣流，其中(i)合成氣進料流包含40-65摩爾％氫氣並以46-76巴絕對壓力範圍內的壓力被供料給深冷分離設備中的第一階段；(ii)串聯中的階段N在-53至-48°C範圍內的溫度和44-74巴絕對壓力範圍內的壓力下操作，使得串聯中的組合階段除去合成氣進料流中二氧化碳總摩爾數的70-80% ；和(iii)自串聯中的每一個階段除去的液化0)2產物流被封存和/或用於化學過程。用於本文的術語「合成氣進料流」指包含氫氣和二氧化碳的變換的合成氣流。合成氣進料流也可包含一氧化碳和硫化氫。當冷凍過程為多階段冷凍過程時，優選地，自串聯的每一個階段除去的液化(X)2產物流在被封存之前得到合併。在一些實例中，合成氣進料流中二氧化碳總摩爾數的75-80%在深冷分離設備中得到分離。因此，本發明的方法自合成氣進料流除去顯著量的co2。通常，富含氫氣的合成氣流被供料給發電廠燃氣輪機的燃燒室。因此，本發明的一個有利條件是，與如果用於形成合成氣的固體燃料或氣態烴原料被直接用作發電廠的燃料相比，明顯更少的(X)2被釋放到大氣中。本發明方法的另一個有利條件是富含氫氣的合成氣流可在發電廠燃氣輪機燃燒室的最小燃料氣體進料壓力(入口壓力)或更高的壓力下得到，從而排除對壓縮機壓縮燃料氣體的需要。合成氣進料流可自固體燃料例如石油焦炭或煤在氣化器中產生，或自氣態烴原料在重整爐中產生。來自氣化器或重整爐的合成氣流含有大量的一氧化碳。因此，合成氣流通常在變換器單元中得到處理，以使得在合成氣流中含有的至少一部分，優選地為基本上全部的一氧化碳經水煤氣變換反應(WGSR)由變換催化劑轉化為二氧化碳CCHH2O — C02+H2其中一部分一氧化碳繼續存在於變換的合成氣中，大部分該一氧化碳將保留在富含氫氣的合成氣流中，並將在富含氫氣的合成氣流用作燃料時轉化為二氧化碳。變換器單元可為含有變換催化劑的單一變換反應器。然而，優選的是變換器單元包含含有高溫變換催化劑的高溫變換反應器和含有低溫變換催化劑的低溫變換反應器。水煤氣變換反應為放熱的並且導致跨越變換器單元的顯著溫度升高。因此，可通過連續除去一部分變換合成氣流並通過與一種或更多種工藝流熱交換例如經鍋爐給水或經蒸汽(用於產生過熱蒸汽)冷卻該流而使變換器單元得到冷卻。合成氣進料流通常主要包含氫氣、二氧化碳和蒸汽及較小量的一氧化碳和甲烷。 當合成氣進料流來源於氣化器時，合成氣進料流還將包含通過在變換器單元中COS與蒸汽反應形成的硫化氫(Η#)。本發明方法的另一個有利條件是除了捕集二氧化碳(CO2)以外允許共同捕集&S。因此，將在單一階段或串聯中的每一個階段自合成氣冷凝，並自單一階段或串聯中的每一個階段除去在液化的二氧化碳產物流中。通過在-53至-48°C範圍內的溫度和55-59巴絕對壓力範圍內的壓力下操作單一階段或串聯的最後階段(階段N)，單一階段或串聯的組合階段也將自合成氣進料流除去硫化氫總摩爾數的80-90%。合成氣進料流在深冷分離設備的上遊被冷卻至例如20-50°C範圍內的溫度(例如約40°C)以冷凝出冷凝物(主要包含水)。然後將冷凝物與冷卻的變換合成氣流例如在冷凝物罐中分離。通常，冷凝物經鍋爐給水和/或公用事業冷卻水冷卻。在除去任何冷凝物之後，合成氣進料流在轉到(X)2冷凝設備之前被乾燥，因為合成氣進料流中的任何水分將在所述設備中結冰並潛在地引起堵塞。合成氣進料流可經通過分子篩床或採用三甘醇以選擇性吸收水的吸收塔乾燥，優選地通過分子篩床乾燥。優選地，乾燥的合成氣進料流具有少於lppm(基於摩爾)的含水量。優選地，然後使乾燥的合成氣進料流轉到(X)2冷凝設備的預冷換熱器，其中合成氣進料流經冷的流(例如冷的工藝流諸如液態CO2產物流或冷的富含H2的合成氣蒸氣流)預冷。優選地，預冷換熱器為多通道換熱器，例如板翅式換熱器或印刷電路換熱器，將乾燥的合成氣進料流通過多通道換熱器的至少一個通道，並且多個冷的工藝流通過多通道換熱器的另外通道，使得乾燥的合成氣流經冷的工藝流預冷。或者，乾燥的合成氣進料流可使用至少2個，優選地為2-8個例如4個管殼式換熱器經多個冷的工藝流預冷。這些管殼式換熱器可串聯和/或並聯排列。當管殼式換熱器被並聯排列時，合成氣進料流被分開，形成多個被供料到換熱器的子流，並且離開換熱器的冷卻的子流隨後被合併。也設想乾燥的合成氣流可使用多通道換熱器與一個或更多個管殼式換熱器的組合預冷。如以下討論的那樣，富含氫氣的合成氣蒸氣流可在被用於預冷乾燥的合成氣進料流之後在膨脹渦輪中受到等熵膨脹(導致富含氫氣的合成氣蒸氣流冷卻)。膨脹的富含氫氣的合成氣蒸氣流的冷卻使得乾燥的合成氣進料流被預冷至-15至_35°C範圍內的溫度， 例如約_23°C。當富含氫氣的合成氣蒸氣流在被用於預冷乾燥的合成氣流之前沒有受到等熵膨脹，合成氣進料流通常可僅被冷卻至0至_15°C範圍內的溫度，例如約-10°C。依合成氣進料流的組成和預冷的量而定，預冷的流可以保持蒸汽狀態或者可被冷卻至低於其露點從而變為兩相。合成氣進料流然後通過深冷分離設備的深冷分離階段。單一的深冷分離階段或串聯的每一個深冷分離階段包含使用外冷凍劑和氣液分離容器的換熱器。優選地，深冷分離設備包含1-5個，更優選地為2-4個，例如3個串聯排列的深冷分離階段。用於本文的術語「冷凍劑」優選地包括任何合適的冷卻劑或冷凍劑。另外，術語「冷卻劑」優選地包括任何合適的冷卻劑或冷凍劑。優選術語「內冷卻劑流」包括在過程中產生的產物流，例如內冷卻劑流包括在分離步驟形成的富含ω2的流和富含吐的流。優選地，合適時，術語「內冷卻劑流」包括任何合適的冷卻劑或冷凍劑流。優選術語「外冷凍劑」或「外冷卻劑」包括在外部製冷迴路中提供的冷凍劑或冷卻劑。因此，在本發明過程中形成的液態CO2通常將不認為是外冷凍劑。可在換熱器中用作冷凍劑的合適的外冷凍劑包括丙烷、乙烷、丙烯、乙烯、氨、氫氯氟烴(HCFC)及混合冷凍劑。典型的混合冷凍劑包含至少兩種選自丁烷、丙烷、乙烷和乙烯的冷凍劑。這些冷凍劑可使用本領域技術人員已知的任何方法包括在生產液化天然氣(LNG)或天然氣液體(NGL)方面已知的方法，在外部製冷劑迴路中被冷卻至要求的冷凍溫度。每一個深冷分離階段的操作溫度將取決於深冷分離階段的數目和要求的二氧化碳捕集水平。對最後深冷分離階段的最低溫度存在限制，因為溫度必須保持在高於會形成固態CO2時的值。這通常在少於300barg的壓力下發生於低於-55°c的溫度(對於純CO2的三相點為在5. 18巴和在-56. 4°C的溫度下)，儘管H2S的存在可降低該冰點。優選地在跨越深冷分離設備的階段存在最小的壓力下降。通常，跨越深冷分離設備的單一階段或串聯階段的壓力下降在2-10巴範圍內，優選地在2-5巴，特別是2-3巴。 優選地，跨越單一階段或跨越串聯的每一個階段的壓力下降為約1巴。因此，當設備包含至少兩個串聯排列的階段時，其可用在基本相同壓力下的階段操作。跨越深冷分離階段的較高壓力下降可以耐受(例如壓力下降在10-30巴範圍內，優選地為10-20巴)，條件是單一分離階段或串聯的最後深冷分離階段在45-59巴絕對壓力範圍內的壓力下操作，優選地為 56-58巴絕對壓力，例如57巴絕對壓力。在55-59巴絕對壓力範圍內的壓力下操作單一或串聯的最後深冷分離階段的一個有利條件是，自單一分離階段的分離器容器或自串聯的最後階段(階段N)的分離器容器排出的富含H2的合成氣流的壓力為發電廠燃氣輪機燃燒室的最小進料氣體壓力(最小入口壓力)或更高(參見以下)。對本發明一些方面的一些實例的過程，現將關於包含3個串聯排列的深冷分離階段的CO2冷凝設備進行描述。合成氣進料流經一種或更多種冷的工藝流(例如富含氫氣的合成氣蒸氣流和/或液化的(X)2流)預冷之後，通過第一個深冷分離階段的換熱器，其中合成氣經外冷凍劑冷卻至-32至-28°c範圍內的溫度，從而形成包含液相(包含液態CO2)和含有H2和CO2的蒸氣相(富含氫氣的合成氣)的兩相流。所述兩相流然後轉到第一個深冷分離階段的氣液分離器容器，其中液相與蒸氣相分離。富含氫氣的合成氣蒸氣流與液態ω2 流自分離器容器取出，優選分別自分離器容器的頂部和底部或頂部和底部附近取出。富含 H2的合成氣蒸氣流然後用作至第二個深冷分離階段的進料，其中其通過另一個換熱器並經另外的外冷凍劑被冷卻至-43至_39°C範圍內的溫度。所生成的兩相流轉到第二個深冷分離階段的氣液分離器容器用於相分離。進一步富含H2的蒸氣流與液態CO2流自分離器容器取出，優選分別自分離器容器的頂部和底部或頂部和底部附近取出。自第二個深冷分離階段排出的富含氫氣的合成氣蒸氣流然後用作至第三個深冷分離階段的進料，其中其通過另一個換熱器並經另外的外冷凍劑被冷卻至-53至_48°C範圍內的溫度。所生成的兩相流轉到第三個深冷分離階段的氣液分離器容器用於相分離。進一步富含H2的蒸氣流與液態(X)2 流自分離器容器取出，優選分別自分離器容器的頂部和底部或頂部和底部附近取出。優選地，合成氣進料流以儘可能高的壓力(將取決於氣體來源)被供給第一個深冷分離階段。通常，合成氣進料流以至少50巴絕對壓力，優選地為55-75巴絕對壓力，例如60-70巴絕對壓力的壓力被供給第一個深冷分離階段。如果要求，至第一個深冷分離階段的進料可被壓縮至更高的壓力。通常，跨越3個深冷分離階段的壓力下降可被極小化，使得第三個深冷分離階段在低於第一個深冷分離階段的壓力不到5巴的壓力下操作。例如，當合成氣進料流以 60巴絕對壓力的壓力被供給第一個深冷分離階段時，第三個深冷分離階段通常在55-58巴絕對壓力範圍內的壓力下操作。通常，自深冷分離設備的最後深冷分離階段(階段N)排出的富含氫氣的合成蒸氣流(不可冷凝的流)包含至少70摩爾％氫氣，優選地為至少80摩爾％氫氣，餘量大部分為二氧化碳。通常，在自深冷分離設備的最後深冷分離階段(階段N)排出的富含H2的合成氣蒸氣流中含有的(X)2的量為少於30摩爾％ CO2,優選地為少於25摩爾％ C02。該富含氫氣的合成氣蒸氣流也可包含痕量的一氧化碳(CO)和甲烷，例如基於摩爾少於500ppm(儘管可以耐受更高量的C0，例如2-3摩爾％ CO)。來自(X)2冷凝設備的最後深冷分離階段(階段 N)的富含吐的合成氣蒸氣流可用作燃料流，用於驅動發電機從而產生電力的燃氣輪機燃燒室。通常，對於燃氣輪機燃燒室的燃料氣體進料壓力(入口壓力)在25-4^arg範圍內，優選地為^_40barg，特別是30-3^arg。通常，燃氣輪機的燃燒室在15-20巴絕對壓力的壓力下操作。因此，富含吐的合成氣蒸氣流可在高於燃氣輪機燃燒室的最小燃料氣體進料壓力以上得到，使得不需要氣體壓縮機將富含氫氣的合成氣流(燃料氣流)壓縮至燃氣輪機燃燒室的入口壓力。通常，富含吐的合成氣蒸氣流可在串聯排列的至少一個膨脹渦輪中膨脹到燃氣輪機燃燒室的入口壓力。富含氫氣的蒸氣流在膨脹渦輪中的等熵膨脹產生功，可用於驅動至少一個渦輪或電動機從而產生電力，該電力用於輸出或用於所述過程中(例如用於操作ω2泵和/或外部製冷迴路壓縮機)。通常，膨脹渦輪被固定於共同軸上。 通常，膨脹渦輪用跨越每一個膨脹渦輪基本上相同的壓力比操作，例如壓力比在0. 88-0. 66 範圍內。富含壓的合成氣蒸氣流通過在膨脹渦輪中的等熵膨脹冷卻，從而使得能夠另外預冷合成氣進料流。通常，離開單一深冷分離階段的分離器或離開深冷分離階段串聯的階段 N的富含吐的合成氣蒸氣流通過處於與合成氣蒸氣流熱交換關係的多通道換熱器的通道， 並然後在被供給多通道換熱器的另一個通道之前通過於第一膨脹渦輪中膨脹至較低的壓力得到冷卻。然後富含氫氣的蒸氣流可在被供給多通道換熱器的另一個通道之前通過於第二膨脹渦輪中膨脹至較低的壓力得到冷卻。當富含吐的合成氣蒸氣流要用作燃氣輪機燃燒室的燃料氣體時，其壓力不應降低至低於燃燒室要求的燃料氣體進料壓力(入口壓力)。 然而，也認識到，如果富含氫氣的合成氣蒸氣流被用於不同目的，例如作為火焰加熱器的低壓燃燒器燃料，或作為重整爐或鍋爐的燃料，或作為提升一種或更多種精煉廠流的精煉廠進料流，或作為至化學過程的氫氣進料，富含氫氣的合成氣蒸氣流可被膨脹至低於燃氣輪機燃燒室的入口壓力的壓力。國際專利申請號PCT/GB2009/001810描述了其中富含氏的氣體蒸氣流被供給膨脹渦輪系統的過程，其中富含氫氣的蒸氣流在串聯的多個膨脹渦輪的每一個中受到等熵膨脹，使得富含氫氣的蒸氣流在降低的溫度下和依次降低的壓力下離開所述串聯的膨脹渦輪從而產生動力。另外，經冷卻的富含氫氣的蒸氣流可以與(更高溫度)氣體進料流處於熱交換關係，並因此用作系統中的內冷卻劑。在國際專利申請號PCT/GB2009/001810中描述的實例中，合成進料氣流在其被冷卻並轉到分離器用於取出富含氫氣的氣體蒸氣流之前，壓力被增加至150-400barg範圍內的壓力。如本文討論的那樣，根據本發明的方面，已經確定當在低於150barg的壓力下實施分離步驟時也可有利地使用膨脹渦輪系統。因此，本發明的又一個方面提供用於將合成氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的方法，所述方法包括以下步驟a)將合成氣流冷卻至形成兩相混合物的溫度，所述冷卻包括將合成氣供給換熱器系統，優選地與隨後在所述方法中產生的內冷卻劑流為熱交換關係的，其中內冷卻劑流選自富含氫氣的蒸氣流和濃密的二氧化碳流，b)將在步驟(a)中形成的冷卻的流直接或間接轉到氣液分離器容器，至所述氣液分離器容器的進料具有少於150barg的壓力，c)自所述分離器容器取出富含氫氣的蒸氣流和自分離器容器取出液態(X)2流；和d)將富含氫氣的流供給包括至少一個膨脹器，優選地為多個膨脹器的膨脹系統， 並降低富含氫氣氣體在該膨脹器或每一個膨脹器的壓力。優選所述方法包括使用膨脹的氫氣流作為系統中的冷卻劑。優選本發明任何方面的一種或更多種方法在合適時包括將富含氫氣的流供給膨脹系統的步驟，所述膨脹系統包括至少一個用於降低富含氫氣的流的壓力的膨脹器。優選膨脹系統包括串聯排列的多個膨脹器。優選地膨脹系統包括能夠自膨脹回收功的一個或更多個膨脹器，例如膨脹渦輪或串聯膨脹渦輪。在優選的實例中，富含氫氣的氣體被供給包括串聯排列的多個膨脹渦輪的渦輪膨脹系統，其中富含氫氣的蒸氣流在所述串聯的每一個膨脹渦輪中受到等熵膨脹，使得富含氫氣的蒸氣流以降低的溫度和依次降低的壓力自每一個膨脹渦輪取出，並且其中富含氫氣的蒸氣在所述串聯的每一個膨脹渦輪中的等熵膨脹產生動力。優選地富含氫氣的流的溫度通過膨脹得到降低，並且被冷卻的膨脹氫氣流隨後用作所述系統中的內冷卻劑。優選地來自每一個膨脹器的冷卻流被用作內冷卻劑，例如在被供給另一個膨脹器之前。按照本發明的另一個方面，提供用於將合成氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的方法，所述方法包括以下步驟a)將合成氣流冷卻至形成兩相混合物的溫度，b)將在步驟(a)中形成的冷卻的流直接或間接轉到氣液分離器容器，任選至所述氣液分離器容器的進料具有少於150barg的壓力，c)自所述分離器容器取出富含氫氣的蒸氣流和自分離器容器取出液態(X)2流；和d)將所分離的富含氫氣的蒸氣流供給包括串聯排列的多個膨脹器的膨脹系統，其中富含氫氣的蒸氣流在所述串聯的每一個膨脹器中受到膨脹，使得經膨脹的富含氫氣的蒸氣流在降低的溫度和依次降低的壓力下自每一個膨脹器取出；和e)使用至少一種經膨脹的富含氫氣的蒸氣流作為冷卻劑。在一些實例中，所述膨脹系統可僅包括一個膨脹器，其中富含氫氣的蒸氣流在所述系統的膨脹器中受到膨脹，使得經膨脹的富含氫氣的蒸氣流在降低的溫度和壓力下自膨脹器取出並用作冷卻劑。然而，在許多實例中優選的是使用至少兩個膨脹器，使得可尋找所述過程的改善溫度和/或壓力分布。如以下進一步討論的那樣，通過使用多於一個膨脹器， 在一些實例中，多個相對冷的膨脹的氫氣流可用作所述系統的內冷卻劑流。經膨脹的富含氫氣的蒸氣流可用於冷卻一種或更多種選自富含氫氣的氣流、二氧化碳流和合成氣流的流。在優選的實例中，多個膨脹的富含氫氣的蒸氣流用作所述過程的冷卻劑流。在一些實例中，所有膨脹的富含氫氣的流被用作內冷卻劑。優選膨脹器實現富含氫氣的蒸氣在所述串聯的每一個膨脹器中的膨脹並產生動力。所述動力例如可被進一步用於所述過程，帶來效率。例如，膨脹器可包括優選地連接於所述系統的壓縮機(如果使用)的膨脹渦輪。或者或另外，其它膨脹器可被用於一些實例。例如，蒸氣可跨越閥門膨脹以降低壓力。方法可進一步包括增大所分離二氧化碳流的壓力。在一些實例中，進一步使用二氧化碳流(例如用於實現儲存)可需要比自分離器取出的流壓力更高的壓力。設備例如泵可在分離器的下遊被提供以增大壓力例如至高於 120巴或至150巴或以上。方法可進一步包括將所分離的富含氫氣的流直接或間接地轉到另一個氣液分離器容器，並自分離器容器取出第二批分離的富含氫氣的蒸氣流和自分離器容器取出第二批液態CO2流。本發明的又一個方面提供一種用於將合成氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的方法，所述方法包括以下步驟
a)將合成氣流冷卻至形成兩相混合物的溫度，b)將在步驟(a)中形成的冷卻的流直接或間接轉到第一氣液分離器容器，至所述氣液分離器容器的進料具有少於150barg的壓力，c)自所述分離器容器取出富含氫氣的蒸氣流和自分離器容器取出液態CO2流；d)將在步驟(C)中形成的富含氫氣的蒸氣流直接或間接轉到第二氣液分離器容器，並自所述分離器容器取出第二批富含氫氣的蒸氣流和自分離器容器取出液態CO2流；和e)將所分離的富含氫氣的蒸氣流供給包括至少一個膨脹器的膨脹系統，其中富含氫氣的蒸氣流在所述系統的膨脹器中受到膨脹，使得經膨脹的富含氫氣的蒸氣流在降低的溫度和壓力下自所述膨脹器取出；和f)使用經膨脹的富含氫氣的蒸氣流作為冷卻劑。方法可進一步包括在第二分離器容器的上遊冷卻所分離的富含氫氣的流。本發明的一個方面進一步提供用於將合成氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的方法，所述方法包括以下步驟a)將合成氣流冷卻至形成兩相混合物的溫度，所述冷卻包括將合成氣供給換熱器系統，與隨後在所述方法中產生的內冷卻劑流為熱交換關係，其中所述內冷卻劑流選自富含氫氣的蒸氣流和濃密的二氧化碳流，b)將在步驟(a)中形成的冷卻的流直接或間接轉到氣液分離器容器，至所述氣液分離器容器的進料具有少於150barg的壓力，c)自所述分離器容器取出富含氫氣的蒸氣流和自分離器容器取出濃密(X)2流；和d)將富含氫氣的流供給包括至少一個膨脹器，優選地為多個膨脹器的膨脹系統， 並降低富含氫氣氣體在該膨脹器或每一個膨脹器的壓力。本發明也提供一種用於將合成氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的系統，所述系統包括a)布置以將氣流冷卻至形成兩相混合物的溫度的冷卻系統，b)布置以在少於150巴的壓力下接收直接或間接來自所述冷卻系統的兩相混合物的氣液分離器容器，所述分離器容器的輸出為富含氫氣的蒸氣流和液態CO2流；和c)布置在所述分離器容器的下遊以接收富含氫氣的蒸氣流的膨脹系統，所述膨脹系統包括多個串聯排列的膨脹器使得富含氫氣的蒸氣流在所述串聯的每一個膨脹器中受到膨脹，使得富含氫氣的蒸氣流可在降低的溫度和依次降低的壓力下自每一個膨脹器取出，d)用於將膨脹的富含氫氣的流供給所述冷卻系統的流路。本發明也提供一種用於將合成氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的系統，所述系統包括a)布置以將合成氣流冷卻至形成兩相混合物的溫度的冷卻系統，b)布置以直接或間接接收所述冷卻流的第一氣液分離器容器，至所述氣液分離器容器的進料具有少於150巴的壓力，並且所述分離器容器輸出第一批富含氫氣的流和液態 CO2 流；c)在所述第一分離器的下遊的第二氣液分離器容器，用於直接或間接接收第一批富含氫氣的流，並自所述分離器容器輸出第二批富含氫氣的流和自所述分離器容器輸出液態(X)2流；和d)包括至少一個優選地布置在第二分離器容器的下遊的膨脹器的膨脹器系統，以接收富含氫氣的蒸氣流並使之在所述系統的膨脹器中受到膨脹，使得經膨脹的富含氫氣的蒸氣流可在降低的溫度和壓力下自膨脹器取出；和e)用於將膨脹的富含氫氣的蒸氣流供給所述冷卻系統的流路。所述系統可進一步包括布置以增加所分離的二氧化碳流的壓力的壓縮機或泵。在一些實例中，分離步驟中的壓力將在80-400巴的範圍內，例如80-250巴。在一些實例中，上遊變換反應過程可產生具有50-100巴範圍內壓力的變換氣體。 該變換氣體在一些實例中可以不顯著改變該流的壓力地供給分離階段。離開水煤氣變換單元的變換氣體例如可在50-100巴範圍內的壓力下，例如60巴-95巴，例如65-90巴，在一些實例中為70-80巴。當在分離之前被冷卻使得其中含有的二氧化碳中的一些優選地為大部分液化時，變換氣體在一些實例中可在50-250巴範圍內的壓力下。在一些情況中分離步驟的壓力可為70巴、75巴或者為80巴。合成氣流優選地包含變換的合成氣流。被供給分離器容器的冷卻的流優選地包含變換的合成氣。應意識到在一些安排中所述方法的一個或更多個步驟例如可在變換步驟之前或之後實施。已經發現經使富含氫氣的蒸氣流通過包含多個串聯排列的膨脹渦輪的渦輪膨脹系統，富含氫氣的蒸氣流壓力可被降低至任何要求的壓力。特別是，富含氫氣的蒸氣流可以發電廠燃氣輪機的燃燒室要求的燃料氣體給料壓力(例如以30barg的壓力)得到。也已經發現離開所述串聯每一個膨脹渦輪的該膨脹的或更加膨脹的富含吐的蒸氣流可被用作內冷卻劑流，從而提供換熱器系統一部分，例如主要部分的製冷負荷。在一些實例中，富含 H2的蒸氣在膨脹渦輪中的膨脹可用於驅動壓縮機系統(如果存在)的壓縮機的轉子或軸或者驅動渦輪式發電機的轉子或軸，從而實現將合成氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和液態 CO2流的淨功率消耗減少。在膨脹渦輪中產生的動力可用於例如驅動為(X)2冷凝設備組件的機械和/或驅動發電機的交流發電機。由膨脹渦輪驅動的機械可為壓縮系統(例如用於分離過程的壓縮系統，如果要求)的壓縮機和/或泵。在一些實例中，例如如以上描述的那樣，合成氣進料流的壓力為至少40巴。特別是在其中增壓的富含氫氣氣體為有利的實例中，例如對於用作渦輪機的進料，優選地在所述過程中合成氣進料流的壓力為至少60巴，例如為至少80巴或者更多。被供給所述系統分離器容器的流壓力例如可為125巴或更少，例如為110巴或更少，100巴或更少，或者90巴。在一些實例中，將存在壓縮合成氣例如變換的合成氣以增加壓力所需要的壓縮步
馬聚ο因此所述方法可包括在分離之前，並且優選地在使用內冷卻劑流的冷卻之前，使用壓縮系統壓縮合成氣，使得氣體壓力被增加至60巴至少於150巴範圍內的壓力的步驟。 優選地所述方法進一步包括經冷卻劑(例如外冷凍劑和/或內冷卻流)冷卻生成的高壓氣體以除去至少部分壓縮熱的步驟。在其它安排中，合成氣進料例如變換的合成氣進料(例如來自水煤氣變換設備的
14進料)可能不需要進一步壓縮。實際上，如本文描述的那樣，可在分離的上遊沒有顯著壓縮或沒有任何壓縮的情況下實施分離步驟。因此本發明的再一個方面提供用於將合成氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的方法，所述方法包括以下步驟a)將合成氣流供給冷卻系統，而沒有在冷卻系統的直接上遊顯著增大合成氣流的壓力；b)將合成氣流冷卻至形成兩相混合物的溫度，所述冷卻包括將合成氣供給換熱器系統，優選與隨後在所述方法中產生的內冷卻劑流為熱交換關係，其中內冷卻劑流選自富含氫氣的蒸氣流和濃密的二氧化碳流，c)將在步驟(a)中形成的冷卻的流伴隨不顯著增加其壓力直接或間接轉到氣液分離器容器，d)自所述分離器容器取出富含氫氣的蒸氣流和自分離器容器取出濃密(X)2流；和e)將富含氫氣的蒸氣流供給包括一個，優選地為多個膨脹器的膨脹器系統，其中富含氫氣的流在該膨脹器或每一個膨脹器中受到膨脹。優選經膨脹的氫氣流為冷的並且用作所述系統的冷卻劑。優選將多個經膨脹的氫氣流用作冷卻劑流。所述方法可包括將富含氫氣的蒸氣流供給包括多個串聯排列的膨脹渦輪的渦輪膨脹系統，其中富含氫氣的蒸氣流在所述串聯的每一個膨脹渦輪中受到等熵膨脹，使得富含氫氣的蒸氣流在降低的溫度和依次降低的壓力下自每一個膨脹渦輪取出，並且其中富含氫氣的蒸氣在所述串聯的每一個膨脹渦輪中的等熵膨脹產生動力。因此優選合成氣的天然進料(例如自例如水煤氣變換系統供給的變換合成氣)在自流分離二氧化碳之前沒有受到進一步壓縮。因此按照本發明的一些方面，基本在進料氣流的壓力下實施第一次分離，以及任選的隨後的分離步驟。例如，進料氣體壓力可在60巴和125巴之間，例如60巴-100巴。在需要形成兩相混合物的情況中，轉到氣液分離器容器的冷卻的流溫度將部分取決於流壓力。在實例中，至分離器設備的進料流溫度通常在_15°C和-55°C之間，優選地為少於-30°C，優選地為少於_40°C，優選地為_50°C或者更少。因此，本發明的又一個方面提供用於將合成氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的方法，所述方法包括以下步驟a)將具有少於150barg壓力的合成氣流冷卻至在_15°C和_55°C之間溫度，所述冷卻包括將合成氣供給換熱器系統，與隨後在所述方法中產生的內冷卻劑流為熱交換關係， 其中內冷卻劑流選自富含氫氣的蒸氣流和濃密的二氧化碳流，b)將在步驟(a)中形成的冷卻的流直接或間接轉到氣液分離器容器，至所述氣液分離器容器的進料具有少於150barg的壓力，c)自所述分離器容器取出富含氫氣的蒸氣流和自分離器容器取出濃密CO2流；和d)優選地將富含氫氣的蒸氣流供給包括多個串聯排列的膨脹渦輪的渦輪膨脹系統，其中富含氫氣的蒸氣流在所述串聯的每一個膨脹渦輪中受到等熵膨脹，使得富含氫氣的蒸氣流在降低的溫度和依次降低的壓力下自每一個膨脹渦輪取出，並且其中富含氫氣的蒸氣在所述串聯的每一個膨脹渦輪中的等熵膨脹產生動力。
在一些實例中，步驟(a)中的全部或基本上全部冷卻可使用一個或更多個內部冷卻流實施。或者，一些冷卻可另外地使用外冷卻劑或冷凍劑提供。例如冷凍劑諸如乙烷或丙烷可被使用，儘管其它的冷卻劑和冷凍劑為可能的。優選地，如果有的話，在內部冷卻的下遊提供使用外冷卻劑的冷卻，但是在其它實例中，可以優選在使用內冷卻劑冷卻的上遊或在使用內冷卻劑的冷卻階段之間提供外部製冷。本發明的一個方面也提供的是，提供用於在CO2冷凝設備中將合成氣流分離為富含氫氣(H2)的蒸氣流和液態二氧化碳(CO2)流的方法，所述CO2冷凝設備包含(a)換熱器系統，(b)氣液分離器容器，和(c)包括多個串聯排列的膨脹渦輪的渦輪膨脹系統，所述方法包括以下步驟(A)提供具有壓力在10-120barg範圍內的進料合成氣流；(B)經使合成氣流通過換熱器系統，與多個內冷凍劑流為熱交換關係，將步驟(A) 的合成氣流冷卻至在-15°C至_55°C範圍內的溫度，其中內冷凍劑流選自冷的富含氫氣的蒸氣流和液態(X)2流；(C)將在步驟(B)中形成的冷卻的合成氣流直接或間接轉到在與換熱器系統基本相同的壓力下操作的氣液分離器容器，並自所述分離器容器的頂部或頂部附近取出富含氫氣的蒸氣流和自所述分離器容器的底部或底部附近取出液態CO2流；和(D)將來自步驟(C)的富含氫氣的蒸氣流供給渦輪膨脹系統，其中富含氫氣的蒸氣流在所述串聯的每一個膨脹渦輪中受到等熵膨脹，使得富含氫氣的蒸氣流在降低的溫度和依次降低的壓力下自所述串聯的膨脹渦輪取出，並且其中富含氫氣的蒸氣在所述串聯的每一個膨脹渦輪中的等熵膨脹產生動力，從而驅動為CO2冷凝設備組件的機械和/或驅動發電機的交流發電機。在一些實例中，優選的是在氣液分離器容器的流壓力與初始進料氣體的壓力基本相同，因此，在進料與分離步驟之間沒有或基本上沒有將氣體增壓。在其它實例中，優選地所述系統包括包含至少一個壓縮機的壓縮系統，進料氣體被供給壓縮系統使得合成氣壓力在分離步驟之前被增加。例如，壓力可被增加至多於60 巴、多於70巴、多於80巴或100巴或者更多。所述方法可進一步包括例如經外冷卻劑和/ 或外冷凍劑冷卻所生成的增加壓力的合成氣流，以除去至少部分壓縮熱。多級壓縮系統在一些其中需要壓縮的安排中可為優選的，例如多級壓縮對來自壓縮系統的較高排氣壓力可為優選的，但是為任選的，特別是對於來自壓縮系統的較低排氣壓力。通常，用於所述設備的任何壓縮系統的壓縮機可被固定於其可由電動機、燃氣輪機或蒸汽輪機驅動的軸上。或者，或另外，壓縮系統的壓縮機和渦輪膨脹系統的膨脹渦輪可被固定於共同軸上，使得富含氫氣的蒸氣在膨脹渦輪中的等熵膨脹可用於驅動壓縮機。用於本發明實例的典型多級壓縮系統可包含至少一個低壓(LP)壓縮機，優選地為兩個或三個被固定於共同驅動軸上的LP壓縮機和至少一個高壓(HP)壓縮機，優選地為一個或兩個被固定於另一個共同驅動軸上的HP壓縮機(驅動軸可經齒輪系統連接)。LP 和HP壓縮機被串聯排列。如同本領域技術人員熟知的那樣，通過使跨越所述串聯的壓縮機的壓縮負荷平衡實現增加壓縮效率。因此，優選的是在所述串聯的連續壓縮機之間壓縮比基本相同。在本文所描述的任何方面，分離過程可為單階段或多階段過程。可在分離階段之間提供其進一步的冷卻階段。在一些實例中，在一系列分離步驟的最後階段之後，富含氫氣的流將被供給膨脹裝置。優選地膨脹裝置適合於降低富含氫氣的流的壓力。優選實施膨脹使得氣流的溫度降低。優選實施膨脹使得壓力降低隨著回收為功。例如膨脹可使用膨脹渦輪實施，例如如以上描述的。優選地，在冷卻步驟形成的冷卻的合成氣流可被轉到包括至少一個深冷分離階段的深冷分離系統，其中深冷分離階段包含採用外冷凍劑的換熱器和氣液分離器容器。因此， 在本發明一些實例中採用的氣液分離器容器可為採用外冷凍劑的單一深冷分離階段的氣液分離器容器，或為串聯深冷分離階段的最後氣液分離器容器，其中深冷分離階段各自採用外冷凍劑並在逐漸降低的溫度下操作。在其它實例中，或者，或另外，將使用一個或更多個內冷卻劑流提供冷卻。本發明實例的一個有利條件是至少65%，例如至少75%，並且在一些實例中為至少90%，更優選地為至少95%的二氧化碳可自合成氣進料流分離，二氧化碳捕集水平取決於合成氣流的壓力、系統中的任何壓力增加和取決於經冷卻氣體的溫度，例如經冷卻的合成氣流是否受到經外冷凍劑的低溫冷卻。例如，已經發現在一些不使用外冷凍劑的實例中， 可自合成氣進料流捕集75-85 %的(X)2。已經發現，例如當實施分離步驟的壓力在少於約80巴的壓力下(包括例如其中在第一個分離步驟之前沒有實施初始壓縮的情況)，所捕集(X)2的量通常在約65和80% mol 之間。當使用更高的壓力(例如通過在系統中包括一個或更多個壓縮機)時，可得到更高的捕集率。富含氫氣的蒸氣流壓力可被減小至例如對燃氣輪機燃燒室要求的入口壓力。例如通過例如在一個或串聯膨脹渦輪中等熵膨脹富含氫氣的蒸氣流，冷的富含吐的蒸氣流(內冷卻劑或冷凍劑流)可用於冷卻合成氣流。另外，例如在所述串聯的每一個膨脹渦輪中等熵膨脹富含氫氣的蒸氣流可產生動力，可用於驅動壓縮系統的壓縮機(如果存在)和/或驅動發電機的至少一個交流發電機從而產生用於上所述過程的電力(例如用於操作壓縮系統的一個或更多個電動壓縮機)和/或驅動泵(例如用於液態CO2或超臨界CO2流的泵)。 因此，使用膨脹渦輪可回收主要部分的壓縮能量，從而增加所述過程的總體能量效率。應該認識到，如果富含氫氣的蒸氣流用於不同目的，例如作為火焰加熱器的低壓燃燒器燃料，或作為重整爐或鍋爐的燃料，或作為提升一種或更多種精煉廠流的精煉廠進料流，或作為至化學過程的氫氣進料，富含氫氣的蒸氣流可被膨脹至低於燃氣輪機燃燒室入口壓力的壓力。跨越換熱器系統的壓力下降可為少於1. 5巴。在一些優選的實例中，換熱器系統包含至少一個多通道換熱器，並且合成氣流通過多通道換熱器的通道，與通過多通道換熱器的其它通道的多個內冷凍劑或冷卻劑流為熱交換關係。多通道換熱器可為擴散連接的換熱器，例如印刷電路換熱器。換熱器系統可包含多個串聯排列的獨立換熱器，並且合成氣流可在其通過所述串聯的換熱器時通過與多個內冷凍劑流熱交換得到冷卻，這些內冷凍劑流以依次降低的溫度被供給所述串聯的第一和連續的換熱器。典型地，在本發明的實例中，換熱器系統包含至少一個多通道換熱器，氣流通過所述多通道換熱器的通道，與通過該多通道換熱器其它通道的多個內冷凍劑/冷卻劑流為熱交換關係。多通道換熱器的代表性實例包括在US 6622519、WO 2004/016347, EP 212878 和EP四2245中描述的那些多通道換熱器，其公開通過引用結合到本文中。作為替代或除了經壓縮系統的換熱器中的外冷凍劑預冷合成氣流以外，設想一個或更多個外冷凍劑流可通過多通道換熱器中的另外的其它通道從而對合成氣流提供另外的製冷負荷。優選地，合成氣流與內冷凍劑流和任選的外冷凍劑流以逆流方向通過多通道換熱器。優選地在一些實例中，換熱器系統包含多個串聯排列的冷凍階段，其中在所述串聯中的每一個階段包含⑴ 單一的多通道換熱器，或(ii)多個並聯排列的多通道換熱器，例如2或3個並聯排列的多通道換熱器。例如，換熱器系統可包含3個串聯排列的冷凍階段，內冷凍劑流和任選的外冷凍劑流以依次降低的溫度被供給所述串聯的每一個連續階段。在換熱器系統的實例中，第一個冷凍階段包含並聯排列的兩個單程多通道換熱器，第二個冷凍階段包含並聯排列的3 個3程多通道換熱器，並且第三個冷凍階段包含單一的4程多通道換熱器。因此，合成氣流可被分開並當其通過換熱器系統的階段時再合併，從而用內冷凍劑流和/外外冷凍劑流使熱交換最優化。然而，用於多個多通道換熱器的交錯布置可被採用。或者，或另外，換熱器系統可包含多個冷凍階段，其中每一個冷凍階段包含單一的獨立換熱器或多個並聯排列的獨立換熱器。因此，例如，合成氣流(或其它流)當其通過換熱器系統的冷凍階段時經與多個內冷凍劑流和任選的外冷凍劑流熱交換而被冷卻，這些冷凍劑流以依次降低的溫度被供給每一個連續冷凍階段的獨立換熱器。優選的是合成氣流與被供給獨立換熱器的內冷凍劑流和任選的外冷凍劑流以逆流方向通過獨立換熱器。也設想換熱器系統可包含多通道和獨立換熱器兩者。因此，換熱器系統可包含多個串聯排列的冷凍階段，其中每一個冷凍階段包含(i)單一的多通道換熱器，或(ii)單一的獨立換熱器，或(iii)並聯排列的多個多通道換熱器和/或多個獨立換熱器。換熱器系統的多通道換熱器可為在用於產生液化天然氣的過程中採用的類型，例如銅焊鋁製板翅式換熱器或擴散連接的換熱器(例如如由Heatric供應的印刷電路換熱器 (PCHE))。或者，多通道換熱器可為多體管殼式換熱器，其包含(a)在換熱器的殼中排列的管，其中換熱器的殼包含多個間隔室，並且其中合成氣流通過管，內冷凍劑流或外冷凍劑流通過殼的每一個間隔室，與流過管的合成氣為熱交換關係；或(b)多個在換熱器的殼中排列的管，其中所述殼包含單一間隔室，並且合成氣流通過該間隔室，內冷凍劑流或外冷凍劑流通過每一個管，與流過殼的單一間隔室的合成氣為熱交換關係。因此，術語「通道」包括在銅焊鋁製板翅式換熱器或擴散連接的換熱器的板之間形成的通道以及多體管殼式換熱器的間隔室和管。壓縮系統的獨立換熱器可屬於管殼式(單體管殼式換熱器)，合成氣流通過管方且內冷凍劑流或外冷凍劑流通過換熱器的殼方，或反之亦然。然而，在本發明的步驟(B) 中，採用獨立換熱器預冷合成氣流的過程與全部或部分採用多通道換熱器冷卻合成氣流的過程相比較可具有減小的效率。離開換熱器系統的冷卻的流為由液相和蒸氣相組成的兩相流。對氣流可在換熱器系統中被冷卻的溫度通常存在實際極限，因為溫度正常地應保持在高於將形成固態(X)2的值。這通常發生於-56°C的溫度下(對於純(X)2的三相點為在5. 18巴和在-56. 4°C的溫度下)，儘管吐的存在可降低該冰點。由於與多個內冷凍劑流熱交換在換熱器系統中達到的冷卻量將取決於在渦輪膨脹系統中實現的等熵膨脹的富含氫氣的蒸氣流的冷卻量，後者繼而取決於所形成的富含氫氣的蒸氣流的壓力和離開渦輪膨脹系統的膨脹渦輪或最後膨脹渦輪的富含H2的蒸氣流的壓力。由渦輪膨脹系統的膨脹渦輪產生的電力量也將取決於富含氫氣的蒸氣在渦輪膨脹系統中受到等熵膨脹的程度，後者也取決於所形成的富含H2蒸的氣流的壓力和離開渦輪膨脹系統的最後膨脹渦輪的富含H2的蒸氣流的壓力。合適時，用於本文的術語「冷凍劑」優選地包括任何合適的冷卻劑。優選術語「外冷凍劑」包括在外部製冷迴路中形成的冷凍劑。因此，在本發明過程中形成的液態(X)2不認為是外冷凍劑。可用作換熱器中冷凍劑的合適的外冷凍劑包括丙烷、乙烷、乙烯、氨、氫氯氟烴(HCFC)及混合冷凍劑。典型的混合冷凍劑包含至少兩種選自丁烷、丙烷、乙烷和乙烯的冷凍劑。這些冷凍劑可使用本領域技術人員已知的任何方法包括在生產液化天然氣(LNG)或天然氣液體(NGL)方面已知的方法，在外部製冷劑迴路中被冷卻至要求的冷凍溫度。這些冷凍劑也可例如通過與來自渦輪膨脹系統的膨脹渦輪的一種或更多種冷的等熵膨脹的富含吐的蒸氣流熱交換而被冷卻至要求的冷凍溫度。用於深冷分離階段的外冷凍劑被選擇以便達到要求的操作溫度。例如，當氣流的進料溫度在-15至大於-30°C的範圍內，並且深冷分離階段要求的操作溫度在-20至大於-30°C的範圍內時，丙烷可用作冷凍劑，而當氣流的進料溫度在-30至-40°C的範圍內並且深冷分離階段要求的操作溫度在-40 至-55°C，優選地在-45至-50°C的範圍內時，乙烷和/或乙烯可用作外冷凍劑。其它安排是可能的。自氣-液分離器取出的(X)2流在一些實例中可以液態(X)2輸出壓力得到，並且液態 CO2流可在自所述過程輸出和封存和/或被用於化學過程之前通過熱交換系統，例如與合成氣流為熱交換關係。CO2流在一些實例中可以高於液態CO2輸出壓力的壓力得到，並在壓力被減小至液態CO2輸出壓力之後轉到閃蒸分離容器，其中富含氫氣的蒸氣流自閃蒸分離容器的頂部或頂部附近取出，液態(X)2流自或接近閃蒸分離容器的底部或底部附近取出，並且然後液態 CO2流在自所述過程輸出和封存和/或被用於化學過程之前通過換熱器系統與合成氣流為熱交換關係。然而，在本發明方面的許多實例中，CO2以少於所要求輸出壓力的壓力自分離器容器取出。例如，根據本發明的一些方面，所分離的CO2壓力為少於150巴，例如少於120巴、 少於100巴、少於80巴或者甚至更少。因此在一些安排中，方法進一步包括例如使用泵將所分離的(X)2增壓的步驟，儘管可使用其它合適的設備例如壓縮機。(X)2被增壓到的壓力將當然取決於其打算的用途，但是在一些實例中，優選被增壓的0)2壓力多於100巴、多於120 巴，優選地為150巴或者更多。所回收液態二氧化碳的處理將取決於其打算的用途。其例如可被非現場地管道輸送或運輸用於地下儲存。如果需要，液態二氧化碳可經使其通過一個或更多個冷卻階段例如一個或更多個多通道換熱器而得到溫熱，也利用其冷卻能力。儘管在分離階段取出的二氧化碳將以液相形式存在，應該理解在所述過程別處的二氧化碳可以超臨界濃相形式存在。例如，當液態二氧化碳如以上提示的那樣得到溫熱，二氧化碳的溫度可升至高於臨界溫度。本文提及的液態二氧化碳應由此解釋。自閃蒸分離容器取出的富含氫氣的蒸氣流可與自膨脹渦輪之一取出的類似壓力的富含氫氣的蒸氣流合併和/或與經使合成氣進料流通過壓縮系統(如果存在)得到的類似壓力的合成氣進料流合併。離開最後膨脹渦輪的富含氫氣的蒸氣流可以25-4^arg，優選30-3^arg範圍內的壓力得到，並可作為燃料氣體轉到發電廠至少一個燃氣渦輪的燃燒室。在換熱器中冷卻的經冷卻的合成氣流可具有-30至-40°C範圍內的溫度，並可隨後轉到包含單一的的深冷分離階段的深冷分離系統，該深冷分離階段包括採用外冷凍劑的換熱器和氣液分離器容器，其中跨越深冷分離階段的壓力下降優選在0. 1-5巴範圍內；深冷分離階段的換熱器優選地具有-40至-55°C範圍內的操作溫度；並且其中富含氫氣的蒸氣流和液態CO2流自深冷分離階段的氣液分離器容器取出。經冷卻的合成氣流可具有-15至-30°C範圍內的溫度，並可轉到包含多個串聯排列的深冷分離階段的深冷分離系統，其中所述串聯的每一個深冷分離階段包含採用外冷凍劑的換熱器和氣液分離容器；所述串聯的深冷分離階段在逐步降低的溫度下操作，並且跨越深冷分離階段串聯的壓力下降優選地在0. 1-5巴範圍內；富含氫氣的蒸氣流和液態CO2 流自所述串聯的最後深冷分離階段的氣液分離器容器取出；並且另外的HP液態(X)2流自所述串聯的每一個先前深冷分離階段取出。當所述過程包括壓縮合成氣的步驟時，優選地合成氣在包含多個串聯排列的壓縮機的多級壓縮機系統中被壓縮，其中在所述串聯的每一個壓縮機之後提供換熱器，並且其中合成氣優選地在每一個換熱器中經例如選自空氣、水的外冷卻劑或經選自富含壓的蒸氣流和最後的富含吐的蒸氣流的冷工藝流得到冷卻。合成氣進料流可為包含H2S的酸性合成氣流，其中主要部分的H2S分配至液態CO2 相中，並與液態CCV流一起封存，且在最後富含H2的蒸氣流中殘餘的可在CO2冷凝設備的下遊被除去，例如經使最後的富含吐的蒸氣流通過包含顆粒吸附材料的床或通過洗滌器， 其中富含吐的蒸氣接觸液態吸收劑。CO2產物流可用作儲油層的注入流體，例如通過沿著注入井注入液態CO2並注入到儲油層中，從而對於相關的生產井替換烴類。本發明的一個方面也提供用於自合成氣流分離二氧化碳和氫氣的二氧化碳冷凝設備，所述設備包含(a)合成氣進料流的來源；(b)任選的壓縮系統；(c)布置以經至少一個(優選地多個)內冷卻劑或冷凍劑流冷卻(任選地被壓縮的)合成氣流的換熱器系統，從而部分冷凝合成氣流；(d)布置以接受部分冷凝的合成氣流的氣液分離器容器；和(e)包含多個串聯排列的膨脹渦輪以自氣液分離器容器接受富含氫氣的蒸氣流的膨脹渦輪系統，膨脹渦輪被布置以膨脹富含氫氣的蒸氣流和將經膨脹的富含氫氣的蒸氣流供給換熱器系統。在優選的安排中，設備包括用於在分離器階段的下遊降低富含H2餾分壓力的裝置 (例如膨脹器)。優選設備被布置使得經膨脹的富含吐餾分隨後用作所述設備別處或相關設備中的內冷卻劑。當所述設備包括多個膨脹器時，優選地所述設備使得富含吐餾分在每一個膨脹步驟之後用作冷卻劑，儘管其它安排當然是可能的。優選地膨脹器使得其在膨脹富含氫氣的氣體時回收功。在本文所描述的任何實例和本發明的任何方面中，合適時可包括其它工藝步驟， 並且需要時系統中可包括其它組件。例如，所述方法可包括溶劑分離階段，例如以自一種或更多種流除去CO2W2S或其它組分。例如，在膨脹之前，富含吐的蒸氣流可被供給溶劑萃取系統，其中蒸氣流與溶劑接觸，吸收其中所含有的殘餘co2。用於實現該分離的溶劑萃取過程包括其分別使用冷凍的甲醇和冷凍的聚乙二醇二甲醚混合物作為吸收劑的Rectisol 和klexol 過程。或者吸收劑可為基於胺的，例如一乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二異丙胺等。任何其它合適的方法可被使用。或者，或另外，溶劑分離階段可被包括在系統的其它部分中。如以上討論的那樣，富含氫氣的合成氣蒸氣流可用作燃氣輪機燃燒室的燃料氣體。優選的是燃料氣體包含35-65摩爾％氫氣，更優選地為45-60摩爾％氫氣，例如48-52 摩爾％氫氣。本發明的一個有利條件是自深冷分離設備排出的富含氫氣的合成氣蒸氣流包含CO2作為共同組分(co-component)。因此可不必向富含氫氣的合成氣蒸氣流加入稀釋劑例如氮氣和/或蒸氣以滿足燃氣輪機燃燒室的燃料規格。或者，加入到富含氫氣的合成氣蒸氣流的稀釋劑量可被減少。來自燃氣輪機的廢氣被轉到熱量回收和蒸汽產生單元(HRSG)，其中廢氣可與各種工藝流熱交換。任選地，通過給HRSG提供點火後系統(例如點火後燃燒器)增大來自燃氣輪機的廢氣的溫度。合適地，點火後燃燒器被供給一部分富含氫氣的合成氣燃料流，其使用在廢氣中含有的殘餘氧氣於燃燒器中燃燒。適當地，在點火後系統中廢氣溫度被升至 500-800°C範圍內的溫度。通常，HRSG使蒸汽產生和過熱，用於至少一個蒸汽輪機和本發明過程中的別處。通常，HRSG能夠產生高壓(HP)蒸氣、中壓(MP)蒸氣和低壓(LP)蒸氣並且能夠過熱這些蒸氣流。HRSG也可能夠再加熱作為來自多階段汽輪機高壓階段的廢物流產生的MP蒸氣。另外， HRSG可用於加熱鍋爐給水(例如被供給變換器單元的餘熱鍋爐的鍋爐給水)。經冷卻的廢氣通過煙囪自HRSG排出到大氣。優選地，煙囪提供有連續排放監測系統用於監測例如冷卻廢氣中的NOx含量。自深冷分離階段的分離器容器取出的液態(X)2流優選地包含至少90摩爾％ CO2, 特別是至少約94摩爾％ CO2，餘量主要為含有一些惰性物質(例如氮氣和/或C0)的氫氣。 當深冷分離設備包含多個串聯排列的深冷分離階段時，自這些階段取出的液態(X)2流優選地被合併。液態CO2流或合併的液態CO2流優選地被供給精餾塔用於除去殘餘氫氣。通常， 精餾塔為包含多個蒸餾塔板例如3-5個蒸餾塔板的蒸餾塔。液態CO2流或合併的液態(X)2 流被供給塔的中間位置，而富含氫氣的蒸氣流自蒸餾塔的頂部或頂部附近取出，並且具有減少的氫氣含量的液態CO2流自蒸餾塔的底部或底部附近除去。通常，自精餾塔的底部或底部附近除去的液態CO2流具有氫氣含量為少於(體積)，優選地為少於0.05% (體積)。優選地，蒸餾塔用回流操作，即自蒸餾塔的頂部或頂部附近取出的富含氫氣的蒸氣流經外冷凍劑例如丙烷或乙烷冷卻至低於其露點，以冷凝出液態CO2並將所冷凝的液態0)2返回到塔的上部，例如至塔的頂部塔板。然後液態(X)2流被泵至要求的輸出壓力例如管線輸送壓力。然後液態(X)2流可通過管線轉移至油田接收設施，其中該流可用作油田注入流體。如果必要，液態CO2流在沿著注入井注入到儲油層之前被進一步泵至高於儲油層壓力。所注入的CO2對於生產井替換在儲油巖中含有的烴類，用於從中提高烴類回收率。如果自生產井中與烴類一起產生任何二氧化碳，二氧化碳可與烴類分離用於再注入到儲油層中以至於CO2在儲油層中被封存。也設想液態ω2流可被注入到含水層或貧化的儲油層或儲氣層中用於在其中儲存。本發明也提供基本上如本文描述的方法和/或設備，優選地參照一個或更多個附圖。本文描述的任何一個或更多個特徵可以任何合適的組合形式組合。合適時，本發明一個方面的特徵可結合本發明另一個方面的特徵。方法特徵可作為設備特徵提供，並且反之亦然。本發明各方面的方法和/或設備的實例現將通過參照以下圖例得到闡明。

圖1顯示圖解說明產生包含氫氣和二氧化碳的合成氣流及使用深冷分離設備分離富含氫氣的合成氣流與二氧化碳流的方塊流程圖。圖2提供本發明深冷分離設備的更詳細視圖，而圖3涉及本發明一個優選實施方案的深冷分離設備。圖如和4b顯示為圖2和3的深冷分離設備產生外冷凍劑的外部製冷迴路。圖5顯示用於自合成氣分離二氧化碳方法的系統的又一個實例的示意性要素。圖6顯示用於自合成氣分離二氧化碳方法的系統的又一個實例的示意性要素。在圖1中，包含30-65摩爾％ H2、35_70摩爾％ CO2、至高3摩爾％的CO和至高 IOOppm 的變換的合成氣流受到低溫氣體冷卻以取出在變換的合成氣流中含有的水。通常，這通過將變換的合成氣流在換熱器中經鍋爐給水(從而產生蒸汽)冷卻至約30-40°C的溫度而實現。冷卻導致冷凝大部分的水，其在分離罐中分離。實際上，冷卻變換的合成氣流產生兩個蒸氣流，低壓(LP)蒸氣和中壓(MP)蒸氣。這些蒸氣流可用於上遊設備(例如氣化器)或送至蒸汽輪機用於發電。在分離罐中分離的水將含有痕量的CO2及其它雜質。這些雜質在凝液汽提塔中自冷凝物汽提。剩餘部分的冷凝物(水)然後用作鍋爐給水。來自低溫氣體冷卻階段的變換的合成氣然後可被轉送至酸性氣體去除(AGR) 設備，其中可經在吸收塔使用物理或化學吸收劑而從富含(X)2的流中剝奪。通常 klexol (聚乙二醇二甲醚的混合物)被用作吸收劑。所分離的H2S可轉到Claus設備用於產生元素硫，或者可在硫酸設備中轉化為硫酸。然而，當要求共同捕集時，來自低溫氣體冷卻階段AGR設備的變換的合成氣，可用在所述設備深冷分離階段的分離器容器中將 H2S分配至液化的CO2中而得到清除。如果必要，與經捕集的CO2和共同捕集的H2S分離的富含氫氣的合成氣蒸氣流通過氧化鋅保護床，以在該流用作燃料氣體之前除去任何殘餘的 H2S。或者，可在單一深冷分離階段或所述串聯的階段N的下遊，在吸收塔使用化學吸收劑例如Rectisol (甲醇)，自冷的富含氫氣的合成氣蒸氣流除去吐5。通常，使用Rectisol 作為吸收劑的吸收塔在約_40°C的溫度下操作。因此，富含氫氣的合成氣蒸氣流應在該蒸氣流經乾燥的合成氣進料流加熱至高於-40°C之前轉到吸收塔。然後將離開AGR設備(或繞過AGR設備)的合成氣進料流乾燥，因為合成氣進料流中的任何水分將引起凍結並堵塞下遊加工設備。用於將合成氣進料流脫水的可行選項包括使氣體通過分子篩床。通常，乾燥的合成氣進料流的含水量為少於Ippm(摩爾基準)。一旦脫水，合成氣進料流以57巴壓力被送至深冷分離設備。該深冷分離設備通常包含多通道換熱器和至少一個深冷分離階段，優選兩個或更多個串聯排列的深冷分離階段。在多通道換熱器中，合成氣進料流經一種或更多種冷的產物流冷卻。然而，也設想多通道換熱器可用兩個或更多個串聯排列和/或並聯排列的管殼式換熱器替換，每一個換熱器採用冷的產物流作為合成氣進料流的冷卻劑。在管殼式換熱器並聯採用時，合成氣進料流被分開並且一部分進料流被送至每一個換熱器，且冷卻的流隨後在換熱器的下遊再合併。當存在單一的深冷分離階段時，在於-53至_48°C範圍內的溫度和55-59巴絕對壓力範圍內的壓力下操作的該單一分離階段的換熱器中，合成氣進料流經外冷凍劑冷卻至低於其露點，使得該流變為兩相(基本上包含液態CO2的液相和與合成氣進料流相比較富含 H2的蒸氣相)。然後將液相與蒸氣相在該單一深冷分離階段的分離器容器中分離，並且液態(X)2流和富含氫氣的合成氣蒸氣流分別自分離器容器的底部和頂部或底部和頂部附近除去。當兩個或更多個深冷分離階段串聯排列時，這些深冷分離階段將自從所述串聯的最後階段排出的富含氫氣的合成氣蒸氣流分離至少兩個液態CO2流。因此，在深冷分離設備的第一個深冷分離階段的換熱器中，合成氣進料流經外冷凍劑冷卻至低於其露點，使得該流變為兩相。然後液相(基本上為純的液態CO2)與蒸氣相在第一個深冷分離階段的分離器容器中分離，並且液態(X)2流和富含氫氣的合成氣蒸氣流分別自分離器容器的底部和頂部或底部和頂部附近除去。然後，在深冷分離設備的第二個階段的換熱器中，富含氫氣的合成氣蒸氣流經其它的外冷凍劑進一步冷卻至低於其露點，使得該流變為兩相，並且隨後液相(基本上為純的液態CO2)與蒸氣相(其進一步富含氫氣)在第二個階段的分離器容器中分離。 這可使用其它的深冷分離階段重複，直到已經達到足夠水平的(X)2捕集。然而，所述串聯的最後階段應在-53至-48°C範圍內的溫度和55-59巴絕對壓力範圍內的壓力下操作。自所述串聯的每一個深冷分離階段除去液態(X)2流的有利條件是，這通過將液體的過度冷卻極小化而減少所述串聯的後續深冷分離階段的製冷負荷。因此，自所述串聯的第一和中間深冷分離階段除去的液態CO2流繞過了後續的分離階段，並由此不經受另外的冷卻。當存在單一的深冷分離階段時，乙烷和/或乙烯通常用作冷凍劑，從而使得合成氣進料流能夠冷卻至-53至_48°C範圍內的溫度。當存在兩個或更多個串聯排列的深冷分離階段時，丙烷可用作一個或更多個深冷分離階段的冷凍劑，隨後使用乙烷和/或乙烯作為一個或更多個其它深冷分離階段的冷凍劑，這取決於不同深冷分離階段所要求的冷凝溫度。然而，其它冷凍劑可被使用例如氨、氫氯氟烴(HCFC)及混合冷凍劑。典型的混合冷凍劑包含至少兩種選自丁烷、丙烷、乙烷和乙烯的冷凍劑。當深冷分離設備包含單一的深冷分離階段時，液態CO2流被轉到增大該流壓力的泵用於運送。當深冷分離設備包含多個串聯排列的深冷分離階段時，離開所述設備深冷階段分離容器的液態(X)2流被合併，之後被轉到增大合併的液態(X)2流壓力的泵用於運送。自單一深冷分離階段或自所述串聯的最後深冷分離階段(階段N)排出的富含H2 的合成氣蒸氣流包含75-90摩爾％之間的H2和10-25摩爾％之間的C02。該富含H2的合成氣蒸氣流在高壓(通常為約59barg)下，因為跨越深冷分離階段的壓力下降被理想地極小化。然後，富含氫氣的合成氣蒸氣流在被轉到動力島(Power Island)的燃氣輪機(GT)入口之前，優選地使用一個或更多個膨脹渦輪減小壓力。通常，需要在其進入膨脹渦輪之前溫熱富含氫氣的合成氣蒸氣流，以便減輕溫度下降至低於在膨脹渦輪中形成固態(X)2的溫度的風險。通常，富含氫氣的合成氣可在進入膨脹渦輪之前由通過多通道換熱器而得到溫熱。 自膨脹渦輪中富含H2的合成氣蒸氣流回收的膨脹能可被轉化為電力用於輸出或用於所述設備(例如驅動外部製冷迴路的CO2泵或壓縮機)。富含氫氣的合成氣蒸氣流在膨脹渦輪中的等熵膨脹導致富含氫氣的合成氣蒸氣流的冷卻。如以上討論的那樣，有利地，離開膨脹渦輪的富含氫氣的合成氣蒸氣流可用於在多通道換熱器中或者在兩個或更多個管殼式換熱器中冷卻合成氣進料流。然後，經膨脹的富含氫氣的合成氣蒸氣流被送至燃料氣飽和和稀釋階段(飽和塔)，其中富含氫氣的合成氣蒸氣流用蒸氣和/或任選的氮氣稀釋，從而產生包含約50摩爾％氫氣的燃料流。可能需要燃料流的稀釋以控制NOx排放和火焰速度。然而，在燃料流中存在CO2可減少或者甚至消除對加入稀釋劑的需要。然後燃料流被送至動力島，其中燃料在至少一個改進的燃氣輪機(GT)的燃燒室中於空氣中燃燒。GT可用於驅動電動機從而產生電力。來自燃氣輪機的廢氣被轉到熱回收蒸汽發生器(HRSG)，其中廢氣與鍋爐給水熱交換從而產生蒸氣和/或與蒸氣熱交換產生過熱蒸氣。通常，可自鍋爐給水產生3個水平的蒸氣(HP、MP或LP)。所生成的蒸氣流可與石油焦或煤合併，其被供給氣化器和/或可用於驅動發電機從而產生另外電力的燃氣輪機。來自HRSG的廢氣被排向大氣。圖2顯示在圖1中概述的方塊圖的深冷分離設備的詳細工藝流程圖。合成氣進料流1以57巴絕對壓力的壓力供給深冷分離設備。合成氣進料流1包含氫氣(例如40-65 摩爾％，通常為55摩爾％ )、二氧化碳(例如35-60摩爾％，通常為45摩爾％ )和雜質例如水、惰性物質(例如氮氣和/或氬氣)、甲烷和一氧化碳。當合成氣進料流獲得自高壓煤或石油焦氣化器時，其可為包含硫化氫(0.2-1.5摩爾％，通常為約1摩爾％)的酸性變換合成氣流。當變換合成氣流源自重整爐時，硫化氫將已經從到重整爐的進料中除去，以避免毒害重整催化劑。因此，該合成氣進料流將不包含任何硫化氫雜質。當合成氣進料流1為酸性合成氣流時，合成氣進料流可被送到吸收塔(C-101)上， 其中流1與起吐3選擇性吸收劑作用的溶劑接觸，從而產生脫硫的合成氣流2。可起H2S選擇性吸收劑作用的合適溶劑包括物理溶劑例如klexol (聚乙二醇二甲醚的混合物)或化學溶劑例如甲基二乙胺(MDEA)。然而，脫硫的合成氣流2可仍然保持痕量的H2S。任選地，然後將脫硫的合成氣流2在換熱器E-107中經丙烷冷凍劑冷卻，從而產生冷的流2A。重要的是冷的流2A被保持在高於0°C的溫度下以避免在所述設備中的冰沉積。 離開換熱器E107的冷卻的合成氣流2A然後被送至乾燥器D-500，以在深冷分離設備中冷凝出CO2之前除去水。本領域存在許多用於自工藝流除去飽和水的已知方法，包括吸收床(例如分子篩床)。所生成的乾燥的合成氣流3以57barg的升高壓力和在高於0°C的溫度下進入深冷分離設備。如果所述設備不包括任選的換熱器E-107，乾燥的合成氣流的溫度通常稍微高於環境，例如為20-45°C。然後，乾燥的合成氣流在多通道換熱器EX-101例如板翅式換熱器中經多個冷的工藝流(參見以下)而冷卻，從而產生具有壓力為56巴絕對壓力和溫度例如為約-27°C的冷卻的合成氣進料流4。因此，在離開多通道換熱器EX-101的冷卻的合成氣進料流中，一部分(X)2將作為液相與蒸氣相分離。任選地，分離器容器可被提供在第一個深冷分離階段的上遊，以除去該冷凝的液相。然後，冷卻的變換合成氣進料流4進入3個深冷分離階段的串聯的第一個階段，其每一個階段都包含換熱器和分離器容器。分離器容器(V-102、V-103和V-104)在基本上相同的壓力下但是在依次降低的溫度下操作。在第一個深冷分離階段的換熱器E-102中， 冷卻的合成進料流4經丙烷冷凍劑進一步冷卻至-29. 7°C的溫度，以產生兩相流5，其然後轉到分離器容器V-102，其中流5中的一部分CO2作為液相與蒸氣相分離。富含氫氣和貧 CO2的蒸氣流6在分離器容器V-102的頂部除去，並通過換熱器E-103，其中其經丙烷或乙烷冷凍劑進一步冷卻至-40. 8°C的溫度，從而產生進一步的兩相流8，兩相流8轉到分離器容器V-103，其中流8中的一部分CO2作為液相與蒸氣相分離。進一步富含氫氣的蒸氣流9 自分離器容器V-103的頂部取出，並通過換熱器E-104，其中該流經乙烷冷凍劑進一步冷卻至-50°C的溫度，從而產生兩相流11，兩相流11轉到分離器容器V-104，其中流11中的一部分CO2作為液相與蒸氣相分離。富含氫氣的合成氣流12自分離器容器V-104的頂部排出。供給換熱器E-107和E-102的殼方的丙烷冷凍劑和供給換熱器E-103和E-104殼方的乙烷冷凍劑在依次降低的溫度下，並可使用本領域技術人員已知的任何低溫學方法得到，包括用於產生用於液化天然氣的冷凍劑的低溫學方法。用於換熱器E-103和E-104的乙烷冷凍劑可用乙烯替換。另外，用於換熱器E-107和E-102至E-104中每一個的冷凍劑可用包含至少兩種選自丁烷、丙烷、乙烷和乙烯的冷凍劑的混合冷凍劑流替換。被供給不同換熱器的混合冷凍劑流的組成可被調整以實現要求水平的冷卻。儘管本發明的過程已經關於3個深冷分離階段得到描述，深冷分離階段的數目可增大或減小，主要地依所使用的不同冷凍水平、所要求的碳捕集水平、能效目標以及資本費用要求而定。優選地，提供至少2個深冷分離階段。對最後分離階段的最低溫度存在限制， 因為溫度必須保持在高於將形成固態CO2的值。這通常發生於_56°C的溫度下(對於純(X)2 的三相點為5. 18巴和在56. 4°C的溫度下)，儘管H2S的存在可降低該冰點。因此，最後深冷分離階段的溫度應高於_55°C，優選地為-53至-48°C。最後深冷分離階段的壓力被保持儘可能高，以確保(X)2的最高可能捕集。通常，跨越所述設備深冷分離階段的壓力下降為至少1巴，例如為1-5巴。因此，最後深冷分離階段的壓力可至高達55巴絕對壓力。分別來自分離容器V-102、V-103和V-104的液態CO2流7、10和13在基本相同的壓力下，並被混合以產生被送至分離容器V-107的合併流14。液態0)2流16自容器V-107 的底部取出，並被送至(X)2泵P-101。CO2泵P-101將(X)2的壓力增大至管線輸出壓力，為約 130-200bargo然後高壓液態0)2流17通過多通道換熱器E-101，之後被轉到另外的分離器容器V-101，其中液態0)2流71自容器V-101的底部或底部附近取出，並被送至管線。自容器V-107的頂部離開的任何蒸氣在多通道換熱器E-101的上遊與流12合併， 從而產生流55。然後流55通過多通道換熱器E-101，其中其用於預冷和乾燥合成氣進料流 3。離開多通道換熱器E-101的富含氫氣的合成氣流56與自分離器容器V-101的頂部取出的富含氫氣的蒸氣流67合併，從而形成流68，其任選地用中壓蒸氣稀釋(MPSDil)形成稀釋的流69。然後流69在作為燃料氣流70被送至發電廠(未顯示)之前通過換熱器E-401。 換熱器E-401的目的是將稀釋的流69的溫度升至對發電廠的GT要求的進料溫度。圖3圖解說明在圖2中描述的深冷分離設備的變體。在圖3中，離開多通道換熱器E-101的合併的液態CO2流66被轉到精餾塔T-101，用於自液態CO2流除去殘餘的氫氣。 合併的液態(X)2流66被供給塔的中間位置，而富含氫氣的蒸氣流67自蒸餾塔的頂部或頂部附近取出，並且具有減少的氫氣含量的液態(X)2流71自蒸餾塔的底部或底部附近除去並被送至管線。而且，在圖3中，自分離器容器V-104的頂部排出的富含氫氣的合成氣蒸氣流12通過多通道換熱器E-101的通道，其中其用於冷卻乾燥的合成氣進料流3。離開多通道換熱器的富含氫氣的合成氣蒸氣流在約5^3arg的壓力和約-10°C的溫度下，並被供給膨脹渦輪K-101，其中其被膨脹至自分離器容器V-107的頂部取出的富含氫氣的合成氣蒸氣流 15的壓力，從而導致該流冷卻。經膨脹的富含氫氣的合成氣蒸氣流在約42bara的壓力和約-30°C的溫度下離開膨脹渦輪K-101，並然後通過多通道換熱器的另一個通道，其中其對乾燥的合成氣進料流3提供另外的冷卻。然後，離開多通道換熱器E-101的經膨脹的流與流 15合併，並將所生成的合併流供給膨脹渦輪K-102，其中其被膨脹至32bara的壓力和-30°C 的溫度。然後，將離開膨脹渦輪K-102的冷卻的流通過多通道換熱器E-101的再一個通道， 從而對乾燥的合成氣進料流3提供另外的冷卻。然後將離開多通道換熱器的經膨脹的富含氫氣的合成氣蒸氣流56與自精餾塔T-101的頂部取出的富含氫氣的合成氣蒸氣流67合併，從而形成流68。用於圖2和3的低溫冷凝設備的丙烷冷凍劑如在圖如中顯示的那樣，經離心式壓縮機K-301以3階段壓縮。來自壓縮機K-301排放物的丙烷蒸氣流301在空氣冷卻的過熱降溫器E-301中進行過熱後冷卻，並然後在空氣冷卻的冷凝器E-302中完全冷凝。液化的丙烷305用臥式丙烷接收器V-301收集。液態丙烷流自V-301的底部取出，並且該液態丙烷流第一部分306 按規定線路送至HP換熱器E-107 (乾燥器D-500的上遊)。該液態丙烷流第二部分320被跨閥門減小壓力並供給容器V-302。自容器V-302的底部取出的液態丙烷流被跨另一個閥門減小壓力，從而形成供給容器V-303的流310。自容器V-303的底部取出的液態丙烷流 334被分開，以形成被按規定線路送至第一個深冷分離階段的換熱器(釜)E-102和乙烷製冷迴路的冷凝器E-201A-D的流334A和349。離開換熱器E-107頂部的蒸氣流308和離開容器V-302頂部的蒸氣流322被合併，形成流308B，其經丙烷壓縮機吸鼓V-306和線路311 按規定線路送至丙烷壓縮機K-301。離開容器V-303頂部的蒸氣流經丙烷壓縮機吸鼓V-305 按規定線路送至丙烷壓縮機K-301，並且離開換熱器E-102頂部和乙烷製冷迴路的冷凝器 E-201A-D的丙烷蒸氣經丙烷壓縮機吸鼓V-304按規定線路送至丙烷壓縮機K-301。丙烷壓縮機吸鼓V-306、V-305和C304在依次降低的壓力下。如在圖4b中顯示的那樣，在(X)2冷凝迴路中的乙烷冷凍劑通過在共同軸上操作的離心式壓縮機K-201和K-202以兩個階段壓縮。來自壓縮機排放物的乙烷蒸氣流210和 216被合併形成流201，其經乙烷冷凝器E-201A-D中的丙烷冷凍劑完全冷凝。然後，離開 E-201的液化的乙烷流204以臥式乙烷接收器V-201收集。壓縮機的排氣壓力受到乙烷冷凝器E-201A-D出口的冷凝壓力控制。被冷凝的乙烷液體(流20 被按規定線路分別送至HP和LP乙烷迴路的第二和第三個深冷分離階段的換熱器(釜)E-103和E-104。對於HP乙烷迴路，流動至釜E-103的乙烷(流207)通過入口水平控制閥控制。離開E-103釜的蒸氣流208經HP乙烷吸鼓V-202 和線路209被按規定線路送至HP乙烷壓縮機K-201。對於LP乙烷迴路，乙烷流經乙烷節熱器E-202至E-104釜，還是受到釜入口水平控制閥控制。離開E-104釜的蒸氣流213A經乙烷節熱器E-202(以回收冷卻能率)和LP乙烷吸鼓V-203被按規定線路送至LP乙烷壓縮機 K-202。圖5顯示用於自合成氣分離二氧化碳方法的系統的又一個實例。
在使用圖5中的安排的方法的一個實例中，除了其它組分包括CO、CH4, N2,還含有約55. 6mol% H2和42. 7mol% CO2，並且在40°C的溫度和57巴壓力下的乾燥、不含H2S的合成氣進料流1被分成兩個流2和4。然後在換熱器El中經外冷卻劑或外冷凍劑冷卻流2，以使流3的溫度為約_41°C， 並且流4在換熱器LNG2中經含有H2和CO2的產物流6和9冷卻，以使流5的溫度為約-41 °C。 流3和5被混合形成Si。流Sl進入換熱器LNGl並經內部產物流經歷進一步冷卻，以使流S2為_50°C的溫度。然後在流S2中的兩相混合物在分離容器Vl中分離為，包括98. Imol % CO2並在進料流1中捕集72. 4% CO2的富含二氧化碳的液態流S2L，和包括80. 3m0l% H2和少於 17mol% CO2並在進料流1中回收98. 9% H2的富含氫氣的蒸氣流SV2。使用(X)2流S2L作為內冷卻劑，在換熱器LNGl中將(X)2流8的溫度升至約_38°C， CO2液態流的壓力用泵Pl增加，以使流9的壓力為大約150巴，並在該實例中達到要求的輸出壓力用於CO2儲藏。應該理解，在其它申請中，用於CO2儲藏的不同輸出壓力可以是合乎需要的。液態(X)2用作換熱器LNG2中的內冷卻劑，以使流10的溫度達到約35°C。流S2V中的富含氫氣蒸氣被用作換熱器LNGl中的內冷卻劑，並然後經線路IN供給膨脹渦輪串聯EXl和EX2，其中其逐漸等熵膨脹至較低壓力產生機械功，以助於壓縮進料合成氣。本領域技術人員應理解等熵膨脹該氣流將導致其被冷卻。因此富含氫氣氣體在42 巴的壓力和_53°C的溫度下離開EXl，並按規定線路通過換熱器LNGl，其中其與高壓氣流Sl 熱交換，以使流2N達到至高約_38°C的溫度，並然後轉到膨脹渦輪EX2，其中其再次膨脹形成在32巴的壓力和_53°C溫度下的流2T，並再次按規定線路通過換熱器LNG1，其中其與高壓氣流Sl熱交換，以使流6達到至高約_38°C的溫度。流6進入LNG2，其中其與流4熱交換，產生在約35°C的溫度和30巴的壓力下離開設備的流7，其為該實例中用於渦輪發電機燃料供給的合適溫度和壓力。圖6顯示用於自合成氣分離二氧化碳方法的系統的又一個實例。在使用圖6中的安排的方法的一個實例中，除了其它組分包括C0、CH4、N2以外含有約55. 6mol % H2和42. 7mol % CO2的乾燥、不含H2S的合成氣進料流1，在40°C的溫度和57 巴壓力下被供給壓縮機Cl。該流1伴隨中間冷卻以兩個階段壓縮，以使流2D的壓力為120 巴，並然後在E2中冷卻，以使流3的溫度為40°C。然後流3在換熱器E3中經外冷卻劑或外冷凍劑冷卻，之後進入換熱器LNG1，其中流Sl經內部產物流進一步冷卻，以使流S2達到-50°C的溫度以形成兩相混合物。在本實例中，例如可在換熱器中存在小的壓力下降使得壓力被降低例如至約118巴。然後流S2在分離器Vl中分離為，包括97. 3m0l% CO2並在流1中捕集83. 6% CO2 的富含二氧化碳的液態流S2L，和包括86. 2mol% H2並在流1中回收97. 3% H2的富含氫氣的蒸氣流S2V。使用(X)2流S2L作為內冷卻劑在換熱器LNGl中將流5的溫度升至約10°C，然後CO2 流的壓力用泵Pl增加，以使流6的壓力為150巴並達到用於(X)2儲藏要求的輸出壓力。流S2V中的富含氫氣蒸氣被用作換熱器LNGl中的內冷卻劑，並然後經線路IN供給膨脹渦輪串聯EX1、EX2和EX3，其中其逐漸等熵膨脹至較低壓力，產生機械功以助於壓縮進料合成氣。本領域技術人員應理解等熵膨脹該氣流將導致其被冷卻。因此富含氫氣氣體在77巴的壓力和_53°C的溫度下離開EX1，並按規定線路通過換熱器LNG-1，其中其與高壓氣流Sl熱交換，以使流2N達到至高約-30°C的溫度，並然後轉到膨脹渦輪EX2，其中其再次膨脹形成在50巴的壓力和_53°C溫度下的流2T，並再次按規定線路通過換熱器LNG-1，其中其與高壓氣流Sl熱交換，以使流3N達到至高約-30°C的溫度，並然後轉至膨脹渦輪EX3， 其中其再次膨脹形成在32巴的壓力和_53°C溫度下的流3T，並再次按規定線路通過換熱器 LNG-1，其中其與高壓氣流Sl熱交換，產生在+10°C的溫度和30巴的壓力下離開設備的流 4，其為該實例中用於渦輪發電機燃料供給的合適溫度和壓力。應該理解本發明的各方面不限於本文描述的實例，並且在本發明的範圍內可作出各種變化。總的來說，描述了用於在深冷分離設備中自合成氣進料流除去二氧化碳的方法。 在所描述的實例中，合成氣進料流包含40-65摩爾％的氫氣，並且以46-90巴絕對壓力範圍內的壓力被供給單一階段或分離階段串聯的第一個階段。所述單一階段或所述串聯的階段在-53至-48°C範圍內的溫度和44-90巴絕對壓力範圍內的壓力下操作。在一些實例中，所述單一階段或所述串聯的組合階段除去合成氣進料流中二氧化碳總摩爾數的70-80%。自深冷分離設備的階段排出的液化ω2產物流可被封存和/或用於化學過程。也描述了用於將合成氣流分為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的方法。在一個實例中，所述方法包括以下步驟，將合成氣流冷卻至形成兩相混合物的溫度，使所形成的冷卻的流直接或間接轉到氣液分離器容器，至氣液分離器容器的進料具有少於150barg 的壓力，自分離器容器取出富含氫氣的蒸氣流和自分離器容器取出液態0)2流；和將所分離的富含氫氣的蒸氣流供給包括多個串聯排列的膨脹器的膨脹系統，其中富含氫氣的蒸氣流在所述串聯的每一個膨脹器中受到膨脹，使經膨脹的富含氫氣的蒸氣流在降低的溫度和依次降低的壓力下從每一個膨脹器取出；並且使用至少一個經膨脹的富含氫氣的蒸氣流作為冷卻劑。
權利要求
1.用於在深冷分離設備中自合成氣進料流除去二氧化碳的方法，所述方法包含單一的深冷分離階段或至少兩個串聯排列的深冷分離階段，串聯的階段稱為階段1-階段N，字母 N表示所述串聯的階段編號，所述單一階段或所述串聯的每一個階段包含以下步驟(a)通過與外冷凍劑非接觸式換熱冷卻合成氣，自合成氣冷凝二氧化碳，產生液化的二氧化碳，和 (b)自合成氣分離液化的二氧化碳，由單一分離階段排出液化的二氧化碳產物流和富含氫氣的合成氣流，或者，隨著合成氣從階段1至階段N行進，串聯中的每一個階段把合成氣冷卻至依次降低的溫度，從而自每一個階段單獨除去液化的二氧化碳產物流，由階段N排出富含氫氣的合成氣蒸氣流，其特徵在於(i)合成氣進料流包含40-65摩爾％氫氣，並以46-76巴絕對壓力範圍內的壓力被供給單一階段或串聯中的第一個階段；(ii)單一階段或串聯中的階段N在-53至_48°C範圍內的溫度和44-74巴絕對壓力範圍內的壓力下操作，使得單一階段或串聯中的組合階段除去合成氣進料流中二氧化碳總摩爾數的70-80% ；和(iii)自深冷分離設備的階段排出的液化(X)2產物流被封存和/或用於化學過程。
2.如在權利要求1中所述的方法，其中液態CO2產物流用於在封存之前提高油回收。
3.如在權利要求1或2中所述的方法，其中合成氣進料流中二氧化碳總摩爾數的 75-80%在深冷分離設備中得到分離。
4.如在任何一項前述權利要求中所述的方法，其中合成氣流包含氫氣、二氧化碳和硫化氫，並且硫化氫在單一深冷分離階段或所述串聯的每一個深冷分離階段自合成氣流冷凝，並自單一階段或所述串聯的每一個階段將硫化氫除去在液化的二氧化碳產物流中。
5.如在權利要求4中所述的方法，其中單一階段或所述串聯的組合階段自合成氣進料流除去硫化氫總摩爾數的80-90%。
6.如在任何一項前述權利要求中所述的方法，其中合成氣進料流在深冷分離設備的上遊被冷卻至20-50 °C範圍內的溫度從而冷凝出冷凝物，並自冷卻的合成氣 流分離冷凝物。
7.如在權利要求6中所述的方法，其中合成氣進料流在被轉到(X)2冷凝設備之前得到乾燥，使得合成氣進料流具有基於摩爾少於Ippm的含水量。
8.如在任何一項前述權利要求中所述的方法，其中合成氣進料流被轉到(X)2冷凝設備的預冷換熱器中，其中合成氣進料流經選自液態(X)2產物流和冷的富含吐的合成氣蒸氣流的冷的工藝流而預冷。
9.如在權利要求8中所述的方法，其中，通過使合成氣進料流通過多通道換熱器的至少一個通道和使多個冷的工藝流通過多通道換熱器的其它通道，在多通道換熱器中預冷合成氣進料流。
10.如在任何一項前述權利要求中所述的方法，其中跨越深冷分離設備的單一階段或階段串聯的壓力下降在2-10巴範圍內。
11.如在任何一項前述權利要求中所述的方法，其中，將離開單一深冷分離階段的分離器或離開所述深冷分離階段串聯的階段N的富含氫氣的合成氣蒸氣流通過多通道換熱器的通道，與合成氣進料流為熱交換關係，然後在第一膨脹渦輪中膨脹至較低壓力而得到冷卻，之後供給多通道換熱器的其他通道，並且該富含氫氣的蒸氣流任選地在被供給多通道換熱器的其他通道之前在第二膨脹渦輪中膨脹至較低壓力而冷卻，從而將合成氣進料流預冷至-15至-35°C範圍內的溫度。
12.如在權利要求11中所述的方法，其中自深冷分離設備的單一深冷分離階段或最後深冷分離階段(階段N)排出的富含氫氣的合成蒸氣流包含至少70摩爾％氫氣，優選地為至少80摩爾％氫氣，並且經膨脹的富含氫氣的蒸氣流用作驅動發電機的燃氣輪機燃燒室的燃料流從而產生電力，條件是富含氫氣的蒸氣流未被膨脹至低於對於燃燒室要求的燃料氣體供給壓力的壓力。
13.如在任何一項前述權利要求中所述的方法，其中自單一深冷分離階段除去的液態 CO2流或自深冷分離階段串聯除去的合併液態(X)2流包含至少90摩爾％ CO2,特別是至少約 94摩爾％ CO2,所述液態(X)2流或合併的液態(X)2流被供給精餾塔，並且自精餾塔的底部或底部附近除去包含少於(體積)氫氣的液態ω2產物流。
14.如在任何一項前述權利要求中所述的方法，其中液化的CO2產物流通過管線轉運至油田或氣田的接收設施，其中(X)2產物流被注入到油田或氣流體的儲層中。
15.用於將合成氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的方法，所述方法包括以下步驟 a)將合成氣流冷卻至形成兩相混合物的溫度，b)將在步驟(a)中形成的冷卻的流直接或間接轉到氣液分離器容器，至所述氣液分離器容器的進料具有少於150barg的壓力，c)自所述分離器容器取出富含氫氣的蒸氣流和自所述分離器容器取出液態(X)2流；和d)將所分離的富含氫氣的蒸氣流供給包括串聯排列的多個膨脹器的膨脹系統，其中富含氫氣的蒸氣流在所述串聯的每一個膨脹器中受到膨脹，使得經膨脹的富含氫氣的蒸氣流在降低的溫度和依次降低的壓力下自每一個膨脹器取出；和e)使用至少一種經膨脹的富含氫氣的蒸氣流作為冷卻劑。
16.權利要求15的方法，其中經膨脹的富含氫氣的蒸氣流用於冷卻一種或更多種選自富含氫氣的氣流、二氧化碳流和合成氣流的流。
17.權利要求15或權利要求16的方法，其中膨脹器實現富含氫氣的蒸氣在所述串聯的每一個膨脹器中的等熵膨脹並產生動力。
18.權利要求15-17中任何一項的方法，所述方法進一步包括增大所分離二氧化碳流的壓力。
19.權利要求15-18中任何一項的方法，所述方法進一步包括使所分離的富含氫氣的流直接或間接轉到其他氣液分離器容器中並自所述分離器容器取出第二批被分離的富含氫氣的蒸氣流和自所述分離器容器取出第二批液態CO2流。
20.用於將氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的方法，所述方法包括以下步驟a)將氣流冷卻至形成兩相混合物的溫度，b)將在步驟(a)中形成的冷卻的流直接或間接轉到第一氣液分離器容器，至所述氣液分離器容器的進料具有少於150barg的壓力，c)自所述分離器容器取出富含氫氣的蒸氣流和自分離器容器取出液態(X)2流；d)將在步驟(c)中形成的富含氫氣的蒸氣流直接或間接轉到第二氣液分離器容器，並自所述分離器容器取出第二批富含氫氣的蒸氣流和自所述分離器容器取出液態(X)2流；和 3e)將所分離的富含氫氣的蒸氣流供給包括至少一個膨脹器的膨脹系統，其中富含氫氣的蒸氣流在所述系統的膨脹器中受到膨脹，使得經膨脹的富含氫氣的蒸氣流在降低的溫度和壓力下自所述膨脹器取出；和f)使用經膨脹的富含氫氣的蒸氣流作為冷卻劑。
21.權利要求19或權利要求20的方法，所述方法進一步包括在第二分離器容器的上遊冷卻所分離的富含氫氣的流。
22.用於在深冷分離設備中自合成氣進料流除去二氧化碳的方法，所述方法包含單一的深冷分離階段或至少兩個串聯排列的深冷分離階段，串聯排列的階段稱為階段ι-階段 N，字母N表示所述串聯的階段編號，所述單一階段或所述串聯的每一個階段包含以下步驟(a)通過與外冷凍劑非接觸式換熱冷卻合成氣，自合成氣冷凝二氧化碳，產生液化的二氧化碳，和(b)自合成氣分離液化的二氧化碳，由單一分離階段排出液化的二氧化碳產物流和富含氫氣的合成氣流，或者，隨著合成氣從階段1至階段N行進，串聯中的每一個階段把合成氣冷卻至依次降低的溫度，從而自每一個階段單獨除去液化的二氧化碳產物流，由階段N排出富含氫氣的合成氣蒸氣流，其中(i)合成氣進料流包含40-65摩爾％氫氣，並以46-90巴絕對壓力範圍內的壓力被供給單一階段或串聯的第一個階段；(ii)單一階段或串聯中的階段N在-53至-48°C範圍內的溫度和44-90巴絕對壓力範圍內的壓力下操作，使得單一階段或串聯中的組合階段除去合成氣進料流中二氧化碳總摩爾數的70-80% ；和(iii)自深冷分離設備的階段排出的液化(X)2產物流被封存和/或用於化學過程。
23.如在任何一項前述權利要求中所述的方法，其中合成氣進料流被轉到換熱器系統， 在換熱器系統中合成氣進料流經選自液態(X)2產物流和富含吐的流的較冷的工藝流而冷卻，並且優選地，通過使合成氣進料流通過多通道換熱器的至少一個通道和使多個較冷的工藝流通過多通道換熱器的其它通道而使合成氣進料流在多通道換熱器中得到冷卻。
24.如在權利要求23中所述的方法，其中將離開分離器的富含氫氣的氣體蒸氣流通過多通道換熱器的通道，與合成氣進料流為熱交換關係，然後經在第一膨脹渦輪中膨脹至較低壓力得到冷卻，之後被供給多通道換熱器的其他通道，並且富含氫氣的蒸氣流在被供給多通道換熱器的其他通道之前任選地通過在第二膨脹渦輪中膨脹至較低壓力得到冷卻。
25.如在任何一項前述權利要求中所述的方法，其中富含氫氣的流用作燃氣輪機燃燒室的燃料流。
26.如在任何一項前述權利要求中所述的方法，其中液化的CO2產物流通過管線轉運至油田或氣田的接收設施，其中(X)2產物流被注入到油田或氣流體的儲層中。
27.用於在深冷分離設備自氣體進料流除去二氧化碳的方法，所述方法包含單一的深冷分離階段或至少兩個串聯排列的深冷分離階段，串聯排列的階段稱為階段1-階段N，字母N表示所述串聯的階段編號，所述單一階段或所述串聯的每一個階段包含以下步驟(a) 通過與冷凍劑非接觸式換熱冷卻氣體，自氣體冷凝二氧化碳，產生液化的二氧化碳，和(b) 自氣體分離液化的二氧化碳，或者隨著合成氣從階段1至階段N行進，所述串聯的每一個階段把合成氣冷卻至依次降低的溫度，從而自每一個階段單獨除去液化的二氧化碳產物流， 由階段N排出氣體蒸氣流。
28.用於將合成氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的系統，所述系統包括a)布置以將氣流冷卻至形成兩相混合物的溫度的冷卻系統，b)布置以在少於150巴的壓力下接收直接或間接來自所述冷卻系統的兩相混合物的氣液分離器容器，所述分離器容器的輸出為富含氫氣的蒸氣流和液態CO2流；和c)布置在所述分離器容器的下遊以接收富含氫氣的蒸氣流的膨脹系統，所述膨脹系統包括多個串聯排列的膨脹器，使得富含氫氣的蒸氣流在所述串聯的每一個膨脹器中受到膨脹，使得富含氫氣的蒸氣流可在降低的溫度和依次降低的壓力下自每一個膨脹器取出，d)用於將膨脹的富含氫氣的流供給所述冷卻系統的流路。
29.用於將合成氣流分離為富含氫氣的蒸氣流和富含二氧化碳的流的系統，所述系統包括a)布置以將合成氣流冷卻至形成兩相混合物的溫度的冷卻系統，b)布置以直接或間接接收所述冷卻的流的第一氣液分離器容器，至所述氣液分離器容器的進料具有少於150barg的壓力，並且輸出第一批富含氫氣的流和液態CO2流；c)在所述第一分離器的下遊的第二氣液分離器容器，用於直接或間接接收第一批富含氫氣的流並自所述分離器容器輸出第二批富含氫氣的流和自所述分離器容器輸出液態CO2 流；和d)包括至少一個優選地被布置在第二分離器容器的下遊的膨脹器的膨脹器系統，以接收富含氫氣的蒸氣流並使之在所述系統的膨脹器中受到膨脹，使得經膨脹的富含氫氣的蒸氣流可在降低的溫度和壓力下自膨脹器取出；和e)用於將膨脹的富含氫氣的蒸氣流供給所述冷卻系統的流路。
30.權利要求觀或權利要求四的系統，所述系統進一步包括被布置以增大所分離的二氧化碳流的壓力的壓縮機或泵。
31.基本上如本文描述的方法或方法的步驟，所述方法或方法的步驟任選地參照一個或更多個附圖。
32.基本上如本文描述的系統或系統的組件，所述系統或系統的組件任選地參照一個或更多個附圖。
全文摘要
描述了用於在深冷分離設備中自合成氣進料流除去二氧化碳的方法。在所描述的一個實例中，合成氣進料流(3)包含40-65摩爾％氫氣，並以46-90巴絕對壓力範圍內的壓力被供給單一階段或分離階段串聯(120，103，104)的第一個階段。所述單一階段或所述串聯的階段在-53至-48℃範圍內的溫度和44-90巴絕對壓力範圍內的壓力下操作。在一些實例中，所述單一階段或所述串聯的組合階段除去合成氣進料流中二氧化碳總摩爾數的70-80％。自深冷分離設備的階段(7，10，13)排出的液化CO2產物流可被封存和/或用於化學過程(71)。
文檔編號F25J3/00GK102422108SQ201080021260
公開日2012年4月18日 申請日期2010年3月5日 優先權日2009年3月9日
發明者B·赫達, J·A·富爾塞思, M·J·戈德弗裡, M·鮑 申請人:英國備選能源國際有限公司