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CN108055839A - 用于生产一氧化碳和氢气的混合物的方法和设备 - Google Patents

用于生产一氧化碳和氢气的混合物的方法和设备 Download PDF

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CN108055839A CN201680053591.6A CN201680053591A CN108055839A CN 108055839 A CN108055839 A CN 108055839A CN 201680053591 A CN201680053591 A CN 201680053591A CN 108055839 A CN108055839 A CN 108055839A
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Abstract

在一种用于生产一氧化碳和氢气的气态混合物(27)的方法中，将包含至少50％的一氧化碳的第一气体(21)在第一压缩机(C1)中压缩以形成冷却至第一温度的第一压缩气体并与包含至少50％的氢气的第二气体(5)混合以形成该气态混合物，该第一气体和第二气体中的至少一者源自低温蒸馏分离单元，在该分离单元中含有氢气和一氧化碳的进料气体在第一热交换器(E1)中冷却并且在至少一个蒸馏塔(K1，K2，K3)中分离，并且将该第二气体的至少一部分(5A)在该分离单元中加热至低于该第一温度的第三温度并且然后送至与该第一气体混合。

Description

用于生产一氧化碳和氢气的混合物的方法和设备
本发明涉及用于生产一氧化碳和氢气的气体混合物的方法和设备。
用于生产一氧化碳和氢气的单元可分为两个部分：
-合成气(主要含有H2、CO、CH4、CO2、Ar和N2的混合物)的产生，
-合成气的净化。
发现以下：
-用于用液体溶剂洗涤以除去存在于合成气中的大部分酸性气体的单元，
-用于在吸附剂床上净化的单元，
-用于生产CO或另外被称为“羰基合成气体(oxogas)”的H2/CO混合物的低温分离单元，被称为“冷箱”，其中CH4和N2含量低。
在现有技术中，已知通过再加热由用于分离至少氢气和一氧化碳的混合物的低温方法产生的氢气、通过再加热由相同方法产生的一氧化碳、通过在压缩机中压缩一氧化碳并通过将该再加热的氢气与该再加热和压缩的一氧化碳混合来生产一氧化碳和氢气的气体混合物。US-A-4 488 890中描述了此种方法的实例。
在不是根据本发明的方法的图1所示的实例中，低温分离的一氧化碳用第一压缩机C1在所需的压力下产生并且在100℃附近的温度下从该第一压缩机中离开，以便随后在热交换器R中用来自分离过程的主冷却水回路的冷却水冷却，该冷却水的温度通常为约33℃。
合成气1在净化单元FEP中净化以除去水和二氧化碳。净化的气体3在热交换器E1中冷却，在该热交换器中将其部分冷凝。部分冷凝的气体在相分离器S中分离。在该相分离器中形成的气体被分成两部分，将一部分5在交换器E1中再加热以形成约37℃的不纯的氢气，并且将另一部分7在甲烷洗涤塔K1中分离。将来自相分离器S的液体9与来自塔K1的容器液体11混合并且在减压之后送至汽提塔K2。
来自塔K1的顶部气体代表该方法的富含氢气的产物13。
来自塔K2的顶部气体代表废气15。
将来自塔K2的容器液体17送至塔K3，塔K3分离存在于液体17中的一氧化碳和甲烷。富含甲烷的液体19离开塔K3的容器，在泵P中加压并被送至塔K1、K2的顶部。将在塔K3的顶部产生的气态一氧化碳21送至第一压缩机C1。
压缩的一氧化碳的一部分23在交换器E1中冷却并分成两部分。将一部分25在涡轮机T中减压并与顶部气体21再混合。剩余部分27用于使塔K3的容器和塔K2的容器再沸腾。
由此可见，在这种情况下，分离单元由低温蒸馏设备组成，该设备包括甲烷洗涤塔和用于分离一氧化碳和氢气的塔。本发明也适用于从其他低温蒸馏设备供应的其他工艺，并且可以包括用于通过部分冷凝进行分离的设备，特别是如果合成气不含甲烷。
由分离单元的冷箱产生的富含氢气的馏分13在热端以及因此在约37℃的温度(即接近合成气和来自循环压缩机C1的流体的入口温度的温度)下从主交换器E1离开。
随后将一氧化碳21、24与富含氢气的馏分混合以形成温度在39℃附近的羰基合成气体27，这种得到的羰基合成气体在被送向用于生产甲醇或其他化合物的单元之前供应压缩机C2。
可以有利的是在比一般冷却水回路的温度冷得多的温度下生产羰基合成气体27以减少羰基合成气体压缩机C2的按体积计的进气流量，从而减少该压缩的阶段的数量并且因此降低压缩机的资本成本并且还降低其电力消耗。例如，可能必需要在20℃的最高温度下生产羰基合成气体。
本发明提出了在远低于一般冷却水回路的温度并且特别是确保在该温度水平附近的低变化的温度下生产被称为“羰基合成气体”的H2/CO混合物。
氢气和一氧化碳的混合物可以包含氢气与一氧化碳之间的任何比率。优选地，其含有在20％与80％之间的氢气和在20％与80％之间的一氧化碳，实际甚至在40％与60％之间的氢气和在40％与60％之间的一氧化碳。
被称为“羰基合成气体”的氢气和一氧化碳的混合物的混合物的冷却优选通过与对于生产羰基合成气体的氢气和/或一氧化碳的低温分离常见的制冷循环进行热交换来提供。
所产生的混合物可以被冷却到小于40℃、实际甚至小于30℃、优选小于20℃的温度。
根据本发明的主题，提供了一种用于生产一氧化碳和氢气的气体混合物的方法，其中：
i)将包含至少50％的一氧化碳的第一气体在第一压缩机中压缩以形成冷却至第一温度的第一压缩气体，
ii)将包含至少50％的氢气的第二气体与该第一压缩气体混合以形成该气体混合物，
iii)该第一气体和第二气体中的至少一者源自用于通过低温蒸馏进行分离的单元，在该单元中含有氢气和一氧化碳的进料气体在第一热交换器中冷却并且在至少一个蒸馏塔中分离，
其特征在于：
a)将该第一压缩气体的一部分送至该分离单元，在该分离单元中将其例如在该第一热交换器中冷却至小于该第一温度的第二温度，例如冷却至该第一热交换器的中间温度，并且随后与该气体混合物或该第二气体混合，和/或
b)将该第二气体的至少一部分在该分离单元中，例如在该第一热交换器中，再加热至小于该第一温度的第三温度，例如再加热至该第一热交换器的中间温度，并且随后送至与该第一气体混合。
根据本发明的其他任选的方面：
-该第一气体和第二气体源自该用于通过低温蒸馏进行分离的单元，
-将该第二气体的一部分在该分离单元中再加热至大于该第三温度的温度并且随后送至与该第一气体混合，
-随后将该气体混合物在第二压缩机中压缩，
-将该第一冷却的压缩气体的第一部分送至该分离单元的第一热交换器或第二热交换器，在这里将其冷却至该热交换器的中间温度并且随后与该气体混合物或该第二气体混合，并且将该第一冷却的压缩气体的另一部分冷却至小于该第一热交换器或第二热交换器的中间温度的温度并且用于再加热该单元的蒸馏塔，
-将该第一冷却的压缩气体的第一部分送至该第一热交换器或第二热交换器，在这里将其冷却至该热交换器的中间温度并且随后与该气体混合物或该第二气体混合，并且将该第一压缩气体的另一部分在该第一热交换器或第二热交换器中冷却并且在涡轮机中被减压以便为该单元提供制冷量，
-仅该第一气体的第一部分在该第一压缩机下游的冷却器中冷却，并且将该第一气体的另一部分在该冷却器的下游进行抽取并与该第一部分和/或该气体混合物混合以调节其温度。
根据本发明的另一主题，提供了一种用于生产一氧化碳和氢气的气体混合物的设备，该设备包括：
第一压缩机，用于将包含至少50％的一氧化碳的第一气体送至在该第一压缩机中压缩以形成第一压缩的且冷却的气体以形成被冷却至第一温度的第一压缩气体的装置，用于将包含至少50％的氢气的第二气体与该第一压缩气体混合以形成该气体混合物的装置，用于通过低温蒸馏进行分离的单元，该第一气体和第二气体中的至少一者源自该用于通过低温蒸馏进行分离的单元，第一热交换器，用于将含有氢气和一氧化碳的进料气体送至在该第一热交换器中冷却并在至少一个蒸馏塔中分离的装置，
其特征在于，该设备包括：
a)用于将该第一压缩气体的一部分送至该分离单元以例如在该第一热交换器中冷却至小于该第一温度的第二温度，例如冷却至该第一热交换器的中间温度，并且随后与该气体混合物或该第二气体混合的装置，和/或
b)用于将该第二气体的至少一部分送至在该分离单元中，例如在该第一热交换器中，再加热至小于该第一温度的第三温度，例如再加热至该第一热交换器的中间温度，并且随后与该第一气体混合的装置。
将参考附图更详细地描述本发明，图2-5表示根据本发明的方法。
低温分离单元中的分离在图2-5中以与图1相同的方式进行。也可以使用其他低温分离。
图2中所示的根据本发明的一种解决方案是在比热交换器E1的热端更冷的温度下使富含氢气的馏分5离开冷箱。因此，将该馏分再加热至小于在冷却器R中冷却的一氧化碳23、24的温度的温度，例如4℃，并与由CO压缩机在41℃下直接产生的CO混合以便产生在20℃下的被称为“羰基合成气体”的气体混合物27。然而，该解决方案不使得有可能令人满意地控制富含氢气的馏分的出口温度并且因此不使得有可能令人满意地控制羰基合成气体混合物27的温度。这具有造成羰基合成气体压缩机C2的按体积计的进气流量的中断的缺点，这可能导致压缩机停机。
根据图3的解决方案，由CO压缩机C1产生并由冷却器R冷却的CO的一部分23然后在冷箱的主交换管线E1中被冷却至小于39℃的温度，例如约17℃。用于冷却所产生的CO的能量由对于合成气的分离常见的循环压缩机C1贡献，这避免了额外的制冷单元的资本成本。将达到小于39℃的该温度的一氧化碳的一部分26送至与冷却的一氧化碳24或一氧化碳24和氢气5的混合物混合。压缩机C1与冷箱的交换器的出口之间的CO的这种短路使得有可能确保羰基合成气体的温度的更好稳定性。
这还具有降低在10℃下从热交换器E1的热端离开的氢气5的温度的效果。
羰基合成气体27的温度可以精确地进行调节，以便处于预定温度附近，例如20℃。
根据图4的解决方案，可以通过在两个不同温度下向一氧化碳中加入氢气来调节羰基合成气体27的温度。富含氢气的馏分5被分成两部分，并且这两部分由分离冷箱的主交换器在两个不同的温度水平下产生。在这种情况下，将馏分5A再加热到热交换器E1的中间温度，例如0℃，并且将馏分5B再加热到更高的温度，例如10℃。
根据图5的解决方案，将氢气5完全再加热到例如0℃的低温，并在该温度下在冷却器R的出口处与一氧化碳24混合。温度的调节可以通过加入在100℃下在冷却器R的上游抽取的一氧化碳的一部分22来调节。以这种方式，可以将羰基合成气体27的温度调节到预定值，例如20℃。
显然可以将所示的解决方案组合在一起。例如，混合压缩且未冷却的一氧化碳22以形成羰基合成气体27可以应用于图2-4。
同样，在分离单元中冷却的一氧化碳可用于调节图2、4和5中的羰基合成气体的温度。
待冷却的一氧化碳和/或待再加热的氢气的所有热交换不必在冷却进料气体的热交换器中进行。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于生产一氧化碳和氢气的气体混合物(27)的方法，其中：
i)将包含至少50％的一氧化碳的第一气体(21)在第一压缩机(C1)中压缩以形成冷却至第一温度的第一压缩气体，
ii)将包含至少50％的氢气的第二气体(5)与该第一压缩气体混合以形成该气体混合物，
iii)该第一气体和第二气体中的至少一者源自用于通过低温蒸馏进行分离的单元，在该单元中含有氢气和一氧化碳的进料气体在第一热交换器(E1)中冷却并且在至少一个蒸馏塔(K1，K2，K3)中分离，
其特征在于：
a)将该第一压缩气体的一部分(23，27)送至该分离单元，在该分离单元中将其例如在该第一热交换器中冷却至小于该第一温度的第二温度，例如冷却至该第一热交换器的中间温度，并且随后与该气体混合物或该第二气体混合，和/或
b)将该第二气体的至少一部分(5A)在该分离单元中，例如在该第一热交换器中，再加热至小于该第一温度的第三温度，例如再加热至该第一热交换器的中间温度，并且随后送至与该第一气体混合。
2.如权利要求1所述的方法，其中该第一气体和第二气体(5，21)源自该用于通过低温蒸馏进行分离的单元。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将该第二气体的一部分(5A)在该分离单元中再加热至大于该第三温度的温度并且随后送至与该第一气体混合。
4.如前述权利要求之一所述的方法，其中将该气体混合物随后在第二压缩机(C2)中压缩。
5.如前述权利要求之一所述的方法，其中将该第一冷却的压缩气体的第一部分(25)送至该分离单元的第一热交换器或第二热交换器(E1，E2)，在这里将其冷却至该热交换器的中间温度并且随后与该气体混合物或该第二气体混合，并且将该第一冷却的压缩气体的另一部分(27)冷却至小于该第一热交换器或第二热交换器的中间温度的温度并且用于再加热该单元的蒸馏塔。
6.如前述权利要求之一所述的方法，其中将该第一冷却的压缩气体的第一部分送至该第一热交换器或第二热交换器(E1，E2)，在这里将其冷却至该热交换器的中间温度并且随后与该气体混合物或该第二气体混合，并且将该第一压缩气体的另一部分(25)在该第一热交换器或第二热交换器中冷却并且在涡轮机中减压以便为该单元提供制冷量。
7.如前述权利要求之一所述的方法，其中仅该第一气体的第一部分在该第一压缩机下游的冷却器(R)中冷却，并且将该第一气体的另一部分(22)在该冷却器的下游进行抽取并与该第一部分和/或该气体混合物混合以调节其温度。
8.一种用于生产一氧化碳和氢气的气体混合物的设备，该设备包括：
第一压缩机(C1)，用于将包含至少50％的一氧化碳的第一气体(21)送至在该第一压缩机中压缩以形成在第一温度下的第一压缩的且冷却的气体(24)的装置，用于将包含至少50％的氢气的第二气体(5)与该第一压缩气体混合以形成该气体混合物的装置，用于通过低温蒸馏进行分离的单元，该第一气体和第二气体中的至少一者源自该用于通过低温蒸馏进行分离的单元，第一热交换器(E1)，用于将含有氢气和一氧化碳的进料气体送至在该第一热交换器中冷却并在至少一个蒸馏塔(K1，K2，K3)中分离的装置，
其特征在于，该设备包括：
a)用于将该第一压缩气体的一部分送至该分离单元以例如在该第一热交换器中冷却至小于该第一温度的第二温度，例如冷却至该第一热交换器的中间温度，并且随后与该气体混合物或该第二气体混合的装置，和/或
b)用于将该第二气体的至少一部分送至在该分离单元中，例如在该第一热交换器中，再加热至小于该第一温度的第三温度，例如再加热至该第一热交换器的中间温度，并且随后与该第一气体混合的装置。
9.如权利要求8所述的设备，包括用于将该第一压缩气体的一部分(23)送至该分离单元以例如在该第一热交换器(E1)中冷却至小于该第一温度的第二温度的装置。
10.如权利要求9所述的设备，包括用于将该第一气体的一部分送至冷却至该第一热交换器(E1)的中间温度并随后与该气体混合物(27)或该第二气体(5)混合的装置。
11.如权利要求8、9或10所述的设备，包括用于将该第二气体的至少一部分(5A)送至在该分离单元中，例如在该第一热交换器(E1)中，再加热至小于该第一温度的第三温度的装置。
12.如权利要求11所述的设备，其中该第三温度是该第一热交换器(E1)的中间温度，并且该设备包括用于将该第二气体(5)的至少一部分(5A)送至与该第一气体(21)混合的装置。

Claims (12)

1.一种用于生产一氧化碳和氢气的气体混合物(27)的方法，其中：
i)将包含至少50％的一氧化碳的第一气体(21)在第一压缩机(C1)中压缩以形成冷却至第一温度的第一压缩气体，
ii)将包含至少50％的氢气的第二气体(5)与该第一压缩气体混合以形成该气体混合物，
iii)该第一气体和第二气体中的至少一者源自用于通过低温蒸馏进行分离的单元，在该单元中含有氢气和一氧化碳的进料气体在第一热交换器(E1)中冷却并且在至少一个蒸馏塔(K1，K2，K3)中分离，
其特征在于：
a)将该第一压缩气体的一部分(23，27)送至该分离单元，在该分离单元中将其例如在该第一热交换器中冷却至小于该第一温度的第二温度，例如冷却至该第一热交换器的中间温度，并且随后与该气体混合物或该第二气体混合，和/或
b)将该第二气体的至少一部分(5A)在该分离单元中，例如在该第一热交换器中，再加热至小于该第一温度的第三温度，例如再加热至该第一热交换器的中间温度，并且随后送至与该第一气体混合。
2.如权利要求1所述的方法，其中该第一气体和第二气体(5，21)源自该用于通过低温蒸馏进行分离的单元。
3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将该第二气体的一部分(5A)在该分离单元中再加热至大于该第三温度的温度并且随后送至与该第一气体混合。
4.如前述权利要求之一所述的方法，其中将该气体混合物随后在第二压缩机(C2)中压缩。
5.如前述权利要求之一所述的方法，其中将该第一冷却的压缩气体的第一部分(25)送至该分离单元的第一热交换器或第二热交换器(E1，E2)，在这里将其冷却至该热交换器的中间温度并且随后与该气体混合物或该第二气体混合，并且将该第一冷却的压缩气体的另一部分(27)冷却至小于该第一热交换器或第二热交换器的中间温度的温度并且用于再加热该单元的蒸馏塔。
6.如前述权利要求之一所述的方法，其中将该第一冷却的压缩气体的第一部分送至该第一热交换器或第二热交换器(E1，E2)，在这里将其冷却至该热交换器的中间温度并且随后与该气体混合物或该第二气体混合，并且将该第一压缩气体的另一部分(25)在该第一热交换器或第二热交换器中冷却并且在涡轮机中减压以便为该单元提供制冷量。
7.如前述权利要求之一所述的方法，其中仅该第一气体的第一部分在该第一压缩机下游的冷却器(R)中冷却，并且将该第一气体的另一部分(22)在该冷却器的下游进行抽取并与该第一部分和/或该气体混合物混合以调节其温度。
8.一种用于生产一氧化碳和氢气的气体混合物的设备，该设备包括：
第一压缩机(C1)，用于将包含至少50％的一氧化碳的第一气体(21)送至在该第一压缩机中压缩以形成第一压缩的且冷却的气体以形成被冷却至第一温度的第一压缩气体的装置，用于将包含至少50％的氢气的第二气体(5)与该第一压缩气体混合以形成该气体混合物的装置，用于通过低温蒸馏进行分离的单元，该第一气体和第二气体中的至少一者源自该用于通过低温蒸馏进行分离的单元，第一热交换器(E1)，用于将含有氢气和一氧化碳的进料气体送至在该第一热交换器中冷却并在至少一个蒸馏塔(K1，K2，K3)中分离的装置，
其特征在于，该设备包括：
a)用于将该第一压缩气体的一部分送至该分离单元以例如在该第一热交换器中冷却至小于该第一温度的第二温度，例如冷却至该第一热交换器的中间温度，并且随后与该气体混合物或该第二气体混合的装置，和/或
b)用于将该第二气体的至少一部分送至在该分离单元中，例如在该第一热交换器中，再加热至小于该第一温度的第三温度，例如再加热至该第一热交换器的中间温度，并且随后与该第一气体混合的装置。
9.如权利要求8所述的设备，包括用于将该第一压缩气体的一部分送至该分离单元以例如在该第一热交换器中冷却至小于该第一温度的第二温度的装置。
10.如权利要求9所述的设备，包括用于将该第一气体的一部分送至冷却至该第一热交换器的中间温度并随后与该气体混合物或该第二气体混合的装置。
11.如权利要求8、9或10所述的设备，包括用于将该第二气体的至少一部分送至在该分离单元中，例如在该第一热交换器中，再加热至小于该第一温度的第三温度的装置。
12.如权利要求11所述的设备，其中该第三温度是该第一热交换器的中间温度，以及用于将该第二气体的至少一部分送至与该第一气体混合的装置。
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