从含有甲烷的合成气流分离出甲烷的方法和设备技术

本发明专利技术涉及从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其中将合成气流(SYN)送入第一分离塔(T1)中，在其中通过将从第二分离塔(T2)的塔顶(20)排出的CO含量丰富的塔顶流(K)的液相(F)混入合成气流(SYN)从而从合成气流(SYN)分离出甲烷，其中从第一分离塔(T1)的塔顶(10)排出去除了甲烷的合成气流(SYN)作为塔顶产品流(PRO)，从第一分离塔(T1)的塔底(11)排出含有CO且含有CH4的塔底馏份(S)。根据本发明专利技术，第二分离塔(T2)的CO含量丰富的塔顶流(K)在冷凝器(E3)中在产生CO含量丰富的塔顶流(K)的液相(F)的情况下逆着第一分离塔(T1)的塔顶产品流(PRO)和逆着第一分离塔(T1)的塔底馏份(S)的第一支流(S′)至少部分地冷凝，其中加热第一分离塔(T1)的塔顶产品流(PRO)，并使第一分离塔(T1)的塔底馏份(S)的该第一支流(S′)部分蒸发。此外本发明专利技术还涉及相应的设备(1)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及从含有甲烷的合成气流中分离出甲烷的方法及设备。
技术介绍
例如由煤、石油或天然气生产的合成气通常在去除掉酸性气体之后除了包含所期望的组份H2和CO以外还含有典型的比例为5至70体积％的甲烷(CH4)以及少量(典型地各自在2体积％以下)的其他组份，例如N2、O2、Ar、CO2和更高级的烃。因为CH4不参与生成甲醇或其他化合物的反应，所以有利的是，通常在合成之前分离出气态或液态形式(作为LNG)的CH4。该分离过程可以借助于塔序列在低温分离中进行。在此方面，图1显示了一种现有技术的此类方法，例如在DE102012020469中所公开，其中经由第一分离塔T1的塔顶排出甲烷含量贫乏的合成气PRO，及经由第二分离塔T2的塔底排出CO含量贫乏的甲烷LNG。具体而言，在该根据图1的已知方法中，使用在不同压力下运行的第一和第二分离塔T1，T2。含有甲烷的合成气SYN在此在第一传热器E1中以及在后续的第二传热器E2中进行冷却，并以确定的进料高度送入第一分离塔T1中。在该第一分离塔T1中，可以借助于经由泵L1泵送的CO含量丰富的回流将甲烷从含有甲烷的合成气SYN洗出。以此方式获得甲烷含量贫乏的塔顶馏份和甲烷含量丰富且含有CO的塔底馏份。在第一分离塔T1的底部分离出含有CO的塔底馏份。甲烷含量贫乏的塔顶馏份从第一分离塔T1的塔顶排出，在热交换器E2和E1中加热，作为合成气产品PRO送出。来自第一分离塔T1的CH4含量丰富且含有CO的塔底馏份经由阀V3减压至第二分离塔T2的压力，又以确定的进料高度送入其中。第二分离塔T2作为所谓的一氧化碳汽提塔运行。为此设置第三和第四热交换器E3和E4，它们一方面作为塔底再沸器(第三热交换器E3)运行，另一方面作为侧面蒸发器(第四热交换器E4)运行，并用制冷剂进行加热。此外，第二分离塔T2还具有冷凝器E5，其在此构造为塔顶冷凝器，在其中可以使在第二分离塔T2中上升的蒸汽冷凝出。由此可以在第二分离塔T2的塔底获得二氧化碳含量贫乏的甲烷馏份LNG。例如可以引导其通过热交换器E2。其可以甲烷产品LNG的形式选择性地作为沸腾或过冷液体或者作为任意压力下的气体送出。第二分离塔T2的气态塔顶馏份在压缩机C4中再压缩并混入产品流PRO。从第二分离塔T2的最上塔板排出CO含量丰富的液态塔顶流，在所述泵L1中泵压至第一分离塔T1的压力，并作为CO含量丰富的回流送入第一分离塔T1。其用于在第一分离塔T1中洗出甲烷。为了冷却或加热第二分离塔T2，即为了运行第三热交换器E3、第四热交换器E4和冷凝器E5，设置优选封闭的制冷剂循环。其包括具有中间冷却器E6、E7和E8的优选多级的主压缩机C1和具有再冷却器E9的第一和第二再压缩机(升压机)C2和C3。在主压缩机C1和再压缩机C2和C3中，气态制冷剂，例如技术纯的干燥氮气，从起始压力PA经过相应的中间压力压缩至最终压力PE。起始压力PA根据此处的相关定义在主压缩机C1的吸入侧附近，最终压力PE在再压缩机C3的压缩侧附近，如在图1中用虚线表示的区域所示。第一再压缩机C2和第二再压缩机C3可以各自通过膨胀机X2和X1驱动，它们同样用制冷剂运行。制冷剂在膨胀机X2和X1中均做功和制冷减压，其中所释放的冷量各自用于运行第一和第二热交换器E1和E2，而所释放的机械功率用于运行第一和第二再压缩机C2和C3。若甲烷含量丰富的产品应当以气态送出，并由此需要少的冷量，则可以省略掉热的膨胀机X2及由此省略掉第一再压缩机C2。若存在第二膨胀机X2，则制冷剂的“热的”部分在其中制冷和作功减压。接着，减压的制冷剂流可以在第一热交换器E1中进一步加热，然后重新送入主压缩机C1。若不存在第二膨胀机X2，则全部的制冷剂，否则是没有在第二膨胀机X2中减压的部分，在第一热交换器E1中从起始温度TA开始进行冷却。接着，可以分支出一部分制冷剂，并引导通过第三和第四热交换器E3和E4。在此相应地冷却该制冷剂部分。在与没有引导通过第三和第四热交换器E3和E4的剩余部分重新合并之后，制冷剂具有中间温度TI，其是由一方面在第一热交换器E1中的冷却及另一方面部分地在热交换器E3和E4中的进一步冷却产生的。具有中间温度TI的制冷剂现在重新分成第一和第二部分。制冷剂的第一部分送入第一膨胀机X1。与此不同，第二部分，即剩余部分，直接接着从所述中间温度TI冷却至最终温度TE。制冷剂的该第二部分经由减压阀V1减压至进料压力PC，并送入冷凝器E5中。由此使制冷剂从超临界状态转变为部分或完全的液态。换而言之，冷凝器E5对液态制冷剂的需求通过减压阀V1和具有最终温度TE的制冷剂满足。与此不同，向第一膨胀机X1送入具有更高的温度TI的制冷剂，从而使制冷剂在该膨胀机X1中不发生液化。然而，所释放的冷量和做功功率仍然可以用于运行第二热交换器E2和再压缩机C3。制冷剂可以在冷凝器E5中至少部分地蒸发，接着分离地通过具有阀V4的液体管道以及冷凝器E5顶部的气体管道排出，与在第一膨胀机X1中减压的制冷剂的第一部分合并。接着，引导制冷剂通过热交换器E2和E1，接着重新送入主压缩机C1的吸入侧。因此，总的来说在现有技术中，第二分离塔T2通过在封闭循环中产生的制冷剂尤其是液态氮的蒸发进行冷却。在此在冷凝器E5中通常需要的温度水平比第二传热器E2的冷端温度低出至少3℃，典型地低出超过10℃。因此，通过调节E5中的温度而不是E2中的温度确定循环压缩机C1的抽吸压力。
技术实现思路
由此出发，本专利技术的目的在于，使制冷剂循环解除利用冷凝器E5进行的第二分离塔T2塔顶冷却的任务，从而能够提高循环压缩机C1的抽吸压力，并由此能够实现更加有效的工艺过程。该目的通过本专利技术方法实现，其中为了从含有甲烷的合成气流分离出甲烷，将合成气流于预定的高度送入第一分离塔中，于其中从合成气流分离出甲烷，这是通过以下方式实现的，将从第二分离塔的塔顶排出的CO含量丰富的塔顶流的液相混入合成气流，其中从第一分离塔的塔顶排出去除了甲烷的合成气流作为甲烷含量贫乏的塔顶产品流，从第一分离塔的塔底排出含有CO及含有CH4的塔底馏份。根据本专利技术规定，第二分离塔的CO含量丰富的塔顶流在冷凝器中在产生CO含量丰富的塔顶流的液相的情况下，逆着第一分离塔的塔顶产品流和逆着该第一分离塔的塔底馏份的至少一股第一支流(或逆着该塔底馏份的全部的流)，至少部分地进行冷凝，(其中将CO含量丰富的塔顶流的液相部分或全部作为回流送入第一分离塔中，从而在此处混入合成气流)，其中加热第一分离塔的塔顶产品流，并使第一分离塔的塔底馏份的该支流(或塔底馏份的全部的流)部分蒸发。在本申请中，在设备或方法中的物质和物质混合物，例如合成气和制冷剂，称为“流”和“馏份”。一股流通常作为流体在为其设置的管道中引导。馏份通常是指从原料混合物分离出的部分原料混合物。馏份在相应地引导时总是形成相应的流。反过来一股流可以例如用于提供原料混合物，由此可以分离出馏份。流或馏份中一种或多种所含的组份可以“含量丰富”或“含量贫乏”，其中均基于重量基准或体积基准，“含量丰富”可以是指大于75％、80％、85％、90％、95％、99％、99.5％或99.9％的比例，而“含量贫乏”可以是指小于25％、20％、15％、10％、5％、1％、0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其中将合成气流(SYN)送入第一分离塔(T1)中，在其中通过将从第二分离塔(T2)的塔顶(20)排出的CO含量丰富的塔顶流(K)的液相(F)混入合成气流(SYN)从而从合成气流(SYN)分离出甲烷，其中从第一分离塔(T1)的塔顶(10)排出去除了甲烷的合成气流(SYN)作为塔顶产品流(PRO)，从第一分离塔(T1)的塔底(11)排出含有CO且含有CH4的塔底馏份(S)，其特征在于，第二分离塔(T2)的CO含量丰富的塔顶流(K)在冷凝器(E3)中在产生CO含量丰富的塔顶流(K)的液相(F)的情况下逆着第一分离塔(T1)的塔顶产品流(PRO)和逆着第一分离塔(T1)的塔底馏份(S)的至少第一支流(S′，S)至少部分地冷凝，其中加热第一分离塔(T1)的塔顶产品流(PRO)，并使第一分离塔(T1)的塔底馏份(S)的该至少第一支流(S′，S)部分蒸发。

【技术特征摘要】
2015.06.12 DE 102015007529.21.从含有甲烷的合成气流(SYN)分离出甲烷(LNG)的方法，其中将合成气流(SYN)送入第一分离塔(T1)中，在其中通过将从第二分离塔(T2)的塔顶(20)排出的CO含量丰富的塔顶流(K)的液相(F)混入合成气流(SYN)从而从合成气流(SYN)分离出甲烷，其中从第一分离塔(T1)的塔顶(10)排出去除了甲烷的合成气流(SYN)作为塔顶产品流(PRO)，从第一分离塔(T1)的塔底(11)排出含有CO且含有CH4的塔底馏份(S)，其特征在于，第二分离塔(T2)的CO含量丰富的塔顶流(K)在冷凝器(E3)中在产生CO含量丰富的塔顶流(K)的液相(F)的情况下逆着第一分离塔(T1)的塔顶产品流(PRO)和逆着第一分离塔(T1)的塔底馏份(S)的至少第一支流(S′，S)至少部分地冷凝，其中加热第一分离塔(T1)的塔顶产品流(PRO)，并使第一分离塔(T1)的塔底馏份(S)的该至少第一支流(S′，S)部分蒸发。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述至少第一支流(S′)送入第二分离塔(T2)中，或者将全部的塔底馏份(S)经由冷凝器(E3)送入第二分离塔(T2)中。3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，将塔底馏份(S)分成第一支流(S′)和第二支流(S″)，其中将第二支流(S″)作为回流送入第二分离塔(T2)中，其中尤其是不引导第二支流(S″)通过冷凝器(E3)。4.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，送入第二分离塔(T2)中的塔底馏份(S)，尤其是以第一和/或第二支流(S′，S″)的形式，在第二分离塔(T2)中分离成所述CO含量丰富的塔顶流(K)和CO含量贫乏的甲烷馏份(LNG)，其从第二分离塔(T2)的塔底(21)排出。5.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，将塔顶流(K)在冷凝器(E3)的下游送入分离器(D1)中，其中将在分离器(D1)中收集的塔顶流(K)的液相(F)泵送(P1)至第一分离塔(T1)中，其中尤其是第二分离塔(T2)中的压力低于第一分离塔(T1)中的压力。6.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，将塔顶流(K)在冷凝器(E3)的下游送入分离器(D1)中，其中将在分离器(D1)中收集的塔顶流(K)的液相(F)在分离器(D1)的下游分成第一支流(F′)和第二支流(F″)，其中将第一支流送入第一分离塔(T1)中，其中将该液相(F)的第二支流(F″)作为回流送入第二分离塔(T2)中。7.根据权利要求5或6的方法，其特征在于，从分离器(D1)排出塔顶流(K)的含有合成气的气相(G)，其中将该气相(G)分离地或以与塔顶产品流(PRO)混合的方式在冷凝器(E3)中加热，并在第一和第二传热器(E1，E2)中进一步加热，其中尤其是在分离地加热气相(G)时压缩(C4)该气相(G)，并在压缩(C4)之后以及尤其是在紧接着的再冷却(E8)之后在第一传热器(E1)的下游添加至塔顶产品流(PRO)。8.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，合成气流(SYN)在送入第一分离塔(T1)中之前借助于在制冷循环中引导的制冷剂(M)在第一传热器(E1)中进行冷却，以及尤其是在后续的第二传热器(E2)中进一步冷却。9.根据权利要求8的方法，其特征在于，将制冷剂(M)分成第一和第二制冷剂支流(M1，M2)，其中第一制冷剂支流(M1)在第一膨胀机(X1)中做功和/或制冷减压，然后送入第一传热器(E1)中，从而在第一传热器(E1)中将第二制冷剂支流(M2)从起始温度(TA)冷却至第一中间温度(TI1)。10.根据权利要求4和9的方法，其特征在于，第二分离塔(T2)的CO含量贫乏的甲烷馏份(LNG)借助于其他的传热器(E4)逆着第二制冷剂支流(M2)的至少第一部分(M21)进行加热，尤其是沸腾，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·鲍尔，A·布勃，C·沃佩尔，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE