用于从混合物分离二氧化碳和氢气的处理方法技术

本发明专利技术涉及一种用于处理混合物(1)以便从所述混合物分离二氧化碳和氢气的方法，其中：i)将该混合物(1)冷却并部分冷凝并且在第一相分离器(E1)中使第一液体(4)与该混合物的其余部分分离；ii)来自或衍生自来自该第一相分离器(E1)的气体的气体(3)在氢气变压吸附模块(B)中进行处理以便产生富含氢气的气体(5)和贫氢气的残余气体(2)；并且iii)将所述贫氢气的残余气体(2)或衍生自所述贫气体(2)的气体(6)冷却并且部分地冷凝，并且在与该第一相分离器(E1)分开的第二相分离器(E2)中使第二液体(7)与剩余气体(8)分离，该第一和/或第二液体(4，7)或衍生自来自该第一相分离器(E1)和/或该第二相分离器(E2)的该第一和/或第二液体的液体富含二氧化碳。本发明专利技术还涉及一种用于实施此类方法的设施。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种用于为了从混合物分离二氧化碳(CO2)和氢气(H2)的目的处理此混合物的方法。当前，在氢生产领域中使用的主要技术之一是烃(尤其包括甲烷)的蒸汽重整(SMR，蒸汽甲烷重整的首字母缩略词)。也可以使用其他技术如自热重整(ATR)和催化或非催化部分氧化(POX)，这取决于待处理的原料的类型。经由重整反应，根据所使用的技术根据以下反应CnHm+nH2O+热量→nCO+(n+m/2)H2或CnHm+n/2O2→nCO+(m/2)H2将烃转化成包含氢气(H2)和一氧化碳(CO)的气态混合物。如此产生的气态混合物然后通常被送至变换反应器(水煤气变换反应器)中以便产生更多H2并且以便经由以下放热反应将CO转化成CO2：CO+H2O→CO2+H2。如此获得的富含CO2和H2的气体然后通常被送至用于氢气的变压吸附模块，称为PSAH2(PSA是变压吸附的首字母缩略词)，这允许以高纯度产生氢气(从99摩尔％至99.9999摩尔％)。来自该用于氢气的变压吸附模块的残余物(也称为来自该用于氢气的变压吸附模块的废气或来自PSA的废气)本身含有所有CO2、绝大多数的未转化的CH4和CO、氮气(N2)、氩气(Ar)和氢气，其量取决于该氢气变压吸附模块的产率。最常见地，该残余气体，包括它包含的CO2，被用作重整炉的燃烧器中的燃料。热量在整体单元的热整合的背景下使用和/或用于输出蒸汽。然后将该残余气体排放到空气中。在降低CO2向大气中排放的背景下，已经发展解决方案来使得有可能回收气态混合物如残余气体中的尽可能多的CO2。已知的惯例是，例如，处理来自用于氢气的变压吸附模块的残余气体以从其提取CO2。EP-A-0341879描述了，例如，使用用于二氧化碳的变压吸附模块(PSACO2)和低温部件处理来自用于氢气的变压吸附模块的残余物。WO-A-2006/054008就其本身而言使用低温步骤和膜来处理来自用于氢气的变压吸附模块的残余物。该方法使得可能产生纯CO2流、不可冷凝物流和富含H2的流。还有可能通过用于氢气的变压吸附模块上游的第二变换反应处理所获得的气态混合物。因此，FR-A-2939785描述了使用用于CO2的变压吸附模块和产生纯CO2流和富含H2的流的低温步骤，该富含H2的流此后在该用于氢气的变压吸附模块中进行处理。这些用于回收CO2的不同的方法是复杂的并且要求昂贵的尤其具有若干个变压吸附模块的设施。因此，对于用于从混合物分离和回收CO2和H2的方法和/或设备存在需要。WO-A-2006/097703和FR-A-2877939描述了根据权利要求1的前序所述的方法，其中吸附模块在低温分离步骤上游分离混合物。本专利技术提供了针对这种需要的解决方案，该解决方案是简单、有效且经济的。为此目的，本专利技术提出一种用于为了从混合物分离二氧化碳和氢气的目的处理该混合物的方法，其中：i)将该混合物冷却并且部分地冷凝，在第一相分离器中从该混合物分离第一液体，ii)源自于或衍生自源自于该第一相分离器的气体的气体在用于氢气的变压吸附模块中进行处理以生产富含氢气的气体和贫氢气的残余气体，并且iii)将所述贫氢气的残余气体或衍生自所述贫氢气的气体的气体冷却并且部分地冷凝，在不同于该第一相分离器的第二相分离器中使第二液体与剩余气体分离，该第一和/或第二液体或衍生自该第一和/或第二液体(源自于该第一相分离器和/或该第二相分离器)的液体富含二氧化碳，其特征在于步骤i)和iii)中的部分冷凝在同一个低温单元中进行。在本申请中，术语“源自”于步骤或元件的气体或液体是指通过这个步骤直接产生的或直接源自于元件的气体或液体。相比之下，“衍生的”气体或液体是在所述步骤或所述元件之后，可能已经经受至少一个附加的步骤或用至少一个附加的元件进行处理的气体或液体。此外，术语“富含”是指包括涉及的物质的至少50％、优选至少60％、或甚至70％、或甚至80％、并且最佳至少90％、或甚至95％、或甚至99％。术语“贫乏”是指包括涉及的物质的不超过50％、优选不超过40％、或甚至30％、或甚至20％、并且最佳不超过10％、或甚至5％、或甚至1％。气体、液体、混合物、流(stream)、流(flow)、馏分、渗透物或残余物可以富含或贫乏一种物质。本专利技术允许通过分别施加给进料用于氢气的变压吸附模块的混合物和离开该用于氢气的变压吸附模块的残余气体的部分低温冷凝和分离两个步骤来分离和回收CO2。本专利技术因此使得有可能获得富含H2的气体(通过该用于氢气的变压吸附模块产生的)和至少一种富含CO2的液体，这避免了将此CO2排到空气中。进入该用于氢气的变压吸附模块的混合物的CO2含量的减少还使得可能降低这个模块的尺寸并改善其产率。术语“低温”在本文中在广义上使用，包括低于-10℃、或甚至低于-40℃的任何温度。变压吸附模块(PSA)是用于在压力下在接近室温的温度下分离混合物的各种气体的技术(根据它们的分子特性和它们对于吸附性材料的亲和力)。吸附性材料(例如沸石)被用作优先吸附目标气体的分子筛。一旦目标气体已经在高压下被吸附，将该系统置于低压下用于解吸所吸附的气体以及其释放。用于氢气的变压吸附模块(PSAH2)是使得有可能使氢气与气体混合物的成分的其余部分分离的变压吸附模块。有利地，步骤i)和iii)中的部分冷凝是在同一个热交换器(称为主交换器)中进行。此类方法使得有可能优化CO2的回收并且减少能量成本。低温单元可以包括至少一个多流体类型的热交换器和至少一个相分离器。例如，该交换器可以是钎焊的铝热交换器(BAHX)。作为变体，该低温单元可包括两个热交换器，其各自用于进行上述冷凝步骤之一。然后优选地耦合这些交换器以减少能量成本。有利地，步骤i)和iii)中的混合物或气体的部分冷凝在接近CO2的三相点的条件下(在-56.6℃下5.2巴)发生使得富含CO2的流以液体形式产生并且可以与被称为是不可冷凝的呈气态形式的剩余组分(例如CH4、CO、N2、Ar和H2)分离。该混合物或气体可以在步骤i)或iii)中在低于-20℃并且更特别地低于-40℃的温度下部分冷凝。在本专利技术的一个实施例中，步骤i)包括以下子步骤：-在低于-20℃、并且更特别地接近约-40℃的温度下所述混合物的第一部分冷凝，-在相分离器中使液体与该混合物的其余部分分离，-在低于-40℃并且更特别地约-50℃的温度下所述混合物的其余部分的第二部分冷凝，-在另一个相分离器中使液体与剩余气体分离，该液体或衍生自源自于相分离器中的至少一个的液体的液体富含二氧化碳。这个实施例使得有可能通过仅将进入交换器的全部流冷却至中间温度并且通过仅将仅由在该中间温度下未冷凝的相构成的减少的流冷却至非常低的温度来减少在该方法中冷量的消耗。将已经在中间温度(从约-20℃至-40℃)下形成的冷凝物因此没有不必要地冷却至非常低的温度。这个实施例还使得有可能从该第一相分离器生产比在该第二相分离器的出口处CO2更浓的流。确切地，与该混合物的其他成分相比CO2非常容易冷凝并且相比在其他成分也将冷凝的更冷温度下它在更高温度下的冷凝允许其以更小的量但以更纯的形式冷凝。根据本专利技术的方法可以包括，在步骤i)之前，产生富含CO和H2的混合物的准备步骤。该准备步骤可以是，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于为了从混合物(1)分离二氧化碳和氢气的目的处理该混合物的方法，其中：i)将该混合物(1)冷却并且部分地冷凝，并且在第一相分离器(E1)中从该混合物分离第一液体(4)，ii)源自于或衍生自源自于该第一相分离器(E1)的气体的气体(3)在用于氢气的变压吸附模块(B)中进行处理以产生富含氢气的气体(5)和贫氢气的残余气体(2)，并且iii)将所述贫氢气的残余气体(2)或衍生自所述贫氢气的气体(2)的气体(6)冷却并且部分地冷凝，并且在不同于该第一相分离器(E1)的第二相分离器(E2)中使第二液体(7)与剩余气体(8)分离，该第一和/或第二液体(4，7)或衍生自源自于该第一相分离器(E1)和/或该第二相分离器(E2)的该第一和/或第二液体的液体富含二氧化碳，其特征在于，步骤i)和iii)中的部分冷凝在同一个低温单元(C)中进行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.15 FR 14543491.一种用于为了从混合物(1)分离二氧化碳和氢气的目的处理该混合物的方法，其中：i)将该混合物(1)冷却并且部分地冷凝，并且在第一相分离器(E1)中从该混合物分离第一液体(4)，ii)源自于或衍生自源自于该第一相分离器(E1)的气体的气体(3)在用于氢气的变压吸附模块(B)中进行处理以产生富含氢气的气体(5)和贫氢气的残余气体(2)，并且iii)将所述贫氢气的残余气体(2)或衍生自所述贫氢气的气体(2)的气体(6)冷却并且部分地冷凝，并且在不同于该第一相分离器(E1)的第二相分离器(E2)中使第二液体(7)与剩余气体(8)分离，该第一和/或第二液体(4，7)或衍生自源自于该第一相分离器(E1)和/或该第二相分离器(E2)的该第一和/或第二液体的液体富含二氧化碳，其特征在于，步骤i)和iii)中的部分冷凝在同一个低温单元(C)中进行。2.如权利要求1所述的方法，其中在步骤i)和iii)中的这些部分冷凝在同一个热交换器(D)中进行。3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述混合物(1)在步骤i)中部分冷凝至低于-20℃、并且更特别地低于-40℃的温度。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤i)包括以下子步骤：-在低于-20℃并且更特别地接近约-40℃的温度下所述混合物(1)的第一部分冷凝，-在相分离器(E1a)中使液体(4a)与该混合物的其余部分(3a)分离，-在低于-40℃、并且更特别地约-50℃的温度下所述混合物的其余部分(3a)的第二部分冷凝，-在另一个相分离器(E1b)中使液体(4b)与剩余气体(3b)分离，该液体(4a，4b)或衍生自源自于这些相分离器(E1a，E1b)中的至少一个的液体的液体富含二氧化碳。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，该方法包括，在步骤i)之前，产生富含CO和H2的混合物(10)的准备步骤，例如经由自动热重整(ATR)、烃蒸汽重整(SMR)或部分氧化(POX)方法。6.如权利要求5所述的方法，其中所述富含CO和H2的混合物(10)在变换反应器(H)中进行处理以给出富含CO2和H2的混合物(11)。7.如权利要求5或6所述的方法，其中对所述混合物(11)进行压缩和/或脱水。8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·卡姆布朗，理查德·杜巴特尔格勒尼耶，马蒂厄·勒克莱尔，帕斯卡尔·马蒂，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR