用于改善的部分冷凝一氧化碳冷箱操作的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过低温装置从具有高甲烷含量的合成气混合物中分离一氧化碳的方法和系统，在所述低温装置中通常采用部分冷凝循环，并且更具体地，涉及将离开蒸馏塔的富甲烷液体与较低沸点混合物混合，使得混合流的沸点低于富甲烷液体的沸点。低于富甲烷液体的沸点。低于富甲烷液体的沸点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改善的部分冷凝一氧化碳冷箱操作的方法

技术介绍


[0001]本专利技术涉及一种从含有氢、一氧化碳、甲烷、水和二氧化碳的合成气中分离一氧化碳的方法。更具体地，本专利技术涉及通过低温装置从具有高甲烷含量的合成气混合物中分离一氧化碳的方法，在所述低温装置中通常不采用部分冷凝循环，并且更具体地，涉及将离开分离一氧化碳和甲烷的蒸馏塔底部的富甲烷流与具有较低沸点的流混合，然后该混合流进入热交换器，使得该混合流的沸点低于初始富甲烷流的沸点。这种改变使得对于相同的合成气进料而言能够使用更简单、更便宜的部分冷凝工艺来代替甲烷洗涤工艺。
[0002]相关技术
[0003]可利用蒸汽或氧气来催化转化烃，诸如天然气、石脑油和液化石油气(LPG)，以获得合成气体(即，氢(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、水(H2O)和二氧化碳(CO2)的混合物，通常被称为“合成气”)。包括在部分氧化重整器或蒸汽甲烷重整器中重整在内的重整器工艺是众所周知的，并且它们通常用于获得最终用于生产氢或化学品诸如甲醇和氨的合成气。用于从其余的合成气成分中分离CO的常规技术是已知的。例如，低温纯化方法诸如部分冷凝或用液态甲烷洗涤(被称为甲烷洗涤工艺)是众所周知的技术。
[0004]合成气通常含有必须去除的显著量的CO2和H2O，其通常通过以下方法进行：使水冷凝并去除液体，通过胺吸收去除大部分二氧化碳，并在通常被称为干燥器的变温吸附(TSA)单元中去除剩余的CO2和水。必须将二氧化碳和水去除到非常低的水平，通常小于50ppb，以防止它们在下游工艺热交换器中冷冻。然后可将合成气送到被称为冷箱的低温分离单元以用于CO纯化。
[0005]存在两种常见类型的CO冷箱，部分冷凝和甲烷洗涤。本专利技术涉及部分冷凝冷箱，其中合成气进料在热交换器中部分冷凝并且使用相分离器分离，以从冷凝组分中分离进料中的大部分氢。如果冷箱进料含有过多的甲烷，则该工艺遭受其不能正确起作用的限制。当甲烷含量高，通常高于约2.5％时，再循环压缩机上的负载增加并且单程CO回收率降低至通常使用更昂贵的甲烷洗涤冷箱的程度。
[0006]授予Fisher的美国专利4,805,414公开了一种用于CO纯化的部分冷凝工艺，其中将离开CO/CH4分离塔底部的甲烷在其进入热交换器之前与整个闪蒸气体流混合。所述工艺包括将离开高压分离器的粗氢蒸气流的一部分与甲烷流混合。
[0007]授予Billy等人的美国专利5,609,040描绘了用于CO纯化的部分冷凝工艺，其中将离开CO/CH4分离塔底部的甲烷与来自蒸馏塔的氮气和以蒸气形式从第一分离器离开的粗氢混合，所述蒸馏塔从CO产物去除所述氮气。该工艺需要脱氮塔，并且不回收氢副产物。
[0008]授予Bassett等人的美国专利5,832,747示出了用于CO纯化和合成气生产的部分冷凝工艺，其中离开CO/CH4分离塔底部的甲烷在其进入热交换器之前与离开相分离器的膨胀蒸气流混合。该流是第三分离器在第二高压分离器之后串联，第二高压分离器在第一高压分离器之后串联的结果。美国专利5,832,747中所述的方法需要多个分离器，因为也产生
1:1的合成气。
[0009]授予McNeil等人的美国专利6,062,042和授予McNeil等人的6,070,430示出了用于CO纯化的部分冷凝工艺，其中将离开CO/CH4分离塔底部的甲烷与得自蒸馏塔的氮气混合，所述蒸馏塔将CO产物与氮杂质分离。
[0010]授予Gallarda等人的美国专利6,098,424描绘了用于CO纯化和合成气生产的部分冷凝工艺，其中将离开CO/CH4分离塔底部的甲烷与来自汽提塔顶部的整个闪蒸气体流混合。不考虑仅将一部分闪蒸气体流混合的工艺。
[0011]授予McNeil等人的美国专利6,161,397示出用于CO纯化和合成气生产的部分冷凝工艺，其中将离开CO/CH4分离塔底部的甲烷与在混合前加热的粗一氧化碳流混合。
[0012]授予McNeil的美国专利6,467,306类似于美国专利5,832,747。两者均示出了用于CO纯化的部分冷凝工艺，其中将离开CO/CH4分离塔底部的甲烷在其进入热交换器之前与来自分离器的加热蒸气流混合。然而，该工艺中的蒸气流是第二分离器串联进料的蒸气部分的结果。美国专利6,467,306中所述的工艺使用多个分离器，这增加了该工艺的资本成本。
[0013]授予Scharpf的美国专利6,568,206示出了用于CO纯化的部分冷凝工艺，其中将离开CO/CH4分离塔底部的甲烷流与渗透膜的氢流混合，然后冷却并膨胀以在冷箱中提供附加的制冷。本专利技术的工艺不涉及膜并且不具有相当于与甲烷混合的经膨胀膜渗透物的流。
[0014]在用于CO生产的相关领域中，存在将具有较低沸点的流与来自CO/CH4分离塔底部的甲烷流混合的若干示例，但这些示例均不使用仅一部分较低沸点的流来控制混合物的沸点从而控制该流在热交换器中沸腾的位置。此外，如比较例中所示，仅使用一部分较低沸点流提供优于如本文所述的现有技术方法的优点。
[0015]为了克服相关领域的缺点，本专利技术的目的是提供一种改善的工艺和设备，以克服由部分冷凝冷箱进料中的高甲烷导致的操作限制，同时仍然保持高CO回收率。
[0016]本专利技术的目的是降低压缩功率，具体地讲对于再循环到冷箱的流而言。
[0017]本专利技术的另一目的是增加部分冷凝冷箱的操作范围，以允许由于上游工艺中的上调而增加进料中的甲烷，同时保持高CO回收率和通量。
[0018]本专利技术的另一目的是实现氢产物的高回收率。氢是本专利技术中所公开的工艺的有价值的副产物，并且不能将其回收代表显著的经济缺点。
[0019]本专利技术的另一目的是使部分冷凝合成气进料的气相中的CO量最小化来减少再循环压缩功率。这通过使其离开热交换器的温度最小化来完成，并且通过向热交换器提供可能最冷的流以冷却合成气进料来实现。
[0020]本专利技术的另一目的是使分离器的数量和与它们相关的资本成本最小化。
[0021]本专利技术的另一目的是提供一种不需要脱氮塔和与该塔相关的资本成本的工艺。
[0022]本专利技术的另一目的是避免使用膜和与其相关的资本成本。
[0023]通过阅读本说明书、附图和所附权利要求，本专利技术的其他目的和方面对于本领域普通技术人员将变得显而易见。

技术实现思路

[0024]本专利技术适用于使用低温部分冷凝工艺从合成气中分离一氧化碳。具体地讲，在合成气的甲烷含量高于约2.5％的情况下，现有技术中的部分冷凝工艺遭受低一氧化碳回收
率或高功率消耗。本专利技术提供了工艺，其中降低离开蒸馏塔进入工艺热交换器冷端的富甲烷液体副产物流的沸点，允许在较低温度下从进料流去除热量，产生具有较低温度的部分冷凝合成气，增加整体和单程CO回收率，同时降低再循环压缩功率。
[0025]甲烷流的沸点可通过将其与离开高压分离器的富氢蒸气流的一部分或离开低压分离单元的富氢蒸气流的一部分混合来降低。这可显著改善工艺热交换器的性能和效率。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在部分冷凝一氧化碳冷箱中将一氧化碳从合成气原料中分离的方法，所述方法包括：在工艺热交换器中冷却和部分冷凝含有一氧化碳和氢的所述合成气原料，以产生冷却和部分冷凝的合成气进料流；在高压分离器中将所述冷却和部分冷凝的合成气进料流分离成粗氢蒸气流和高压富一氧化碳液体进料流；将所述高压富一氧化碳液体进料流进料到低压分离单元，所述低压分离单元在低于所述高压分离器的压力下操作，其中冷闪蒸气体从粗CO液体流中分离；在蒸馏塔中分离所述粗CO液体流以形成纯化的一氧化碳蒸气流和含有至少50％甲烷的富甲烷液体副产物流；分离具有至少1体积％且小于99体积％的所述冷闪蒸气体的一部分并将所述冷闪蒸气体部分与所述富甲烷液体副产物流混合，然后将所述混合物引入所述工艺热交换器中。2.根据权利要求1所述的方法，其中将5
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40体积％的所述冷闪蒸气体与所述富甲烷液体混合，然后将所述混合物引入所述工艺热交换器中。3.根据权利要求1所述的方法，其中将10
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30体积％的所述冷闪蒸气体与所述富甲烷液体混合，然后将所述混合物引入所述工艺热交换器中。4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：将所述粗氢流在所述工艺热交换器中温热，并然后将其进料到变压吸附单元以进行进一步纯化，其中将尾气再循环至所述冷箱。5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述冷闪蒸气体的不与富甲烷液体混合的部分在所述工艺热交换器中温热并且再循环至所述冷箱。6.一种用于在部分冷凝一氧化碳冷箱中将一氧化碳从合成气原料中分离的方法，所述方法包括：在工艺热交换器中冷却和部分冷凝含有一氧化碳和氢的所述合成气原料，以产生冷却和部分冷凝的合成气进料流；在高压分离器中将所述冷却和部分冷凝的合成气进料流分离成粗氢蒸气流和高压富一氧化碳液体进料流；将所述高压富一氧化碳液体进料流进料到低压分离单元，所述低压分离单元在低于所述高压分离器的压力下操作，其中冷闪蒸气体从粗CO液体流中分离；在蒸馏塔中分离所述粗CO液体流以形成纯化的一氧化碳蒸气流和含有至少50％甲烷的富甲烷液体副产物流；其中将至少0.5体积％且小于99体积％的所述粗氢蒸气流的一部分与所述富甲烷液体混合，然后将混合物引入所述工艺热交换器中，并且剩余粗氢均不在涡轮膨胀机中膨胀。7.根据权利要求6所述的方法，其中将0.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：