用于从含氮的天然气中制备低氮合成气的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于从含氮和二氧化碳的天然气(1)中制备低氮合成气(20)的方法和装置，其中在第一变温吸附装置(T1)中从该含氮和二氧化碳的天然气中分离出水和二氧化碳，随后在低温气体分离器(N)中分离出氮(7)，从而使得产生低氮，无水和无二氧化碳的天然气(6)，然后将该低氮，无水和无二氧化碳的天然气送入热化学转化(K)，以便获取包括氢、一氧化碳、水和二氧化碳的合成粗气(16)，至少通过在第二变温吸附装置(T1)中分离出水和二氧化碳从该包括氢、一氧化碳、水和二氧化碳的合成粗气中获得该低氮合成气(20)。其特征在于，在该低氮，无水和无二氧化碳的天然气(6)进行热化学转化(K)之前，将其至少一部分(8)用作该第一变温吸附装置(T1)和/或该第二变温吸附装置(T2)再生时的再生气体(9,10)。生气体(9,10)。生气体(9,10)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从含氮的天然气中制备低氮合成气的方法和装置
[0001]本专利技术涉及一种用于从含氮和二氧化碳的天然气中制备低氮合成气的方法，其中在第一变温吸附装置中从该含氮和二氧化碳的天然气中分离出水和二氧化碳，随后在低温气体分离器中分离出氮，从而使得产生低氮，无水和无二氧化碳的天然气，然后将该低氮，无水和无二氧化碳的天然气送入热化学转化，以便获取包括氢、一氧化碳、水和二氧化碳的合成粗气，至少通过在第二变温吸附装置中分离出水和二氧化碳从该包含氢、一氧化碳、水和二氧化碳的合成粗气中获得低氮合成气。
[0002]此外，本专利技术涉及一种用于执行所述方法的装置。
[0003]在这里所使用的语言中，如果一种成分在气体混合物中的所占部分不超过0.1ppmv，则认为该气体混合物不含该成分。相反，如果一种成分的所占部分大于0.5mol％，则称该气体混合物包含该成分。如果一种成分的所占部分介于0.5mol％至1ppmv之间，则认为气体混合物缺乏该成分。
[0004]被称为合成气的是至少包含氢和一氧化碳并且能够用于合成不同的产物的气体混合物。这些气体混合物主要由天然气制备，该天然气在其中通过自热重整(ATR)、部分氧化(POX)、蒸汽重整(SMR)或通过多年来在现有技术中已知的方法中的两者或多者的组合以热化学的方式进行转化。通常具有介于1mol％至10mol％之间的氮含量的含二氧化碳的天然气例如通过汞分离、脱硫、加热和压缩被处理成天然气进料，该天然气进料随后通过送入水和/或二氧化碳被转化为合成粗气，该合成粗气除了一氧化碳和氢之外还包含更大量的二氧化碳和水，以及其他在合成气中不需要的物质。为了获得低氮合成气，可在热化学转化的下游从制备好的合成粗气中去除氮，或者可在上游就已经从进料的天然气中去除氮。
[0005]如果氮分离在热化学转化的下游，则经脱硫和清除了汞的天然气以其全部氮负荷转化为含氮的合成粗气，首先例如在胺类洗涤器中从该合成粗气中分离出大部分二氧化碳，然后在变温吸附装置(以下简称为TWA)中去除水和剩余的二氧化碳残留物。这样所获得的基本由氢、一氧化碳和氮组成的气体混合物随后借助低温气体分离器分离成粗氢、一氧化碳和包含可燃物质的氮馏分。在粗氢被用作TWA中的再生气体之后，在变压吸附装置(简称为DWA)中将其净化成纯氢，该纯氢中的至少一部分与来自低温气体分离器的一氧化碳混合成低氮合成气。
[0006]在低温气体分离器中，一氧化碳和氮在塔中以整流的方式分离，由于这两种物质的沸腾温度非常相似，因此分离只有在具有高回流比和/或许多分离级的塔中才能实现。需要另一台压缩机，以便回收在DWA中净化粗氢时产生的含氢的残余气体，并将其用于热化学转化以实现足够高的产量，或将其作为燃料燃烧。由此产生的高额的装置费用和能源费用明显不利于该方法变体的经济性。
[0007]由于氮和甲烷的沸腾温度之差明显大于氮和一氧化碳的沸腾温度之差，因此相对容易的是，在低温气体分离器中以整流的方式将氮从含氮的天然气中分离出。特别地，使用的分离塔可在没有回流的情况下以节能的方式运行。因此，一种替代性的方法变体设置为，并非从合成粗气中才将氮分离出，而是从进料的天然气中就已经在低温方法中将氮分离出，并且通过热化学转化从这样获得的低氮天然气进料中制备同样低氮的合成粗气。将合
成粗气处理成低氮合成气时，尽管在该方法变体中需要用于二氧化碳去除的装置和用于水和二氧化碳分离的TWA，但可省去复杂的低温合成气分离器、用于清洁粗氢的DWA以及用于含氢的DWA残余气体的再循环压缩机。但是缺点在于，必须在低温天然气分离器的上游布置至少一个附加的TWA以及在某些情况下布置用于二氧化碳去除的装置，这些装置防止水和二氧化碳与天然气一起进入低温天然气分离器，在此处它们可能发生冻结并导致堵塞。如果借助基于含水的洗涤剂的方法(如胺类洗涤器)去除二氧化碳，特别地会出现水饱和，从而使得即使进料的天然气是无水的，也需要用于水分离的TWA。
[0008]用于从气流中去除水和二氧化碳的变温吸附装置多年来同样为技术人员所熟知。要处理的气流在第一温度下被送入TWA，在此处，该气流流动穿过几个吸附器中的一个吸附器，这些吸附器各自填充有吸附材料，该吸附材料吸附和保留在气流中包含的水和二氧化碳，同时能够使其他物质如甲烷、氢或一氧化碳基本不受阻碍地通过。因此，气流以明显低于1ppmv的水和二氧化碳含量离开吸附器。
[0009]由于吸附材料吸收水和二氧化碳的能力是有限的，因此流向吸附器的气流必须在一定时间后中断，否则流出的气流的水或二氧化碳含量会超过极限值。在要处理的气流被转移到TWA的仍具有吸收力的吸附材料的吸附器的同时，对装载有水和二氧化碳的吸附器进行再生处理。为此，用再生气体冲洗该吸附器，该再生气体具有第二温度，该第二温度高于要处理的气流被送入该吸附器时的第一温度。吸附材料的吸附力随着温度的升高而降低，从而使得分离出的物质解吸附并且随着再生气体从吸附器中去除。如果没有上述粗氢，则通常使用氮作为再生气体，氮不被吸附材料吸附，或者吸附效果很差。因为除了水和二氧化碳之外，也从天然气和合成粗气中少量地分离出对环境有害的物质如甲烷和一氧化碳，并且在吸附器再生时将对环境有害的物质转移到再生气体中，所以不能将装载有有害物质的氮未经处理地释放到大气中。因此，为了遵守现有的排放极限值，氮以催化的方式进行后燃烧或借助火炬或方法炉中的辅助燃烧进行处置。
[0010]由于第一TWA和第二TWA均必须接受再生处理，因此在按照通用方法制备合成气时对再生气体的需求特别大。根据现有技术，导入低压氮作为再生气体，该低压氮的提供和处理构成重要的成本因素，对合成气制备的经济性起到明显的负作用。
[0011]本专利技术的目的在于，提出一种通用类型的方法以及一种用于执行该方法的装置，它们使得克服现有技术的所描述的缺点成为可能。
[0012]根据本专利技术，该目的在方法方面由此来实现，即在低氮，无水和无二氧化碳的天然气进行热化学转化之前，将其至少一部分用作第一变温吸附装置和/或第二变温吸附装置再生时的再生气体。
[0013]低氮，无水和无二氧化碳的天然气适合作为再生气体，因为该低氮，无水和无二氧化碳的天然气基本由甲烷组成，甲烷在用于水和/或二氧化碳分离的TWA中特别是在吸附器再生期间的温度下不被吸附或者只被极少量地吸附。
[0014]已知的是，能够用于水和二氧化碳分离的吸附材料可在升高的温度下特别地催化分解不饱和碳氢化合物，这导致不需要的碳沉积。尽管低氮，无水和无二氧化碳的天然气实际上不包含不饱和碳氢化合物，并且分解饱和碳氢化合物的风险也相当低，但本专利技术提出，根据本专利技术的TWA再生的温度限制在介于170℃和230℃之间，优选介于170℃和200℃之间。
[0015]如果从提供用于合成气制备的含氮和二氧化碳的天然气的总量中制备低氮，无水
和无二氧化碳的天然气，则低氮，无水和无二氧化碳的天然气的量通常足以满足第一TWA和第二TWA的再生气体需求。于是就不需要输送另一种再生气体，例如氮。过多制备的，不需要用于TWA再生的低氮，无水和无二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从含氮和二氧化碳的天然气(1)中制备低氮合成气(20)的方法，其中在第一变温吸附装置(T1)中从所述含氮和二氧化碳的天然气中分离出水和二氧化碳，随后在低温气体分离器(N)中分离出氮(7)，从而使得产生低氮，无水和无二氧化碳的天然气(6)，然后将所述低氮，无水和无二氧化碳的天然气送入热化学转化(K)，以便获取包括氢、一氧化碳、水和二氧化碳的合成粗气(16)，至少通过在第二变温吸附装置(T1)中分离出水和二氧化碳从所述包括氢、一氧化碳、水和二氧化碳的合成粗气中获得所述低氮合成气(20)，其特征在于，在所述低氮，无水和无二氧化碳的天然气(6)进行热化学转化(K)之前，将其至少一部分(8)用作所述第一变温吸附装置(T1)和/或所述第二变温吸附装置(T2)再生时的再生气体(9,10)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述低氮，无水和无二氧化碳的天然气的用作再生气体(11,12)的所述部分(8)与所述吸附器再生时被解吸附的物质一起送入所述热化学转化(K)。3.根据权利要求1或2中的一项所述的方法，其特征在于，将所述低氮，无水和无二氧化碳的天然气(6)的确定为再生气体的所述部分(8)分成第一部分(9)和第二部分(10)，其中所述第一部分(9)只在所述第一变温吸附装置(T1)中用作再生气体，并且所述第二部分(10)只在所述第二变温吸附装置(T2)中用作再生气体。4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，在所述第一变温吸附装置(T1)的上游将在所述含氮和二氧化碳的天然气(1)中存在的二氧化碳(3)分离出。5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，所述热化学转化(K)作为自热重整或部分氧化或蒸汽重整或作为所述方法中的至少两者的组合来执行。6.一种用于从含氮和二氧化碳的天然气(1)中制备低氮合成气(20)的装置，所述装置具有：第一变温吸附装置(T1)，用于从所述含氮和二氧化碳的天然气(1)中分离出水和二氧化碳，以及用于获取含氮，无水和无二氧化碳的天然气(5)；低温气体分离器(N)，用所述低温气体分...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：林德有限责任公司，
类型：发明
国别省市：