一种用于从包含二氧化碳和氢的合成气流中分离氢和二氧化碳的方法，所述方法包括：（Ａ）在至少５０巴表压的压力下将变换了的合成气流供给至少一个装有对Ｈ２的选择性超过ＣＯ２、大于１６的膜的膜分离器单元，从所述膜分离器单元中移出ＣＯ２含量低于１０摩尔％的富集氢的透过物流和ＣＯ２含量为至少６３摩尔％ＣＯ２，优选至少７０摩尔％ＣＯ２的富集二氧化碳的保留物流；（Ｂ）将所述富集二氧化碳的保留物流供给二氧化碳冷凝装置，在此通过以下步骤将所述保留物流冷却至冷凝出液体ＣＯ２：（ｉ）使所述富集二氧化碳的保留物流通过换热器，在此所述保留物流靠外部制冷剂冷却到其露点以下，从而形成包含液相和气相的冷却物流，其中所述液相包含实质上纯的液体ＣＯ２，且与所述保留物流相比，所述气相富集氢；（ｉｉ）将来自步骤（ｉ）的两相物流通到分离容器中，在此所述液相与所述气相分离，并从所述分离容器中移出液体ＣＯ２流和富集氢的蒸汽流；（ｉｉｉ）如果所述富集氢的蒸汽流的ＣＯ２含量超过１０摩尔％，则使所述蒸汽流通过另一个换热器，在此所述蒸汽流靠另外的外部制冷剂冷却到其露点以下，从而形成包含液相和气相的另一冷却物流，其中所述液相包含实质上纯的液体ＣＯ２，且与所述保留物流相比，所述气相更富集氢；（ｉｖ）将来自步骤（ｉｉｉ）的两相物流通到另一个分离容器中，在此所述液相与所述气相分离，并从所述另一个分离容器中移出液体ＣＯ２流和富集氢的蒸汽流；和（ｖｉ）如果需要，则重复步骤（ｉｉｉ）至（ｉｖ），直到从所述另一个分离容器中移出的富集氢的蒸汽流的ＣＯ２含量低于１０摩尔％为止，（Ｃ）在高于发电厂的燃气轮机的操作压力的压力下、将步骤（Ｂ）中形成的ＣＯ２含量小于１０摩尔％的富集氢的蒸汽流和／或步骤（Ａ）中形成的ＣＯ２含量小于１０摩尔％的富集氢的透过物流作为燃料气体进料流通到至少一个燃气轮机中用于发电；和（Ｄ）留住步骤（Ｂ）中形成的液体ＣＯ２流。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二氧化碳和氢的分离本专利技术涉及从包含氢和二氧化碳的合成气流中回收浓缩形式的二氧化碳和氢，由此产生可被留住(sequestered)或用于强化采油的二氧化碳流和可被用作发电厂的燃料 从而发电的氢气流。国际专利申请WO 2004/089499号涉及从进料气中移除酸性气体，尤其是从合成 气中移除二氧化碳和硫化氢的配置(configuration)和方法。具体地说，WO 2004/089499 描述了一个包括膜分离器的装置，该膜分离器接收脱硫后的合成气并从含二氧化碳的废气 中分离氢。自动制冷单元优选与该膜分离器流体连接且接收含二氧化碳的废气，其中该自 动制冷单元生成二氧化碳产物和含氢废气，燃气轮机接收氢和含氢废气。在一个特别优选 的配置中，使经变换和脱硫的合成气通过膜分离单元而从富二氧化碳的废气中分离氢，该 富二氧化碳的废气使用自动制冷法干燥并液化。将来自膜分离单元的氢再压缩，随后供给 (任选与自动制冷废气组合)到涡轮机燃烧室中。在最优选的方面，该涡轮机燃烧室与产生 电能的发电机可操作地连接，且烟道气的热使用形成高压蒸汽以驱动汽轮发电机的余热回 收蒸汽发生器(HRSG)提取。据称，供给膜包装(membrane package)的合成气的高操作压 力被有利地用于产生透过气体。富含氢的透过气体的压力为约lOOpsia。然而，未给出所述 膜包装的合成气体进料的压力。富集了 CO2的剩余气流不透过所述膜。该剩余气流在换热 器(例如用外部制冷剂和废蒸汽)中冷却并分成液体CO2部分和蒸汽部分。图3表明外部 制冷剂为丙烷且废蒸汽为内部制冷剂(冷的含氢废气)。所述蒸汽部分随后在膨胀机360 中进一步膨胀。本领域技术人员将会理解，蒸汽流的膨胀因焦耳_汤姆逊效应而引起冷却。 将冷却的膨胀蒸汽部分再次分离而形成第二液化CO2产物(其被合并以形成液化CO2流) 和含氢废气，该含氢废气在作为燃料被送往燃气轮机之前在换热器(参见上文)中用作内 部制冷剂。据称，自所述剩余气流回收的膨胀能可有利地用于在压缩机中再压缩富氢的透 过物流。如此压缩的富氢的透过物流随后可与含氢废气合并且用作燃气轮机的燃料。WO 2004/089499的自动制冷法提供了来自合成气的两种产物流富氢的废气流和液化的二氧 化碳流，该二氧化碳流捕获了变换流出物(shift effluent)中总二氧化碳的约70%。该二 氧化碳可用泵增压到约2000psia并用于强化采油(EOR)。还应当认识到，该CO2的至少一 部分也可用作制冷剂(例如在冷箱或交换器中以降低功耗)。将来自所述膜的透过气体再 压缩到约350psia并将其与来自自动制冷法的富氢物流混合。然而，据说压缩氢所需的功 率相当大。现已发现通过在至少50巴表压的压力下将变换了的合成气流供给氢选择性膜 分离单元，富氢的透过物流可直接供给燃气轮机的燃烧室，无需再压缩氢。还发现来自所 述膜分离单元的剩余气流(富集二氧化碳的气流)可使用至少一个(优选至少两个)外部 制冷站冷却，使得含氢废气也在高于燃气轮机的燃烧室的操作压力下得到。因此，本专利技术提供一种用于(a)将合成气流分成富集氢的蒸汽流和液体二氧化碳 流，(b)通过将分离的富集氢的物流作为燃料气流供给发电厂的至少一个燃气轮机的燃烧 室，由所述分离的富集氢的物流发电，和(c)留住所述液体二氧化碳流的方法，其特征在于 所述方法包括(A) (a)在至少50巴表压的压力下将变换了的合成气流供给至少一个装有对于H2 的选择性超过C02、大于16的膜的膜分离器单元；和(b)从所述膜分离单元中移出0)2含量 为10摩尔％或更低的富集氢的透过物流和C02含量为至少63摩尔％ C02、优选至少70摩 尔％ C02的富集二氧化碳的保留物流，其中所述富集氢的透过物流和富集二氧化碳的保留 物流各自在处于或高于发电厂燃气轮机的燃烧室的最小燃料气体进料压力的压力下从膜 分离单元中移出；(B) (a)将所述富集二氧化碳的保留物流供给包括第一低温分离站和任选的一个 或多个串联配置的其它低温分离站的二氧化碳冷凝装置，其中第一低温分离站和任选的其 它低温分离站各自包括换热器和分离容器；和(b)通过以下步骤在二氧化碳冷凝装置中产 生co2含量为10摩尔％或更低的另一富集氢的蒸汽流和至少一种包含实质上纯的液体co2 的液流(i)使富集二氧化碳的保留物流通过第一低温分离站的换热器，在此所述保留物 流靠外部制冷剂冷却到其露点以下，从而形成包含液相和气相的冷却物流，其中所述液相 包含实质上纯的液体C02，且与所述保留物流相比，所述气相富集氢；(ii)将来自步骤(i)的两相物流通到第一低温分离站的分离容器中，在此所述液 相与所述气相分离；(iii)从第一低温分离站的分离容器中移出液体C02流和富集氢的蒸汽流；(iv)如果富集氢的蒸汽流的C02含量超过10摩尔％，则使富集氢的蒸汽流通过另 一个低温分离站的换热器，在此所述蒸汽流靠另外的外部制冷剂冷却到其露点以下，从而 形成包含液相和气相的另一冷却物流，其中所述液相包含实质上纯的液体co2，且与所述保 留物流相比，所述气相更富集氢；(v)将来自步骤(iv)的两相物流通到另一低温分离站的分离容器中，在此所述液 相与所述气相分离；(vi)从另一低温分离站的分离容器中移出液体C02流和富集氢的蒸汽流；和(vii)如果需要，则通过使富集氢的蒸汽流通过一个或多个另外的低温分离站重 复步骤(iv)至(vi)，直到从另外的低温分离站的分离容器中移出的富集氢的蒸汽流的C02 含量为10摩尔％或更低为止，其中控制跨越低温分离站的任何压降，使得氢含量为10摩尔％或更低的另一富 集氢的蒸汽流在处于或高于发电厂燃气轮机的燃烧室的最小燃料气体进料压力的压力下 得到；(C)将步骤(A)中形成的0)2含量小于10摩尔％的富集氢的蒸汽流和/或步骤 (B)中形成的0)2含量小于10摩尔％的富集氢的透过物流作为燃料气体进料流通到发电厂 燃气轮机的燃烧室中用于发电；和(D)留住步骤⑶中形成的液体C02物流。本专利技术方法的一个优势在于实质上所有的氢都从合成气流中分离出。本专利技术方 法的另一个优势在于分离的氢在处于或高于发电厂燃气轮机的燃烧室的最小燃料气体进 料压力(入口压力)的压力下得到。典型地是，至少99%，优选至少99.5%，尤其是至少 99. 8%的氢从变换了的合成气流中分离出。本专利技术的另一个优势在于至少90%的二氧化碳 从变换了的合成气流中分离出。合成气流可在气化器中由固体燃料(如石油焦炭或煤炭)产生或在重整器中由气 态烃进料产生。来自气化器或重整器的合成气流含有大量一氧化碳。因此，将合成气流在变换器单元中处理以产生变换了的合成气流。在变换器单元 中，实质上所有包含在合成气流中的一氧化碳都根据水气变换反应(WGSR)经变换催化剂 转化为二氧化碳C0+H20 — C02+H2。所述变换器单元可为含有变换催化剂的单个变换反应器。然而，优选所述变换器 单元包括含有高温变换催化剂的高温变换反应器和含有低温变换催化剂的低温变换反应 器。水气变换反应为放热的且引起跨越变换器单元的显著温度升高。因此，变换器单元可 如下冷却连续移除一部分变换了的合成气流，且通过与一种或多种工艺物流(例如锅炉 给水或蒸汽(用于产生过热本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于（ａ）将合成气流分成富集氢的蒸汽流和液体二氧化碳流，（ｂ）通过将分离的富集氢的物流作为燃料气流供给发电厂的至少一个燃气轮机的燃烧室，由所述分离的富集氢的物流发电，和（ｃ）留住所述液体二氧化碳流的方法，其特征在于所述方法包括：（Ａ）（ａ）在至少５０巴表压的压力下将变换了的合成气流供给至少一个装有对Ｈ↓［２］的选择性超过ＣＯ↓［２］、大于１６的膜的膜分离器单元；和（ｂ）从所述膜分离单元中移出ＣＯ↓［２］含量为１０摩尔％或更低的富集氢的透过物流和ＣＯ↓［２］含量为至少６３摩小于１０摩尔％的富集氢的透过物流作为燃料气体进料流通到所述发电厂的燃气轮机的燃烧室中用于发电；和（Ｄ）留住步骤（Ｂ）中形成的液体ＣＯ↓［２］物流。尔％ＣＯ↓［２］，优选至少７０摩尔％ＣＯ↓［２］的富集二氧化碳的保留物流，其中所述富集氢的透过物流和所述富集二氧化碳的保留物流各自在处于或高于所述发电厂的燃气轮机的燃烧室的最小燃料气体进料压力的压力下从所述膜分离单元中移出；（Ｂ）（ａ）将所述富集二氧化碳的保留物流供给包括第一低温分离站和任选的一个或多个其它低温分离站的二氧化碳冷凝装置，其中所述第一低温分离站和所述任选的其它低温分离站各自包括换热器和分离容器；和（ｂ）通过以下步骤在所述二氧化碳冷凝装置中产生ＣＯ↓［２］含量为１０摩尔％或更低的另一富集氢的蒸汽流和至少一种包含实质上纯的液体ＣＯ↓［２］的液流：（ｉ）使所述富集二氧化碳的保留物流通过所述第一低温分离站的换热器，在此所述保留物流靠外部制冷剂冷却到其露点以下，从而形成包含液相和气相的冷却物流，其中所述液相包含实质上纯的液体ＣＯ↓［２］，且与所述保留物流相比，所述气相富集氢；（ｉｉ）将来自步骤（ｉ）的两相物流通到所述第一低温分离站的分离容器中，在此所述液相与所述气相分离；（ｉｉｉ）从所述第一低温分离站的分离容器中移出液体ＣＯ↓［２］流和富集氢的蒸汽流；（ｉｖ）如果所述富集氢的蒸汽流的ＣＯ↓［２］含量超过１０摩尔％，则使所述富集氢的蒸汽流通过另一个低温分离站的换热器，在此所述蒸汽流靠另外的外部制冷剂冷却到其露点以下，从而形成包含液相和气相的另一冷却物流，其中所述液相包含实质上纯的液体ＣＯ↓［２］，且与所述保留物流相比，所述气相更富集氢；（ｖ）将来自步骤（ｉｖ）的两相物流通到所述另一个低温分离站的分离容器中，在此所述液相与所述气相分离；（ｖｉ）从所述另一个低温分离站的分离容器中移出液体ＣＯ↓［２］...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：JA富尔塞斯，RN哈珀，AP欣德林克，B赫达，E范德波尔，
申请(专利权)人：英国备选能源国际有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]
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