由合成气获得产品的方法和设备技术

本发明专利技术涉及通过在两级冷凝过程中低温分离主要由氢（Ｈ↓［２］）和一氧化碳（ＣＯ）组成的进料气体（１）以获得一氧化碳产品（３７）和氢产品（１６）的方法，其中通过将富含Ｈ↓［２］的馏份（４３）与液氮（Ｍ－Ｎ↓［２］）（３８，４２）加以混合而产生第二冷凝级的最大冷量。本发明专利技术还涉及用于实施该方法的设备。由以气态从外部输入所述两级冷凝过程的氮（３９）通过在所述两级冷凝过程中与待加热的工艺流相对地进行冷却、冷凝和优选过冷而产生Ｍ－Ｎ↓［２］的至少一部分（Ｇ－Ｎ↓［２］）（４２）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过主要由氢(H2)和一氧化碳(CO)组成的进料气体 在两级冷凝过程中的低温分离而获得一氧化碳产品和氢产品的方法，其 中通过将富含H2的馏份与液氮(M-N2)混合而产生第二冷凝级的最大 冷量。本专利技术还涉及用于实施该方法的设备。
技术介绍
通过不同的生产方法，例如催化蒸汽重整或者部分氧化(POX)，由诸如天然气、液化气、石脑油、重油或煤的含烃的原料，产生绝大部分由H2和CO组成的、但还包含甲烷(CH4)、水(H20)、 二氧化碳(C02) 和诸如氮和氩的其他组份的所谓的合成气。由合成气通过提纯和分离特 别是获得CO和H2作为产品，它们在工业上有各种各样的用途。取决于待分离的进料气体的组成、所要求的产品系列和力求达到的 产品纯度，特别是采用两种低温分离法、冷凝过程和甲烷洗涤以大规模 分离合成气。两种低温分离法中比较陈旧且比较简单的冷凝过程，特别适合于分 离通过部分氧化产生的合成气，因为此类气体通常以高压存在，同时具 有高的CO含量和低的甲垸含量。在冷凝过程中，进料气体在与待加热 的工艺流相对的间接热交换中进行冷却，从而使其发生部分冷凝，在此 形成富含CO、含有H2的液体馏份和富含H2、含有CO的气体馏份，随 后在分相器中分离。然后提纯(H2汽提，甲烷分离)其中仍溶解有H2 及其他物质的富含CO的液体馏份，并作为CO产品排出。在该方法中， 仅能以约90%的产率获得进料气体中所含的CO。此外，产生纯度仅为 约90摩尔％的含有H2的物料流，因此无法作为产品排出。为了避免上述缺点，并以更高的产率获得co产品，和/或生产纯度大于95摩尔X的H2产品，根据现有技术，冷凝过程围绕膜单元或者围 绕冷凝级展开(两级冷凝过程)。在这两个过程中，进一步处理通过冷凝 获得的富含H2、含有CO的气体馏份，其中基本上分离出一氧化碳，并 导入CO产品中；在分离出一氧化碳之后，富含H2的气体馏份具有所要 求的大于95摩尔0/^的纯度，由此在一些情况下可以省略借助变压吸附的 后续纯化。在两级冷凝过程中，在第一冷凝级获得的富含H2、含有CO的气体 馏份与待加热的工艺流相对地进一步冷却，其中产生富含CO、含有H2 的第二液体馏份和富含H2、含有CO的第二气体馏份，随后在第二分相 器中进行分离。根据现有技术通过将液氮与主要由氢组成的气体馏份加 以混合而产生该第二冷凝级所需的最大冷量，为此从外部，例如从低温 空气分离机，向低温过程输入液氮，在该低温空气分离机中获得POX所 需的氧。为了在第二分离机处达到足够低的温度，必须向两级冷凝过程 输入相对大量的液氮，从而使引入的冷量大于满足该过程冷量平衡所需 的冷量。目前过剩的冷量未被利用而损失掉。因为以相当大的设备复杂 性及特别是能量消耗制备液氮，所以未被利用的冷量显著地损害两级冷 凝过程的经济性。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提出前述类型的方法以及实施该方法的设 备，其能够以低于现有技术的运行成本由合成气生产氢产品和一氧化碳广口卩o根据本专利技术在方法方面以如下方式实现该目的，通过在两级冷凝过 程中与待加热的工艺流相对地进行冷却、冷凝及优选过冷，由以气态从外部导入两级冷凝过程的氮产生M-N2的至少一部分(G-N2)。本专利技术基于以下经验，与液氮相比，可以明显更低的成本生产气态 氮。通过采用根据本专利技术的方法，在空气分离机范围内实现运行成本和 投资成本的相应降低。若将两级冷凝过程例如用于分离通过部分氧化(POX)产生的合成 气，并且在空气分离机中通过低温分离空气而获得POX所需的氧，则针对性地从该空气分离机获得液氮。若冷量平衡表明在两级冷凝过程中无法产生足够的G-N2，以在第二 冷凝级的分离机处达到所期望的温度，则根据本专利技术方法的一个实施方 案，以液体形式从外部输入所缺少的氮量(L-N2)。针对性地调节G-N2 与L-N2的量的比例，从而以所期望的产率生产一氧化碳产品及以所要求 的纯度生产氢产品，但不会发生冷量过剩。根据本专利技术方法的另一个实施方案，建议从空气分离机获得G-N2 和/或L-N2，在其中生产氧以产生含有氢和一氧化碳的进料气体(例如在 POX中)。G-N2优选以中等或低的压力水平从空气分离机排出，从而使 该过程的总能量需求最小化。此外，本专利技术还涉及用于实施两级冷凝过程的设备(气体分离机)， 在其中可将主要由氢(H2)和一氧化碳(CO)组成的进料气体分离成一 氧化碳产品和氢产品，其中通过将富含H2的馏份与液氮(M-N2)混合 而产生该气体分离机的第二冷凝级的最大冷量。根据本专利技术在设备方面以如下方式实现所提出的目的，气体分离机 包括用于制造M-N2的至少一部分(G-N2)的装置，在其中将以气态从 外部输入的氮通过与待加热的工艺流相对地进行冷却而实施冷凝及优选 过冷。根据现有技术，气体分离机大多具有两个串联的热交换器，其中热 交换器是板式热交换器，而第一热交换器的冷侧比第二热交换器的热侧 还热。第一热交换器的热侧针对性地经由管道与气态氮的来源相连接，经由该管道可以气态向第一热交换器输入氮。随后在热交换器中与待加 热的工艺流相对地对氮进行冷却、冷凝和任选的过冷。在气体分离机内部没有足够的冷量以从气态氮产生所需M-N2的总 量的情况下，根据本专利技术设备的一个实施方案，该气体分离机装配有一 个装置，经由该装置可以从外部以液氮(L-N2)的形式向气体分离机输 入一部分量的M-N2。根据本专利技术设备的一个优选的实施方案，从空气分离机获得气态氮 以产生G-N2和/或L-N2，在其中生产氧以产生含有氢和一氧化碳的进料 气体(例如在POX中)。来自空气分离机的气态氮优选具有中等或低的压力水平。通过用气态氮代替液氮，根据本专利技术的方法可以降低用于产生两级 冷凝过程中最大冷量的成本，并提高该分离法的经济性。下面根据两个实施例更详细地阐述本专利技术，两者均涉及附图中的示 意图。附图说明图1所示为根据本专利技术的实施方案。具体实施例方式该实施例是由含烃的进料生产氢产品和一氧化碳产品的方法。 将含烃的进料1与从空气分离机LZ获得的氧流2 —起导入POX反 应器P中，在此通过部分氧化转化为主要含有氢(H2)和一氧化碳(CO) 的合成粗煤气3。在气体提纯装置R中通过进一步除去诸如水和二氧化 碳的非期望的物质而从合成粗煤气3获得主要由氢和一氧化碳组成的进 料气体4，随后将其导入低温分离单元Z。在此，通过在两个主热交换器 El和E2中与待加热的工艺流相对地进行冷却和部分冷凝而从进料气体 4产生第一两相混合物5，将其在分相器D1中分离成富含H2、含有CO 的第一气相6和富含CO、含有H2的第一液相7。在热交换器E3中进一步冷却该富含H2、含有CO的第一气相6,其中所含的一氧化碳的一部 分被冷凝出，并产生第二两相混合物8，将其在分相器D2中分离成富含 H2、含有CO的第二气相9和富含CO、含有H2的第二液相10。富含 CO、含有H2的第二液相10在热交换器E3中与待冷却的工艺流相对地 加热之后，经由管道ll进一步引导，经由节流装置a减压，与经由节流 装置b减压的富含CO、含有H2的第一液相7 —起经由管道12引导至 H2汽提塔T1，并在塔顶加入。该H2汽提塔Tl用于除去溶解于富含CO 的物料流12中的氢。使用集成在热交换器E2中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过在两级冷凝过程中低温分离主要由氢（Ｈ↓［２］）和一氧化碳（ＣＯ）组成的进料气体（１）以获得一氧化碳产品（３７）和氢产品（１６）的方法，其中通过将富含Ｈ↓［２］的馏份（４３）与液氮（Ｍ－Ｎ↓［２］）（３８，４２）加以混合而产生第二冷凝级的最大冷量，其特征在于，由以气态从外部输入所述两级冷凝过程的氮（３９）通过在所述两级冷凝过程中与待加热的工艺流相对地进行冷却、冷凝和优选过冷而产生Ｍ－Ｎ↓［２］的至少一部分（Ｇ－Ｎ↓［２］）（４２）。

【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：M朗，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]