改进的氢和二氧化碳联产品制造技术

气体制备装置（１００）具有接收原料气（１２０）并制备第一尾气流（１３２）和第一产物流（１３４）的第一分离器（１３０），和接收第一尾气流（１３２）并制备第二产物流（１４２）和第二尾气流（１４４）的第二分离器（１４０）。液化单元（１５０）接收至少部分第一产物流（１３４）和至少部分第二尾气流（１４４），并制备第三产物流（１５４）和第三尾气流。第三尾气流的第一部分（１５２Ａ）与第一尾气流（１３２）结合，而第三尾气流的第二部分（１５２Ｂ）用作非尾气。在运行气体制备装置（１００）的方法中，ＰＳＡ单元用作第二分离器（１４０），氢作为第二产物流（１４２）收集，而解吸的气体作为第二尾气流（１４４）排放。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的领域是同时制备氢和二氧化碳。
技术介绍
诸如炼油厂气或燃烧过程的尾气的气体的复杂混合物常常在净化气的制备中用作原材料，而且开发了各种系统，以较高纯度(即大于90％(v/v))从单一气体混合物中同时分离出至少两种或多种气体。某些系统采用PSA单元的串联结构，其中第一PSA单元与第二PSA单元具有不同的选择性，且第一单元排出的尾气直接导向第二PSA单元的进料端。这种结构的实例描述在R.Kumar的US 4913709中。在一次要净化较大体积尾气的情况下，Kumar的带有不等吸附特性的吸附床的PSA单元的串联结构是有利的。然而，由于吸附剂床的不同物理-化学性能，往往增加了交叉循环步骤的复杂程度和数量，从而不利地增加了造价和维护要求。其他系统利用具有PSA单元和非PSA单元的结构，如Fuderer的US 4553981中描述的。在Fuderer的系统中，二氧化碳作为尾气通过CO2洗涤器从原料气流中除去，随后将除去CO2的气流送入H2-PSA单元中。然后将H2-PSA尾气通过尾气管排到大气中，或回收到转化炉或变换(Shift)单元中。当从进料气体中同时分离H2和CO2时，可有益地采用Fuderer的结构，从而通过将尾气回收到变换炉的重整装置中，减少来自洗涤器和H2-PSA单元的尾气中的氮和/或氩的不想要的聚积。然而，在回收回路中仍存在相当数量的二氧化碳和氢，一般都被排出或燃烧掉，使它们不再适于回收。其它系统采用选择性膜，以从PSA单元的尾气中分离出所想要的气体组分。例如G.Intille在US4229188中描述了用氢可透过性膜从PSA单元的尾气中回收H2。Instille的膜以高选择性在单一处理步骤中除去H2，然而应用这种膜通常要求较高的压力，从而增加了总体能量要求。为了避免与氢可透过膜相关的至少某些问题，Anand等在US5435836中提出使用吸附剂膜。吸附剂膜一般能以较高的专一性在相对低的压力下回收氢。然而较低压力的优点会被膜交换的需要所抵消，从而增加氢装置的复杂性，或需要不连续的操作。这样，尽管本领域已知从气体混合物中同时制备所想要的气体的各种系统，但是所有或几乎所有系统都存在一个或多个缺点。因此，需要提供改进的用于从气体混合物中同时制备所想要气体的方法和装置。专利技术概述本专利技术涉及包含气体源、第一和第二分离器，以及液化单元的气体制备装置。第一分离器接收来自气体源的原料气，并产生第一尾气流和第一产物流，而第二分离器接收第一尾气流，以产生第二尾气流和第二产物流。液化单元接收第一产物流和第二尾气流，从而产生液化的第三产物流和第三尾气流，而且至少部分第三尾气流与第一尾气流混和。在本专利技术主题的一个方面，气体源提供主要含有氢和二氧化碳的原料气，它通过蒸汽重整过程由天然气制备。而第一分离器优选包括CO2洗涤器，第二分离器包括氢变压吸附(PSA)单元，而液化单元在其尤其优选的方面包括自冷单元。在本专利技术主题的另一个方面，从原料气中除去第一气体组分和第二气体组分的方法采用PSA单元，其产生主要含有第二气体组分的第一产物流，和主要含有第一气体组分和第二气体组分的第一尾气流。将至少部分尾气流送入液化单元中，以产生第二产物流和第二尾气流，且至少部分第二尾气流返回PSA单元。本专利技术的各种目的、特征、方面和优点将从本专利技术的以下优选实施方式的详细描述，以及附图中变得更明显。附图简述附图说明图1是根据本专利技术的主题的气体制备装置的示意图。图2是描述根据本专利技术主题改善从原料气中回收气体组分的方法的流程图。专利技术详述本文所用术语“非尾气”指用在除排放到大气中以外的方法中的气体，优选的方法是包括在蒸汽重整炉或燃气轮机中燃烧、膨胀或压缩，以及在热交换装置中加热/冷却。同样用于本文的术语“自冷系统”指用CO2作为制冷剂制备高纯度液态CO2的装置。尤其可作考虑的自冷系统描述在S.Reddy的PCT申请PCT/US99/00087中，本文参考引用该文献。本文另外使用的术语“H2-PSA单元”和“氢PSA单元”均指设置为制备主要含有氢的产物气流的PSA单元。同样，“CO2-PSA单元”和“二氧化碳PSA单元”指设置为制备主要含有二氧化碳的产物气流的PSA单元，其中术语“主要含有”指该产物气流含有至少50％二氧化碳、氢或主要存在于一种产物中的其他化合物。在图1中，装置100通常带有气体源110，其中原料气流112在重整炉114中重整，并通过输送管116输送到转化炉118中，经重整的原料气在其中转化成原料气流120。第一分离器130从原料气除去第一气体组分，产生第一产物流134和第一尾气流132。将第一尾气流132送入第二分离器140中，产生第二产物流142和第二尾气流144。将第二尾气流144和第一产物流134都送入液化单元150中，第三产物流154从液化单元中除去已液化的产物。离开液化单元的第三尾气流的第一部分152A与第一尾气流132混和，而第三尾气流的第二部分152B在重整燃烧炉中燃烧。在本专利技术主题的优选方面中，生产装置是用于氢和二氧化碳联产的装置，其中第一气体组分为二氧化碳，而第二气体组分为氢。该气体源包括蒸汽重整炉和变换炉，以将主要含有CH4的天然气流转化成主要含有CO2和H2的原料气流。第一分离器是与闪蒸单元和从原料气中除去第一部分CO2的分离罐联用的CO2洗涤器，从而制备CO2浓度大于80mol％的第一产物流，和送入氢PSA单元的第一尾气流。第二分离器是制备含有纯度大于99mol％的H2的第二产物流，以及含有约20mol％H2和大于70mol％的CO2的第二尾气流的氢PSA的单元。第一产物流134和第二尾气流144均送入自冷单元150中，以产生含有纯度大于98mol％的CO2的第三产物流154。约70％(体积)的第三尾气流(即第三尾气流的第一部分)与第一尾气流混和，而约30％(体积)送入蒸汽重整燃烧炉中(即第三尾气流的第二部分)。对于液化单元的结构，应特别注意的是，通过(a)将H2-PSA尾气送入自冷单元和(b)同时将自冷单元尾气回收到H2-PSA中，可提高CO2和H2的回收速度。例如，在第一分离器中未从原料气流除去的CO2将与H2一起，通过来自H2-PSA单元的第二尾气流送入自冷单元中。第二尾气流中的CO2在自冷单元中从第二尾气流中深冷回收，使自冷单元成为第二分离器。第二尾气流中的H2流经自冷单元，并将至少部分第三尾气流再次送入H2-PSA中，来自第二尾气流的H2循环至H2-PSA单元并随后回收。还应注意到，在本专利技术主题的可选择的方面中，尽管气体源不必限于含有蒸汽重整器和变换炉的气体源，但还可包括各种其他组分，这种选择主要在于所想要的气体。例如，在特别需要氢产物的场合，合适的气体源可采用用于各种烃的部分氧化或煤的气化的组分。另一方面，气体源不必局限于主要制备氢的气体源，还可包括制备N2、CO2、CO、He、Ar等的气体源。在较纯的气体为工业过程的副产品的情况下，还可进一步考虑的是，合适的气体源还可含有在除产物外的气体净化，如PSA单元、吸收剂单元、蒸馏塔、酸性气体去除单元等中应用的元素。因此，原料气体流不必限于主要含有H2和CO2的气体混合物。或者，原料气流可尝试包括含有C2-C6烃和更高级的烃(它们可以是或不是脂本文档来自技高网...

【技术保护点】
气体制备装置，包含： 提供含有第一气体组分和第二气体组分的原料气流的气体源； 与气体源流动联结的第一分离器，其中第一分离器除去原料气流中的至少部分第一气体组分，从而产生第一尾气流和主要含有第一气体组分的第一产物流； 与第一分离器流动联结的第二分离器，其中第二分离器除去第一尾气流的至少一部分第二气体组分，从而产生第二尾气流和主要含有第二气体组分的第二产物流； 与第一和第二分离器流动联结的液化单元，其中液化单元接收至少部分第一产物流和至少部分第二尾气流，从而产生主要含有液化的第一气体组分的第三产物流；和 其中液化单元产生第三尾气流，第三尾气流的第一部分与第一尾气流结合，而另一部分用作非尾气。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：S雷迪，
申请(专利权)人：弗劳尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]