專利名稱：用于分離氣體混合物的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在一個低溫的氣體分離過程中由一種絕大部分由二氧化碳(C02)及氮氣(N2)組成的原料氣體產(chǎn)生二氧化碳產(chǎn)品的方法以及一種用于實施該方法的裝置。
背景技術：
在工業(yè)過程中，通常需要將二氧化碳(C02)從含C02的氣體混合 物中分離出去。例如合成粗煤氣通常除了包括所需的組成部分即氫氣 (H2)和一氧化碳(CO)外還包括大量的C02份額，這些C02份額必須被從合成粗煤氣中除去，所述合成粗煤氣被以高的技術標準在制煤氣 設備中由碳或/和碳氫爐料例如通過與水蒸汽的重整或通過部分的氧 化產(chǎn)生。
背景技術：
是，合成粗煤氣受到一個物理上的煤氣洗，其中，用一 種起物理作用的洗滌劑將C02從合成粗煤氣中分離出去。該方法提供 了優(yōu)點，因為目前合成粗煤氣通常在高壓下產(chǎn)生，并且物理的煤氣洗 的有效性近似線性地隨著工作壓力提高。甲醇洗對于合成粗煤氣的凈化具有特別的意義，在甲醇洗的情況 下，被低溫冷卻的甲醇用作洗滌劑。它利用了這樣的事實，即，在低 溫冷卻的甲醇中C02的溶解度系數(shù)與H2和CO的溶解度系數(shù)以很大的數(shù) 量級不同。因此，在甲醇洗中，C02能很大程度上選擇地從合成粗煤氣 中分離出去，因為在低溫冷卻的甲醇中二氧化碳能比&和CO更好地 溶解。在煤氣洗時加載了 C02的甲醇在洗滌過程之后被再生并且又被 回輸?shù)剿鲞^程中。為了將C02從加載的甲醇中分離出，甲醇洗的洗滌劑再生裝置通 常包括一個解吸塔(Strippimg)，其中使用氮氣(N2)作為解吸氣體。 根據(jù)現(xiàn)有技術，在此產(chǎn)生的氣體流、即N2份額通常為體積的15%的富 C02的氣體混合物作為尾氣輸送到設備附近并且在那里不加以經(jīng)濟利 用地排放到大氣中。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的任務在于，提出一種開頭所述類型的方法以及一種用于 實施該方法的裝置，通過它們允許用少的設備-和經(jīng)濟耗費從來自甲 醇洗的洗滌劑再生裝置的含二氧化碳和氮氣的尾氣產(chǎn)生一種經(jīng)濟上 有用的二氧化碳產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明，該任務在方法方面通過以下方式解決，即，它具有 以下方法步驟a) 通過原料氣體在一個熱交換器中的逆著待被蒸發(fā)和/或待被升 溫的過程流的冷卻產(chǎn)生一個第一雙相混合物；b) 將該第一雙相混合物在一個第一分離器中分離為一個第一富 N2的含二氧化碳的氣體相和一個第一富C02的含氮的液體相；c) 通過第一富C02的含氮的液體相經(jīng)由一個節(jié)流機構的減壓產(chǎn)生 一個第二雙相混合物；d) 將該第二雙相混合物在一個第二分離器中分離為一個第二富 N2的含二氧化碳的氣體相和一個具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的第二液體 相；e) 通過一個第二節(jié)流機構使第一富N2的含二氧化碳的氣體相減 壓并且將減壓后的第一和第二富N2的含二氧化碳的氣體相合并為一個 第三富N2的含二氧化碳的氣體相；f) 通過第三富N2的含二氧化碳的氣體相經(jīng)由一個第三節(jié)流機構 的釋放冷量的減壓產(chǎn)生用于氣體分離過程的峰值冷量，其中，該減壓 這樣進行，使得不形成固體物質(zhì)；g) 使通過第三富N2的含二氧化碳的氣體相的減壓得到的物質(zhì)流 (9)逆著待被冷卻的原料氣體升溫；h) 使具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的液體相經(jīng)由一個第四節(jié)流機構釋 放冷量地減壓，其中，該減壓這樣進行，使得不形成固體物質(zhì)；i) 使通過具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的液體相經(jīng)由第四節(jié)流機構的 減壓產(chǎn)生的第三雙相混合物逆著待被冷卻的原料氣體蒸發(fā)及冷卻；j)使具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的第二液體相的未釋放冷量地減壓 的部分逆著待被冷卻的原料氣體蒸發(fā)及冷卻；k)將在方法步驟i)和j)中產(chǎn)生的具有二氧化碳質(zhì)量的氣體相 合并為一個二氧化碳產(chǎn)品。本發(fā)明方法的其他構型考慮-原料氣體通過壓縮一種絕大部分由二氧化碳及氮氣組成的氣體 來產(chǎn)生。-每個具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的氣體相分別在不同的壓縮機段的 吸入側(cè)輸送給一個具有至少兩個壓縮機段的C02-壓縮機并且被壓縮到產(chǎn)品壓力。-使用一種來自一個甲醇洗的洗滌劑再生裝置的、含二氧化碳和 氮氣的尾氣作為原料氣體。根據(jù)本發(fā)明，所提出的任務在裝置方面通過以下方式解決艮P， 它具有以下的裝置a) —個熱交換器，在該熱交換器中通過原料氣體的逆著待蒸發(fā) 和/或待升溫的過程流的冷卻可從原料氣體中產(chǎn)生一個第一雙相混合 物；b) —個第一分離器，在該分離器中將該第一雙相混合物分離為 一個第一富N2的含二氧化碳的氣體相和一個第一富C02的含氮的液體 相；c) 一個第一節(jié)流機構，第一富C02的含氮的液體相可通過該節(jié)流機構減壓，這時產(chǎn)生一個第二雙相混合物；d) —個第二分離器,第二雙相混合物在該分離器中可被分離為一 個第二富N2的含二氧化碳的氣體相和一個具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的第二液體相；e) —個第二節(jié)流機構，通過該節(jié)流機構可使第一富Ns的含二氧 化碳的氣體相減壓到第二富N2的含二氧化碳的氣體相的壓力；f) 一個第三節(jié)流機構，通過該節(jié)流機構可使由第一和第二富N2 的含二氧化碳的氣體相的合并而產(chǎn)生的第三富N2的含二氧化碳的氣體 相釋放冷量地減壓以產(chǎn)生用于氣體分離過程的峰值冷量；g) —個第四節(jié)流機構，通過該節(jié)流機構可使具有二氧化碳產(chǎn)品 質(zhì)量的第二液體相的至少一部分被釋放冷量地減壓；h) 將上述裝置特征連接起來的管道；i) 一個絕熱的殼體(冷箱)，上述裝置特征被設置在該殼體中。 本發(fā)明裝置的其他構型考慮-在該冷箱的外部設置一個壓縮機，在該壓縮機中可通過壓縮一 種絕大部分由C02和N2組成的氣體來產(chǎn)生原料氣體。-在該冷箱的外部設置一個至少具有兩個壓縮機段的C02壓縮機， 以不同的壓力從該冷箱出來的、具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的氣體相可分 別在不同的壓縮機段的吸入側(cè)輸送給該壓縮機。本發(fā)明給出了一種成本有利地將氮氣從一種C02/N2混合物中分離 出去直到剩余體積含量在3%以下的可能性。在所謂的EOR方法中，將二氧化碳壓入石油礦層中，以便在輸送 石油時提高開采量。為此使用的二氧化碳應具有小于3%體積含量的 N2。因此，本發(fā)明特別適合于從含二氧化碳和氮氣的原料氣體、尤其 是從一種來自甲醇洗的洗滌劑再生裝置的尾氣產(chǎn)生二氧化碳產(chǎn)品，該 二氧化碳產(chǎn)品可使用在一種所謂的E0R方法中。


下面借助于一個在附圖中示意性示出的實施例詳細解釋本發(fā)明。
具體實施方式
該實施例涉及一種用于從來自甲醇洗的洗滌劑再生裝置的含二 氧化氮和氮氣的尾氣來產(chǎn)生二氧化碳產(chǎn)品的裝置。從甲醇洗MW的洗滌劑再生裝置幾乎無壓地排出的含二氧化碳及 氮的尾氣19被輸送給壓縮機V1并且在那里被壓縮到約40巴的壓力。 從壓縮機VI排出的氣體作為原料氣體(Einsatzgas)被導入到冷箱K 中并且被輸送到熱交換器W的熱端上。在熱交換器W中，該原料氣體 1逆著待加熱并且待蒸發(fā)的過程流被冷卻到約-40°C的溫度并且在此 情況下部分地液化。這樣產(chǎn)生的雙相混合物通過管道2被從該熱交換 器W引出并且被引導到分離器Dl ，在那里該混合物被分離為一個第一 富N2的含二氧化碳的氣體相及一個第一富C02的含氮的液體相。該第 一富C02的含氮的液體相接著通過管道4被從分離器Dl引出并且通過 節(jié)流機構a減壓到約22巴的壓力。在減壓時經(jīng)由節(jié)流機構a產(chǎn)生的 的第二雙相混合物5被引導到第二分離器D2，在那里該混合物被分離 為一個第二富N2的含二氧化碳的氣體相及一個具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量 的第二液體相。第一富N2的含二氧化碳的氣體相通過管道3被從第一分離器Dl 引出并且通過節(jié)流機構b在管道7中減壓到所述通過管道6從分離器 D2引出的第二富N2的含二氧化碳的氣體相的壓力。這兩個氣體相6 和7合并為一個第三富N2的含二氧化碳的氣體相8，該第三氣體相接 著通過節(jié)流機構c被釋放冷量地減壓以產(chǎn)生氣體分離過程的峰值冷 量。為了防止熱交換器W的通道中的阻塞，該釋放冷量的減壓被減壓 到一個壓力上，該壓力足夠地高，以避免該被減壓的物質(zhì)流9中的固 體物質(zhì)掉落。富N2的含二氧化碳的物質(zhì)流9在熱交換器W中逆著待被 冷卻的原料氣體1升溫、通過管道10從冷箱K導出并且在經(jīng)由節(jié)流機構e的減壓后以預給定的壓力水平通過管道11作為所謂的Nr廢物 輸送到設備附近。具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的第二液體相通過管道12被從分離器D2 導出并且被分成兩個部分流13和14。部分流13接著直接地輸送給熱 交換器的冷端，而部分流14通過節(jié)流機構d被釋放冷量地減壓到約 12巴并且然后才通過管道15輸送給熱交換器W。部分流14的大小被 這樣調(diào)節(jié)，使得能夠彌補該過程的不可避免的冷量損失。這兩個部分 流13和15接著在熱交換器W中逆著原料氣體1蒸發(fā)及升溫并且氣態(tài) 地通過管道16和17被從冷箱K導出。具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的氣體流16接著在第一壓縮機段VS1 的吸入側(cè)輸送給產(chǎn)品壓縮機V2，而同樣具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的氣體 流17 (其壓力高于氣體流16的壓力)在第二壓縮機段VS2的吸入側(cè) 被輸送給壓縮機V2。這兩個氣體流在第三壓縮機段VS3中被共同地壓 縮到產(chǎn)品壓力并且通過管道18作為二氧化碳產(chǎn)品輸送到設備附近。
權利要求
1.一種用于在一個低溫的氣體分離過程中由一種絕大部分由二氧化碳(CO2)及氮氣(N2)組成的原料氣體(1)產(chǎn)生二氧化碳產(chǎn)品的方法，具有以下方法步驟a)通過原料氣體(1)在一個熱交換器(W)中的逆著待被蒸發(fā)和/或待被升溫的過程流的冷卻產(chǎn)生一個第一雙相混合物(2)；b)將該第一雙相混合物(2)在一個第一分離器(D1)中分離為一個第一富N2的含二氧化碳的氣體相(3)和一個第一富CO2的含氮的液體相(4)；c)通過第一富CO2的含氮的液體相(4)的經(jīng)由一個節(jié)流機構(a)的減壓產(chǎn)生一個第二雙相混合物(5)；d)將該第二雙相混合物(5)在一個第二分離器(D2)中分離為一個第二富N2的含二氧化碳的氣體相(6)和一個具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的第二液體相(12)；e)通過一個第二節(jié)流機構(b)使第一富N2的含二氧化碳的氣體相(3)減壓并且將減壓后的第一(7)和第二富N2的含二氧化碳的氣體相(6)合并為一個第三富N2的含二氧化碳的氣體相(8)；f)通過第三富N2的含二氧化碳的氣體相(8)的經(jīng)由一個第三節(jié)流機構(c)的釋放冷量的減壓產(chǎn)生用于氣體分離過程的峰值冷量，其中，該減壓這樣進行，使得不形成固體物質(zhì)；g)使通過第三富N2的含二氧化碳的氣體相(8)的減壓得到的物質(zhì)流(9)逆著待被冷卻的原料氣體(1)升溫；h)使具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的第二液體相(12)的至少一部分(14)經(jīng)由一個第四節(jié)流機構(d)釋放冷量地減壓，其中，該減壓這樣進行，使得不形成固體物質(zhì)；i)使通過具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的液體相(14)的經(jīng)由第四節(jié)流機構(d)的減壓產(chǎn)生的第三雙相混合物(15)逆著待被冷卻的原料氣體(1)蒸發(fā)及升溫；j)使具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的第二液體相(12)的未釋放冷量地減壓的部分(13)逆著待被冷卻的原料氣體(1)蒸發(fā)及升溫；k)將在方法步驟i)和j)中產(chǎn)生的具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的氣體相(16，17)合并為一個二氧化碳產(chǎn)品(18)。
2. 按權利要求l所述的方法，其特征在于該原料氣體(1)通 過壓縮一種絕大部分由二氧化碳及氮氣組成的氣體(19)來產(chǎn)生。
3. 按權利要求1或2所述的方法，其特征在于各個具有二氧 化碳產(chǎn)品質(zhì)量的氣體相(16， 17)分別在不同的壓縮機段的吸入側(cè)輸 送給一個具有至少兩個壓縮機段(VS1， VS2)的C0廠壓縮機(V2)并 且被壓縮到產(chǎn)品壓力。
4. 按權利要求1-3之一所述的方法，其特征在于使用一種來 自一個甲醇洗(麗)的洗滌劑再生裝置的、含二氧化碳和氮氣的尾氣(19)作為原料氣體(1)。
5. —種用于在一個低溫的氣體分離過程中由一種絕大部分由二 氧化碳(C02)及氮氣(N2)組成的原料氣體(1)產(chǎn)生二氧化碳產(chǎn)品 的裝置，包括a) —個熱交換器(W)，在該熱交換器中通過原料氣體的逆著待 蒸發(fā)和待升溫的過程流的冷卻可從該原料氣體(1)中產(chǎn)生一個第一 雙相混合物(2);b) —個第一分離器(Dl)，在該分離器中可將該第一雙相混合 物(2)分離為一個第一富N2的含二氧化碳的氣體相(3)和一個第一 富C02的含氮的液體相(4);c) 一個第一節(jié)流機構(a)，第一富C02的含氮的液體相(4)可 通過該第一節(jié)流機構減壓，這時產(chǎn)生一個第二雙相混合物(5);d) —個第二分離器(D2)，第二雙相混合物(5)在該分離器中可被分離為一個第二富N2的含二氧化碳的氣體相(6)和一個具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的第二液體相(12);e) —個第二節(jié)流機構(b),通過該節(jié)流機構可使第一富N2的含 二氧化碳的氣體相(3)減壓到第二富N2的含二氧化碳的氣體相(6) 的壓力；f) 一個第三節(jié)流機構(c)，通過該節(jié)流機構可使由第一 (3) 和第二富N2的含二氧化碳的氣體相(6)的合并而產(chǎn)生的第三富N2的 含二氧化碳的氣體相(8)釋放冷量地減壓以產(chǎn)生用于氣體分離過程 的峰值冷量；g) —個第四節(jié)流機構(d)，通過該節(jié)流機構可使具有二氧化碳 產(chǎn)品質(zhì)量的第二液體相(12)的至少一部分(14)釋放冷量地減壓；h) 將上述裝置特征連接起來的管道；i) 一個絕熱的殼體(冷箱)(K)，上述裝置特征被設置在該殼 體中。
6. 按權利要求5所述的裝置，其特征在于在該冷箱(K)的外 部設置了一個壓縮機(VI)，在該壓縮機中可通過壓縮一種絕大部分 由C02和N2組成的氣體(19)來產(chǎn)生原料氣體(1)。
7. 按權利要求5或6所述的裝置，其特征在于在該冷箱(K) 的外部設置了一個具有至少兩個壓縮機段的C02-壓縮機(V2)，以不 同的壓力從該冷箱(K)出來的、具有二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量的氣體相(16， 17)可分別在不同的壓縮機段(VS1， VS2)的吸入側(cè)輸送給該COHE 縮機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在一個低溫的氣體分離過程中由一種絕大部分由二氧化碳(CO₂)及氮氣(N₂)組成的原料氣體(1)產(chǎn)生二氧化碳產(chǎn)品的方法以及一種用于實施該方法的裝置。氮氣在一個單級的冷凝過程中在兩個串聯(lián)設置的分離器(D1，D2)中與二氧化碳分離。
文檔編號F25J3/00GK101245967SQ200710142300
公開日2008年8月20日 申請日期2007年9月14日 優(yōu)先權日2007年2月15日
發(fā)明者B·克萊因 申請人:林德股份公司