專(zhuān)利名稱(chēng)：純一氧化碳餾份的提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從一種在必要時(shí)分離掉水與二氧化碳并至少含氫、一氧化碳和甲烷的進(jìn)料餾份中提取純CO餾份的方法，其中將進(jìn)料餾份冷卻并使之部分冷凝，用過(guò)冷的液態(tài)甲烷洗出一氧化碳和氫，汽提所洗出的氫，并接著對(duì)如此提取得的富CO/CH4餾份進(jìn)行精餾分離，以此分離成純CO餾份和富CH4餾份。
基于對(duì)分離產(chǎn)物的純度要求提高、設(shè)備運(yùn)行成本的重要性越來(lái)越大，以及可供使用的熱力學(xué)數(shù)據(jù)的不斷完善，近年來(lái)H2/CO分離領(lǐng)域不斷發(fā)生著技術(shù)上的變化。
作為H2/CO進(jìn)料餾份的主要供應(yīng)來(lái)源，始終須提及蒸汽重整器(Steam-Reformer)。但是，用氧使重油汽化——即部分氧化——以有廉價(jià)氧來(lái)源為先決條件，近年來(lái)，以氧來(lái)汽化重油作為H2/CO的供應(yīng)者有著重大意義。
絕大部分如此制得的一氧化碳，都用于甲酸和乙酸的生產(chǎn)中。另外的買(mǎi)主出現(xiàn)在聚碳酸酯化學(xué)領(lǐng)域中，該化學(xué)領(lǐng)域要求以高純度光氣為原料，而光氣又要求最高純度的一氧化碳為原料。此時(shí)，一氧化碳中的甲烷含量須＜10ppm(摩爾)、氫含量須＜1000ppm(摩爾)。制造純CO時(shí)產(chǎn)生的氫，在必要時(shí)經(jīng)接續(xù)精細(xì)凈化后，用于各種氫化目的。
R.Fabian在LINDE公司科技報(bào)告書(shū)第55期(1984年)第38-42頁(yè)上和R.Berringer博士在LINDE公司科技報(bào)告書(shū)第62期(1988年)第18-23頁(yè)上發(fā)表的文章，對(duì)制備一氧化碳和副產(chǎn)品氧所使用的方法作了概述。由后面所述的LINDE公司報(bào)告書(shū)中的附圖6及


已知一種借助甲烷洗滌和必不可少的N2/CO分離來(lái)提純CO的方法。在此已知方法中，以過(guò)冷的液態(tài)甲烷在第一洗滌塔中將一氧化碳、氫及氮從進(jìn)料氣流中洗滌出來(lái)。在后置的一個(gè)氫汽提塔中，使洗滌塔塔底抽出的餾份與氫分離。接著在另一個(gè)分離塔中，將從上述汽提塔塔底抽出的無(wú)氫混合物分離成N2/CO餾份(塔頂產(chǎn)物)和CH4重餾份(塔底產(chǎn)物)。此液態(tài)CH4餾份被泵至原料氣的壓力，并供入洗滌塔，作洗滌劑用。接著，在第4個(gè)塔中，分離成CO產(chǎn)物餾份和富N2餾份。倘若進(jìn)料混合氣中不含氮，則可取消該第四個(gè)塔。CO產(chǎn)物餾份溫?zé)岷?，同所謂的循環(huán)CO一起壓縮，并以所需的產(chǎn)品壓力供貨。為對(duì)該過(guò)程供冷，用一個(gè)一氧化碳循環(huán)同制冷渦輪機(jī)一起工作。
為了能在洗滌塔中盡可能完全地洗出一氧化碳和氮，有必要將作洗滌劑的甲烷以盡可能純的形式供入洗滌塔。但是，為在洗滌餾份中獲得盡可能高的CH4純度，就需要富CH4洗滌餾份回收塔再沸效率高。
本發(fā)明賴(lài)以為基礎(chǔ)的目的是，避免現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)。
按本發(fā)明，此目的以下述措施來(lái)實(shí)現(xiàn)用作洗滌劑的過(guò)冷的液態(tài)甲烷至少含有2-15％(摩爾)一氧化碳，優(yōu)選含有7-10％(摩爾)一氧化碳。
下面以附圖來(lái)盡詳闡明本發(fā)明方法以及本發(fā)明裝置與其它發(fā)展。
下文中所有對(duì)工藝流的數(shù)量說(shuō)明，均以摩爾百分比表示。
下表中舉例性地列出了標(biāo)有標(biāo)號(hào)的各管道中的溫度、壓力、流量及氣體或混合氣體的液化分量(Flüssiganteil)。<
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附圖中概括示出一種經(jīng)分離至少含氫、一氧化碳及甲烷且優(yōu)選來(lái)源于蒸汽重整器的進(jìn)料餾份來(lái)提取一氧化碳產(chǎn)品物流和氫副產(chǎn)品物流的方法。
在必要時(shí)用吸附法分離掉水和二氧化碳的進(jìn)料餾份，經(jīng)由管道1輸過(guò)兩個(gè)換熱器E1和E2。進(jìn)料餾份的組成為72.9％(摩爾)H2、24.5％(摩爾)CO、2.4％(摩爾)CH4及0.3％(摩爾)其它組分如N2。在上述兩個(gè)換熱器中，將進(jìn)料餾份冷卻到大部分一氧化碳和甲烷已冷凝。已冷卻并部分冷凝的進(jìn)料餾份經(jīng)由管道1′輸向塔T1上部的下部。塔T1是一個(gè)由氫汽提塔和甲烷洗滌塔構(gòu)成的聯(lián)合塔。此時(shí)，根據(jù)本發(fā)明，該塔的上部為甲烷洗滌塔，而該塔的下部為氫汽提塔。富H2餾份在頂部經(jīng)由管道2從塔T1引出，該富H2餾份由93.7％(摩爾)H2、4.2％(摩爾)CO、2.9％(摩爾)CH4和0.1％(摩爾)N2組成。在閥a中使此餾份減壓，并接著經(jīng)由管道2′逆著冷卻過(guò)的工藝物流輸過(guò)兩個(gè)換熱器E2和E1。富H2餾份經(jīng)由管道2′抽出。需要時(shí)，還可單獨(dú)在加壓下將此富H2餾份稍微加熱，并例如在變壓吸附過(guò)程中再提純?yōu)榧儦浠蜃罴儦洹Ｔ谒1的塔底，將由46.8％(摩爾)CO、52.8％(摩爾)CH4、0.4％(摩爾)N2及10ppmH2組成的富CO/CH4餾份，經(jīng)由管道3抽出。一部分此餾份經(jīng)由管道4輸入再沸器，使之蒸發(fā)，并接著再供入塔中。為一目了然起見(jiàn)，在附圖中該位置上標(biāo)出也同樣標(biāo)以E2的一個(gè)獨(dú)立的換熱器。但實(shí)踐上，圖中所示的這兩個(gè)換熱器E2構(gòu)成了一個(gè)換熱器。從塔T1底部引出的餾份經(jīng)由二條路線抵達(dá)CO/CH4分離塔T2。也即，一部分該餾份在閥b中減壓——而且這部分幾平全為液態(tài)——并接著經(jīng)由管道3′輸?shù)椒蛛x塔T2。另一部分在閥b′中減壓，并經(jīng)由管道13輸?shù)綋Q熱器E2。在該換熱器中，此餾份完全蒸發(fā)，并接著經(jīng)由管道13′同樣輸?shù)椒蛛x塔T2，但在第一分流輸入處的下部位置處輸入。經(jīng)由塔頂并借助管道5從該分離塔T2引出純一氧化碳產(chǎn)品餾份，并在換熱器E2和E1中將之逆著冷卻過(guò)的工藝物流稍予溫?zé)?。該純一氧化碳餾份的組成為99.2％(摩爾)CO、0.8％(摩爾)N2、23ppmH2及10ppmCH4。理論上，H2和CH4可繼續(xù)任意從純一氧化碳餾份中分離掉。富CH4餾份從分離塔T2的底部引出，其組成為93.0％(摩爾)CH4、7.0％(摩爾)CO及0.04％(摩爾)N2。該純CH4餾份不需用于洗滌的那部分，經(jīng)由管道6引出，在閥c中減壓，并接著經(jīng)由管道6′與管道2′中的純H2餾份混合。由88.7％(摩爾)H2、4.2％(摩爾)CO、2.9％(摩爾)CH4和0.9％(摩爾)N2組成的富H2混合氣經(jīng)由管道2″引出。需用于洗滌的純CH4餾份經(jīng)由管道7引入泵P，在該泵中純CH4餾份被泵至原料氣的壓力。接著，使該純CH4餾份在換熱器E2中過(guò)冷，并經(jīng)由管道7″輸至塔T1上部(即甲烷洗滌塔部分)的塔頂。根據(jù)本發(fā)明，該用作洗滌劑的過(guò)冷的富CH4餾份至少含2-15％(摩爾)一氧化碳，優(yōu)選含7-10％(摩爾)一氧化碳。這意味著，分離塔T2中再沸效率可保持得任意的低。甚或可將其完全取消。為一目了然起見(jiàn)，附圖中未將其示出。本發(fā)明方法所需的能量用附設(shè)的CO循環(huán)來(lái)產(chǎn)生。為此，將經(jīng)由管道5′從換熱器E1輸出的純一氧化碳產(chǎn)品餾份輸至三級(jí)活塞式壓縮機(jī)V的第二級(jí)。在現(xiàn)有情況下，第一級(jí)壓縮到4.5bar bara，第二級(jí)壓縮到10.0bar bara，而第三級(jí)壓縮到24.5bar bara。純一氧化碳產(chǎn)品餾份可在第二或第三壓縮級(jí)后引出。在第三壓縮級(jí)之后，將分流(即形成一氧化碳冷循環(huán)的分流)經(jīng)由管道9引出，在換熱器E1中將之冷卻、在換熱器E2中使之冷凝并過(guò)冷，接著經(jīng)由管道9′輸至分配該一氧化碳餾份的地點(diǎn)。其中第一股分流經(jīng)由管道10輸至閥d，并在其中減壓。接著，將該股分流經(jīng)由管道10′輸過(guò)換熱器E2和E1，并在其中逆著待冷卻的工藝料流蒸發(fā)并稍受加溫。接著，將該分流經(jīng)由管道10″輸至第一壓縮級(jí)。第二股分流經(jīng)由管道11輸至分配該分流的另一個(gè)地點(diǎn)。該物流的一部分在閥e中減壓，并經(jīng)由管道11′以回流形式輸至分離塔T2的塔頂。另一部分在閥f中減壓，并接著經(jīng)由管道11″作為冷卻劑輸至塔T1的上部。接著將自塔T1引出并已稍予溫?zé)岬睦鋮s劑在進(jìn)入換熱器E2之前混入管道10′。可能有必要的是，為進(jìn)行制冷，將液氮經(jīng)由管道12混入管道2′。代之以經(jīng)管道12輸入液氮，也可考慮在一氧化碳冷循環(huán)中設(shè)置一臺(tái)減壓渦輪機(jī)。
同現(xiàn)有技術(shù)中的已知方法相比，本發(fā)明具有一些重大優(yōu)點(diǎn)。由于或許可以取消對(duì)分離塔T2加熱，所以不純CH4餾份在分離塔T2底部提取的這種事實(shí)要求小得多的一氧化碳冷循環(huán)量。基于分離塔T2的再沸效率(Aufkocherleistung)很小或根本不需要再沸，特有的能耗就相應(yīng)減少?，F(xiàn)在可以把甲烷洗滌塔和氫汽提塔一起建造在一個(gè)塔內(nèi)，這能使建造費(fèi)用比迄今常用的方法更為便宜。以本發(fā)明方法運(yùn)作的裝置只需大約80％具有甲烷洗滌功能的常規(guī)裝置所需的零部件。正如本發(fā)明中所記載，進(jìn)行這樣一種方法，對(duì)于一氧化碳生產(chǎn)能力較小的、尤其是低于1000Nm3/h的工藝和裝置尤為有意義。雖然分離塔T2底部提取到的不純CH4餾份確實(shí)除了甲烷之外基本上還含有一氧化碳，而且塔T1頂部所提取的富氫餾份同樣也含有百分之幾的一氧化碳，這對(duì)收率起著不良作用，但是這一缺點(diǎn)由于可以不使用高成本工藝過(guò)程而得補(bǔ)償。如此，本實(shí)施例所達(dá)到的一氧化碳收率為85.8％。
權(quán)利要求
1.從一種在必要時(shí)分離掉水和二氧化碳并至少含有氫、一氧化碳及甲烷的進(jìn)料餾份中提取純CO餾份的方法，其中將進(jìn)料餾份冷卻并使之部分冷凝，用過(guò)冷的液態(tài)甲烷洗出一氧化碳和氫，汽提所洗出的氫，并接著對(duì)如此提取得的富CO/CH4餾份進(jìn)行精餾分離，以此分離成純CO餾份和富CH4餾份，其特征在于，用作洗滌劑的過(guò)冷的液態(tài)甲烷至少含2-15％(摩爾)一氧化碳，優(yōu)選含7-10％(摩爾)一氧化碳。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用精餾分離所得的富CH4餾份作洗滌劑。
3.實(shí)施前列諸權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述方法用的裝置，其特征在于，氫汽提塔構(gòu)成塔的下部，而該塔的上部是甲烷洗滌塔。
全文摘要
從一種在必要時(shí)分離掉水與二氧化碳并至少含有氫、一氧化碳及甲烷的進(jìn)料餾份中提取純CO餾份的方法，其中將進(jìn)料餾份冷卻并使之部分冷凝，用過(guò)冷的液態(tài)甲烷洗出一氧化碳和氫，汽提所洗出的氫，并接著對(duì)如此提取得的富CO/CH
文檔編號(hào)F25J3/02GK1133428SQ95116109
公開(kāi)日1996年10月16日 申請(qǐng)日期1995年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月16日
發(fā)明者H·鮑爾, R·法比安 申請(qǐng)人:蘭德股份公司