[发明专利]处理合成气和相关气体的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及处理合成气的方法和装置。

针对本专利对下述术语进行了限定。本文所用的术语“分离空气单元”或“空分单元”的意思是指分离原料气的成分所用的设备、装置、场所或工艺，并且可以包括低温或非低温设备。术语“污染物”的意思是指成品中不希望的气体成分。

术语“原料气”的意思是指供入流程或蒸馏设备的气体。术语“冷箱工艺(coldbox process)”的意思是指净化一氧化碳(“CO”)和/或氢气(“H₂”)的工艺。术语“甲烷洗涤”的意思是指一类冷箱工艺。术语“合成气”的意思是指合成的和/或至少含有CO和H₂的合成气。合成气通常通过对碳氢化合物进行催化转化或部分氧化来制备。

背景技术

一般地，通过几个因素可以测量冷箱的效率。在利用甲烷洗涤的常规冷箱中，最常用来测量甲烷洗涤操作性能的是，但不限于：

●CO的回收率(该参数对产生合成气所需要的原料的量有直接的影响)。

●通常通过包括压缩机和低温膨胀机的CO(或N₂)冷却循环进行产品的冷却和分离/净化所需的能源消耗。

理想成品的H₂/CO比通常不与合成气原料气的H₂/CO比相匹配。更多情况下产生了过量的H₂。该过量的H₂需要通过燃烧处置，例如作为重整炉等中的或在其它地方被处置。现有技术已有很多解决该问题的方法。

在甲烷洗涤处理中通常将基于膜的渗透单元置于冷箱的上游。在低压下经膜从合成气和产生的杂质中提取H₂。然后用冷箱处理所需量的H₂。但是这些方法受设备尺寸和能源消耗的限制。仅当过量的H₂足够多从而使冷箱的节省使膜的附加成本和设备的改型是合理时，与该方法相应的现有技术才是经济的。此类现有技术除去含有CO浓度为1-2％的H₂流，从而降低了CO的产率。

另一个现有技术的方法是在冷箱中处理所有的合成气。在甲烷洗涤塔中洗涤整个的H₂流以将大多数的CO从H₂中提取出来。提取H₂并且在压力下产生了H₂产品的第一部分和在低温膨胀机中使第二部分膨胀以致冷。但是，当第二部分的体积相对小时此类现有技术不能进行充分的致冷，因此当合成气中仅有少量的H₂时需要增加能量消耗。

US-A-4.888.035和EP-A-0895961阐述了改进CO回收率的现有技术的其它例子。这些文献描述了通过将另外的作为洗涤液的CH₄注入汽提塔以增加从汽提塔回收CO的工艺。US-A-4.888.035提到并且公开了在来自洗涤塔的原料之上利用从闪蒸塔除去的并且注入汽提塔的再生CH₄气来增加合成气的CO回收率。但是，这些专利没有提到或建议利用从甲烷洗涤塔的中间点处中间抽取一部分H₂以减少洗涤氢气产品所需要的液体甲烷的量。另外，US-A-4.888.035没有提及或建议减少能源消耗和减少投资支出的工艺或结构。

EP-A-0895961公开了利用来自洗涤塔的H₂/CH₄液体原料以洗涤汽提塔中的CO。该申请旨在通过从甲烷洗涤塔的底段移去中间流来向氢气汽提塔的顶部提供不纯的甲烷回流液以减少CO损失并保存能量。EP-A-0895961指出其描述的工艺是对US-A4.888.035的改进，因为EP-A-0895961公开了利用来自富集CO的洗涤塔的不纯甲烷回流液以节约甲烷。EP-A-0895961的作者认为该工艺需要更大量的用于洗涤CO的甲烷，但认为所用的甲烷的量要少于US-A-4.888.035所需要的量，这与US-A-4.888.035的废氢气流中相同CO量相比可节省2-4％的能源。但是，EP-A-0895961仍需要额外的用于大泵的投资和与该泵的操作有关的成本。因此，本技术领域正在寻找一种不会过多增加能耗和/或成本即可增加从合成气中回收CO的回收率的方法。