[发明专利]通过低温蒸馏产生和分离氢--一氧化碳混合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生和分离氢和一氧化碳的混合物的方法和设备。

背景技术

用于产生一氧化碳和氢的单元可分成以下两个部分：-产生合成气(主要包含H₂、CO、CH₄、Ar、H₂O和N₂的混合物)。在用于产生合成气的各种工业方法中，可以证实基于天然气的部分氧化、自热重整或煤气化的那些方法在H₂/CO生产比率低(小于约3)时是有利的。

-净化合成气。包括：

^＊利用液体溶剂洗涤/涤气以便去除合成气中存在的大部分酸性气体的单元，

^＊在吸附剂床上进行净化的单元，

^＊称为“冷箱”的低温分离单元，该低温分离单元用于产生CO。

在从部分氧化反应器、自热反应器或用于煤或重烃类原料/给料的气化产生的合成气的情况下，在冷箱的入口处的合成气中的残余甲烷含量对于甲烷型洗涤过程来说过低；CH₄含量在煤气化的情况下可为0.1％的量级或在部分氧化或自热反应器的情况下可为0.9％的量级，而在冷箱的入口处的最低含量一般在2％附近。在该情况下，用于净化合成气的常规低温工艺(CO冷箱)为部分冷凝。

本文中的所有百分比均指摩尔百分比。

在加压地组合生产纯氢和CO的情形中，部分冷凝工艺与甲烷洗涤(利用甲烷进行洗涤)相比存在以下缺点：

-部分冷凝不可能在不具备PSA的情况下生产具有低CO含量的纯氢(例如，当通过甲烷洗涤进行生产时氢包含约10ppm的CO，而当通过部分冷凝生产时氢包含从2％至15％的CO)；

-部分冷凝的CO产量更低；为了提高部分冷凝的产量，需要购买压缩机以便使来自部分冷凝的废气再循环；

-仅在CO/CH₄塔的储罐底部的甲烷清洗物(purge)中部分地发现合成气中存在的甲烷。大量甲烷通过在洗涤塔顶部的温度水平的热动力平衡在洗涤塔的顶部随同富氢气体从冷箱离开，另一部分甲烷通过在汽提塔顶部的温度水平的热动力平衡随同在汽提塔顶部抽取的闪蒸气体离开。为了确保用于CH₄的系统的正物料平衡，要求随同合成气进入冷箱的CH₄的量大于随同富氢气体和闪蒸气体离开的CH₄的量的总和以确保能控制系统的CH₄清洗物。

发现在净化出口处的微量CO₂(0.3ppm)溶解在CO/CH₄塔的储罐液体中。为了避免CO₂在系统中(在洗涤环中)的任何积聚，要求进入冷箱的所有CO₂经由CH₄清洗物离开。

通常，CH₄清洗物和洗涤回路在CO/CH₄塔的储罐底部被一起抽取。清洗物中的CO₂含量因而与洗涤回路中相同。随着洗涤回路被过冷至-180℃以便优化洗涤过程，洗涤回路中以及清洗物中的CO₂含量必须低于CO₂在-180℃在CH₄中的溶解度值以便在交换器的通道中避免CO₂在该回路中固化。

考虑到在净化出口处为0.3ppm的CO₂含量和CO₂在-180℃在℃H₄中为42ppm的溶解度值，这限定了CO₂的最高浓度水平——其通过进入冷箱的合成气的流速与CH₄清洗物的比率表示——为140。

对于一定的合成气流速而言，这限定了在冷箱入口处的CH₄含量的最低值以同时确保过量的CH₄平衡和用于控制系统的CH₄清洗物，并限制CO₂的浓度水平以防止CO₂在CH₄洗涤回路中固化并因而防止堵塞低温交换器。

为了使通过部分氧化或自热反应器或通过用于煤或重原料的气化的反应器产生合成气的过程从甲烷型洗涤过程受益，发明思想是提高在冷箱入口处合成气中的CH₄含量，例如以便获得至少1.8％且优选至少2％并且更加有利地2.3％等等的甲烷含量。