用于低温分离氮和一氧化碳的混合物的方法

摘要

在一种用于在蒸馏塔（15）中分离作为主要成分包含氮和一氧化碳的原料气体的方法中：原料气体在热交换器（3）中冷却；原料气体的至少一部分或者来自原料气体的气体的至少一部分被传送至蒸馏塔的再沸器（5）以便使气体冷凝，同时生产液体和可选地气体；所述液体的至少一部分被传送至所述塔；从塔抽取出富含氮气的流；从塔抽取出富含一氧化碳的流，使其在热交换器中被加热，并且被压缩以便提供处于产品压力下的富含一氧化碳的材料；原料气体在冷却后被传送至第一分相器（51）；从第一分相器（51）释放液体；所释放的液体被传送至第二分相器；并且使来自第二分相器的液体的至少一部分蒸发以便获得将被传送至塔底再沸器的气体。

说明书

技术领域

本发明涉及用于低温分离氮和一氧化碳的混合物的方法和单元。

背景技术

用于生产一氧化碳和氢的单元可分成两个部分：

-生成合成气（主要包含H₂，CO，CH₄，CO₂，Ar和N₂的混合物）。 在各种工业合成气生产工艺中，基于煤气化的生产工艺变得越来越广泛， 特别是在煤矿藏丰富的国家例如中国。对于仅生产CO或者低H₂/CO产 量比的情况，天然气的部分氧化的工艺也证明是有利的。另一工艺是蒸汽 重整。

-净化合成气。其中设有：

-具有液体溶剂的洗涤单元，以去除合成气中包含的大部分酸性气 体；

-用于在吸附床上净化的净化单元；

-用于生产CO、被称为冷箱的低温分离单元。

在由蒸汽重整炉产生的合成气的情况下，对于生产压力下的CO和氢， 最常见的低温过程是甲烷洗涤，合成气中残留的甲烷含量与甲烷洗涤过程 相容。在某些情况下，需要在冷箱中包括CO/N₂分离塔，特别是当天然气 中的氮含量与不具有此CO/N₂塔的情况下CO产品的纯度不相容时。

FR-A-2910603中描述了一种具有CO/N₂塔的甲烷洗涤布置。

在某些煤气化工艺的情况下，所产生的合成气在冷箱中通过没有循环 的部分冷凝进行处理，惰性成分（CH₄，Ar和N₂）的含量非常低并与CO 的纯度相容。

EP-A-1729077和FR-A-2930332A中描述了不具有分离塔的部分冷凝 布置。

US-A-4478621中描述了一种具有CO/N₂塔的部分冷凝布置。CO/N₂塔的再沸通过将来自CO压缩机的处于中压下的CO直接供给到塔的底部 来提供。

在合成气中的甲烷含量使得不能完成CO和氢的联合生产中的甲烷洗 涤过程并且合成气中的氮含量在没有CO/N₂分离时与CO的纯度不相容的 情况下，根据本发明的单元是包括CO/N₂塔的部分冷凝单元，其具有用于 合成气的冷却和用于CO/N₂分离能量的公共集成循环。

CO/N₂塔再沸能量的至少一部分由外部再沸器提供，其中CO/N₂塔的 原料气体完全或部分冷凝。这使得可以减少循环压缩机的MPCO流并且因 此使压缩机的能量减少15%左右。

工艺布置可仅包括CO/N₂蒸馏塔或者包括带有CO/CH₄塔的CO/N₂塔。

本发明也适用于期望引入用于处理来自不包括CO/N₂塔的冷箱的不纯 CO的CO/N₂分离塔的情况。由于随着时间的推进CO中的氮含量增加， 因此需要增加CO/N₂分离步骤。新塔然后被安装在需要被供应致冷和再沸 能量的专用冷箱中。

DE-A-4228784和DE-A-2147465描述了类似于图1的、包括权利要求 1的前序部分的特征的工艺。

发明内容

根据本发明的一个主题，提供了一种用于在蒸馏塔中分离作为主要成 分包含氮和一氧化碳以及可选地氢的原料气体的方法，其中：

i）原料气体在热交换器中冷却；

ii）将原料气体的至少一部分或者来自原料气体的气体的至少一部分 传送至蒸馏塔的塔底再沸器以便使其至少部分地冷凝，同时生产液体和可 选地气体；

iii）将所述液体的至少一部分和可选地所述气体的至少一部分传送至 所述塔；

iv）从塔抽取出富含气态氮的流；

v）从塔抽取出富含一氧化碳的流，使其在热交换器中被加热，其特 征在于，所述富含一氧化碳的流被压缩以便提供处于产品压力下的富含一 氧化碳的产品，原料气体在冷却后被传送至第一分相器，使来自第一分相 器的液体膨胀，将膨胀后的液体传送至第二分相器，并且使来自第二分相 器的液体的至少一部分蒸发以便得到将被传送至再沸器的气体。

可选地：

-所述一氧化碳的一部分被压缩至小于或等于产品压力的压力，在 所述热交换器中冷却并且被传送至蒸馏塔的底部；

-来自第二分相器的液体的至少一部分在热交换器中蒸发。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于分离作为主要成分包含氮和 一氧化碳以及可选地氢的原料气体的单元，包括：

i）具有塔底再沸器和可选地顶部冷凝器的蒸馏塔；

ii）热交换器；

iii）压缩机；

iv）用于将原料气体传送进热交换器的装置；

v）用于将原料气体的至少一部分或者来自原料气体的气体的至少 一部分传送至所述再沸器以便使其至少部分地冷凝，同时生产液体和可选 地气体的装置；

vi）用于将所述液体的至少一部分和可选地所述气体的至少一部分 传送至所述塔的至少若干装置；

vii）用于从塔抽取出富含气态氮的流的装置；

viii）用于从塔抽取出富含一氧化碳的流和用于将其传送至热交换器的 装置，其特征在于，所述单元包括用于将所述富含一氧化碳的流传送至所 述压缩机以便提供处于产品压力下的富含一氧化碳的产品的装置、第一分 相器、第二分相器、用于将冷却的原料气体传送进第一分相器的装置、用 于使来自第一分相器的液体膨胀的膨胀阀、用于将膨胀的液体传送进第二 分相器的装置、以及用于使来自第二分相器的液体的至少一部分蒸发以便 得到将被传送至再沸器的气体的装置。

可选地，所述单元包括：

-用于将处于小于或等于产品压力的压力下的富含一氧化碳的流 的一部分传送至热交换器并且然后传送至蒸馏塔的底部的装置；

-所述热交换器连接到所述塔并连接到第二分相器，从而使来自第 二分离器的液体的至少一部分蒸发以便得到塔底再沸器的加热气体；

-蒸馏塔包括顶部冷凝器；

-用于将来自所述塔的塔底液体传送至顶部冷凝器的装置；

-用于将蒸发的塔底液体传送至压缩机的装置。

附图说明

下面参照附图详细描述本发明。其中，图1示出基本上根据现有技术 的单元，其用于分离作为主要成分包括氮和一氧化碳的气体；图2和3示 出根据本发明的单元，其用于分离作为主要成分包括氮、氢和一氧化碳的 气体。

具体实施方式

参照图1，氮和一氧化碳的流1在热交换器3中冷却。流1在再沸器5 中至少部分地冷凝，再沸器5被供给来自塔15的塔底液体。蒸发的液体被 传送回该塔。所述至少部分地冷凝的流在阀7中膨胀并被传送至分相器9。 来自该分相器的液体11和来自分相器9的气体13在不同或相同的高度被 传送至该塔。该塔的塔底液体在阀19中膨胀并被传送至形成该塔的一部分 的顶部冷凝器23。氮流作为吹洗流25抽取出并在热交换器3中被加热。 蒸发的一氧化碳27也在热交换器3中被加热并在压缩机的第一级29中被 压缩。其在冷却器31中被水冷却并且然后分为两部分。流33在热交换器 3中冷却至中间温度以便形成被传送至塔15的底部的流45。流41在热交 换器3中仅部分地冷却、在涡轮机43中膨胀并与流27再混合。一氧化碳 的其余部分通过压缩机的级37被压缩至产品压力并通过冷却器31A冷却 以便形成产品流39。级29甚至更小，因为通过流1提供再沸的一部分。

参照图2，氮、氢和一氧化碳的流1在热交换器3中并且然后在热交 换器3A中冷却。流1被传送至第一分相器51，在此处被分离成富氢气体 流53和液体流57。流53在热交换器3和3A中被加热，流57在阀55中 膨胀并且然后被传送至第二分相器61。来自第二分相器的气体在热交换器 3、3A中被加热以便形成流77。液体63分成两部分。一部分67在阀69 中膨胀、被传送至分相器71、然后所形成的流73、75被传送至蒸馏塔5。 来自分离器61的液体的其余部分65在热交换器3A中被加热以便形成流 65，该流65用于加热再沸器5，再沸器5被供给以来自塔15的塔底液体 17。在已用于使该塔再沸腾后，流65以与图1所示相同的方式在阀7中膨 胀、被传送至分离器9、然后被传送至该塔。

氮流作为吹洗流25抽取出并在热交换器3中被加热。蒸发的一氧化碳 27也在热交换器3中被加热并在压缩机的第一级29中被压缩。其在冷却 器31中被水冷却并且然后分为两部分。流33在热交换器3中冷却至中间 温度并且分成两部分以便形成流133。该流133在热交换器135中与液氮 137换热而被冷却。液氮137蒸发并在热交换器3中被加热。流133膨胀 并与阀19下游的流21混合。流45在热交换器3A中冷却之后被传送至塔 5的底部。

液态一氧化碳79被从冷凝器23抽取出、在阀81中膨胀、传送至分相 器83以便生成液态部分和气态部分。液态部分在交换管线3A中蒸发并且 气体87与将用于压缩机29的一氧化碳流27混合。

参照图3，氮、氢和一氧化碳的流1在热交换器3中并且然后在热交 换器3A中冷却。流1被传送至第一分相器51，在此处被分离成富氢气体 流53和液体流57。流53在热交换器3和3A中被加热，流57在阀55中 膨胀并且然后被传送至第二分相器61。来自第二分相器的气体在热交换器 3、3A中被加热以便形成流77。液体63分成两部分。一部分67在阀69 中膨胀、被传送至分相器71、然后所形成的流73、75被传送至蒸馏塔5。 来自分离器61的液体的其余部分65在热交换器3A中被加热以便形成流 65，该流65用于加热再沸器5，再沸器5被供给以来自塔5的塔底液体17。 在已用于使该塔再沸腾后，流65以与图1所示相同的方式在阀7中膨胀、 被传送至分离器9、然后被传送至该塔。

氮流作为吹洗流25抽取出并在热交换器3中被加热。蒸发的富一氧化 碳流27也在热交换器3中被加热并在压缩机的第一级29中被压缩。其在 冷却器31中被水冷却并且然后分为两部分。流33在热交换器3中冷却至 中间温度并且分成两部分以便形成流93。该流93在涡轮机91中膨胀以便 形成膨胀流93，该膨胀流93与流27混合以便在热交换器3中被加热。源 自级29的流45在热交换器3A中冷却之后被传送至塔5的底部。

液态一氧化碳79被从冷凝器23抽取出、在阀81中膨胀、传送至分相 器83以便生成液态部分和气态部分。液态部分在交换管线3A中蒸发并且 气体87与将用于压缩机29的一氧化碳流27混合。