专利名称：通过低温蒸馏生产一氧化碳的方法和装置的制作方法
通过低温蒸馏生产一氧化碳的方法和装置 本发明涉及一种通过低温蒸馏生产一氧化碳的方法和装置。
生产一氧化碳和氢气的单元可以分为两个部分
-生产合成气(基本上包含H2、 CO、 CH4、 C02、 Ar和N2的混合物)。 在生产合成气的多种工业途径中，基于煤的气化的途径就其操作成本而言 可以表现出许多优点，该途径尤其在像中国这样的国家越来越普及。该单 元包括一个用氧气来气化煤的反应器，该单元的设计基于所需的一氧化碳 (CO)和氢气生产。
-纯化合成气
其中存在
- 一个用于以液体溶剂洗涤以除去合成气中所包含的大多数酸性气 体的单元；
- 一个用于在吸收剂床上纯化的单元；和
- 一个用于通过已知为低温试验箱的低温途径分离以生产CO的单元。
通常合成气包含高压(大约60巴)混合物并且高度富含CO。煤的气化 方法的另一个优点是在用于生产纯CO的低温试验箱入口处的合成气中存 在低含量的惰性组分(CH4、氩气和氮气)。
这样可以为低温试验箱设想相对简化的流程，低温分离限于CO和氢 气之间的分离。合成气中惰性组分的含量在大多数情况下与客户要求的 CO纯度相当。
该流程不包括用于分离的循环。
要求在高压下从CO分离氢气以使得能将其用在PSA单元或者甲醇单 元中。
因此有利地是维持离开低温试验箱的氢气压力。了一部分分离能量，但在多数情况下这种自由膨胀不足以完成该单元的制 冷平衡。必须补充液氮以保持低温试验箱是冷的并且完成制冷平衡。
从US-A-6266976已知，将液氮流体直接送至主要交换线中。显然未 知的是将液氮混合到汽提塔的塔顶气体中。然而这两种方案都有本发明要 改进的缺点。
如果注入的液氮(LIN)料流不恒定，则将待蒸发的液氮直接送入交换线 中的风险在于过早地脆化铜焊的铝交换线。
装置的启动或者冷却阶段加强了这些风险。将可能未冷却的LIN直接 送至交换线中会导致该交换器过早脆化。
由于该LIN是最冷的流体，因此将LIN直接注入交换线中也存在将 CO周路中存在的惰性组分(尤其是CH4)固化的风险。
LIN与汽提("闪蒸")气体的混合将具有与前述相同的缺点。而且通 过将混合了液氮的汽提塔的塔顶气体双相引入交换线中加强了这些破坏性 效应，因为具有富氮液相和富氢气相的液体/气体混合物将必定在交换线中 直接蒸发。如果该混合物的组成不恒定，则液体的汽化温度将不恒定并且 将导致交换器中温度波动，从而导致其过早脆化。
本发明提议将额外的液氮注入到汽提("闪蒸")塔上部以完成装置的 制冷平衡。
本发明一方面提供了一种用于通过低温蒸馏生产一氧化碳的方法，其 中将至少包含一氧化碳和氢气的混合物冷却、部分地冷凝并且送至分相器， 任选在部分冷凝的第二阶段后将来自分相器的液体送至汽提塔，从汽提塔 底部取出富含一氧化碳的液体并且从汽提塔顶部取出废气，其特征在于通 过将液氮注入汽提塔提供了至少 一部分该方法所必须的制冷。
根据其它任选方面
-液氮来自其中分离至少包含一氧化碳和氢气的混合物的设备之外的 来源；和
-将液氮送至位置比来自分相器的汽提塔进料高至少一个理论塔板的 点处用于分离合成气部分冷凝相。
本发明另一方面提供了一种用于通过低温蒸馏生产一氧化碳的装置，该装置包括其中冷却并且部分地冷凝至少包含一氧化碳和氢气的混合物的 交换线、分相器、汽提塔、用于任选在第二部分冷凝阶段后将来自分相器 的液体送至汽提塔的线、用于从汽提塔底部取出富含一氧化碳的液体的线 和用于从汽提塔顶部取出废气的线，其特征在于其包括用于将液氮注入汽 提塔的线。
根据其它任选方面
-液氮来自其中分离至少包含一氧化碳和氢气的混合物的装置之外的 来源；
-该装置包括用于将液氮送至位置比来自分相器的汽提塔进料高至少 一个理论塔板的点处用于分离合成气部分冷凝相的线； -该装置不包括汽轮； -将液氮送至汽提塔而未在交换线中冷却。 该方案具有下述双重优点
-降低了交换线的脆化风险，因为LIN在塔中直接汽化并且产生的气 体与塔顶气体一起离开汽提("闪蒸")塔，因此将冷却气体送至交换线而 不是液体，因为将直接在塔中注入LIN，所以在装置的冷却阶段极大地降 低了交换器的脆化风险；和
-增加了该单元的CO回收效率，因为注入LIN进行了氮气洗涤并且 可以通过降低CO在气相中的损失而在收汽提("闪蒸，，)塔底部液相中回 收更多CO。
该图给出了本发明的一种方法.合成气料流l分为两部分。 一部分5 在38'C送至交换线7的热端，在此将其冷却至中间温度-135X:。冷却至该 温度，其与未在该交换线中冷却的合成气料流3混合，这使得可以修改交 换器9入口处合成气的温度。重要的是能调节提供至交换器9的热量以调 节汽提塔底部液体中的氢气含量。进一步在交换器9中将一部分合成气冷 却至-148。C，同时剩余合成气旁通交换器9，同样目的在于调节提供作为 汽提塔再沸的热量，以调节该汽提塔底部的氢气含量。然后将这两个再结 合的料流送回至交换线7中，在此混合料流冷却至-177C然后将部分冷 凝的合成气送至分相器11。富含氢气的塔顶气体13在交换线7中加热，
5作为产物。底部液体15送至第二分相器17，其液流19和气流21以不同 高度送至汽提("闪蒸")塔23。
汽提塔23的底部液体25在交换线中过冷并且分为两部分。 一个料流 27在阀29中膨胀，然后在交换线7中加热。另一料流31通过阀33膨胀， 然后送至分相器35，其气体37和液体39送至交换线7以在混合后在其中 加热。混合料流41构成低压一氧化碳，并在与一氧化碳27混合之前在压 缩机43中压缩。如此形成的料流45在压缩机47中压缩，并且以高压一氧 化碳作为产物49。
作为变化方案，分相器可以作为热虹吸管操作，这样可以更好地调节 交换线7冷端的冷却温度。
由合成气料流加热的交换器9提供了汽提塔底部液体的过冷。将液体 从-168。C冷却至-177X:。
将已知为"闪蒸"气体的来自汽提塔23的塔顶气体51送至对其进行 加热的交换线的冷端。
通过注入液氮53为设备提供了制冷，其来自一个空气分离装置， 一个 用于纯化#1氮气污染的天然气的装置，另一个用于生产一氧化碳的装置， 其原料气体包含氮气，或者如果原料气体包含氮气并且该装置包括一个脱 氮塔，则为该装置本身。液氮注入点的位置比来自分相器的汽提塔气态进 料高至少一个理论塔板。
权利要求
1.一种通过低温蒸馏生产一氧化碳的方法，其中将至少包含一氧化碳和氢气的混合物冷却、部分地冷凝并且送至分相器(11)，任选在部分冷凝的第二阶段后将来自分相器的液体(15)送至汽提塔(23)，从汽提塔底部取出富含一氧化碳的液体(25)并且从汽提塔顶部取出废气(51)，其特征在于通过将液氮(53)注入汽提塔提供了至少一部分该方法所必需的制冷。
2. 如权利要求l所迷的方法，其中液氮(53)来自其中分离至少包含一 氧化碳和氬气的混合物的设备之外的来源。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中将液氮(53)送至位置比来自分 相器(11)的汽提塔(23)进料高至少一个理论塔板的点处用于分离合成气部 分冷凝相。
4. 一种用于通过低温蒸馏生产一氧化碳的装置，该装置包括其中冷却 并且部分地冷凝至少包含一氧化碳和氩气的混合物的交换线(7)、分相器 (11)、汽提塔(23)、用于任选在第二部分冷凝阶段后将来自分相器的液体(15) 送至汽提塔的线、用于从汽提塔底部取出富含一氧化碳的液体(25)的线和 用于从汽提塔顶部取出废气的线(51)，其特征在于其包括用于将液氮(53) 注入汽提塔的线。
5. 如权利要求4所述的装置，其中液氮(53)来自其中分离至少包含一 氧化碳和氩气的混合物的装置之外的来源。
6. 如权利要求4或5所述的装置，其包括将液氮(53)送至位置比来自 分相器的汽提塔进料高至少 一个理论塔板的点处用于分离合成气部分冷凝 相的线。
7. 如权利要求4-6中任一项所述的装置，其中将液氮(53)送至汽提塔 (23)而未在交换线(7)中冷却。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过低温蒸馏生产一氧化碳的装置，该装置包括其中冷却并且部分地冷凝至少包含一氧化碳和氢气的混合物的交换线(7)、分相器(11)、汽提塔(23)、用于将来自分相器的液体送至汽提塔的线(15)、用于从汽提塔底部取出富含一氧化碳的液体的线(25)，用于从汽提塔顶部取出废气的线(51)，和用于将液氮注入汽提塔的线(53)。
文档编号F25J3/02GK101617189SQ200880002439
公开日2009年12月30日 申请日期2008年1月10日 优先权日2007年1月16日
发明者A·埃尔南德斯, A·布里利亚, C·莫内罗, N·艾克-贝劳德, P·科特 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司