[發明專利]用于通過低溫蒸餾分離甲烷、一氧化碳和氫氣的混合物的方法和設備

有效

• 申請號: 201380024154.8
• 申請日: 2013-04-29
• 公開（公告）號: CN104755865B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: A·布里格利亞;E·布羅舍里烏;P·馬蒂;B·普拉薩德
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 牛曉玲,吳鵬

技術領域

本發明涉及一種用于通過低溫蒸餾分離甲烷、二氧化碳和氫氣的混合物的方法和設備。所述混合物還可以含有氮氣。優選地，所述混合物含有至少2％的甲烷，本文中所有與純度有關的百分比都是摩爾百分數。

背景技術

對于與合成氣體生成單元、CO₂脫除單元和冷箱有關的生產一氧化碳和氫氣的單元，改變生產要求的速度高度依賴于冷箱的反應時間。

在如EP-A-0359629中描述的方法中，在低溫分離上游的冷卻系統的入口處進料流的可接受的變化是非常有限的。如果進料流的變化過大，則低溫分離不能正確地執行，因此進料變化的速度被限制為每分鐘額定流量的0.5％的改變。

由于合成氣體生成器可以比低溫分離更快速地對進料流的改變作出反應，這意味著低溫分離確定了最大流率變化。

已提出使用容納液態一氧化碳的儲罐來提高進料流量變化的速度以生產一氧化碳。當對一氧化碳的需求快速增加時，儲罐被清空，一氧化碳在外部蒸發器中蒸發。該方案不提供用于氫氣供給的快速增加。

此外，儲存大量的液態一氧化碳具有安全危害。

本發明的目的在于提高一氧化碳和氫氣的流率的改變的速度，并使這些改變更容易實現。

發明內容

根據本發明，液態甲烷的分子儲存在工藝中、優選地在CO/CH₄塔的下游和甲烷洗滌塔的上游。

用于合成氣體的純化單元中的液態甲烷有兩個目的：

-洗滌塔中的氫氣的純化，

-通過熱交換線路中的液體甲烷清洗流的蒸發提供制冷作用。

根據權利要求1的前序部分所述的方法示于US-A-4102659。

在液態甲烷洗滌工藝中，當比較工藝內的液體的量時(實質上是在進料流量存在變化的塔中)，液態甲烷的量的變化遠遠超過液態一氧化碳。

對于給定的設備，液態甲烷的量的變化比液態一氧化碳的量多約4倍，而在進料氣體中含有的甲烷比一氧化碳少4倍，有時少4倍以上。

因此，在所述單元中累積液態甲烷的量是非常緩慢的，特別是當待分離的進料的量增加時。

因此，不可能使進料流量每分鐘增加額定流量的百分之幾而不控制系統內的液態甲烷。

液態甲烷的量包括熱交換器中甲烷的體積、管道中甲烷的體積、塔分配器中甲烷的體積、塔填料中甲烷的體積和塔底部中的甲烷的體積。

當產品需求或進料流量降低時，保持在分配器中的液體的量減少。富含甲烷的液體趨于落入塔的貯槽內，該處液面高度/液位上升。先前，如FR-A-2881063中所示，方案是使甲烷清洗流根據塔液位變化。典型地，工藝增加甲烷清洗流，以保持液位恒定。然而，這使得該工藝不穩定。

所述工藝的優點是能夠避免使用一氧化碳儲罐，氫氣和一氧化碳的需求變化可被適應，工藝中液態一氧化碳的總量可以減少。

進入冷箱的合成氣體的量調節了特別是用于洗滌液流、用于閃蒸塔和CO/CH₄塔的再沸流和循環流率的數個控制點。其它控制點不依賴于合成氣體的流率，特別是只取決于系統中的甲烷的量的甲烷清洗流流率。

因此，根據現有技術，當合成氣體的量減少時，塔中的氣體和液體的量發生變化，所收集的液體的量減少。甲烷清洗流的流率取決于系統中的甲烷的量，因此當合成氣體流率下降時，排出和蒸發的量可以增加。由于增加的甲烷蒸發嚴重影響熱交換線路的熱平衡，這一相反的效果干擾了系統的運行，并使得難以迅速改變流率。

當合成氣體流率增加時，塔中的液體的量必須累積，甲烷清洗流的流速趨于降低。這也影響熱交換線路，如上面所解釋的。

通過使用甲烷儲罐，液體可以在進料流率降低時被儲存和在流率增加時被使用。因此，甲烷清洗流不再是使熱交換線路不穩定的元素。

根據本發明的目的，提供了一種用于低溫分離至少含有一氧化碳、氫和至少2％的甲烷的進料混合物的方法，其中：

i)進料混合物在甲烷洗滌塔中被分離以產生富含氫氣的氣體，該甲烷洗滌塔的頂部被供給以液態甲烷流，步驟i)的液態甲烷流的體積被改變以適應/滿足對富含一氧化碳的氣體和/或富含氫氣的氣體的變化的需求，

ii)來自甲烷洗滌塔的底部的液體流被處理，以產生一氧化碳和甲烷的混合物，

iii)一氧化碳和甲烷的混合物在分離塔中被分離以產生富含一氧化碳的氣體和液態甲烷流，其中液態甲烷流的第一部分形成步驟i)的液態甲烷流，