[发明专利]二氧化碳和氢的分离

权利要求书

1.一种用于(a)将合成气流分成富集氢的蒸汽流和液体二氧化碳流，(b)通过将分离的富集氢的物流作为燃料气流供给发电厂的至少一个燃气轮机的燃烧室，由所述分离的富集氢的物流发电，和(c)留住所述液体二氧化碳流的方法，其特征在于所述方法包括：

(A)(a)在至少50巴表压的压力下将变换了的合成气流供给至少一个装有对H₂的选择性超过CO₂、大于16的膜的膜分离器单元；和(b)从所述膜分离单元中移出CO₂含量为10摩尔％或更低的富集氢的透过物流和CO₂含量为至少63摩尔％CO₂，优选至少70摩尔％CO₂的富集二氧化碳的保留物流，其中所述富集氢的透过物流和所述富集二氧化碳的保留物流各自在处于或高于所述发电厂的燃气轮机的燃烧室的最小燃料气体进料压力的压力下从所述膜分离单元中移出；

(B)(a)将所述富集二氧化碳的保留物流供给包括第一低温分离站和任选的一个或多个其它低温分离站的二氧化碳冷凝装置，其中所述第一低温分离站和所述任选的其它低温分离站各自包括换热器和分离容器；和(b)通过以下步骤在所述二氧化碳冷凝装置中产生CO₂含量为10摩尔％或更低的另一富集氢的蒸汽流和至少一种包含实质上纯的液体CO₂的液流：

(i)使所述富集二氧化碳的保留物流通过所述第一低温分离站的换热器，在此所述保留物流靠外部制冷剂冷却到其露点以下，从而形成包含液相和气相的冷却物流，其中所述液相包含实质上纯的液体CO₂，且与所述保留物流相比，所述气相富集氢；

(ii)将来自步骤(i)的两相物流通到所述第一低温分离站的分离容器中，在此所述液相与所述气相分离；

(iii)从所述第一低温分离站的分离容器中移出液体CO₂流和富集氢的蒸汽流；

(iv)如果所述富集氢的蒸汽流的CO₂含量超过10摩尔％，则使所述富集氢的蒸汽流通过另一个低温分离站的换热器，在此所述蒸汽流靠另外的外部制冷剂冷却到其露点以下，从而形成包含液相和气相的另一冷却物流，其中所述液相包含实质上纯的液体CO₂，且与所述保留物流相比，所述气相更富集氢；

(v)将来自步骤(iv)的两相物流通到所述另一个低温分离站的分离容器中，在此所述液相与所述气相分离；

(vi)从所述另一个低温分离站的分离容器中移出液体CO₂流和富集氢的蒸汽流；和

(vii)如果需要，则通过使所述富集氢的蒸汽流通过一个或多个另外的低温分离站重复步骤(iv)至(vi)，直到从所述另外的低温分离站的分离容器中移出的富集氢的蒸汽流的CO₂含量为10摩尔％或更低为止，

其中控制跨越所述低温分离站的任何压降，使得氢含量为10摩尔％或更低的另一富集氢的蒸汽流在处于或高于所述发电厂的燃气轮机的燃烧室的最小燃料气体进料压力的压力下得到；

(C)将步骤(A)中形成的CO₂含量小于10摩尔％的富集氢的蒸汽流和/或步骤(B)中形成的CO₂含量小于10摩尔％的富集氢的透过物流作为燃料气体进料流通到所述发电厂的燃气轮机的燃烧室中用于发电；和

(D)留住步骤(B)中形成的液体CO₂物流。

2.权利要求1的方法，其中将包含氮和/或蒸汽的吹扫气体供给所述膜分离单元的膜的透过侧。

3.权利要求1或2的方法，其中在0-50℃，优选20-40℃的温度下将所述变换了的合成气流供给所述膜分离单元，且所述膜分离单元装有能够在所述变换了的合成气体进料流的温度下操作的氢选择性膜。

4.权利要求3的方法，其中所述氢选择性膜选自基于聚苯并咪唑PBI的聚合膜，其包涂覆到多孔金属基材、多孔金属基材或多孔聚合物基材上的PBI基聚合选择层。

5.权利要求3或4的方法，其中所述变换了的合成气流在所述膜分离单元上游冷却到其露点以下，由此形成包含水的冷凝液，且将所述冷凝液从所述冷却的变换了的合成气流中分离。