[发明专利]二氧化碳和氢的分离

说明书

本发明涉及从包含氢和二氧化碳的合成气流中回收浓缩形式的二氧化碳和氢，由此产生可被留住(sequestered)或用于强化采油的二氧化碳流和可被用作发电厂的燃料从而发电的氢气流。

国际专利申请WO 2004/089499号涉及从进料气中移除酸性气体，尤其是从合成气中移除二氧化碳和硫化氢的配置(configuration)和方法。具体地说，WO 2004/089499描述了一个包括膜分离器的装置，该膜分离器接收脱硫后的合成气并从含二氧化碳的废气中分离氢。自动制冷单元优选与该膜分离器流体连接且接收含二氧化碳的废气，其中该自动制冷单元生成二氧化碳产物和含氢废气，燃气轮机接收氢和含氢废气。在一个特别优选的配置中，使经变换和脱硫的合成气通过膜分离单元而从富二氧化碳的废气中分离氢，该富二氧化碳的废气使用自动制冷法干燥并液化。将来自膜分离单元的氢再压缩，随后供给(任选与自动制冷废气组合)到涡轮机燃烧室中。在最优选的方面，该涡轮机燃烧室与产生电能的发电机可操作地连接，且烟道气的热使用形成高压蒸汽以驱动汽轮发电机的余热回收蒸汽发生器(HRSG)提取。据称，供给膜包装(membrane package)的合成气的高操作压力被有利地用于产生透过气体。富含氢的透过气体的压力为约100psia。然而，未给出所述膜包装的合成气体进料的压力。富集了CO₂的剩余气流不透过所述膜。该剩余气流在换热器(例如用外部制冷剂和废蒸汽)中冷却并分成液体CO₂部分和蒸汽部分。图3表明外部制冷剂为丙烷且废蒸汽为内部制冷剂(冷的含氢废气)。所述蒸汽部分随后在膨胀机360中进一步膨胀。本领域技术人员将会理解，蒸汽流的膨胀因焦耳-汤姆逊效应而引起冷却。将冷却的膨胀蒸汽部分再次分离而形成第二液化CO₂产物(其被合并以形成液化CO₂流)和含氢废气，该含氢废气在作为燃料被送往燃气轮机之前在换热器(参见上文)中用作内部制冷剂。据称，自所述剩余气流回收的膨胀能可有利地用于在压缩机中再压缩富氢的透过物流。如此压缩的富氢的透过物流随后可与含氢废气合并且用作燃气轮机的燃料。WO 2004/089499的自动制冷法提供了来自合成气的两种产物流：富氢的废气流和液化的二氧化碳流，该二氧化碳流捕获了变换流出物(shift effluent)中总二氧化碳的约70％。该二氧化碳可用泵增压到约2000psia并用于强化采油(EOR)。还应当认识到，该CO₂的至少一部分也可用作制冷剂(例如在冷箱或交换器中以降低功耗)。将来自所述膜的透过气体再压缩到约350psia并将其与来自自动制冷法的富氢物流混合。然而，据说压缩氢所需的功率相当大。

现已发现：通过在至少50巴表压的压力下将变换了的合成气流供给氢选择性膜分离单元，富氢的透过物流可直接供给燃气轮机的燃烧室，无需再压缩氢。还发现：来自所述膜分离单元的剩余气流(富集二氧化碳的气流)可使用至少一个(优选至少两个)外部制冷站冷却，使得含氢废气也在高于燃气轮机的燃烧室的操作压力下得到。

因此，本发明提供一种用于(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于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富集二氧化碳的保留物流各自在处于或高于发电厂燃气轮机的燃烧室的最小燃料气体进料压力的压力下从膜分离单元中移出；

(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串联配置的其它低温分离站的二氧化碳冷凝装置，其中第一低温分离站和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：