[发明专利]从合成气分离出甲烷的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及从含有甲烷的合成气分离出甲烷的方法及相应的设备。

背景技术

通过已知方法从煤炭、石油或天然气制备的合成气通常在去除酸性气体之后除了含有所期望的组分氢和一氧化碳以外还含有含量通常为3至30体积％的甲烷以及更少量的其他组分。例如是各自少于1体积％的氮、氧、氩、二氧化碳和乙烷。因为在合成气中特别不希望存在有甲烷，所以通常将其分离出。

可以在低温分离设备中从含有甲烷的合成气分离出甲烷。该设备可以利用制冷回路运行，在制冷回路中制冷剂例如以多级方式并且在中间冷却和后期冷却的情况下进行压缩。于是经压缩的制冷剂可以在一个或多个热交换器中进行冷却。随后，经压缩和冷却的制冷剂以产生制冷的方式减压。

例如US2009/0205367A1公开了从含有甲烷的合成气分离出甲烷的方法和系统。

尤其是在相应的设备中需要液态制冷剂或相应的两相混合物的情况下，已知方法被证明是效率低下的，这是因为此类混合物的产生和/或处理即压缩、冷却、减压和/或输送通常伴随着相当大的成本。

因此，本发明的目的在于阐述更有效地从含有甲烷的合成气分离出甲烷的可能性。

发明内容

在此背景下，本发明建议从含有甲烷的合成气分离出甲烷的方法及相应的设备，其具有独立权利要求的特征。优选的实施方案是各个从属权利要求及以下说明书的主题。

在本申请中，将设备或方法中的物质和物质混合物例如合成气和制冷剂称作“流”和“馏份”。流通常作为流体在为此设置的管道中引导。馏份通常是指由起始混合物分离出的部分的起始混合物。馏份可以在相应地引导时形成相应的流。流可以返回例如用于提供起始混合物，可以由该起始混合物分离出馏份。

流或馏份可以“富含”或“含量低”一种或多种组分，其中各自基于重量基准或体积基准，“富含”表示含量大于75％、80％、85％、90％、95％、99％、99.5％或99.9％，“含量低”表示小于25％、20％、15％、10％、5％、1％、0.5％或0.1％。

本发明的优点

本发明例如可以用于从含有甲烷的合成气分离出甲烷的方法中，其中在第一分离塔中从合成气低温分离出富含甲烷并且含有一氧化碳的塔底馏份，并且在具有冷凝器的第二分离塔中从塔底馏份解吸一氧化碳。本申请的申请人开发了可用于此的低温分离设备，其是平行的专利申请的主题。该设备部分地在图1中显示，并在所属的附图说明部分中详细地加以解释。

可以在此类低温分离设备中首先通过热交换冷却含有甲烷的合成气。在第一分离塔中从冷却的含有甲烷的合成气低温分离出富含甲烷并且含有一氧化碳的塔底馏份。将该富含甲烷并且含有一氧化碳的塔底馏份输送至第二分离塔中，在第二分离塔中使一氧化碳基本上从塔底馏份解吸(汽提出)。在此特别是获得二氧化碳含量低的甲烷馏份和富含一氧化碳的塔顶流。后者可以作为回流送回至第一分离塔中。

所述低温分离设备包括具有制冷剂例如氮的制冷剂循环。在该制冷剂循环中将制冷剂例如以多级方式并且在中间冷却和后期冷却的情况下从低的初始压力压缩至高的最终压力。然后将经压缩的制冷剂在还用于冷却含有甲烷的合成气的第一热交换器中由初始温度冷却至更低的中间温度。

在同样用于冷却含有甲烷的合成气的第二热交换器中，将冷却至中间温度的制冷剂的第一部分直接继续冷却至更低的最终温度。与此不同，并不将冷却至中间温度的制冷剂的第二部分冷却至最终温度，而是将其送至第二分离塔的塔底再沸器和侧面蒸发器。制冷剂在此也在一定程度上冷却。随后又将这两部分制冷剂汇合。由此获得制冷剂流，其温度由这两部分的贡献组成。

然后，制冷剂流在膨胀器中以产生制冷的方式做功减压，并且送入第二分离塔的冷凝器中。冷凝器例如设计成塔顶冷凝器。制冷剂在减压时部分地冷凝出。在本申请的范畴内，将由于减压而产生的压力称作进料压力(Einspeisedruck)。

第二分离塔的冷凝器用于冷却由第二分离塔于塔顶侧排出的流体，通过使经压缩和冷却的制冷剂流减压至进料压力并将其送入冷凝器中，还使所述冷凝器冷却，从而使制冷剂流冷却。由此使制冷剂流至少部分地液化。将另一股经压缩和冷却的制冷剂流用于使膨胀器工作。在膨胀器中，使制冷剂流以产生制冷的方式做功减压。

部分地冷凝出的制冷剂在从冷凝器排出之后可以进行加热并完全蒸发。然后又具有其初始压力及其初始温度，并且可以重新如前所述压缩至最终压力。因此制冷剂循环是封闭的。