[发明专利]用于生产纯一氧化碳和氢气的方法和设备

说明书

提出了一种用于生产纯一氧化碳和氢气的方法和设备，其通过烃，优选甲烷或石脑油的蒸汽重整以提供粗合成气并随后进行粗合成气的多级后处理、纯化和分馏以提供目标产物，其中作为工艺链副产物获得的材料流也将被有利地利用。这根据本发明通过提供再循环压缩机来实现，该再循环压缩机设置为用多个并联的、可独立操作的压缩机级再循环副产物物流。这使得能够实现不同尺寸的再循环物流至蒸汽重整单元。在替代实施例中，可以额外产生另外的再循环流，其允许人工地增加低温分馏单元上的负荷，从而使得其中所包含的蒸馏和分离步骤的控制更简单并且操作更稳定。

技术领域

本发明涉及一种用于生产纯一氧化碳和氢气的方法和设备，其通过烃，优选甲烷或石脑油的蒸汽重整以提供粗合成气并随后进行粗合成气的多级后处理、纯化和分馏以提供目标产物，其中作为工艺链副产物获得的材料流也将被有利地利用。

背景技术

烃可以与蒸汽催化地反应以提供合成气，即氢气(H₂)和一氧化碳 (CO)的混合物。正如乌尔曼的工业化学百科全书(Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry)，第六版，1998电子发行(Electronic Release)，关键词“气体生产”中所解释的，所谓的蒸汽重整是最常用的生产合成气的方法，该合成气然后可以转化为另外的重要的商品化学品，如甲醇或氨。虽然可以转化不同的烃，例如像石脑油、液化气或炼油厂气体，但是含甲烷的天然气的蒸汽重整是主要的。用于合成气生产的另外重要方法是例如烃的自热重整(ATR)和部分、非催化(POX)或催化氧化。

在通过热交换器或火焰加热器预热至约500℃以上(例如最高650℃) 的温度之后，烃-蒸汽混合物在最终加热至约800℃至950℃之后进入蒸汽重整器的重整管并且在其中在重整催化剂上转化为一氧化碳和氢气。镍基重整催化剂很普遍。尽管高级烃完全转化为一氧化碳和氢气，但在甲烷的情况下，通常发生部分转化。产物气体的组成由反应平衡决定；因此，产物气体不仅包含一氧化碳和氢气，而且还包含二氧化碳、未转化的甲烷和水蒸气。为了能量优化或对于包含高级烃的输入材料，可以在预热器的下游采用所谓的用于预裂化输入材料的预重整器。然后将预裂化的输入材料在另一个加热器中加热到所需的重整管入口温度。

在离开重整炉之后，热的合成气产物气在一个或多个热交换器中在与有待加热的工艺介质的间接热交换中被部分冷却。然后，部分冷却的合成气产物气根据所需产物或下游工艺的类型经过进一步的调节步骤。

所产生的部分冷却的粗合成气的进一步后处理通常还包括用于例如通过物理或化学吸收或气体洗涤来去除另外不想要的伴随物的方法。因此，此类方法可以用于从通过气化或重整含碳输入物而产生的粗合成气中安全地去除不想要的酸性成分(例如二氧化碳(CO₂)和硫化氢(H₂S))，并且还从想要的合成气成分氢气和一氧化碳中去除另外的成分(如羰基硫化物(COS)、氰化氢(HCN)或硫醇(RSH))至痕量范围。已知且经常使用的方法是低温甲醇洗方法，该方法包括用低温甲醇作为吸收剂洗涤粗合成气，并且在上述文献中大体上也进行了描述。其他洗涤方法采用其他洗涤或吸收介质，例如N-甲基吡咯烷酮(NMP)，仲胺例如二乙醇胺，叔胺例如甲基二乙醇胺(MDEA)，聚乙二醇二烷基醚，例如聚乙二醇二甲基醚。如此去除的二氧化碳可以全部或部分再循环至合成气生产中，例如蒸汽重整，以进行材料利用并降低H₂/CO摩尔比。当一氧化碳是该方法的目标产物之一时，这是特别希望的。以下将通过这种方法操作的设备通常称为二氧化碳去除单元。在此要采用的特定工艺条件，其选择是本领域技术人员熟悉的，在下文中称为二氧化碳去除条件。