改進的氫和二氧化碳聯產品制造技術

氣體制備裝置（１００）具有接收原料氣（１２０）并制備第一尾氣流（１３２）和第一產物流（１３４）的第一分離器（１３０），和接收第一尾氣流（１３２）并制備第二產物流（１４２）和第二尾氣流（１４４）的第二分離器（１４０）。液化單元（１５０）接收至少部分第一產物流（１３４）和至少部分第二尾氣流（１４４），并制備第三產物流（１５４）和第三尾氣流。第三尾氣流的第一部分（１５２Ａ）與第一尾氣流（１３２）結合，而第三尾氣流的第二部分（１５２Ｂ）用作非尾氣。在運行氣體制備裝置（１００）的方法中，ＰＳＡ單元用作第二分離器（１４０），氫作為第二產物流（１４２）收集，而解吸的氣體作為第二尾氣流（１４４）排放。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術的領域是同時制備氫和二氧化碳。
技術介紹
諸如煉油廠氣或燃燒過程的尾氣的氣體的復雜混合物常常在凈化氣的制備中用作原材料，而且開發了各種系統，以較高純度(即大于90％(v/v))從單一氣體混合物中同時分離出至少兩種或多種氣體。某些系統采用PSA單元的串聯結構，其中第一PSA單元與第二PSA單元具有不同的選擇性，且第一單元排出的尾氣直接導向第二PSA單元的進料端。這種結構的實例描述在R.Kumar的US 4913709中。在一次要凈化較大體積尾氣的情況下，Kumar的帶有不等吸附特性的吸附床的PSA單元的串聯結構是有利的。然而，由于吸附劑床的不同物理-化學性能，往往增加了交叉循環步驟的復雜程度和數量，從而不利地增加了造價和維護要求。其他系統利用具有PSA單元和非PSA單元的結構，如Fuderer的US 4553981中描述的。在Fuderer的系統中，二氧化碳作為尾氣通過CO2洗滌器從原料氣流中除去，隨后將除去CO2的氣流送入H2-PSA單元中。然后將H2-PSA尾氣通過尾氣管排到大氣中，或回收到轉化爐或變換(Shift)單元中。當從進料氣體中同時分離H2和CO2時，可有益地采用Fuderer的結構，從而通過將尾氣回收到變換爐的重整裝置中，減少來自洗滌器和H2-PSA單元的尾氣中的氮和/或氬的不想要的聚積。然而，在回收回路中仍存在相當數量的二氧化碳和氫，一般都被排出或燃燒掉，使它們不再適于回收。其它系統采用選擇性膜，以從PSA單元的尾氣中分離出所想要的氣體組分。例如G.Intille在US4229188中描述了用氫可透過性膜從PSA單元的尾氣中回收H2。Instille的膜以高選擇性在單一處理步驟中除去H2，然而應用這種膜通常要求較高的壓力，從而增加了總體能量要求。為了避免與氫可透過膜相關的至少某些問題，Anand等在US5435836中提出使用吸附劑膜。吸附劑膜一般能以較高的專一性在相對低的壓力下回收氫。然而較低壓力的優點會被膜交換的需要所抵消，從而增加氫裝置的復雜性，或需要不連續的操作。這樣，盡管本領域已知從氣體混合物中同時制備所想要的氣體的各種系統，但是所有或幾乎所有系統都存在一個或多個缺點。因此，需要提供改進的用于從氣體混合物中同時制備所想要氣體的方法和裝置。專利技術概述本專利技術涉及包含氣體源、第一和第二分離器，以及液化單元的氣體制備裝置。第一分離器接收來自氣體源的原料氣，并產生第一尾氣流和第一產物流，而第二分離器接收第一尾氣流，以產生第二尾氣流和第二產物流。液化單元接收第一產物流和第二尾氣流，從而產生液化的第三產物流和第三尾氣流，而且至少部分第三尾氣流與第一尾氣流混和。在本專利技術主題的一個方面，氣體源提供主要含有氫和二氧化碳的原料氣，它通過蒸汽重整過程由天然氣制備。而第一分離器優選包括CO2洗滌器，第二分離器包括氫變壓吸附(PSA)單元，而液化單元在其尤其優選的方面包括自冷單元。在本專利技術主題的另一個方面，從原料氣中除去第一氣體組分和第二氣體組分的方法采用PSA單元，其產生主要含有第二氣體組分的第一產物流，和主要含有第一氣體組分和第二氣體組分的第一尾氣流。將至少部分尾氣流送入液化單元中，以產生第二產物流和第二尾氣流，且至少部分第二尾氣流返回PSA單元。本專利技術的各種目的、特征、方面和優點將從本專利技術的以下優選實施方式的詳細描述，以及附圖中變得更明顯。附圖簡述附圖說明圖1是根據本專利技術的主題的氣體制備裝置的示意圖。圖2是描述根據本專利技術主題改善從原料氣中回收氣體組分的方法的流程圖。專利技術詳述本文所用術語“非尾氣”指用在除排放到大氣中以外的方法中的氣體，優選的方法是包括在蒸汽重整爐或燃氣輪機中燃燒、膨脹或壓縮，以及在熱交換裝置中加熱/冷卻。同樣用于本文的術語“自冷系統”指用CO2作為制冷劑制備高純度液態CO2的裝置。尤其可作考慮的自冷系統描述在S.Reddy的PCT申請PCT/US99/00087中，本文參考引用該文獻。本文另外使用的術語“H2-PSA單元”和“氫PSA單元”均指設置為制備主要含有氫的產物氣流的PSA單元。同樣，“CO2-PSA單元”和“二氧化碳PSA單元”指設置為制備主要含有二氧化碳的產物氣流的PSA單元，其中術語“主要含有”指該產物氣流含有至少50％二氧化碳、氫或主要存在于一種產物中的其他化合物。在圖1中，裝置100通常帶有氣體源110，其中原料氣流112在重整爐114中重整，并通過輸送管116輸送到轉化爐118中，經重整的原料氣在其中轉化成原料氣流120。第一分離器130從原料氣除去第一氣體組分，產生第一產物流134和第一尾氣流132。將第一尾氣流132送入第二分離器140中，產生第二產物流142和第二尾氣流144。將第二尾氣流144和第一產物流134都送入液化單元150中，第三產物流154從液化單元中除去已液化的產物。離開液化單元的第三尾氣流的第一部分152A與第一尾氣流132混和，而第三尾氣流的第二部分152B在重整燃燒爐中燃燒。在本專利技術主題的優選方面中，生產裝置是用于氫和二氧化碳聯產的裝置，其中第一氣體組分為二氧化碳，而第二氣體組分為氫。該氣體源包括蒸汽重整爐和變換爐，以將主要含有CH4的天然氣流轉化成主要含有CO2和H2的原料氣流。第一分離器是與閃蒸單元和從原料氣中除去第一部分CO2的分離罐聯用的CO2洗滌器，從而制備CO2濃度大于80mol％的第一產物流，和送入氫PSA單元的第一尾氣流。第二分離器是制備含有純度大于99mol％的H2的第二產物流，以及含有約20mol％H2和大于70mol％的CO2的第二尾氣流的氫PSA的單元。第一產物流134和第二尾氣流144均送入自冷單元150中，以產生含有純度大于98mol％的CO2的第三產物流154。約70％(體積)的第三尾氣流(即第三尾氣流的第一部分)與第一尾氣流混和，而約30％(體積)送入蒸汽重整燃燒爐中(即第三尾氣流的第二部分)。對于液化單元的結構，應特別注意的是，通過(a)將H2-PSA尾氣送入自冷單元和(b)同時將自冷單元尾氣回收到H2-PSA中，可提高CO2和H2的回收速度。例如，在第一分離器中未從原料氣流除去的CO2將與H2一起，通過來自H2-PSA單元的第二尾氣流送入自冷單元中。第二尾氣流中的CO2在自冷單元中從第二尾氣流中深冷回收，使自冷單元成為第二分離器。第二尾氣流中的H2流經自冷單元，并將至少部分第三尾氣流再次送入H2-PSA中，來自第二尾氣流的H2循環至H2-PSA單元并隨后回收。還應注意到，在本專利技術主題的可選擇的方面中，盡管氣體源不必限于含有蒸汽重整器和變換爐的氣體源，但還可包括各種其他組分，這種選擇主要在于所想要的氣體。例如，在特別需要氫產物的場合，合適的氣體源可采用用于各種烴的部分氧化或煤的氣化的組分。另一方面，氣體源不必局限于主要制備氫的氣體源，還可包括制備N2、CO2、CO、He、Ar等的氣體源。在較純的氣體為工業過程的副產品的情況下，還可進一步考慮的是，合適的氣體源還可含有在除產物外的氣體凈化，如PSA單元、吸收劑單元、蒸餾塔、酸性氣體去除單元等中應用的元素。因此，原料氣體流不必限于主要含有H2和CO2的氣體混合物。或者，原料氣流可嘗試包括含有C2-C6烴和更高級的烴(它們可以是或不是脂本文檔來自技高網...

【技術保護點】
氣體制備裝置，包含： 提供含有第一氣體組分和第二氣體組分的原料氣流的氣體源； 與氣體源流動聯結的第一分離器，其中第一分離器除去原料氣流中的至少部分第一氣體組分，從而產生第一尾氣流和主要含有第一氣體組分的第一產物流； 與第一分離器流動聯結的第二分離器，其中第二分離器除去第一尾氣流的至少一部分第二氣體組分，從而產生第二尾氣流和主要含有第二氣體組分的第二產物流； 與第一和第二分離器流動聯結的液化單元，其中液化單元接收至少部分第一產物流和至少部分第二尾氣流，從而產生主要含有液化的第一氣體組分的第三產物流；和 其中液化單元產生第三尾氣流，第三尾氣流的第一部分與第一尾氣流結合，而另一部分用作非尾氣。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：S雷迪，
申請(專利權)人：弗勞爾公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]