從合成氣分離出甲烷的方法和設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明建議在低溫分離設備(10)中從含有甲烷的合成氣(SYN)分離出甲烷(LNG)的方法，所述低溫分離設備包括具有至少一個膨脹器(X1)的制冷劑循環(huán)以及至少一個具有冷凝器(E5)的分離塔(S2)，其中向至少一個膨脹器(X1)和冷凝器(E5)各自供應來自制冷劑循環(huán)的經(jīng)壓縮和冷卻的部分的制冷劑。將從初始溫度(TA)冷卻至中間溫度(TI)的第一部分制冷劑供應至至少一個膨脹器(X1)。將首先同樣從初始溫度(TA)冷卻至中間溫度(TI)然后進一步冷卻至更低的最終溫度(TE)的第二部分制冷劑供應至冷凝器(E5)。本發(fā)明同樣涉及用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的設備(10，11，12)。
【專利說明】從合成氣分離出甲烷的方法和設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及從含有甲烷的合成氣分離出甲烷的方法及相應的設備。
【背景技術】
[0002]通過已知方法從煤炭、石油或天然氣制備的合成氣通常在去除酸性氣體之后除了含有所期望的組分氫和一氧化碳以外還含有含量通常為3至30體積％的甲烷以及更少量的其他組分。例如是各自少于I體積％的氮、氧、氬、二氧化碳和乙烷。因為在合成氣中特別不希望存在有甲烷，所以通常將其分離出。
[0003]可以在低溫分離設備中從含有甲烷的合成氣分離出甲烷。該設備可以利用制冷回路運行，在制冷回路中制冷劑例如以多級方式并且在中間冷卻和后期冷卻的情況下進行壓縮。于是經(jīng)壓縮的制冷劑可以在一個或多個熱交換器中進行冷卻。隨后，經(jīng)壓縮和冷卻的制冷劑以產(chǎn)生制冷的方式(kalteleistend )減壓。
[0004]例如US2009/0205367A1公開了從含有甲烷的合成氣分離出甲烷的方法和系統(tǒng)。
[0005]尤其是在相應的設備中需要液態(tài)制冷劑或相應的兩相混合物的情況下，已知方法被證明是效率低下的，這是因為此類混合物的產(chǎn)生和/或處理即壓縮、冷卻、減壓和/或輸送通常伴隨著相當大的成本。
[0006]因此，本發(fā)明的目的在于闡述更有效地從含有甲烷的合成氣分離出甲烷的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在此背景下，本發(fā)明建議從含有甲烷的合成氣分離出甲烷的方法及相應的設備，其具有獨立權(quán)利要求的特征。優(yōu)選的實施方案是各個從屬權(quán)利要求及以下說明書的主題。
[0008]在本申請中，將設備或方法中的物質(zhì)和物質(zhì)混合物例如合成氣和制冷劑稱作“流”和“餾份”。流通常作為流體在為此設置的管道中引導。餾份通常是指由起始混合物分離出的部分的起始混合物。餾份可以在相應地引導時形成相應的流。流可以返回例如用于提供起始混合物，可以由該起始混合物分離出餾份。
[0009]流或餾份可以“富含”或“含量低”一種或多種組分，其中各自基于重量基準或體積基準，“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%。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點
[0011]本發(fā)明例如可以用于從含有甲烷的合成氣分離出甲烷的方法中，其中在第一分離塔中從合成氣低溫分離出富含甲烷并且含有一氧化碳的塔底餾份，并且在具有冷凝器的第二分離塔中從塔底餾份解吸一氧化碳。本申請的 申請人:開發(fā)了可用于此的低溫分離設備，其是平行的專利申請的主題。該設備部分地在圖1中顯示，并在所屬的【專利附圖】

【附圖說明】部分中詳細地加以解釋。
[0012]可以在此類低溫分離設備中首先通過熱交換冷卻含有甲烷的合成氣。在第一分離塔中從冷卻的含有甲烷的合成氣低溫分離出富含甲烷并且含有一氧化碳的塔底餾份。將該富含甲烷并且含有一氧化碳的塔底餾份輸送至第二分離塔中，在第二分離塔中使一氧化碳基本上從塔底餾份解吸(汽提出)。在此特別是獲得二氧化碳含量低的甲烷餾份和富含一氧化碳的塔頂流。后者可以作為回流送回至第一分離塔中。
[0013]所述低溫分離設備包括具有制冷劑例如氮的制冷劑循環(huán)。在該制冷劑循環(huán)中將制冷劑例如以多級方式并且在中間冷卻和后期冷卻的情況下從低的初始壓力壓縮至高的最終壓力。然后將經(jīng)壓縮的制冷劑在還用于冷卻含有甲烷的合成氣的第一熱交換器中由初始溫度冷卻至更低的中間溫度。
[0014]在同樣用于冷卻含有甲烷的合成氣的第二熱交換器中，將冷卻至中間溫度的制冷劑的第一部分直接繼續(xù)冷卻至更低的最終溫度。與此不同，并不將冷卻至中間溫度的制冷劑的第二部分冷卻至最終溫度，而是將其送至第二分離塔的塔底再沸器和側(cè)面蒸發(fā)器。制冷劑在此也在一定程度上冷卻。隨后又將這兩部分制冷劑匯合。由此獲得制冷劑流，其溫度由這兩部分的貢獻組成。
[0015]然后，制冷劑流在膨脹器中以產(chǎn)生制冷的方式做功減壓，并且送入第二分離塔的冷凝器中。冷凝器例如設計成塔頂冷凝器。制冷劑在減壓時部分地冷凝出。在本申請的范疇內(nèi)，將由于減壓而產(chǎn)生的壓力稱作進料壓力(Einspeisedruck)。
[0016]第二分離塔的冷凝器用于冷卻由第二分離塔于塔頂側(cè)排出的流體，通過使經(jīng)壓縮和冷卻的制冷劑流減壓至進料壓力并將其送入冷凝器中，還使所述冷凝器冷卻，從而使制冷劑流冷卻。由此使制冷劑流至少部分地液化。將另一股經(jīng)壓縮和冷卻的制冷劑流用于使膨脹器工作。在膨脹器中，使制冷劑流以產(chǎn)生制冷的方式做功減壓。
[0017]部分地冷凝出的制冷劑在從冷凝器排出之后可以進行加熱并完全蒸發(fā)。然后又具有其初始壓力及其初始溫度，并且可以重新如前所述壓縮至最終壓力。因此制冷劑循環(huán)是封閉的。
[0018]為了冷卻冷凝器，需要減壓至進料壓力的制冷劑的特定的液體部分，因為用于對來自第二分離塔的塔頂餾份進行冷卻的冷凝器具有浸沒式熱交換器，該熱交換器在工作過程中必須被液體覆蓋。但是存在于所用的膨脹器的出口處的制冷劑的所述液體部分的有效性變差。此外，在所述方法中，還限制制冷劑的最大可用的初始壓力，這是因為特別是由于在減壓至進料壓力的制冷劑中液態(tài)部分的增多而導致在通向冷凝器的管路中的壓力損失。因此，需要比較多的循環(huán)能量，以將制冷劑各自壓縮至其最終壓力。所需的壓縮機相應地是昂貴的。
[0019]一般而言，還涉及在低溫分離設備中從含有甲烷的合成氣分離出甲烷的方法，所述低溫分離設備包括具有至少一個膨脹器的制冷劑循環(huán)以及至少一個具有冷凝器的分離塔，其中將經(jīng)壓縮和冷卻的部分的制冷劑從制冷劑循環(huán)供應至所述至少一個膨脹器和冷凝器。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，將由初始溫度冷卻至中間溫度的第一部分的制冷劑供應至膨脹器，及將首先同樣由初始溫度冷卻至中間溫度然后繼續(xù)冷卻至更低的最終溫度的第二部分的制冷劑供應至冷凝器。在此，優(yōu)選將所述第一部分和第二部分作為共同的制冷劑流冷卻至中間溫度。
[0021]因此，與前述設備不同，所用的冷凝器需要所送入的制冷劑的特定的液體部分，其不是經(jīng)由膨脹器供應，而是例如經(jīng)由為此設置的減壓閥供應。同樣不同于前述設備的工作方式，膨脹器是利用沒有預先冷卻至最終溫度并因此較熱的部分的制冷劑工作的。
[0022]如前所述，為了將第二部分的制冷劑供應至冷凝器中，更優(yōu)選使用減壓閥，利用減壓閥使第二部分的制冷劑減壓至進料壓力，并由此至少部分地液化。與膨脹器不同，減壓閥還可以毫無問題地用于提供部分液化的制冷劑流。與此不同，其他存在的膨脹器則可以完全利用氣態(tài)流工作。由此提高了有效性。
[0023]更優(yōu)選使用至少一個第一熱交換器以將第一和第二部分的制冷劑從初始溫度冷卻至中間溫度，并且使用第二熱交換器以將第二部分的制冷劑從中間溫度繼續(xù)冷卻至最終溫度。其優(yōu)選為板式熱交換器，其可以冷卻或加熱多股流體，從而可以減少設備費用，并且可以降低熱損耗。在此在將第一和第二部分冷卻至中間溫度時，可以如下所述加入其他的熱交換器。
[0024]在將含有甲烷的合成氣送入第一分離塔中之前，更優(yōu)選還在第一熱交換器中進行冷卻，然后在第二熱交換器中進行冷卻。由此由同一制冷回路提供第二分離塔的冷量需求和熱量需求，以及提供冷卻含有甲烷的合成氣所需的冷量。優(yōu)選將在所述膨脹器中及任選在一個或多個其他的膨脹器中釋放的減壓冷量用于冷卻含有甲烷的合成氣?？梢詫⒂珊屑淄榈暮铣蓺馔ㄟ^分離出甲烷獲得的合成氣產(chǎn)品在相對于含有甲烷的合成氣的逆流中同樣引導通過熱交換器。
[0025]特別有利的是，在所述方法中，使用至少一個其他的熱交換器，于其中對在至少一個分離塔的確定的取料高度處排出的流體進行加熱。在此，其他的熱交換器例如可以設計成所謂的塔底再沸器，在所述塔底再沸器中可以對由第二分離塔于塔底側(cè)排出的流體進行加熱及任選進行蒸發(fā)。此外，還可以將其他的熱交換器設計成所謂的側(cè)面蒸發(fā)器的形式。于其中可以對例如在分離塔塔底排出的流體進行加熱及任選進行蒸發(fā)。通過使用相應的熱交換器提高了第二分離塔中的分離效率。
[0026]更優(yōu)選可以在至少一個其他的熱交換器中對在第一熱交換器中冷卻的第一和第二部分的制冷劑的至少一部分繼續(xù)冷卻。換而言之，在此使用制冷劑循環(huán)中的制冷劑，例如在塔底再沸器中，對在第二分離塔的至少一個確定的取料高度處排出的流體進行加熱。由此可以降低其溫度，并且對在第二分離塔的至少一個確定的取料高度處排出的流體進行加熱時釋放出的冷量加以有效地利用。
[0027]替代性地或額外地，在至少一個其他的熱交換器中，還可以對在第一熱交換器中冷卻的含有甲烷的合成氣繼續(xù)進行冷卻，由此同時對從第二分離塔排出的流體進行加熱。由此減少了冷卻含有甲烷的合成氣所需的能量。
[0028]在此類方法中，在第二熱交換器中對在第一分離塔中分離出的含有一氧化碳的塔底餾份的至少一部分進行加熱也可以是有利的。由此可以省略掉否則需要的其他的熱交換器(塔底再沸器和/或側(cè)面蒸發(fā)器)。
[0029]在一個相應的方法中，更優(yōu)選使第一部分制冷劑在膨脹器中以做功和/或提供制冷的方式減壓，隨后送入第二熱交換器的冷端。如前所述，由此可以有效地利用在膨脹器中產(chǎn)生的減壓冷量。因為膨脹器僅僅利用氣體工作，所以其以更高的有效性工作。
[0030]特別有利的是，在第二熱交換器中對在第一分離塔中分離出的富含甲烷并且含有一氧化碳的塔底餾份的一部分進行加熱，并且在確定的進料高度處送入第二分離塔中。由此可以省略掉通常需要的側(cè)面蒸發(fā)器。側(cè)面蒸發(fā)器的功能通過第二熱交換器實現(xiàn)，這減少了設備費用并且降低了熱損耗。
[0031]更優(yōu)選將第一或第二部分的制冷劑壓縮到50至100巴、尤其是60至90巴的壓力，和/或減壓到8至20巴、尤其是10至15巴的進料壓力(PC)，和/或冷卻到-120至_170°C、尤其是-130至-160°C的中間溫度(TI)，和/或冷卻到-140至_180°C、尤其是-150至_170°C的最終溫度(TE)。
[0032]在一個相應的方法中，更優(yōu)選使用制冷劑的80%作為第一部分，和/或使用制冷劑的20%作為第二部分。所述各個部分例如可以根據(jù)冷凝器和/或第二熱交換器中的冷量需求進行調(diào)節(jié)。
[0033]更優(yōu)選使用主壓縮機和至少一個后期壓縮機將制冷劑從初始壓力壓縮至最終壓力。如前所述將由初始溫度冷卻至中間溫度的第一部分制冷劑供應至膨脹器，膨脹器與后期壓縮機相連。若僅僅設置一個后期壓縮機，則在此情況下與其相連；與此不同在設置有多于一個后期壓縮機的情況下，則與提供最終壓力的后期壓縮機相連(即串聯(lián)壓縮機組中的最后的后期壓縮機)。膨脹器以機械方式與該后期壓縮機相連，并且驅(qū)動該后期壓縮機。其允許特別有效地工作，尤其是取決于待分離的甲烷的量及由此取決于所需的冷量，僅僅需要一個膨脹器或一個第二膨脹器，其于是以機械方式與其他的后期壓縮機相連。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的設備被設計用于實施所述從含有甲烷的合成氣分離出甲烷的方法，并且具有相應的裝置。其以相同方式得益于上述優(yōu)點，因此可以參考這些優(yōu)點。
[0035]本發(fā)明的基本思想總體上在于，將在減壓閥中減壓的制冷劑流直接供應至第二分離塔的冷凝器。并不是經(jīng)由膨脹器，而是直接經(jīng)由節(jié)流閥的排出流向冷凝器提供冷量。
[0036]本發(fā)明的另一個基本思想在于，在膨脹器上游將制冷劑流分流，其中將第一氣態(tài)支流供應至膨脹器，并且冷卻第二氣態(tài)支流，在節(jié)流閥中進行減壓，并且作為低壓制冷劑送入第二分離塔的冷凝器中。
[0037]根據(jù)本發(fā)明特別有利的是，膨脹器以如下方式工作，使膨脹器的排出流呈氣態(tài)。由此使膨脹器具有高的有效性。膨脹器優(yōu)選可以如下方式工作，出口大致處于制冷劑的露點范圍內(nèi)。此外，還可以此方式提高制冷劑循環(huán)的壓縮機的抽吸壓力，這同樣改善了所述過程的有效性。
[0038]下面依照附圖進一步闡述本發(fā)明，這些附圖所示為本發(fā)明的其他優(yōu)選的實施方案。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1所示為根據(jù)現(xiàn)有技術由含有甲烷的合成氣分離出甲烷的設備的示意圖。
[0040]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案由含有甲烷的合成氣分離出甲烷的設備的示意圖。
[0041]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案由含有甲烷的合成氣分離出甲烷的設備的示意圖。
[0042]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案由含有甲烷的合成氣分離出甲烷的設備的示意圖。
[0043]圖中相同的附圖標記表示相同或相互對應的元件。除非各自另有說明，在圖1中所涉及的關于壓力、溫度、組成等的陳述也同樣涉及圖2至4中所示的本發(fā)明的實施方案?！揪唧w實施方式】
[0044]圖1所示為非本發(fā)明的由含有甲烷的合成氣分離出甲烷的設備。該設備整體上用附圖標記100表示。
[0045]設備100具有第一分離塔SI和第二分離塔S2。第一分離塔SI和第二分離塔S2在不同的壓力下工作。壓力差例如為5至30巴，尤其是10至20巴?？梢詫⒌诙蛛x塔S2的壓力限制在25至30巴，以確保氣相和液相之間的壓力差為至少240kg/m3，尤其是至少270kg/m3。
[0046]將含有甲烷的合成氣SYN在第一熱交換器El中冷卻至例如-60至-110°C、尤其是-80至-95°C的溫度，并在第二熱交換器E2中冷卻至例如-120至_170°C、尤其是-130至_160°C的溫度，然后在確定的進料高度處將其供應至第一分離塔SI。在第一分離塔SI中可以利用經(jīng)由泵LI泵送的富含一氧化碳的循環(huán)從含有甲烷的合成氣SYN洗出甲烷。以此方式獲得甲烷含量低的塔頂餾份以及富含甲烷并且含有一氧化碳的塔底餾份。
[0047]在第一分離塔SI的底部分離出含有一氧化碳的塔底餾份。從第一分離塔SI的塔頂排出甲烷含量低的塔頂餾份，在熱交換器E2和El中進行加熱，并且作為被貧化至甲烷殘余含量例如為0.01至1.00體積％、尤其是0.1至0.5體積％的合成氣產(chǎn)品PRO排出。
[0048]經(jīng)由閥V3將來自第一分離塔SI的富含甲烷并且含有一氧化碳的塔底餾份減壓至第二分離塔S2的壓力，又在確定的進料高度處送入其中。第二分離塔S2作為所謂的一氧化碳汽提塔工作。為此設置有第三和第四熱交換器E3和E4，它們一方面作為塔底再沸器(第三熱交換器E3)工作，另一方面作為側(cè)面蒸發(fā)器(第四熱交換器E4)工作，并且利用制冷劑進行加熱。此外，第二分離塔S2還具有冷凝器E5，其例如設計成塔頂冷凝器，并且在其中可以將在第二分離塔S2中上升的蒸汽冷凝出來。
[0049]由此可以在第二分離塔S2的塔底獲得二氧化碳(一氧化碳)含量低的甲烷餾份，其一氧化碳濃度例如為0.01至1.00體積％、尤其是0.1至0.5體積％。例如可以將其引導通過熱交換器E2。選擇性地，可以將其以甲烷產(chǎn)品LNG的形式作為沸騰液體或過冷液體或者作為任意壓力下的氣體排出。例如由I至100巴的范圍選擇壓力。同樣可以將甲烷產(chǎn)品LNG劃分成為多個平行的具有不同的排出狀態(tài)的產(chǎn)品流，例如液態(tài)、沸騰、過冷和/或氣態(tài)。
[0050]將第二分離塔S2的氣態(tài)塔頂餾份在循環(huán)壓縮機(RUckverdichter) C4中重新壓縮至第一分離塔SI的壓力，并將其混入通向第一分離塔SI的進料流SYN。
[0051]從第二分離塔S2的最上面的塔板排出富含一氧化碳的液態(tài)塔頂流，在所述泵LI中泵壓至第一分離塔SI的壓力，并作為富含一氧化碳的回流送至第一分離塔SI。其在第一分離塔SI中用于洗出甲烷。
[0052]設置優(yōu)選封閉的制冷劑循環(huán)以冷卻或加熱第二分離塔S2，即用于使第三熱交換器E3、第四熱交換器E4和冷凝器E5工作。
[0053]其包括具有中間冷卻器E6、E7和ES的優(yōu)選多級的主壓縮機Cl以及第一和第二后期壓縮機(增壓機Booster) C2和C3，其具有后期冷卻器E9。在主壓縮機Cl和后期壓縮機C2和C3中可以將氣態(tài)制冷劑例如技術純的干燥氮氣從例如5至20巴、尤其是8至15巴的初始壓力PA經(jīng)由相應的中間壓力壓縮至例如50至100巴、尤其是60至90巴的最終壓力PE0根據(jù)在此所涉及的定義，初始壓力PA位于主壓縮機Cl的吸入側(cè)，最終壓力PE位于后期壓縮機C3的壓力側(cè)，在圖中以虛線框顯示。
[0054]可以各自通過同樣利用制冷劑工作的膨脹器X2和Xl驅(qū)動第一后期壓縮機C2和第二后期壓縮機C3。制冷劑在膨脹器X2和Xl中各自以做功和提供制冷的方式減壓，其中將釋放出的冷量各自用于使第一和第二熱交換器El和E2工作，并且將釋放出的機械功率用于使第一和第二后期壓縮機C2和C3工作。下面還將膨脹器Xl和X2根據(jù)任選在其中減壓的制冷劑的溫度稱作“熱的”和“冷的”膨脹器X2和XI，其中所述熱的膨脹器X2歸屬于第一后期壓縮機C2，第一膨脹器歸屬于第二后期壓縮機C3。
[0055]若應當以氣態(tài)排出富含甲烷的產(chǎn)品并由此需要較少的冷量，則可以省略掉熱的膨脹器X2及由此省略掉第一后期壓縮機C2。若進料流E含有小于10體積％、尤其是小于7體積％的甲烷，則這尤其適用。在此條件下，即使沒有來自熱的膨脹器X2的冷量，也可以經(jīng)濟地滿足第一熱交換器El中的冷量需求。
[0056]若存在熱的膨脹器X2，則可以使“熱的”部分的制冷劑在其中以提供制冷和做功的方式減壓到例如5至20巴、尤其是8至15巴的壓力。接著可以將經(jīng)減壓的制冷劑流在第一熱交換器El中繼續(xù)加熱，然后重新供應至主壓縮機Cl。
[0057]若不存在熱的膨脹器X2，則使全部制冷劑，在其他情況下是未在熱的膨脹器X2中減壓的部分，在第一熱交換器El中首先從初始溫度TA冷卻至例如-60至-110°C、尤其是-80至-95 °C的溫度。
[0058]接著從第一熱交換器El分流出較大部分例如40至90%、尤其是75至85%的制冷齊U，供應至第三和第四熱交換器E3和E4，并在此將其用于來自第二分離塔S2的流體的塔底再沸或者側(cè)面蒸發(fā)。在此將該部分進一步冷卻至例如-90至-130°C、尤其是-105至-120°C的溫度。
[0059]與此不同，在第一熱交換器El中冷卻之后接著將來自第一熱交換器El的制冷劑的較小部分例如5至25%在第二熱交換器E2中進一步冷卻至例如-120至_170°C、尤其是-130至_160°C的更低的最終溫度TE。
[0060]隨后將這兩部分的制冷劑又匯合，共同在冷的膨脹器Xl中減壓。在此，將冷卻至最終溫度TE的這部分制冷劑引導經(jīng)過閥V2。
[0061]制冷劑通過在膨脹器Xl中減壓而部分地液化，其中在減壓之后存在一部分例如I至30重量％、尤其是5至25重量％的液態(tài)制冷劑。制冷劑進入冷的膨脹器Xl中的入口溫度例如可以通過冷卻至最終溫度TE的這部分制冷劑的量和溫度加以調(diào)節(jié)，從而在冷的膨脹器Xl中減壓之后獲得所期望的液態(tài)部分。在本申請的范疇內(nèi)，將減壓后的壓力稱作“進料壓力(Einspeisedruck) ”。
[0062]將部分液化的制冷劑在由此獲得的進料壓力PC下供應至冷凝器E5。在冷凝器E5中使至少一部分的液態(tài)部分蒸發(fā)。隨后可以將現(xiàn)在具有例如O至20%、尤其是O至10%的液態(tài)部分的制冷劑一方面經(jīng)由具有閥V4的液體管路及另一方面經(jīng)由氣體管路從冷凝器E5的頂部分離地排出，若需要則在熱交換器E2和El中完全蒸發(fā)，及任選過熱，隨后重新供應至主壓縮機Cl。
[0063]需要一定的制冷劑液態(tài)部分以在冷凝器E5中進行充分冷卻。因此制冷劑在冷的膨脹器Xl的出口處必須以兩相形式存在。如所述，這會使冷的膨脹器Xi的有效性變差。此夕卜，在所示的布置方式中，將可以用作初始壓力PA的最大壓力通過在E5中所需的制冷劑蒸發(fā)壓力加以限制。
[0064]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案由含有甲烷的合成氣分離出甲烷的設備的示意圖，整體上以附圖標記10表示。設備10具有前述設備100的基本組件。
[0065]與其中經(jīng)由冷的膨脹器Xl向第二分離塔S2的冷凝器E5供料的設備100不同，在設備10中為此設置減壓閥VI。與設備100的工作方式不同，在設備10中冷的膨脹器Xl利用之前未經(jīng)過熱交換器E2并因此較熱的一部分制冷劑工作。
[0066]如之前參考設備100所述，全部制冷劑或者未在任選存在的熱的膨脹器X2中減壓的部分首先在第一熱交換器El中進行冷卻。
[0067]隨后可以分流出一部分例如50至97%的制冷劑，并如前所述引導通過第三和第四熱交換器E3和E4。在此如所述進行相應的冷卻。在與未被引導經(jīng)過第三和第四熱交換器E3和E4的剩余部分重新匯合之后，制冷劑具有中間溫度TI，該中間溫度一方面由在第一熱交換器El中的冷卻過程及另一方面由在熱交換器E3和E4中的部分的進一步冷卻過程產(chǎn)生。如所述，將制冷劑在第一熱交換器El中冷卻至例如-60至-120°C、尤其是-90至-110°C的溫度。在第三和第四熱交換器E3和E4中將相應地分流出的部分進一步冷卻至例如-80至_130°C、尤其是-100至_120°C的溫度。因此中間溫度TI介于這些溫度之間，但是在各種情況下均高于最終溫度TE，該最終溫度是在第二熱交換器中達到的，例如-140至 _180°C、尤其是-150 至-170°C。
[0068]現(xiàn)在將具有中間溫度TI的制冷劑重新劃分成為第一和第二部分。將第一部分例如60至95%的制冷劑供應至冷的膨脹器XI。由于供應至冷的膨脹器Xl的制冷劑的中間溫度TI高于在設備100中所采用的最終溫度TE，在冷的膨脹器Xl中不發(fā)生液化。因此冷的膨脹器Xl可以更加有效地工作。
[0069]與此不同，第二部分即剩余部分隨后直接從所述中間溫度TI冷卻至已多次述及的最終溫度TE，如所述例如為-140至_180°C、尤其是-150至_170°C。將該第二部分制冷劑經(jīng)由減壓閥Vl減壓至進料壓力PC，并送入冷凝器E5中。由此使制冷劑部分或完全地液化。
[0070]換而言之，通過減壓閥Vl和具有最終溫度TE的制冷劑滿足冷凝器C5對液態(tài)制冷劑的需求。與此不同，將具有更高的溫度TI的制冷劑供應至冷的膨脹器XI，因而制冷劑在膨脹器Xl中不發(fā)生液化。但是所釋放出的制冷功率和做功功率仍然可用于使第二熱交換器E2和后期壓縮機C3工作。
[0071]制冷劑又可以在冷凝器E5中至少部分地蒸發(fā)，隨后通過具有閥V4的液體管路以及氣體管路從冷凝器E5的頂部以分離的方式排出，并與在冷的膨脹器Xl中減壓的第一部分制冷劑匯合。隨后引導制冷劑經(jīng)過熱交換器E2和E1，隨后重新于吸入側(cè)送入主壓縮機Cl中。
[0072]除了改善了冷的膨脹器Xl的有效性，在設備10中可以采用的初始壓力PA明顯高于設備100，這減少了所需的循環(huán)能量?？稍谠O備10中實施的方法整體上明顯地改善了效率。主壓縮機Cl所需的軸功率的減少程度尤其是可以達到約10%至20%的范圍。
[0073]此外，還可以將第二分離塔S2的氣態(tài)塔頂餾份在循環(huán)壓縮機C4中重新壓縮至第一分離塔SI的壓力，在E2和El中加熱之后混入甲烷含量低的產(chǎn)品PRO中。還可以直接混入分離塔SI的塔頂產(chǎn)品中。
[0074]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案由含有甲烷的合成氣分離出甲烷的設備的示意圖，整體上以附圖標記11表示。設備11除了具有多至第四熱交換器E4之外，還具有前述設備100的基本組件。
[0075]不使用被設計成側(cè)面蒸發(fā)器的第四熱交換器E4，而是將一部分在第一分離塔SI的塔底側(cè)分離出的富含甲烷并且含有一氧化碳的塔底餾份引導經(jīng)過減壓閥V5，并在第二熱交換器E2中進行加熱。隨后將經(jīng)由減壓閥V5減壓并且在第二熱交換器E2中加熱的這部分塔底餾份在確定的進料高度處送入第二分離塔S2中，從而在此進行加熱。由此可以較少的設備費用實現(xiàn)第四熱交換器E4的功能，這節(jié)約了成本。
[0076]因此在設備11中通過在第一熱交換器El中的冷卻過程和在第三熱交換器E3中對相應部分的進一步冷卻過程產(chǎn)生制冷劑的中間溫度TI。
[0077]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案由含有甲烷的合成氣分離出甲烷的另一個設備的示意圖，整體上以附圖標記12表示。設備12具有前述設備11的基本組件。
[0078]但是在設備12中并不是將來自制冷劑循環(huán)的制冷劑，而是將在第一熱交換器El中冷卻的含有甲烷的合成氣SYN的至少一個支流供應至作為塔底再沸器工作的第三熱交換器。所以在此其被引導首先經(jīng)過第一熱交換器E1，然后經(jīng)過第三熱交換器E3，然后經(jīng)過第二熱交換器E2。因此設備12可以更加有效地工作。
[0079]因此在設備12中基本上僅僅通過在第一熱交換器El中的冷卻過程產(chǎn)生制冷劑的中間溫度TI。
[0080]所述方法的另一個未在圖中示出的有利的實施方案涉及熱交換器El和/或E2。在此還可以有利地一方面針對甲烷LNG、含有甲烷的合成氣SYN和/或產(chǎn)品流PRO以及另一方面針對制冷劑流設置各自分離的熱交換器。這可以降低成本。這尤其是適用于熱交換器El,但是對于熱交換器E2也可以是有利的。所示的熱交換器El和/或E2還可以各自以兩個或更多個結(jié)構(gòu)單元的形式實現(xiàn)。
[0081]雖然參考在第一分離塔SI和第二分離塔S2之間采用可比較的壓力差大小的設備描述了本發(fā)明，還可以將其用于具有較小壓力差的方法和設備中。因此還可以相應地運行設備，在其中含有甲烷的合成氣SYN在進入和排出整個過程的入口和出口之間，在此分別定義為進入和排出第一熱交換器El的入口和出口，僅僅承受壓力差，尤其是I至3巴、例如
1.5至2.5巴的范圍內(nèi)的壓降。
【權(quán)利要求】
1.在低溫分離設備(10)中從含有甲烷的合成氣(SYN)分離出甲烷(LNG)的方法，所述低溫分離設備包括具有至少一個膨脹器(Xl)的制冷劑循環(huán)以及至少一個具有冷凝器(E5)的分離塔(S2)，其中向至少一個膨脹器(Xl)和冷凝器(E5)各自供應來自制冷劑循環(huán)的經(jīng)壓縮和冷卻的部分的制冷劑，其特征在于，將從初始溫度(TA)冷卻至中間溫度(TI)的第一部分制冷劑供應至至少一個膨脹器(XI)，并且將首先同樣從初始溫度(TA)冷卻至中間溫度(TI)然后進一步冷卻至更低的最終溫度(TE)的第二部分制冷劑供應至冷凝器(E5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中為了將第二部分制冷劑供應至冷凝器(E5)中，使用減壓閥(Vl)將第二部分制冷劑減壓至進料壓力(PC)，并由此使其至少部分地液化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中使用至少一個第一熱交換器(El)將第一和第二部分制冷劑從初始溫度(TA)冷卻至中間溫度(TI)，并使用第二熱交換器(E2)將第二部分制冷劑從中間溫度(TI)進一步冷卻至最終溫度(TI)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中在低溫分離設備(10)中將含有甲烷的合成氣(SYN)同樣至少在第一熱交換器及然后在第二熱交換器(E1，E2)中進行冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，其中使用至少一個其他的熱交換器(E3，E4)，在其中對在確定的取料高度處由至少一個分離塔(S2)排出的流體進行加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中在至少一個其他的熱交換器(E3，E4)中對在第一熱交換器(El)中冷卻的第一和第二部分制冷劑的至少一部分進行進一步冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，其中在至少一個其他的熱交換器(E3，E4)中對在第一熱交換器(El)中冷卻的含有甲烷的合成氣(SYN)進行進一步冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7之一的方法，其中第一部分制冷劑在膨脹器(Xl)中以做功和/或提供制冷的方式減壓，接著將其送入第二熱交換器(E2)的冷端。`
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8之一的方法，其中使用至少兩個分離塔(S1，S2)，在第一分離塔(SI)中從合成氣(SYN)低溫分離出富含甲烷并且含有一氧化碳的塔底餾份，并且在具有冷凝器(E5)的第二分離塔(S2)中使一氧化碳從塔底餾份至少部分地解吸，在第二熱交換器(E2)中對在第一分離塔(SI)中分離出的富含甲烷并且含有一氧化碳的塔底餾份的至少一部分進行加熱，并且將其在確定的進料高度處送入第二分離塔(S2)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9之一的方法，其中將第一和/或第二部分制冷劑壓縮到50至100巴、尤其是60至90巴的壓力，和/或減壓到8至20巴、尤其是10至15巴的進料壓力(PC)，和/或冷卻到 -120至-170°c、尤其是-130至_160°C的中間溫度(TI)，和/或冷卻到-140至_180°C、尤其是-150至_170°C的最終溫度(TE)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2至10之一的方法，其中使用80%的制冷劑作為所述第一部分，和/或使用20%的制冷劑作為所述第二部分。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中使用主壓縮機(Cl)和至少兩個后期壓縮機(C2，C3)壓縮制冷劑，膨脹器(Xl)以機械方式與所述至少兩個后期壓縮機(C2，C3)之一相連，并且對其進行驅(qū)動。
13.用于實施根據(jù)前述權(quán)利要求之一的從含有甲烷的合成氣(SYN)分離出甲烷(LNG)的方法的設備(10，11，12)，其被設計為低溫分離設備(10)，其包括至少一個膨脹器(Xl)和至少一個具有冷凝器(E5)的分離塔(S2)，其中至少一個膨脹器(Xl)和冷凝器(E5)的設計方式使得向其各自供應來自制冷劑循環(huán)的經(jīng)壓縮和冷卻的部分的制冷劑，設置裝置，其設計方式使得向至少一個膨脹器(Xl)供應從初始溫度(TA)冷卻至中間溫度(TI)的第一部分制冷劑，并且向冷凝器(E5)供應首先同樣從初始溫度(TA)冷卻至中間溫度(TI)然后進一步冷卻至更低的最終溫 度(TE)的第二部分制冷劑。
【文檔編號】F25J3/00GK103776238SQ201310757056
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月18日
【發(fā)明者】H·施密特 申請人:林德股份公司