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CN100384512C - 用于从甲醇中脱除二氧化碳的装置单元 - Google Patents

用于从甲醇中脱除二氧化碳的装置单元 Download PDF

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CN100384512C CNB038156075A CN03815607A CN100384512C CN 100384512 C CN100384512 C CN 100384512C CN B038156075 A CNB038156075 A CN B038156075A CN 03815607 A CN03815607 A CN 03815607A CN 100384512 C CN100384512 C CN 100384512C
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Abstract

兹记叙一种用来从处于高压条件下的甲醇中脱附二氧化碳和其它杂质的装置单元，该装置单元至少设有一个或多个串接安置的减压容器、至少一个换热器和至少一个气液分离器。该装置单元包括a)管道(1)，经此管道，离开所述减压容器C、剧烈冷却的甲醇被从下面引入换热器E中；以及b)管道(2)，经此管道，加热后的甲醇上从换热器E顶部引出，而且换热器连通气液分离器，在该气液分离器中，仍含于甲醇中的残留二氧化碳被最大程度地解吸并分离。该装置单元将脱附二氧化碳时产生的蒸发潜热回收于换热器中，作为重要的冷能源供吸收之用。

Description

用于从甲醇中脱除二氧化碳的装置单元
技术领域
本发明的内容在于一种装置单元，采用该装置单元能纯净地回收在压缩气体的整体净化过程中所用的甲醇，同时以最为有效的方式充分利用该过程中所形成的冷却能。
背景技术
众所周知，冷却的甲醇在很大程度上具有吸收气体杂质的能力。在
Figure C0381560700051
法中就充分利用了这个性能，而在该法中只可能在一个工序中进行压缩气体的整体净化。甲醇的吸收能力随着温度下降而显著升高。例如，在-60℃时，甲醇中所吸收的二氧化碳的量是+25℃时同等体积的水中所吸收的二氧化碳量的75倍，也就是说，与加压水洗的水循环数相比，甲醇循环数仅为其1/75。而在更低的温度下，甲醇的蒸汽压很低，以至只需要极少量的溶剂。
如果需要去除大量的气体杂质或者是需要极高的气体纯度，则
Figure C0381560700052
法是非常经济实用的，此外该方法也普遍适用于那些可以将该方法用于低温气体分离的低温组分中去的场合。在后一种情况下，只有当只有少量的气体杂质被洗出时，该方法本身才是具有实质性优点的。
为此，气体洗涤过程按如下所述进行，即在+10℃至-80℃的温度下用甲醇处理于5至40个过压的中压下、或是于50至200个过压的高压下的原料气体。其中吸收掉所有的气体杂质，如粗制汽油、粗苯、氨、氢氰酸、树脂成分、有机硫化合物和磷化合物、碳酸、硫化氢、羰基铁和其它羰络金属以及水。通过减压、抽空排气或是加热而使负载甲醇再生并接着重新加以利用。杂质则可从废气或冷凝物中回收得到。这种方法是德国专利文献1544080的主题。
在工业上极其重要的一种气体净化方法在于净化通过汽化工序而从例如天然气中制得的合成气，这种合成气是各种大规模工业合成的原料。粗制的合成气中含有大量的二氧化碳，而二氧化碳的除去对于合成气的后续应用来说是至关重要的。因此，为了能经济地得到能多方应用的气体混合物，开发一种有效、可靠且成本低廉的方法除去合成气中的二氧化碳就显得日益重要了。
现已发现，如果使用本发明的装置单元并靠该装置单元实施的方法脱除甲醇中的二氧化碳，则可以明显改进至今已知的利用甲醇来提纯气体的方法。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能从处于高压环境下的甲醇中脱除二氧化碳和其它杂质的装置单元，其包括一个或多个前后相连的减压容器，至少一个热交换器和至少一个液/气分离器，其中
a)设置有管道1，通过该管道，将离开减压容器C的急速冷却的甲醇从下方输送到热交换器中，和
b)设置有管道2，通过该管道，将经加热的甲醇从热交换器E上方输出，并且管道将热交换器与液/气分离器相连，在该分离器内将剩余的甲醇内包含的二氧化碳尽可能地脱除并分离。
本发明提供用于从处于高压环境下的甲醇中脱除二氧化碳和其它杂质的装置单元，其设置在用于以甲醇净化合成气的吸收器5的下游和用于从甲醇中脱除剩余的二氧化碳的再生器6的上游，该装置单元包括至少一个热交换器E、一个或多个前后相连的减压容器A、B、C和液/气分离器D，其特征在于，
a)设置有管道1，通过该管道，将离开减压容器C且急速冷却的甲醇从下方输送到热交换器E中；和
b)设置有管道2，通过该管道，将经加热的甲醇从热交换器E上方输出，并且该管道将所述热交换器E与液/气分离器D相连，在该分离器内将剩余的、仍包含在甲醇内的二氧化碳尽可能地脱除；然后将其导入再生器6，在该再生器中通过进一步提高温度并通过进料经加热的惰性气体而从甲醇中脱除剩余的二氧化碳；和
c)减压容器C中的液面高于液/气分离器D中的液面约1至20m；和
d)液/气分离器D中的液面位于设置在热交换器E顶部的加热甲醇流出口以上约0.5m；和
e)用于甲醇离开减压容器并从下方进入热交换器中去的管道1的进口与热交换器下端之间的距离约为0.5m。
上述装置单元中，减压容器C可具有通向热交换器E的管道用以输送由脱除得到的气态二氧化碳，还具有通向吸收器5的管道用以输送含有一部分甲醇的液相，以及还具有另一通向热交换器的管道1用于输送含有另一部分甲醇的液相。
上述装置单元中，设置在第一个减压容器C上游的第二个减压容器B可具有通向热交换器E的管道用以输送由脱除而得到的气态二氧化碳，以及具有通向第一个减压容器C的管道用以输送含有甲醇的液相。
上述装置单元中，设置在第二个减压容器B上游的第三个减压容器A可具有通向热交换器E的管道用以输送由脱除而得到的且由氢气和一氧化碳组成的气体混合物，以及具有通向第二减压容器B的管道用以输送含有甲醇的液相。
上述装置单元中，液/气分离器D可具有用于输送气态二氧化碳的管道3以及用于输送含甲醇的液相的通向再生器6的管道4。
本发明还提供一种装置单元的运行方法，该装置单元用于在高压下从甲醇中脱除二氧化碳和其它气态杂质，并设置在用于以甲醇清洗合成气的吸收器5的下游和用于从甲醇中脱除剩余的二氧化碳的再生器6的上游，该装置单元包括至少一个热交换器E、一个或多个前后相连的减压容器A、B、C和液/气分离器D，其中将离开减压容器且急速冷却的甲醇从下方输送到热交换器E中，且经加热的甲醇从热交换器E排出并被送入液/气分离器D，其中减压容器中的液面高于液/气分离器D中的液面约1至20m，且液/气分离器D中的液面位于设置在热交换器E顶部的加热甲醇流出口以上约0.5m，其特征在于，在温度为-60±10℃，压力为1至2bar的条件下将离开减压容器C的甲醇输送到热交换器E中并加热到-10±5℃。
上述方法中，在设置在第一个减压器C上游的第二个减压容器B中可将压力从约9bar减到约2.7bar，并随着温度从约-45℃降低到约-52℃而得到气态二氧化碳，该二氧化碳被导过热交换器E并从流程中排走，同时将所得到的含甲醇的液相输送到第一个减压容器C。
上述方法中，可在设置在第二减压器B上游的第三个减压容器A中将压力从约55bar减到约9bar，并在约-45℃的温度下脱除绝大多数的氢和一氧化碳，将其送入热交换器E并从流程中排出，同时将含甲醇的液相输送到第二个减压容器B中。
上述方法中，可在第一个减压容器C中通过将压力从约2.7bar减到约1.2bar并且随着温度从约-52℃降低至约-60℃而得到的气态二氧化碳被导过热交换器(E)并从流程中排走。
上述方法中，可将在第一个减压容器C中得到的含甲醇的液相分成两股物料流，其中一股料流输送到吸收器5中，而第二股料流则在流过热交换器E后输送到液/气分离器D中。
上述方法中，可在液/气分离器D中所得到的含甲醇的液相被输送到再生器6中用以去除最后的痕量二氧化碳，并将优选与其它富含二氧化碳的气体部分结合的气相从流程中排出。
附图说明
图1所示为从处于高压环境下的甲醇中脱除二氧化碳和其它杂质的整个装置单元图，而图2则示出了本发明的装置单元，其中公开了其它一些技术细节。
具体实施方式
为有效实施本发明的方法，很重要的一点是要将三个反应容器C，D和E相互设置在非常特定的高度上。即要使液体沿着理想的方向循环流经热交换器E，而不需要为此使用泵。仅通过重力和蒸发的二氧化碳就能构成液体流动，这就是公知的所谓热虹吸效应。但是，这只有当在本发明的装置单元中满足如下三点时才能实现：
a)减压容器C的液面约为高于液-气分离器液面1至20m；
b)该液面又位于设置在热交换器E中的加热甲醇流出口以上约0.5m。
c)用于从减压器C中输出甲醇且从下方延伸到热交换器E中去的管道(1)与热交换器E下端之间的距离约为0.5m。
虽然显而易见，本发明的装置单元也可以通过使用泵来驱动，但特别优选还是通过利用热虹吸效应使自动调整的液流流经本发明装置单元的各个装置单元部件。
本发明的装置单元后面连接一个吸收器5，该吸收器的作用是用甲醇净化合成气。另外，本发明的装置单元后还连接有一个再生器6，其中通过进一步升温和输入经加热的惰性气体，如甲醇蒸汽，脱除甲醇中的剩余二氧化碳。
在吸收器5中，从底部流入的原料气被从其上方逆流流入的冷却甲醇净化。从吸收器5底部离开的且含有原料气的所有杂质的液体在热交换器E中冷却，并被输送到减压容器A中。被净化的合成气向上离开吸收器。
在减压容器A中，将处于约55bar条件下的甲醇减压至约9bar，并在约-45℃的温度下脱除绝大多数的氢和一氧化碳，它们在流经热交换器E之后就被作为气体部分从流程中排出。减压容器A中的液体部分则经过管道输送到第二个减压容器B中。
在减压容器B中将甲醇的压力从约9bar减少到约2.7bar，其中可观察到温度从约-45℃下降到约-52℃。在这里，使气态的二氧化碳从甲醇中释放出来，并且使二氧化碳流经热交换器E，然后从该流程中排出，同时将所得到的液体部分继续输送到第三个减压容器C中。
在减压容器C中将甲醇溶液的压力从约2.7bar降低到约1.2bar，其中可观察到温度从约-52℃继续下降到约-60℃。在该减压容器中也得到气态的二氧化碳，同样将其输送到热交换器E中并接着将其从流程中排出。
然后优选将在减压容器C中得到的液体部分分成两股物料流，其中将一股料流输送到连接在前面的吸收器5中，而第二股料流则通过管道1输送到热交换器E中，该热交换器用于使在其中所加热的甲醇通过管道2与液气分离器D相连。
液/气分离器D具有用于排出气态二氧化碳的排出管3，以及另一用于将液态甲醇从分离器下部排出并输送到其后连接的再生器6中的管道。从液/气分离器中脱出的液体部分4被输送到其后连接的再生器6中用以去除最后一些痕量的二氧化碳，而这些二氧化碳则通过进一步升温以及流入的经加热的气体，例如流入的甲醇蒸汽而排出。在将二氧化碳从流程中排出的同时，也可以将在再生器中得到的高纯度甲醇重新送回到吸收器5中去，并始终在那里用于提纯新流入的原料气。
总体而言，本发明方法的特征在于，有步骤地在多个前后相连的减压容器、至少一个热交换器以及至少一个液/气分离器中将二氧化碳从甲醇中脱除出来。其中，离开减压容器C的甲醇的温度为-60+/-10℃，压力为1至2bar。热交换器E中释放出的冷却能量则可作为其它冷却反应的宝贵能源。在这个过程中，热交换器中的甲醇流温度提高到-10+/-5℃，并且液流在此温度下被送入液/气分离器。
本发明的方法以及隶属于该方法的装置单元，以最合理的方式实现了对在压缩气体的整体净化过程中所用的、且富含杂质特别是二氧化碳的甲醇进行提纯净化。同时，还能得到在脱除二氧化碳过程中所产生的蒸发冷却能，这对于吸附过程来说是意义重大的。
本发明的装置单元中所出现的物料流具有如下表1所示的组成。
  物料流   1   2   3   4
  物料流组成
  二氧化碳   11.45   11.45   98.10   1.44
  甲醇   88.55   88.55   1.92   98.56
  温度   -59.5   -8.8   -8.9   -8.9
  压力(bar绝对值)   1.20   1.20   1.15   1.15
  蒸汽份数   0.00   0.10   1.00   0.00
  流速(t/h)   585   585   80   505

Claims (11)

1.用于从处于高压环境下的甲醇中脱除二氧化碳和其它杂质的装置单元，其设置在用于以甲醇净化合成气的吸收器(5)的下游和用于从甲醇中脱除剩余的二氧化碳的再生器(6)的上游，该装置单元包括至少一个热交换器(E)、一个或多个前后相连的减压容器(A、B、C)和液/气分离器(D)，其特征在于，
a)设置有管道(1)，通过该管道，将离开减压容器(C)且急速冷却的甲醇从下方输送到热交换器(E)中；和
b)设置有管道(2)，通过该管道，将经加热的甲醇从热交换器(E)上方输出，并且该管道将所述热交换器(E)与液/气分离器(D)相连，在该分离器内将剩余的、仍包含在甲醇内的二氧化碳尽可能地脱除；然后将其导入再生器(6)，在该再生器中通过进一步提高温度并通过进料经加热的惰性气体而从甲醇中脱除剩余的二氧化碳；和
c)减压容器(C)中的液面高于液/气分离器(D)中的液面约1至20m；和
d)液/气分离器(D)中的液面位于设置在热交换器(E)顶部的加热甲醇流出口以上约0.5m；和
e)用于甲醇离开减压容器并从下方进入热交换器中去的管道(1)的进口与热交换器下端之间的距离约为0.5m。
2.权利要求1的装置单元，其特征在于，减压容器(C)具有通向热交换器(E)的管道用以输送由脱除得到的气态二氧化碳，还具有通向吸收器(5)的管道用以输送含有一部分甲醇的液相，以及还具有另一通向热交换器的管道(1)用于输送含有另一部分甲醇的液相。
3.权利要求1或2的装置单元，其特征在于，设置在第一个减压容器(C)上游的第二个减压容器(B)具有通向热交换器(E)的管道用以输送由脱除而得到的气态二氧化碳，以及具有通向第一个减压容器(C)的管道用以输送含有甲醇的液相。
4.权利要求1或2的装置单元，其特征在于，设置在第二个减压容器(B)上游的第三个减压容器(A)具有通向热交换器(E)的管道用以输送由脱除而得到的且由氢气和一氧化碳组成的气体混合物，以及具有通向第二减压容器(B)的管道用以输送含有甲醇的液相。
5.权利要求1或2的装置单元，其特征在于，液/气分离器(D)具有用于输送气态二氧化碳的管道(3)以及用于输送含甲醇的液相的通向再生器(6)的管道(4)。
6.一种装置单元的运行方法，该装置单元用于在高压下从甲醇中脱除二氧化碳和其它气态杂质，并设置在用于以甲醇清洗合成气的吸收器(5)的下游和用于从甲醇中脱除剩余的二氧化碳的再生器(6)的上游，该装置单元包括至少一个热交换器(E)、一个或多个前后相连的减压容器(A、B、C)和液/气分离器(D)，其中将离开减压容器且急速冷却的甲醇从下方输送到热交换器(E)中，且经加热的甲醇从热交换器(E)排出并被送入液/气分离器(D)，其中减压容器中的液面高于液/气分离器(D)中的液面约1至20m，且液/气分离器(D)中的液面位于设置在热交换器(E)顶部的加热甲醇流出口以上约0.5m，其特征在于，在温度为-60±10℃，压力为1至2bar的条件下将离开减压容器(C)的甲醇输送到热交换器(E)中并加热到-10±5℃。
7.权利要求6的方法，其特征在于，在设置在第一个减压器(C)上游的第二个减压容器(B)中将压力从约9bar减到约2.7bar，并随着温度从约-45℃降低到约-52℃而得到气态二氧化碳，该二氧化碳被导过热交换器(E)并从流程中排走，同时将所得到的含甲醇的液相输送到第一个减压容器(C)。
8.权利要求6或7的方法，其特征在于，在设置在第二减压器(B)上游的第三个减压容器(A)中将压力从约55bar减到约9bar，并在约-45℃的温度下脱除绝大多数的氢和一氧化碳，将其送入热交换器(E)并从流程中排出，同时将含甲醇的液相输送到第二个减压容器(B)中。
9.权利要求6或7的方法，其特征在于，在第一个减压容器(C)中通过将压力从约2.7bar减到约1.2bar并且随着温度从约-52℃降低至约-60℃而得到的气态二氧化碳被导过热交换器(E)并从流程中排走。
10.权利要求6或7的方法，其特征在于，将在第一个减压容器(C)中得到的含甲醇的液相分成两股物料流，其中一股料流输送到吸收器(5)中，而第二股料流则在流过热交换器(E)后输送到液/气分离器(D)中。
11.权利要求6或7的方法，其特征在于，在液/气分离器(D)中所得到的含甲醇的液相被输送到再生器(6)中用以去除最后的痕量二氧化碳，并将优选与其它富含二氧化碳的气体部分结合的气相从流程中排出。
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