Способ получения окиси углерода Советский патент 1987 года по МПК F25J3/02 

Изобретение относится к способу получения окиси углерода из загрязненного азотом и содержащего в основном водород, окись углерода и метан газового потока, причем газовый поток разделяется при низкой температуре с получением содержащей азот фракции окиси углерода, причем часть окиси углерода для покрытия потребности процесса в холоде находится в кругообороте, а остальная часть отводится как продукт.

На фиг.1 изображена установка, реализующая предлагаемый способ, в сое- динении с метановой промывкой; на фиг.2 - то же, в соединении с частичной конденсацией.

Установка для реализации способа содержит трубопроводы 1-28, теплооб- йенники 29-34, компрессоры 35-36, турбодетандеры 37 и 38, клапаны 39- 51, отстойники 52-54, компрессор 55, резервуар 56, насосы 57 и 58, охлади

тель 59, конденсаторы 60-62, обогре- 25 дород выделяется в виде газа и сователь 63, смеситель 64, промывочную колонну 65, регенерационную колонну 66, колонны 67 и 68, трубопроводы 69-71.

Способ реализуют следующим о б- разом.

По трубопроводу 1 подводится газ, полученный с помощью парового рифор- минга природного газа, которыр- содержит, мол.%: водород 70.54; окись углерода 24.69; метан 3.49; азот 1.28. Газ, который получается рифор- мингом природного газа, имеет содержание азота 5 мол.%. Ь общем случае по предлагаемому способу могут перерабатываться природные газы с содержанием азота до примерно 15 мол.%. Если имеются газы с еще большим содержанием азота, то экономически выгоднее применять отделение азота до парового риформинга, чем применять

предлагаемый способ.

I

Применяемый газ подается по трубопроводу 1 при давлении 14 бар и температуре 36°С. В теплообменниках 29 и 30 газ охлаждается холодными продуктами разделения до 92 К, приче содержащиеся в расщепленном газе метан и окись углерода в значительной степени конденсируются. Двухфазная смесь подается в нижнюю область колонны 65 метановой промывки. Из оставшегося газа в промывочной колонне 65 окись углерода вымывается жидким

10

- 15 3587942

метаном, который по трубопроводу 4 вводится в верхнюю часть промывочной колонны 65. Из верхней части промывочной колонны по трубопроводу 69 от бирается очищенньй водород, который в качестве примесей содержит примерно 1,5 мол.% метана, 0,2 мол.% азота и 10 миллионных частей окиси углерода. Эта фракция водорода подогревается в теплообменнике 30, затем расширяется в трубодетандере 37 с отдачей охлаждающей энергии и после повторного подогрева в теплообменниках 30 и 29 по трубопроводу 2 отводится как товар.ньй водород.

Промывочный метан со всей содержащейся окисью углерода преобладшо- щей частью азота и небольшим количеством растворенного водорода отводится из нижней части промьгоочной колонны 65 и в клапане 39 доводится до давления примерно 4 бар. При этом растворенный в промывочном метане во20

0

5

ответственно условиям равновесия также окись углерода, азот и метан. Вьщелившиеся в газообразном состоянии компоненты, где приблизительно в одинаковых количествах содержится водород и окись углерода, отделяют в отстойнике 52, понижают их давление в клапане 40 и после подогрева в теплообменниках 30 и 29 по трубопроводу 3 отводят как фракцию отопительного

газа.

I

В другом варианте отстойник 52 заменен малой ректификационной колонной, верхняя часть которой охлаж0 циркулирующей окисью углерода под давлением 1,5 бар и при температуре 86 К. За этот счет содержание окиси углерода в этой фракции отопительного газа уменьшается ниже

5 40 мол.%.

Остающаяся в отстойнике 52 или в соответствующей ректификационной ко- . лонне жидкость разделяется на два частичных потока и в клапанах 41 и 42

0 ее давление снижается до 2,5 бар. Прошедший через клапан 41 частичный поток испаряется в теплообменнике 30 и после этого подается в регенераци- онную колонну 66. Прощедщий через

5 клапан 42 частичньй поток вводится прямо в регенерационную колонну 66 на несколько этажей вьше предыдущего частичного потока. Регенерационная колонна 66 имеет головной конденса. . 3 .

тор 60 в верхней части, а также обореватель 63 нижней части, оба они запитызаются окисью углерода, циркулирующей в кругообороте. В нижней части колонны вьщеляется чистый метан, давление в котором насосом 57 доводится до давления поступающего сырого газа. По трубопроводу 4 ответвляется требуемый для метановой промывки метан, охлаждается до снижения в теплообменнике 30- и подается в промывочную колонну 65. Давление метана снижается в клапане 46 и он примешивается с отбираемой из отстойника 52 фракцией отопительного газа.

Продукт из верхней части регени- рационной колонны 66 является смесью, мол.%: окись углерода 95,05; азот 4,8; метан 0,1; водород 0,05. Этот газ вводится в среднюю часть ректификационной колонны 67, которая также работает под давлением 2,5 бар (если пренебречь перепадами давления). Из верхней части этой ректификационной колонны по трубопроводу 5 отбирается азот, который содержит остаточный водород и примерно 35 мол.% окиси углерода и смешивается с фракцией отопительного газа. Из нижней части ректификационной колонны 67 отбирается чистая окись углерода, в клапане 47 снижается ее давление до 1,5 бар, причем температура снижается с 90,5 до 85 К и испаряется в конденсаторе 61 в верхней части колонны 67. Через клапан 48 подается небольшое количество жидкой окиси углерода для покрытия потерь холода при разделении азота и окиси углерода.

Отобранная из нижней части ректификационной колонны 67 окись углерода, которая содержит как товарный продукт, так и окись углерода кругооборота, после её испарения в конденсаторе 61 нагревается в теплообменнике 31 переохлаждаемой жидкой окисью углеро 1;а и в заключение нагревается в теплообменнике 29. Окись углерода с давлением 1,1 бар подводится к компрессору 35, от которого по трубопроводу 11 отбирается товарный продукт, окиси углерода от соответствующей ступени давления. Окись углерода, подлежащая подаче в кругооборот, после сжатия до 30 бар охлаждается в теплообменнике 29, конденсируется в обогревателе, нижней части регене587944

рационной колонны, затем переохлаждается в теплообменнике 31 нагреваемой окисью углерода, в резервуаре 56 за- с пасной окиси углерода снижается ее давление до 2,5 бар. Этой жидкой окисью углерода питаются отдельные охладительные ступени.

По трубопроводам 7 и 70, а также

10 через клапан 45 частичный поток попадает в теплообменник 30 и там испаряется тогда как другой частичный поток по трубопроводам 7 и 10, а также через клапан 43 попадает в охлади15 тель 59 промьшочной колонны. После испарения в теплообменнике 30 и охладителе 59 оба частичных потока окиси углерода вновь объединяются и отводятся по трубопроводу 9 под давлеQ нием 2,5 бар. Этот газ смешивается с расширившимся газом, который отводится по трубопроводу 9 и через трубопровод 8 попадает в нижнюю часть ректификационной колонны 67 в ка25 честве нагревающего пара.

Давление еще одного частичного потока, отводимого по трубопроводу 7 из резервуара жидкой окиси углерода, в клапане 44 снижается до 1,5 бар и подается в качестве охладительного средства в конденсатор 60 в верхней части регенерационной колонны 66. Испарившаяся окись углерода смешивается с испарившейся в конденсаторе 5 61 ректификационной колонны товарной и циркулирующей окисью углерода, а после подогрева вновь подводится к компрессору 35 окиси углерода.

Предлагаемый способ (фиг.2) выгоден для обработки газовых смесей с малым содержанием метана, так как йе предусмотрено метановой промывки.

По трубопроводу 12 подводится 5 газ с большим содержанием окиси углерода, который содержит, мол.%: водород 29,7; азот 4,2, метан 0,1; окись углерода 66. Газ в смесителе 64 смешивается с охлажденным газом, в 0 основном содержащим водород и окись углерода, и затем сжимается в компрессоре 36. В теплообменниках 32 и 33 газ охлаждается примерно до 78 К, причем образуется конденсат с высоким 5 содержанием окиси углерода, который отделяется в отстойнике 53. Для выделения растворенного водорода дав- ление, выходящего по трубопроводу из отстойника 53 конденсата, снижается

0

в клапане 49 до примерно 1,5 бар и он подводится в еще один отстойник 54.

Жидкая фаза из отстойника 54 состоит из смеси окиси углерода и rasa.i Частичный поток этой жидкости отводится по трубопроводу 15 и подается в открытый кругооборот хладагента. Круговорот, кроме того, еще питается через трубопровод 16, выделяющийся при сниженном давлении газом из отстойника 54, а также частичным потоком стороны низкого давления тур- бодетандера 38, в которую поступает газбвая фаза с высоким содержанием водорода из отстойника 53 пдсле ее нагрева в теплообменниках 33 и 32 с охлаждением в турбодетандере. Образованная из трубопроводов 15, 16 и 14 смесь представляет собой хладагент с очень низкой температурой, которьй нагревается в теплообменниках 33 и 32, охлаждая потоки способа, и, наконец, в смесителе 64 смешивается с сырым исходным газом.

Главный поток из отстойника 54 снижается насосом 58 до давления 2,6 бар и по трубопроводу 17 подводит;-, ся к теплообменнику 33 и нагревается, затем в теплообменнике 31 частично испаряется и по трубопроводу 18 подается в колонну 6В отделения азота, где понижается его давление. Продукт из верхней части колонны 68 является азотной фракцией, которая по трубопроводу 19 отводится в трубопровод 20 остаточного газа, который также несет излишек газа с выхода турбодетандера по трубопроводу 13. Колонна 68 обо-

гревается посредством вдувания холод- Q держащую 98% окиси углерода и только

ного потока окиси углерода через трубопровод 27. Этот поток покидает колонну 68 с товарным продуктом окиси углерода в жидком состоянии по трубопроводу 21. В клапане 51 давление части этого продукт с низа колонны снижается до 1,5 бар и по трубопроводу 22 подается в конденсатор 62 в верхней части колонны 68 и там испаряется. Испарившаяся окись углерода под низким давлением по трубопроводу 24 подводится к теплообменнику 34 и нагревается там, охлаждая

окись углерода в кругообороте. Частичный поток испаренной окиси углерода через трубопровод 23 может быть подмешан к остальной части продукта из нижней части колонны 68, которая после снижения давления в клапане 50

отводится по трубопроводу 71. Эта фракция используется в теплообменнике 32 в качестве дополнительного хладагента, и после нагревания по трубопроводу 28 объединяется с нагретым в теплообменнике 34 частичным потоком и подводится к компрессору 55 окиси углерода. С соответствующей ступени

давления по трубопроводу 25 отбирается товарный продукт окиси углерода, тогда как часть для кругооборота отводится по трубопроводу 26, подводится к теплообменнику 34, в котором

она охлаждается перед подачей вновь в колонну 68.

Пример 1. В колонну для ректификационного разделения азот-окись углерода подают смесь, содержащую,%:

водород 2; азот 4; окись углерода 94. Ректификацию осуществляют при давлении 1,5 бар, причем температура верха колонны 80 К, а куба 84 К.

I

Из верхней части колонны отводят газовую смесь, содержащую, %: водород 29, азот 33, окись углерода 38, а из куба - фракцию окиси углерода, содержащую только 2% азота.

Пример 2. В ректификационную колонну для разделения азота и окиси углерода подают смесь, содержащую,%: водород 0,03; азот 3,97 и окись углерода 96. Ректификацию осуществляют при давлении 3,5 бар, причем темпе- ратура верха колонны составляет 91 К, а куба колонны 93 К. Сверху колонны отводят газовую смесь, содержащую,%: водород 1; азот 41 и окись углерода 58, а из куба - фракцию окиси, со2% азота.

Форм у л а изобретения

45 1. Способ получения окиси углерода из содержащей азот, водород, окис углерода и метан газовой смеси, включающий низкотемпературную ректификацию газовой смеси в колонне с

5Q получением азотной фракции и окиси углерода, подачу окиси углерода в качестве хладагента на циркуляцию с последующим отводом части окиси углерода потребителю, отличаюgg щ и и с я тем, что, с целью упрощения технологии, нижнюю часть ректификационной .колонны нагревают циркулирующей окисью углерода и выделившуюся в нижней части ректификационной

колонны жидкую окись углерода после снижения ее давления подают на охлаждение верхней части ректификаци- оннй колонны.

2, Способ ПОП.1, отличающийся тем, что нагрев нижней

части ректификационной колонны осуществляют посредством теплообмена с газообразной окисью углерода,

3. Способ по п.1, отличаю- щ и и с я тем, что ректификацию осуществляют при температуре 80-93 К.

27

Редактор М.Бланар

Составитель А.Никитин Техред Л.Сердюкова

Заказ 6012/59 Тиран 476Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно

-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

((Z.2

Корректор И.Муска

Изобретение относится к способу получения окиси углерода из загрязненного азотом и содержащего в основном водород, окись углерода и метан газового потока и позволяет упростить технологию. Газовый поток разделяют при низкой температуре с получением содержащей азот фракции окиси углерода и часть окиси углерода подвергают циркуляции для компенсации потребности процесса в холоде, а остающуюся часть окиси углерода отводят как целевой продукт. Содержащую азот окись углерода разделяют на окись углерода и содержащую окись углерода азотную фракцию посредством ректификации. При этом нижнюю часть ректификационной колонны (РК) нагревают циркулирующей окисью углерода, а вьщеляющуюся в нижней части РК в жидком виде окись углерода после снижения ее давления применяют дня охлаждения верхней части РК. 2 з.п. ф-льт, 2 ил. I СУ) со ел 00 4 Сл1