[发明专利]用于从含氮的天然气中制备低氮合成气的方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于从含氮和二氧化碳的天然气(1)中制备低氮合成气(20)的方法和装置，其中在第一变温吸附装置(T1)中从该含氮和二氧化碳的天然气中分离出水和二氧化碳，随后在低温气体分离器(N)中分离出氮(7)，从而使得产生低氮，无水和无二氧化碳的天然气(6)，然后将该低氮，无水和无二氧化碳的天然气送入热化学转化(K)，以便获取包括氢、一氧化碳、水和二氧化碳的合成粗气(16)，至少通过在第二变温吸附装置(T1)中分离出水和二氧化碳从该包括氢、一氧化碳、水和二氧化碳的合成粗气中获得该低氮合成气(20)。其特征在于，在该低氮，无水和无二氧化碳的天然气(6)进行热化学转化(K)之前，将其至少一部分(8)用作该第一变温吸附装置(T1)和/或该第二变温吸附装置(T2)再生时的再生气体(9,10)。

本发明涉及一种用于从含氮和二氧化碳的天然气中制备低氮合成气的方法，其中在第一变温吸附装置中从该含氮和二氧化碳的天然气中分离出水和二氧化碳，随后在低温气体分离器中分离出氮，从而使得产生低氮，无水和无二氧化碳的天然气，然后将该低氮，无水和无二氧化碳的天然气送入热化学转化，以便获取包括氢、一氧化碳、水和二氧化碳的合成粗气，至少通过在第二变温吸附装置中分离出水和二氧化碳从该包含氢、一氧化碳、水和二氧化碳的合成粗气中获得低氮合成气。

此外，本发明涉及一种用于执行所述方法的装置。

在这里所使用的语言中，如果一种成分在气体混合物中的所占部分不超过0.1ppmv，则认为该气体混合物不含该成分。相反，如果一种成分的所占部分大于0.5mol％，则称该气体混合物包含该成分。如果一种成分的所占部分介于0.5mol％至1ppmv之间，则认为气体混合物缺乏该成分。

被称为合成气的是至少包含氢和一氧化碳并且能够用于合成不同的产物的气体混合物。这些气体混合物主要由天然气制备，该天然气在其中通过自热重整(ATR)、部分氧化(POX)、蒸汽重整(SMR)或通过多年来在现有技术中已知的方法中的两者或多者的组合以热化学的方式进行转化。通常具有介于1mol％至10mol％之间的氮含量的含二氧化碳的天然气例如通过汞分离、脱硫、加热和压缩被处理成天然气进料，该天然气进料随后通过送入水和/或二氧化碳被转化为合成粗气，该合成粗气除了一氧化碳和氢之外还包含更大量的二氧化碳和水，以及其他在合成气中不需要的物质。为了获得低氮合成气，可在热化学转化的下游从制备好的合成粗气中去除氮，或者可在上游就已经从进料的天然气中去除氮。

如果氮分离在热化学转化的下游，则经脱硫和清除了汞的天然气以其全部氮负荷转化为含氮的合成粗气，首先例如在胺类洗涤器中从该合成粗气中分离出大部分二氧化碳，然后在变温吸附装置(以下简称为TWA)中去除水和剩余的二氧化碳残留物。这样所获得的基本由氢、一氧化碳和氮组成的气体混合物随后借助低温气体分离器分离成粗氢、一氧化碳和包含可燃物质的氮馏分。在粗氢被用作TWA中的再生气体之后，在变压吸附装置(简称为DWA)中将其净化成纯氢，该纯氢中的至少一部分与来自低温气体分离器的一氧化碳混合成低氮合成气。

在低温气体分离器中，一氧化碳和氮在塔中以整流的方式分离，由于这两种物质的沸腾温度非常相似，因此分离只有在具有高回流比和/或许多分离级的塔中才能实现。需要另一台压缩机，以便回收在DWA中净化粗氢时产生的含氢的残余气体，并将其用于热化学转化以实现足够高的产量，或将其作为燃料燃烧。由此产生的高额的装置费用和能源费用明显不利于该方法变体的经济性。