用于從酸性氣體中除去酸氣體的設(shè)備和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于從酸性氣體中除去酸氣體的設(shè)備和方法
[0001]優(yōu)先權(quán)陳述
[0002]本申請(qǐng)要求2013年6月26日提交的美國(guó)申請(qǐng)N0.13/928，244的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)引用將其內(nèi)容全部并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]該技術(shù)領(lǐng)域一般而言用于從酸性氣體中除去酸氣體的設(shè)備和方法，更特別是涉及使用吸收劑溶劑從酸性氣體如合成氣體、天然氣等中除去酸氣體如二氧化碳和硫化氫的設(shè)備和方法。
[0004]背景
[0005]酸氣體脫除方法廣泛用于氣體加工工業(yè)中以將酸氣體與酸性氣體如合成氣體(在下文中“合成氣”)、天然氣或包含酸氣體的其它工藝氣體分離。例如，合成氣料流可通過(guò)煤、焦炭或重質(zhì)烴油的氣化產(chǎn)生。酸氣體的一些實(shí)例為硫化氫(H2s)、硫化羰(COS)和其它硫化合物、二氧化碳(C02)和氰化氫(HCN)。通過(guò)分離酸氣體，使合成氣料流更適于燃燒和/或進(jìn)一步加工。
[0006]從酸性氣體中除去酸氣體的一種常規(guī)路線(xiàn)使用與酸性氣體料流逆流接觸流動(dòng)的物理溶劑(即吸收劑溶劑)。不同于化學(xué)溶劑，物理溶劑不涉及關(guān)于酸氣體脫除的化學(xué)反應(yīng)，而是涉及用于酸氣體脫除的物理機(jī)制如吸收。物理溶劑的一些實(shí)例包括N-甲基-2-吡咯烷酮、甲醇、碳酸亞丙酯等。另外，許多物理溶劑的酸氣體吸收能力有利于較低的溫度。
[0007]在逆流接觸流動(dòng)期間，來(lái)自酸性氣體的酸氣體被吸收到為液相的物理溶劑中，以形成基本不含酸氣體的處理氣流和部分或基本飽和酸氣體的負(fù)載物理溶劑料流。取決于物理溶劑的蒸氣力，一些物理溶劑可夾帶在處理氣流中。物理溶劑通常是昂貴的，并可導(dǎo)致對(duì)用于進(jìn)一步加工處理氣流的下游設(shè)備的損害。因而，理想的是回收處理氣流中夾帶的物理溶劑。不幸的是，用于回收夾帶物理溶劑的現(xiàn)有路線(xiàn)在可能有利于改進(jìn)酸氣體吸收的較低溫度下未必是可行的。
[0008]因此，理想的是提供使用吸收劑溶劑以改進(jìn)的酸氣體吸收從酸性氣體中除去酸氣體的設(shè)備和方法。另外，理想的是提供使用吸收劑溶劑從酸性氣體中除去酸氣體以形成處理氣流并回收處理氣流中的夾帶吸收劑溶劑的設(shè)備和方法。此外，本發(fā)明的其它理想特征和特性從隨后的詳細(xì)說(shuō)明和所附權(quán)利要求書(shū)連同附圖和該背景中獲悉。
[0009]概述
[0010]本文提供用于從酸性氣體中除去酸氣體的設(shè)備和方法。根據(jù)示例實(shí)施方案，從酸性氣體中除去酸氣體的方法包括步驟:使酸性氣體與在小于0°c的第一預(yù)定溫度下的吸收劑溶劑接觸以除去酸氣體并形成包含夾帶的吸收劑溶劑的處理氣流。將處理氣流加熱至大于o°c的第二預(yù)定溫度以形成部分加熱的處理氣流。部分加熱的處理氣流與水接觸以除去夾帶的吸收劑溶劑并形成貧溶劑處理氣流。
[0011]根據(jù)另一示例實(shí)施方案，提供從酸性氣體中除去酸氣體的方法。該方法包括步驟:在吸收區(qū)中用吸收劑溶劑將酸氣體與酸性氣體分離以形成包含夾帶的吸收劑溶劑且在小于o°c的第一預(yù)定溫度下的處理氣流。將處理氣流加熱至大于o°c的第二預(yù)定溫度以形成部分加熱的處理氣流。將部分加熱的處理氣流引入水洗區(qū)中以用水除去夾帶的吸收劑溶劑并形成貧溶劑處理氣流。使用貧溶劑處理氣流、處理氣流、冷卻器或其組合將酸性氣體料流冷卻至第三預(yù)定溫度以形成冷卻過(guò)的酸性氣體料流。將冷卻過(guò)的酸性氣體料流引入吸收區(qū)中。
[0012]根據(jù)另一示例實(shí)施方案，提供用于從酸性氣體中除去酸氣體的設(shè)備。該設(shè)備包含吸收區(qū)。配置吸收區(qū)用于使酸性氣體與在小于0°C的第一預(yù)定溫度下的吸收劑溶劑接觸以除去酸氣體并形成包含夾帶的吸收劑溶劑的處理氣流。換熱器或加熱器與吸收區(qū)流體連通。配置換熱器或加熱器用于將處理氣流加熱至大于o°c的第二預(yù)定溫度以形成部分加熱的處理氣流。水洗區(qū)與換熱器或加熱器流體連通。配置水洗區(qū)用于使部分加熱的處理氣流與水接觸以除去夾帶的吸收劑溶劑并形成貧溶劑處理氣流。
[0013]附圖簡(jiǎn)述
[0014]下文連同附圖描述各個(gè)實(shí)施方案，其中類(lèi)似的數(shù)字表示類(lèi)似的元件，且其中:
[0015]圖1示意性地闡述根據(jù)示例實(shí)施方案的用于從酸性氣體中除去酸氣體的設(shè)備和方法；
[0016]圖2示意性地闡述根據(jù)示例實(shí)施方案的用于從酸性氣體中除去酸氣體的設(shè)備和方法；和
[0017]圖3示意性地闡述根據(jù)示例實(shí)施方案的用于從酸性氣體中除去酸氣體的設(shè)備和方法。
[0018]詳述
[0019]以下詳細(xì)描述在性質(zhì)上僅為示例性的，且不意欲限制各實(shí)施方案、其應(yīng)用或用途。此外，不意欲受先前背景或以下詳細(xì)說(shuō)明中呈現(xiàn)的任何理論束縛。
[0020]本文預(yù)期的各個(gè)實(shí)施方案涉及用于從酸性氣體中除去酸氣體的設(shè)備和方法。本文教導(dǎo)的示例實(shí)施方案提供用于使包含酸氣體的酸性氣體料流與在小于0°C的較低溫度下的吸收劑溶劑接觸以有利于吸收劑溶劑的增強(qiáng)酸氣體吸收能力的吸收區(qū)。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“區(qū)”指包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)備件和/或一個(gè)或多個(gè)分區(qū)的區(qū)域。設(shè)備件可包括一個(gè)或多個(gè)吸收器或吸收容器、反應(yīng)器、再生器、加熱器、焦化區(qū)、冷卻器/冷卻器、管、栗、壓縮機(jī)和控制器。另外，設(shè)備件，例如吸收器、反應(yīng)器、干燥器或容器可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)區(qū)或分區(qū)。
[0021]在一個(gè)示例實(shí)施方案中，在吸收區(qū)中接觸期間，容易將酸氣體如二氧化碳、硫化氫等從酸性氣體料流中取出并由吸收劑溶劑吸收以形成基本不含酸氣體但包含夾帶的吸收劑溶劑的處理氣流。然后將處理氣流加熱至大于0°C的溫度以形成部分加熱的處理氣流。
[0022]在一個(gè)示例實(shí)施方案中，吸收劑溶劑高度可溶(例如完全溶混)于水中并將部分加熱的處理氣流引入水洗區(qū)中。在水洗區(qū)中，部分加熱的處理氣流與水接觸以除去夾帶的吸收劑溶劑并形成貧溶劑處理氣流。由于部分加熱的處理氣流在大于水的凍點(diǎn)(例如大于0°c )的溫度下，不使水結(jié)凍且不干擾水洗區(qū)的操作而用水回收夾帶的吸收劑溶劑是可行的。貧溶劑處理氣流然后向前例如用于進(jìn)一步加工和/或燃燒。
[0023]圖1示意性闡述根據(jù)示例實(shí)施方案用于從酸性氣體中除去酸氣體的設(shè)備10。設(shè)備10包含彼此流體連通的吸收區(qū)12、水洗區(qū)14、C02回收區(qū)16和酸氣體回收和溶劑再生區(qū)
18。如所述，吸收區(qū)12包含流體連通的吸收器20和吸收器22。盡管顯示了 2個(gè)吸收器20和22，應(yīng)當(dāng)理解吸收區(qū)12可具有一個(gè)吸收器或者多于2個(gè)吸收器。如進(jìn)一步詳細(xì)討論于下文中，吸收器20和22使用吸收劑溶劑以?xún)呻A段逆流方法協(xié)作，所述吸收劑溶劑從酸性氣體料流24中吸收并除去酸氣體。
[0024]在一個(gè)示例實(shí)施方案中，吸收劑溶劑為有效吸收酸氣體的物理溶劑。物理溶劑的各非限定性實(shí)例包括聚乙二醇的各種二甲基醚、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲醇、碳酸亞丙酯等。在一個(gè)示例實(shí)施方案中，吸收劑溶劑為聚乙二醇的二甲基醚的混合物。聚乙二醇的二甲醚的市售的合適吸收劑溶劑混合物的一些實(shí)例可以以商品名Selexol?和SelexolMAX ?由位于Midland，Michigan的Dow Chemical Company得到。也可使用從酸性氣體中吸收和/或除去酸氣體的其它合適吸收劑溶劑。在一個(gè)示例實(shí)施方案中，吸收劑溶劑的酸氣體吸收能力有利于較低的溫度，例如小于0°C，例如-15至-0.1°C。
[0025]在一個(gè)示例實(shí)施方案中，酸性氣體料流24為合成氣料流，其包含合成氣且包含例如氫氣(?)、一氧化碳(C0)、水蒸氣(H20)，輕質(zhì)經(jīng)，包括甲燒(ch4)，和各種酸氣體，包括硫化氫(H2s)、硫化羰(COS)和其它硫化合物、二氧化碳(C02)和氰化氫(HCN)。作為選擇，酸性氣體料流24可以為天然氣料流或者包含酸氣體的其它工藝氣流。
[0026]在一個(gè)示例實(shí)施方案中，酸性氣體料流24具有30-50 °C的溫度。如進(jìn)一步詳細(xì)討論于下文中，酸性氣體料流24通過(guò)換熱器26以形成部分冷卻過(guò)的酸性氣體料流28。部分冷卻過(guò)的酸性氣體料流28通過(guò)換熱器30以形成冷卻過(guò)的酸性氣體料流32。在一個(gè)示例實(shí)施方案中，部分冷卻過(guò)的酸性氣體料流28具有20-40°C的溫度且冷卻過(guò)的酸性氣體料流32具有15-30°C的溫度。冷卻過(guò)的酸性氣體料流32向前進(jìn)入吸收區(qū)12中并引入吸收器20中。
[0027]如所述且進(jìn)一步詳細(xì)討論于下文中，將部分負(fù)載吸收劑溶劑料流34從吸收器22中取出。部分負(fù)載吸收劑溶劑料流34包含部分或完全飽和C02，但仍具有對(duì)其它酸氣體物種，例如優(yōu)選對(duì)H2S的實(shí)質(zhì)酸氣體吸收能力的吸收劑溶劑。在一個(gè)示例實(shí)施方案中，部分負(fù)載吸收劑溶劑料流34具有大于0°C，例如0.1-15°C，例如0.1-5°C的溫度。部分負(fù)載吸收劑溶劑料流34通過(guò)栗36和冷卻器/冷卻器38以將料流冷卻并形成部分負(fù)載吸收劑溶劑料流40。在一個(gè)