專(zhuān)利名稱(chēng)：在氣化動(dòng)力系統(tǒng)中同時(shí)除去酸性氣體并產(chǎn)生氫氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣化動(dòng)力生產(chǎn)系統(tǒng)，其中，烴燃料在氣化器中進(jìn)行部分氧化生產(chǎn)出合成氣，這種合成氣用作燃?xì)廨啓C(jī)中的燃料以生產(chǎn)動(dòng)力；更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及在保持CO2和其它用于生產(chǎn)動(dòng)力的氣體的同時(shí)選擇性除去H2S和COS的方法。本發(fā)明還涉及用于從合成氣的H2中除去CO2的方法。
背景技術(shù)：
在合成氣作為高壓燃料氣在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒以驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并產(chǎn)生動(dòng)力之前，通常需從通過(guò)部分氧化烴燃料產(chǎn)生的合成氣中除去H2S和COS。一種技術(shù)利用了采用液體溶劑的物理或化學(xué)吸收過(guò)程，如US5,345,756(Jahnke等)所述。在從合成氣中除去H2S和COS的方法中，并不希望其它酸性氣體如CO2與H2S及COS一起除去。由于存在于高壓燃料氣中的CO2會(huì)在燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹時(shí)產(chǎn)生動(dòng)力，因而希望保留CO2。
H2是合成氣中的一種組分，它是通過(guò)部分氧化烴燃料產(chǎn)生的。合成氣在使用前進(jìn)行純化處理。參見(jiàn)US 5,152,975(Fong等)。如果存在于H2物流中的CO2能在純化前從H2中除去，則這種純化過(guò)程將會(huì)更有效率。
為了達(dá)到二氧化硫的排放要求，在克勞斯工廠中必須除去和通過(guò)以元素硫回收大約97％的H2S+COS。
早期，人們?cè)噲D使用N2在高壓、與H2S吸收基本相同的壓力或在基本上大氣壓下從物理溶劑中汽提共吸收的CO2。由于汽提氣體要求成比例地增加壓力，僅僅是當(dāng)合成氨及已經(jīng)需要N2壓縮的情形下，將數(shù)量增加的N2壓縮至高壓才被認(rèn)為是實(shí)際可行的。
在某些時(shí)候，采用N2汽提步驟以富集克勞斯工廠的酸性氣體進(jìn)料。在一種方法中，是在基本上大氣壓下進(jìn)行操作的，包括被H2S再吸收段包圍的底部CO2汽提段。在操作過(guò)程中，采用N2從溶劑中汽提一部分CO2。在汽提的CO2中的H2S再用H2S溶劑重新吸收，得到N2加上CO2的放空物流，其包含約10ppmH2S，該含量是可以接受的。當(dāng)?shù)蛪翰僮鳒p少了與壓力成正比的N2汽提氣需求時(shí)，將增加再吸收H2S所需的溶劑流量，其是與操作壓力成反比的。由于重新吸收，溶劑流通常須加至主吸收器溶劑中用于再生。這使得需要增加再生蒸氣。結(jié)果，由于再生溶劑流過(guò)量并導(dǎo)致需要禁止性溶劑再生蒸氣和冷卻處理，因而在低壓下汽提N2以獲得濃縮的克勞斯H2S物流將不再具有吸引力。同樣，與N2汽提氣體一起汽提的CO2將被排向大氣中，不能為燃?xì)廨啓C(jī)中產(chǎn)生動(dòng)力作出貢獻(xiàn)。
因而，仍需要找到一種選擇性除去酸性氣體的方法，這種方法應(yīng)能吸收基本上全部H2S，但同時(shí)只共吸收很少量的CO2。需要少量除去CO2以獲得濃縮H2S克勞斯工廠進(jìn)料，從而減少克勞斯工廠的投資及運(yùn)行成本。CO2的共吸收不僅使克勞斯工廠的H2S進(jìn)料變稀，同時(shí)也會(huì)降低綜合氣化總體循環(huán)法(IGCC)生產(chǎn)動(dòng)力的熱效率。由于高壓燃料氣中的CO2在燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹時(shí)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力，因此，其與H2S一起除去將造成動(dòng)力生產(chǎn)能力的損失。
問(wèn)題是，目前已有的酸性氣體的去除方法并不具有足夠的選擇性，會(huì)共吸收大量的CO2。當(dāng)將溶劑流設(shè)置為除去基本上所有的H2S時(shí)，最具選擇性的物理溶劑如聚乙二醇的二烷基醚與N-甲基吡咯烷酮的混合物也會(huì)共吸收超過(guò)15％的CO2。這將導(dǎo)致酸性氣體太稀而不能在常規(guī)克勞斯工廠中進(jìn)行加工。在工業(yè)化實(shí)踐中，采用對(duì)H2S具有選擇性的昂貴的胺預(yù)濃縮過(guò)程來(lái)增加克勞斯進(jìn)料至25％H2S。即使在這種濃度下，純化過(guò)程也是非常昂貴的。
US 4,242,108(Nicholas等)解決了獲取濃縮克勞斯H2S進(jìn)料氣的問(wèn)題，采用的方法利用了H2S吸收器、CO2吸收器、H2S汽提塔和兩個(gè)CO2汽提塔。該方法包括將H2S吸收器底部溶劑加熱，將其加至高壓CO2汽提塔中并用高壓下不含CO2的惰性氣體對(duì)共吸收的CO2進(jìn)行汽提，該塔在與H2S吸收器基本相同的壓力下操作。該文獻(xiàn)指出了采用來(lái)自空氣分離單元的高壓N2的可能性，然而，該文獻(xiàn)采用N2顯然僅限于氨的應(yīng)用，此時(shí)，在除去酸性氣體后制備氨合成氣時(shí)，N2不得不被壓縮后加至H2中。這一應(yīng)用方式僅考慮了通過(guò)汽提塔所需N2的一部分有益作用，同時(shí)顯示出對(duì)CO2從如在氨合成過(guò)程中產(chǎn)品氣體中排出這種情形的限制。該方法的主要問(wèn)題是，造成在閃蒸出而排空的CO2的損失及來(lái)自第二個(gè)CO2汽提塔的CO2和N2的損失。
US 4,568,364(Galstaun等)公開(kāi)了將CO2加至用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃料氣中的優(yōu)點(diǎn)，即可降低對(duì)空氣的過(guò)度壓縮，從而增加了渦輪機(jī)的凈動(dòng)力。該文獻(xiàn)所述的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在采用N2從負(fù)載H2S的溶劑中汽提共吸收的CO2的低硫煤氣化應(yīng)用中，可在最后的H2S汽提之后獲得濃度可接受的H2S克勞斯進(jìn)料氣。然而，該方法將取決于為得到將CO2加至燃料氣中及采用N2汽提以獲得濃縮克勞斯H2S進(jìn)料氣的組合優(yōu)點(diǎn)而采用的與生產(chǎn)H2相鄰的選擇性H2S/CO2物理溶劑酸性氣體去除系統(tǒng)。該文獻(xiàn)通過(guò)采用來(lái)自相鄰氫工廠CO2去除步驟的負(fù)載CO2的溶劑將CO2引入燃料氣物流中。該文獻(xiàn)并不能回收用N2從負(fù)載H2S的溶劑中閃蒸或汽提進(jìn)入燃料氣中的共吸收CO2。該文獻(xiàn)也根本不能回收用于汽提進(jìn)入燃料氣中的N2以產(chǎn)生CO2在燃?xì)廨啓C(jī)中所能體現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。由于該文獻(xiàn)的N2汽提塔流出物不可避免地被H2S污染，因而其不可以向大氣中排放。因此，氣體被送至相鄰的CO2汽提塔中，在此，所包含的H2S再進(jìn)行吸收以便于回收。
US 4,957,515和5,240,476(均為Hegarty)提出了對(duì)上述問(wèn)題的一種解決辦法，在保持作為加至燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)料的合成氣中CO2含量以最大可能回收動(dòng)力的同時(shí)，得到濃縮的加至克勞斯裝置中的H2S進(jìn)料。這些文獻(xiàn)采用了少量置于一定壓力下的N2從用于循環(huán)不含H2S的燃料氣的富集物理溶劑中汽提共吸收的CO2。
在Hegarty的兩份專(zhuān)利中，來(lái)自H2S吸收器底部產(chǎn)物的富集H2S和CO2的溶劑以約500psia用于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，減少壓力至約90psia，此后，采用N2在CO2汽提塔于78psia下從溶劑中汽提出CO2。來(lái)自汽提塔的氣體進(jìn)行再循環(huán)，而負(fù)載H2S的溶劑則被送至H2S汽提塔中。在US 5,240,476中，富含CO2的氣體被重新壓縮并被直接送至單一H2S吸收器。在US 4,957,515中，再壓縮步驟被在第二H2S吸收器中的H2S再吸收步驟代替。CO2被吸收入溶劑中，溶劑再循環(huán)至H2S吸收器；而被H2S污染的N2被放空。用于CO2汽提塔中的N2也被放空。
這些方法均需對(duì)再循環(huán)至H2S吸收器的富集CO2進(jìn)行壓縮，從78psia壓縮至500psia，并將N2放空至大氣中。
因此，仍需要一種能得到濃縮H2S克勞斯進(jìn)料并同時(shí)保持CO2價(jià)值的純化方法，還希望該方法無(wú)需過(guò)度的壓力變化或進(jìn)行加熱或冷卻。
發(fā)明概述本發(fā)明為一種從原料合成氣中除去酸性氣體如H2S、COS和CO2的聯(lián)合方法。H2S和COS被濃縮并分別回收。分開(kāi)回收的CO2被用作在燃?xì)廨啓C(jī)中純化后的合成氣的慢化劑。該方法包括通過(guò)用一種液體溶劑進(jìn)行吸收從原料合成氣中分離出H2S和COS，通過(guò)用N2對(duì)溶劑進(jìn)行汽提而除去共吸收的CO2，從溶劑中分離出H2S和COS，從H2S和COS中回收硫。通過(guò)采用CO2作為純化后的合成氣在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒過(guò)程中的慢化劑回收CO2的能量值及其在還原NOX中作為稀釋劑的價(jià)值。


圖1是從來(lái)自氣化器的合成氣產(chǎn)物中除去H2S的示意圖。
圖2是采用高壓閃蒸槽改善H2S氣體去除率的示意圖。
圖3是在聯(lián)合酸性氣體去除單元中除去H2S的示意圖。
在每一附圖中，相應(yīng)的參考數(shù)字表示相應(yīng)的部件。
發(fā)明詳述本發(fā)明包括一種在合成氣作為燃料于燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)并產(chǎn)生動(dòng)力之前從合成氣中除去酸性氣體如H2S和COS的方法。H2S和COS作為不希望存在的污染物從合成氣中除去，同時(shí)其它酸性氣體如CO2則保留在加料至燃?xì)廨啓C(jī)中的燃料物流中。
在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)采用一種用于酸性氣體的溶劑將CO2的損失降至非常低，并從合成氣中除去酸性氣體，隨后采用N2在300psig±100psig，優(yōu)選300psig±50psig的中等壓力下汽提吸收了CO2的溶劑。
通過(guò)蒸氣再沸和再循環(huán)除去H2S后，再生出清潔溶劑。包含CO2和部分H2S的N2物流用清潔溶劑洗滌。不含H2S的N2與CO2的物流被用于燃?xì)廨啓C(jī)中。H2S被送至克勞斯單元中用于進(jìn)一步加工過(guò)程。
本發(fā)明也包括從H2中除去CO2的操作步驟，即部分氧化烴燃料并隨后進(jìn)行變換轉(zhuǎn)化以形成變換后的合成氣。
在氣化動(dòng)力系統(tǒng)中，在約1000psig±300psig，優(yōu)選約1000psig±150psig下使烴燃料進(jìn)行部分氧化以生產(chǎn)來(lái)自氣化反應(yīng)器或氣化器的合成氣，從氣化器中排出的原料合成氣主要包含H2、CO、CO2、H2O，以及少量的N2、Ar、H2S、COS、CH4、NH3、HCN及HCOOH。環(huán)境方面要求從將在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒的合成氣中除去H2S和COS。
在從合成氣中除去H2S和COS的過(guò)程中，希望盡可能少地除去其它酸性氣體如CO2，以避免送至克勞斯單元的H2S物流稀釋?zhuān)⑶以黾铀椭寥細(xì)廨啓C(jī)中的CO2量。由于CO2在燃?xì)廨啓C(jī)中會(huì)膨脹，并且通過(guò)降低燃燒火焰的溫度能減少氮氧化物(NOX)的量，因而，增加燃?xì)廨啓C(jī)中的CO2量將增加產(chǎn)生的動(dòng)力。
這種分離過(guò)程是將合成氣送至酸性氣體分離單元中完成的，在該單元中，于第一H2S吸收器中采用用于除去H2S的液體溶劑進(jìn)行處理。即使在第一吸收器中的高壓減少了溶劑循環(huán)，由第一H2S吸收器中的H2S溶劑也會(huì)除去大量的CO2。為了回收吸收于也被稱(chēng)為“富集溶劑”的酸性氣體溶劑中的CO2，將富集溶劑加熱并將壓力減至約300psig以使CO2解吸。
閃蒸后的溶劑被送至N2汽提塔中除去附加的CO2。在300psig下，可將解吸的CO2和汽提N2送至燃?xì)廨啓C(jī)中，無(wú)需進(jìn)一步壓縮稀釋劑以控制NOX，并增加動(dòng)力輸出。稀釋劑N2通常是由用于此目的的空氣分離單元生產(chǎn)的，易于以所需壓力向汽提步驟供應(yīng)。
由于少量的H2S與CO2一起在N2汽提塔中被汽提出來(lái)，需在第二H2S吸收器中從N2中再次吸收被汽提的H2S。
通過(guò)本發(fā)明的描述可以理解，除非另有說(shuō)明，除去H2S也包括除去COS。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，通過(guò)采用中等壓力的N2對(duì)吸收CO2的酸性氣體溶劑進(jìn)行汽提將使CO2的除去量減至非常少。
參看圖1，酸性未變換的合成氣4主要包含H2、CO、CO2和H2S，溫度為200°F±125°F，優(yōu)選150°F±50°F，壓力為1500psig±1000psig，優(yōu)選為1100psig±400psig，將這種合成氣加至換熱器5中，在此，將合成氣冷卻至約90°F±50°F，優(yōu)選110°F±10°F，然后以物流6排出。術(shù)語(yǔ)“酸性”是指合成氣包含硫，而術(shù)語(yǔ)“脫硫”是指所含硫已脫除的合成氣。
冷卻后未變換的酸性合成氣物流6進(jìn)入壓力為約1000psig的第一H2S吸收器2中，在此，其與用于酸性氣體的化學(xué)或物理溶劑接觸。優(yōu)選采用物理溶劑，如甲醇和N-甲基吡咯烷酮，更優(yōu)選聚乙二醇二甲醚，其可從Selexol(Union Carbide)商購(gòu)。溫度和壓力均基于Selexol所示，對(duì)于不同的溶劑可有很大的變動(dòng)。
除去含硫氣體如H2S和COS。從H2S吸收器2中排出溫度約60°F-約130°F的清潔、未變換的脫硫合成氣8，并將之送至換熱器5中與酸性未變換合成氣4進(jìn)行間接換熱。
從換熱器5中排出升溫后清潔的未變換合成氣10，此時(shí)的合成氣10包含H2、CO和一些CO2，壓力為1000psig，將此合成氣在用水飽和、加熱和膨脹至適于渦輪機(jī)的燃燒條件后，加至燃?xì)廨啓C(jī)(未示出)中。
將包含某些吸收CO2的H2S富集溶劑的液體物流經(jīng)管線(xiàn)12從第一H2S吸收器中排出，并可選擇性地與從第二H2S吸收器14排出的循環(huán)溶劑16合并。合并后的溶劑17在換熱器18中進(jìn)行預(yù)熱，然后通過(guò)管線(xiàn)22進(jìn)入CO2汽提塔20中，溶劑物流16從第二H2S吸收器14中排出。由管線(xiàn)24代表的部分或全部溶劑物流可分開(kāi)并與進(jìn)入CO2汽提塔20的H2S富集溶劑的物流22合并。減壓裝置26將壓力減至約300psig，該壓力是汽提塔20操作時(shí)的壓力條件。
通過(guò)N2汽提實(shí)現(xiàn)除去CO2。壓力為300psig的N2物流28進(jìn)入CO2汽提塔20中，并使來(lái)自溶劑的CO2和少量H2S汽提或解吸，然后經(jīng)管線(xiàn)30排出汽提塔20。
由于少量的H2S與CO2一起被汽提，將來(lái)自CO2汽提塔20的含CO2與H2S的N2物流30送至第二H2S吸收器14中，在此，H2S重新被溶劑吸收。包含CO2和H2S的N2物流30可直接加至第二H2S吸收器14中，或者，部分或全部由管線(xiàn)36表示的含CO2和H2S的N2物流可被分開(kāi)，并在換熱器32中冷卻，與未冷卻部分34合并后進(jìn)入第二H2S吸收器14中。第二H2S吸收器14與CO2汽提塔20在相同的壓力下操作，并可合并在一個(gè)容器中。
溶劑38進(jìn)入第二H2S吸收器14中，并從進(jìn)入的含CO2和H2S的N2物流中除去H2S。除去H2S并包含CO2的N2物流40經(jīng)管線(xiàn)40排出，并通過(guò)換熱器41。富集CO2的N2物流經(jīng)管線(xiàn)42排出，其壓力為約300psig±100psig，優(yōu)選約300psig±50psig，可將其加至燃?xì)廨啓C(jī)中，無(wú)需作為稀釋劑壓縮以控制NOX和增加動(dòng)力輸出。稀釋劑N2通常由用于此目的的空氣分離單元(未示出)生產(chǎn)，并易于在所需壓力上得到用于汽提。
包含H2S的半富集溶劑16從第二H2S吸收器14中排出，可全部或部分經(jīng)管線(xiàn)44循環(huán)至第一H2S吸收器2，或者與從第一H2S吸收器2排出的溶劑12合并形成物流17，或經(jīng)管線(xiàn)24分離出來(lái)并與預(yù)熱的溶劑22合并后進(jìn)入CO2汽提塔20。泵15增加從H2S吸收器14排出的溶劑物流16的壓力，從300psig增至約1000psig。全部或部分溶劑物流經(jīng)管線(xiàn)44進(jìn)入第一H2S吸收器2，或者經(jīng)管線(xiàn)19與從第一H2S吸收器排出的溶劑12合并。
然后，將從CO2汽提塔20排出的含H2S的溶劑48通入H2S汽提塔46中。將含H2S的溶劑在換熱器50中進(jìn)行加熱，并經(jīng)管線(xiàn)52進(jìn)入H2S汽提塔46中。由于N2僅輕微吸收于溶劑中，含H2S的溶劑52中的N2含量非常少。因此，生產(chǎn)出用于克勞斯或其它硫加工單元的高濃度H2S產(chǎn)物物流。汽提了H2S的溶劑58從H2S汽提塔46中排出，經(jīng)過(guò)泵54、換熱器18和60，經(jīng)管線(xiàn)37循環(huán)至第一H2S吸收器，經(jīng)管線(xiàn)38循環(huán)至第二H2S吸收器。
在CO2汽提塔20內(nèi)的溫度可控制在其最佳范圍內(nèi)，約150°F-250°F，是通過(guò)將來(lái)自由H2S汽提塔46排出并通過(guò)換熱器18的溶劑58回收部分熱量來(lái)控制的。另一種控制方式是將全部或部分溶劑物流58通過(guò)換熱器50，與從CO2汽提塔20排出的溶劑48進(jìn)行逆流熱交換，然后進(jìn)入換熱器18。
在H2S汽提塔46中，溶劑在間接換熱器80中經(jīng)管線(xiàn)78用水蒸氣再沸以汽提H2S。H2S經(jīng)管線(xiàn)64從塔頂排出，將其在換熱器66中進(jìn)行冷卻以使水冷凝。汽液混合物流經(jīng)管線(xiàn)68進(jìn)入分離器70，在此，液體水部分經(jīng)管線(xiàn)72排出，而富集H2S的產(chǎn)物則經(jīng)管線(xiàn)74排放至克勞斯單元(未示出)。部分水再經(jīng)管線(xiàn)76循環(huán)以保持所需的水溶劑平衡。
圖2顯示了采用高壓閃蒸槽改善氣化除去率的另一種構(gòu)造，所述閃蒸槽在1000psig±300psig下，優(yōu)選1000psig±150psig下操作。溶劑在約150°F-250°F下進(jìn)行閃蒸。該實(shí)施方案在較高的壓力下回收更多的CO2，這將減少第二H2S吸收器14的尺寸。
在該實(shí)施方案中，具有酸性氣體的溶劑12經(jīng)泵11從第一H2S吸收器2中排出并作為預(yù)熱的溶劑物流22從換熱器18排出。代替直接流至CO2汽提塔，蒸氣22被轉(zhuǎn)移至閃蒸槽82中，在此，約5％-25％的H2S和約10％-70％的CO2被閃蒸出去。酸性氣體減少了的溶劑經(jīng)管線(xiàn)56流入CO2汽提塔20中。閃蒸后的氣體85在換熱器84中冷卻并經(jīng)管線(xiàn)86排出后與未變換的酸性氣體4合并，再返回第一H2S吸收器2。
有時(shí)，在由氣化單元生產(chǎn)動(dòng)力的同時(shí)，希望生產(chǎn)大量H2。此時(shí)，部分來(lái)自氣化器的合成氣在反應(yīng)器中按照下述反應(yīng)變換成H2。參見(jiàn)US 5,152,975(Fong等)，該文獻(xiàn)引入本文本為參考。將其余的合成氣冷卻而無(wú)需變換，在經(jīng)進(jìn)一步加工處理后，送至燃?xì)廨啓C(jī)中。
變換后的氣體通過(guò)多種常規(guī)手段進(jìn)行純化。用于純化變換后的氣體的最有效技術(shù)之一是變壓吸附(PSA)法，該方法對(duì)吸附劑床進(jìn)行壓力變化而除去雜質(zhì)。但不幸的是，變換后的氣體仍含有大量的CO2。由于CO2會(huì)減少在PSA中H2的回收率，這種結(jié)果是不希望出現(xiàn)的。進(jìn)而，由于CO2不具備熱值，它在PSA尾氣中存在會(huì)減少尾氣的熱值。
對(duì)于動(dòng)力生產(chǎn)而言，由于CO2通過(guò)降低燃燒火焰溫度有助于減少NOX形成，并且由于當(dāng)CO2穿過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)的膨脹器側(cè)端時(shí)也提供動(dòng)力，因而，希望在合成氣中存在CO2。
一種新的且有效的實(shí)現(xiàn)CO2去除及濃縮的技術(shù)是聯(lián)合采用用于酸性氣體的物理溶劑或其它適宜的溶劑從加至PSA或其它純化方法中的變換后的氣體中除去CO2，同時(shí)使用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃料中CO2的含量最大。
在圖3所示加工步驟中組合上述特點(diǎn)可完成上述要求。
參看圖3，在變換后氣體H2S吸收器90中除去H2S及在CO2吸收器104中除去CO2，由變換后的酸性氣體中生產(chǎn)出減少了H2S和CO2的變換后氣體，其主要由H2組成。
來(lái)自氣化器(未示出)的變換后的酸性氣體109通過(guò)換熱器110和管線(xiàn)112進(jìn)入變換后氣體H2S吸收器90。減少了H2S的氣體經(jīng)管線(xiàn)114離開(kāi)H2S吸收器90，與來(lái)自CO2吸收器104及泵115的溶劑物流116合并，合并后的物流在換熱器118中進(jìn)行冷卻，并經(jīng)管線(xiàn)120進(jìn)入CO2吸收器104。在CO2吸收器104中，合成氣120與經(jīng)泵101和管線(xiàn)92來(lái)自脫硫CO2汽提塔100循環(huán)的清潔溶劑接觸，冷卻的清潔溶劑經(jīng)管線(xiàn)58和121來(lái)自H2S汽提塔46。將包含大多數(shù)H2的減少H2S和CO2的產(chǎn)物氣體111經(jīng)管線(xiàn)122和換熱器110送至PSA或其它純化過(guò)程中。
將適宜作為稀釋劑的富含CO2的N2物流108加至燃?xì)廨啓C(jī)(未示出)中，物流108是這樣生產(chǎn)的在變換氣體H2S吸收器90中除去H2S，再在CO2吸收器104中對(duì)來(lái)自物流114的減少H2S的合成氣中的CO2進(jìn)行溶劑吸收，在脫硫的CO2汽提塔100中對(duì)富含CO2的溶劑106進(jìn)行N2汽提。
從CO2吸收器104排出的富含CO2的溶劑124的一部分128被再循環(huán)至第一H2S吸收器2中，而另一部分130被再循環(huán)至變換氣體H2S吸收器90中，在此，吸收H2S。
聯(lián)合方法有以下三個(gè)突出特點(diǎn)。
第一個(gè)特點(diǎn)是選取來(lái)自變換氣體H2S吸收器90的富含CO2/H2S的溶劑，將這種溶劑經(jīng)管線(xiàn)88加至第一H2S吸收器2的下部，該吸收器也被稱(chēng)之為未變換氣體H2S吸收器2。由于未變換氣體與富含CO2/H2S的溶劑相比具有更少的CO2和更低的分壓，因而，未變換氣體H2S吸收器2可汽提來(lái)自富含CO2/H2S溶劑中的CO2。
第二個(gè)特點(diǎn)是將來(lái)自未變換氣體吸收器2的富含CO2/H2S的溶劑加熱，用足量的N2或其它適宜的汽提氣體對(duì)富集溶劑22進(jìn)行汽提，以使來(lái)自CO2汽提塔20中的CO2解吸，上述汽提塔20的在壓力為約1000±150psig。經(jīng)泵11和管線(xiàn)12離開(kāi)第一H2S吸收器2的富含CO2/H2S的溶劑在換熱器18中預(yù)熱，并經(jīng)管線(xiàn)22進(jìn)入CO2汽提塔20。在約1000psig下的N2進(jìn)入管線(xiàn)28。CO2汽提塔20減少了富含CO2/H2S的溶劑中的CO2量，然后，通過(guò)選擇性換熱器50和管線(xiàn)52，將溶劑48送至H2S汽提塔46中。包含CO2的N2物流94經(jīng)換熱器96和管線(xiàn)98再循環(huán)至第一H2S吸收器2中，在此，其與原料未變換的合成氣進(jìn)料4合并，最終作為合成氣產(chǎn)物10的一部分回收，該產(chǎn)物10通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)(未示出)，在其中，CO2/N2混合物用作慢化劑。
第三個(gè)特點(diǎn)是采用CO2吸收器104，脫硫的變換氣體122作為物流111最終進(jìn)入PSA(未示出)或其它H2純化方法中。通常，這樣一種CO2吸收器將主要取決于壓差以使溶劑再生，并在大氣壓下放空CO2。然而，在本發(fā)明中，從CO2吸收器104中排出的富含CO2的溶劑106被加至脫硫的CO2汽提塔100中，在此，通過(guò)N2物流102從富含CO2的溶劑中汽提CO2。脫硫的CO2汽提塔壓力為約300psig±100psig，優(yōu)選約300psig±50psig。
CO2和N2產(chǎn)物物流108從脫硫的CO2汽提塔100中排出，并被送至燃?xì)廨啓C(jī)(未示出)中。
根據(jù)所采用的N2量及H2中所需CO2的含量，可以在進(jìn)入脫硫的CO2汽提塔100之前將溶劑加熱和/或在從脫硫CO2汽提塔100中排出后在大氣壓下閃蒸汽提的溶劑92，以增強(qiáng)從溶劑106中對(duì)CO2的汽提。
然而，優(yōu)選不采用這些選擇方式，這是因?yàn)?，加熱需要附加設(shè)備并對(duì)溶劑冷卻。在大氣壓下閃蒸放空CO2將使得不能利用在燃?xì)廨啓C(jī)中產(chǎn)生的動(dòng)力。雖然如此，根據(jù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化原則，這些選擇方式在某些時(shí)候也具有吸引力。
本發(fā)明方法也具有生產(chǎn)濃縮H2S物流74的效能。采用N2或其它一些不溶性氣體如H2，在將富集的溶劑預(yù)熱后，利用CO2汽提塔將能極其有效地減少加至克勞斯單元(未示出)以回收硫值的氣體中的CO2。采用該方法可使H2S的純度大于50％。這種高濃縮的H2S消除了對(duì)于酸性氣體在克勞斯單元中的特殊處理，并有助于減少克勞斯單元的尺寸及成本。
在酸性CO2汽提塔20與H2S汽提塔46間的閃蒸槽可用于消除附加的CO2氣體和汽提氣體。這樣，可使H2S的濃度大于95％。然而，在汽提后殘余在溶劑中的相當(dāng)少量的CO2使閃蒸氣體相對(duì)更富含H2S而貧含CO2，這種閃蒸氣體要求壓縮機(jī)來(lái)回收在較低壓力下與CO2一起閃蒸的酸性氣體。
另外，低壓酸性CO2汽提塔也可用來(lái)代替或補(bǔ)充如圖3所述的高壓(1000psig)酸性CO2汽提塔20。來(lái)自低壓汽提塔的氣體用第二吸收器進(jìn)行清潔，然后以約300psig±100psig，優(yōu)選約300psig±50psig傳送至燃?xì)廨啓C(jī)(未示出)，如圖1和2所述。具有第二酸性CO2汽提塔(在約300psig下操作)的優(yōu)點(diǎn)是，減少了需在第二吸收器中進(jìn)行清潔的氣體流量。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，高壓酸性CO2汽提塔可用壓力為約1000±300psig，優(yōu)選約1000psig±150psig的閃蒸槽以及隨后的壓力為約300psig±100psig，優(yōu)選約300psig±50psig的汽提塔代替，如圖2所示。
權(quán)利要求
1.一種用于分離、回收和利用包含于由部分氧化烴反應(yīng)物產(chǎn)生的原始合成氣中的包含H2S、COS和CO2的酸性氣體的方法，該方法包括(a)使合成氣與一種液體溶劑接觸從原料合成氣中分離出酸性氣體，以從合成氣中選擇性地吸收和除去至少一部分酸性氣體并產(chǎn)生純化的合成氣；(b)在CO2汽提塔中用N2對(duì)液體溶劑進(jìn)行汽提從包含于液體溶劑中的酸性氣體中選擇性地除去CO2，以選擇性地除去CO2并形成包含N2和CO2的氣體混合物，和一種包含H2S及COS的溶劑殘余物；(c)純化含H2S和COS的溶劑殘余物以回收硫；(d)使N2與CO2的氣體混合物與純化后的合成氣接觸以形成N2/CO2-純化后的合成氣混合物；和(e)在燃?xì)廨啓C(jī)中使N2/CO2-純化后的合成氣混合物燃燒，其中，N2/CO2組分用作所述合成氣燃燒過(guò)程中的慢化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，原料合成氣選自未變換的合成氣、變換的合成氣以及未變換的合成氣和變換的合成氣的分離物流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，原料合成氣包含未變換的合成氣的分離物流和變換的合成氣的分離物流。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，原料未變換的合成氣在第一H2S吸收器中與第一種液體溶劑接觸以產(chǎn)生純化的未變換的合成氣和第一種富含酸的溶劑，這種溶劑包含由原料未變換的合成氣中除去的COS、H2S和CO2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，第一種富含酸的溶劑在第一CO2汽提塔中與N2接觸形成第一種酸性氣體混合物，該混合物包含CO2、N2和少量的H2S和COS，還形成殘余的第二種富含酸的溶劑，該溶劑中包含大量存在于第一種富含酸的溶劑中的H2S和COS。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，第一種酸性氣體混合物在第二H2S吸收器中與第二種液體溶劑接觸以選擇性地除去第一種酸性氣體混合物中的COS和H2S，并產(chǎn)生包含N2和CO2的第一種氣體混合物以及包含除去的H2S和COS的第三種富含酸的溶劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，將至少一部分第二種富含酸的溶劑進(jìn)行純化以回收硫。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，將至少一部分第二種富含酸的溶劑循環(huán)至第一H2S吸收器中。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，至少一部分第三種富含酸的溶劑與第一種富含酸的溶劑合并。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，變換的合成氣與第四種液體溶劑在第一未變換氣體吸收器中接觸，以生產(chǎn)包含大多數(shù)CO2的處理過(guò)的變換的合成氣以及包含H2S、COS和少量CO2的第四種富含酸的液體溶劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，處理過(guò)的變換的合成氣與第五種液體溶劑在第一CO2吸收器中接觸以除去大多數(shù)在第一種富含CO2的液體溶劑中的CO2并產(chǎn)生純化的變換的合成氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，將純化的變換的合成氣通入變壓吸附單元中。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，將第四種富含酸的液體溶劑通入第一H2S吸收器中。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中，將至少一部分第一種富含CO2的溶劑通入第二CO2汽提塔中，并與N2進(jìn)行接觸以形成第一種汽提CO2的溶劑和第二種包含N2和CO2的氣體混合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，將包含CO2和N2的第二種氣體混合物通入燃?xì)廨啓C(jī)中以用作慢化劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，對(duì)原料未變換的合成氣進(jìn)行處理以除去酸性氣體，同時(shí)對(duì)原料變換的合成氣進(jìn)行處理以除去酸性氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種從原料合成氣(4)中除去酸性氣體如H
文檔編號(hào)C10K1/08GK1241163SQ98801421
公開(kāi)日2000年1月12日 申請(qǐng)日期1998年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月12日
發(fā)明者F·C·楊克, W·P·沃克 申請(qǐng)人:德士古發(fā)展公司