CN1008068B - 气体脱硫工艺 - Google Patents

Abstract

两种不同的，都含有硫化合物和CO₂的气体，用一种物理活性溶剂脱硫。第一种气体以上述溶剂，经第一洗气段将硫化合物，特别是H₂S和COS基本上完全除去，其中有部份CO₂被溶解吸收。至少有部分饱吸溶剂自第一洗气段流出，送入第二洗气段。同时向第二洗气段供入比第一种气体CO₂含量低的第二种气体。此气体在第二洗气段中被部分脱硫，接着在第三洗气段中用完全无硫化物的溶剂处理。流出第三洗气段的饱吸溶剂被送入第二洗气段使用。

Description

本发明涉及一种气体脱硫工艺。在本发明的工艺中，采用一种物理活性溶剂把硫化合物，特别是H₂S和COS，从含有CO₂的气体中洗涤吸收出来，上述吸饱了硫化物的溶剂被连续再生。

西德专利1，296，133和相应的英国专利1，164，407以及西德专利1，544，080和相应的美国专利3，453，835所公开的气体脱硫工艺，所采用的物理活性溶剂有甲醇、二甲苯、N-甲基吡咯烷酮和丙酮化学活性洗涤溶液。这些物理活性溶剂与化学活性洗涤溶液不同，它们的溶解能力近似地取决于被溶解吸收物质的分压和被洗涤气体的温度。气体物质的溶解度随着温度的降低和分压的增高而增加。由于这种原因，可以用已知的升高温度和/或降低压力的措施来使硫化合物饱和溶剂再生。

在已知工艺中，因为这些溶剂对硫化合物没有选择活性而同时也能溶解其他化合物，特别是溶解在气体中的CO₂。这种溶剂中的CO₂含量会妨碍选择脱硫作用，所以在已知的工艺中，所需的溶剂量较多。

本发的目的是采用这种工艺对两种含有不同的CO₂量的气体进行脱硫，而在处理过程中所需再生溶剂的再生率降到最低。此外，使随着硫化合物一起被共吸收的CO₂的量也减到最小值。上述此种工艺是通过这样的过程来实现的：在第一洗气段中，送入一种溶剂，此溶剂能基本上完全溶解硫化合物和部份地溶解含在气体中的CO₂至少一部份上述饱和溶剂从第一洗气段中流出而送入第二洗气段中。第二洗气段供入第二种气体，此第二种气体中含有的CO₂量比第一种气体中含有的量低，第二种气体在第二洗气段中部份地被脱硫，此种被部份脱硫后的气体从第二洗气段中流出而送入第三洗气段中，用基本上无硫化合物的溶剂进行处理。如果只有部份饱和溶剂从第一洗气段流出而送入第二洗气段，则余下的饱和溶剂就直接送入再生装置。

因为第二种气体中含有的CO₂量相对说来较低，从而影响第二洗气段溶剂中 CO₂的一定的解吸作用。这样，溶剂的温度降低，溶剂吸收硫化合物的能力增加。由于这一结果，自第二洗气段流出的气体已被充分脱硫，而且此气体中含的CO₂量比送入气体中的CO₂量要多。总的饱和溶剂变得有利于溶存已吸收的硫化合物，其所含的CO₂量也较低。这一事实将大大地有助于饱和溶剂的连续再生，从而导至H₂S浓度的升高。

在下述情况下，另一优点是：第一种气体COS含量低而第二种气体COS的含量高。实际上几乎所有的COS都将在第二洗气段被吸收，这样采用相对较少量的溶剂就足以影响第三洗气段中的连续精细的脱硫作用。吸收剂的再生消耗将进一步减少。

在大多数情况下，第一种气体与第二种气体各自的二氧化碳含量不同，第一种气体所含二氧化碳量至少是第二种气体的1.5倍。举例来说，第一种气体所含二氧化碳量约占体积的20%-40%，第二种气体含二氧化碳量约占体积的2%-15%。第一种气体可以由某些气体，例如可置换的水煤气，组成，第二种气体可以由未被置换的水煤气组成。水煤气的主要成份是氢气和一氧化碳。一氧化碳可以完全或基本上完全被置换反应（CO+H₂O＝CO₂+H₂）除去，此置换反应同时也降低了COS含量。可置换的水煤气中COS的含量范围为2-30ppm，未被置换的水煤气中COS的含量约为50-100ppm。一般可这样说：第二种气体中的COS含量至少是第一种气体中COS含量的两倍。但这两种气体中的硫化氢含量约为体积的0.1-3%。

用于本发明工艺的溶剂为某些熟知的物理活性溶剂，特别是甲醇和N-甲基吡咯烷酮（NMP）。洗气段的温度范围是60℃到-80℃，压力范围为10巴到100巴左右。

从第三洗气段流出的饱和溶剂还可送入第二洗气段再予以利用，因为此饱和溶剂对于在第二洗气段要进行的部份脱硫作用还有足够的活性。如果自第三洗气段排出的已被脱硫的气体所含有的二氧化碳量会妨碍其对所说气体的进一步加工处理，那么后者（CO₂）还将进入第四洗气段处理，至少使其中一部份二氧化碳被 吸收。所有的或部份的已饱和了的溶剂都可送入第三洗气段。同样，如果需要，第一洗气段排出的已被脱硫的第一种气体中所含的二氧化碳也可在第五洗气段中被除去。

本发明可以用如下方式完成：参照附图进一步说明。

被处理的气体由第一种气体和第二种组成。第一种气体含H₂S并含有较高含量的CO₂和较低含量的COS。第二种气体含有H₂S和较低含量的CO₂以及较高含量的COS。第一种气体的CO₂含量至少是第二种气体CO₂含量的1.5倍。第二种气体的COS含量至少是第一种气体COS含量的两倍，第一种气体经过管道1进入第一洗气段2，并通过管道3向此气段送入基本上不含硫的溶剂。按已知方法，洗气段2和其他的洗气段都装有填料或促进传质的栅板。所用的溶剂可采用甲醇或N-甲基吡咯烷酮。洗气段2和以下的洗气段中的温度范围为60℃到-80℃。所有洗气段中的压力维持10巴到100左右。

进入管道4的自洗气段2排出的基本上完全脱硫的气体还含有相当大量的CO₂。

第二种气体被送入管道7。第二洗气段6中，用分别来自洗气段2和13，经管道5和12送入的饱和溶剂初步进行处理。当此第二种气体被部份脱硫后，流经管道8进入第三洗气段13，在此处进行高纯的脱硫处理。已经基本上完全脱硫后的第二种气体流经管道10自第三洗气段排出。如果该气体中的CO₂含量进一步使用还是过剩，那么，CO₂气体将在第四洗气段14中进一步被处理。再生后的溶剂经过管道15进入第四洗气段。这样，一种脱硫后的，基本上没有CO₂的气体已可在管道16中适合应用。

经过管道17，从第四洗气段排出的溶剂基本上不含硫化合物。由于这一原因，这种溶剂的一部份经过旁路管道18，引入第三洗气段13，供脱硫处理使用。余下的溶剂，流经连接管道17a，进入减压段22，用熟知的方法进行再生处理。含有二氧化碳量大的尾气，经管道23向外排出。上述溶剂流入再生器27，再生后的溶剂经管道28排出。

如果想把已经充分脱硫的，流经管道4的气体中的二氧化碳除去，可将此气体送入第五洗气段19，在此处，该气体被来自管道20的再生后的溶剂进行处理。已脱硫的，而且基本上除去所有二氧化碳的第一种气体，可流经管道21排出，以供进一步使用。

如附图所示，自洗气段2和13排出的饱和溶剂被送入第二洗气段6，用作第二种气体的部份脱硫处理。在此处使用过的含有硫合物的溶剂，流经管道9进入再生器29。此再生器可以是一种熟知的加热再生器，经此再生器处理，溶剂中所含的硫化合物和CO₂基本上完全被除去。再生后的溶剂流经管道30排出。此溶剂的一部与来自流经管道15，再生器27的再生后溶剂汇合，然后被送入第四洗气段14。来自再生器29的余下的这部份再生后溶剂和来自再生器27的余下的一部份再生后的溶剂汇合，流经管道20，进入第五洗气段19。本领域的普通技术人员将可以从附图中得出这样的构思：第三洗气段可以重新布置，并可和第二洗气段6联接起来。这样可以得到一组结构简化的装置。

如果不想把流经管道4和管道10中的气体中所含的二氧化碳除去，则第四洗气段14和第五洗气段19可以省去，减压段22和再生器27也可省去。在这种情况下，流经管道30的再生后溶剂将直接送入第一洗气段2和第三洗气段13，管道3和18将与管道30接通。

下面结合附图，举出实施例对本发明作进一步详细描述：

有一套符合附图要求的工艺系统，但其中第四洗气段14和第五洗气段19被省略，按下列条件操作：

再生后溶剂NMP按100立方米/小时（M³/H）的流量，流经管道3送入第一洗气段2。此同样的溶剂按70m³/h的流量，流经管道18送入第三洗气段。两洗气段中都维持59巴的压力。第一种气体以150，000标准立方米/小时（sm³/h）的流量送入第一洗气段。第二种气体以100，000sm/h的流量送入第二洗气段6。第一和第二种气体的温度均为40℃左右。上述二种气体的组份如下：

第一种气体    第二种气体

CO₂（%以体积计） 41.75 15.65

H₂+CO（%以体积计） 58.0 84.0

H₂S（%以体积计） 0.25 0.35

COS（ppm）    7    150

经初步处理提纯后的，流经管道4的气体仍含有大约1ppm的H₂S和5ppm的COS。从第二洗气段排出的气体，流量为106540sm³/h，含有21%（按体积计）的CO₂，并仍含有0.2%，（按体积计）的H₂S和10ppm的COS。经脱硫后的第二种气体，流经管道10以103110sm³/h的流量排出，它仅含7ppm的COS。

流经管道5和12的溶剂，温度为20℃，含有吸收后组成物的量如下：（在每立方米溶剂中测得吸收后组分的标准立方米数）

在管道5中    在管道12中

溶剂流量（m³/h） 100 70

CO₂106 46

H₂S 3.75 3

COS    0.003    0.0045

送去进行再生处理的溶剂，以170m³/h的流量流经管道9，温度为11℃。每立方米这样的溶剂中含有42标准立方米的二氧化碳和4.26标准立方米的硫化氢。

从此实施例中可得出下述重要论点：流经管道8的气体有较多量的二氧化碳，因为含在流经管道5的溶剂中的部份二氧化碳，在第二洗气段6中被第二种气体汽提而带走。这种汽提解吸作用将会降低溶剂的温度，使溶剂吸收硫化合物的能力增大。结果，流经管道8的气体被部份地脱硫，其COS的含量（含10ppm）已降低至原有含量的10%以下。正是由于这种原因，用于下一步脱硫处理的第三洗气段13可设计成仅用于除去硫化氢的汽段。这样，第三洗气段的溶剂需要量将大大地降 低。脱硫后的、流经管道10的第二种气体比由管道7送入的，用以增加二氧化碳含量的第二种气体的体积要大。为此，用以这种气体具有较高的能量以适于进一步的应用。如可用作汽轮机的气体燃料。

Claims (5)

1、一种气体脱硫工艺，此工艺中，硫化合物，特别是H₂S和COS被一种物理活性溶剂从含有CO₂的气体中洗涤吸收，此种被硫化合物饱和的溶剂被连续进行再生，其特征是被处理的气体由第一种气体和第二种气体组成，第一种气体含有H₂S并含有较高含量的CO₂和较低含量的COS，第二种气体含有H₂S和含有较低含量的CO₂和较高含量的COS，第一种气体的CO₂含量是第二种气体CO₂含量的1.5倍或高于1.5倍，第二种气体的COS含量是第一种气体COS含量的2倍或高于2倍，第一种气体在第一洗气段中用一种完全溶解硫化合物和部分溶解该气体中CO₂的溶剂吸收处理，有部分这种饱和溶剂从第一洗气段排出并被送入第二洗气段，向该洗气段供入CO₂含量低于第一种气体CO₂含量的第二种气体，该气体在第二洗气段被部分地脱硫，由第二洗气段排出的部分脱硫后的气体被送入第三洗气段，并用一种不含硫化合物的溶剂加以处理。

2、根据权利要求1所述的工艺，其特征是由第三洗气段排出的饱和溶剂被送入第二洗气段。

3、根据权利要求1所述的工艺，其特征是脱硫后的第二种气体，由第三洗气段排出，供入第四洗气段，在此洗气段中有部分CO₂溶解在一种溶剂中，从第四洗气段排出的全部或部分的饱和溶剂被送入第三洗气段。

4、根据权利要求1所述的工艺，其特征是脱硫后的气体;由第一洗气段排出，送入第五洗气段，在此洗气段中，再生后的溶剂将CO₂溶解吸收。

5、根据权利要求1所述的工艺，其特征是第一种气体和第二种气体都由一种混合气体组成，此种气体主要含有氢气和一氧化碳，第二种气体的COS含量是第一种气体COS含量的二倍或高于二倍。

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