CN101340958B - 集成的压缩装置/汽提装置配置及方法 - Google Patents

Abstract

预期的溶剂再生装置包括闪蒸罐，在该闪蒸罐中对来自该再生装置的贫溶剂进行闪蒸，且从该闪蒸罐回收补充蒸汽，并用压缩装置，特别优选热压机将该补充蒸汽送回该再生装置。尽管电能需求增加，但是这类装置的净蒸汽和能量需求显著降低，并且进一步地保持了该再生装置中的中性水平衡。

Description

集成的压缩装置/汽提装置配置及方法

本发明要求申请人于2005年12月19日提交的、共同待审的序号为60/752693的美国临时专利申请的优先权。

发明领域

本发明所属的领域是使用汽提介质的溶剂再生的配置(configuration)和方法。

发明背景

在众多设备中普遍采用贫溶剂来去除酸性气体，并且在很多情况下在汽提装置中使用适合的汽提介质从富溶剂中脱除所吸收的酸性气体。例如，用胺基溶剂(如Econamine FG^SM和Econamine FG Plus^SM)从烟道气中除去二氧化碳，随后用蒸汽将其从富溶剂中汽提出来。在美国专利第3,144,301和4,708,721号中公开了用于这类方法的示例性的配置。

如美国专利第3,962,404号所述，可使用二级再生装置来提高效率和/或经济性。可选择地，如美国专利第4,035,166号所述，可使用具有单一蒸汽进料的辅助汽提装置，其中从所述过程中闪蒸出蒸汽。然而，由于需要较多的设备，建立和运行这类过程通常都相对比较昂贵，并且至少在某些情况下需要更高的溶剂流量和使用泵送。

在其它公知的从进料气中去除酸性气体的配置中，如例如美国专利第5,325,672、5,406,802、5,462,583和5,551,972中所述，在于下游塔中进行溶剂再生之前，从富溶剂中闪蒸出有价值的蒸汽。类似地，美国专利第5,321,952号和公开号WO2004/080573A1的国际申请教导了使用多重压力汽提装置，在该装置中每一段排出的蒸汽经压缩后进料至上游段，从而减少加热需求。虽然这类配置通常能改善分离效率和气体处理厂的其它参数，但是吸收装置的压力通常显著高于再生装置/闪蒸的压力。因此，仅在有限的条件下，这类配置中的再压缩成本才符合经济性。

在更多的公知系统中，如美国专利第2,886,405、3,217,466和3,823,222中所述，从闪蒸过的贫溶剂中回收至少部分蒸汽，以辅助在塔中进行汽提。在这类系统中，用动力蒸汽(motive steam)将回收的蒸汽回注到塔中，有利地该工作蒸汽可用设备内产生的热从进料气中产生(例如使用原水饱和的合成气和该合成气的热量)。虽然，这类配置可以提供一些优点，其中包括进料气具有相对较高的温度并且被水饱和，但是仍然存在各种缺点。最明显地，通过动力蒸汽引入系统的水将使再生过程中的水平衡发生偏移。更进一步地，必须将所引入的水从系统中除去，这通常会增加对冷却的需求，并且可能由于夹带固体或催化剂而需要在释放前做进一步处理。

因此，虽然本领域已知众多的烟道气处理配置和方法，但所有或者几乎所有这些配置和方法都有一种或多种缺点。因此，仍然存在对改进的烟道气处理的配置和方法的需要。

发明内容

本发明涉及溶剂回收的配置和方法，其中对贫溶剂进行闪蒸以产生闪蒸蒸汽，将该蒸汽压缩并返回至汽提塔。最优选地，用于汽提塔的汽提蒸汽在所述塔和热源之间循环，且将所述闪蒸蒸汽重新引入所述塔中而不加入额外的蒸汽。因此，可以知道汽提塔中的水平衡保持不变，且避免了冷凝物的去除和/或控制问题。

本发明主题的一个方面涉及再生溶剂的方法，包括在汽提塔中使用第一蒸汽进料和第二蒸汽进料由富溶剂形成贫溶剂的步骤。在另一步骤中，对所述贫溶剂进行闪蒸，从而产生所述第一蒸汽进料和闪蒸过的贫溶剂，且将所述第一蒸汽进料经压缩机引入汽提塔中，而所述第二蒸汽进料在汽提塔和热源之间循环。

通常，所述富溶剂具有20psia(磅/平方英寸)至40psia的压力，所述贫溶剂闪蒸至2psia到20psia的压力，而所述第二蒸汽进料是50psig的饱和蒸汽。在优选的方面，所述压缩机是热压机或蒸汽涡轮压缩机(steam turbine compressor)，所述进料气是烟道气，而所述溶剂是胺溶剂。

本发明主题的另一方面涉及对现有汽提塔进行升级的方法，该汽提塔中蒸汽循环回路为汽提提供蒸汽且通过再沸器来产生所述蒸汽，所述方法包括使闪蒸容器与现有的汽提塔之间流体连通的步骤，从而对来自汽提塔的贫溶剂进行闪蒸，以产生闪蒸蒸汽和闪蒸过的贫溶剂。在另一步骤中，使压缩机与所述闪蒸容器和汽提塔之间流体连通，从而将所述闪蒸蒸汽进料入汽提塔中而不引入额外的水。

因此，预期的溶剂再生系统包括与闪蒸罐(drum)流体连通的汽提塔，该闪蒸罐被配置用来在有效从闪蒸过的贫溶剂中释放蒸汽的压差下接收来自汽提塔的贫溶剂，且所述系统还包括与所述闪蒸罐流体连通的压缩器(例如热压机或蒸汽涡轮压缩机)，其被配置用来将来自闪蒸罐的蒸汽引入再生装置中而不引入额外的水。如果需要，预期的设备还包括蒸汽循环回路，该回路被配置用来从汽提塔向热源提供蒸汽冷凝物，并从所述热源向汽提塔提供蒸汽。

优选地，所述汽提塔被配置用来在20psia到40psia的压力下运行，且所述闪蒸罐被配置用来将所述贫溶剂闪蒸至2psia到20psia的压力。虽然所述预期的设备可以为全新建设，但也可以将闪蒸罐和压缩装置作为改型(retrofit)提供给汽提塔。预期的设备通常还包括与汽提塔流体连通的吸收装置，其中该吸收装置被配置用来接收进料气(如烟道气)，并向汽提塔提供富溶剂。

根据以下对本发明优选实施方式的具体描述，可以更清楚了解本发明的各个目的、特征、方面和优点。

附图的简要说明

图1是包括具有通过闪蒸罐和热压机进行的集成蒸汽再生过程的汽提塔的示例性配置。

详细描述

本发明的发明人出人意料地发现通过将贫溶剂闪蒸至较低的压力以产生汽提蒸汽，并随后将其再引入汽提塔中，能够显著改善各种汽提过程的某些操作参数和经济性。在特别优选的方面，在不使用动力蒸汽的情况下进行所述汽提后蒸汽的再引入(例如通过压缩机，最优选通过热压机)，且所述汽提塔带有蒸汽循环回路，其中蒸汽在所述塔与外部热源之间循环。因此，应当理解这类配置保持了汽提塔内的水平衡，同时降低了蒸汽再生和冷却的能量和材料需求。更进一步地，避免了其它方法中对引入的额外的水(例如通过喷射器中的动力蒸汽，或者通过水饱和的富溶剂)进行的废水处理，且节约了水资源。

在图1所示的特别优选的方面，设备包括吸收器100，其通过泵(未示出)接收进料气102和来自闪蒸罐120的贫溶剂122。吸收器100产生纯化气104和富溶剂106，富溶剂106输送至汽提塔110。随后，在汽提塔110中用蒸汽112对富溶剂(例如富含CO₂的Econamine FG Plus^SM溶剂)进行处理，其中蒸汽112由从塔110底部取出的水114形成(例如使用再沸器140)。酸性气体116被输送至适当的下游单元(例如液化、EOR、隔离(sequestration)等)，在汽提塔110的底部或接近底部处排出加压的热贫溶剂118(如26.6psia)。该贫溶剂118随后被送入闪蒸罐120，并闪蒸至低压(如14.7psia)。所得闪蒸蒸汽124主要包括含有少量二氧化碳和溶剂的蒸汽。随后，通过压缩机130对闪蒸蒸汽124进行压缩，并将其作为蒸汽132返回汽提塔110的底部，其中蒸汽132向上流过所述塔，同时从富溶剂中除去二氧化碳。优选地，汽提塔110进行蒸汽111的回流，以避免水或其它汽提介质的损失(回流冷凝器、泵和相关设备未示出)。

显著地，尽管需要额外的能量来将闪蒸蒸汽再压缩至汽提塔的压力，但是净能量需求降低了。此外，在这类配置中冷却水消耗也降低了。示例性的效果总结如下面的表1所示，反映了两种模拟的结果，其中使用标准汽提塔作为基础情形，而对比情形则如图1所示包括额外的闪蒸罐和热压机。剩余的设计参数(例如贫液负载、进料条件和组成[CO₂含量为3.9mol％]，冷却水条件和二氧化碳俘获率)在两种模拟之间不发生变化，表1中的结果显示为与基础情形的相对值。蒸汽和电力成本分别基于$14/Gcal和$0.034/kWh，且假定再沸器蒸汽为3.5kg/cm²(g)(50psig)的饱和蒸汽。

表1

基于这些以及其它各种考虑因素(未示出)，应当理解预期的配置和方法相对常规设备可降低约11％的蒸汽需求。此外，应当看到这类设备的冷却水需求下降了约16％。虽然电力需求上升了约13％，但应当注意的是总蒸汽和电力运行成本降低了5％。此外，不需要增加水处理设备的处理能力，也不需要额外的或扩大的废水处理单元。相比之下，当采用使用动力流体(通常为水)的喷射器和其它设备时，必须从所述过程中移除额外的水，而这具有至少两个明显缺点。首先，对冷凝汽提塔中的水进行冷凝的冷却需求大大增加。其次，随后必须对所移除的过量水进行处理，以除去携带的溶剂催化剂，夹带的颗粒物质等等，因为其通常不能在设备中再利用或简单地排放到下水道系统中。

虽然，预期的配置和方法在使用Econamine EF Plus^SM(例如从来自诸如联合循环(combined cycle)、锅炉和/或合成氨厂的燃烧源的烟道气中俘获二氧化碳)的设备中特别有利，但是应当注意，在使用其它胺基以及甚至非胺基(如碳酸酯)溶剂的其它方法中，也可实现此处介绍的优点中的至少一部分。因此，适合的进料气的组成和压力会大幅变化。但是，通常优选的是，吸收装置的进料气处于约15psia至约50psia的压力下，少数情况下介于约25psia至约100psia，甚至更高(例如介于50psia至500psia)。因此，适合的吸收装置被配置为在50psia至500psia的范围内运行，更通常在25psia至约100psia，最通常在约15psia至约50psia。

类似地，对于预期进料气的适合温度，优选该温度介于约20℃至约600℃(在极少数情况下甚至更高)，更通常介于约50℃至约400℃，最通常介于约100℃至约350℃。适合的进料气的水含量也可大幅变化。常规进料气的酸性气体含量通常为约1-20vol％，最通常为约2-10vol％(主要含有CO₂和H₂S中的至少一种)。因此，特别适合的进料气包括来自锅炉、涡轮机、合成氨厂等的燃烧气，也包括具有明显氢气含量(如＞5mol％)的气体，或者含有有价值的烃组分的那些气体(如天然气)。

在本发明主题的最受到期待的方面，所述汽提塔在与所述吸收器大致相同的压力下(+/-10psi)运行，而最通常在约30psia的压力下运行。然而，如果需要，所述吸收器也可在明显高于汽提塔的压力下运行(例如高10psia，更通常高50psia，最通常高100psia)。因此，可包含中间减压装置(如发电用的膨胀涡轮)，以在富溶剂进入汽提塔之前降低其压力。另一方面，如果需要，可包含泵以提升汽提塔内的富溶剂的压力(这可增加闪蒸后的蒸汽产量)。汽提塔优选被配置为使得汽提介质在所述塔(例如通过在集成冷凝器或顶部冷凝器中冷凝)与热源(例如蒸汽加热的再沸器)之间循环，从而为所述过程提供汽提蒸汽。应当注意的是，在这类配置中，没有向所述塔中净增水，并且以简单和有效的方式维持了汽提过程中的水平衡。

至于闪蒸容器，应当理解，本领域中有众多公知的闪蒸容器，而所有这些闪蒸容器均被认为适用于本发明，只要这类闪蒸器能够从由汽提塔供给该闪蒸容器的贫溶剂中提取闪蒸蒸汽。通常，闪蒸容器可在任何能从闪蒸步骤中产生至少部分蒸汽的正压差下运行。因此，适合的压差为，例如1-10psi，更优选5-25psi(甚至为25-100psi或更高)。此外，通常所述闪蒸器优选在大气压下或接近大气压的条件下运行。

随后，优选将来自闪蒸容器的闪蒸蒸汽直接输送至压缩机，该压缩机将所述蒸汽压缩至适合于将压缩后的蒸汽进料入汽提塔内的压力。因此，压缩机的类型可以有很大不同。然而，通常优选使用热压机或蒸汽涡轮驱动的压缩机来进行蒸汽压缩。各种替代的压缩方式也被认为是适合的，只要这类压缩方式不会向汽提塔中引入额外量的水(例如蒸汽喷射器被认为不适合，除非由通过再沸器加热的蒸汽循环回路提供动力蒸汽)。

特别应当理解的是，将所述蒸汽再引入汽提塔中，不仅保持了塔内的水平衡，并且防止了水分散失到大气中。此外，向设备中引入大量水的替代技术(例如常规操作的蒸汽喷射器)要求这些水或者作为不良的溶剂污染液体，或者作为吸收装置排气口中的蒸汽，而必须从设备中排除。虽然，这种舍弃可以避免为了排放而对废水进行处理的成本，但排气口中增加的水含量，也增加了设备的溶剂排放。此外，蒸汽喷射器使用的额外的水必须由水处理设备供应，因而需要增加该单元的生产能力。

以上公开了压缩装置-汽提装置组合的具体实施方式和应用。然而，对本领域技术人员而言显而易见的，在不偏离本发明构思的情况下，在已经描述的实施方式之外还可以有更多变型。因此，本发明主题仅受到所附权利要求的精神的限制。此外，在理解说明书和权利要求书时，所有术语应当以符合上下文含义的最宽泛的方式来理解。具体而言，术语“包含”和“包括”应当理解为以非排他性的方式提及了各个元件、组分或步骤，表明所涉及的元件、组分或步骤可以与未明确提及的其它元件、组分或步骤一起出现、应用或者结合。此外，当本文引入作为参考的文献中对术语的定义或使用与本文中对该术语的定义不一致或相反时，以本文提供的术语定义为准，而参考文献中的术语定义不生效。

Claims (18)

1.在包含酸性气体的进料气与贫溶剂接触从而产生富溶剂和处理过的进料气的过程中对溶剂进行再生的方法，所述方法包括：

在吸收器中从燃烧源的烟道气中吸收二氧化碳，形成富溶剂；

其中进料气处于15psia至50psia的压力下，吸收器配置为在15psia至50psia的压力下运行，进料气温度为20℃至600℃；

泵唧富溶剂以提升富溶剂的压力；

使用第一蒸汽进料和第二蒸汽进料在汽提塔中由富溶剂形成贫溶剂；

将所述贫溶剂闪蒸至较低的压力，从而产生第一蒸汽进料和闪蒸过的贫溶剂，其中所述第一蒸汽进料通过压缩机引入所述汽提塔中；以及

其中所述第二蒸汽进料通过蒸汽再沸器由汽提介质产生，所述汽提介质在所述汽提塔和蒸汽再沸器之间循环。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述富溶剂具有20psia到40psia的压力。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述贫溶剂被闪蒸至2psia到20psia的压力。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二蒸汽进料是30psig到70psig的饱和蒸汽。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩机是热压机或蒸汽涡轮压缩机。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述进料气是来自锅炉或涡轮机的燃烧气，且所述溶剂是胺溶剂。

7.对蒸汽循环回路为汽提提供蒸汽且通过再沸器来产生所述蒸汽的现有的汽提塔进行升级的方法，所述方法包括：

使闪蒸容器与现有的汽提塔之间流体连通，从而将来自所述汽提塔的贫溶剂闪蒸至较低的压力，以产生闪蒸蒸汽和闪蒸过的贫溶剂；

使压缩机与所述闪蒸容器和汽提塔之间连通，从而使所述闪蒸蒸汽进料入所述汽提塔中而不引入额外的水；

其中汽提塔与吸收器连通，在所述吸收器中从燃烧源的烟道气中吸收二氧化碳，形成富溶剂；

其中烟道气处于15psia至50psia的压力下，吸收器配置为在15psia至50psia的 压力下运行，进料气温度为20℃至600℃；

其中富溶剂的压力通过泵在进入汽提塔前提升。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述现有的汽提塔在20psia至40psia的压力下运行。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述贫溶剂被闪蒸至2psia到20psia的压力。

10.根据权利要求7所述的方法，其中所述压缩机是热压机或蒸汽涡轮压缩机。

11.根据权利要求7所述的方法，其中所述溶剂包括胺溶剂。

12.溶剂再生系统，包括：

吸收器，所述吸收器被配置从贫溶剂和包含二氧化碳的进料气中产生压力为15psia-50psia的富溶剂；

泵，其配置成用以接收和提升富溶剂的压力；

汽提塔，其与泵流体连通，以接收富溶剂，该汽提塔进一步与闪蒸罐流体连通，该闪蒸罐被配置用来在有效从闪蒸过的贫溶剂中释放蒸汽的压差下接收来自所述汽提塔的贫溶剂；

与汽提塔连通的蒸汽再沸器，使得汽提介质在所述汽提塔与蒸汽再沸器之间循环，从而为所述汽提塔提供汽提蒸汽；以及

与所述闪蒸罐流体连通的压缩机，其被配置用来将来自所述闪蒸罐的蒸汽引入再生装置中而不引入额外的水。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述汽提塔被配置为在20psia至40psia的压力下运行。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述闪蒸罐被配置为将所述贫溶剂闪蒸至2psia到20psia的压力。

15.根据权利要求12所述的系统，其中所述压缩机是热压机或蒸汽涡轮压缩机。

16.根据权利要求12所述的系统，其中所述溶剂是胺溶剂。

17.根据权利要求12所述的系统，其中所述闪蒸罐和压缩装置是对所述汽提塔的改型。

18.根据权利要求12所述的系统，其中所述进料气是来自锅炉或涡轮机的燃烧气。 

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