CN101674875B - 用于从气化物流中制造二氧化碳和氢气的配置和方法 - Google Patents

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Abstract

合成气处理装置,其被配置以在具有脱碳段和脱硫段的配置中从变换或未变换过的合成气中除去亚硫化合物和二氧化碳。最优选地,在脱碳段中的溶剂通过闪蒸而再生和冷却,而在脱硫段中通过汽提使用外部加热来再生溶剂,更进一步优选的是在脱硫段中通过水解除去碳酰硫,并且这样产生的硫化氢在下游的吸收器中除去。

Description

用于从气化物流中制造二氧化碳和氢气的配置和方法
[0001] 本申请要求本申请人的共同未决的美国临时申请60/891133的优先权,该美国临时申请的申请日为2007年2月22日。
技术领域
[0002] 技术领域是从合成气物流中制造氢气和二氧化碳,特别地其中使用硫清除剂和溶剂来减少碳和硫排放的配置和方法。
背景技术
[0003] 煤、残渣油和其它炼油厂废物的气化往往和联合循环发电装置(IGCC)结合起来来制造额外的电力。来自气化的合成气主要地包括H2、C02、C0、H2S和C0S,因此常常被处理来除去硫,其中合成气用作发电装置的燃料气体。虽然这样的IGCC装置在提升低级的含碳产物的品质来发电方面是相当有效率的,但是常常产生了大量的碳和硫排放物,特别地来自燃气轮机的排气(例如亚硫氧化物、CO2等)。
[0004] 已经采取许多方法来降低CO2排放,示范性的典型的方法描述于Ronning等的美国专利N0.5,832,712中,其中使用溶剂处理燃气轮机排气来除去CO2。然而,全部或几乎全部这些方法往往成本过高并且能量效率低,这是由于在大气压力下操作和在燃气轮机排气中的较低的CO2分压造成的。或者,在燃气轮机的上游,可以使用一种或多种膜来从合成气中物理上分离&和0)2。膜系统常常是高度适应的,相对于气体体积和产物-气体规格。然而,在需要严格的CO2 二氧化物除去的情况下,膜系统一般地需要多级和在各级之间的再压缩,这常常是成本过高的。
[0005] 在其它方法中,使用化学溶剂,其与酸性气体反应而与酸性气体形成(一般地非共价的)络合物。在包括酸性气体和溶剂之间的化学反应的工艺中,合成气一般地用弱无机酸的碱性盐溶液(例如如美国专利N0.3,563,695中所述)或用有机酸的碱性溶液或碱(例如如美国专利N0.2,177,068中所述)洗气。然而,化学溶剂通常需要大规模的加热和贫溶剂冷却并且常常还需要高溶剂再循环,这随着合成气中酸性气体浓度而成比例地增力口。因此,这样的工艺适于处理具有低酸性气体含量的未变换的合成气,而在处理包含大量的CO2 (例如大于30vol% )的变换过的合成气中存在问题。
[0006] 在更进一步的方法中,物理溶剂用于酸性气体脱除。在合成气具有较高CO2分压的情况下(例如变换过的合成气),物理溶剂是特别有利的,因为随着CO2分压酸性气体吸收作用成比例地增加。酸性气体的物理吸收还取决于选择性溶剂物理性能、进料气体组成、压力和温度。例如,甲醇可以用作低沸点的有机物理溶剂,如美国专利N0.2,863,527中例证的。然而,这样的溶剂需要低温冷冻来进行溶剂冷却,这是高耗能的。
[0007] 或者,物理溶剂可以在环境或略低于环境温度下操作,这包括碳酸异丙烯酯(如美国专利N0.2,926,751中所述)和使用N-甲基吡咯烷酮或乙二醇醚的那些(如美国专利N0.3,505,784中所述)。虽然这样的溶剂可以有利地降低冷却要求,但是,特别地在从高压进料气体脱除CO2中,大多数碳酸异丙烯酯型吸收过程是非常有效率的。在其它已知的方法中,物理溶剂也可包括多元二醇的醚,并且具体地说二甲氧基四甘醇(如美国专利N0.2,649,166中所示),或者N-取代的吗啉(如美国专利N0.3,773,896中所述)。虽然使用物理溶剂可以显著地降低能量需要,但是仍然存在各种困难。其中尤其,CO2和H2S的脱除常常是效率低的和不完全的,未能满足当今严格的排放要求。此外,在酸性气体是H2S的情况下,二氧化碳的共吸收是非常高的,这对于下游的制硫装置是成问题的。
[0008] 使用物理溶剂来除去H2S的示范性的已知的气体处理配置描述在现有技术图1中,其中未变换的合成气I在吸收器50中被处理,使用H2S选择性溶剂物流9。来自吸收器的富溶剂物流4通过阀54降压,形成物流10,其然后闪蒸(flashed)到分离器55。在富溶剂中的几乎所有的H2和至少一部分的CO2通过将闪蒸气体再循环到吸收器而进行回收,这使用压缩机56通过物流22和2。闪蒸过的液体物流12进一步通过阀57降压而形成物流13,其通过热交换器58加热而形成物流14。在再生器59中富溶剂被再生,产生酸性气体物流15和贫溶剂16。使用再沸器61和冷却器60来提供再生的加热和冷却要求。进一步地通过泵62来泵送贫溶剂,分别在交换器58和66中通过物流17和18冷却,将冷却的贫溶剂物流9提供给吸收器。被处理的合成气物流6然后用作IGCC发电装置的燃料气体,通过物流5,并且任选地用作氢气净化单元52的进料气体7,该氢气净化单元52还可包括膜分离器和变压吸收床。
[0009] 应该公认的是在这样的配置中物理溶剂处理受到溶剂中的酸性气体的物理平衡的限制。虽然在不使用加热的情况下通过压力降低到一定程度可以有利地使物理溶剂再生,但是物理溶剂需要昂贵的低温制冷(例如-40T和更低)以便将H2S和COS脱除至低水平(例如低于4ppmv)。几乎所有的溶剂工艺都在富CO2的环境(例如,变换过的合成气)中共吸收了相当大量的CO2并且因此降低了其硫吸收能力,而且需要较高的溶剂循环和再生负载,同时产生了不期望的CO2排放。不幸地,这样的配置还产生了富集CO2的酸性气体,其对于下游的制硫装置是成问题的。
[0010] 因此,虽然许多用于从合成气中脱除H2S和CO2的配置和方法在本领域中公知,但其全部或几乎全部都遭受各种缺点。因此,仍然需要提供用于改进H2S和CO2脱除的方法和配置,特别地对于具有高CO2含量的合成气来说。
发明内容
[0011] 本发明涉及处理合成气而除去酸性气体(特别地而除去硫化氢和二氧化碳)的配置和方法。这样处理的合成气因此能够以各种方式使用(例如,在IGCC发电装置中燃烧)并且二氧化碳可以被掩埋或液化用于存储和/或运输。最优选地,所预期的方法和装置具有脱硫和脱碳段,其中单独的吸收器吸收酸性气体组分。溶剂然后在各自段中通过闪蒸和汽提进行再生,这提供了显著的能量节约。
[0012] 在本发明主题的一个方面中,装置包括气化单元,该气化单元将合成气提供给脱硫段,所述脱硫段包括一级吸收器,该一级吸收器在COS水解单元的上游,该COS水解单元在二级吸收器的上游。一级和二级吸收器在第一溶剂中顺序地吸收来自合成气的H2S而由此产生脱硫的合成气。脱碳段然后接收脱硫合成气并且使用吸收器,其中CO2从脱硫合成气中通过第二溶剂除去而由此产生H2产物物流。一般地,第一溶剂在脱硫段中通过汽提而再生,而第二溶剂在脱碳段中通过闪蒸而再生。[0013] 在特别预期的方面中,来自二级吸收器的底部产物作为半贫溶剂进料到一级吸收器的中间位置,并且为更进一步减少残余的H2S,优选地在脱硫段下游和脱碳段上游包括H2S清除剂单元。最一般地,第二溶剂在脱碳段中闪蒸至足以提供大部分的或甚至全部的第二溶剂冷却要求的程度(在进入CO2吸收器之前)。在特别优选的方面中,第二溶剂的闪蒸包括使用液力涡轮,其从减压中提取电力从而由此驱动溶剂泵,同时将溶剂降温到较低的温度。虽然不局限于本发明主题,通常优选的是脱碳段包括压缩机从而将闪蒸过的CO2压缩到适用于液化和/或掩埋的压力。
[0014] 在合成气是变换过的合成气的情况下,通常优选的是第一和第二溶剂是相同的并且它们在脱硫段和脱碳段之间循环。在这样的配置中,CO2吸收器优选地连接到一级和/或二级吸收器以便允许将一部分CO2富集的第二溶剂从CO2吸收器进料到一级和/或二级吸收器。此外,并且在令人期望的情况下,脱硫段将包括第一和第二汽提塔。在这样的配置中,一般地预期第一汽提塔允许从H2S富集的第一溶剂中脱除H2,第二汽提塔允许将再生过的第一溶剂从第二汽提塔进料到CO2吸收器,作为贫溶剂。在更进一步预期的方面中,制硫装置可以流体连接到第二汽提塔从而接收来自第二汽提塔的H2S富集的顶部物流。另外,预期的装置将优选地包括连接到一级吸收器的膨胀设备和闪蒸容器,其一般地被配置以允许从一级吸收器的富溶剂中分离CO2和/或H2。
[0015] 在合成气是未变换过的合成气的情况下,通常优选的是预期装置将还包括在一级和二级吸收器之间流体连接的变换反应器从而变换来自一级吸收器的部分或全部脱硫合成气。在这样的装置配置中,一般优选的是第一溶剂是化学溶剂,而第二溶剂是物理溶剂。最一般地,这样的装置将包括连接到一级吸收器的膨胀设备和闪蒸容器以允许从一级吸收器的富溶剂中分离CO2和/或H2,其可以有利地被再次压缩并且循环回到一级吸收器(或其它目的地,包括燃烧器)。在期望的情况下,预期配置还可以包括尾气吸收器、制硫装置和尾气单元,后者连接到脱硫段而将尾气从尾气单元进料到尾气吸收器。在这样的配置中,尾气吸收器优选地接收来自脱硫段中的汽提塔的贫溶剂并且将半贫溶剂提供给一级吸收器。
[0016] 因此,在本发明主题的一个方面中,合成气处理装置将包括气化单元(其产生变换过的合成气),和脱硫段(其流体连接到气化单元来接收变换过的合成气)。优选地,脱硫段包括一级吸收器,COS水解单元和二级吸收器,其中一级吸收器在COS水解单元的上游,并且其中COS水解单元在二级吸收器的上游。一级和二级吸收器在溶剂中吸收来自合成气的H2S而产生脱硫的合成气,和脱碳段接收脱硫合成气。在这样的装置中,使用溶剂,CO2吸收器从脱硫合成气中吸收CO2并且产生4产物物流,其中溶剂在脱硫段和脱碳段之间循环。应当注意的是,仅当合成气包含大量的COS组分时,COS水解单元是需要的,并且如果COS在上游单元中完全除去的话,其未必需要。
[0017] 在本发明主题的另一方面中,合成气处理装置将包括气化单元(其产生未变换过的合成气)和脱硫段(其接收合成气)。脱硫段一般地包括一级吸收器,变换反应器,COS水解单元和二级吸收器,其中一级吸收器在COS水解单元的上游,并且其中COS水解单元在二级吸收器的上游。在特别优选的方面中,变换反应器流体连接在一级和二级吸收器之间并且接收来自一级吸收器的部分脱硫的合成气,和一级和二级吸收器被配置以在第一溶剂中吸收来自合成气的H2S,由此产生脱硫的合成气。还预期脱碳段接收脱硫合成气并且包括CO2吸收器来使用第二溶剂吸收来自脱硫合成气的CO2并且产生H2产物物流。[0018] 从以下的本发明的优选的实施方案的详细说明中,本发明的各种目标、特征、方面和优点将变得更明显。
附图说明
[0019] 现有技术图1是合成气脱硫的示范性的已知的配置。
[0020] 图2是使用单溶剂系统的从变换过的合成气中脱除CO2和H2S的示范性的配置。
[0021] 图3是使用双溶剂系统的从未变换过的合成气中脱除CO2和H2S的示范性的配置。
[0022] 图4是根据图3的具有一体化制硫装置和尾气单元的示范性的配置。
具体实施方式
[0023] 本发明涉及用于处理包括H2、C02、C0、H2S和COS的合成气气体的装置配置和方法,其中硫化氢在第一段中被除去,并且其中二氧化碳在第二段中被除去。预期的各段包括吸收器,其中使用单个溶剂或单独的且不同的溶剂来吸收各自酸性气体组分。富H2S溶剂优选地在一个或多个汽提塔中使用外部加热来再生,而富CO2溶剂优选地通过将溶剂闪蒸到较低压力来再生。在特别优选的装置中,H2S吸收在CO2吸收的上游进行。
[0024] 在合成气中的二氧化碳浓度较低的情况下(例如,未变换过的合成气),溶剂循环和用于H2S和CO2吸收器段的溶剂类型可以是单独的且不同的。另一方面,在合成气中的二氧化碳浓度较高的情况下(例如变换过的合成气),H2S和CO2吸收器段被一体化使得H2S吸收器段的溶剂循环可以从CO2吸收器段中接收CO2负载贫乏和H2S耗尽的溶剂。因此,在这样的情况中的溶剂可以是相同的(即,溶剂将具有相同的配方,无论特定负载以C02、COS和/或H2S。例如,满载以H2S和部分负载以CO2的N-甲基-二乙醇胺(MDEA)被认为与再生的MDEA或没有H2S且部分负载以CO2的MDEA是相同的溶剂)。
[0025] 应该理解的是这样的配置和方法将提供许多优点,而没有额外的能量或材料的开支。例如,预期配置和方法显著地降低或者甚至几乎完全消除了 CO2和亚硫(sulfuixnis)的排放,同时回收CO2产物用于掩埋并且产生H2用于清洁发电。在合成气是未变换的情况下,流向H2S吸收器的溶剂可以通过利用至少一部分的尾气吸收器底部物流作为半贫溶剂而减少。还应理解的是基本上全部碳可以通过压缩被处理的尾气用于CO2掩埋而捕获。
[0026] 在特别预期配置中,在两个连续的并且优选地H2S选择吸收步骤(具有中间COS水解步骤)中处理合成气。然后通过下游的H2S清除剂床除去残余的H2S来生产具有总硫含量低于50-100ppmv,更一般地低于IOppmv,和最一般地低于4ppmv的处理过的气体。在合成气是未变换的情况下,应该理解的是COS水解单元可以与变换单元结合。另一方面,在合成气是已经变换的情况下,在脱硫段中的CO2吸收可以通过使用在H2S吸收器中的CO2负载溶剂而减小,这还降低了溶剂循环。在这样的方法和配置中,通常优选的是来自H2S吸收器的H2S负载的富溶剂在两个汽提步骤中再生。第一汽提步骤使用汽提气体(例如N2或H2)回收共吸收的H2并且降低富溶剂的CO2含量,同时第二汽提步骤进一步加热和再生富溶剂,由此产生耗尽酸性气体的贫溶剂和富集H2S的酸性气体。
[0027] 在进一步预期方面中,来自H2S吸收器的脱硫合成气气体在CO2吸收步骤中进行处理,优选地通过再生溶剂,由此产生CO2负载的富溶剂。如此形成的富溶剂然后通过在各种压力下的闪蒸再生进行再生。这样的方法除去了几乎所有的CO2并且产生了具有非常低的CO2含量的H2产物(一般地小于2mol%,更一般地小于lmol% )和具有低H2S含量的CO2产物(一般地小于lOOppm,最一般地小于IOppm),这是为了管道输送的安全。此外,应该理解的是在闪蒸方法中使用液力涡轮来回收循环泵所要求的至少一部分的电力,同时冷却溶剂。因此,溶剂需冷量显著降低(例如至少50%、更一般地至少70%、最一般地至少80%)并且有时候甚至几乎完全消除。
[0028] 处理变换过的合成气的一种示范性的配置描述在图2中。这里,进料气体物流1,一般地在700-900psig和在环境温度(例如约75 °F ),在一级吸收器50中使用CO2负载的贫溶剂物流9进行处理,产生富H2S底部物流4和H2S耗尽的顶部物流6。从二级吸收器52产生的H2S半贫溶剂(物流7)通过物流26和泵53进料到一级吸收器的上部段以减少溶剂循环。来自一级吸收器的富溶剂通过液力涡轮54 (或者,例如JT阀)降压,在交换器75中通过物流49加热,一般地在150-300psig,并且通过物流10进料到分离器57。闪蒸蒸气物流48在压缩机56中进行压缩并且作为物流2途径至一级吸收器。闪蒸过的液体物流45被进料到第一汽提塔55,其使富溶剂中的H2S含量浓缩并且回收共吸收的H2。一般地,汽提器55使用惰性气体11如N2,其一般地是来自空分装置的废副产物。任选地,使用再沸器66来补充第一汽提器的汽提负荷,利用来自第二汽提器(或其它来源)的贫溶剂中的废热。第一汽提器55产生了顶部气体物流22,其与物流48结合而形成物流40,其通过压缩机56进行压缩并且循环回到一级吸收器50。如本文中使用的,连同数字的术语“约”是指该数字的+/-10% (包括端点)的范围。例如,术语“约200psia”是指180psia-220psia的范围,包括端点。同样地,术语约-40 T是指-44 T至-36 T的温度范围。
[0029] 第一汽提器底部物流12通过降压阀56降压而形成接近于大气压力的压力的物流
13。物流13被进料到交换器58,形成物流14,一般地约200-280 0F。热的富溶剂被再生,使用第二汽提器59, 其使用再沸器61进行再沸并且借助于环境空气冷却器60进行回流。注意的是冷却器60可以完全外部安装以分离鼓和泵(未示)。第二汽提器产生酸性气体物流15,一般地包括大于50mol %的H2S (基于干基),其适合作为制硫装置的进料气体。再生的溶剂16通过泵62进行泵送并且在交换器58、66、75和90中通过物流17、46、18和41进行冷却,形成进料到CO2吸收器68的贫溶剂物流43。最一般地,变换过的合成气主要地包括H2、CO2, CO、H2S, COS并且具有如表1中所示的组成。
[0030]
Figure CN101674875BD00091
Figure CN101674875BD00101
[0031]表1
[0032] 相对于合适的溶剂,应该理解的是溶剂的性质可以在这样的配置中相当大地变化。然而,特别优选的溶剂包括,包括聚乙二醇的二烷基醚的那些,碳酸异丙烯酯,MDEA等等。同样地,相对于硫清除剂,通常优选的是硫清除剂的类型可以不同。然而,优选的是清除剂将使H2S水平降低到一般地小于4ppmv,和最一般地小于lppmv,由此产生H2和CO2产物,其几乎完全在H2S中耗尽。例如,合适的硫清除剂包括,包括金属氧化物(例如氧化铁、氧化锌)和/或非特异的吸附剂(例如分子筛)的那些。
[0033] 更进一步应当注意的是通过某些溶剂(和特别地物理溶剂)的COS吸收常常是困难的和不完全的,并且一般地仅仅除去了约33%的COS。因此,优选的是来自一级吸收器50的残余COS通过物流6被送到COS水解单元51。在H2S耗尽的环境中,根据以下化学反应式,COS水解反应是特别有效的:
[0034]
Figure CN101674875BD00102
[0035] COS耗尽的物流24 (具有降低的H2S浓度,与物流I相比)进一步用CO2负载的溶剂物流5在二级吸收器52中处理,产生进一步的H2S耗尽的合成气物流25,和H2S半贫底部物流26。物流25 (或至少一部分物流25)在硫清除剂床67中进行处理,所述硫清除剂床67可以有效地除去残余H2S和COS至非常低水平,一般地低于lppmv。处理过的气体物流27还被冷却,在交换器64中至物流21和在交换器63中形成物流28,一般地在大约30-50 0F,并且进料到CO2吸收器68。CO2吸收器使用贫溶剂物流5和物流29进行洗气,产生CO2负载的富溶剂物流19和CO2耗尽的顶部蒸气(物流30)。在交换器64中加热顶部蒸气30,产生物流20,H2产物。为减少总溶剂循环,一部分的CO2负载溶剂物流3被泵送和冷却(通过泵80和冷却器81)用作吸收器的CO2负载溶剂。
[0036] 剩余部分的富CO2溶剂,物流8,在液力涡轮69中降压,形成物流31,一般地在200-400psig。液力涡轮所产生的电力用于提供至少一部分贫溶剂泵77所需要的电力。闪蒸鼓70产生分离器气体物流33和闪蒸的液体物流32。闪蒸气体被进料到CO2压缩机78的高压级,形成压缩的CO2产物44,并且闪蒸液体还在液力涡轮71中降压,形成物流34,一般地在60-200psig。闪蒸鼓72产生分离器气体物流36和闪蒸的液体物流35。闪蒸气体被进料到CO2压缩机78的中压级吸气口,并且闪蒸液体还通过阀73降压,形成物流37,在大气或真空压力。闪蒸鼓74产生大气和/或真空压力蒸气物流38和闪蒸的液体物流42,后者还通过泵77泵送,形成贫溶剂物流29。应该理解的是使用液力涡轮和在较低压力下闪蒸CO2的冷却效应导致溶剂的自冷却,这消除了制冷冷却要求。
[0037] 类似于图2中所述的配置,可以使用各种方法和配置来处理未变换过的合成气。一种这样的不范性的配置描述在图3中。典型的未变换的气体组成不于以下表2中:
[0038]
Figure CN101674875BD00103
Figure CN101674875BD00111
[0039] 表 2
[0040] 在这种配置中,水变换反应器位于一级吸收器的下游。处理过的合成气的变换反应将大部分CO内容物,使用水变换反应,转化为H2和CO2,根据以下化学反应式:
[0041]
Figure CN101674875BD00112
[0042] 根据以下化学反应式,变换反应器还将大部分的COS转化为H2S:
[0043]
Figure CN101674875BD00113
[0044] 如表2中指出的,未变换过的合成气(物流I)中的CO2含量明显低于变换过的气体的情况。由于在未变换过的合成气中的较低的CO2与H2S的摩尔比,通过溶剂的CO2的共吸收是明显较低的。结果,使用第一汽提器进行H2S富集和使用CO2负载溶剂进行H2S吸收一般是不需要的。另外,H2S和CO2吸收可以是单独的并且可以使用不同类型的溶剂,这使得这种配置特别适用于改装用于CO2掩埋的现有的脱硫单元。因此,用于H2S吸收8的再生的溶剂由汽提器59提供,并且图2的物流3不存在。此外,图2的物流45直接地路径至图3中的汽提器59,作为物流13/14。在这种配置中,酸性气体物流15中的H2S含量一般地高于60% (基于干基)。相对于剩余的组分和配置,在图3中相同的考虑和预期适用于图2的相似项目。
[0045] 所预期的方法和配置也适用于处理未变换过的合成气,使用H2S选择性化学溶剂(例如MDEA),如图4所示,其中制硫装置和尾气单元被一体化。在这种配置中,第一和第二H2S吸收器使用化学溶剂进行洗气,在类似于图3的那种的总配置中,所述化学溶剂相对于CO2优先地吸收H2S。MDEA选择性吸收一般地受益于低贫胺温度和在吸收器中的短接触时间。最一般地,在吸收器中的CO2下降(slippage)为约30%-50%,这导致含约30%-50%H2S (干基)的酸性气体物流15。来自闪蒸鼓的物流40可以被再循环到吸收器或者可被用作下游燃烧工艺中的燃料。
[0046] 来自再生器59的酸性气体物流在制硫装置150中被进一步加工,所述制硫装置150优选地使用来自空分装置的氧气用于硫的转化。借助于吹氧制硫装置,制硫装置尺寸是较小的,并且流出物物流100主要地包括CO2,其耗尽了其它污染物(例如N2)并且随后适用于CO2掩埋。物流100优选地使用催化剂在尾气单元151中进行加氢,将残余的硫氧化物转化为H2S,由此产生物流101。加氢气体中的H2S内容物在尾气吸收器153中进行洗气,使用一部分来自再生器59的贫溶剂,通过泵62和物流17。贫胺物流103在冷却器155中冷却至约80 °F,形成物流107并且被进料到尾气吸收器153。尾气吸收器一般地包含约12-16个板并且产生顶部物流152,其具有小于200ppmv H2S含量。尾气吸收器中的CO2下降(slip) —般地是80% -90%。顶部物流152,其包含几乎纯的CO2,在CO2压缩机78中进一步压缩,形成一部分的CO2产物物流44。为管道运输,脱水装置(未示)可以被添加以便最小化在寒冷气候操作中的管道腐蚀。应该理解的是在这些方法和配置中,在合成气工艺中产生的几乎所有的CO2都被回收用于CO2掩埋。或者,尾气吸收器顶部气体可以被送到焚烧装置进行硫的破坏,然后释放到大气中。
[0047] 尾气吸收器底部物流104通过泵154泵送,形成物流105并且作为半贫胺进料到一级吸收器。物流105还可以被进一步冷却(未示)以便提高在一级吸收器中的酸性气体吸收。借助于半贫胺,贫胺溶液流速(物流8),和再生再沸器61负荷被显著地降低。对于CO2吸收器段,使用物理溶剂如碳酸异丙烯酯和聚乙二醇的醚是优选的,相比于胺来说,以便能量节约。在图2和3中前述的闪蒸溶剂再生的相同方法这里适用。也应注意图4中所示的尾气单元和吸收器配置适用于图2的前述配置。相对于剩余的组分和配置,在图4中相同的考虑和预期适用于图3的相似项目。
[0048] 因此,已经公开了从合成气生产CO2和H2的具体的实施方案和应用。然而对于本领域技术人员应当是显然的是,在不背离本文中的发明构思的情况下,除了已经描述的以外的许多更进一步的改变是可行的。本发明主题,因此,在除了所附权利要求的精神以外,不受局限。此外,在解释说明书和权利要求中,全部术语应该以符合上下文关系的最宽泛的可行方式进行解释。特别地,术语“包括”和“包含”应该解释为以非排他方式谈及元件、组分或步骤,表明可以存在或使用所谈及的元件、组分或步骤,或者它们与未特意谈及的其它元件、组分或步骤相结合。

Claims (20)

1.一种装置,其包括: 气化单元,其被配置以产生合成气; 脱硫段,其流体连接到气化单元来接收合成气,其中脱硫段包括一级吸收器、COS水解单元、二级吸收器、和再生器,其被配置以产生含以干基计30mOl% -50mOl% H2S的酸性气体物流; 其中一级吸收器在COS水解单元的上游,并且其中COS水解单元在二级吸收器的上游; 其中一级和二级吸收器被配置以在第一溶剂中吸收来自合成气的H2S而由此产生脱硫的合成气; 脱碳段,其流体连接到脱硫段来接收脱硫合成气并且包括CO2吸收器,后者被配置以吸收来自脱硫合成气的CO2并且以生产H2产物物流,使用第二溶剂; 具有尾气单元的制硫装置,其流体连接到再生器并且被配置以从含以干基计30mol% -50mol% H2S的酸性气体物流中产生主要地包括CO2的流出物物流; 尾气吸收器,其流体连接到尾气单元并且被配置以使用一部分来自再生器的贫溶剂,和形成CO2顶部物流;和 其中尾气吸收器流体连 接到一级吸收器,使得半贫溶剂被提供给一级吸收器; 其中脱硫段被配置以通过汽提来再生第一溶剂并且其中脱碳段被配置以通过闪蒸来再生第二溶剂。
2.权利要求1的装置,其中一级和二级吸收器被配置以允许将来自二级吸收器的底部流体作为半贫溶剂进料到一级吸收器的中间位置。
3.权利要求1的装置,其进一步包括H2S清除剂单元,其流体连接在脱硫段和脱碳段之间。
4.权利要求1的装置,其中脱碳段被配置以允许将第二溶剂闪蒸至足以提供全部的在进入CO2吸收器之前的第二溶剂的冷却要求的程度。
5.权利要求1的装置,其中脱碳段包括液力涡轮,其被配置以从第二溶剂的减压中提供电力给第二溶剂的溶剂泵。
6.权利要求1的装置,其中脱碳段进一步包括压缩机,以被配置以允许压缩闪蒸的CO2至适用于液化和封存中的至少一个的压力。
7.权利要求1的装置,其中气化单元被配置以产生变换过的合成气,并且其中第一和第二溶剂是相同的并且在脱硫段和脱碳段之间循环。
8.权利要求7的装置,其中CO2吸收器流体连接到一级和二级吸收器中的至少一个,从而允许将一部分的来自CO2吸收器的CO2富集的第二溶剂进料到一级和二级吸收器中的至少一个。
9.权利要求7的装置,其中脱硫段包括第一和第二汽提塔,并且其中第一汽提塔被配置以允许从H2S富集的第一溶剂中脱除H2。
10.权利要求9的装置,其中第二汽提塔流体连接到CO2吸收器,从而允许将来自第二汽提塔的再生过的第一溶剂进料到CO2吸收器作为贫溶剂。
11.权利要求10的装置,其进一步包括制硫装置,该制硫装置流体连接到第二汽提塔并且被配置以接收来自第二汽提塔的富H2S塔顶产物。
12.权利要求7的装置,其进一步包括膨胀设备和闪蒸容器,其连接到一级吸收器并且被配置以允许从一级吸收器的富溶剂分离C02。
13.权利要求1的装置,其中气化单元被配置以产生未变换过的合成气,并且其中该装置进一步包括变换反应器,其流体连接在一级和二级吸收器之间并且被配置以从一级吸收器接收部分脱硫的合成气。
14.权利要求13的装置,其中第一溶剂是化学溶剂,而第二溶剂是物理溶剂。
15.权利要求13的装置,其进一步包括膨胀设备和闪蒸容器,其连接到一级吸收器并且被配置以允许从一级吸收器的富溶剂分离C02。
16.权利要求15的装置,其中闪蒸容器被配置以允许将闪蒸蒸气进料到一级吸收器和燃烧器中的至少一个。
17.权利要求13的装置,其进一步包括尾气吸收器,和制硫装置与尾气单元,后者流体连接到脱硫段并且被配置以允许将来自尾气单元的尾气进料到尾气吸收器。
18.权利要求16的装置,其中尾气吸收器被配置以接收来自汽提器的贫第一溶剂,并且其中尾气吸收器还被配置以将半贫溶剂提供给一级吸收器。
19.一种合成气处理装置,其包括: 气化单元,其被配置以产生变换过的合成气; 脱硫段,其流体连接 到气化单元来接收合成气,其中脱硫段包括一级吸收器、COS水解单元、二级吸收器、和再生器,其被配置以产生含以干基计30mOl% -50mOl% H2S的酸性气体物流; 其中一级吸收器在COS水解单元的上游,并且其中COS水解单元在二级吸收器的上游; 其中一级和二级吸收器被配置以在溶剂中吸收来自合成气的H2S而由此产生脱硫的合成气; 脱碳段,其流体连接到脱硫段来接收脱硫合成气并且包括CO2吸收器,后者被配置以吸收来自脱硫合成气的CO2并且以生产H2产物物流,使用所述溶剂; 其中所述溶剂在脱硫段和脱碳段之间循环;和 具有尾气单元的制硫装置,其流体连接到再生器并且被配置以从含以干基计30mol% -50mol% H2S的酸性气体物流中产生主要地包括CO2的流出物物流; 尾气吸收器,其流体连接到尾气单元并且被配置以使用一部分来自再生器的贫溶剂,和形成CO2顶部物流;和 其中尾气吸收器流体连接到一级吸收器,使得半贫溶剂被提供给一级吸收器。
20.一种合成气处理装置,其包括: 气化单元,其被配置以产生未变换过的合成气; 脱硫段,其流体连接到气化单元来接收合成气,其中脱硫段包括一级吸收器、变换反应器、COS水解单元、二级吸收器、和再生器,其被配置以产生含以干基计30mOl% -50mOl%H2S的酸性气体物流; 其中一级吸收器在COS水解单元的上游,并且其中COS水解单元在二级吸收器的上游; 其中变换反应器流体连接在一级和二级吸收器之间并且被配置以接收来自一级吸收器的部分脱硫的合成气; 其中一级和二级吸收器被配置以在第一溶剂中吸收来自合成气的H2S而由此产生脱硫的合成气; 脱碳段,其流体连接到脱硫段来接收脱硫合成气并且包括CO2吸收器,后者被配置以吸收来自脱硫合成气的CO2并且以生产H2产物物流,使用第二溶剂;和 具有尾气单元的制硫装置,其流体连接到再生器并且被配置以从含以干基计30mol% -50mol% H2S的酸性气体物流中产生主要地包括CO2的流出物物流; 尾气吸收器,其流体连接到尾气单元并且被配置以使用一部分来自再生器的贫溶剂,和形成CO2顶部物流;和 其中尾气吸收 器流体连接到一级吸收器,使得半贫溶剂被提供给一级吸收器。
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