CN101862576B - 借助物理洗气提纯气体混合物的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过在洗涤区(S1，S2)内用物理作用的洗涤剂(3，7)进行洗涤而提纯气体混合物(进料)(1)的方法和设备，在此产生主要由第一类物质和第二类物质组成的纯化气体(5)，其中第一类物质在物理作用的洗涤剂中的溶解性优于第二类物质，而在洗涤时加载了气体成分的洗涤剂(8，12)在洗涤之后进行再生，在此将在洗涤期间共吸收的物质通过汽提(R1，R2)从加载的洗涤剂(11，14)除去。通过用再生的洗涤剂(18)进一步洗涤(S3)而由一部分经提纯的进料产生第二类物质的含量相对于纯化气体减小的气体(19)，然后将其作为汽提气体(20，22)用于从加载的洗涤剂(11，14)去除共吸收的第二类物质。

Description

借助物理洗气提纯气体混合物的方法和设备
技术领域
本发明涉及通过在洗涤区内用物理作用(以物理方式起作用)的洗涤剂进行洗涤而提纯气体混合物(进料)的方法，在洗涤时产生主要由第一类物质和第二类物质组成的纯化气体，其中第一类物质在物理作用的洗涤剂中的溶解性优于第二类物质，而在洗涤时加载了气体成分的洗涤剂在洗涤之后进行再生，于再生过程中将在洗涤期间共吸收的物质通过汽提从加载的洗涤剂除去。此外，本发明还涉及用于实施该方法的设备。
背景技术
共吸收的物质应理解为虽然期望残留在纯化气体中但是在洗涤时被物理作用的洗涤剂吸收并且从待提纯的气体混合物分离出的物质。通过适当选择物理作用的洗涤剂，虽然可以使称作共吸收的效应最小化，但是无法完全抑制。
此类方法在现有技术中早已是已知的，多年来被本领域技术人员称作所谓的物理洗气。其利用液体吸收气体并保持在溶液中而不会在此情况下发生化学键结的性质。液体吸收气体的程度表示为溶解系数：气体在液体中溶解的程度越高，则溶解系数越大。溶解系数取决于温度，通常随着温度的降低而增大。
为了通过物理洗涤从气体混合物溶解出气体成分i而需要的最小的洗涤剂的量Wmin可以很好地由下式计算出：
Wmin＝V/(p·λi)
在该式中，V代表待分离的气体混合物的总量，p代表气体混合物中的压力，λ代表待洗出的气体成分对于所用洗涤剂的溶解系数。在气体混合物的各成分的溶解系数差别足够大的前提下，通过相应地调节洗涤剂的量，可以在洗涤步骤中基本上与其他气体成分无关地分离出溶解系数最大的气体成分，即选择性去除。利用更大量的洗涤剂，可以按照相同的原理在后续的洗涤步骤中选择性地洗出具有相似溶解系数的其他气体成分或气体成分的组。
所吸收的气体成分在洗涤之后再次从加载的洗涤剂分离出，由此使洗涤剂再生。再生的洗涤剂通常再次用于洗气，同时对再生时产生的气流进行废物处理，或者可能地在经过处理之后送至经济的用途。
在“GasSeparation&Purification”，1988年12月，第2卷，第171-176页中描述了一种物理洗气方法，其中从包含氢气(H2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)以及酸性气体(H2S、COS)的进料借助于用作物理作用的洗涤剂的甲醇选择性地分离出CO2和酸性气体。为了分离出酸性气体，使用甲醇，其在进行CO2分离时已经预先加载二氧化碳。以此方式形成两股洗涤剂流，其中一股仅加载CO2，而另一股既加载CO2又加载酸性气体。在洗气之后接着进行的再生过程中，首先使两股洗涤剂流相互分离地减压至平均压力，以释放共吸收的氢气和一氧化碳，它们由于溶解系数小而仅相对较弱地与洗涤剂结合，并将它们再次送回进料中。接着使不含酸性气体的第一洗涤剂流进一步减压，其中可获得二氧化碳流。为了使酸性气体富集，借助氮气从第二洗涤剂流提取出(汽提)CO2。然后利用不含酸性气体的甲醇对既加载CO2但还加载酸性气体的汽提气体进行洗涤，其中对酸性气体进行反洗涤，并产生不含酸性气体的、主要由二氧化碳和氮气组成的尾气。
在减压至平均压力时，仅释放一部分的共吸收的物质，因此除了二氧化碳以外还将氢气和一氧化碳也送入尾气中，并造成污染。因此通常需要例如通过底部燃烧(Unterfeuerung)或后期燃烧而处理尾气，从而能够遵守法定的有害物质极限值。由于氮气的比例高，将尾气送回该过程中以回收共吸收的物质是无意义的。
为了减少将CO2排入地球大气并限制温室效应对全球气候的影响，几年来采取的方案有：将技术工艺中产生的二氧化碳送入地下的储存器中并最终在此储存。在该称作暂时储存(Sequestrierung)的方法中，需要强烈压缩CO2并以约100巴的压力导入储存器中。因为必须以显著的经济成本伴随压缩氮压载物，并且占用CO2储存器中原本就狭窄的存储空间，所以尾气无法进行此类处理。
发明内容
本发明的目的在于，提供能够克服现有技术中的缺点的此类方法以及用于实施该方法的设备。
所提出的目的在方法方面根据本发明以如下方式实现，通过用再生的洗涤剂进一步洗涤而由一部分经提纯的进料产生第二类物质的含量相对于纯化气体减小的气体，然后将其作为汽提气体用于从加载的洗涤剂提取出共吸收的第二类物质。
第二类物质在所产生的汽提气体中的浓度越小，则可以越有效地从加载的洗涤剂提取出共吸收的物质。
根据本发明的方法适用于各种物理洗气，尤其是其中将甲醇用作物理作用的洗涤剂的洗气。
加载了共吸收的物质的汽提气体主要部分由纯化气体中所期望的物质组成。因此，在本发明方法的一个优选的实施方案中，将加载的汽提气体送回至洗涤区上游，并与进料一起导入洗涤区中。将纯化气体中不期望的物质在洗涤区内洗去，而在加载的汽提气体中包含的其他物质与纯化气体一起从吸收塔排出，并提高纯化气体的产率。在本发明方法的另一个实施方案中，不将加载的汽提气体送回至洗涤区上游，而是以其他方式例如通过底部燃烧加以处理。
氢气和一氧化碳是化学工业中重要的原料。目前它们主要是通过使碳和/或烃类进料气化，例如通过用水蒸汽重整或者通过部分氧化而大规模生产的。在气化时首先产生所谓的合成粗煤气，其除了氢气和一氧化碳以外通常还包含非期望的成分，如二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)、羰基硫(COS)或氰化氢(HCN)。为了从合成粗煤气提纯去除非期望的成分并获得主要由氢气和/或一氧化碳组成的纯化气体，提供物理洗涤的进料，因为目前合成粗煤气主要在高压下产生，并且物理洗涤的效率随运行压力以一次近似线性上升。因此，在本发明方法的一个特别优选的实施方案中，将其用于提纯合成粗煤气，合成粗煤气除了氢气和一氧化碳以外还主要包含二氧化碳(CO2)以及硫化氢(H2S)和/或羰基硫(COS)和/或氰化氢(HCN)。
此外，本发明还涉及用于提纯气体混合物(进料)的设备，其包括具有洗涤区的吸收塔，于其中借助物理作用的洗涤剂从进料洗出气体成分并产生纯化气体，还包括再生装置，于其中从在洗涤时加载的洗涤剂分离所洗出的气体成分，其中该再生装置具有汽提装置，于其中通过用汽提气体进行汽提而从加载的洗涤剂分离出共吸收的物质。
所提出的目的在设备方面根据本发明以如下方式实现，该设备具有洗涤装置，于其中借助再生的洗涤剂由一部分经提纯的进料产生作为汽提气体导入汽提装置中的气体。
为了提高纯化气体的产率，可以将加载的汽提气体送回并导入吸收塔中。因此，在本发明设备的一个优选的实施方案中，该设备具有压缩机，经由压缩机将在汽提装置中加载共吸收的物质的汽提气体送回至吸收塔上游。
下面根据图1中所图示的实施例更详细地阐述本发明。
附图说明
图1所示为根据本发明的实施方案。
具体实施方式
该实施例涉及物理洗气的截面，于其中通过用低温液态甲醇进行洗涤而从主要部分由氢气和一氧化碳组成的、含有二氧化碳和含硫成分的合成粗煤气选择性地分离出含硫成分和二氧化碳，其中产生主要由氢气和一氧化碳组成的纯化气体。
将待提纯的合成粗煤气作为进料经由管线1导入热交换器E中，在此与待加热的工艺流方向相反地进行冷却，并经由管线2送入洗涤塔W，于其中设置有洗涤区，其包括两个通过塔板K(Kaminboden)相互分隔的洗涤段S1和S2。合成粗煤气在第一洗涤段S1中向上升高，其中与从上向下流动的洗涤剂强烈接触，并除去含硫成分。以与含硫成分的溶解系数相适应的量经由管线3于洗涤段S1上端送入的洗涤剂是加载了二氧化碳但是不含有含硫成分的甲醇洗涤剂的一部分，其从塔板K处经由管线4排出。
提纯去除了含硫成分的合成粗煤气经由塔板K流入第二洗涤段S2中，于其中向上引导，在此用在反向流中引导的洗涤剂加以洗涤，并去除二氧化碳。将几乎仅由氢气和一氧化碳组成的经提纯的合成粗煤气的大部分经由管线5作为纯化气体从洗涤塔W排出，在热交换器E中与待冷却的工艺流方向相反地进行加热，并经由管线6送至其他用途(未示出)。于第二洗涤段S2的上端送入经再生的甲醇17的主要流7作为洗涤剂。
在第三洗涤段S3中将经提纯的合成粗煤气没有作为纯化气体5从洗涤塔W排出的部分用再生的甲醇17的支流18进行进一步洗涤，在此主要洗去较易溶解的一氧化碳。因此，从洗涤塔W经由管线19排出与纯化气体5相比一氧化碳含量减小的气体。
从洗涤塔W经由管线8排出加载了含硫成分和二氧化碳的甲醇，经由节流装置a减压，导入分离器D1中，并在此分离成气相和液相。主要由在洗气时共吸收的氢气和一氧化碳组成的气相从分离器D1经由管线9排出，并经由管线10及压缩机V1送回洗涤塔W的上游。经由管线11排出液相，经由节流装置b进一步减压，并送至汽提塔R1的顶部。
加载了二氧化碳并且不含有含硫成分的甲醇流4的第二部分无需作为在第一洗涤段S1中的洗涤剂，而是经由管线12继续引导，并在经由节流装置c减压后导入分离器D2中。在减压时形成的气相主要由在洗气时共吸收的氢气和一氧化碳组成，将其从分离器D2经由管线13排出，并与气相9一起经由管线10送回洗涤塔W的上游。从分离器D2经由管线14排出液相，经由节流装置d进一步减压，并送至汽提塔R2的项部。
将部分量的气流19作为汽提气体经由管线22和调节装置g送入汽提塔R1，并在减压的甲醇流的逆向流中引导，其中主要提取共吸收的一氧化碳，并转移至汽提气体中。从汽提塔R1的顶部排出加载的汽提气体23，并经由压缩机V2送回洗涤塔W的上游以回收共吸收的物质。气流19的残留部分同样作为汽提气体经由管线20和调节装置f送入汽提塔R2，在减压的甲醇的逆向流中向上引导，在此主要加载共吸收的一氧化碳。经由管线21排出加载的汽提气体，并导入汽提塔R1中。
从汽提塔R1的塔底排出加载了二氧化碳和含硫成分的甲醇26，并经由节流装置h在富集塔A的下部减压。在减压过程中，释放出二氧化碳和含硫成分，并作为气体混合物向上升高。将含有二氧化碳、不含硫的甲醇经由管线25和节流装置i送至富集塔A的顶部，其中绝大部分溶解的二氧化碳作为气体析出。在其向下的路径中，液态甲醇从向上引导的气体混合物在很大程度上溶解在物料流22减压时释放的含硫成分，从而可以从塔底排出富集了含硫成分的、基本上不含二氧化碳的甲醇流27，并送去加热再生(未示出)以获得含硫成分。于富集塔A的顶部排出具有产品纯度的二氧化碳流28，在热交换器E中与待冷却的工艺流方向相反地加热，并经由管线29例如送去暂时储存。

Claims (6)

1.通过在洗涤区(S1，S2)内用物理作用的洗涤剂(3，7)进行洗涤而提纯气体混合物(1)的方法，在此产生主要由第一类物质和第二类物质组成的纯化气体(5)，其中第一类物质在物理作用的洗涤剂中的溶解性优于第二类物质，而在洗涤时加载了气体成分的洗涤剂(8，12)在洗涤之后进行再生，在此将在洗涤期间共吸收的物质通过利用汽提装置(R1，R2)进行汽提从而从加载的洗涤剂(11，14)除去，其特征在于，通过用再生的洗涤剂(18)进一步利用洗涤装置(S3)进行洗涤从而由一部分经提纯的气体混合物产生第二类物质的含量相对于纯化气体减小的气体(19)，然后将其作为汽提气体(20，22)用于从加载的洗涤剂(11，14)去除共吸收的第二类物质。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将在利用汽提装置(R1，R2)进行汽提时加载了共吸收的物质的汽提气体(24)送回洗涤区的上游。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，使用甲醇作为物理作用的洗涤剂(17)。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，待提纯的气体混合物(1)为含有氢气和一氧化碳、二氧化碳及酸性气体的合成粗煤气。
5.用于提纯气体混合物(1)的设备，其包括具有洗涤区(S1，S2)的吸收塔(W)，于其中借助物理作用的洗涤剂(3，7)从气体混合物(1)洗出气体成分并产生纯化气体(5)，还包括再生装置，于其中从在洗涤时加载的洗涤剂(8，12)分离所洗出的气体成分，其中该再生装置具有汽提装置(R1，R2)，于其中通过用汽提气体(20，22)进行汽提而从加载的洗涤剂(11，14)分离出共吸收的物质，其特征在于具有洗涤装置(S3)，于其中借助再生的洗涤剂(18)由一部分经提纯的气体混合物产生作为汽提气体(20，22)导入汽提装置(R1，R2)中的气体(19)。
6.根据权利要求5的设备，其特征在于具有压缩机(V2)，经由压缩机将在汽提装置(R1，R2)中加载共吸收的物质的汽提气体(24)送回至吸收塔(W)的上游。
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