CN102284228A - 用于集成酸性气体去除与碳捕集的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于集成酸性气体去除与碳捕集的系统。在一个实施例中，一种系统(10，60，80)包括硫化氢(H2S)吸收器(114)、第一闪蒸箱(120)、闪蒸气体处理柱(12)以及CO2吸收器(102)。该系统(10，60，80)还包括顺序地延伸通过H2S吸收器(114)、第一闪蒸箱(120)、闪蒸气体处理柱(12)、H2S吸收器(114)以及CO2吸收器(102)的第一流体路径(161)。

Description

用于集成酸性气体去除与碳捕集的系统
技术领域
本文公开的主题涉及气化设备中的碳捕集。更具体而言，公开的主题涉及在气化设备中集成酸性气体去除以及碳捕集。
背景技术
动力设备，例如整体煤气化联合循环(IGCC)动力设备，可气化诸如煤的含碳燃料来产生合成气。使用气化的其它过程包括代用天然气(SNG)生产。SNG生产涉及气化含碳供给以便产生未处理的合成气产物。除了其它产物之外，未处理的合成气可包括一氧化碳(CO)和氢气(H2)。合成气被处理且然后在甲烷转化器反应器中被转换成甲烷。气化操作的一种副产物是二氧化碳(CO2)。不幸的是，现有的系统可能不会高效地使用CO2副产物。
发明内容
下面概述了在范围方面与最初要求保护的发明相符的某些实施例。这些实施例不意图限制要求保护的发明的范围，而是相反，这些实施例仅意图提供本发明的可行形式的简要概述。事实上，本发明可包括可类似于或者不同于以下所阐述的实施例的多种形式。
在第一实施例中，一种系统包括硫化氢(H2S)吸收器、第一闪蒸箱、闪蒸气体处理柱以及CO2吸收器。该系统还包括顺序地延伸通过H2S吸收器、第一闪蒸箱、闪蒸气体处理柱、H2S吸收器以及CO2吸收器的第一流体路径。
在第二实施例中，一种系统包括构造成集成CO2捕集段与酸性气体去除(AGR)段的闪蒸气体处理柱。该闪蒸气体处理柱具有构造成将溶剂从闪蒸气体处理柱传递到CO2捕集段的溶剂路径。该闪蒸气体处理柱还具有构造成从AGR段接收闪蒸气体的气体路径。该闪蒸气体处理柱构造成输出富CO2气体。
在第三实施例中，一种系统包括酸性气体去除(AGR)段、碳捕集段以及闪蒸气体处理柱。该闪蒸气体处理柱构造成集成碳捕集段与AGR段，并且还构造成输出富CO2气体和夹带有H2S的溶剂。
附图说明
在参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解，其中，在所有附图中相似的符号表示相似的部件，其中：
图1是使用闪蒸气体处理柱来集成AGR单元与CO2去除单元的气化系统的一个实施例的框图；
图2是使用闪蒸气体处理柱来集成AGR单元与CO2去除单元的气化系统的一个实施例的框图；
图3是使用闪蒸气体处理柱来集成AGR单元与CO2去除单元的气化系统的一个实施例的框图；
图4是用来集成AGR单元与CO2去除单元的图1-3的闪蒸气体处理柱的一个实施例的图示；
图5是用来集成AGR单元与CO2去除单元的图1-3的闪蒸气体处理柱的另一个实施例的图示；
图6是图4的闪蒸气体处理柱的一种备选的流程图的一个实施例的图示；以及
图7是图5的闪蒸气体处理柱的一种备选的流程图的一个实施例的图示。
部件列表：
  10   系统
  12   闪蒸气体处理柱
  14   AGR单元
  16   CO2捕集单元
  18   捕集的CO2
  20   含碳燃料源
  22   洗涤系统
  24   氧气
  26   ASU
  28   分离空气
  30   未处理的合成气
  32   渣料
  34   LTGC单元
  36   冷却的未处理的合成气
  38   经处理的合成气
  42   提供酸性气体
  40   SRU
  44   其可分离硫
  46   尾气单元
  47   尾气排气
  56   压缩单元
  48   AGR闪蒸气体
  50   CO2再循环流
  72   CO2
  52   生产产物合成气
  54   CO2
  60   系统
  62   WGS反应器
  64   捕集的CO2
  66   未处理的变换的合成气
  68   冷却的未处理的变换的合成气
  70   AGR闪蒸气体
  80   气化系统
  82   两级水-气变换
  84   捕集的CO2
  86   未处理的变换的合成气
  88   冷却的未处理的变换的合成气
  90   AGR闪蒸气体
  100   贫气体溶剂
  102   CO2吸收器
  104   再循环的溶剂
  106   富CO2溶剂
  108   第一分歧路径
  110   第二分歧路径
  112   闪蒸箱
  109   溶剂泵
  111   溶剂致冷器
  114   H2S吸收器
  116   富H2S溶剂
  118   热交换器
  120   闪蒸罐
  122   富H2S溶剂
  124   溶剂汽提器
  126   路径
  128   贫H2S溶剂
  130   汽提器再沸器
  132   路径
  134   贫气体溶剂
  136   溶剂再循环泵
  138   致冷器
  140   贫气体溶剂
  142   泵
  144   热交换器
  146   溶剂致冷器
  148   富H2S溶剂
  150   冷却器
  152   分离罐
  154   冷凝的溶剂
  156   泵
  158   压缩机
  160   再循环气体冷却器
  161   流体路径
  162   被致冷的再循环流
  164   高压闪蒸器
  166   再循环气体流
  168   再循环压缩机
  170   冷却器
  172   载有CO2的溶剂
  174   中压闪蒸器
  176   中压CO2产物
  178   富CO2溶剂
  180   低压闪蒸器
  182   低压CO2产物
  184   夹带有CO2的溶剂
  186   超低压闪蒸器
  188   CO2
  190   溶剂
  192   溶剂再循环泵
  194   致冷器
  198   热交换器
  200   载有CO2的溶剂
  202   分歧路径
  204   溶剂泵
  206   汇合处
具体实施方式
下面将对本发明的一个或多个具体实施例进行描述。为了致力于提供对这些实施例的简明描述，可能不会在说明书中对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，当例如在任何工程或设计项目中开发任何这种实际实现时，必须作出许多对实现而言专有的决定来实现开发者的具体目标，例如符合与系统有关及与商业有关的约束，开发人员的具体目标可根据不同的实现彼此有所改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂和耗时的，但尽管如此，对受益于本公开的普通技术人员来说，这种开发工作将是设计、生产和制造的例行任务。
在介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图表示存在一个或多个该元件。用语“包括”、“包含”以及“具有”意图是包括性的，并且表示除了所列的元件之外，可存在另外的元件。
当前的实施例大体涉及用二氧化碳(CO2)捕集系统改型气化设备，不管其终端应用(例如，发电或者化学)如何。例如，用于CO2捕集改型的基础构造可包括闪蒸气体处理柱，其也可被称为一体式吸收器柱或者H2S再吸收器。闪蒸气体处理柱可减少循环通过AGR单元的总的硫的量，可降低足以处理正常的合成气生产水平的溶剂的量，并且可增大所捕集的CO2的量。这种优势在较高水平的CO2捕集处可能特别地有利。
在一些实施例中，闪蒸气体处理柱使得气化系统能够具有更有效的CO2捕集-不仅仅是在较低的CO2捕集水平处(诸如没有水-气变换反应器的那些)，而且还在构造成用于较高的CO2捕集水平(诸如具有水-气变换反应器的那些)的系统中。在本文所提供的构造中的一些构造中，闪蒸气体处理柱允许设备几乎无缝地扩展到更高的CO2捕集水平。例如，该闪蒸气体处理柱可使得能够分阶段(逐渐)扩展到更高的CO2捕集水平而不必修改现有的设备装备。此外，在一些实施例中，使用载有CO2的溶剂的闪蒸气体处理柱将不会弱化酸性气体(例如，减少酸性气体中的硫的量)，从而使得诸如克劳斯(Claus)反应器的硫回收单元(SRU)能够正常运行。
图1示出了根据公开的实施例的使用闪蒸气体处理柱12来集成AGR单元14与CO2捕集单元16的气化和处理系统10的框图。根据当前的实施例的另外的方面，闪蒸气体处理柱12还可允许有更高水平的捕集的CO218。例如，系统10可构造成执行直至大约30％的CO2捕集(例如，大约1％、5％、10％、15％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％)。也就是说，大约20％与30％之间的流过系统10的碳重量作为CO2被捕集。在一个实施例中，通过利用闪蒸气体处理柱12改型系统10，将碳捕集的水平提高至高于30％可能是可行的，如下文所述。
除了其它特征之外，系统10包括用于产生合成气以及处理合成气以便用于多种终端使用的区域。系统10的元件可包括含碳燃料源20，诸如固体供给，其可用作能量源和/或用于生产SNG。燃料源20可包括煤、石油焦炭、生物质、基于木材的材料、农业废料、焦油、焦炉煤气以及沥青，或者其它含碳物品。燃料源20的固体燃料可被传送到给料、气化和洗涤系统22。该给料、气化和洗涤系统22可包括若干子系统。例如，给料、气化和洗涤系统22可包括给料制备子系统，其可例如通过对燃料源20进行切、磨、破碎、粉化、压块或者码垛堆集来对该燃料源20重设大小或者重设形状，以产生给料。另外，水或者其它合适的液体可在给料制备子系统中添加到燃料源20中，以便产生浆料给料。在其它实施例中，在给料制备子系统中没有液体被添加到燃料源中，从而实现干燥给料。
给料可从给料制备子系统传送到给料、气化和洗涤系统22的气化器/冷却器。气化器/冷却器可为合成气冷却器(SGC)气化器，其可将给料转换成CO和H2的组合，即合成气。取决于气化器/冷却器中使用的气化器的类型，该转换可通过使给料经受受控的量的处于升高的压力(例如从大约20巴(bar)到85巴)和例如大约700℃-1600℃的温度的蒸汽和氧气来实现。在所描绘的实施例中，气化器/冷却器在大约400磅每平方英寸表值(PSIG)与大约1200PSIG之间(例如，大约400、500、600、700、750、800、900、1000、1100或1200PSIG)运行。气化过程还可包括经历高温分解过程的给料，由此给料被加热。取决于用来产生给料的燃料源20，在高温分解过程期间，气化器/冷却器的气化器内部的温度范围可为从大约150℃到700℃。例如，温度可为大约150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650或者700℃。高温分解过程期间加热给料可产生固体，例如炭，以及残余气体，例如CO、H2以及氮气(N2)。在高温分解过程之后从给料中剩余的炭可重达直至原始给料的重量的大约40％到50％(例如，大约40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％)。
燃烧过程然后可在气化器/冷却器中发生。为了有助于该燃烧过程，氧气24的流可从空气分离单元(ASU)26被供应到气化器/冷却器。ASU26可运行，以便例如通过蒸馏技术将空气28分离成组分气体，该蒸馏技术可为低温的或者可使用变压吸附(PSA)。例如，ASU26可从空气28分离出用于输送到气化器/冷却器的氧气24和用于收集或者用于进一步在发电中例如作为稀释气体或作为混合气体来使用的氮气。
因此，氧气24由气化器/冷却器从ASU26中接收以用于燃烧目的。燃烧可包括将氧气24引入到炭和残余气体，从而使炭和残余气体可与氧气24反应，以便形成CO2和CO，从而提供热量以用于随后的气化反应。燃烧过程期间的温度的范围可为从大约700℃到1600℃。接下来，蒸汽可在气化步骤期间被引入气化器/冷却器。炭可与CO2和蒸汽反应，以便产生处于从大约800℃到1100℃的范围中的温度的CO和H2。实质上，气化器使用蒸汽和氧气来允许一些给料燃烧而产生CO2和能量，从而驱动将更多的给料转换成H2和另外的CO的主反应。
然而，气化器/冷却器会产生气态产物。该气态产物可包括大约85％的CO和H2，以及CO2、CH4、NH3、COS和H2S(基于给料的硫含量)，它们总体上可被认为是原始的或未处理的合成气30。气化器/冷却器还可产生废料，诸如渣料32，其在一些实施例中可为湿灰材料。渣料32可通过给料、气化和洗涤系统22的洗涤子系统从气化器/冷却器去除。渣料32可被处理为例如路基，或处理为另一种建筑材料。另外，洗涤子系统可通过从未处理的合成气去除诸如湿灰的任何颗粒物质来清洁未处理的合成气30。
未处理的合成气30的流然后可发送到低温气体冷却(LTGC)单元34，此处，未处理的合成气30的温度被降低。在一些实施例中，未处理的合成气30被冷却，从而AGR系统14可更有效地处理未处理的合成气30。例如，在其中未处理的合成气30被冷却的实施例中，诸如H2S和CO2的气体可在用于从其它合成气组分(即，CO和H2)中去除它们的溶剂(一种或多种)中具有更高的可溶性。因而，未处理的合成气30的流被冷却大约10％与500％之间。例如，取决于具体实施的规定，未处理的合成气30的流可被冷却大约10％、50％、100％、200％、300％、400％或500％。LTGC单元34可以各种各样的过程来冷却未处理的合成气30，包括热交换，气体膨胀等等。因此，冷却的未处理的合成气36的流可在环境温度(其可取决于设备的位置而有所不同)与大约150°F之间。也就是说，冷却的未处理的合成气36可具有大约50、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、130、140、150°F或者之间的任何温度的温度。
在冷却之后，冷却的未处理的合成气36的流被发送到酸性气体去除(AGR)单元14。AGR单元14可洗涤冷却的未处理的合成气36，以去除多种气体和/或元素。例如，诸如COS和H2S的酸性气体可从冷却的未处理的合成气36中去除，以产生经处理的合成气38(例如，基本没有硫的合成气)的流。另外，AGR单元14可将冷却的未处理的合成气36的被去除的气体和/或元素(例如，COS和H2S)传输到硫回收单元(SRU)40。在所示的实施例中，AGR单元14可将酸性气体42提供至SRU40，SRU40可使用例如克劳斯反应器来分离硫44。这样，可隔离硫44以便进行处理或者销售。在一些实施例中，在SRU40处处理了酸性气体42的流之后，任何剩余的气体可被引导到尾气单元46，此处任何剩余的尾气排气47然后可被再循环到给料、气化和洗涤系统22。取决于SRU40使用的技术的类型，尾气47可包含大约2％与5％之间的H2S，剩余部分基本为CO2和N2。因此，在这样的实施例中，尾气47可以可选地被引导到下面所描述的CO2脱水和压缩单元56。
基本与硫回收过程同时，闪蒸气体处理柱12可从AGR单元14接收AGR闪蒸气体48的流。除了其它气体之外，AGR闪蒸气体48可包含已经从冷却的未处理的合成气36去除的H2S和CO2的混合物。例如，AGR闪蒸气体48可包含直至大约80％的CO2(例如，大约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、75％或80％的CO2)。闪蒸气体处理柱12可容许溶剂从CO2分离出H2S，且CO2可通过CO2再循环流50被再循环回到AGR单元14的一部分。在一些实施例中，通过将CO2再循环回到AGR单元14，可实现更高水平的CO2捕集以及降低的水平的H2S。此外，闪蒸气体处理柱12可起作用来集成AGR单元14与CO2捕集单元16。如上文所提到，在一些情形下，闪蒸气体处理柱12可被改型到现有的系统(诸如系统10)中，以便实现更高水平的CO2捕集，更高水平的CO2纯度，以及/或者集成AGR单元14与碳捕集段，诸如碳捕集单元16。在其它实施例中，AGR闪蒸气体48和/或CO2再循环流50可被引导回到给料、气化和洗涤系统22或者用于内部使用的另一个设备区域。此外，闪蒸气体处理柱可以可选地将CO2 72的流直接提供给CO2压缩和脱水单元56。以下参照图4-7更详细地论述CO2再循环和捕集。
一旦AGR闪蒸气体48已经被处理，CO2捕集单元16就可从经处理的合成气38中去除CO2的一部分或者基本全部，以产生产物合成气52。产物合成气52可在化学和/或发电应用中有用，如上所述。CO2的一部分可作为CO2 54的流从CO2捕集单元16传输到CO2脱水和压缩单元56。CO2脱水和压缩单元56可对CO254脱水和压缩，以用于存储和随后的使用。例如，总的捕集的CO218可通过通向诸如强化采油(EOR)站点或盐水层的一个或多个碳螯合站点的管线来传送。备选地或者另外，CO2脱水和压缩单元56可将捕集的CO218传输到例如化学设备，以便在其中使用。在一个实施例中，CO2捕集单元16可去除存在于经处理的合成气38中的CO2的直至大约95％(例如，大于大约1％、5％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％)。
闪蒸气体处理柱12还可有利于在具有更高的碳捕集水平的系统(诸如采用一个或多个水-气变换反应器的系统)中从捕集的CO2中去除H2S。将理解，闪蒸气体处理柱12可被改型到这样的系统，或者可包括在该系统的构造中。因此，图2是包括许多与图1中描绘的系统10的特征类似的特征的系统60的框图。然而，除了图1中描述的特征，系统60包括在给料、气化和洗涤系统22下游且在LTGC单元34上游的一级水-气变换(WGS)反应器62。在一些实施例中，WGS反应器62会通过调节CO2与CO和H2的比率提高存在于由给料、气化和洗涤系统22产生的流过系统60的合成气中的CO2的量。因而，捕集的CO264的总的量可直至总的含碳气体的大约75％。例如，捕集的CO2的总的量可为大约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％或75％。
在系统60的运行期间，未处理的合成气30的流可被传送到水-气变换(WGS)反应器62。WGS反应器62可执行WGS反应，其中未处理的合成气30的流内的CO的一部分与水(例如蒸汽)反应以形成CO2和H2。WGS过程可将未处理的合成气30中的H2与CO的比率从大约1比1调节到大约3比1，以便在诸如甲烷化的多种过程中使用。另外，WGS反应器62可包括旁路，该旁路可用来有助于恰当地控制离开WGS反应器62的未处理的变换的合成气66的流内的H2与CO比率。应当注意，WGS反应器62可为酸性WGS反应器，也就是说，在WGS反应期间，硫可存在于流入WGS反应器62中的未处理的合成气30的流中。在WGS反应器62中的WGS反应之后，系统60可将未处理的变换的合成气66的流传输到LTGC单元34。如以上在图1中，取决于具体实施的规定，LTGC单元34使未处理的变换的合成气66的流冷却10％、50％、100％、200％、300％、400％或500％。LTGC单元34可以各种各样的过程来冷却未处理的变换的合成气66，包括热交换，气体膨胀等等。因此，冷却的未处理的变换的合成气68的流可在环境温度(其可取决于设备的位置而有所不同)与大约150°F之间。也就是说，冷却的未处理的合成气66可具有大约50、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、130、140、150°F或之间的任何温度的温度。
因此，冷却的未处理的变换的合成气68的流提供至AGR单元14，其中比图1的AGR闪蒸气体48包含更高水平的CO2的AGR闪蒸气体70被传送至闪蒸气体处理柱12。例如，AGR闪蒸气体70可包含大约50％与90％之间的CO2(例如，大约50％、60％、70％、80％、85％或90％的CO2)。如以上在图1中所提到的，闪蒸气体处理柱12将CO2再循环流50引导回到AGR单元14的一部分。另外和/或备选地，CO272的流可被直接发送到CO2脱水和压缩单元56，而不是发送回去而通过AGR单元14和CO2捕集单元16。以下参照图6-7更详细地论述可选的CO2流72。
如上所述，CO2捕集单元16可将CO2流54引导到CO2压缩和脱水单元56。应当理解，取决于其它微量气体(例如H2S、CO、H2)的存在性，与捕集的CO218相比，捕集的CO264可具有相同的或者更高的浓度的CO2。然而，系统60的构造可允许捕集的CO264的量比系统10中的捕集的CO2 18的量更大，如随着时间过去通过CO2的量测得。
图3是气化系统80的一个实施例的框图。类似于图2的系统60，气化系统80会提高CO2捕集的水平，这通过执行WGS反应而可行。然而，系统80包括两级水-气变换反应器82，其允许捕集的CO284的水平直至含碳气体的大约95％。例如，捕集的CO284可介于流过系统80的含碳气体的大约0与95％之间(例如，大约1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％)。
因此，由给料、气化和洗涤系统22产生的未处理的合成气30的流被引导至两级WGS反应器82，此处未处理的合成气30中的CO的初始部分与H2O一起在WGS反应的第一阶段中被转换成第一部分CO2和H2。此后，未处理的合成气30中的CO的另一部分(在WGS反应的第一阶段中没有被转换的CO的一部分)与H2O一起被转换成更多的CO2与H2。以这种方式，可获得流过系统80的合成气中的高水平的CO2。因此，比合成气流66和30具有更高CO2含量的未处理的变换的合成气86的流被引导到LTGC单元34。
如以上图1和2中，取决于具体实施的规定，LTGC单元34使未处理的变换的合成气86的流冷却10％、50％、100％、200％、300％、400％或500％。LTGC单元34可以各种各样的过程来冷却未处理的变换的合成气86，包括热交换、气体膨胀等等。因此，冷却的未处理的变换的合成气88的流可介于环境温度(其可取决于设备的位置而有所不同)与大约150°F之间。也就是说，冷却的未处理的合成气86可具有大约50、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115、120、130、140、150°F或者之间的任何温度的温度。
相应地，冷却的未处理的变换的合成气88的流提供至AGR单元14，此处，比图1和2的AGR闪蒸气体48和68(分别)包含更高水平的CO2的AGR闪蒸气体90被发送至闪蒸气体处理柱12。例如，AGR闪蒸气体90可包含介于大约50％与95％之间的CO2(例如大约50％、60％、70％、80％、85％、90％或95％的CO2)。如以上在图1和2中所提到的，闪蒸气体处理柱12将CO2再循环流50引导回到AGR单元14的一部分。另外和/或备选地，CO272的流可直接发送到CO2脱水和压缩单元56，而不是发送回去而通过AGR单元14和CO2捕集单元16。
CO2捕集单元16可将CO2流54引导至CO2压缩和脱水单元56。与图2中的系统60一样，应当注意，取决于其它微量气体(例如H2S、CO、H2)的存在性，与捕集的CO218和64相比，捕集的CO284可具有相同的或者更高的CO2浓度。系统80的构造可允许捕集的CO284的量大于系统10和60中的捕集的CO2的量，如随着时间的过去通过CO2的量而测得。
图4是使用闪蒸气体处理柱12与CO2捕集单元16集成的AGR单元14的一个实施例的图示。一般意义上讲，AGR单元14构造成产生具有最小硫浓度的经处理的合成气38。例如，经处理的合成气38可具有小于大约百万分之20(ppm)的总的硫。碳捕集单元16大体构造成从经处理的合成气38中去除很大量的CO2，从而产生产物合成气52和捕集的CO218。应当注意，虽然目前的讨论参照图1的系统10的元件，诸如经处理的合成气38和未处理的合成气36，但本文所描述的实施例还可应用于图2和3的系统60和80。因而，未处理的合成气36可为冷却的未处理的变换的合成气68或冷却的未处理的变换的合成气88，等等。
在所示的实施例中，AGR单元14产生经处理的合成气38以及贫CO2贫H2S(贫气体)溶剂100的流，它们二者都被引导到CO2捕集单元16内的CO2吸收器102。CO2吸收器102允许进入CO2吸收器102的下部部分的经处理的合成气38的流与贫气体溶剂100和再循环的溶剂104的流的混合物之间的逆流的流动。随着溶剂100和104与经处理的合成气38的流混合，经处理的合成气38内的CO2的很大一部分被提取，产生富CO2溶剂106的流和产物合成气52。如以上关于图1-3所提到的，从经处理的合成气38去除大约50％与100％之间的CO2，以给出产物合成气52。
然后富CO2溶剂106的流分叉进入通向AGR单元14的第一分歧路径108和通向多个闪蒸箱112的第二分歧路径110。具体而言，溶剂泵109提高第一分歧路径108内的富CO2溶剂的流率，而溶剂致冷器111降低其温度。然后第一分歧路径108内的富CO2溶剂被发送到H2S吸收器114的上部部分。未处理的合成气36的流也进入H2S吸收器114，但是在下部部分处进入。因此，向上升的未处理的合成气36通过H2S吸收器114中的逆流与流过第一分歧路径108的向下流动的富CO2溶剂混合。富CO2溶剂去除存在于未处理的合成气36内的基本所有H2S，使得离开H2S吸收器114的上部部分的经处理的合成气38具有不超过大约20ppm的总的硫。
因此，富CO2和富H2S溶剂116的流离开H2S吸收器114的下部部分。富CO2和富H2S溶剂116的流然后在热交换器118中被加热，且然后被引导到闪蒸罐120。根据当前的实施例，闪蒸罐120可比H2S吸收器114具有更低的压力。例如，在其中H2S吸收器114处于大约600与400磅每平方英寸(psi)之间的实施例中，闪蒸罐120可介于大约250与200psi之间。应当注意，H2S吸收器114和闪蒸罐120的确切压力可改变，而且还构思了其它压力。例如，与给料、气化和洗涤系统22中的气化器相比，H2S吸收器114可处于相同或者略低的压力，且压力差可为由于气流而引起的压力损失导致的压力差。因此，就AGR单元14而言，H2S吸收器114可被认为处于高压，而闪蒸罐120处于中压。
然而，闪蒸罐120构造成对富CO2和富H2S溶剂116的流执行闪蒸事件。闪蒸事件会导致AGR闪蒸气体48的流被发送到闪蒸气体处理柱12而富CO2和富H2S溶剂122的流被发送到溶剂再循环的区域。应当注意，与富CO2和富H2S溶剂116的流相比，富CO2和富H2S溶剂122的流内的溶剂可能具有更低量的夹带的CO2和H2S。然而，由于闪蒸罐120中所经历的压降，流122仍然富含H2S和CO2。富CO2和富H2S溶剂122的流然后被引导至溶剂汽提器124，其基本上是处于低压(低于闪蒸罐120和H2S吸收器114)的闪蒸器皿。例如，溶剂汽提器124可具有介于大约20与50psi(例如，大约20、30、40、45或50psi)之间的压力。溶剂汽提器124构造成降低富CO2和富H2S溶剂122的流的压力，使得其经历闪蒸事件。因此，流122的气态部分离开溶剂汽提器124的上部部分而进入路径126。伴随的贫CO2和贫H2S溶剂128的流离开溶剂汽提器124的下部部分，并且被引导至汽提器再沸器130。汽提器再沸器130可处于与溶剂汽提器124相同或者略低的压力，且构造成使贫CO2和贫H2S溶剂128的流闪蒸，使得任何残余的夹带的H2S和/或CO2通过路径132被引导回到溶剂汽提器124。
因此，贫气体溶剂134的流离开汽提器再沸器130，其中溶剂再循环泵136提高其流率。应当注意，溶剂汽提器124和/或汽提器再沸器130可处于升高的温度。因此，贫气体溶剂134的流可在离开汽提器再沸器130时被加热。在一些实施例中，CO2和/或H2S可在冷却的溶剂中具有更高的可溶性。因此，贫溶剂134的流在热交换器118中被冷却，该热交换器118用于加热富CO2和富H2S溶剂116的流。在这一点上，贫溶剂134的流可为大约室温(取决于设备的温度)。贫气体溶剂134的流然后发送通过致冷器138，以便产生被引导到CO2吸收器102的贫溶剂100的流。
除了通向CO2吸收器102的通路，贫气体溶剂134的流可分为(split into)贫气体溶剂140的分歧流。泵142提高贫气体溶剂140的分歧流的流速，该分歧流然后被引导至热交换器144以便被冷却到大约室温。贫气体溶剂140的分歧流然后在溶剂致冷器146中被冷却，此处，其之后进入闪蒸气体处理柱12的上部部分。因此，来自流140的被致冷的向下流动的贫溶剂通过逆流与向上升的AGR闪蒸气体48混合。在一个实施例中，通过使用被致冷的溶剂，该溶剂能够主要从AGR闪蒸气体48提取H2S，有效地分离H2S与CO2。另外，闪蒸气体处理柱12的中等运行压力，其低于闪蒸罐120但高于溶剂汽提器124(例如，介于大约100与200psi之间)，容许AGR闪蒸气体48的大多数CO2保持未被来自流140的向下流动的被致冷的溶剂吸收。在一些实施例中，取决于气化设备的运行条件，闪蒸气体处理柱的压力可不同。因此，闪蒸气体处理柱12的压力范围可介于大约100与400psi之间。该压力可为100、125、150、175、200、250、300、350或400psi。
如以上所提到的，在一些实施例中，来自流140的向下流动的溶剂可夹带来自AGR闪蒸气体48的H2S，从而产生离开闪蒸气体处理柱12的下部部分的富H2S溶剂148的流。富H2S溶剂148的流然后被引导到用来冷却贫溶剂140的流的溶剂热交换器144。因而，热量在溶剂热交换器144中从溶剂140传递到溶剂148。被加热的富H2S溶剂148的流然后发送到溶剂汽提器124，此处，大多数夹带的H2S在闪蒸事件中被去除。因此，溶剂汽提器124输出的气态流126可主要包含H2S与一小部分的CO2。气态流126然后在冷却器150中被冷却，此处其被引导至分离罐152。分离罐152可为具有低于溶剂汽提器124的压力的降低的压力的区域，此处，残余的冷凝的溶剂154与酸性气体42分离，该酸性气体42可包含直至大约85％的CO2和/或直至大约60％的H2S。例如，酸性气体42可包含大约1％、5％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或85％的CO2以及大约1％、5％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、60％或65％的H2S。泵156会提高残余的冷凝的溶剂流154的流率，其被引导至溶剂汽提器124的上部部分以进行再循环。
在根据当前的实施例的一方面中，离开闪蒸气体处理柱12的CO2可为发送至H2S吸收器114的CO2再循环流50。主要包含CO2与微量的H2S的CO2再循环流50可在压缩机158中被压缩。例如，CO2再循环流50可被压缩到略微低于或者基本等于H2S吸收器114的压力的压力。压缩的CO2再循环流50然后在再循环冷却器160中被冷却，且然后被引导到H2S吸收器114的下部部分。这样做时，与在没有闪蒸气体处理柱12的情况下将获得的相比，当前的实施例在H2S吸收器114内提供了更高浓度的CO2。也就是说，闪蒸气体处理柱12允许H2S吸收器114内的CO2的水平增加，使得这样产生的经处理的合成气38主要包含CO2和合成气。另外，闪蒸气体处理柱12有效地降低发送至CO2捕集段16的微量H2S的浓度，以及流过AGR单元14的H2S的水平。此外，应当注意，流体路径161可以顺序的方式连接H2S吸收器114、闪蒸罐120、闪蒸气体处理柱12、H2S吸收器114以及CO2吸收器102。因此，流体路径161可包含液体/气体路径二者、液体流、气体流等等。例如，除了其它路径和器皿之外，流体路径161可包括富CO2富H2S溶剂流116、AGR闪蒸气体流48、CO2再循环流50以及经处理的合成气流38。流体路径161还可包括富CO2溶剂106的流以及其分歧路径。
根据当前的实施例，取决于气化设备的构造，经处理的合成气38的流可具有已经由闪蒸气体处理柱12提高至直至介于大约15％与35％之间或者更高的水平的CO2浓度。例如，经处理的合成气38的流可包含大约15％、20％、25％、30％或者35％的CO2或者更多。也就是说，经处理的合成气38的流可比没有闪蒸气体处理柱12的系统包含更多的CO2。因而，经处理的合成气38可被认为是CO2集中的、载有CO2的、富CO2的等等。如以上所提到的，经处理的合成气38的流被引导至CO2吸收器102，其中直至大约95％的CO2通过向下流动的溶剂从合成气中分离。如可从图4的示意中了解的，CO2吸收器102可利用不只一种溶剂源。也就是说，图4的CO2吸收器102利用贫溶剂流100和被致冷的再循环流162来产生富CO2溶剂106的流。此外，如以上所提到的，富CO2溶剂106的流分入第一分歧路径108和第二分歧路径110。第二分歧路径110通向包括顺序地从高压流向较低压的一系列闪蒸罐的多个闪蒸罐112。
更具体而言，第二分歧路径110通向比CO2吸收器102压力略低的高压闪蒸器164，其中，从富CO2溶剂去除任何剩余的夹带的合成气。另外，溶剂的一部分、CO2和/或H2S也可闪蒸，产生再循环气体流166。再循环压缩机168将再循环气体流166压缩至比CO2吸收器102略低或者与其基本相同的压力。冷却器170然后将压缩的再循环气体流166冷却至这样的温度：在该温度处，任何溶剂蒸气冷凝而气态组分作为气体保留。冷却的和压缩的再循环气体流166然后被提供至CO2吸收器102的下部部分。
除了再循环气体流166，高压闪蒸器164内的闪蒸事件会产生离开高压闪蒸器164的下部部分的载有CO2的溶剂172的流。高压闪蒸器164可处于类似于闪蒸罐120的压力的压力。例如，高压闪蒸器164可具有低于H2S吸收器114但是高于溶剂汽提器124的压力。作为一个实例，高压闪蒸器164可具有介于大约375与100psi之间的压力(例如，大约100、125、150、175、200、225、250、275、300、325、350或375psi)。
载有CO2的溶剂172然后进入具有比高压闪蒸器164更低但是比溶剂汽提器124更高的压力的中压闪蒸器174，其中CO2的一部分在闪蒸事件中被去除，产生中压CO2产物176。因此，中压闪蒸器174可具有介于大约300与75psi之间的压力(例如，75、100、125、150、175、200、225、250、275或300psi)。另外，中压闪蒸器174内的闪蒸事件产生富CO2溶剂178的流，该流然后可被引导至低压闪蒸器180。在低压闪蒸器180内，富CO2溶剂178的流经历闪蒸事件，产生低压CO2产物182和夹带有CO2的溶剂184的流。最后，夹带有CO2的溶剂184的流被引导至超低压闪蒸器186，其中，CO2的剩余的部分188在闪蒸事件中被去除。如上所述，闪蒸事件还产生贫CO2以及贫H2S(贫气体)的溶剂190的流。中压CO2产物176、低压CO2产物182以及剩余的CO2产物188可结合并且作为CO2流54被引导至CO2压缩和脱水单元56(图1-3)。在本文所述的实施例中，取决于气化设备的构造和供给12的总的硫含量(图1)，CO2流54内的总的硫水平可介于大约3000ppm与10ppm之间。如以上关于图1-3提到的CO2流54然后可被脱水和/或压缩，以给出总的捕集的CO218(图1-3)。因此，总的捕集的CO218(图1-3)内的总的硫水平可为大约1、5、10、15、20、25、30、50、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、2500或者3000ppm，或者之间的任何范围。
如以上所提到的，超低压闪蒸器186内的闪蒸事件还产生贫气体溶剂流190。然后溶剂再循环泵192提高贫气体溶剂流190的流率，且然后该溶剂流被引导至致冷器194。致冷器194冷却贫气体溶剂流190，以产生进入CO2吸收器102的上部部分的冷却的再循环溶剂流162。
图5是使用闪蒸气体处理柱12与CO2捕集单元16集成的AGR单元14的另一个实施例的图示。图5的图示包含与图4所描绘的类似或者相同的元件。此外，图5的流程图类似于图4的流程图。因此，使用相同的参考标号来论述类似的特征。另外，图5的实施例不同于图4的实施例，不同的方式在于其中闪蒸气体处理柱12与AGR单元14和CO2捕集单元16交互。这样，图5的论述将涉及图4中没有呈现的特征。
在图5所示的实施例中，闪蒸气体处理柱12使用来自CO2吸收器102的分出的一部分载有CO2的溶剂200而非如图4所示的贫气体溶剂140。载有CO2的溶剂200的流可被认为是从离开CO2吸收器102的富CO2溶剂106的流起的第三分歧路径。以这种方式，因为富CO2溶剂106的流的溶剂源(再循环溶剂162)在致冷器194处冷却或被致冷，可减少或者去除贫溶剂致冷器146。因此，载有CO2的溶剂200的温度可适合用于闪蒸气体处理柱12中，而在输送之前没有另外的溶剂致冷。
根据当前的实施例，向下流动的载有CO2的溶剂200与向上升的AGR闪蒸气体48混合。在一个实施例中，载有CO2的溶剂200可能不会从AGR闪蒸气体48去除任何CO2，因为冷却的或被致冷的溶剂可能已经完全CO2饱和了。因而，在溶剂汽提器124的头部(上部部分)处离开的酸性气体42可能不会受很大影响，其对于某些硫回收过程-诸如克劳斯反应器中执行的那些过程-可能是有利的。此外，通过使用冷却的或者被致冷的载有CO2的溶剂200，可降低足以处理正常运行气体量的流率。也就是说，可使用冷却的或被致冷的载有CO2的溶剂200的较低流率来处理等于以更高的速率流动的温的或者热的溶剂的气体量的气体量。例如，相对于温的或者热的溶剂流率，流率可被降低大约10％与1000％之间，诸如降低大约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、200％、300％、400％、500％、600％、700％、800％、900％或1000％或者更多。备选地或者另外，至少部分地因为较低的流率和/或较高的H2S吸收效率，闪蒸气体处理柱12的大小可减小。闪蒸气体处理柱12的操作大小可取决于各种因素，包括运行压力、所采用的溶剂的流率、将被处理的气体的量等等。
离开闪蒸气体处理柱12的下部部分的富H2S富CO2溶剂148的流然后在热交换器198中被加热。被加热的富H2S富CO2溶剂148之后被提供至溶剂汽提器124，此处其经历闪蒸事件来产生气态流126和贫气体溶剂134的流。如以上关于图4所提到的，贫气体溶剂134的流的流率由泵136增大。另外，贫气体溶剂134的流在溶剂热交换器118处被冷却，且在溶剂致冷器138处被致冷，以产生被输送至CO2吸收器102的贫溶剂100的流。
在所示的实施例中，贫气体溶剂134的流分入分歧路径202中。路径202内的贫气体溶剂的流率则由溶剂泵204提高，此处其被引导至加热富H2S富CO2溶剂148的流的热交换器198。再次，热交换器198将热量从路径202中的溶剂传递到溶剂148。不像图4的实施例中描绘的分歧路径140，分歧路径202中的贫气体溶剂并不用作对闪蒸气体处理柱12的输入。相反，分歧路径202中的贫气体溶剂与贫气体溶剂流134在汇合处206处重新结合。因此，分歧路径202大体构造成用作用于在热交换器198中加热富H2S富CO2溶剂148的流的热传递介质。
在一些情形下，可能合乎需要的是将从AGR闪蒸气体48分离出来的CO2发送到气化设备的除H2S吸收器114之外的一部分。例如，可能合乎需要的是将分离出的CO2直接发送到CO2捕集单元16。如以上关于图1-3所提到的，在另外的实施例中，诸如当分离出的CO2基本没有H2S(例如，小于20ppm)时，可能合乎需要的是将CO272的流直接发送到CO2压缩和脱水单元56。
图6是构造成将CO2流72直接发送到CO2压缩和脱水单元56(图1-3)的闪蒸气体处理柱12的一个实施例的图示。更具体而言，图6是使用与图4所示的流程图类似的流程图的一个实施例(虽然将离开闪蒸气体处理柱12的CO2发送到CO2压缩和脱水单元56(图1-3)而非H2S吸收器114)。在所示的实施例中，AGR闪蒸气体48在底部部分处进入闪蒸气体处理柱12。被致冷的贫气体溶剂140在上部部分处进入闪蒸气体处理柱12。根据当前的实施例，向上流动的AGR闪蒸气体48通过逆流与向下流动的被致冷的贫气体溶剂140混合。贫气体溶剂140从AGR闪蒸气体48提取基本所有的H2S和一些CO2，以便产生富CO2富H2S溶剂148的流，该流被引导到图4和5中描绘的溶剂汽提器124。在所描绘的实施例中，离开闪蒸气体处理柱12的CO272可具有用于用作CO2产物流(其可被输出以用于能量或化学用途)的合适的纯度。例如，CO2可为介于大约90％与100％之间的纯度，诸如至少大约90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.995或99.999％或者更高的纯度。在一个实施例中，CO2流72可基本全部为气态CO2，使得CO2流72可适用于在不经历闪蒸事件的情况下压缩。因此，CO2流72可避免被发送到另一个闪蒸器，诸如该多个闪蒸器112，而可代之以被直接发送到CO2压缩和脱水单元56(图1-3)。在其它实施例中，可能合乎需要的是将离开闪蒸气体处理柱12的CO2的第一部分发送到CO2压缩和脱水单元56，而将离开闪蒸气体处理柱12的CO2的第二部分发送回到图4和5的H2S吸收器。
图7是构造成将CO2流72直接发送到CO2压缩和脱水单元56(图1-3)的闪蒸气体处理柱12的一个实施例的图示。图7描绘的实施例使用与图5所示的流程图类似的流程图。然而，不是将离开闪蒸气体处理柱12的CO2发送到H2S吸收器114，图7的实施例将CO272的流直接引导到CO2压缩和脱水单元56(图1-3)。在所示的实施例中，AGR闪蒸气体48在底部部分处进入闪蒸气体处理柱12。来自CO2吸收器102(图4和5)的被致冷的富CO2溶剂流200在上部部分处进入闪蒸气体处理柱12。根据当前的实施例，向上流动的AGR闪蒸气体48通过逆流与向下流动的被致冷的富CO2溶剂200混合。被致冷的富CO2溶剂200从AGR闪蒸气体48提取基本所有的H2S而基本不提取CO2，以产生富CO2富H2S溶剂148的流，该流被引导到图4和5中描绘的溶剂汽提器。在所描绘的实施例中，离开闪蒸气体处理柱12的CO2可包含少于大约300ppm硫(例如，H2S和COS)。因此，CO2流72可包含少于大约1、5、10、20、50、100、200或300ppm的总的硫。这样，CO2流72可具有合适的纯度，以用于用作可被输出以用于能量或化学用途的CO2产物流。例如，与以上关于图6所述的纯度相比，CO2流72可具有基本相同或者更高的纯度。在一个实施例中，CO2流72可基本全部为气态CO2，使得CO2流72可适用于在不经历闪蒸事件的情况下被压缩。因此，CO2流72可避免被发送到另一个闪蒸器，诸如该多个闪蒸器112，且可代之以被直接发送到CO2压缩和脱水单元56(图1-3)。在其它实施例中，可能合乎需要的是将离开闪蒸气体处理柱12的CO2的第一部分发送到CO2压缩和脱水单元56，而将离开闪蒸气体处理柱12的CO2的第二部分发送回到图4和5的H2S吸收器114。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这样的其它实例意图处于权利要求书的范围之内。

Claims (10)

1.一种系统(10，60，80)，包括：
硫化氢(H2S)吸收器(114)；
第一闪蒸箱(120)；
闪蒸气体处理柱(12)；
CO2吸收器(102)；以及
顺序地延伸通过所述H2S吸收器(114)、所述第一闪蒸箱(120)、所述闪蒸气体处理柱(12)、所述H2S吸收器(114)以及所述CO2吸收器(102)的第一流体路径(161)。
2.根据权利要求1所述的系统(10，60，80)，其特征在于，所述第一流体路径(161)顺序地延伸通过所述H2S吸收器(114)、所述第一闪蒸箱(120)、所述闪蒸气体处理柱(12)、所述H2S吸收器(114)、所述CO2吸收器(102)以及所述闪蒸气体处理柱(12)。
3.根据权利要求1所述的系统(10，60，80)，其特征在于，所述第一流体路径(161)顺序地延伸通过所述H2S吸收器(114)、所述第一闪蒸箱(120)、所述闪蒸气体处理柱(12)、所述H2S吸收器(114)、所述CO2吸收器(102)以及所述H2S吸收器(114)。
4.根据权利要求1所述的系统(10，60，80)，其特征在于，包括：
第一溶剂热交换器(118)；
第一气体压缩机(158)；以及
第一气体热交换器(160)，其中，所述第一流体路径(161)顺序地延伸通过所述H2S吸收器(114)、所述第一溶剂热交换器(118)、所述第一闪蒸箱(120)、所述闪蒸气体处理柱(12)、所述第一气体压缩机(158)或者所述第一气体热交换器(160)、所述H2S吸收器(114)以及所述CO2吸收器(102)。
5.根据权利要求1所述的系统(10，60，80)，其特征在于，包括：
第一分歧路径(108)；和
第二分歧路径(110)，其中，所述第一流体路径(161)分为从所述CO2吸收器(102)到所述H2S吸收器(114)的所述第一分歧路径(108)，且所述第一流体路径(161)分为从所述CO2吸收器(102)到一个或多个闪蒸箱(112)的所述第二分歧路径(110)。
6.根据权利要求5所述的系统(10，60，80)，其特征在于，包括第三分歧路径(200)，其中，所述第一流体路径(161)分为从所述CO2吸收器(102)到所述闪蒸气体处理柱(12)的所述第三分歧路径(200)。
7.根据权利要求1所述的系统(10，60，80)，其特征在于，所述第一流体路径(161)包括从所述H2S吸收器(114)到所述第一闪蒸箱(120)的富H2S富CO2溶剂路径(116)，从所述第一闪蒸箱(120)到所述闪蒸气体处理柱(12)的闪蒸气体路径(48)，从所述闪蒸气体处理柱(12)到所述H2S吸收器(114)的第一贫H2S富CO2气体路径(50)，从所述H2S吸收器(114)到所述CO2吸收器(102)的第二贫H2S富CO2气体路径(38)。
8.一种系统(10，60，80)，包括：
构造成集成CO2捕集段(16)与酸性气体去除(AGR)段(14)的闪蒸气体处理柱(12)，其中，所述闪蒸气体处理柱(12)包括构造成将溶剂从所述闪蒸气体处理柱(12)传递到所述CO2捕集段(16)的溶剂路径(148)，所述闪蒸气体处理柱(12)包括构造成从所述AGR段(14)接收闪蒸气体(48)的气体路径(48)，且所述闪蒸气体处理柱(12)构造成输出富CO2气体(50)。
9.根据权利要求8所述的系统(10，60，80)，其特征在于，所述闪蒸气体处理柱(12)构造成将所述富CO2气体(50)输出到所述AGR段(14)的H2S吸收器(114)。
10.根据权利要求8所述的系统(10，60，80)，其特征在于，所述溶剂路径(148)将所述溶剂从溶剂汽提器(124)和/或所述CO2捕集段(16)传递到所述闪蒸气体处理柱(12)。
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