CN102341158B - 在酸性气体脱除方法中用于热溶剂汽提回路的热集成 - Google Patents

Abstract

本系统和方法使用一种或多种提供塔顶废工艺热的方法以提高酸性气体脱除方法中热溶剂汽提再生回路的进料温度。加热的富溶剂料流可以为热溶剂汽提再生回路的初级进料，在下游装置中进一步加工以从溶剂中脱除酸性气体以前，可将一种或多种滑流加热，然后与加热的富溶剂料流结合以形成结合富溶剂料流。第一滑流可在汽提塔气体换热器中通过与汽提气体料流热交换而加热。第二滑流可在再生器交换器中通过与酸性气体料流热交换而加热。第三滑流可在再循环气体交换器中通过与压缩再循环气体料流热交换而加热。

Description

在酸性气体脱除方法中用于热溶剂汽提回路的热集成

发明领域

本文所公开的系统和方法通常涉及酸性气体脱除，更特别地涉及使用塔顶废工艺热升高酸性气体脱除方法中热溶剂再生回路的进料温度。

相关技术描述

酸性气体脱除方法广泛用于气体加工工业中以将酸性气体从天然气或合成气的进料气体中分离。合成气料流可例如为通过煤、焦炭或重质烃油的气化产生的合成气。通过分离酸性气体，使得进料气体更适于燃烧和/或进一步加工。一些酸性气体脱除方法可使用物理溶剂如聚乙二醇的二甲基醚，其以商品名由Dow Chemical Company市售。UOP许可的方法是使用物理溶剂的一种已知方法。这种方法可理想地适于选择性地脱除硫化氢(H₂S)和其它硫化合物，或二氧化碳(CO₂)的大部分脱除。这种方法也可用于脱除硫化羰(COS)、硫醇、氨、氰化氢(HCN)和羰基金属。

发明概述

本文所公开的系统和方法涉及使用塔顶废工艺热升高酸性气体脱除方法中热溶剂再生回路的进料温度。

一方面，提供一种酸性气体脱除方法，其包括将包含酸性气体的进料气体供入至少一个吸收器中，所述至少一个吸收器包含吸收酸性气体的吸收材料。可将酸性气体通过吸收而从进料气体中脱除以产生包含溶剂和酸性气体的第一富溶剂料流。可将至少一种滑流从第一富溶剂料流中分离并可通过热交换将至少一种滑流加热以产生至少一种加热的滑流。至少一部分第一富溶剂料流可进入桥式换热器(bridge heat exchanger)中以产生加热的富溶剂料流。该至少一种加热的滑流可与该加热的富溶剂料流结合以形成结合富溶剂料流。该结合富溶剂料流可送至浓缩器中以产生作为塔底料流的汽提溶剂料流和作为塔顶料流的汽提气体料流。

第二方面，提供一种酸性气体脱除方法，其包括将包含酸性气体的进料气体供入至少一个吸收器中，所述至少一个吸收器包含吸收酸性气体的吸收剂材料。可将酸性气体通过吸收而从进料气体中脱除以产生包含溶剂和酸性气体的第一富溶剂料流。可将至少一种滑流从第一富溶剂料流中分离并通过热交换将该至少一种滑流加热以产生至少一种加热的滑流。至少一部分第一富溶剂料流可送至桥式换热器中以产生加热的富溶剂料流。至少一种加热的滑流可与热富溶剂料流结合以形成结合富溶剂料流。结合富溶剂料流可送至浓缩器中以产生作为塔底料流的汽提溶剂料流和作为塔顶料流的汽提气体料流。汽提溶剂料流可送至再生器中以脱除酸性气体并产生作为塔顶料流的酸性气体料流和作为塔底料流的贫溶剂料流。汽提气体料流可送至分离器中以产生作为塔顶料流的再循环气体料流。再循环气体料流可送至一个或多个压缩机中以产生压缩再循环气体料流。

第三方面，提供一种酸性气体脱除方法，其包括将包含酸性气体的进料气体供入至少一个吸收器中，所述至少一个吸收器包含吸收酸性气体的吸收剂材料。可将酸性气体通过吸收而从进料气体中脱除以产生包含溶剂和酸性气体的第一富溶剂料流。可将第一滑流从第一富溶剂料流中分离并可在汽提塔气体换热器中通过与汽提气体料流热交换将第一滑流加热以产生加热的第一滑流。至少一部分第一富溶剂料流可送至桥式换热器中以产生加热的富溶剂料流。该第一加热的滑流可与加热的富溶剂料流结合以形成结合富溶剂料流。

附图简述

已选择具体实施例用于阐述和描述，并显示于附图中，形成说明书的一部分。

附图阐述酸性气体脱除方法的简化工艺流程图。

发明详述

酸性气体脱除方法100的简化工艺流程图描述于附图中。酸性气体脱除方法100为方法，但是应当理解本文所述方法和系统效率可应用于其它酸性气体脱除方法。

在酸性气体脱除方法100中，将进料气体110供入至少一个气体吸收器112中，在其中将酸性气体从进料气体110中脱除。所示方法100包括第一气体吸收器112和第二气体吸收器114，其以两段逆流工艺操作用于酸性气体脱除。如所述，第一阶段使用第一气体吸收器112将硫化氢从进料气体110中脱除，并也可脱除至少一些二氧化碳。第二阶段使用第二气体吸收器114脱除二氧化碳。第一和第二吸收器112和114各自含有吸收酸性气体并因此将酸性气体从进料气体110中脱除的吸收剂材料或溶剂如当达到溶剂吸收气体的容量时，溶剂变为废的，在它可再次用于吸收以前需要再生。溶剂的再生将酸性气体从溶剂中脱除。

用于方法100中的溶剂可热再生、通过闪蒸再生或用汽提气体再生。所述方法100包括在该方法中各个点的三类溶剂再生。

通常，方法100包括冷酸性气体吸收回路102、冷溶剂闪蒸再生回路104和热溶剂汽提再生回路106。在实践中，理想和有益的是保持热溶剂汽提回路106如方法极限容许那么热，同时保持冷回路102和104如方法极限容许那么冷。本文所公开的系统和方法使用一种或多种方法提供塔顶废工艺热以升高酸性气体脱除方法中热溶剂汽提再生回路106的进料温度。

在一些酸性气体脱除方法如图中阐述的方法中，桥式换热器108通常用于经由冷富溶剂与热贫溶剂之间的热交换而桥联热和冷回路。桥式换热器108可以为低温差换热器如可从Alfa Laval得到的Packinox换热器。温度差可在交换器的冷端低至5-10℃。然而，在典型的设计中，热端的温度差可以高达35-40℃。该高热端温度差是由于与热贫溶剂相比冷富溶剂中的质量过剩(酸性气体负载)。桥式换热器108中的高温差表示能效率低，这可导致热溶剂再生回路106的低进料温度。另一能效率低可由于浓缩器和汽提塔塔顶气冷式冷凝器中工艺热的损失导致，这占汽提塔再沸器任务的20-30％。大装置的汽提塔再沸器任务可容易地高达200MMBTU/小时。

如附图所述，在进入第一气体吸收器112中以前，进料气体110可通过进料-产物换热器116。进料-产物换热器116可用于加热进料气体110和冷却产物气体118。

第一气体吸收器112中的吸收剂介质如吸收酸性气体如硫化氢。因此进料气体110在第一吸收器112中经受第一吸收过程，这将酸性气体从进料气体110中脱除。第一气体吸收器112产生作为塔顶料流的中间产物料流120和作为塔底料流的第一富溶剂料流122。第一富溶剂料流122含有废溶剂和酸性气体，废溶剂在第一吸收过程期间已吸收酸性气体。酸性气体脱除方法100中各个含溶剂料流可包含各种水平的酸性气体，例如具有显著量的酸性气体并因此为富的，脱除至少一些酸性气体并因此为半贫的，脱除基本所有酸性气体且为贫的。在描述第一富溶剂料流122中使用术语“富”因此表示溶剂富含酸性气体。

中间产物料流120可送至第二气体吸收器114中。第二气体吸收器114含有吸收酸性气体如二氧化碳的吸收剂介质如中间产物料流120在第二吸收器114中经受第二吸收过程，这从中间产物料流120中脱除酸性气体。第二气体吸收器114产生作为塔顶料流的产物料流118和作为塔底料流的第二富溶剂料流124。产物料流118含有处理气体，并可在送至下游进一步加工或用于所需应用以前送至换热器116以加热进料气体料流110。第二富溶剂料流124含有废溶剂和酸性气体，废溶剂在第二吸收过程期间已吸收酸性气体。

第二富溶剂料流124可分成至少两种料流，包括冷溶剂闪蒸再生料流126和返回料流128。在至少一个实施例中，一部分第二富溶剂料流124可分离形成返回料流128，第二富溶剂料流124的其余部分可分离形成冷溶剂闪蒸再生料流126。冷溶剂闪蒸再生料流126可在冷溶剂闪蒸再生回路104中经受闪蒸再生以将至少一些吸收的酸性气体从溶剂中脱除并产生半贫溶剂料流130，其然后可返回第二气体吸收器114中。返回料流128可送至第一气体吸收器112中。返回料流128中的废溶剂和酸性气体可作为第一富溶剂料流122的一部分离开第一气体吸收器112。

富溶剂料流122为冷酸性气体吸收回路102的一部分。至少一部分富溶剂料流122可送至桥式换热器108中以产生加热的富溶剂料流132。加热的富溶剂料流132可以为热溶剂汽提再生回路106的进料料流。如下文所进一步讨论的，加热的富溶剂料流132可以为热溶剂汽提再生回路106的主要进料，其中一种或多种滑流可在下游装置中进一步加工以将酸性气体从溶剂中脱除以前与加热的富溶剂料流132结合形成结合富溶剂料流218。如附图所示，例如富溶剂料流可以与一种或多种滑流结合形成结合富溶剂料流218，其经受两段汽提过程以从溶剂中脱除酸性气体。

在第一汽提段中，结合的富溶剂料流218可送至第一汽提器如浓缩器134中。浓缩器134可以为汽提塔，其使用汽提气体160以从结合富溶剂料流218中脱除酸性气体如二氧化碳。汽提气体160可例如包括氢气，可优选主要为氢气。浓缩器134从结合富溶剂料流218中汽提酸性气体如二氧化碳。浓缩器134产生作为塔底料流的部分汽提溶剂料流136和作为塔顶料流的汽提气体料流138。汽提气体料流138可包括二氧化碳和汽提气体，还可包括硫化氢和来自进料气体110的其它组分。

部分汽提溶剂料流136可送至第二汽提塔如再生器140中以从溶剂中脱除剩余酸性气体。再生器140可例如使用热汽提以从部分汽提溶剂料流136中脱除硫化氢。再沸器158可与再生器140联合使用以促进在再生器140中从溶剂中脱除酸性气体的过程。再生器140产生作为塔顶料流的酸性气体料流144和作为塔底料流的贫溶剂料流142。

贫溶剂料流142可送至桥式换热器108中以为富溶剂料流122提供热，因此产生冷却的贫溶剂料流146。冷却的贫溶剂料流146可送至第二吸收器114中以补充第二吸收器114中的溶剂并再一次经受吸收过程。

汽提气体料流138，浓缩器134的塔顶料流可送至分离器148如分离罐中，其可从汽提气体料流中脱除液体以产生作为塔底料流的浓缩器塔顶浓缩料流150和作为塔顶料流的再循环气体料流152。再循环气体料流152可送至一个或多个压缩机154中以产生压缩再循环气体料流156。压缩再循环气体料流156可送至第一吸收器112中。浓缩器塔顶浓缩料流150可与部分汽提溶剂料流136结合，并可供入再生器140中。

热集成方案可在酸性气体脱除方法100中以一种或多种途径实现。优选，可提供塔顶废工艺热以升高热溶剂汽提再生回路106的进料温度。特别地，可将一种或多种滑流从富溶剂料流122中分离，其为第一吸收器112的塔底料流。一种或多种滑流可通过热交换加热以产生一种或多种加热的滑流，其然后在在下游装置中经受进一步加工以从溶剂中脱除酸性气体以前与加热的富溶剂料流132结合以形成结合富溶剂料流218。一种或多种加热的滑流可升高加热的富溶剂料流132的温度。

在第一实施例中，第一滑流200可从富溶剂料流122中分离。第一滑流200可优选为5-20重量％的富溶剂料流122。最优选，第一滑流200的溶剂质量可等于汽提气体料流138，浓缩器134塔顶料流的溶剂质量。第一滑流200可送至汽提塔气体换热器202中。第一滑流200可在汽提塔气体换热器202中通过与汽提气体料流138热交换而加热以产生加热的第一滑流204。加热的第一滑流204可与加热的富溶剂料流132结合形成结合富溶剂料流218，可将结合富溶剂料流218供入浓缩器134中。第一滑流200的使用可升高热富溶剂料流132的温度。优选，热第一滑流204可将热富溶剂料流132的温度升高10-15℃或更大。热第一滑流204的温度升高可提高浓缩器134的性能。加热的第一滑流204的温度升高还可导致部分汽提溶剂料流136的温度升高，并可减轻所需再沸器158的任务。

在第二实施例中，第二滑流206可从富溶剂料流122中分离。第二滑流206可优选为5-20重量％的富溶剂料流122。最优选，第二滑流206的溶剂质量可等于酸性气体料流144，再生器140的塔顶料流的溶剂重量。第二滑流206可送至再生器换热器208中。第二滑流206可在再生器交换器208中通过与酸性气体料流144热交换而加热以产生加热的第二滑流210。加热的第二滑流210可与加热的富溶剂料流132结合形成结合富溶剂料流218，可将结合富溶剂料流218供入浓缩器134中。

在第三实施例中，第三滑流212可从富溶剂料流122中分离。第三滑流212可优选为5-20重量％的富溶剂料流122。最优选，在一个或多个压缩机154中压缩以后，第三滑流212的溶剂质量可等于压缩再循环气体料流156，分离器148的塔顶料流的溶剂质量。第三滑流212可进入再循环气体换热器214中。第三滑流212可在再循环气体交换器214中通过与压缩再循环气体料流156热交换而加热以产生加热的第三滑流216。加热的第三滑流216可与加热的富溶剂料流132结合形成结合富溶剂料流218，可将结合富溶剂料流218供入浓缩器134中。

取决于任何给定应用中所用酸性气体脱除方法的类型，上述滑流可一起或分别地实现。因此，用于酸性气体脱除的系统和方法可包括第一滑流200、第二滑流206和第三滑流212中至少一种。例如，可将第二滑流206应用至使用胺装置的酸性气体脱除方法中。关于方法，已发现滑流1提供与第二和第三滑流206和212相比更高的热量回收值。因此，这种酸性气体脱除方法优选包括至少第一滑流200，并可进一步包括第二滑流206和滑流212中至少一种，或二者。使用所有三种滑流可导致加热的富溶剂料流132的温度升高至多25℃。使用所有三种滑流还可优选导致浓缩器134的更有效操作，可需要少15-20％的汽提气体。再沸器158的任务要求也可减轻15-30％。

上述热集成可受富溶剂料流122中的酸性气体负载影响，并且基于相对贫溶剂使用过量富溶剂可提供更大的利益。在一些实施例中，已发现高压装置可提供与低压装置相比更大比例的节能。

从上文中，应当理解尽管已描述了具体实施例用于阐述，但可不偏离本公开内容的精神或范围地作出各种改进。因此上述详述为说明性而不是限制性的，应当理解权利要求书，包括所有等效物特别用于指出并明确要求保护所要求保护的主题。

Claims (10)

1.一种酸性气体脱除方法，其包括如下步骤：

将包含酸性气体的进料气体供入至少一个吸收器中，所述至少一个吸收器包含吸收酸性气体的吸收剂材料；

将酸性气体通过吸收而从进料气体中脱除以产生包含溶剂和酸性气体的第一富溶剂料流；

将至少一种滑流从第一富溶剂料流中分离并通过热交换将至少一种滑流加热以产生至少一种加热的滑流；

将至少一部分第一富溶剂料流送至桥式换热器中以产生加热的富溶剂料流；

将至少一种加热的滑流与加热的富溶剂料流结合以形成结合富溶剂料流，所述加热的滑流可升高加热的富溶剂料流的温度；和

将结合富溶剂料流送至浓缩器中以产生作为塔底料流的汽提溶剂料流和作为塔顶料流的汽提气体料流。

2.根据权利要求1的酸性气体脱除方法，其中所述至少一种滑流包含第一滑流，所述第一滑流在汽提塔气体换热器中通过与汽提气体料流热交换而加热以产生加热的第一滑流。

3.根据权利要求2的酸性气体脱除方法，其中所述第一滑流为5-20重量％的富溶剂料流。

4.根据权利要求2的酸性气体脱除方法，其中所述第一滑流的溶剂质量基本等于汽提气体料流的溶剂质量。

5.根据权利要求1的酸性气体脱除方法，其进一步包括：将汽提溶剂料流送至再生器中以脱除酸性气体并产生作为塔顶料流的酸性气体料流和作为塔底料流的贫溶剂料流。

6.根据权利要求5的酸性气体脱除方法，其中所述至少一种滑流包含第二滑流，所述第二滑流在再生器换热器中通过与酸性气体料流热交换而加热以产生加热的第二滑流。

7.根据权利要求6的酸性气体脱除方法，其中所述第二滑流为5-20重量％的富溶剂料流。

8.根据权利要求1的酸性气体脱除方法，其进一步包括：

将汽提气体料流送至分离器中以产生作为塔顶料流的再循环气体料流；和将再循环气体料流送至一个或多个压缩机中以产生压缩再循环气体料流。

9.根据权利要求8的酸性气体脱除方法，其中所述至少一种滑流包含第三滑流，所述第三滑流在再循环气体换热器中通过与压缩再循环气体热交换而加热以产生加热的第三滑流。

10.根据权利要求9的酸性气体脱除方法，其中所述第三滑流为5-20重量％的富溶剂料流。