CN102371107B - 用于酸性气体去除的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种气体纯化系统(144)，所述系统包括硫化氢(H2S)吸收器(148)、二氧化碳(CO2)吸收器(150)、闪蒸罐(186)和H2S浓缩器(204)。该气体纯化系统(144)还可包括在CO2吸收器(150)之前通过H2S吸收器(148)的气体路径(152)，序贯通过CO2吸收器(150)、H2S吸收器(148)和H2S浓缩器(204)的第一溶剂路径(160和172)，以及序贯通过CO2吸收器(150)、闪蒸罐(186)和H2S浓缩器(204)的第二溶剂路径(162和200)，其中所述第一和第二溶剂路径流动共用溶剂。

Description

用于酸性气体去除的系统
发明背景
本文公开的主题涉及在发电厂中的二氧化碳捕集和酸性气体去除。
总的来说，整体气化联合循环(IGCC)发电厂能由各种烃原料(比如煤)相对干净和有效地产生能量。通过氧与蒸汽在气化器中反应，IGCC技术可将烃原料转化为一氧化碳(CO)和氢(H2)的气体混合物，即，合成气。可将这些气体脱硫(sweeten)、处理和用作常规联合循环发电厂中的燃料。例如，可将合成气注入IGCC发电厂的燃气涡轮机的燃烧器并点燃，为燃气涡轮机提供动力，用于产生电力。
合成气的脱硫和处理可包括从合成气中去除不同于H2S的杂质。遗憾的是，在去除不同杂质时通常有折衷。例如，去除硫可影响去除含碳气体。因此，期望能从所产生的合成气中充分去除各种杂质的方法和系统。
发明概述
以下概述在原始要求保护的发明的范围内的某些实施方案。这些实施方案不意欲限制要求保护的发明的范围，而是这些实施方案仅意欲提供对本发明的可能形式的简要概述。实际上，本发明可包括与以下所述实施方案类似或不同的多种形式。
在第一实施方案中，气体纯化系统包括硫化氢(H2S)吸收器、二氧化碳(CO2)吸收器、闪蒸罐、H2S浓缩器、通过在CO2吸收器上游的H2S吸收器的气体路径，序贯通过CO2吸收器、H2S吸收器和H2S浓缩器的第一溶剂路径，以及序贯通过CO2吸收器、闪蒸罐和H2S浓缩器的第二溶剂路径，其中所述第一和第二溶剂路径流动共用溶剂。
在第二实施方案中，气体纯化系统包括硫化氢(H2S)吸收器，其被设置为从原料气体中除去H2S以产生脱硫的气体和富含H2S的流体，其中所述原料气体包含少于约1％体积的H2S；溶剂回收单元，其被设置为从所述富含H2S的流体中产生酸性气体流，其中所述酸性气体流包含大于约25％体积的H2S；和二氧化碳(CO2)回收单元，其被设置为从脱硫的气体中除去CO2以产生具有大于约90％的CO2浓度的CO2捕集气体。
在第三实施方案中，气体纯化系统包括被设置为加压至第一压力水平的硫化氢(H2S)浓缩器塔，其包括被设置为接受富含二氧化碳(CO2)并且贫H2S的第一溶剂的第一溶剂入口，被设置为接受富含H2S并且富含CO2的第二溶剂的第二溶剂入口，被设置为促进在第一和第二溶剂的蒸气相与液相之间传质的填充材料，被设置为将第一和第二溶剂的混合物传递出H2S浓缩器塔的溶剂出口，被设置为接受富含CO2的汽提气体(strippinggas)的第一气体入口，以及被设置为排放所述富含CO2的汽提气体的第一气体出口。
附图简述
参考附图，在阅读以下详细说明以后，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，其中在整个附图中相同的符号代表相同的部件，其中：
图1为整体气化联合循环(IGCC)发电厂的一个实施方案的示意性方框图；
图2为图1的气体净化单元的酸性气体去除(AGR)单元的一个实施方案的示意性方框图；
图3为图2的AGR单元的各部件(element)的第一实施方案的示意性方框图；和
图4为图2的AGR单元的各部件的第一实施方案的详细方框图。
发明详述
以下将描述本发明的一个或多个具体的实施方案。试图提供这些实施方案的简明描述，在本说明书中可能未描述实际实施的全部特征。应理解的是，在任何这些实际实施的开发中，如在任何工程或设计方案中，必须作出众多根据实施特定的选择以达到开发者的具体目标，比如与系统相关和业务相关的限制一致，这样的限制在各实施之间可能不同。此外，应理解的是，这种开发成果可能复杂且耗时，但对于受益于本公开的普通技术人员，其仍然是设计、制作和制造的常规工作。
在介绍本发明的各种实施方案的各要素时，冠词“一”、“一个”“该”和“所述”意指存在一个或多个要素。术语“包含”、“包括”和“具有”意为包含性的，表示可存在不同于所列要素的另外的要素。
所公开的实施方案涉及由合成气产生酸性气体流，并同时捕集含碳气体(例如，二氧化碳)。可对粗合成气(rawsyngas，也就是，存在硫化氢(H2S)的合成气)进行处理，以产生脱硫的合成气(sweetsyngas，也就是，存在最低水平(比如，25百万分率)的H2S的合成气)。该过程可例如在整体气化联合循环系统的酸性气体去除(AGR)部分中发生。AGR可产生酸性气体，该酸性气体可传送至硫处理器，用于去除存在于该酸性气体中的任何硫。此外，在粗合成气中可存在一些二氧化碳(CO2)。捕集该CO2用于储存和/或用于其他应用可为有利的。
在一些实施方案中，低硫煤(例如，具有低浓度硫的煤)可用于产生合成气。使用这些煤可使上述硫回收过程复杂化。为了确保酸性气体具有足够量的H2S存在于酸性气体中以产生有效硫处理以及确保CO2流含有足够体积水平的CO2以满足储存或其他下游要求，可将共用溶剂从AGR的CO2回收单元中的闪蒸罐传送至AGR的溶剂回收单元。该共用溶剂可携带CO2，可通过溶剂回收单元汽提该CO2，并加入到通过AGR的CO2回收单元捕集的CO2中。
在这种方式中，通过AGR产生的总体CO2水平可包含至少约90％体积CO2，而通过AGR产生的酸性气体流可包含至少约25％体积H2S，这多半是能进行有效硫处理的H2S的量(当利用低硫煤来产生硫时可能是相关的)。此外，捕集的CO2流可包含至多约2000百万分率(ppm)H2S。最后，通过AGR产生的脱硫的合成气可包含少于或等于约25ppmH2S。因此，该AGR可满足由酸性气体(即使当该酸性气体为低硫煤的产物时)得以彻底回收硫的技术条件，同时满足，例如，在应用(比如强化采油)中使用CO2的某些环境规章以及涉及使用合成气作为IGCC系统中的燃料源的某些环境规章。
图1是可通过合成的气体(即，合成气)提供动力的整体气化联合循环(IGCC)系统100的一个实施方案的图。IGCC系统100的各部件可包括燃料源102，例如固体进料，其可用作IGCC的能量来源。燃料源102可包括煤(包括低硫含量煤)、石油焦炭、生物质、基于木材的物质、农业废物、焦油、焦炉煤气和沥青或其他含碳物质。
可将燃料源102的固体燃料通到原料制备单元104。原料制备单元104可例如通过切割、研磨、撕碎、磨碎、压块或堆积燃料源102，将燃料源102改变尺寸或重新成形，以产生原料。此外，可将水或其他适合的液体加入到原料制备单元104中的燃料源102，以产生浆料原料。在其他实施方案中，不向燃料源中加入液体，因此得到干燥原料。
可将原料从原料制备单元104通到气化器106。气化器106可将原料转化为合成气，例如，一氧化碳和氢的组合。通过使原料在升高的压力(例如，约20巴-85巴)和温度(例如，约700℃-1600℃)下经受受控量的蒸汽和氧可完成该转化，温度和压力取决于利用的气化器106的类型。该气化过程可包括使原料进行热解过程，从而将原料加热。在热解过程期间，气化器106内的温度可为约150℃-700℃，取决于用于产生该原料的燃料源102。在热解过程期间加热原料可产生固体(例如，炭)和残余气体(例如，一氧化碳、氢和氮)。由原料热解过程剩余的炭可仅占初始原料重量的最多约30％的重量。
可随后在气化器106中发生燃烧过程。燃烧可包括向炭和残余气体中引入氧。炭和残余气体可与氧反应，形成二氧化碳和一氧化碳，为随后的气化反应提供热量。燃烧过程期间的温度可为约700℃-1600℃。接着，在气化步骤期间可将蒸汽引入到气化器106中。在约800℃-1100℃的温度下，炭可与二氧化碳和蒸汽反应，产生一氧化碳和氢。本质上，气化器利用蒸汽和氧使得一些原料“燃烧”以产生一氧化碳和能量，这驱动第二反应，将更多原料转化为氢和另外的二氧化碳。
采用这种方式，通过气化器106制造生成物气体。该生成物气体可包含约85％的一氧化碳和氢，以及CH4、HCl、HF、COS、NH3、HCN和H2S(基于原料的硫含量)。该生成物气体可称为粗合成气并且可包含少于约20％体积的H2S。气化器106还可产生废物，例如熔渣107，其可为湿灰物质。可将该熔渣107从气化器106中除去并处理，例如，作为路基或作为另一种建筑材料。为了使粗合成气脱硫，可利用气体处理单元108。气体处理单元108可洗涤粗合成气以从粗合成气中除去HCl、HF、COS、HCN和H2S，其可包括将富含H2S的酸性气体分离和经由路径109传送至硫处理器110。该酸性气体可通过硫处理器110处理，以产生硫111。此外，气体处理单元108可经由可利用水纯化技术的水处理单元112将盐113从粗合成气分离，以由粗合成气产生有用的盐113。气体处理单元108还可进行二氧化碳(CO2)捕集，从而将CO2从粗合成气中除去，并沿着路径114传送至例如用于外部传送的管线。在上述过程之后，沿着路径115离开气体处理单元108的气体可包括脱硫的合成气(即，基本上不含硫)以及残余的气体组分例如NH3(氨)。
气体处理器116可用于从脱硫的合成气中除去残余的气体组分117，比如，氨和甲烷，以及甲醇或任何残余的化学品。不过，由于即使当脱硫的合成气含有残余的气体组分117(例如，尾气)时仍可用作燃料，从脱硫的合成气中去除残余的气体组分117是任选的。此时，脱硫的合成气可包含约3％CO、约55％H2和约40％CO2并且基本上汽提H2S。应注意到，基于在气体处理单元108中完成的CO2捕集的水平，在脱硫的合成气中CO和H2的百分比可提高。可将该脱硫的合成气作为可燃燃料传送至燃烧器120，例如，燃气涡轮发动机118的燃烧室。
IGCC系统100可进一步包括空气分离单元(ASU)122。ASU122可通过例如蒸馏技术促使空气分离成为组分气体。ASU122可从由辅助的空气压缩机123供应给它的空气中将氧分离，并且ASU122可将已分离的氧转移至气化器106。此外，ASU122可将已分离的氮传送至稀释氮(DGAN)压缩机124。
DGAN压缩机124可将由ASU122接受的氮压缩至至少与燃烧器120中相同的压力水平，以不影响合成气的彻底燃烧。由此，一旦DGAN压缩机124已充分压缩氮至适当的水平，则DGAN压缩机124可将已压缩的氮传送至燃气涡轮发动机118的燃烧器120。
如前所述，可将已压缩的氮从DGAN压缩机124传送至燃气涡轮发动机118的燃烧器120。燃气涡轮发动机118可包括涡轮机130、驱动轴131和压缩机132，以及燃烧器120。燃烧器120可接受燃料(比如合成气)，其可在压力下由燃料喷嘴喷射。该燃料可与已压缩的空气以及来自DGAN压缩机124的已压缩的氮混合，并在燃烧器120内燃烧。该燃烧可产生热增压的排气。
燃烧器120可将该排气导向涡轮机130的排气出口。当来自燃烧器120的排气通过涡轮机130时，排气可推动涡轮机130中的涡轮机叶片沿着燃气涡轮发动机118的轴旋转驱动轴131。如所示的，驱动轴131连接至燃气涡轮发动机118的各种部件，包括压缩机132。
驱动轴131可将涡轮机130与压缩机132连接，形成转子。压缩机132可包括与驱动轴131连接的叶片。由此，涡轮机130中的涡轮叶片的旋转可使驱动轴131将涡轮机130与压缩机132连接，以旋转在压缩机132内的叶片。压缩机132中叶片的这一旋转使压缩机132压缩经由压缩机132中的空气入口接受的空气。随后可将已压缩的空气给至燃烧器120，并与燃料和已压缩的氮混合，以得到更高效的燃烧。驱动轴131还可与负载134连接，负载134可为固定负载，比如用于产生电能的发电机，例如，在发电厂中。实际上，负载134可为通过燃气涡轮发动机118的转动输出提供动力的任何适合的装置。
IGCC系统100还可包括蒸汽涡轮发动机136和热量回收蒸汽发生(HRSG)系统138。蒸汽涡轮发动机136可驱动第二负载140。第二负载140也可为用于产生电能的发电机。然而，第一负载134和第二负载140均可为能被燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136驱动的其他类型的负载。此外，虽然如在图示的实施方案中所示，燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136可驱动单独的负载134和140，但是燃气涡轮发动机118和蒸汽涡轮发动机136还可串联利用，经由单轴驱动单一负载。蒸汽涡轮发动机136以及燃气涡轮发动机118的具体构造可为根据实施特定的，并且可包括零部件的任意组合。
系统100还可包括HRSG138。可将来自燃气涡轮发动机118的已加热排气传送至HRSG138内并用于加热水和产生蒸汽，该蒸汽用于为蒸汽涡轮发动机136提供动力。可将例如来自蒸汽涡轮发动机136的低压部分的排气导向冷凝器142。冷凝器142可利用冷却塔128将加热的水交换为冷却的水。冷却塔128用于为冷凝器142提供冷水，以帮助使由蒸汽涡轮发动机136传送至冷凝器142的蒸汽冷凝。来自冷凝器142的冷凝物可继而导向HRSG138。同样，来自燃气涡轮发动机118的排气还可导入HRSG138，以加热来自冷凝器142的水并产生蒸汽。
在联合循环系统比如IGCC系统100中，热排气可由燃气涡轮发动机118流动并通向HRSG138，在HRSG138中可用于产生高压高温蒸汽。由HRSG138产生的蒸汽可随后通过蒸汽涡轮发动机136，用于产生能量。此外，还可将产生的蒸汽供应至可利用蒸汽的任何其他过程，比如供应至气化器106。燃气涡轮发动机118产生的循环通常称为“顶循环”，而蒸汽涡轮发动机136产生的循环通常称为“底循环”。如图1所示将这两个循环组合，IGCC系统100在两个循环中都可产生更大的效率。具体地，可收集来自顶循环的排气热量并用来产生底循环中使用的蒸汽。
图2举例说明如上所讨论的气体处理单元108的第一实施方案的示意性方框图。气体处理单元108可包括酸性气体去除(AGR)单元144，该AGR单元144促使从接受的粗合成气(其可由低硫燃料来源(比如，低硫含量煤)产生)中除去例如H2S和CO2，导致粗合成气中更低浓度的H2S(约少于0.1、0.2、0.5、1或2％体积H2S)。在一个实施方案中，AGR单元144可接受粗合成气，并且可处理粗合成气以产生(富含H2S的)酸性气体，用于沿着路径109传送。此外，AGR单元144可处理粗合成气以产生CO2流，用于沿着路径114传送。最后，通过由接受的粗合成气除去H2S和CO2，AGR单元144可产生脱硫的合成气，用于沿着路径115传送。采用这种方式，AGR单元144可促使粗合成气“去臭(sweeten)”(即，从粗合成气中除去酸性气体，像从粗合成气中除去CO2)。
在一个实施方案中，沿着路径109传送的酸性气体可包含至少约25％体积H2S，即使由低硫含量燃料产生。也就是，沿着路径109传送的酸性气体可包含至少等于或大于约25％、30％、35％、40％体积或更多的H2S。此外，沿着路径114传送的已捕集的CO2流可包含至少约90％体积CO2。也就是，沿着路径114传送的CO2流可包含至少等于或大于约90％、95％体积或更多CO2。此外，沿着路径114传送的已捕集的CO2流可包含至多约2000百万分率(ppm)H2S。最后，沿着路径115传送的脱硫的合成气可包含至多约25ppmH2S。以上技术条件可使得能够由该酸性气体彻底回收硫，并且可满足，例如，在应用(比如强化采油)中使用CO2的某些环境规章以及涉及使用合成气作为IGCC系统100中的燃料源的某些环境规章。
图3为含有各种部件的AGR单元144的一个实施方案的示意性方框图，这些部件执行的过程同时满足用于在AGR单元144中产生酸性气体、CO2和脱硫的合成气的以上所列的技术条件。粗合成气可沿着路径146流动并且可进入H2S吸收器148。H2S吸收器148可促使从粗合成气中除去H2S并且可将该贫H2S、富含CO2的合成气流沿着路径152通向CO2吸收器150。CO2吸收器150可促使从由路径152接受的贫H2S、富含CO2的流除去CO2。通过从由路径152接受的贫H2S、富含CO2的流去除CO2，CO2吸收器150可沿着路径115传送贫H2S且贫CO2的脱硫的合成气，使得脱硫的合成气可包含至多约25ppmH2S。
在H2S吸收器148中从粗合成气去除H2S以及在CO2吸收器150中从由路径152接受的贫H2S富含CO2的流去除CO2，可经由胺气体处理完成，其中具有一种或多种不同链烷醇胺(或胺)的液体溶剂可用于从气体中除去H2S和CO2。用于这种方式的胺的实例包括，例如，单乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙基胺和氨基乙氧基乙醇。胺溶剂可为共用胺溶剂，即，在AGR单元144的各种部件中可共同地传送，这些部件包括H2S吸收器148、CO2吸收器150、溶剂回收单元154和CO2回收单元164，如下所述。
在一个实施方案中，胺溶剂可例如从溶剂回收单元154沿着路径156传送。可将该溶剂(开始时贫H2S和CO2)传送至CO2吸收器150，在这里该溶剂吸收CO2。在CO2吸收器150中溶剂的路径在会合点158处可分成两路溶剂路径。也就是，一部分溶剂(现在贫H2S并且富含CO2)可沿着路径160传送至H2S吸收器148，以从粗合成气流中吸收H2S，使沿着路径172的溶剂将富含H2S和CO2。可将剩余的贫H2S并且富含CO2的溶剂从会合点158沿着路径162传送至CO2回收单元164。CO2回收单元164可例如经由汽提塔和再沸器从贫H2S并且富含CO2的溶剂除去CO2，并且可沿着路径168将捕集的CO2通向CO2压缩单元166，用于在路径114上传送CO2。
此外，CO2回收单元164可沿着路径170传送贫H2S并且适度富含CO2的溶剂，用于传送至CO2吸收器150。例如，沿着路径170传送的贫H2S并且适度富含CO2的溶剂可与从溶剂回收单元154沿着路径156传送的溶剂混合。此外和/或作为选择，可将沿着路径170传送的贫H2S并且适度富含CO2的溶剂直接传送至CO2吸收器150。
此外，富含H2S并且富含CO2的溶剂可从H2S吸收器148沿着路径172传送至溶剂回收单元154。在溶剂回收单元154中，该溶剂可汽提其所吸收的H2S，可将该H2S作为酸性气体沿着路径109传送。应注意到，本文所述的溶剂可指通过H2S吸收器148、CO2吸收器150和溶剂回收单元154和CO2回收单元164的每一个的共用溶剂。此外，该溶剂可汽提其吸收的CO2，可将该CO2沿着路径174传送至CO2压缩单元166。此外，利用该构造，可沿着路径109将酸性气体传送至例如硫处理器110，从而该酸性气体可包含至少约25％体积H2S，即使当由低硫含量燃料产生时。由于该酸性气体可包含至少约25％体积H2S，在硫处理器110中可发生该酸性气体中硫的有效处理。同时，在产生该酸性气体时，可产生CO2用于传送，从而该CO2包含至少约90％体积CO2和至多约2000百万分率(ppm)H2S。因此，上述AGR单元144能处理甚至低硫含量的燃料并且产生酸性气体，该酸性气体使得在硫处理器110中能进行有效硫处理，同时能有效地捕集碳。
图4举例说明AGR单元144的详细的方框图。粗合成气可沿着路径146通过，并且可进入H2S吸收器148，该H2S吸收器148可包括H2S吸收塔176。从路径160引入的溶剂(贫H2S并且富含CO2)可与富含H2S并且富含CO2的粗合成气在H2S吸收塔176中相互作用，这样可使H2S吸收到沿着路径172离开的溶剂(现在富含H2S并且富含CO2)中。现在贫H2S并且富含CO2的合成气可经由路径152离开H2S吸收塔176并且可进入CO2吸收塔178，在这里贫H2S并且富含CO2的合成气可与经由路径156接受到CO2吸收塔178中的贫H2S并且贫CO2的溶剂接触。由路径156引入的贫H2S并且贫CO2的溶剂可与贫H2S并且富含CO2的合成气在CO2吸收塔178中相互作用，这样可使CO2吸收到从路径156接受的贫H2S并且贫CO2的溶剂中。现在基本上不含H2S和CO2的脱硫的合成气可从CO2吸收塔178经由路径115通过。
当脱硫的合成气离开CO2吸收器150的CO2吸收塔178时，传感器180可检测在脱硫的合成气中H2S的量。传感器180可将指示在脱硫的合成气中H2S水平的信号沿着路径182传送至溶剂控制器184。溶剂控制器184可接受信号，并且可确定在会合点158分开的多少部分贫H2S并且富含CO2的溶剂应沿着路径160传送至H2S吸收塔176以及多少部分贫H2S并且富含CO2的溶剂应沿着路径162传送至CO2回收单元164。例如，在一个实施方案中，溶剂控制器184可调节通过会合点158的贫H2S并且富含CO2的溶剂，使得至多约10％体积的贫H2S并且富含CO2的溶剂沿着路径160传送，而至少约90％体积的贫H2S并且富含CO2的溶剂沿着路径162传送。通过控制传送至H2S吸收器148和CO2回收单元164的贫H2S并且富含CO2的溶剂，溶剂控制器可确保产生的脱硫的合成气、酸性气体、CO2与例如使用者或标准设定的任何技术条件一致。
如上所指出地，至少约90％体积的贫H2S并且富含CO2的溶剂可沿着路径162传送。已通过CO2吸收器150的该贫H2S并且富含CO2的溶剂将被CO2饱和。可将贫H2S并且富含CO2的溶剂沿着路径162传送至CO2回收单元164中，该CO2回收单元164可包括单一闪蒸罐或多级的闪蒸罐组(例如，歧管闪蒸罐、一群或一排闪蒸罐)。闪蒸罐可为用于经由罐中的压力下降将气体与液体分离的罐。也就是，如果溶解于溶剂中的气体的蒸气压大于给定的罐中的压力，则气体与溶剂分离(例如，逸出)。与溶剂分离的气体的量可基于各种因素，比如溶剂的类型、闪蒸罐的操作温度和/或闪蒸罐内的压力。
因此，在一个实施方案中，可将贫H2S并且富含CO2的溶剂由路径162传送至高压闪蒸罐186。可将高压闪蒸罐186加压至低于高压闪蒸罐186上游的吸收塔178的压力的水平。例如，可将吸收塔178加压至约600psi的水平，而可将高压闪蒸罐186加压至比吸收塔178低约50、100、150、200、250或300psi的水平。由此，由路径162传送的溶剂的压力高于高压罐186，这引起在高压罐186中闪蒸(例如，由于压力下降，溶剂中已溶解的蒸气释放)。这种从溶剂的气体释放可使一部分，例如，至少5、10、15、20、25％体积或更多的CO2从溶剂中释放。该CO2可随后经由路径188传送，用于例如再循环压缩机以压缩CO2来被例如气化器106使用，而在经高压闪蒸的溶剂中剩余的CO2将随后处理，用于储存、封存等，如下所述。
在高压闪蒸完成之后，可经由路径192将溶剂传送至中压分离器190。中压分离器190可采用与高压闪蒸罐186基本上相同的方式操作，不同之处在于中压分离器190可进行沿着路径192传送的溶剂的“闪蒸”。可将中压分离器190加压至比高压罐186低约50、100、150、200、250或300psi的水平。该闪蒸可使一部分，例如，至少25、30、35、40、45％体积或更多的CO2从经高压闪蒸的溶剂中释放。释放的CO2可随后经由路径168传送，用于在CO2压缩单元166中通过压缩机194被压缩。此外，约75、70、85、90或95％或至少约90％的经高压和中压闪蒸的溶剂可经由路径200从中压分离器190传送至溶剂回收单元154，如以下将更详细描述的。剩余的约5、10、15、20或25％的经高压和中压闪蒸的溶剂可经由路径196从中压分离器190传送至低压闪蒸罐198。
低压闪蒸罐198可采用与高压闪蒸罐186和中压分离器190基本上相同的方式操作，不同之处在于低压闪蒸罐198可进行沿着路径196传送的溶剂的低压“闪蒸”。可将低压闪蒸罐198加压至比中压分离器190低约50、100、150、200、250或300psi的水平。该闪蒸可引起一部分，例如，至少10、15、20、25、30％体积或更多的CO2由经高压和中压闪蒸的溶剂中释放。该CO2可随后经由路径168传送，用于在CO2压缩单元166中通过压缩机194压缩。此时，溶剂基本上不含H2S和CO2二者。因此，它可沿着路径170由低压闪蒸罐198通向例如溶剂再循环泵202，在这里溶剂可与沿着路径156的溶剂合并，用于传送至CO2吸收器150。
如上所述，可将显著存在CO2(在高压闪蒸之前，存在约60、70、75、80、85、90％的CO2)的贫H2S溶剂可经由路径200从中压分离器190传送至溶剂回收单元154。此外，富含H2S并且富含CO2的溶剂可经由路径172传送至溶剂回收单元154。来自路径172和200的溶剂可通过单独的入口进入H2S浓缩塔204并且可在H2S浓缩塔204中相互作用。H2S浓缩塔204可包括在整个塔204中无规分散的填充材料，使得来自路径172和200的蒸气-液体接触的表面积增加。因此，填充材料可使得液相与蒸气相之间混合，以促进H2S从液相到蒸气相的传质。此外，H2S浓缩塔204中的压力可低于H2S吸收塔176中的压力。例如，H2S浓缩塔204中的压力可比吸收塔176中的压力低约100、200、300或400psi。该压力差可引起来自路径172的溶剂的闪蒸，使该溶剂释放CO2。该CO2可在塔204中释放，用于沿着路径206经由出口传送。
此外，混合溶剂，包括来自路径172和200的溶剂可经往路径208的出口离开H2S浓缩塔204进入H2S浓缩再沸器210。再沸器210可对经由路径208接受的溶剂施加热量，以及接受经入口由路径212供应的汽提气体。加热溶剂和在再沸器210中施用汽提气体(例如，粗合成气、氮和/或氢)的组合可引起溶剂中的一部分CO2在再沸器210中由溶剂释放。该CO2以及汽提气体可随后经路径214由H2S浓缩再沸器210的出口传送至H2S浓缩塔204的气体入口，其中它可通过H2S浓缩塔204并经往路径206的气体出口离开H2S浓缩塔204。
离开再沸器210的富含H2S并且存在CO2(相对于再沸器210中的溶剂，约至少15、20、25或30％体积CO2)可沿着路径216传送至例如压力控制阀218。该压力控制阀218可促使来自介质的压力降低不超过约10、15、20、25或50psi。这样可使沿着路径220传送的溶剂在进入转移气体闪蒸罐222时处于低压。转移气体闪蒸罐222可闪蒸该溶剂，即，可进行低压“闪蒸”，引起富含H2S并且存在CO2的溶剂中存在的一部分(例如，在至少80、85、90、95％体积或更多)剩余CO2被释放。随后可将该CO2传送至多通路阀比如三通阀226。CO2可经由三通阀226转向至会合点227，用于与从路径206接受的CO2合并(用于传送至CO2压缩单元166)或转向至与路径109汇合至硫处理器110中的硫回收过程。在一个实施方案中，可根据改变的工艺因素来控制由三通阀226传送的CO2的量和流动，这些改变的工艺因素可能涉及以下情况而出现：发生启动/关闭、下游故障/计划停机(例如，预定的维护)和/或合成气组成改变(例如，再循环CO2中断)。
因此，沿着路径228从转移气体闪蒸罐222转移的溶剂可为富含H2S并且贫CO2(约5％体积或更少CO2)的。可将溶剂传送至溶剂汽提塔230。溶剂汽提塔可包括在整个塔230中无规分散的填充材料，该填充材料使蒸气-液体接触的表面积增加得以发生。因此，填充材料可使液相与蒸气相之间得以混合，以促进将H2S从液相传质至蒸气相。也就是，当溶剂与填充材料相互作用时，H2S可转化成蒸气形式并且可经由路径232传送至溶剂汽提塔冷凝器234，该溶剂汽提塔冷凝器234可为换热器，其通过冷凝溶剂(例如，经由冷却过程)冷却气体流，以从沿着路径232接受的H2S气体流中除去任何剩余的溶剂。因此，H2S气体流可作为用于硫回收的酸性气体从溶剂汽提塔冷凝器234沿着路径109传送。此外，溶剂汽提塔冷凝器234可传送沸点落入塔230中溶剂和H2S的沸点之间的任何其他组分(例如，水)。采用这种方式，冷凝器234可将沸点落入溶剂与H2S之间的化合物返回至溶剂汽提塔230。
当H2S在溶剂汽提塔230中由溶剂汽提时，可进行收集并经由路径238传送至溶剂汽提塔再沸器240，该溶剂汽提塔再沸器240可为换热器，其对溶剂施加热量以从溶剂中汽提出任何剩余的H2S气体。可将由溶剂汽提的任何H2S气体经由路径242传送至溶剂汽提塔230，在这里该H2S气体可经由路径232离开溶剂汽提塔230。在溶剂汽提塔再沸器240中处理之后，溶剂(现在基本上不含H2S和CO2二者)可沿着路径156从溶剂汽提塔再沸器240传送至溶剂再循环泵202。采用这种方式，溶剂回收单元154可促使溶剂净化基本上所有的从粗合成气中汽提的H2S。此外，CO2可由该溶剂提取，用于传送至例如与路径114连接的CO2管线。此外，通过在溶剂回收单元154中包括该CO2捕集，沿着路径114传送的CO2气体流的约至少90％体积或更多的可为CO2。
本书面描述使用实施例来公开本发明，包括最佳方式，并且能使任何本领域技术人员实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统和进行任何并入的方法。本发明的可以取得专利的范围通过权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他实施例。这些其他实施例，只要其结构要素与权利要求书的字面语言没有不同，或者包括与权利要求书的字面语言没有实质差别的等价结构要素，则认为这些其他实施例在权利要求的范围内。
部件列表
100 整体气化联合循环(IGCC)系统
102 燃料源
104 原料制备单元
106 气化器
107 熔渣
108 气体处理单元
109 路径
110 硫处理器
111 硫
112 水处理单元
113 盐
114 路径
115 路径
116 气体处理器
117 残余的气体组分
118 燃气涡轮发动机(GT)
120 燃烧器(CC)
122 空气分离单元(ASU)
123 空气压缩机
124 稀释氮(DGAN)压缩机
128 冷却塔
130 涡轮机(T)
131 驱动轴
132 压缩机(C)
134 负载
136 蒸汽涡轮发动机(ST)
138 热量回收蒸汽发生器(HRSG)系统
140 第二负载
142 冷凝器
144 酸性气体去除(AGR)单元
146 路径
148 硫化氢(H2S)吸收器
150 二氧化碳(CO2)吸收器
152 路径
154 溶剂回收单元
156 路径
158 会合点
160 路径
162 路径
164 CO2回收单元
166 压缩单元
168 路径
170 路径
172 路径
174 路径
176 H2S吸收塔
178 CO2吸收塔
180 传感器
182 路径
184 溶剂控制器
186 高压闪蒸罐
188 路径
190 中压分离器
192 路径
194 压缩机
196 路径
198 低压闪蒸罐
200 路径
202 溶剂再循环泵
204 H2S浓缩塔
206 路径
208 路径
210 H2S浓缩再沸器
212 路径
214 路径
216 路径
218 压力控制阀
220 路径
222 气体闪蒸罐
224 路径
226 三通阀
228 路径
230 溶剂汽提塔
232 路径
234 溶剂汽提冷凝器
236 路径
238 路径
240 溶剂汽提塔再沸器
242 路径

Claims (3)

1.一种气体纯化系统，所述系统包括：
硫化氢(H2S)吸收器，设置其以从原料气体中除去H2S，产生脱硫的气体和富含H2S的流体，其中所述原料气体包含少于1％体积的H2S；
溶剂回收单元，设置其以从所述富含H2S的流体中产生酸性气体流，其中所述酸性气体流包含大于25％体积的H2S；和
二氧化碳(CO2)回收单元，设置其以从所述脱硫的气体中除去CO2以产生CO2浓度大于90％的CO2捕集气体，
其中H2S吸收器和CO2回收单元利用共用胺溶剂，以从原料气体中除去H2S以及从脱硫的气体中除去CO2，
设置所述溶剂回收单元以从H2S吸收器和CO2回收单元各自接受共用胺溶剂，
设置所述溶剂回收单元，以从共用胺溶剂分离CO2以产生CO2流，和将该CO2流传送至CO2压缩单元，
设置所述CO2压缩单元以将来自溶剂回收单元的CO2与从脱硫气体除去的CO2合并，以产生CO2捕集气体。
2.权利要求1的气体纯化系统，其中所述脱硫的气体包含脱硫的合成气，其包含至多25百万分率H2S。
3.权利要求1的气体纯化系统，其中所述CO2捕集气体包含至多2000百万分率H2S。
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