CN102408111B - 酸性合成气物流的分离 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及酸性合成气物流的分离。将包含硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)和任选一氧化碳(CO)的进料物流分离成至少CO2产物物流和H2或H2和CO产物物流。使用变压吸附系统、H2S脱除系统和进一步分离系统分离该物流，这些系统串联使用以分离该物流。该方法特别可用于分离例如由固体或重质液体含碳原料气化产生的酸性合成气。

Description

酸性合成气物流的分离
技术领域
本发明涉及将包含硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)以及氢气(H2)和一氧化碳(CO)之一或两者的进料物流分离成至少CO2产物物流和H2或H2和CO产物物流的方法。本发明特别可用于分离例如可获自固体或液体含碳原料气化的酸性(即含硫)合成气，以获得：适合地质封存的富含CO2的产物物流；适用在化工厂或精炼厂中或作为燃气轮机燃料的H2或H2和CO产物物流；和任选但优选地，富含H2S的物流，其可以例如在克劳斯(Claus)单元或其它合适的硫回收系统中进一步加工以将其中所含的H2S转化成元素硫。
背景技术
公知的是，可通过固体或液体原料的气化产生包含H2和CO的物流。但是，这些方法产生除H2和CO外还含有CO2和H2S的粗制合成气物流。由气化过程中原料的部分燃烧产生CO2，如果对该粗制合成气物流施以水煤气变换反应以通过与H2O反应来将该物流中的所有或部分CO转化成CO2和H2，则CO2浓度提高。由原料中存在的硫在气化过程中的还原和由粗制合成气物流中的其它硫物类在该水煤气变换反应过程中进一步转化成H2S而产生H2S。
由于担心温室气体排放，越来越希望在使用(例如作为燃烧燃料)前从合成气中除去CO2。可以压缩CO2以便储存在地下。还必须从合成气中除去H2S，因为其可能是下游工艺的毒物，或如果该合成气在燃烧轮机中燃烧，那么H2S会转化成SO2，这限制其排放，因此需要使用该燃烧废气的昂贵脱硫技术除去。
在从合成气中分离H2S和CO2后，与CO2一起储存H2S可能不实际或不允许。因此，还必须找到在管道运输之前从CO2中成本有效地除去H2S的解决方案。
该问题的目前使用的商业解决方案是使用液体吸收方法(例如SelexolTM、Rectisol
Figure BSA00000550398400011
或其它这样的酸气脱除法)从合成气中除去CO2和H2S。CO2作为纯度足够的产物气体获得，其可直接加压和用管道输送以便储存或增强油回收率(EOR)。以包含20-80摩尔％H2S的富含H2S的混合物形式获得H2S，该混合物可随后送往例如克劳斯单元以产生元素硫。但是，这种液体吸附法是昂贵的(在资本和运行成本方面)并具有相当大的功率消耗。
US-A1-2007/0178035描述了处理包含H2、CO2和至少一种选自H2S、CO和CH4的可燃气体的气态混合物的方法。优选通过变压吸附(PSA)法从该气态混合物中分离H2，以产生分离的H2气体和包含可燃气体(一种或多种)的粗制CO2气体。该粗制CO2气体随后在O2存在下燃烧以产生热和包含可燃气体(一种或多种)的燃烧产物的CO2产物气体。该可燃气体可以是H2S，在这种情况下燃烧产物是SO2和SO3(SOx)和H2O。随后可用水洗涤CO2产物气体以冷却该气体和将SO3转化成硫酸，并在O2、水和NOx存在下保持在升高的压力下以将SO2和NOx转化成硫酸和硝酸。
因此，在US-A1-2007/0178035中描述的方法中，通过转化成SOx和随后H2SO4而除去H2S，而不可用于随后在克劳斯单元中转化成元素硫。粗制CO2气体中存在的任何H2/CO也燃烧并因此作为潜在产物损失。
US-A1-2008/0173585描述了通过部分冷凝提纯不纯的CO2物流的方法。该方法包括压缩不纯的CO2气体、冷凝至少一部分该压缩气体以产生不纯的CO2液体；使至少一部分所述不纯的CO2液体膨胀以产生膨胀的不纯CO2液体；和在传质分离塔系统中分离至少一部分所述膨胀的不纯CO2液体以产生富含污染物的塔顶蒸气和CO2塔底液。在一个实施方案中，该不纯的CO2获自来自氢气PSA工艺的废气，除去的污染物是H2、CO、氮气、甲烷和氩气。在该文献的图2和3中描绘的实施方案中，在部分冷凝法之前使用变温吸附(TSA)单元从该不纯的CO2物流中除去水，以防止水冻结和堵塞热交换器。
US-A1-2008/0173584描述了与US-A1-2008/0173585中所述的类似的方法。
US-A1-2007/0232706描述了由制氢设备产生二氧化碳产物物流的方法。在一个实施方案中，使用真空变压吸附(VPSA)单元从来自蒸汽-甲烷重整器的至少一部分合成气物流中分离粗制CO2物流。压缩该粗制CO2，经过变温变压吸附(TPSA)单元以干燥该物流，部分冷凝和蒸馏以获得液体CO2产物物流、富含CO2的蒸气和贫含CO2的蒸气，后者再循环至VPSA单元。
Chemical Engineering Journal 155(2009)594-602，“Desulfurization of air at high and low H2S concentrations”描述了使用活性炭吸附从空气中分离H2S的能力。其还描述了进料物流中水蒸气的存在在提高至少一种类型的改性活性炭的H2S吸收中的潜在优点。
Adsorption 15(2009)477-488，“Enhanced removal of hydrogensulfide from a gas stream by3-aminopropyltriethoxysilane-surface-functionalized activated carbon”描述了使用活性炭吸附从克劳斯尾气中分离H2S的能力。该文献还表明，对一些碳吸附剂而言，进料物流中水的存在可能提高H2S容量。
US-B2-7306651描述了使用PSA单元与膜的组合分离包含H2S和H2的气体混合物。该PSA将进料物流分离成H2物流和两个富含H2S的物流。一个富含H2S的物流作为产物回收，第二个压缩并经过膜以除去H2。该H2S随后在压力下供应至PSA单元以便冲洗，H2送回PSA单元以供吹扫。
EP-B1-0444987描述了从煤的气化产生的合成气物流中分离CO2和H2S。含有H2S的该合成气物流在催化CO-变换反应器中与蒸汽反应以将该物流中的基本所有CO转化成CO2。将该物流送往PSA单元，其优先于H2吸附CO2和H2S，以将该物流分离成H2产物气体和含CO2和H2S的物流。将含CO2和H2S的物流送往第二PSA单元，其优先于CO2吸附H2S，以提供据称具有高纯度的CO2产物和含H2S的物流，将后者送往克劳斯单元以将H2S转化成元素硫。
仍然需要分离酸性合成气物流和包含H2S、CO2、H2和任选CO的其它物流的新方法。特别地，需要可优选在比目前商业使用的方法更低的成本和/或更低的功率消耗下分离此类物流的方法，以获得：纯度对精炼厂、化学品或功率用途而言足够的H2或H2和CO产物；纯度适合地质封存或EOR的CO2产物；和优选地，具有适合在硫回收系统中进一步加工以将H2S转化成元素硫的组成的含H2S的产物。
发明内容
根据本发明，提供将包含H2S、CO2、H2和任选CO的进料物流分离成至少CO2产物物流和H2或H2和CO产物物流(在本文中称作“H2/CO产物物流”)的方法和装置，其中使用变压吸附系统(在本文中称作“H2/CO-PSA系统”)、H2S脱除系统和进一步分离系统分离该进料物流，且其中：
将该进料物流引入H2/CO-PSA系统或H2S脱除系统；
H2/CO-PSA系统分离该进料物流以提供H2/CO产物物流和富含CO2和H2S的物流，或分离已通过H2S脱除系统而贫含H2S的物流以提供H2/CO产物物流和富含CO2并贫含H2S的物流；
H2S脱除系统加工该进料物流以提供贫含H2S的物流，或加工已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流以提供富含CO2并贫含H2S的物流，或加工已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S并通过进一步分离系统进一步富含CO2和H2S的物流以提供CO2产物物流；且
进一步分离系统分离已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流以提供进一步富含CO2和H2S的物流和包含H2或H2和CO的物流，或分离已通过H2/CO-PSA系统富含CO2并通过H2S脱除系统而贫含H2S的物流以提供CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流。
附图说明
图1是描绘本发明的一个实施方案的流程图；
图2是描绘该酸性-PSA系统的示例性冲洗设计的流程图；
图3是描绘该酸性-PSA系统的另一冲洗设计的流程图；
图4是描绘该酸性-PSA系统的另一冲洗设计的流程图；
图5是描绘本发明的另一实施方案的流程图；且
图6是描绘本发明的又一实施方案的流程图。
具体实施方式
本发明的方法包括使用H2/CO-PSA系统、H2S脱除系统和进一步分离系统将包含H2S、CO2、H2和任选CO的进料物流分离成至少CO2产物物流和H2/CO产物物流。这三个系统串联使用以分离该进料物流，以致首先在所述系统之一中(更具体地，在H2/CO-PSA系统或H2S脱除系统中)分离/加工该进料物流，将获自所述系统中的所述第一系统的分离/加工过的进料部分送往所述系统中的第二系统，并将获自所述系统中的所述第二系统的进一步分离/加工过的进料部分送往所述系统中的最终一个系统。
H2/CO-PSA系统分离该进料物流以提供H2/CO产物物流和富含CO2和H2S的物流，或分离已通过H2S脱除系统而贫含H2S的物流以提供H2/CO产物物流和富含CO2并贫含H2S的物流；该H2/CO-PSA系统因此接收进料物流或位于H2S脱除系统下游。
H2S脱除系统加工该进料物流以提供贫含H2S的物流，或加工已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流以提供富含CO2并贫含H2S的物流，或加工已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S并通过进一步分离系统进一步富含CO2和H2S的物流以提供CO2产物物流。该H2S脱除系统因此可接收进料物流，或可位于H2/CO-PSA系统和CO2分离系统任一或两者的下游。优选地，该H2S脱除系统分离进料物流、或所述已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流、或所述已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S并通过进一步分离系统进一步富含CO2和H2S的物流，以除了提供所述贫含H2S的物流、所述富含CO2并贫含H2S的物流或所述CO2产物物流外还提供富含H2S的物流。特别地，该H2S脱除系统优选是另一变压吸附系统(在本文中称作“酸性-PSA系统”)。如果需要，一个或多个含H2S的物流，如来自克劳斯单元的尾气和/或来自酸性水汽提塔的废气可以与进料入H2S脱除系统并由该H2S脱除系统加工的物流合并或与其一起同时引入。
所述进一步分离系统分离已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流以提供进一步富含CO2和H2S的物流和包含H2或H2和CO的物流，或分离已通过H2/CO-PSA系统富含CO2并通过H2S脱除系统而贫含H2S的物流以提供CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流。因此，该进一步分离系统始终位于H2/CO-PSA系统下游并可能在H2S脱除系统上游或下游。该进一步分离系统位于H2/CO-PSA系统下游以使其接收已通过H2/CO-PSA系统富含CO2或CO2和H2S的物流(至少CO2与H2或H2和CO的本体分离因此在H2/CO-PSA系统中发生)。这又改进在该分离系统内可实现的CO2或CO2和H2S与H2或H2和CO的分离程度。该进一步分离系统可以例如是部分冷凝系统或膜分离系统。
本发明的方法提供目前商业使用的分离酸性合成气和类似的含H2S的物流的方法的替代方案，由此仅通过液体吸收法，例如SelexolTM或Rectisol将该酸性合成气或其它此类进料分离成单独的H2S、CO2和H2物流。
在本发明方法和装置的上下文中和除非另行指明，本文中所有提到物流富含或贫含某组分都是指所述物流与进料物流相比富含或贫含所述组分(即当物流富含某组分时，该组分在所述物流中的浓度(摩尔百分比)大于该组分在进料物流中的浓度，且当物流贫含某组分时，该组分在所述物流中的浓度小于该组分在进料物流中的浓度)。
该进料物流(在下文中也称作“工艺进料”)包含至少H2S、CO2和H2并通常进一步包含至少一些CO。其优选由获自固体(例如煤、石油焦(petcoke)、生物质、城市垃圾)或液体(特别是重质液体，例如沥青质)含碳原料的气化的合成气物流形成。该进料物流可以是已通过本领域已知的技术进一步处理以除去微粒和/或改变H2/CO比的合成气物流。例如，通常已使用水洗步骤除去大部分微粒并可能已使用水煤气变换反应以将粗制合成气中存在的一些、大部分或所有CO转化成H和CO2。可能存在通常与H2一起分离的其它杂质，如CH4、N2和/或Ar。在该进料物流中还可能存在其它含硫组分(例如COS)，在这种情况下，这些组分优选与H2S一起除去/分离，以致优选任何贫含H2S的物流也贫含所述其它含硫组分。进料物流中可能存在水，或可以使用干进料物流(其已使用本领域中已知的技术干燥)。
该进料物流优选包含：大约500ppm(0.05摩尔％)至大约5摩尔％，更优选大约2000ppm(0.2摩尔％)至大约2摩尔％H2S(或H2S和任何其它含硫组分)；大约10至大约60摩尔％，更优选大约35至大约55摩尔％CO2；和大约35摩尔％至余量(即100摩尔％减去H2S和CO2的摩尔％)的H2或H2和CO的混合物，更优选大约40摩尔％至余量的H2或H2和CO的混合物。
在引入H2/CO-PSA系统或H2S脱除系统之前，该进料物流可以通过与例如温度低于进料物流的来自所述H2/CO-PSA系统的物流和/或来自所述H2S脱除系统的物流间接热交换来冷却。此类物流(即可获自H2/CO-PSA系统或H2S脱除系统的较低温度的物流)的实例可包括来自H2/CO-PSA系统的富含CO2或CO2和H2S的物流和/或来自H2S脱除系统的富含H2S的物流(在产生了这种物流的情况下)。当如此使用来自H2/CO-PSA系统的富含CO2或CO2和H2S的物流时，这种热交换通常在所述物流的任何压缩之前进行。该冷却可以从进料物流中除水，且如果进料入H2/CO-PSA系统或进料入使用吸附剂的H2S脱除系统，可以提高引入了该进料物流的系统中的吸附容量。
该H2/CO-PSA系统可以如本领域中已知的那样包含多个吸附剂床。例如，该系统可包含多个床，各床的PSA周期适当交错以便在任何时间点始终有至少一个床在进行吸附，且至少一个床在进行再生，使得该系统可连续分离进料入其中的物流。替代性地或另外地，该系统还可例如包含串联布置并同时进行吸附的多于一个床，经过一个床的气体通往该串联中的下一床，并适当合并在再生过程中从这些床中解吸的气体。
该H2/CO-PSA系统包含相对于至少H2来说对至少CO2具有选择性(即优先于至少H2吸附至少CO2，或换言之，以大于至少H2的亲合力吸附至少CO2)的吸附剂。如果将进料物流进料入H2/CO-PSA系统以致该H2/CO-PSA系统要提供富含CO2和H2S的物流，则该H2/CO-PSA系统包含相对于至少H2来说对至少CO2和H2S(和优选地，进料中存在的任何其它含硫组分)具有选择性的吸附剂。如果将已通过H2S脱除系统而贫含H2S的物流进料入H2/CO-PSA系统，则该H2/CO-PSA系统可能不要求吸附剂也对H2S(和任何其它含硫组分)有选择性，尽管如果需要，仍可使用这样的吸附剂。如果进料物流还含有CO，则根据该H2/CO产物物流分别要富含H2和CO二者还是仅富含H2，该H2/CO-PSA系统可包含相对于H2和CO二者来说对至少CO2具有选择性的吸附剂，或该系统可包含相对于H2来说对至少CO2和CO具有选择性的吸附剂。但是，通常优选的是，如果进料物流还含有CO，则该H2/CO-PSA系统包含相对于H2和CO二者来说对至少CO2具有选择性的吸附剂以使该H2/CO产物物流富含H2和CO二者。在进料物流含有多于微小量的CO时，情况特别如此。因此，该H2/CO-PSA系统优选包含相对于H2来说对CO和CO2二者具有选择性的吸附剂，以使H2/CO产物物流富含H2而没有CO，除非进料物流含有最多大约5摩尔％，更优选最多大约2摩尔％，最优选最多大约1摩尔％的CO浓度。
H2/CO-PSA系统可包含对要被所述系统选择性吸附的所有组分呈选择性的单一类型吸附剂，或联合提供所需选择性吸附的多于一种类型的吸附剂。当存在多于一种类型的吸附剂时，这些可以相互混合和/或布置在床的独立的层/区域中，或存在于串联布置的独立的床中，或以本领域中适当和已知的任何其它方式布置。示例性吸附剂包括碳类、氧化铝类、硅胶类和分子筛类。在H2/CO-PSA系统要选择性吸附H2S(除至少CO2外)的情况下，如果H2/CO产物要求是H2和CO混合物，则优选使用单层硅胶，如果H2/CO产物要求是燃气轮机级H2，则优选使用单层硅胶或硅胶/碳拼合物(split)，和如果H2/CO产物要求是高纯H2，则优选使用硅胶/碳/5A沸石拼合物(split)。适合用作吸附剂的硅胶类型是例如US-A1-2010/0011955中描述的高纯硅胶(大于99％SiO2)，其公开内容经此引用并入本文。如果H2/CO-PSA系统不需要选择性吸附H2S(因为这已被H2S脱除系统除去)，则基于沸石或活性炭的吸附剂可能是优选的。
该H2/CO-PSA系统可以例如以与用于从进料物流中分离H2的已知PSA系统相同的方式运行，采用适合这种技术领域的所有已知的周期选项(例如周期和步骤定时；吸附、平衡、再加压、降压和吹扫步骤的使用、次序和运行；等等)。所用PSA周期当然通常包括至少吸附步骤和排空/降压和吹扫步骤。在吸附步骤过程中，要分离的物流在超大气压下进料入进行吸附步骤的床(一个或多个)，并从该物流中选择性吸附CO2和要选择性吸附的任何其它组分，例如H2S和/或CO，在此步骤中被推动通过该床(一个或多个)的气体形成从该H2/CO-PSA系统提取的所有或至少一部分H2/CO产物物流。在排空/降压步骤(一个或多个)和吹扫步骤过程中，降低床(一个或多个)中的压力，吹扫气体穿过该床(一个或多个)以解吸在之前的吸附步骤过程中吸附的CO2和任何其它组分，由此提供富含CO2和任何其它被选择性吸附的组分的气体，其中至少一部分形成从该H2/CO-PSA系统提取的富含CO2或CO2和H2S的物流的至少一部分，并再生该床(一个或多个)以准备用于下一吸附步骤。
该吸附步骤可以例如在大约1-10MPa(10-100巴)绝对压力和大约10-60℃的温度下进行。在这种情况下，因此在大致这种压力和温度下获得H2/CO产物物流。富含CO2或CO2和H2S的物流通常都在大致大气压或略高于大气压的压力下，即在大致或略高于0.1MPa下获得，但可以在例如最多到大约0.5MPa(5巴)绝对压力的任何压力下获得。
该H2/CO-PSA系统可使用包括冲洗步骤的PSA周期，其中用在排空和/或吹扫步骤过程中获自该PSA系统的一个或多个其它床的气体冲洗进行冲洗步骤的床(一个或多个)，以使该系统产生的富含CO2或CO2和H2S的物流含有提高浓度的CO2和该由系统较强吸附的任何其它组分(例如H2S)，以及降低浓度的H2和由该系统较弱吸附的任何其它组分。例如在US 3797201、US 4171206和/或US 4171207中描述了在PSA周期中使用冲洗步骤以提高来自PSA系统的解吸气体物流中较易吸附组分(一种或多种)的浓度的方法，它们的公开内容经此引用并入本文。
如果需要，H2/CO-PSA系统可以是真空变压吸附(VPSA)系统，其中该PSA周期的排空/降压步骤和吹扫步骤进行至降到和处于亚大气压(分别)，例如降到大约0.01MPa(0.1巴)绝对压力。该VPSA系统可以例如如US-A1-2007/0232706中所述运行，其公开内容经此引用并入本文。VPSA系统代替常规PSA系统的使用可改进该系统的性能，但其也增加成本和引起空气侵入造成的O2污染可能性。
如果工艺进料含有CO并要引入H2/CO-PSA系统中，该H2/CO-PSA系统也可以如例如US-B2-7354562中所述实施SEWGS(吸附增进的水煤气变换)反应，其公开内容经此引用并入本文。在这种方法中，该PSA系统与吸附CO2同时实施水煤气变换反应，变换反应产生的CO2在其生成时被吸附(与进料中现有的CO2一起)，由此驱使进料中另外的CO转化成额外的CO2和H2。这种方法可以在200℃-500℃进料温度下使用吸附剂，如水滑石或复盐(如US-B2-7354562中所述)进行。该系统产生的富含CO2或CO2和H2S的物流通常随后在其任何压缩之前冷却。
如果该H2/CO-PSA系统是SEWGS系统，也可以将热的富含CO2或CO2和H2S的物流膨胀至亚大气压。随后在再压缩该物流之前，可然后冷凝出并除去该物流中的任何蒸汽。该膨胀步骤可以为压缩步骤提供动力(例如通过在相同传动轴上设置膨胀器和压缩器)。
H2/CO产物物流(如上所述)获自H2/CO-PSA系统并与进料物流相比富含H2。如果进料物流还含有CO，该H2/CO产物物流通常还含有一些CO，且(也如上所述)通常和特别在该进料物流含有多于微小量的CO时，优选还与进料物流相比富含CO。该H2/CO产物物流贫含CO2和H2S二者。
在H2/CO产物物流中回收进料物流中存在的H2的优选至少大约80％，更优选至少大约85％，更优选至少大约95％。如果进料物流还含有CO且H2/CO产物物流还富含CO，则在H2/CO产物物流中回收进料物流中存在的H2和CO(合计)的优选至少大约75％，更优选至少大约80％，最优选至少大约90％。在H2/CO产物物流中回收进料物流中存在的CO2的优选最多大约25％，更优选最多大约15％，最优选在H2/CO产物物流中不或基本不回收CO2(即该H2/CO产物物流不含或基本不含CO2)。可以由进料和H2/CO产物物流中一种或多种相关组分的摩尔数计算一种组分或几种组分的组合在H2/CO产物物流中的回收百分比。因此，如果例如该进料包含50kmol/h的CO2、25kmol/h的H2和25kmol/h的CO；且H2/CO产物物流含有5kmol/h的CO2、23kmol/h的H2和20kmol/h的CO；则在这种情况下在H2/CO产物物流中回收进料物流中存在的10％的CO2、92％的H2和86％的H2和CO。
优选地，该H2/CO产物物流含有最多大约50ppm，更优选最多大约10ppm H2S(或H2S和任何其它含硫组分)，最优选不含H2S(和任何其它含硫组分)。该H2/CO产物物流可以如上所述仍含有杂质，如CH4、N2和/或Ar。或者，该H2/CO产物物流可以是基本纯或纯的H2或H2和CO的物流。
该H2/CO产物物流可以例如是纯度足以作为燃料送往燃气轮机的富含H2的气体或纯度足以用于精炼厂和化学品用途的H2产物。
替代性地，且特别是当进料物流含有多于微小量的CO时，该H2/CO产物可以例如是具有用作化工厂，如费-托(Fisher-Tropsch)工厂或甲醇工厂的进料所需的特定H2和CO比的H2和CO的混合物。
在H2/CO产物物流的这种应用之前，该物流也可以加热和膨胀以产生功率。
如果H2/CO产物物流包含H2和CO的混合物，则该物流的另一潜在用途可以是将产物物流送往部分冷凝系统以将该物流进一步分成许多组成不同的部分。
如上所述，该H2/CO-PSA系统还提供富含CO2的物流。如果这种物流获自分离进料物流的H2/CO-PSA系统，则该物流还富含H2S，且如果该物流获自分离已通过H2S脱除系统而贫含H2S的物流的H2/CO-PSA系统，则该物流同样贫H2S。由于通过H2/CO-PSA系统将所有H2和/或CO与所有CO2完全分离是经济上不可行的，该H2/CO-PSA系统产生的富含CO2的物流还含有一定量的H2和(如果也存在于进料物流中)CO。优选地，H2/CO-PSA系统产生的富含CO2的物流具有至少大约60摩尔％，更优选至少大约70摩尔％，更优选至少大约80摩尔％的CO2浓度。如果该富含CO2的物流贫含H2S，则该物流的H2S浓度(或H2S和任何其它含硫组分的浓度)优选为大约100ppm或更低，更优选大约50ppm或更低，更优选大约20ppm或更低，该物流最优选不含H2S(和任何其它含硫组分)。如果该富含CO2的物流富含H2S，则在这种富含CO2的物流中回收进料物流中存在的优选所有或基本所有的H2S和优选所有或基本所有的任何其它含硫组分。
获自H2/CO-PSA系统的富含CO2(和富含或贫含H2S)的物流通常需要压缩。特别地，如果该物流要接着在H2S脱除系统中加工，压缩可能是必要的，且如果该物流要接着在进一步分离系统中分离(例如在所述进一步分离系统是部分冷凝或膜分离体系的情况下)，压缩也可能是必要的。可以使用带有中间冷却和分水的多级压缩。该富含CO2或CO2和H2S的物流可以由在不同压力水平下从H2/CO-PSA系统中移出的多于一个物流构成。在这种情况下，不同压力的物流可以在适当的压缩阶段供入压缩机以使总压缩功率最小化。
H2S脱除系统可以是适合加工进料物流、已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流、或已通过进一步分离系统进一步富含CO2和H2S的物流的任何类型，以从其中除去H2S(和，优选地，任何其它含硫组分)和分别提供贫含H2S的物流、与进料物流相比富含CO2并贫含H2S的物流、或CO2产物物流。
可用的相对简单的H2S脱除系统是将在由H2S饱和时弃置并更换的一次性吸附剂系统(例如ZnO填充床)(尽管从经济角度看，只有在进料物流中的H2S浓度相对低，例如小于大约200ppm时才优选采用这种系统)。或者，可以使用基于吸收的系统(例如SelexolTM或Rectisol
Figure BSA00000550398400111
)作为H2S脱除系统(由于降低的单元尺寸和相关功率消耗，使用这种系统作为除去H2S的系统与如目前商业使用的分离酸性合成气的方法中常做的那样还使用这种系统实施CO2与H2或H2和CO的本体分离相比仍提供资本和运行成本益处)。另一选项是使用将H2S脱除系统接收的物流中的H2S直接转化成硫并以硫形式除去的系统作为H2S脱除系统，这种系统例如如US-B-6,962,683中所述，其公开内容经此引用并入本文。
但是，在优选实施方案中，H2S脱除系统是酸性-PSA系统，其加工进料物流、已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流或已通过进一步分离系统进一步富含CO2和H2S的物流，以通过分离所述物流来从中除去H2S(和，优选地，任何其它含硫组分)，从而除了提供所述贫含H2S的物流、所述富含CO2并贫含H2S的物流或所述CO2产物物流外还提供富含H2S的物流。
类似于H2/CO-PSA系统，该酸性-PSA系统可包含多个吸附剂床和/或可包含对要被所述系统选择性吸附的所有组分呈选择性的单一类型吸附剂，或联合提供所需选择性吸附的多于一种类型的吸附剂。该酸性-PSA系统含有相对于CO2和(如果存在于要通过该酸性-PSA系统分离的物流中)H2和CO来说对H2S(和，优选地，通过该酸性-PSA系统分离的物流中可能存在的任何其它硫组分，例如COS)具有选择性的吸附剂。示例性吸附剂包括硅胶、活性炭和分子筛。优选选项是使用表面改性或浸渍的活性炭，其使该系统的H2S/CO2选择性最大化。另一选项是包括相对于CO2和(如果存在)H2和CO来说对水和其它可冷凝物具有选择性的吸附剂，如附加的硅胶、氧化铝或分子筛(例如4A或5A)层，以致如果进料入该酸性-PSA系统的物流中存在水和其它可冷凝物，则这些组分也被选择性吸附，结果是获自该酸性-PSA系统的贫含H2S/富含CO2和贫含H2S的/CO2产物物流被另外使得贫含水。
在H2S脱除过程中，可能在吸附剂上形成硫物类，包括元素硫。硫已知能从气体中除去汞物类且汞可能存在于引入该酸性-PSA系统的物流中，特别是在工艺进料由化石燃料气化产生的情况下。如果工艺进料含有汞且所述进一步分离系统是例如部分冷凝系统，则可能必须在该部分冷凝系统上游除去汞(例如在如常见的那样，该CO2部分冷凝系统使用易被汞腐蚀的铝制热交换器的情况下)。因此，在这种布置中在部分冷凝系统上游使用酸性-PSA系统的另一益处能够是不再需要用于除汞的单独的硫浸渍碳床。
类似于H2/CO-PSA系统，该酸性-PSA系统可以例如以与用于从进料物流中分离H2的已知PSA系统相同的方式运行，采用适合这种技术领域的所有已知的周期选项(例如周期和步骤定时；吸附、平衡、再加压、降压和吹扫步骤的使用、次序和运行；等等)。所用PSA周期当然通常包括至少吸附步骤和排空/降压步骤。在吸附步骤过程中，要分离的物流在超大气压下进料入进行吸附步骤的床(一个或多个)中，并从该物流中选择性吸附H2S(和要选择性吸附的任何其它组分)，在此步骤中被推动经过该床(一个或多个)的气体形成获自该酸性-PSA系统的所有或至少一部分贫含H2S/富含CO2和贫含H2S的/CO2产物物流。在排空/降压步骤(一个或多个)和吹扫步骤过程中，降低所述床(一个或多个)中的压力，吹扫气体穿过该床(一个或多个)以解吸在之前的吸附步骤中吸附的H2S和任何其它组分，由此提供富含H2S(和任何其它选择性吸附的组分)的气体，其中至少一部分形成获自该酸性-PSA系统的富含H2S的物流的至少一部分，并再生该床(一个或多个)以准备用于下一吸附步骤。
或者，如果要通过该酸性-PSA系统分离的物流处于液相中，如在进一步分离系统是部分冷凝系统(如下文更详细描述的那样)且该酸性-PSA系统分离已通过所述部分冷凝系统进一步富含CO2和H2S的物流以提供CO2产物物流和富含H2S的物流的情况中可能的那样，则该酸性-PSA系统可以以与用于分离液体物流的已知PSA系统相同的方式运行，采用适合这种技术领域的所有已知的周期选项。在这样的情况下，所用PSA周期可以例如包含：(a)吸附步骤，其中将要分离的液体被进料入进行吸附步骤的床(一个或多个)中并从中选择性吸附H2S(和要选择性吸附的任何其它组分)，从该床(一个或多个)中取出的液体形成所有或至少一部分CO2产物物流；(b)在供应气体(例如包含CO2或CO2和H2S)以保持床(一个或多个)内的压力的同时从床(一个或多个)中排出液体的步骤；(c)排空/降压步骤(一个或多个)和吹扫步骤，其中降低床(一个或多个)中的压力，吹扫气体穿过该床(一个或多个)以解吸在之前的吸附步骤过程中吸附的H2S和任何其它组分，由此提供富含H2S(和任何其它选择性吸附的组分)的气体，其中至少一部分形成获自该酸性-PSA系统的富含H2S的物流的至少一部分；和(d)在下一吸附步骤之前用液体(例如使用在吸附步骤过程中取出的液体的一部分和/或使用要分离的液体)再填充所述床(一个或多个)由此推出残留气体的步骤。
在任一情况下，吹扫步骤中所用的吹扫气体可以，例如和如本领域中已知的那样，获自在PSA周期的不同步骤中的该酸性-PSA系统的床(一个或多个)(例如，在吸附步骤中被推动经过该床的一部分气体可用作吹扫气体)。替代性地或另外地，该吹扫气体可获自外部来源。
例如，可以使用蒸汽作为吹扫该酸性-PSA用的吹扫气体(独自或除其它吹扫气体外附加地)(这可改进H2S的脱除)。该吹扫气体可随后冷却，水冷凝出来，这提高该吹扫气体的H2S纯度。在用蒸汽吹扫后干燥吸附剂床的选项包括：(i)使用获自所述进一步分离系统的所有或一部分包含H2或H2和CO的物流；或(ii)使用来自空气分离单元(ASU)的N2并排出气体。
同样地，一部分或所有获自所述进一步分离系统的包含H2或H2和CO的物流可用作吹扫该酸性-PSA用的吹扫气体(独自或除其它吹扫气体外附加地)。使用这种物流作为吹扫气体提高获自酸性-PSA系统的富含H2S的物流中H2或H2和CO的浓度(假设在吹扫步骤中获得的气体构成所述物流的至少一部分)。但是，如果要将富含H2S的物流送往克劳斯单元或经由包括初始燃烧步骤的方法将H2S转化成元素硫的其它此类系统，则这可能是有益的(H2或H2和CO浓度的提高降低这种初始步骤燃烧步骤中该混合物的优化燃烧所要求的H2S浓度)。
吹扫步骤中所用的吹扫气体(无论获自酸性-PSA的床(一个或多个)还是获自外部来源)在用于吹扫该酸性-PSA的床(一个或多个)之前可以部分或完全预热。可以在外部加热器或热交换器中使用例如电加热元件、蒸汽或燃烧热(例如来自所有或一部分H2/CO产物物流的燃烧或来自所有或一部分获自所述进一步分离系统的包含H2或H2和CO的物流的燃烧)进行该预热。如果选择这种方案，则可以将吹扫气体的温度例如升高至大约300℃，优选大约150℃至大约300℃。
如果该酸性-PSA系统分离进料物流并因此在H2/CO-PSA系统的上游使用，该酸性-PSA系统中所用的吸附步骤可以例如在与用于H2/CO-PSA系统中的吸附步骤的那些类似的压力和温度范围(即大约1-10MPa和大约10-60℃)内进行。如果该酸性-PSA系统在H2/CO-PSA系统的下游使用，则在该酸性-PSA系统中的吸附步骤中使用一定程度上较低的压力范围可能是优选的。在后一情况下，该吸附可以例如在0.5至4MPa(5-40巴)绝对压力下，更通常在大约3MPa(30巴)绝对压力下和在大约10-60℃的温度下进行。获自该酸性-PSA系统的贫含H2S/富含CO2和贫含H2S的/CO2产物物流因此在大致这些压力和温度下获得。该富含H2S的物流通常在大致大气压，即0.1MPa绝对压力下获得。
类似于H2/CO-PSA系统，该酸性-PSA系统可以是真空变压吸附(VPSA)系统，其中PSA周期的排空/降压步骤和吹扫步骤在亚大气压下进行。随后在亚大气压下产生的富含H2S的物流通常随后需要在送往克劳斯单元或用于将H2S转化成元素硫的其它单元之前压缩。
该酸性-PSA系统可以使用包括冲洗步骤的PSA周期，其中例如进行冲洗步骤的床(一个或多个)用在排空和/或吹扫步骤过程中获自该PSA系统的一个或多个其它床的气体冲洗，以使该系统产生的富含H2S的物流含有提高浓度的H2S(和被该系统选择性吸附的任何其它含硫组分)。如上所述，在US 3797201、US 4171206和/或US 4171207中描述了在PSA周期中使用冲洗步骤来提高解吸的气体物流中较易吸附组分的浓度的示例性方法，它们的内容如上所述经此引用并入本文。获自进行排空/吹扫的所述一个或多个其它床的气体在其用于冲洗之前必须压缩，并且在压缩后，在该气体用于冲洗之前，可以冷却该气体，所存在的任何水冷凝并分离出来。
可以将冲洗气体(即冲洗步骤中所用的获自进行排空/吹扫的所述一个或多个其它床的气体)压缩至与在吸附步骤中相同的压力，在吸附步骤后和在与吸附步骤相同的压力下在床上实施所述冲洗步骤。在这种情况下，在冲洗步骤中从床(一个或多个)中推出的未吸附气体的组成可能适合与在吸附步骤中推出的气体组合，在这种情况下，这两种气体都可用于形成该酸性-PSA系统产生的贫含H2S/富含CO2和贫含H2S的/CO2产物物流。或者，该冲洗气体可以压缩至PSA周期的最终平衡步骤后的压力和在该最终平衡步骤后供应。也可以将该冲洗气体压缩至任何中间压力和在此压力下供应。在冲洗步骤中从床(一个或多个)中推出的未吸附气体也可以：进料入就在其吹扫步骤后的该PSA系统的另一床，回收该气体的压力能量；用于吹扫该PSA系统中的另一床；或与进行吸附步骤的另一床的进料合并。
该冲洗步骤可包括使用一部分获自酸性-PSA系统的排空和吹扫步骤的气体作为冲洗气体(所述气体的其余部分例如被取出以形成所述富含H2S的物流)。或者，可以使用仅来自排空或吹扫步骤的所有或一部分气体。例如，以与US-B2-7306651(其公开内容经此引用并入本文)中所述类似的方式，该冲洗气体可获自PSA周期的吹扫步骤，并从PSA周期的排空步骤获得富含H2S的物流。或者，该富含H2S的物流可以在吹扫步骤中获得，且冲洗气体获自排空步骤。
如上所述，如果H2S脱除系统加工进料物流，其提供贫含H2S的物流。优选地，所述贫含H2S的物流中的H2S浓度(或H2S和任何其它含硫组分的浓度)为大约100ppm或更低，更优选大约20ppm或更低，更优选大约5ppm或更低，该物流最优选不含H2S(和任何其它含硫组分)。如果该H2S脱除系统加工已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流，该H2S脱除系统提供富含CO2并贫含H2S的物流。所述富含CO2并贫含H2S的物流优选具有至少大约60摩尔％，更优选至少大约70摩尔％，更优选至少大约80摩尔％的CO2浓度。所述富含CO2并贫含H2S的物流优选具有大约100ppm或更低，更优选大约50ppm或更低，更优选大约20ppm或更低的H2S浓度(或H2S和任何其它含硫组分的浓度)，该物流最优选不含H2S(和任何其它含硫组分)。
该富含H2S的物流——其中这也由H2S脱除系统产生(例如，当H2S脱除系统是酸性-PSA系统时)——通常具有至少4摩尔％的H2S浓度。优选将该富含H2S的蒸汽送往或将要送往克劳斯单元或另一类型的硫回收单元(例如LO-CAT
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Selectox)以将H2S转化成元素硫，并因此具有适合此类反应的H2S浓度，如大约20至大约80摩尔％。
所述进一步分离系统如上所述分离已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流以提供进一步富含CO2和H2S的物流和包含H2或H2和CO的物流，或分离已通过H2/CO-PSA系统富含CO2并通过H2S脱除系统而贫含H2S的物流以提供CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流。可以使用适合实施上述分离的任何类型的系统。例如和如上所述，该进一步分离系统可以是部分冷凝系统或膜分离系统。
在部分冷凝系统的情况下，将要通过该系统分离的物流冷却并分离成冷凝物和蒸气，例如使用一个或多个相分离器和/或蒸馏塔。较重组分，即CO2和(如果存在于要分离的物流中)H2S(和/或其它含硫组分)浓缩在液相中，这因此形成进一步富含CO2和H2S的物流或CO2产物物流。较轻的组分，即H2和(如果存在于要分离的物流中)CO，浓缩在气相中，这因此形成包含H2或H2和CO的物流(但是，该相通常仍含有一定量的较重组分)。例如在US-A1-2008/0173585和US-A1-2008/0173584中描述了适用于本发明的部分冷凝法，它们的公开内容经此引用并入本文。
在膜分离系统的情况下，使用一个或多个具有选择性渗透率(即对要分离的物流的一种或多种组分比对所述物流的一种或多种其它组分更可透)的膜来分离要分离的物流，以实施该物流的分离，从而提供所述包含H2或H2和CO的物流和所述进一步富含CO2和H2S的物流或所述CO2产物物流。例如，可以使用H2可透但CO2很大程度上不可透的膜和/或反之亦然，例如Journal of Membrane Science 327(2009)18-31，“Polymeric membranes for the hydrogen economy：Contemporary approaches and prospects for the future”中所述，其公开内容经此引用并入本文。
如果该进一步分离系统是部分冷凝系统，重要的是，在引入分离用的分离系统的物流中水和可能冻结的其它组分(例如NH3和痕量焦油)不存在或以没有冻结和堵塞该冷凝系统的热交换器(用于按必要冷却该物流以便随后分离成冷凝物和蒸气)的危险的足够小的量(例如，当该物流具有大约-55℃或更低的露点时)存在。水在要分离的物流中的存在对其它类型的进一步分离系统而言也可能是不合意的。如果该工艺进料含有水，因此可以(如果需要或必要)在所述进一步分离系统上游的任何位置使用干燥系统，如变温吸附(TSA)系统或吸收(例如二醇、甘油)系统，以确保供入该进一步分离系统的物流充分地不含水。
例如，可以在所述进一步分离系统上游的任何位置使用与H2/CO-PSA系统和H2S脱除系统分开的干燥系统(如TSA系统)(例如以便在将其引入H2/CO-PSA系统或H2S脱除系统之前干燥工艺进料，或以便干燥获自H2/CO-PSA系统的物流，或如果在所述进一步分离系统的上游，获自H2S脱除系统的物流)以确保供入该进一步分离系统的物流充分地不含水。替代性地或另外地，如果该进一步分离系统在H2S脱除系统下游，则H2S脱除系统可除去水以及H2S，以致该进一步分离系统接收的物流充分不含水。例如，如果H2S脱除系统是酸性-PSA系统，该酸性-PSA系统可以如上所述包含相对于CO2和(如果存在于通过该酸性-PSA系统分离的物流中)H2和CO来说对水具有选择性的吸附剂。
同样地，如果该进一步分离系统是使用铝热交换器的部分冷凝系统，引入该部分冷凝系统的物流可能必须不含任何汞，在这种情况下可以在该部分冷凝系统的上游使用硫浸渍的碳床以除去可能存在的任何汞，和/或可以在冷凝系统上游使用H2S脱除系统并可以是用于也除去汞(如上所述)的酸性-PSA系统。
如上所述，如果该进一步分离系统分离已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流，该进一步分离系统提供进一步富含CO2和H2S的物流(即与已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流相比富含CO2和H2S并因此与进料物流相比进一步富含CO2和H2S的物流)。该物流优选基本不含并可完全不含H2和CO。
如上所述，由加工已通过H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S并通过所述进一步分离系统进一步富含CO2和H2S的物流的H2S脱除系统、或由进一步分离已通过H2/CO-PSA系统富含CO2并通过H2S脱除系统而贫含H2S的物流的所述进一步分离系统获得CO2产物物流。该CO2产物物流因此既与进料物流相比贫含H2S，与已通过H2/CO-PSA系统富含CO2(或CO2和H2S)的物流相比富含CO2还因此与进料物流相比进一步富含CO2。CO2产物物流优选具有大约100ppm或更低，更优选大约50ppm或更低，更优选大约25ppm或更低的H2S浓度(或H2S和任何其它含硫组分的浓度)，该物流最优选不含H2S(和任何其它含硫组分)。该CO2产物物流优选具有至少大约90％，更优选至少大约95％，更优选至少大约98％的CO2浓度。该CO2产物物流优选基本不含并可完全不含H2和CO。该CO2产物物流可以是纯或基本纯的CO2。
优选将该CO2产物物流压缩、管道输送并用于增强油回收率(EOR)或送往地质封存，或要用于这些用途，因此优选具有适合此类用途的纯度水平。
获自所述进一步分离系统的包含H2或H2和CO的物流与通过所述进一步分离而分离的物流相比富含H2和(如果存在于工艺进料中)CO，但通常仍含有一些CO2和(如果存在于通过该进一步分离系统而分离的物流中)H2S(由于在所述进一步分离系统中所有CO2或CO2和H2S与所有H2或H2和CO的完全分离通常不实际或经济上不可行)。该包含H2或H2和CO的物流从进料入该进一步分离系统的物流中回收充足的H2或H2和CO以致该进一步分离系统产生的进一步富含CO2和H2S的物流或CO2产物物流贫含H2或H2和CO至所需程度。通常，这要求该包含H2或H2和CO的物流回收进料入该进一步分离系统的物流中存在的至少大约95％和可能大约99％或更多的H2和(如果存在)CO。该包含H2或H2和CO的物流可以以许多方式使用。
一部分或所有的所述包含H2或H2和CO的物流可再循环至H2/CO-PSA系统以将其进一步分离，由此提高H2/CO产物物流中H2或H2和CO的总回收率。例如，一部分或所有的所述包含H2或H2和CO的物流可以压缩(如果必要和在必要时)并与送入H2/CO-PSA系统以供分离的物流(即工艺进料或获自H2S脱除系统的贫含H2S的物流)混合或同时引入。
一部分或所有的所述包含H2或H2和CO的物流可用作H2/CO-PSA系统中所用的PSA周期中的平衡或再加压步骤中的平衡或再加压气体(其与之前的选项相比，可能要求较低的物流压缩)。
一部分所述包含H2或H2和CO的物流可再循环回所述进一步分离系统中以便进一步分离。如果H2S脱除系统在所述进一步分离系统上游且所述包含H2或H2和CO的物流仍含有一些H2S，则一部分或所有的所述物流CO可以再循环至H2S脱除系统以便进一步分离。
根据所得混合物中任何CO2的含量，一部分或所有的所述包含H2或H2和CO的物流可以与一部分或所有的来自H2/CO-PSA系统的H2/CO产物物流混合。在如常见的那样该包含H2或H2和CO的物流含有一些CO2的情况下，则可由此方式合并至少一部分H2/CO产物和包含H2或H2和CO的物流，用来提供适合化学品用途的产物物流，其中一些CO2的存在可能是合意的。
如已经讨论的，如果H2S脱除系统是酸性-PSA系统，一部分或所有的所述包含H2或H2和CO的物流可用作吹扫该酸性-PSA用的吹扫气体(独自或除其它吹扫气体外附加地)。
一部分或所有的所述包含H2或H2和CO的物流可送往燃烧系统(例如燃气轮机、炉或其它合适的装置)并燃烧产生可用的热和/或功率。
如果所述包含H2或H2和CO的物流确实含有CO，可以在充足的O2存在下燃烧一部分或所有该物流以将经燃烧的该物流部分中存在的基本所有H2和CO转化成H2O和CO2。可随后冷却和压缩该燃烧流出物以冷凝出水，其可产生CO2物流，其纯度足以压缩和地质封存或与上述CO2产物物流一起用于EOR。如果该包含H2或H2和CO的物流含有一些H2S，这通过燃烧反应转化成SOx，SOx可随后通过使该冷却和压缩的燃烧流出物在O2、水和NOx存在下保持在升高的压力下来转化成硫酸并作为硫酸分离出。该方法可以如US-A1-2007/0178035中进一步描述的那样进行，其公开内容经此引用并入本文。
一部分或所有的所述包含H2或H2和CO的物流可简单排出、燃烧或以其它方式处置。如果该进料物流含有无法以其它方式除去(即由于它们未在H2S脱除系统中与H2S一起除去，未通过H2/CO-PSA系统与H2或H2和CO一起分离出，且未在所述进一步分离系统中与CO2一起分离)且如果未排出或燃烧就会积聚在该系统中的附加杂质，那么至少一部分所述物流的排出或燃烧可能特别必要。
在任何上述用途之前或替代任何上述用途，所述包含H2或H2和CO的物流也可以加热和膨胀以产生功率。
如一开始所述，布置H2/CO-PSA系统、H2S脱除系统和所述进一步分离系统以使：H2/CO-PSA系统接收进料物流或位于在这种情况下接收进料物流的H2S脱除系统下游；H2S脱除系统如果不接收进料物流，可位于H2/CO-PSA系统和CO2分离系统任一或两者的下游；和所述进一步分离系统始终位于H2/CO-PSA系统下游并可以在H2S脱除系统的上游或下游。
因此，在本发明的方法的一个实施方案(下文称作“第一实施方案”)中：
将进料物流引入H2/CO-PSA系统；
H2/CO-PSA系统分离所述进料物流以提供H2/CO产物物流以及富含CO2和H2S的物流；
H2S脱除系统加工所述富含CO2和H2S的物流以提供富含CO2并贫含H2S的物流；和
进一步分离系统分离所述富含CO2并贫含H2S的物流以提供CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流。
从该方法的前述一般描述中可明显看出这种第一实施方案的其它优选特征，如H2S脱除系统也用于除去水、使用酸性-PSA系统作为H2S脱除系统、也由该酸性-PSA系统产生的富含H2S的物流的用途、包含H2或H2和CO的物流的可能用途、各种物流的优选组成等等。
在提供用于精炼厂/化学品/功率应用的H2/CO产物、用于地质封存或EOR的CO2产物和任选适用于克劳斯反应的含H2S的产物方面，这种实施方案提供与目前商业使用的分离酸性合成气物流的方法(例如SelexolTM，Rectisol
Figure BSA00000550398400211
)类似的结果，但成本和功率消耗低于所述商业使用的方法。
在本发明的方法的另一实施方案(下文称作“第二实施方案”)中：
将进料物流引入H2S脱除系统；
该H2S脱除系统加工该进料物流以提供贫含H2S的物流；
H2/CO-PSA系统分离所述贫含H2S的物流以提供H2/CO产物物流和富含CO2并贫含H2S的物流；和
进一步分离系统分离所述富含CO2并贫含H2S的物流以提供CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流。
仍可从该方法的上述一般描述中看出这种实施方案的其它优选特征。
与上述第一实施方案相比，根据这种第二实施方案的方法具有某些优点和缺点。缺点在于：如果使用酸性-PSA系统作为H2S脱除系统，在H2/CO产物物流生产线中有两个PSA系统，这可能造成提高的压降；进料物流中的H2S浓度小于在第一实施方案中供给H2S脱除系统的物流中，这使H2S更难脱除；进料气体体积更大，这意味着需要更大的容器尺寸以防止流化；如果使用还产生富含H2S的物流的H2S脱除系统，在该富含H2S的物流中可能存在相对更大量的H2或H2和CO(并因此可能作为H2和/或CO产物损失)。优点在于：由H2/CO-PSA系统产生的富含CO2的物流中的H2S减少，其因此在所述进一步分离系统中进一步分离之前不需要在该物流的任何再压缩中再压缩；和CO2产物物流生产线中的压降可能较低。
在本发明的方法的另一实施方案(下文称作“第三实施方案”)中：
将进料物流引入H2/CO-PSA系统；
H2/CO-PSA系统分离进料物流以提供H2/CO产物物流和富含CO2和H2S的物流；
进一步分离系统分离所述富含CO2和H2S的物流以提供进一步富含CO2和H2S的物流和包含H2或H2和CO的物流；和
H2S脱除系统加工所述进一步富含CO2和H2S的物流以提供CO2产物物流。
仍可从该方法的上述一般描述中看出这种实施方案的其它优选特征。
与第一实施方案相比，根据这种第三实施方案的方法也具有某些优点和缺点。优点在于，如果使用还产生富含H2S的物流的H2S脱除系统，由于在H2S脱除系统上游除去更多H2或H2和CO，这种富含H2S的物流中的H2S浓度可能更高，因此也降低该富含H2S的物流中H2或H2和CO的损失。缺点在于：排除了使用H2S脱除系统来产生进料入所述进一步分离系统的干燥进料的可能性，因此可能必须使用不受该物流中H2S的存在的不利影响的附加TSA或其它形式的干燥系统；在由所述进一步分离系统产生的包含H2或H2和CO的物流中还可能存在至少一些H2S。
本发明的装置可包含：
用于分离进料物流以提供H2/CO产物物流以及富含CO2和H2S的物流的H2/CO-PSA系统；
用于将进料物流引入H2/CO-PSA系统的导管布置；
用于从H2/CO-PSA系统取出H2/CO产物物流的导管布置；
H2S脱除系统，用于加工所述富含CO2和H2S的物流以提供富含CO2并贫含H2S的物流；
用于从H2/CO-PSA系统取出富含CO2和H2S的物流并将该物流引入H2S脱除系统的导管布置；
进一步分离系统，用于分离所述富含CO2并贫含H2S的物流以提供CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流；
用于从所述H2S脱除系统取出富含CO2并贫含H2S的物流并将该物流引入所述进一步分离系统的导管布置；
用于从所述进一步分离系统取出CO2产物物流的导管布置；和
用于从所述进一步分离系统取出包含H2或H2和CO的物流的导管布置。
或者，本发明的装置可包含：
H2S脱除系统，用于加工进料物流以提供贫含H2S的物流；
用于将所述进料物流引入H2S脱除系统的导管布置；
用于分离所述贫含H2S的物流以提供H2/CO产物物流和富含CO2并贫含H2S的物流的H2/CO-PSA系统；
用于从所述H2S脱除系统取出贫含H2S的物流并将该物流引入所述H2/CO-PSA系统的导管布置；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出H2/CO产物物流的导管布置；
进一步分离系统，用于分离所述富含CO2并贫含H2S的物流以提供CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出富含CO2并贫含H2S的物流并将该物流引入所述进一步分离系统的导管布置；
用于从进一步分离系统取出CO2产物物流的导管布置；和
用于从所述进一步分离系统取出包含H2或H2和CO的物流的导管布置。
或者，本发明的装置可包含：
用于分离进料物流以提供H2/CO产物物流以及富含CO2和H2S的物流的H2/CO-PSA系统；
用于将进料物流引入所述H2/CO-PSA系统的导管布置；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出H2/CO产物物流的导管布置；
进一步分离系统，用于分离所述富含CO2和H2S的物流以提供进一步富含CO2和H2S的物流和包含H2或H2和CO的物流；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出富含CO2和H2S的物流并将该物流引入所述进一步分离系统的导管布置；
用于从所述进一步分离系统取出包含H2或H2和CO的物流的导管布置；
H2S脱除系统，用于加工所述进一步富含CO2和H2S的物流以提供CO2产物物流；
用于从所述进一步分离系统取出进一步富含CO2和H2S的物流并将该物流引入所述H2S脱除系统的导管布置；和
用于从所述H2S脱除系统取出CO2产物物流的导管布置。
从该方法的上述描述中可看出这些装置的优选特征。
本发明的方面包括：
#1.将包含H2S、CO2、H2和任选CO的进料物流分离成至少CO2产物物流以及H2或H2和CO产物物流(“H2/CO产物物流”)的方法，其中使用变压吸附系统(“H2/CO-PSA系统”)、H2S脱除系统和进一步分离系统来分离该进料物流，且其中：
将该进料物流引入所述H2/CO-PSA系统或所述H2S脱除系统；
所述H2/CO-PSA系统分离该进料物流以提供所述H2/CO产物物流以及富含CO2和H2S的物流，或分离已通过H2S脱除系统而贫含H2S的物流以提供所述H2/CO产物物流和富含CO2并贫含H2S的物流；
所述H2S脱除系统加工该进料物流以提供贫含H2S的物流，或加工已通过所述H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流以提供富含CO2并贫含H2S的物流，或加工已通过所述H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S并通过所述进一步分离系统进一步富含CO2和H2S的物流以提供所述CO2产物物流；且
所述进一步分离系统分离已通过所述H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流以提供进一步富含CO2和H2S的物流和包含H2或H2和CO的物流，或分离已通过所述H2/CO-PSA系统富含CO2并通过所述H2S脱除系统而贫含H2S的物流以提供所述CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流。
#2.其中所述H2S脱除系统分离所述进料物流、或所述已通过所述H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流、或所述已通过所述H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S并通过所述进一步分离系统进一步富含CO2和H2S的物流，以除了提供所述贫含H2S的物流、所述富含CO2并贫含H2S的物流或所述CO2产物物流外还提供富含H2S的物流。
#3.根据#2的方法，其中该富含H2S的物流具有大约20至大约80摩尔％的H2S浓度。
#4.根据#2或#3的方法，其中该H2S脱除系统是另一变压吸附系统(“酸性-PSA系统”)。
#5.根据#4的方法，其中使用蒸汽作为吹扫该酸性-PSA用的吹扫气体。
#6.根据#4或#5的方法，其中一部分或所有的获自进一步分离系统的包含H2或H2和CO的物流用作吹扫该酸性-PSA用的吹扫气体。
#7.根据#1至#6任一项的方法，其中一部分或所有的获自进一步分离系统的包含H2或H2和CO的物流再循环至H2/CO-PSA系统以便进一步分离。
#8.根据#1至#7任一项的方法，其中一部分或所有的获自进一步分离系统的包含H2或H2和CO的物流燃烧产生功率。
#9.根据#1至#8任一项的方法，其中一部分或所有的获自进一步分离系统的包含H2或H2和CO的物流在充足的O2存在下燃烧以将经燃烧的物流部分中的所有或基本所有H2和CO转化成H2O和CO2。
#10.根据#1至#9任一项的方法，其中该进一步分离系统是部分冷凝系统。
#11.根据#1至#9任一项的方法，其中该进一步分离系统是膜分离系统。
#12.根据#1至#11任一项的方法，其中该进料物流由获自固体或液体含碳原料气化的酸性合成气物流形成。
#13.根据#1至#12任一项的方法，其中该进料物流包含大约500ppm至大约5摩尔％H2S、大约10至大约60摩尔％CO2和大约35摩尔％至余量的H2或H2和CO的混合物。
#14.根据#1至#13任一项的方法，其中在所述H2/CO产物物流中回收所述进料物流中存在的H2的至少大约80％和在所述H2/CO产物物流中回收所述进料物流中存在的CO2的最多大约25％，且其中该H2/CO产物物流含有最多大约50ppm H2S。
#15.根据#1至#14任一项的方法，其中在所述H2/CO产物物流中回收所述进料物流中存在的H2和CO的至少大约75％和在所述H2/CO产物物流中回收所述进料物流中存在的CO2的最多大约25％，且其中该H2/CO产物物流含有最多大约50ppm H2S。
#16.根据#1至#15任一项的方法，其中该CO2产物物流具有至少大约90摩尔％的CO2浓度并含有最多大约100ppm H2S。
#17.根据#1至#16任一项的方法，其中：
将所述进料物流引入H2/CO-PSA系统；
所述H2/CO-PSA系统分离该进料物流以提供所述H2/CO产物物流和富含CO2和H2S的物流；
所述H2S脱除系统加工所述富含CO2和H2S的物流以提供富含CO2并贫含H2S的物流；和
所述进一步分离系统分离所述富含CO2并贫含H2S的物流以提供所述CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流。
#18.根据#17的方法，其中进料物流进一步包含水，且该H2S脱除系统加工所述富含CO2和H2S的物流以提供富含CO2并贫含H2S和水的物流。
#19.根据#1至#16任一项的方法，其中：
将所述进料物流引入所述H2S脱除系统；
所述H2S脱除系统加工该进料物流以提供贫含H2S的物流；
所述H2/CO-PSA系统分离所述贫含H2S的物流以提供所述H2/CO产物物流和富含CO2并贫含H2S的物流；和
所述进一步分离系统分离所述富含CO2并贫含H2S的物流以提供所述CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流。
#20.根据#19的方法，其中进料物流进一步包含水，且该H2S脱除系统加工该进料物流以提供贫含H2S和水的物流。
#21.根据#1至#16任一项的方法，其中：
将所述进料物流引入所述H2/CO-PSA系统；
所述H2/CO-PSA系统分离该进料物流以提供所述H2/CO产物物流以及富含CO2和H2S的物流；
所述进一步分离系统分离所述富含CO2和H2S的物流以提供进一步富含CO2和H2S的物流和包含H2或H2和CO的物流；
所述H2S脱除系统加工所述进一步富含CO2和H2S的物流以提供所述CO2产物物流。
#22.将包含H2S、CO2、H2和任选CO的进料物流分离成至少CO2产物物流和H2或H2和CO产物物流(“H2/CO产物物流”)的装置，该装置包含：
用于分离所述进料物流以提供所述H2/CO产物物流和富含CO2和H2S的物流的变压吸附系统(“H2/CO-PSA系统”)；
用于将所述进料物流引入所述H2/CO-PSA系统的导管布置；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出所述H2/CO产物物流的导管布置；
H2S脱除系统，用于加工所述富含CO2和H2S的物流以提供富含CO2并贫含H2S的物流；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出所述富含CO2和H2S的物流并将该物流引入所述H2S脱除系统的导管布置；
进一步分离系统，用于分离所述富含CO2并贫含H2S的物流以提供所述CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流；
用于从所述H2S脱除系统取出所述富含CO2并贫含H2S的物流并将该物流引入所述进一步分离系统的导管布置；
用于从所述进一步分离系统取出所述CO2产物物流的导管布置；和
用于从所述进一步分离系统取出所述包含H2或H2和CO的物流的导管布置。
#23.将包含H2S、CO2、H2和任选CO的进料物流分离成至少CO2产物物流和H2或H2和CO产物物流(“H2/CO产物物流”)的装置，该装置包含：
H2S脱除系统，用于加工所述进料物流以提供贫含H2S的物流；
用于将所述进料物流引入所述H2S脱除系统的导管布置；
用于分离所述贫含H2S的物流以提供所述H2/CO产物物流和富含CO2并贫含H2S的物流的变压吸附系统(“H2/CO-PSA系统”)；
用于从所述H2S脱除系统取出所述贫含H2S的物流并将该物流引入所述H2/CO-PSA系统的导管布置；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出所述H2/CO产物物流的导管布置；
进一步分离系统，用于分离所述富含CO2并贫含H2S的物流以提供所述CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出所述富含CO2并贫含H2S的物流并将该物流引入所述进一步分离系统的导管布置；
用于从所述进一步分离系统取出所述CO2产物物流的导管布置；和
用于从所述进一步分离系统取出所述包含H2或H2和CO的物流的导管布置。
#24.将包含H2S、CO2、H2和任选CO的进料物流分离成至少CO2产物物流和H2或H2和CO产物物流(“H2/CO产物物流”)的装置，该装置包含：
用于分离所述进料物流以提供所述H2/CO产物物流和富含CO2和H2S的物流的变压吸附系统(“H2/CO-PSA系统”)；
用于将所述进料物流引入所述H2/CO-PSA系统的导管布置；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出所述H2/CO产物物流的导管布置；
进一步分离系统，用于分离所述富含CO2和H2S的物流以提供进一步富含CO2和H2S的物流和包含H2或H2和CO的物流；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出所述富含CO2和H2S的物流并将该物流引入所述进一步分离系统的导管布置；
用于从所述进一步分离系统取出所述包含H2或H2和CO的物流的导管布置；
H2S脱除系统，用于加工所述进一步富含CO2和H2S的物流以提供所述CO2产物物流；
用于从所述进一步分离系统取出所述进一步富含CO2和H2S的物流并将该物流引入所述H2S脱除系统的导管布置；和
用于从所述H2S脱除系统取出所述CO2产物物流的导管布置。
仅作为实例，现在参照附图描述本发明的某些实施方案。
参照图1，进料物流(1)在6MPa(60巴)绝对压力下进料入H2/CO-PSA系统(101)。该进料物流的组成为1.0摩尔％H2S、39.0摩尔％CO2和60.0摩尔％H2和CO的混合物(数字四舍五入至最接近的0.1摩尔％)。H2/CO-PSA系统(101)将进料(1)分离成H2和CO产物物流(2)和富含CO2和H2S的物流(3)。H2和CO产物物流(2)在6MPa(60巴)绝对压力下制成并且是6.1摩尔％CO2和93.9摩尔％H2和CO。富含CO2和H2S的物流(3)在0.1MPa(1巴)绝对压力下制成并且是2.0摩尔％H2S、77.0摩尔％CO2和21.0摩尔％H2和CO。
H2和CO产物物流(2)可送往在燃气轮机(未显示)中燃烧和所得燃烧流出物的膨胀或用于化工厂(未显示)中的化学品生产。将富含CO2和H2S的物流(3)送往压缩机(102)并压缩至3.1MPa(31巴)绝对压力。随后将压缩的富含CO2和H2S的物流(4)引入酸性-PSA系统(103)，在此将其分离成富含H2S的物流(7)和贫含H2S、富含CO2的物流(5)。
在0.1MPa(1巴)绝对压力下制成的富含H2S的物流(7)是40.0摩尔％H2S和60.0摩尔％CO2(其可能包括痕量的H2/CO)并可送往硫回收系统，例如克劳斯装置(未显示)，以将H2S转化成元素硫。
在3.1MPa(31巴)绝对压力下制成的贫含H2S而富含CO2的物流(5)是77.8摩尔％CO2和22.2摩尔％H2和CO并转移至部分冷凝系统(104)，在此将其冷却至大约-55℃以部分冷凝该物流。该部分冷凝的物流随后使用一个或多个闪蒸槽(相分离器)和/或蒸馏塔分离成进一步富含CO2的液体和包含CO2、H2和CO的蒸气。由于CO2在-55℃的蒸气压，该蒸气是25.0摩尔％CO2，其余部分(即75.0摩尔％)是H2和CO。在所示流程图中在将该物流引入部分冷凝系统(104)之前不要求该贫含H2S、富含CO2的物流(5)的压缩，尽管如果要在比供入部分冷凝系统的进料所需低的压力下制成该物流，则可以在酸性-PSA系统(103)和部分冷凝系统(104)之间添加另外的压缩机。
作为CO2产物物流(6)从部分冷凝系统(104)取出液体冷凝物，其是99.0摩尔％CO2和1.0摩尔％H2和CO。该物流可以以其液态泵入另一位置，或其可以在另外的压缩机(105)中蒸发和压缩至充足压力，如12MPa(120巴)绝对压力，以作为物流(9)经管道输送至地质封存地点或用于EOR。
在3MPa(30巴)绝对压力下作为气体物流(8)取出包含CO2、H2和CO的蒸气，并可以以许多方式使用或简单弃置。例如，这种气体物流的一部分或全部可以排出(未显示)，用作一些其它工艺(未显示)的进料，与来自H2/CO-PSA系统(101)的H2/CO-产物物流(2)混合(未显示)，在另一压缩机(106)中压缩并通过添加到工艺进料(1)中来再循环至H2/CO-PSA系统(101)(如图1中的虚线所示)，用作酸性-PSA系统(103)的吹扫气体(未显示)，或再循环至部分冷凝系统(104)以便进一步分离(未显示)。
H2/CO-PSA系统(101)和酸性-PSA系统(103)可使用如本领域普通技术人员公知的任何各种不同的PSA周期运行。
例如，参照图2和表1，酸性-PSA系统(103)可包含并联布置并在图2中标作A至H的8个床。各床进行以下列次序包括下列步骤的PSA周期：进料；冲洗；平衡；提供吹扫；排空/降压；吹扫；平衡；再加压(显示了一个平衡步骤，然而在实践中可以使用多于一个)。这些床的周期如图2中所示和如表1中所述交错，其中在图2中所描绘的时间点：
床A经历用富含CO2和H2S的物流(4)进料并吸附H2S；
床B经历使用获自床E和F的一部分H2S气体进行冲洗，被推动穿过床B的气体与被推动穿过床A的气体合并以提供贫含H2S、富含CO2的物流(5)；
床C向床G提供平衡气体；
床D向床F提供富含CO2的吹扫气体；
床E经历排空，将所得气体与获自床F的气体合并；
床F经历用来自床D的富含CO2的吹扫气体进行吹扫，将获自床E和F的合并气体合并以向床B提供富含H2S的物流(7)和冲洗气体；
床G从床C接收平衡气体；和
床H经历使用一部分富含CO2和H2S的物流(4)进行再加压。
参照图3和表2，显示替代性的PSA周期，其中酸性-PSA系统(103)包含并联布置并在图3中标作I至Q的9个床。各床进行以下列次序包括下列步骤的PSA周期：进料；平衡；提供吹扫；冲洗；排空/降压；吹扫；接受冲洗；平衡；再加压。这些床的周期如图3中所示和进一步如表2中所述交错。
参照图4和表3，显示另一PSA周期，其中酸性-PSA系统(103)包含并联布置并在图4中标作R至Y的8个床。各床进行以下列次序包括下列步骤的PSA周期：进料；平衡；提供吹扫；冲洗；排空/降压；吹扫；平衡；再加压。这些床的周期如图4中所示和进一步如表3中所述交错。
Figure BSA00000550398400311
Figure BSA00000550398400312
Figure BSA00000550398400321
参照图5，显示了描绘本发明的替代性实施方案的流程图，其中使用与图1中相同的标号标示共同构件。在此实施方案中，进料物流(1)在3MPa(30巴)绝对压力下进料入酸性-PSA系统(103)。进料物流(1)的组成仍为1.0摩尔％H2S、39.0摩尔％CO2和60.0摩尔％H2和CO的混合物(数字四舍五入至最接近的0.1摩尔％)。
酸性-PSA系统(103)将进料(1)分离成富含H2S的物流(7)和贫含H2S的物流(25)。在0.1MPa(1巴)绝对压力下制成的富含H2S的物流(7)是25.0摩尔％H2S和75.0摩尔％CO2并仍可送往硫回收系统(未显示)以将H2S转化成元素硫。贫含H2S的物流(21)在3MPa(30巴)绝对压力下制成并且是37.5摩尔％CO2和62.5摩尔％H2和CO。
将贫含H2S的物流(21)转移至H2/CO-PSA系统(101)，其将该贫含H2S的物流(21)分离成H2和CO产物物流(2)和富含CO2的物流(22)(其仍贫含H2S)。在所示流程图中，贫含H2S的物流(21)在引入H2/CO-PSA系统(101)之前不进一步压缩，但如果需要，当然可提供进一步压缩。H2和CO产物物流(2)在与贫含H2S的物流(25)相同的压力，即3MPa(30巴)绝对压力下制成，并仍是6.1摩尔％CO2和93.9摩尔％H2和CO。富含CO2并贫含H2S的物流(22)在0.1MPa(1巴)绝对压力下制成并且是77.1摩尔％CO2和22.9摩尔％H2和CO。
H2和CO产物物流(2)可如上论述送往在燃气轮机(未显示)中燃烧和所得燃烧流出物的膨胀或用于化工厂(未显示)中的化学品生产。将富含CO2并贫含H2S的物流(22)送往压缩机(201)并压缩至3.0MPa(30巴)绝对压力。随后将压缩的富含CO2并贫含H2S的物流(23)引入部分冷凝系统(104)。
部分冷凝系统(104)将压缩的富含CO2并贫含H2S的物流(23)冷却至大约-55℃以部分冷凝该物流。该部分冷凝的物流随后使用一个或多个闪蒸槽(相分离器)和/或蒸馏塔分离成进一步富含CO2的液体和包含CO2、H2和CO的蒸气。由于CO2在-55℃下的蒸气压，该蒸气是25.0摩尔％CO2，其余部分(即75.0摩尔％)是H2和CO。
作为CO2产物物流(6)从部分冷凝系统(104)取出液体冷凝物，其是99.0摩尔％CO2和1.0摩尔％H2和CO。该物流也可以以其液态泵入另一位置，或在另外的压缩机(105)中蒸发和压缩至充足压力，如12MPa(120巴)绝对压力，以作为物流(9)经管道输送至地质封存地点或用于EOR。
在3MPa(30巴)绝对压力下作为气体物流(8)取出包含CO2、H2和CO的蒸气，并仍可以如上所述以许多方式使用或简单弃置。在图5中所示的流程图中，该气体物流通过添加到贫含H2S的物流(21)中来再循环至H2/CO-PSA系统(101)(如图5中的虚线所示)。
H2/CO-PSA系统(101)和酸性-PSA系统(103)仍可使用如本领域普通技术人员公知的任何各种不同的PSA周期运行。酸性-PSA系统(103)可以例如经由上文参照图2至4描述的任何周期运行。
参照图6，显示了描绘本发明的另一实施方案的流程图，其中仍使用与图1中相同的标号标示共同构件。在此实施方案中，进料物流(1)再在6MPa(60巴)绝对压力下进料入H2/CO-PSA系统(101)。该进料物流的组成仍为1.0摩尔％H2S、39.0摩尔％CO2和60.0摩尔％H2和CO的混合物(数字四舍五入至最接近的0.1摩尔％)。H2/CO-PSA系统(101)将进料(1)分离成H2和CO产物物流(2)和富含CO2和H2S的物流(3)。H2和CO产物物流(2)在6MPa(60巴)绝对压力下制成并且是6.1摩尔％CO2和93.9摩尔％H2和CO。富含CO2和H2S的物流(3)在0.1MPa(1巴)绝对压力下制成并且是2.2摩尔％H2S、76.8摩尔％CO2和21.1摩尔％H2和CO。
H2和CO产物物流(2)可如上论述送往在燃气轮机(未显示)中燃烧和所得燃烧流出物的膨胀或用于化工厂(未显示)中的化学品生产。将富含CO2和H2S的物流(3)送往压缩机(102)并压缩至3.0MPa(30巴)绝对压力。随后将压缩的富含CO2和H2S的物流(4)引入部分冷凝系统(104)。
部分冷凝系统(104)将压缩的富含CO2和H2S的物流(4)冷却至大约-55℃以部分冷凝该物流。该部分冷凝的物流随后使用一个或多个闪蒸槽(相分离器)和/或蒸馏塔分离成进一步富含CO2和H2S的液体和包含H2S、CO2、H2和CO的蒸气。由于H2S和CO2在-55℃的蒸气压，该蒸气是0.6摩尔％H2S、25.0摩尔％CO2和74.4摩尔％H2和CO。
在3MPa(30巴)绝对压力下作为气体物流(32)取出包含H2S、CO2、H2和CO的蒸气，并仍可以如上所述以许多方式使用或简单弃置。在图6中所示的流程图中，该气体物流在另一压缩机(106)中压缩并通过添加到工艺进料(1)中来再循环至H2/CO-PSA系统(101)(如图6中的虚线所示)。
将液体冷凝物——其是2.8摩尔％H2S、96.3摩尔％CO2和0.9摩尔％H2和CO——蒸发并在3MPa(30巴)绝对压力下作为物流(31)从部分冷凝系统(104)中取出。将该物流送往酸性-PSA系统(103)，在此将其分离成富含H2S的物流(7)和CO2产物物流(6)。在所示流程图中，该进一步富含CO2和H2S的物流(31)在引入H2/CO-PSA系统(101)之前不进一步压缩，但如果需要，当然可提供进一步压缩。
由酸性-PSA系统(103)在0.1MPa(1巴)绝对压力下制成的富含H2S的物流(7)是50.0摩尔％H2S和50.0摩尔％CO2并仍可送往硫回收系统(未显示)以将H2S转化成元素硫。在30MPa(1巴)下从酸性-PSA系统(103)取出CO2产物物流(6)，其是99.0摩尔％CO2和1.0摩尔％H2和CO，并可以在另外的压缩机(105)中压缩至充足压力，如12MPa(120巴)绝对压力，以作为物流(9)经管道输送至地质封存地点或用于EOR。
H2/CO-PSA系统(101)和酸性-PSA系统(103)仍可使用如本领域普通技术人员公知的各种不同的PSA周期运行。酸性-PSA系统(103)可以例如经由上文参照图2至4描述的任何周期运行。
要认识到，本发明不限于上文参照优选实施方案描述的细节，而是可以在不背离如下列权利要求中规定的本发明的精神或范围的情况下做出许多修改和变动。

Claims (1)

1.将包含H2S、CO2、H2和任选CO的进料物流分离成至少CO2产物物流以及H2或H2和CO产物物流的方法，其中使用H2/CO-PSA系统、H2S脱除系统和进一步分离系统来分离该进料物流，且其中：
将该进料物流引入所述H2/CO-PSA系统或所述H2S脱除系统；
所述H2/CO-PSA系统分离该进料物流以提供所述H2或H2和CO产物物流以及富含CO2和H2S的物流，或分离已通过H2S脱除系统而贫含H2S的物流以提供所述H2或H2和CO产物物流和富含CO2并贫含H2S的物流；
所述H2S脱除系统加工该进料物流以提供贫含H2S的物流，或加工已通过所述H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流以提供富含CO2并贫含H2S的物流，或加工已通过所述H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S并通过所述进一步分离系统进一步富含CO2和H2S的物流以提供所述CO2产物物流；且
所述进一步分离系统分离已通过所述H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流以提供进一步富含CO2和H2S的物流和包含H2或H2和CO的物流，或分离已通过所述H2/CO-PSA系统富含CO2并通过所述H2S脱除系统而贫含H2S的物流以提供所述CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流。
2. 权利要求1的方法，其中所述H2S脱除系统分离所述进料物流、或所述已通过所述H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S的物流、或所述已通过所述H2/CO-PSA系统富含CO2和H2S并通过所述进一步分离系统进一步富含CO2和H2S的物流，以除了提供所述贫含H2S的物流、所述富含CO2并贫含H2S的物流或所述CO2产物物流外还提供富含H2S的物流。
3. 权利要求2的方法，其中该H2S脱除系统是另一变压吸附系统，其被称为“酸性-PSA系统”。
4. 权利要求1的方法，其中该进一步分离系统是部分冷凝系统。
5. 权利要求1的方法，其中该进一步分离系统是膜分离系统。
6. 权利要求1的方法，其中该进料物流由获自固体或液体含碳原料气化的酸性合成气物流形成。
7. 权利要求1的方法，其中该进料物流包含500 ppm至5摩尔%H2S、10至60摩尔%CO2和35摩尔%至余量的H2或H2和CO的混合物。
8. 权利要求1的方法，其中在所述H2或H2和CO产物物流中回收所述进料物流中存在的H2的至少80%和在所述H2或H2和CO产物物流中回收所述进料物流中存在的CO2的最多25%，且其中该H2或H2和CO产物物流含有最多50 ppm H2S。
9. 权利要求1的方法，其中在所述H2或H2和CO产物物流中回收所述进料物流中存在的H2和CO的至少75%和在所述H2或H2和CO产物物流中回收所述进料物流中存在的CO2的最多25%，且其中该H2或H2和CO产物物流含有最多50 ppm H2S。
10. 权利要求1的方法，其中该CO2产物物流具有至少90摩尔%的CO2浓度并含有最多100 ppm H2S。
11. 权利要求2的方法，其中该富含H2S的物流具有20至80摩尔%的H2S浓度。
12. 权利要求1的方法，其中一部分或所有的获自所述进一步分离系统的包含H2或H2和CO的物流再循环至所述H2/CO-PSA系统以便进一步分离。
13. 权利要求1的方法，其中一部分或所有的获自所述进一步分离系统的包含H2或H2和CO的物流燃烧以产生功率。
14. 权利要求1的方法，其中一部分或所有的获自所述进一步分离系统的包含H2或H2和CO的物流在充足的O2存在下燃烧以将经燃烧的该物流部分中的所有或基本所有H2和CO转化成H2O和CO2。
15. 权利要求3的方法，其中使用蒸汽作为吹扫该酸性-PSA用的吹扫气体。
16. 权利要求3的方法，其中一部分或所有的获自所述进一步分离系统的包含H2或H2和CO的物流用作吹扫该酸性-PSA用的吹扫气体。
17. 权利要求1的方法，其中：
将所述进料物流引入H2/CO-PSA系统；
所述H2/CO-PSA系统分离该进料物流以提供所述H2或H2和CO产物物流和富含CO2和H2S的物流；
所述H2S脱除系统加工所述富含CO2和H2S的物流以提供富含CO2并贫含H2S的物流；和
所述进一步分离系统分离所述富含CO2并贫含H2S的物流以提供所述CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流。
18. 权利要求17的方法，其中进料物流进一步包含水，且该H2S脱除系统加工所述富含CO2和H2S的物流以提供富含CO2并贫含H2S和水的物流。
19. 权利要求1的方法，其中：
将所述进料物流引入所述H2S脱除系统；
所述H2S脱除系统加工该进料物流以提供贫含H2S的物流；
所述H2/CO-PSA系统分离所述贫含H2S的物流以提供所述H2或H2和CO产物物流和富含CO2并贫含H2S的物流；和
所述进一步分离系统分离所述富含CO2并贫含H2S的物流以提供所述CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流。
20. 权利要求19的方法，其中进料物流进一步包含水，且该H2S脱除系统加工该进料物流以提供贫含H2S和水的物流。
21. 权利要求1的方法，其中：
将所述进料物流引入所述H2/CO-PSA系统；
所述H2/CO-PSA系统分离该进料物流以提供所述H2或H2和CO产物物流以及富含CO2和H2S的物流；
所述进一步分离系统分离所述富含CO2和H2S的物流以提供进一步富含CO2和H2S的物流和包含H2或H2和CO的物流；
所述H2S脱除系统加工所述进一步富含CO2和H2S的物流以提供所述CO2产物物流。
22. 将包含H2S、CO2、H2和任选CO的进料物流分离成至少CO2产物物流和H2或H2和CO产物物流的装置，该装置包含：
用于分离所述进料物流以提供所述H2或H2和CO产物物流和富含CO2和H2S的物流的H2/CO-PSA系统；
用于将所述进料物流引入所述H2/CO-PSA系统的导管布置；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出所述H2或H2和CO产物物流的导管布置；
H2S脱除系统，用于加工所述富含CO2和H2S的物流以提供富含CO2并贫含H2S的物流；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出所述富含CO2和H2S的物流并将该物流引入所述H2S脱除系统的导管布置；
进一步分离系统，用于分离所述富含CO2并贫含H2S的物流以提供所述CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流；
用于从所述H2S脱除系统取出所述富含CO2并贫含H2S的物流并将该物流引入所述进一步分离系统的导管布置；
用于从所述进一步分离系统取出所述CO2产物物流的导管布置；和
用于从所述进一步分离系统取出所述包含H2或H2和CO的物流的导管布置。
23. 将包含H2S、CO2、H2和任选CO的进料物流分离成至少CO2产物物流和H2或H2和CO产物物流的装置，该装置包含：
H2S脱除系统，用于加工所述进料物流以提供贫含H2S的物流；
用于将所述进料物流引入所述H2S脱除系统的导管布置；
用于分离所述贫含H2S的物流以提供所述H2或H2和CO产物物流和富含CO2并贫含H2S的物流的H2/CO-PSA系统；
用于从所述H2S脱除系统取出所述贫含H2S的物流并将该物流引入所述H2/CO-PSA系统的导管布置；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出所述H2或H2和CO产物物流的导管布置；
进一步分离系统，用于分离所述富含CO2并贫含H2S的物流以提供所述CO2产物物流和包含H2或H2和CO的物流；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出所述富含CO2并贫含H2S的物流并将该物流引入所述进一步分离系统的导管布置；
用于从所述进一步分离系统取出所述CO2产物物流的导管布置；和
用于从所述进一步分离系统取出所述包含H2或H2和CO的物流的导管布置。
24. 将包含H2S、CO2、H2和任选CO的进料物流分离成至少CO2产物物流和H2或H2和CO产物物流的装置，该装置包含：
用于分离所述进料物流以提供所述H2或H2和CO产物物流和富含CO2和H2S的物流的H2/CO-PSA系统；
用于将所述进料物流引入所述H2/CO-PSA系统的导管布置；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出所述H2或H2和CO产物物流的导管布置；
进一步分离系统，用于分离所述富含CO2和H2S的物流以提供进一步富含CO2和H2S的物流和包含H2或H2和CO的物流；
用于从所述H2/CO-PSA系统取出所述富含CO2和H2S的物流并将该物流引入所述进一步分离系统的导管布置；
用于从所述进一步分离系统取出所述包含H2或H2和CO的物流的导管布置；
H2S脱除系统，用于加工所述进一步富含CO2和H2S的物流以提供所述CO2产物物流；
用于从所述进一步分离系统取出所述进一步富含CO2和H2S的物流并将该物流引入所述H2S脱除系统的导管布置；和
用于从所述H2S脱除系统取出所述CO2产物物流的导管布置。
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