CN103189124B - 含co2及h2s气体的回收系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种含CO2及H2S气体的回收系统，其具备：以含有例如将煤等气化后的CO2及H2S的气化气体作为导入气体(11)，使该导入气体(11)和吸收CO2及H2S的吸收液(12)接触从导入气体(11)吸收CO2及H2S的吸收塔(13)；从吸收塔(13)的塔底部(13c)抽出吸收了CO2及H2S的吸收液(12A)，并且从塔顶部(14a)导入，使CO2及H2S放出并对吸收液(12)进行再生的吸收液再生塔(14)；使再生了的吸收液(12B)从再生塔(14)返回至吸收塔(13)第二供给线(L2)；从吸收塔(13)的塔中段(13b)附近抽出吸收了CO2及H2S的一部分的吸收液(半富液)(12C)，将该半富液(12C)导入至再生塔(14)的塔中段(14b)附近的第三供给线(L3)。

Description

含CO2及H2S气体的回收系统及方法
技术领域
本发明涉及从利用气化炉将例如煤或生物质等进行气化而得到的气化气中含有的CO2和H2S中高效地回收H2S的含CO2及H2S气体的回收系统及方法。 
背景技术
作为除去利用气化炉对煤或生物质等进行气化的气化气中含有的CO2和H2S等酸性气体的技术，到目前为止，提出了化学吸收法(例如，胺吸收液(利用例如(N-甲基二乙醇胺：MDEA等吸收液))和物理吸收法(例如，利用使用聚乙二醇二甲醚的Selexol吸收液)。 
但是，为IGCC(煤气化联合发电)技术这种系统的情况下，有如下的要求。 
1)在发电系统中，为了使大气污染物质即SOx的排出低于限定值，需要除去作为SOx产生源的H2S。另一方面，为了具有使发电效率上升的效果，因此期望不极力回收CO2。 
2)回收的含H2S气体(废气)流量较少、H2S浓度较高对于从回收气体制造化学产品的情况和处理H2S的情况有利，期望可以有选择地回收H2S。 
3)在IGCC中组合了CO变换和CCS(二氧化碳回收、储存)的系统中，需要将利用CO2回收过程回收的CO2中的H2S浓度抑制在规定值(例如10～20ppm)左右。 
4)为了提高发电效率，蒸气等热能的使用量越少越好。 
即，从热能方面考虑，要求从含CO2和H2S气体中有效且有选择地分离H2S。 
因此，到目前为止已提出了通过放压容器(再生塔上段)将溶解成分部分放散后的吸收液的一部分从吸收塔的最上部的下方供给的节能工艺(专利文献1)。 
现有技术文献 
专利文献 
专利文献1：日本特开2010-120013号公报 
发明内容
发明要解决的问题 
但是，就专利文献1的技术而言，适用于从不含H2S的气体回收CO2的情况是有效的，但是，在适用于从含CO2和H2S气体中选择回收H2S时，吸收塔的下方的吸收液中的H2S浓度变高，因此H2S吸收速度大幅下降，因此，存在H2S除去率、H2S选择性下降，为了得到期望的除去率反向导致热能增大的问题。 
因此，在化学吸收工艺中，迫切希望出现下述方法：除了能够从含CO2和H2S气体中吸收CO2以外，从热能方面考虑，有效且还能够有选择地分离H2S。 
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种含CO2及H2S气体的回收系统及方法，其能有效地回收利用气化炉对例如煤或生物质等进行气化而得到的气化气中含有的H2S。 
解决问题的方法 
用于解决上述问题的本发明的第一发明为含CO2及H2S气体的回收系统，所述回收系统具备：以含CO2及H2S气体作为导入气体，使该导入气体和吸收CO2及H2S的吸收液接触从所述导入气体吸收CO2及H2S的吸收塔；从吸收塔的塔底部抽出吸收了CO2及H2S的吸收液，经由第一供给线自塔顶部导入，利用再沸器的热使CO2及H2S放出而对吸收液进行再生的吸收液再生塔；使再生后的再生吸收液返回至吸收塔的第二供给线；从吸收塔的塔中段附近抽出吸收了CO2及H2S的一部分的吸收液，将抽出的吸收液导入至再生塔的塔中段附近的第三供给线。 
第二发明的含CO2及H2S气体的回收系统，在第一发明的回收系统中具备：安装在第一供给线和第二供给线的交叉部，使从吸收塔的塔底部抽出的吸收了CO2及H2S的吸收液和再生吸收液进行换热的第一换热器；安装在第三供给线和第二供给线的交叉部，使从吸收塔的塔中段附近抽出的吸收了CO2及H2S的吸收液和再生吸收液进行换热的第二换热器，其中，从换热后的再生塔的塔中段附近导入的吸收了CO2及H2S的吸收液的温度，和从换热后的再生塔的塔顶部导入的吸收了CO2及H2S的吸收液的温度相同或在从换热后的再生塔的塔顶部导入的吸收了CO2及H2S的吸收液的温度以上。
第三发明为含CO2及H2S气体的回收方法，其使用了从含CO2及H2S的导入气体回收CO2及H2S的吸收塔和再生塔，其中，从所述从导入气体吸收CO2及H2S的吸收塔的塔中段附近抽出吸收液的一部分，减少流下至吸收塔的下方的吸收液的流量，将从塔底部抽出的吸收液从再生塔的塔顶部附近导入，并且将从吸收塔的塔中段附近抽出的吸收液导入至再生塔的塔中段附近来进行再生。 
第四发明为含CO2及H2S气体的回收方法，在第三发明的回收方法中，其中，从吸收塔塔底部及塔中段附近抽出的吸收了CO2及H2S的吸收液和通过再生塔再生后的再生吸收液分别进行换热，换热后的从再生塔的塔中段附近导入的吸收了CO2及H2S的吸收液，和换热后的从再生塔的塔顶部导入的吸收了CO2及H2S的吸收液的温度相同或者在换热后的从再生塔的塔顶部导入的吸收了CO2及H2S的吸收液的温度以上。 
发明的效果 
根据本发明，通过第三供给线从吸收塔的塔中段附近抽出吸收液的一部分，减少流下至吸收塔的下方的吸收液的流量，可降低CO2的吸收量而且几乎不会降低H2S的吸收量，从而实现H2S的选择分离性的提高，并且实现再生塔中的再沸器热量的减少。 
附图说明
图1-1：图1-1为实施例1的含CO2及H2S气体的回收系统的概略图。 
图1-2：图1-2为实施例1的含CO2及H2S气体的回收系统的追加了温度、压力条件的一个例子的概略图。 
图2-1：图2-1为对现有技术的基本工艺的回收系统和实施例的回收系统中的蒸馏焓进行比较的图； 
图2-2：图2-2为表示再生塔的理论塔板数的示意图； 
图3：图3为实施例2的含CO2及H2S气体的回收系统的概略图； 
图4：图4为实施例3的含CO2及H2S气体的回收系统的概略图。 
符号说明 
10A、10B、10C  含CO2及H2S气体的回收系统 
11  导入气体 
12  吸收液 
12A  富液 
12B  贫液 
12C  半富液 
12D  半贫液 
13  吸收塔 
14  吸收液再生塔(再生塔) 
15  再沸器 
16  第一换热器 
17  第二换热器 
具体实施方式
下面，参照附图对本发明详细地进行说明。需要说明的是，本发明并不受该实施例限定。另外，下述实施例中的构成要素包括本领域技术人员可容易地设想的要素或者实质上相同的要素。 
实施例1 
参照附图对本发明实施例的含CO2及H2S气体的回收系统进行说明。图1-1为实施例1的含CO2及H2S气体的回收系统的概略图。 
如图1-1所示，本实施例的含CO2及H2S气体的回收系统10A具备：以从例如对煤或生物质等进行气化的气化炉等得到的含CO2及H2S的气化气作为导入气体11，使该导入气体11和吸收CO2及H2S的吸收液12接触而从上述导入气体11吸收CO2及H2S的吸收塔13；从吸收塔13的塔底部13c抽出吸收了CO2及H2S的吸收液(富液)12A，并且经由第一供给线L1从塔顶部14a导入，利用再沸器15的热使CO2及H2S放出而对吸收液12进行再生的吸收液再生塔(下面称作“再生塔”)14；使再生后的吸收液(贫液)12B从再生塔14的塔底部14c抽出，返回至吸收塔13的塔顶部13a的第二供给线L2；从吸收塔13的塔中段13b附近抽出吸收了CO2及H2S的一部分的吸收液(半富液)12C，将抽出的半富液12C导入至再生塔14的塔中段14b附近的第三供给线L3；安装在第一供给线L1和第二供给线L2的交叉部，使富液12A和贫液12B进行换热的第一换热器16；安装在第三供给线L3和第二供给线L2的交叉部，使半富液12C和贫液12B进行换热的第二换热器17。 
在该系统中，利用上述再生塔14除去CO2及H2S，再生后的吸收液(贫液)12B作为吸收液12被再利用。 
在使用了该含CO2及H2S气体的回收系统10A的精制方法中，在对煤或生物质等进行气化的气化炉中得到的气化气被送至气体冷却装置(未图示)，在此通过冷却水冷却，作为导入气体11导入至吸收塔13。 
吸收塔13在塔内部设有填充部13A、13B，在通过上述填充部13A、13B时，提高导入气体11和吸收液12的相对接触效率。需要说明的是，也可以设置多个填充部，除填充法以外，也可例如通过喷雾法、液柱法、塔板法等使导入气体11和吸收液12方向相对地接触。 
在上述吸收塔13中，导入气体11和例如胺系的吸收液12进行对流接触，废气11中的CO2及H2S通过化学反应被吸收液12吸收，除去了CO2及H2S后的净化气体21被排放至系统外。吸收了CO2及H2S的吸收液也被称作“富液”12A。该富液12A经由富液泵(未图示)，在第一换热器16中，通过与利用吸收液再生塔14再生的吸收液(贫液)12B的换热而被加热，然后，供给至吸收液再生塔14。 
所述经过了换热的富液12A从具有填充部14A、14B的吸收液再生塔14的塔顶部14a附近导入至塔内，在塔内流下时，在来自再沸器15的水蒸气22的作用下产生吸热反应，放出大部分的CO2及H2S，进行再生。在吸收液再生塔14内放出了一部分或者大部分的CO2及H2S的吸收液被称作“半贫液”。该半贫液在到达吸收液再生塔14下部时，成为除去几乎全部的CO2及H2S的吸收液。通过该除去几乎所有CO2及H2S而再生的吸收液被称作“贫液”12B。该贫液12B利用再沸器15通过饱和水蒸气23而间接地被过加热，产生水蒸气22。 
另外，从吸收液再生塔14的塔顶部14a导出在塔内伴随从富液12A及半贫液放出的水蒸气的CO2及H2S气体25，并通过电容器26冷凝水蒸气，由分离鼓27分离水28，将CO2及H2S气体29排放至系统外被回收。由分离鼓27分离的水28被供给至吸收液再生塔14的上部。 
经再生的吸收液(贫液)12B利用第二换热器17和半富液12C进行换热而被冷却，然后利用第一换热器16和富液12A进行换热而被冷却，接着利用贫溶剂泵(未图示)升压，进而利用贫溶剂冷却器30冷却后，再次供给至吸收塔13，作为吸收液12被再利用。 
另外，换热后的从再生塔14的塔中段14b附近导入的吸收了CO2及H2S的吸收液(半富液)12C的温度，和利用第二换热器17换热后的从再生塔14的塔顶部14a导入的吸收了CO2及H2S的吸收液(富液)12A的温度相同或在利用第二换热器17换热后的从再生塔14的塔顶部14a导入的吸收了CO2及H2S的吸收液(富液)12A的温度以上。 
这是由于塔中段14b部分因来自再沸器15的上述水蒸气22的热，其温度比再生塔14的塔顶部14a的温度更高，所以，对于在此处导入的半富液12C而言，为了不产生其热损失，需要将温度设定为与塔顶部14a侧相比为相同以上。 
在本实施例中，使得从比吸收塔13的最上段更靠下方侧的塔中段13b附近，通过第三供给线L3将吸收液的一部分抽出。需要说明的是，就抽出量而言，测定导入的导入气体的温度、压力、流量、CO2浓度、H2S浓度，综合地判断这些条件而决定最优的抽出位置和抽出量。 
被抽出的半富液12C利用第二换热器17，通过和从再生塔14的塔底部14c排出的高温的贫液12B的换热而被加热，并供给至再生塔14的塔中段14b附近，更优选比塔中段14b更靠下方侧。 
但是，导入气体11中的H2S和CO2在吸收塔13内和H2S及CO2一起被吸收液12吸收。 
如本发明所述，使从吸收塔13的塔中段13b附近通过第三供给线L3将吸收液12的一部分抽出，减少流下至吸收塔13的下方的吸收液的流量，从而，H2S在气体侧的物质移动占主导地位，而CO2在液体侧的物质移动占主导地位，因此，CO2的吸收速度进一步降低。 
因此，CO2吸收量下降即吸收液中的CO2浓度下降的部分，H2S的吸收量增加。 
即使考虑吸收液的流量的下降引起的H2S吸收量的下降，H2S吸收量也几乎不下降。 
因此，可以实现H2S的选择性的提高。 
从再生塔14的塔顶部14a导入CO2及H2S浓度高的富液12A，将与富液12A相比较，CO2及H2S浓度相对低的半富液12C加温至和富液12A相同或其以上的温度，之后供应至再生塔14的塔中段14b附近或比其更下方侧，从而，可以减少再沸器15的热量，因此，可以减少再沸器15的蒸气消耗量。 
图1-2为实施例1的含CO2及H2S气体的回收系统的追加了温度、压力条件的一个例子的概略图。 
如图1-2所示，导入气体11被导入至吸收塔13。 
以与导入气体11对向的方式将吸收液12(贫液12B)导入至塔内，吸收CO2及H2S。 
由于该吸收为放热反应，因此从吸收塔13的塔中段13b附近抽出的半富液12C为49℃。另一方面，从塔底部13c抽出的富液12A为44℃。 
该富液12A和半富液12C在第一及第二换热器16、17中，分别和高温(122℃)的贫液12B进行换热，富液12A变为77℃，从再生塔14的塔顶部14a导入。另外，半富液12C变为104℃，从再生塔14的塔中段14b附近导入。 
因此，减少了再生塔14中的再沸器热量。 
图2-1对现有技术的基本工艺的回收系统和实施例的回收系统中的蒸馏焓进行比较。图2-2为表示再生塔的理论塔板数的示意图。 
在此，所谓现有技术，是从吸收塔13的塔底部抽出所有吸收液，从再生塔14的塔顶部14a导入全部量而进行再生的方法。 
如图2-1所示，和现有技术的情况相比，在实施例的回收系统中，再生塔上段的蒸馏焓即需要的热能大幅下降，与此相对，在再生塔下段，蒸馏焓的增加比较小，结果确认，实现了再沸器15及电容器26的必要热量减少。需要说明的是，通过降低CO2回收量而减少吸收热，也有助于必要热量的减少。 
这样，根据本发明，可以减少再沸器热量，能够减少系统整体的热能。 
实施例2 
对本发明的实施例的含CO2及H2S气体的回收系统，参照附图进行说明。图3为实施例2的含CO2及H2S气体的回收系统的概略图。需要说明的是，对于和图1所示的实施例1的结构相同的结构，标注相同的符号并省略其说明。 
如图3所示，本实施例的含CO2及H2S气体的回收系统10B，在实施例1的含CO2及H2S气体的回收系统10A中，设有抽出线L4，该抽出线L4从再生塔14的塔中段14b附近抽出将一部分CO2及H2S放出而再生的吸收液(半贫液)12D的全部量。然后，使该抽出线L4在安装在第三供给线L3上的第二换热器17的前段侧合流，使抽出的半贫液12D在此和半富液12C混合，然后利用第二换热器17进行换热，之后导入至再生塔14的下段的填充部14B侧。
因此，与现有技术相比，减少了再沸器15的热能。 
表1是对现有技术1(从底部抽出全部量的吸收液，全部量从再生塔的塔顶部导入的回收系统)、现有技术2(具备放射塔的系统专利文献1)、实施例1的回收系统、实施例2的回收系统中的各自的再生塔的再沸器热量和CO2回收量、H2S回收量、H2S选择比(H2S回收量/CO2回收量)的比较。 
需要说明的是，设现有技术1为100，分别比较其相对比。 
表1 
如表1所示，实施例1及实施例2与现有技术1相比，确认再沸器热量下降。另外，能够边保持H2S回收量，边实现CO2回收量的降低。该结果确认，H2S选择比(H2S回收量/CO2回收量)提高。 
实施例3 
参照附图对本发明实施例的含CO2及H2S气体的回收系统进行说明。图4为实施例3的含CO2及H2S气体的回收系统的概略图。需要说明的是，对于和图1所示的实施例1的结构同样的结构，标注相同符号并省略其说明。 
如图4所示，本实施例的含CO2及H2S气体的回收系统10C，在实施例1的含CO2及H2S气体的回收系统10A中，将吸收塔13设定为多个吸收部13A～13D，且将抽出位置设定为多个。 
通过测量仪41测定导入气体11的温度、压力、流量、CO2浓度、H2S浓度，由控制机构决定最优的抽出位置和抽出量。 
在本实施例中，设置三处半富液12C的抽出位置，设有多个配管L3-1、L3-2、L3-3及阀V1～V3。 
由于吸收塔13的压力较高，因此，抽出量的调节可以通过上述阀V1～V3的开度调节或未图示的泵流量的调节而进行。 
然后，测量导入气体11的条件，计算满足净化气体21中的H2S浓度的目标值时的气体流量、再沸器热量。在该计算中求得吸收液的抽出位置、抽出流量(m3/h)。 
由控制机构42决定吸收液的抽出条件的最优解，控制机构42进行抽出位置变更(阀的开闭)的指示的控制。 
其次，控制机构42进行阀的开度的调节或者泵流量的调节的指示，从而进行半富液12C的抽出流量的调节。 
由此，可以实现H2S除去性能、H2S选择性(气体流量)、热能的优化。 
因此，在导入气体11的条件根据例如煤的种类的变更而变动的情况下，有时净化气体21的H2S浓度也大幅地变动，但在这种情况下，根据本实施例，通过控制半富液12C的抽出位置及抽出量，能够不进行设备的改造而对半富液12C的抽出条件进行优化。 
这样，根据本实施例，即使导入气体条件变动，也可以容易地变更吸收液的抽出条件，满足目标性能。 

Claims (4)

1.一种含CO2及H2S气体的回收系统，其中，所述系统具备：
以含CO2及H2S气体作为导入气体，使该导入气体和吸收CO2及H2S的吸收液接触从所述导入气体吸收CO2及H2S的吸收塔；
从所述吸收塔的塔底部抽出吸收了CO2及H2S的吸收液，经由第一供给线通过塔顶部导入，利用再沸器的热使CO2及H2S放出而对吸收液进行再生的吸收液再生塔；
使再生后的再生吸收液返回至所述吸收塔的第二供给线；以及
从所述吸收塔的塔中段附近抽出吸收了CO2及H2S的一部分的吸收液，将抽出的吸收液导入至再生塔的塔中段附近的第三供给线，
安装在所述第一供给线和所述第二供给线的交叉部，使从所述吸收塔的塔底部抽出的吸收了CO2及H2S的吸收液和再生吸收液进行换热的第一换热器，
安装在所述第三供给线和所述第二供给线的交叉部，使从所述吸收塔的塔中段附近抽出的吸收了CO2及H2S的吸收液和再生吸收液进行换热的第二换热器，
换热后的从再生塔的塔中段附近导入的吸收了CO2及H2S的吸收液的温度，和换热后的从再生塔的塔顶部导入的吸收了CO2及H2S的吸收液的温度相同或在换热后的从再生塔的塔顶部导入的吸收了CO2及H2S的吸收液的温度以上。
2.根据权利要求1所述的含CO2及H2S气体的回收系统，其中，
从所述吸收塔的塔中段附近抽出的吸收了CO2及H2S的一部分的吸收液的抽出过程如下：通过测定导入的导入气体的温度、压力、流量、CO2浓度、H2S浓度，由这些条件来决定抽出位置和抽出量。
3.一种含CO2及H2S气体的回收方法，其使用了从含CO2及H2S的导入气体回收CO2及H2S的吸收塔和再生塔，其中，
从所述从导入气体吸收CO2及H2S的吸收塔的塔中段附近抽出吸收液的一部分，减少流下至吸收塔的下方的吸收液的流量，
将从塔底部抽出的吸收液从再生塔的塔顶部附近导入，并且将从吸收塔的塔中段附近抽出的吸收液导入至再生塔的塔中段附近来进行再生，
从所述吸收塔的塔底部及塔中段附近抽出的吸收了CO2及H2S的吸收液和通过所述再生塔再生后的再生吸收液分别进行换热，
换热后的从所述再生塔的塔中段附近导入的吸收了CO2及H2S的吸收液，和换热后的从所述再生塔的塔顶部导入的吸收了CO2及H2S的吸收液的温度相同或在换热后的从再生塔的塔顶部导入的吸收了CO2及H2S的吸收液的温度以上。
4.根据权利要求3所述的含CO2及H2S气体的回收方法，其中，
从所述吸收塔的塔中段附近抽出的吸收了CO2及H2S的一部分的吸收液的抽出过程如下：通过测定导入的导入气体的温度、压力、流量、CO2浓度、H2S浓度，由这些条件来决定抽出位置和抽出量。
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