CN103402608A - 气化装置的构造和方法 - Google Patents

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Abstract

合成气处理装置具有使用相同溶剂除去各种酸性气体的脱碳段和脱硫段。所设想的方法和装置非常有效脱除CO2，使含硫污染物再循环至消除。通过用处理过的合成气和脱硫段的闪蒸蒸气汽提该溶剂，实现H2的最小损失，同时使溶剂再生过程中Claus装置进料中的H2S浓度最大化。

Description

气化装置的构造和方法
本申请要求2010年11月30日提交的序号为61/417975的我们的共同待审美国临时申请的优先权。
发明领域
发明领域是合成气加工，尤其是在除去羰基硫(COS)和/或硫化氢(H2S)的同时制造氢气(H2)和二氧化碳(CO2)。
发明背景
随着现今天然气价格的提高，低价值原料气化生产氨/尿素肥料或电力的途径变成经济上有吸引力的选择。但是，来自煤或焦炭气化的变换合成气通常含有超过40摩尔% CO2，必须将其脱除以将碳排放减至最少。通常用物理溶剂进行CO2脱除，因为这样的溶剂可以闪蒸再生（flash-regenerated）并且其再生需要的能量较少，特别是在处理高CO2偏压的合成气时。
酸性气体的吸收通常取决于在加工温度和压力下的溶剂物理性质。例如，如美国专利No. 2,863,527中例示，甲醇可用作低沸点有机物理溶剂。这样的挥发性溶剂通常在低温（例如-70℉或更低）下工作，这需要合金钢设备。另一些已知的物理溶剂也适用于酸性气体脱除并包括聚二醇醚的各种制剂，尤其是聚二醇的二甲基醚和N-取代吗啉。美国专利No. 6,102,987描述了使用N-甲酰基吗啉和N-乙酰基吗啉混合物作为用于脱除酸性气体的洗气操作中的溶剂的方法。美国专利No 7,811,361教导了使用多个吸收塔、塔侧流（column side-streams）和泵循环回路和冷却器构造的改进方法。
不幸地，目前已知的用于脱除H2S的物理溶剂法通常具有极高的CO2共吸收，特别是在处理变换合成气时。富H2S溶剂中的高CO2含量因此常常产生具有不适合常规硫磺装置的低发热值的稀H2S进料气体。在大多数情况下，含有少于45摩尔% H2S的酸性气体在硫磺装置中需要特殊设备（例如补充的燃料气体燃烧、酸性气体预热和/或氧富集），这通常低能效并且昂贵。在一定程度上，稀酸性气体可通过酸性气体富集单元浓缩。但是，这样的富集单元也将产生含有必须焚化的硫污染物的塔顶气体，这样的焚化排出物的释放会造成排放问题。
为了改进酸性气体脱除的至少一些方面，如共同待审的美国专利申请No. 2010/0111784中所述，气体处理装置可具有分开的H2S和CO2脱除段。尽管这样的装置在气体处理中提供某些优点，但仍然还有一个或多个缺点。例如，尤其在这两段使用相同溶剂时，H2损失高于理想水平。此外，根据合成气的特定来源，H2S浓度可能低于理想水平。在如美国专利No. 7,597,746中所述的其它构造和方法中，在脱硫段中使用溶剂从天然气流中除去含硫化合物并再循环至消除。但是，由于这类构造和方法使用单再生器，遇到相对较高的运行成本。此外，这类装置是针对烃回收优化的，因此较不适合合成气处理。
因此，尽管在本领域中知道许多用于从合成气中脱除H2S、COS和CO2的构造和方法，它们全部或几乎全部存在一个或多个缺点。因此，仍需要提供用于改进H2S、COS和CO2脱除的方法和构造，尤其是对具有高CO2含量的合成气而言。
发明概述
本发明涉及处理合成气以除去各种酸性气体，尤其是H2S、COS和CO2以由此产生发电厂用的燃料气的构造和方法。最优选地，所设想的方法和装置实现超过95摩尔%碳捕获，同时使含硫污染物再循环至消除。在尤其优选的方法和装置中，使用相同溶剂用于H2S和CO2的酸性气体脱除，且该溶剂的再生使得合成气中的H2损失最小化。
在本发明的主题的一个优选方面中，运行合成气处理装置的方法包括将合成气（优选为变换合成气）和载有CO2的贫溶剂送入H2S吸收塔以产生载有CO2的富溶剂（富溶剂）和脱硫合成气的步骤。然后在第一汽提塔中使用处理过的合成气作为第一汽提气和使用(比第一汽提塔塔顶物贫H2的)闪蒸蒸气作为第二汽提气从载有CO2的富溶剂中汽提CO2和H2，以由此产生汽提过的富溶剂和富CO2/H2的再循环气体。在另一步骤中，将汽提过的富溶剂闪蒸以产生(贫H2的)闪蒸蒸气并在第二汽提塔中进一步汽提以再生用于CO2吸收塔的贫溶剂和浓缩酸性气体。在再另一步骤中，然后将脱硫合成气送入CO2吸收塔以产生处理过的合成气和载有CO2的富溶剂。
最优选地，一部分载有CO2的贫溶剂在多个闪蒸步骤中再生，来自闪蒸步骤的冷却部分（ refrigeration content）用于满足CO2吸收塔中的至少一部分制冷要求。由此制成的闪蒸气体最优选再循环至CO2吸收塔。浓缩酸性气体再更优选在Claus装置中加工并将（优选氢化的）Claus装置尾气与合成气合并。
在再更优选的方面中，从富CO2/H2的再循环气体中分离水并作为回流送入第二汽提塔中。如果需要，富CO2/H2的再循环气体中的COS可以在COS水解反应器中水解，和/或将富CO2/H2的再循环气体再循环至H2S吸收塔。
因此，在本发明的主题的另一优选方面中，运行具有脱碳段和脱硫段的合成气处理装置的方法会包括在脱碳段中在多个闪蒸步骤中再生一部分载有CO2的贫溶剂的步骤，和在CO2吸收塔中从脱硫气体中吸收CO2的同时使用来自闪蒸步骤的冷却部分冷却CO2吸收塔的进一步步骤，由此由贫溶剂产生处理过的合成气和载有CO2的贫溶剂。在再另一步骤中，将来自脱碳段的合成气和载有CO2的贫溶剂送入脱硫段中的H2S吸收塔，以由此产生载有CO2的富溶剂和脱硫气体，在进一步步骤中，在第一汽提塔中使用处理过的进料气作为第一汽提气从载有CO2的富溶剂中汽提CO2和COS，由此产生汽提过的富溶剂和含CO2/COS的塔顶产物。该含CO2/COS的塔顶产物随后送入COS水解反应器以水解COS和产生用于与合成气合并的再循环气体。在再另一步骤中，汽提过的富溶剂在第二汽提塔中进一步汽提，以由此再生贫溶剂和由此产生浓缩酸性气体。
最优选地，在将合成气送入H2S吸收塔和/或将再循环气体与合成气合并之前对该合成气施以变换反应。另外，预期将浓缩酸性气体送入Claus装置并将氢化后的Claus装置尾气与该合成气合并。最通常，该浓缩酸性气体具有至少35摩尔%的H2S含量，且该处理过的合成气具有等于或小于2摩尔%的CO2含量。
因此，本发明人还预期了接收合成气和载有CO2的贫溶剂并产生载有CO2的富溶剂和脱硫合成气的H2S吸收塔的合成气处理装置。第一汽提塔流体连接到H2S吸收塔以接收载有CO2的富溶剂并使用处理过的合成气作为第一汽提气和使用闪蒸蒸气作为第二汽提气，由此形成汽提过的富溶剂和富CO2/H2的再循环气体。在这样的装置中，第一闪蒸器流体连接到第一汽提塔并接收和闪蒸所述汽提过的富溶剂以产生闪蒸蒸气，第二汽提塔流体连接到第一闪蒸器并接收和进一步汽提所述汽提过的富溶剂，由此生成贫溶剂和浓缩酸性气体。CO2吸收塔优选连接到H2S吸收塔，接收脱硫合成气并使用贫溶剂由脱硫合成气形成处理过的合成气以产生载有CO2的富溶剂。
在尤其优选的装置中，多个闪蒸罐连接到CO2吸收塔并在多个闪蒸步骤中再生一部分载有CO2的贫溶剂。最优选地，热交换器连接到CO2吸收塔并使用来自这部分载有CO2的贫溶剂的冷却部分来提高CO2吸收塔中的CO2吸收容量。至少一个闪蒸罐也优选产生再循环到CO2吸收塔中的闪蒸气体。如上文已经提到，通常优选地，将变换反应器连接到H2S吸收塔，向H2S吸收塔提供变换合成气，和/或包括Claus装置和Claus装置尾气单元以接收浓缩酸性气体，由此产生氢化尾气，其随后与该合成气合并。
尽管不限制本发明的主题，但通常优选地，这样的装置还包括连接到第一汽提塔的分离器以从富CO2/H2的再循环气体中分离水，并提供导管以将该水作为回流送入第二汽提塔。另外，这样的装置预计可包括连接到第一汽提塔的COS水解反应器以水解富CO2/H2的再循环气体中的COS。
从优选实施方案的下列详述以及附图更容易看出本发明的主题的各种目的、特征、方面和优点，在附图中，类似数字代表类似部件。
附图简述
图1是根据本发明的主题的一个示例性合成气处理装置的示意图。
图2是根据本发明的主题的具有第一汽提塔塔顶物的COS水解的另一示例性合成气处理装置的示意图。
详述
下列论述提供本发明的主题的各种示例性实施方案。尽管各实施方案代表本发明的要素的单一组合，但本发明的主题被认为包括所公开的要素的所有可能的组合。因此，如果一个实施方案包含要素A、B和C，第二实施方案包含要素B和D，则本发明的主题也被认为包括A、B、C或D的其余组合，即使没有明确公开。如本文所用，和除非文中另行规定，术语“连接到”意在包括直接连接（其中两个元件互相接触地互相连接）和间接连接（其中至少一个另外的元件位于这两个元件之间）。因此，术语“连接到”和“与...连接”同义使用。也如本文所用，术语“大约”在与数字结合时是指该数字的+/-10%（包括10%）的范围。
本发明人现在发现，通过在分开的区段中使用相同类型的溶剂除去CO2和H2S，可以以高效和概念上简单的方式处理合成气，其中以降低H2损失并提高送入Claus装置的酸性气体流中的H2S浓度的方式再生该溶剂。
更具体地，预期的方法和装置包括流体连接到用于脱除CO2的脱碳段的用于脱除H2S的脱硫段以由（通常变换的）合成气制造脱硫和脱碳的合成气。将来自脱硫段的硫污染物送入Claus装置，其产生尾气，随后将尾气再循环至该装置的前端。最优选地，脱硫段产生具有超过35摩尔%的H2S含量的酸性气体，而脱碳段在捕获该合成气的超过95% CO2含量的同时产生含有少于2摩尔% CO2的处理过的合成气（H2流）。
因此，预期的方法和装置包含气化单元，其为具有H2S吸收塔的脱硫段提供合成气，所述H2S吸收塔从该合成气中吸收H2S和COS（优选使用载有CO2的溶剂），由此产生脱硫合成气。下游脱碳段随后接收该脱硫合成气并在CO2吸收塔中，最优选使用贫和半贫溶剂从该脱硫合成气中除去CO2，以产生H2流（即H2浓度等于或大于80摩尔%，更通常等于或大于90摩尔%，最通常等于或大于95摩尔%）作为处理过的合成气。该贫溶剂在脱硫段中通过用热或蒸汽汽提再生，该半贫溶剂在脱碳段中通过在没有外部加热的情况下闪蒸再生。
在尤其优选的方面中，脱硫段具有至少两个汽提塔，第一汽提塔使用汽提气体从富溶剂中除去大部分CO2含量，由此浓缩送往硫磺装置（sulfur plant）的酸性气体流中的H2S含量，而第二汽提塔除去所有酸性气体，以产生CO2吸收塔用的贫溶剂（无硫）。在特别优选的装置和方法中，第一汽提塔使用来自脱碳段的贫CO2的H2流（处理过的合成气）以及从在脱硫段中的下游闪蒸罐再循环的闪蒸蒸气。应该指出，在这样的构造和方法中，因此显著提高来自第二汽提塔的酸性气体中的H2S浓度，同时显著降低损失到酸性气体中的H2。如果需要，将来自第一汽提塔的塔顶气体（或其一部分）冷却，压缩，然后加热大约350℉，然后在COS水解床中加工以将COS转化成H2S。因此，如此处理过的塔顶气体容易地再循环至脱硫进料段。
因此，本发明人设想了运行合成气处理装置的方法，其包括将合成气（优选为变换合成气）和载有CO2的贫溶剂送入H2S吸收塔以产生载有CO2的富溶剂和脱硫合成气的步骤。然后在第一汽提塔中使用处理过的合成气作为第一汽提气和使用(比第一汽提塔塔顶物贫H2的)闪蒸蒸气作为第二汽提气从载有CO2的富溶剂中汽提CO2和H2，由此产生汽提过的富溶剂和富CO2/H2的再循环气体。在另一步骤中，将汽提过的富溶剂闪蒸以产生(贫H2的)闪蒸蒸气并在第二汽提塔中进一步汽提以再生用于CO2吸收塔的贫溶剂和浓缩酸性气体。在再另一步骤中，然后将脱硫合成气送入CO2吸收塔以产生处理过的合成气和载有CO2的富溶剂。
因此，在本发明的主题的另一优选方面中，运行具有脱碳段和脱硫段的合成气处理装置的方法会包括在脱碳段中在多个闪蒸步骤中再生一部分载有CO2的贫溶剂的步骤，和在CO2吸收塔中从脱硫气体中吸收CO2的同时使用来自闪蒸步骤的冷却部分冷却CO2吸收塔的进一步步骤，以由此由贫溶剂产生处理过的合成气和载有CO2的贫溶剂。在再另一步骤中，将来自脱碳段的合成气和载有CO2的贫溶剂送入脱硫段中的H2S吸收塔，由此产生载有CO2的富溶剂和脱硫气体，在进一步步骤中，在第一汽提塔中使用处理过的进料气作为第一汽提气从载有CO2的富溶剂中汽提CO2和COS，以由此产生汽提过的富溶剂和含CO2/COS的塔顶产物。该含CO2/COS的塔顶产物随后送入COS水解反应器以水解COS和产生用于与合成气合并的再循环气体。在再另一步骤中，汽提过的富溶剂在第二汽提塔中进一步汽提，以由此再生贫溶剂和由此产生浓缩酸性气体。
本文所用的术语“贫溶剂”是指适用于吸收H2S和CO2的溶剂。因此，贫溶剂在再生器底部或第二汽提塔条件下具有不大于1000 ppmv，更通常不大于500 ppmv，再更通常不大于100 ppmv，最通常不大于4 ppmv的总CO2和H2S含量。最通常，在再生器或第二汽提塔中产生贫溶剂并已经历一个或多个汽提步骤和一个或多个闪蒸步骤。也如本文所用的术语“半贫溶剂”是指适用于吸收H2S和CO2并且CO2载量高于贫溶剂的CO2载量的溶剂。最通常，通过闪蒸载有CO2的溶剂以由此从该溶剂中除去至少一部分CO2，来产生半贫溶剂。
如本文中进一步使用的术语“载有CO2的贫溶剂”是指用于吸收H2S并在吸收条件下具有至少1.0，更通常至少0.9，再更通常至少1.2，最通常至少1.3 的CO2的CO2载量（其是指每摩尔溶剂的CO2摩尔数）的贫溶剂。CO2载量水平与运行温度和压力和来自在先H2S脱除步骤的合成气中的CO2偏压相关。因此，本文所用的术语“载有CO2的富溶剂”是指在在先吸收步骤中已吸收H2S的载有CO2的贫溶剂。H2S载量（其是指每摩尔溶剂的H2S摩尔数）为在吸收条件下至少0.1，更通常至少0.2，再更通常至少0.3，最通常至少0.4的 H2S负载容量。H2S载量水平与运行温度和压力和合成气中的H2S偏压相关。
本文所用的术语“脱硫合成气”是指已从中除去至少大部分含硫化合物的合成气，本文所用的术语“处理过的合成气”是指已从中除去至少大部分含硫化合物和CO2的合成气。如本文中进一步使用的术语“汽提过的富溶剂”是指已从中除去至少一部分CO2（和通常H2）的载有CO2的富溶剂，且术语“富CO2/H2的再循环气体”是指含有CO2和H2作为主要组分的气体。
在图1中显示根据本发明的主题的一种示例性构造。在此，由一个或多个气化器（未显示）通常在大约900 psig和大约800℉下以大约200 MMscfd的流速供应原始未变换合成气流1，其具有下列典型组成：
组分 摩尔%
H2S 1.5
CO2 4.3
COS 0.02
CO 52.6
H2 41.1
N2 0.2
Ar 0.2
CH4 0.2
氢化尾气流2含有显著量的COS（通常大于200 ppmv），其与进料气混合并在高温变换反应器61中加工。如公知的那样，CO变换反应器经由CO变换反应(CO + H2O ? CO2 + H2)将CO转化成CO2和H2和经由水解反应(COS + H2O ? H2S + CO2)将COS转化成H2S和CO2。高温变换气体4随后在交换器62中冷却至大约400℉，以形成料流5，其在低温变换反应器63中进一步加工，以产生具有下列典型组成的变换合成气6：
组分 摩尔%
H2S 1.3
CO2 35.4
COS <0.01
CO <1.0
H2 61.9
N2 0.1
AR 0.1
CH4 0.2
变换合成气在交换器64中冷却至大约100℉以形成料流7，其在闪蒸罐65中分离以产生水冷凝流8和合成气流9。该合成气随后与来自第一汽提塔71的再循环气流3混合，这种合并流在交换器66中使用处理过的气流11的冷却部分冷却至大约60℉，以形成料流10。在进给到脱硫段中的H2S吸收塔67之前，从该交换器中除去水流12。
载有CO2的贫溶剂流13在大约32℉和大约900 psig下从脱碳段供应并送入H2S吸收塔67以产生富H2S的塔底物流15和贫H2S的塔顶物流14。来自H2S吸收塔的富溶剂（塔底物流15）在大约60℉下经由JT阀68减压至大约500至700 psig以形成料流16，并在交换器69中被贫溶剂17加热至大约220℉以形成料流18，将其送入第一汽提塔71。汽提气体由两个来源供应：由来自脱碳段的处理过的气体减压（letdown）而得的料流26，和来自从闪蒸罐154再循环的闪蒸气体的料流175。应该认识到，借助这两种汽提气体，可以有效降低富溶剂中的CO2含量，浓缩其H2S含量，同时回收汽提蒸气中的氢含量。在如此构造的第一汽提塔中，可以在塔顶除去富溶剂中的至少90%的CO2并再循环回H2S吸收塔。
第一汽提塔71还产生富CO2的塔顶气流19和富H2S的塔底物流20。塔顶气体在交换器79中冷却至大约100℉以形成料流28，其在闪蒸罐78中分离，以产生液流29和蒸气流23。主要包含水的液流在阀76中减压，以形成料流24，其作为回流送入第二汽提塔的精馏段，同时闪蒸蒸气通过压缩机73压缩至大约900 psig以形成料流21，其在交换器72中冷却并作为料流3再循环回H2S吸收塔。
汽提塔塔底物流20在JT阀77中减压至大约100 psig至200 psig以形成料流176，其在分离器153中分离，以产生蒸气流170和液流22。该液流在阀75中进一步减压至大约50 psig，以形成料流26，其送入第二汽提塔80的汽提段。闪蒸蒸气流170在交换器151中冷却至大约100℉，以形成料流180，其在分离器154中分离，以产生蒸气流172和液流173。主要包含水的该液流在经由JT阀155减压后与料流24合并并作为回流送往第二汽提塔中的精馏。蒸气流172通过压缩机152在大约300℉下压缩至大约500至700 psig，以形成料流175，其送入第一汽提塔71的塔底段。应该认识到，优选将料流175送入第一汽提塔中比料流26低的位置以进一步增强料流20中所含的H2的汽提。再循环流175，与处理过的气流26一起工作，有效地从富溶剂流20中除去大部分CO2含量和回收氢含量。
第二汽提塔80用料流24、174和35回流并在塔底重沸器84中在大约300℉下充分加热以生成汽提蒸汽和产生贫溶剂31，和塔顶蒸气流30，其在交换器81中冷却至大约100℉以形成料流32。塔顶蒸气32在回流罐82中分离，以产生酸性气体流33和冷凝流34。将蒸气流33送至硫磺装置，冷凝物34通过泵83泵送，形成料流35，其作为第三回流送回第二汽提塔。
贫溶剂流31通过泵85泵送以形成料流17，在贫/富交换器69中冷却形成料流36并在冷却器70中冷却至大约32℉，接着用作CO2吸收塔90中的贫溶剂37。将通常包含至少35摩尔% H2S（更通常至少40摩尔%，最通常超过65摩尔%）的酸性气体流33送至硫磺装置86。通常包括两阶段Claus反应器的硫磺装置产生排出物流55，其在尾气单元87中氢化和骤冷以形成料流56，随后通过压缩机88压缩以形成料流2，将其再循环回COS水解或CO变换段。应该认识到，作为Claus反应器中的副产物产生的COS必须在COS水解反应器或CO变换段中水解成H2S，因为H2S通常比COS更可溶并容易通过物理溶剂除去。CO2吸收塔90产生处理过的合成气流11，其在交换器66中冷却后（由此形成料流101）分成处理过的合成气产物流103和闪蒸气流102。
就尾气再循环的使用而言，应该指出，所设想的构造和方法通过消除硫磺装置的排放物而消除传统的尾气胺处理单元和尾气焚化炉单元，这实现显著的资本和运行节约。因此，应该指出，将硫磺装置流体连接到第二汽提塔以接收富集H2S的塔顶气体，以产生硫产物和尾气，将尾气氢化、压缩并再循环至COS水解或CO变换反应器上游，因此消除所有的硫磺装置排放物。
在脱碳段中，来自H2S吸收塔的脱硫气流14在大约40℉下送入CO2吸收塔90。CO2吸收塔包含两段，向上段送入来自第二汽提塔的贫溶剂，向下段送入来自闪蒸罐99的半贫溶剂。来自CO2吸收塔的富溶剂38在大约60℉下分成两部分。大约20体积%至40体积%（作为经由泵91和冷却器74的料流40）用在H2S吸收塔67中，其余部分（作为料流39）使用水轮机93减压至大约400 psia以形成料流44。闪蒸溶剂在高压闪蒸罐94中分离。为使氢和CO2损失最小化，将闪蒸气流46压缩并作为料流56使用压缩机95再循环回CO2吸收塔。
闪蒸液流45使用水轮机96进一步减压至大约120 psig。通过水轮机与CO2解吸热一起提取的动力将该富溶剂冷却至大约28℉，以形成料流47。这种制冷用于通过使用侧冷却器91冷却CO2吸收塔。又将富溶剂47加热至大约55℉以形成料流48，其在分离器97中在120 psig下分离，以产生中压CO2流50，将其送至CO2压缩机101的级间。进料气中超过70%的CO2在120 psig的中压下产生。应该指出，可以按需要改变闪蒸压力和闪蒸阶段数以匹配CO2压缩机设计规格。闪蒸罐液流49在JT阀98中减压以形成在低压闪蒸罐99中的在大约3 psig下的料流51。将溶剂部分地再生并冷却至大约30℉至40℉。低压CO2作为料流53送入CO2压缩机101的抽吸阶段。半贫溶剂流52通过泵100泵压至850 psia以形成料流54，将其再循环至CO2吸收塔。在以95%碳捕获为目标的300 MMscfd的变换合成气速率下，需要大约5,500 GPM半贫溶剂。压缩机101产生CO2产物流55。
因此应认识到，将脱碳段中的一部分CO2-富溶剂闪蒸并自冷凝，其用于在吸收塔侧冷却器中冷却CO2吸收塔（经由料流42/43）。从不同角度看，利用自由CO2吸收热再生该富溶剂，因此消除外部加热。还应认识到，使用水轮机将该富溶剂减压，其用于运行循环泵，由此降低功率消耗。
在尤其优选的脱碳段中，经至少三个压力级降低富溶剂的压力。第一闪蒸压力产生富H2和CO2的闪蒸蒸气，其通过再循环回CO2吸收塔而回收。第二闪蒸压力在高压（高于100 psig）下产生超过60%的CO2含量，将其送入CO2压缩机的级间。在大气压下产生第三闪蒸气体，其送至CO2压缩机的抽吸。另外，优选装置还包括一个或多个膨胀装置、水轮机和连接到H2S和CO2吸收塔的闪蒸器，这进一步显著降低制冷和功率消耗。
图2显示可集成到上述装置和方法中以进一步改进脱硫效率的另一示例性构造（关于图1和2，要指出，类似部件具有类似数字，对图1的类似部件的相同考虑适用于图2）。由于COS的相对挥发性与CO2几乎相同，在第一汽提塔71中塔顶排出CO2也排出其COS含量。在这种构造中，含有浓缩COS含量（通常20至100 ppmv或更高并用大约220℉的蒸汽饱和）的第一汽提塔塔顶蒸气流19通过压缩机73压缩至大约900 psig，以形成料流21。为使COS水解反应平衡进一步移向方程式(COS + H2O ? H2S + CO2)的右侧，加入高压蒸汽流202并将合并的料流在交换器203中进一步加热至大约400℉至500℉以形成料流204。过热至少50℉的蒸气流204在COS水解反应器205中加工，其将大部分COS转化成H2S。由于再循环流与主进料气相比相对较小，可以有效设计COS水解反应器以符合极低COS含量，通常4 ppmv，优选小于2 ppmv。贫COS流206随后在交换器207中冷却至大约100℉以形成料流3，其再循环回脱硫段。应该认识到，借助这种附加COS水解反应器，可以将几乎所有COS转化成H2S，其随后可以在脱硫段中通过物理溶剂除去，以产生用作燃料气的无硫氢气和用于封存的无硫CO2产物。
就合适的溶剂而言，应该认识到，溶剂的物理和热性质必须适合本文中设想的构造和方法中的选择性H2S吸收。因此，特别优选的溶剂包括包含聚乙二醇混合物的二烷基醚的那些和具有高酸性气体负载容量和耐受酸性气体腐蚀的制剂。在我们的共同待审国际申请WO2008/103467和共有美国专利Nos. 7,637,987、7,597,746和7,424,808（它们各自经此引用并入本文）中描述了进一步的方面、优点和工艺构造和方法。
本领域技术人员显而易见的是，可以在不背离本发明的概念的情况下作出除已描述的那些外的许多修改。本发明的主题因此仅受所附权利要求书的范围限制。此外，在解释说明书和权利要求书时，所有术语应以与上下文相容的尽可能最广义的方式解释。特别地，术语“包含”应被解释为以非排他方式表示要素、部件或步骤，表明所提到的要素、部件或步骤可能与没有明确提到的其它要素、部件或步骤一起存在或利用或合并。在说明书和权利要求书中提到选自A、B、C......和N的至少一种时，文本应被解释为只需要选自该组的一种，而非A+N，或B+N等。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.运行合成气处理装置的方法，其包括：
由CO2吸收塔向H2S吸收塔提供合成气和载有CO2的贫溶剂以由此在H2S吸收塔中产生载有CO2的富溶剂和脱硫合成气；
在第一汽提塔中使用处理过的合成气作为第一汽提气和使用闪蒸蒸气作为第二汽提气从所述载有CO2的富溶剂中汽提CO2和H2，以由此产生汽提过的富溶剂和富CO2/H2的再循环气体；
将所述汽提过的富溶剂闪蒸，以由此产生闪蒸蒸气；
在第二汽提塔中进一步汽提所述汽提过的富溶剂，以由此再生用于CO2吸收塔中的贫溶剂和由此产生浓缩酸性气体；和
将所述脱硫合成气送入CO2吸收塔，以由此产生所述处理过的合成气和所述载有CO2的富溶剂。
2.权利要求1的方法，进一步包括在多个闪蒸步骤中再生一部分所述载有CO2的贫溶剂和将来自所述闪蒸步骤的冷却部分用于CO2吸收塔中的制冷的步骤。
3.权利要求2的方法，其中所述多个闪蒸步骤的至少一个产生闪蒸气体，进一步包括将所述闪蒸气体再循环至CO2吸收塔的步骤。
4.权利要求1的方法，进一步包括将所述浓缩酸性气体送入Claus装置并将氢化后的Claus装置尾气与所述合成气合并的步骤。
5.权利要求1的方法，进一步包括从所述富CO2/H2的再循环气体中分离水并将所述水作为回流流送至第二汽提塔的步骤。
6.权利要求1的方法，进一步包括使用COS水解反应器水解所述富CO2/H2的再循环气体中的COS的步骤。
7.权利要求1的方法，其中所述合成气是变换合成气。
8.权利要求1的方法，其中将所述富CO2/H2的再循环气体再循环至所述H2S吸收塔。
9.运行包含脱碳段和脱硫段的合成气处理装置的方法，所述方法包括：
在所述脱碳段中在多个闪蒸步骤中再生一部分载有CO2的贫溶剂，和在CO2吸收塔中从脱硫气体中吸收CO2的同时将来自所述闪蒸步骤的冷却部分用于CO2吸收塔的制冷，以由此由贫溶剂产生处理过的合成气和载有CO2的贫溶剂；
将来自所述脱碳段的合成气和所述载有CO2的贫溶剂供应至所述脱硫段中的H2S吸收塔，以由此产生载有CO2的富溶剂和所述脱硫气体；
在第一汽提塔中使用处理过的进料气作为第一汽提气和使用闪蒸蒸气作为第二汽提气从所述载有CO2的富溶剂中汽提CO2和COS，以由此产生汽提过的富溶剂和含CO2/COS的塔顶产物；
将所述含CO2/COS的塔顶产物送入COS水解反应器以水解COS和产生用于与合成气合并的再循环气体；和
在第二汽提塔中进一步汽提所述汽提过的富溶剂，以由此再生所述贫溶剂和由此产生浓缩酸性气体。
10.权利要求9的方法，进一步包括在将所述合成气供应至H2S吸收塔之前对所述合成气施以变换反应的步骤。
11.权利要求9的方法，进一步包括将所述再循环气体与所述合成气合并的步骤。
12.权利要求9的方法，进一步包括将所述浓缩酸性气体送入Claus装置并将氢化后的Claus装置尾气与所述合成气合并的步骤。
13.权利要求9的方法，其中所述浓缩酸性气体具有至少35摩尔%的H2S含量，且其中所述处理过的合成气具有等于或小于2摩尔%的CO2含量。
14.合成气处理装置，其包含：
H2S吸收塔，其构造成接收合成气和载有CO2的贫溶剂并进一步构造成产生载有CO2的富溶剂和脱硫合成气；
第一汽提塔，其流体连接到H2S吸收塔以接收所述载有CO2的富溶剂并构造成允许使用处理过的合成气作为第一汽提气和使用闪蒸蒸气作为第二汽提气由此允许产生汽提过的富溶剂和富CO2/H2的再循环气体；
第一闪蒸器，其流体连接到第一汽提塔上并构造成接收和闪蒸所述汽提过的富溶剂以由此允许产生所述闪蒸蒸气；
第二汽提塔，其流体连接到第一闪蒸器并构造成接收和进一步汽提所述汽提过的富溶剂以由此允许生成贫溶剂和浓缩酸性气体；和
CO2吸收塔，其流体连接到H2S吸收塔并构造成接收所述脱硫合成气并进一步构造成允许使用所述贫溶剂由所述脱硫合成气生成该处理过的合成气以由此允许产生所述载有CO2的富溶剂。
15.权利要求14的合成气处理装置，其进一步包含连接到所述CO2吸收塔并构造成允许在多个闪蒸步骤中再生一部分所述载有CO2的贫溶剂的多个闪蒸罐，和连接到所述CO2吸收塔并构造成允许将来自这部分载有CO2的贫溶剂的冷却部分用于CO2吸收塔中的制冷的热交换器。
16.权利要求15的合成气处理装置，其中所述多个闪蒸罐的至少一个构造成允许产生闪蒸气体，并包含将所述多个闪蒸罐的至少一个流体连接到所述CO2吸收塔以由此允许将所述闪蒸气体再循环至所述CO2吸收塔的导管。
17.权利要求14的合成气处理装置，其进一步包含流体连接到所述H2S吸收塔并构造成向所述H2S吸收塔提供变换合成气的变换反应器。
18.权利要求14的合成气处理装置，其进一步包含构造成接收所述浓缩酸性气体并产生处理过的尾气的Claus装置和Claus装置尾气单元，并进一步包含允许将所述处理过的尾气与所述合成气合并的导管。
19.权利要求14的合成气处理装置，其进一步包含流体连接到第一汽提塔并构造成允许从所述富CO2/H2的再循环气体中分离水的分离器，并进一步包含构造成允许将所述水作为回流流至入第二汽提塔的导管。
20.权利要求14的合成气处理装置，其进一步包含流体连接到第一汽提塔并构造成允许水解在所述富CO2/H2的再循环气体中的COS的COS水解反应器。
 

Claims (20)

1.运行合成气处理装置的方法，其包括：
由CO2吸收塔向H2S吸收塔提供合成气和载有CO2的贫溶剂以由此在H2S吸收塔中产生载有CO2的富溶剂和脱硫合成气；
在第一汽提塔中使用处理过的合成气作为第一汽提气和使用闪蒸蒸气作为第二汽提气从所述载有CO2的富溶剂中汽提CO2和H2，以由此产生汽提过的富溶剂和富CO2/H2的再循环气体；
将所述汽提过的富溶剂闪蒸，以由此产生闪蒸蒸气；
在第二汽提塔中进一步汽提所述汽提过的富溶剂，以由此再生用于CO2吸收塔中的贫溶剂和由此产生浓缩酸性气体；和
将所述脱硫合成气送入CO2吸收塔，以由此产生所述处理过的合成气和所述载有CO2的富溶剂。
2.权利要求1的方法，进一步包括在多个闪蒸步骤中再生一部分所述载有CO2的贫溶剂和将来自所述闪蒸步骤的冷却部分用于CO2吸收塔中的制冷的步骤。
3.权利要求2的方法，其中所述多个闪蒸步骤的至少一个产生闪蒸气体，进一步包括将所述闪蒸气体再循环至CO2吸收塔的步骤。
4.权利要求1的方法，进一步包括将所述浓缩酸性气体送入Claus装置并将氢化后的Claus装置尾气与所述合成气合并的步骤。
5.权利要求1的方法，进一步包括从所述富CO2/H2的再循环气体中分离水并将所述水作为回流流送至第二汽提塔的步骤。
6.权利要求1的方法，进一步包括使用COS水解反应器水解所述富CO2/H2的再循环气体中的COS的步骤。
7.权利要求1的方法，其中所述合成气是变换合成气。
8.权利要求1的方法，其中将所述富CO2/H2的再循环气体再循环至所述H2S吸收塔。
9.运行包含脱碳段和脱硫段的合成气处理装置的方法，所述方法包括：
在所述脱碳段中在多个闪蒸步骤中再生一部分载有CO2的贫溶剂，和在CO2吸收塔中从脱硫气体中吸收CO2的同时将来自所述闪蒸步骤的冷却部分用于CO2吸收塔的制冷，以由此由贫溶剂产生处理过的合成气和载有CO2的贫溶剂；
将来自所述脱碳段的合成气和所述载有CO2的贫溶剂供应至所述脱硫段中的H2S吸收塔，以由此产生载有CO2的富溶剂和所述脱硫气体；
在第一汽提塔中使用处理过的进料气作为第一汽提气从所述载有CO2的富溶剂中汽提CO2和COS，以由此产生汽提过的富溶剂和含CO2/COS的塔顶产物；
将所述含CO2/COS的塔顶产物送入COS水解反应器以水解COS和产生用于与合成气合并的再循环气体；和
在第二汽提塔中进一步汽提所述汽提过的富溶剂，以由此再生所述贫溶剂和由此产生浓缩酸性气体。
10.权利要求9的方法，进一步包括在将所述合成气供应至H2S吸收塔之前对所述合成气施以变换反应的步骤。
11.权利要求9的方法，进一步包括将所述再循环气体与所述合成气合并的步骤。
12.权利要求9的方法，进一步包括将所述浓缩酸性气体送入Claus装置并将氢化后的Claus装置尾气与所述合成气合并的步骤。
13.权利要求9的方法，其中所述浓缩酸性气体具有至少35摩尔%的H2S含量，且其中所述处理过的合成气具有等于或小于2摩尔%的CO2含量。
14.合成气处理装置，其包含：
H2S吸收塔，其构造成接收合成气和载有CO2的贫溶剂并进一步构造成产生载有CO2的富溶剂和脱硫合成气；
第一汽提塔，其流体连接到H2S吸收塔以接收所述载有CO2的富溶剂并构造成允许使用处理过的合成气作为第一汽提气和使用闪蒸蒸气作为第二汽提气由此允许产生汽提过的富溶剂和富CO2/H2的再循环气体；
第一闪蒸器，其流体连接到第一汽提塔上并构造成接收和闪蒸所述汽提过的富溶剂以由此允许产生所述闪蒸蒸气；
第二汽提塔，其流体连接到第一闪蒸器并构造成接收和进一步汽提所述汽提过的富溶剂以由此允许生成贫溶剂和浓缩酸性气体；和
CO2吸收塔，其流体连接到H2S吸收塔并构造成接收所述脱硫合成气并进一步构造成允许使用所述贫溶剂由所述脱硫合成气生成该处理过的合成气以由此允许产生所述载有CO2的富溶剂。
15.权利要求14的合成气处理装置，其进一步包含连接到所述CO2吸收塔并构造成允许在多个闪蒸步骤中再生一部分所述载有CO2的贫溶剂的多个闪蒸罐，和连接到所述CO2吸收塔并构造成允许将来自这部分载有CO2的贫溶剂的冷却部分用于CO2吸收塔中的制冷的热交换器。
16.权利要求15的合成气处理装置，其中所述多个闪蒸罐的至少一个构造成允许产生闪蒸气体，并包含将所述多个闪蒸罐的至少一个流体连接到所述CO2吸收塔以由此允许将所述闪蒸气体再循环至所述CO2吸收塔的导管。
17.权利要求14的合成气处理装置，其进一步包含流体连接到所述H2S吸收塔并构造成向所述H2S吸收塔提供变换合成气的变换反应器。
18.权利要求14的合成气处理装置，其进一步包含构造成接收所述浓缩酸性气体并产生处理过的尾气的Claus装置和Claus装置尾气单元，并进一步包含允许将所述处理过的尾气与所述合成气合并的导管。
19.权利要求14的合成气处理装置，其进一步包含流体连接到第一汽提塔并构造成允许从所述富CO2/H2的再循环气体中分离水的分离器，并进一步包含构造成允许将所述水作为回流流至入第二汽提塔的导管。
20.权利要求14的合成气处理装置，其进一步包含流体连接到第一汽提塔并构造成允许水解在所述富CO2/H2的再循环气体中的COS的COS水解反应器。
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