CN103826724A - 获得气体产品的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于物理洗气的方法和设备，其中将包含氢气、一氧化碳、二氧化碳以及羰基硫和/或硫化氢的原料气(1)在相对于预先加载二氧化碳的洗涤剂的逆流中引导通过第一洗涤区(W1)，从而基本上选择性地从原料气分离出含硫组分并产生脱硫的气体混合物(3)。在第二洗涤区中通过用未加载的洗涤剂(4)进行洗涤从而从仅一部分量的脱硫的气体混合物分离出二氧化碳，并将在此获得的预先加载二氧化碳的洗涤剂作为洗涤剂完全用于第一洗涤区(W1)中。

Description

获得气体产品的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于物理洗气的方法，其中包含氢气、一氧化碳、二氧化碳以及羰基硫和/或硫化氢的原料气在相对于预先加载二氧化碳的洗涤剂的逆流中引导通过第一洗涤区，从而基本上选择性地从原料气分离出含硫组分并产生脱硫的气体混合物。此外，本发明还涉及用于实施所述方法的设备。
背景技术
此类方法早已是现有技术，许多年来由本领域技术人员所知。其利用了液体吸收气体并将其保持在溶液中并且在此不发生化学键合的特性。液体吸收气体的程度通过溶解系数表示：气体在液体中溶解的程度越高，则其溶解系数越高。所述溶解系数取决于温度，并且一般随着温度的降低而增大。
为了通过物理洗涤从气体混合物溶解出气体成分i，需要最小的洗涤剂的量Wmin，其可以通过下式非常容易地计算出：
Wmin＝V/(p·λi)
在该式中，V代表待分离的气体混合物的总量，p代表气体混合物的压力，λi代表待洗出的气体组分相对于所用的洗涤剂的溶解系数。在气体混合物的各组分的溶解系数之差足够大的前提下，通过相应地调节洗涤剂的量，可以在一个洗涤步骤中将具有最高溶解系数的气体组分与其他气体组分基本上无关地分离出，即选择性地去除。利用更大的洗涤剂的量，根据相同的原理，可以在后续的洗涤步骤中将其他气体组分或具有相似的溶解系数的气体组分的组选择性地洗出。
已知的物理洗气是甲醇洗涤，其中将温度远低于0℃的液体甲醇用作洗涤剂。其尤其是用于从合成粗煤气分离出二氧化碳和含硫组分，并由此获得由氢气和一氧化碳组成的气体混合物。在“Gas Separation&Purification”，1988年12月，第2卷，第171-176页中描述了甲醇洗涤，其中在两个相继的洗涤步骤中将二氧化碳和含硫组分从包含氢气、一氧化碳和二氧化碳以及含硫组分羰基硫和硫化氢的合成粗煤气选择性地洗出。为此，将合成粗煤气引入吸收塔，其中第一和第二洗涤区彼此上下排列。为了分离出二氧化碳，在第二洗涤区中使用未加载的甲醇，而在第一洗涤区中利用已经在二氧化碳分离过程中预先加载二氧化碳的甲醇的一部分将含硫组分洗出。因为含硫组分相对于甲醇的溶解系数比二氧化碳的溶解系数大许多倍，所以需要将在第二洗涤区中用二氧化碳加载的洗涤剂的量的仅一小部分用于其分离。
若应当将通过物理洗气产生的气体混合物作为燃料送至燃气轮机，则必须努力尽可能完全地除去含硫组分，这是因为其一方面损害燃气轮机，另一方面必须遵守当前的废气排放标准。同时值得期待的是，使二氧化碳基本上完全地留在气体混合物中，这是因为在燃气轮机中需要二氧化碳作为减速剂(Moderator)和工作介质。现有技术是，在一个洗涤步骤中净化合成粗煤气，其中将所需的最少的量的未加载的甲醇作为洗涤剂用于分离出含硫组分。在此产生二氧化碳含量明显减少的基本上不含硫的气体混合物，这是因为除了含硫组分以外，二氧化碳也在相当大的程度上被洗涤剂吸收。因此，不含硫的气体混合物仅仅有限地适合用于燃气轮机。
发明内容
因此本发明的目的是提供前述类型的方法和设备，由此克服了现有技术的缺点。
所述目的在方法方面是以如下方式实现的：在第二洗涤区中通过用未加载的洗涤剂进行洗涤从而从仅一部分量的脱硫的气体混合物分离出二氧化碳，并将在此获得的预先加载二氧化碳的洗涤剂作为洗涤剂完全用于第一洗涤区中。
若气体和洗涤剂在逆流中引导通过洗涤区，如同例如在吸收塔中的情况，则将其中在流入的洗涤剂与气体之间第一次建立热平衡和物理平衡的区域定义为第一洗涤区的边界。因此，在洗涤剂经过该边界时，其进入第一洗涤区中，而气体离开所述第一洗涤区。
合理地选择洗涤剂的使用量，从而使其对应于在第一洗涤区中完全分离出含硫组分所需的最小量。洗涤剂在第二洗涤区中预先加载的程度优选为，其可以用二氧化碳饱和的状态导入第一洗涤区中。因为该洗涤剂不具有或者仅具有非常小的二氧化碳吸收能力，所以在第一洗涤区中无法或者仅能将非常少量的二氧化碳从原料气洗出，由此获得二氧化碳浓度基本上与原料气对应的脱硫的气体混合物。因此可以将未被继续导入第二洗涤区中的气体混合物作为包含氢气和一氧化碳的、具有高的二氧化碳含量的、不含硫的产品排出，例如用作燃气轮机的燃料或者用作甲醇合成气。
可能地，在原料气中所含的二氧化碳的量的大小使得通过仅分离出含硫组分而产生脱硫的气体混合物，其二氧化碳含量过高因而无法直接用作产品。在此情况下有意义的是，将不完全地用二氧化碳加载的洗涤剂导入第一洗涤区中，从而除了含硫组分之外，由原料气还分离出二氧化碳。
在第一洗涤区中吸收含硫组分期间，释放出溶解热，溶解热由于溶解系数的温度相关性而导致洗涤剂的需要量增大。因此，减少用于第一洗涤区中的洗涤剂的预先加载量，从而在第一洗涤区中吸收更多的二氧化碳，并由此产生含有较少二氧化碳的气体产品。为了避免这一情况，在根据本发明的方法的一个实施方案中，在所述第一洗涤区中在至少一个冷却步骤中从所述洗涤剂导出溶解热。优选地，进行冷却，从而使所述洗涤剂排出所述第一洗涤区时的温度与其进入所述第一洗涤区时的温度相差最多5℃。
若液态的深冷甲醇用作洗涤剂，则根据本发明的方法相对于现有技术的优势特别大。但是利用其他洗涤剂，例如聚乙二醇二甲醚(称作DMPEG)或者N-甲基-2-吡咯烷酮(称作NMP)，也可以实施所述方法。
物理洗气的经济性随着进行洗气的压力而增加。因此，甲醇洗涤的洗涤区以约50bar的压力工作，因而在此产生的气体产品处于可比较的高的压力。若此类气体产品例如应当用作燃气轮机的燃气，则需要降低该压力，这是因为燃气通常仅可以约25bar的压力送至燃气轮机。因此，在根据本发明的方法的一个优选的实例方案中，未被送至第二洗涤区的部分的脱硫的气体混合物在膨胀涡轮机中进行做功膨胀。在此还可以冷却脱硫的气体混合物。
为了利用脱硫的气体混合物在做功膨胀期间产生的冷量，建议将冷却的脱硫的气体混合物例如用于冷却不含硫的洗涤剂流，该洗涤剂流在洗涤剂再生期间用于对含硫组分进行回洗。
此外，本发明还涉及通过物理洗气从包含氢气、一氧化碳、二氧化碳以及含硫组分的原料气分离出含硫组分和二氧化碳的包括吸收塔的设备，其中第一洗涤区设置在第二洗涤区下方，其中所述吸收塔在其下部区域中具有用于送入原料气的气体供应装置，并且在其顶部具有用于排出去除了含硫组分和二氧化碳的气体混合物的排出装置，以及用于将未加载的洗涤剂送入第二洗涤区的洗涤剂供应装置。
根据本发明，所提出的目的在设备方面是以如下方式实现的：在所述第一洗涤区与所述第二洗涤区之间设置有侧面气体排出装置，经由该侧面气体排出装置可以将在所述第一洗涤区中脱硫的气体混合物排出。
为了能够针对性地调节预先加载的洗涤剂的二氧化碳含量，根据本发明，所述洗涤剂供应装置具有至少两个设置在不同高度的导入位置，可以将未加载的洗涤剂的量分配至这些导入位置。
本发明进一步建议，所述设备具有与所述吸收塔的侧面气体排出装置连接的膨胀涡轮机，在其中经脱硫的气体混合物可以进行做功膨胀。
下面应当依照图1中示意性显示的实施例更详细地阐述本发明。
附图说明
图1所示为物理洗气的吸收塔，在其中由合成粗煤气通过分离出含硫组分产生用于燃气轮机的燃气。
具体实施方式
经由管线1，将含有氢气、一氧化碳、含硫组分和二氧化碳的合成粗煤气导入吸收塔A的下部区域，在其中设置有彼此上下排列的两个洗涤区W1和W2。合成粗煤气在其通过吸收塔A的路径上首先进入洗涤区W1，其在相对于以物理方式发挥作用的洗涤剂的逆流中引导通过所述洗涤区W1。洗涤剂例如是甲醇，其已经预先加载有二氧化碳，从而从合成粗煤气主要分离出含硫组分，而二氧化碳基本上完全留在气相中。为了将至少一部分的在吸收含硫组分期间释放出的溶解热导出，将洗涤剂经由烟囱式塔盘K(Kaminboden)排出，并经由管线2引导通过热交换器E，其在此相对于外部冷量进行冷却。将二氧化碳浓度基本上与合成粗煤气1相等的在洗涤区W1中脱硫的气体混合物的一部分经由侧面气体排出装置3排出，并且在膨胀涡轮机(未示出)中做功膨胀之后作为产品排出，例如作为燃气引导至燃气轮机。剩余部分的脱硫的气体混合物进入第二洗涤区W2，其在此利用未加载的洗涤剂4进行洗涤。在第二洗涤区W2中，脱硫的气体混合物不含二氧化碳，从而可以将主要由氢气和一氧化碳组成的气体混合物作为其他产品经由管线5从吸收塔A的塔顶排出。将在洗涤区W2中用二氧化碳加载的洗涤剂完全继续引导至洗涤区W1中，其在此作为洗涤剂用于从合成粗煤气分离出含硫组分。吸收塔A以如下方式运行，洗涤剂在洗涤区W2中主要预先加载二氧化碳。为了使这一点即使在波动的运行条件下也始终能够实现，可以借助调节元件a和b将洗涤剂4的量分配至两条管线6和7，并且在不同高度导入洗涤区W2中。

Claims (11)

1.用于物理洗气的方法，其中将包含氢气、一氧化碳、二氧化碳以及羰基硫和/或硫化氢的原料气在相对于预先加载二氧化碳的洗涤剂的逆流中引导通过第一洗涤区，从而基本上选择性地从原料气分离出含硫组分并产生脱硫的气体混合物，其特征在于，在第二洗涤区中通过用未加载的洗涤剂进行洗涤从而从仅一部分量的脱硫的气体混合物分离出二氧化碳，并将在此获得的预先加载二氧化碳的洗涤剂作为洗涤剂完全用于第一洗涤区中。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述洗涤剂以用二氧化碳饱和的状态进入所述第一洗涤区。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在所述第一洗涤区中在至少一个冷却步骤中从所述洗涤剂导出溶解热。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，进行冷却，从而使所述洗涤剂排出所述第一洗涤区时的温度与其进入所述第一洗涤区时的温度相差最多5℃。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，未被送入所述第二洗涤区的部分的脱硫的气体混合物在膨胀涡轮机中进行做功膨胀。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，在做功膨胀期间冷却的脱硫的气体混合物用于冷却不含硫的洗涤剂流，该洗涤剂流在洗涤剂再生期间用于对含硫组分进行回洗。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其特征在于，未被送入所述第二洗涤区的部分的脱硫的气体混合物作为燃料送至燃气轮机或者作为合成气用于生产甲醇。
8.根据权利要求1至7之一的方法，其特征在于，将甲醇或聚乙二醇二甲醚或N-甲基-2-吡咯烷酮用作洗涤剂。
9.通过物理洗气从包含氢气、二氧化碳以及含硫组分的原料气分离出含硫组分和二氧化碳的包括吸收塔的设备，其中第一洗涤区设置在第二洗涤区下方，其中所述吸收塔在其下部区域中具有用于送入原料气的气体供应装置，并且在其顶部具有用于排出去除了含硫组分和二氧化碳的气体混合物的排出装置，以及用于将未加载的洗涤剂送入所述第二洗涤区的洗涤剂供应装置，其特征在于，在所述第一洗涤区与所述第二洗涤区之间设置有侧面气体排出装置，经由该侧面气体排出装置能够将在所述第一洗涤区中脱硫的气体混合物排出。
10.根据权利要求9的设备，其特征在于，所述洗涤剂供应装置具有至少两个设置在不同高度的导入位置，能够将未加载的洗涤剂的量分配至这些导入位置。
11.根据权利要求9或10的设备，其特征在于，其具有与所述吸收塔的侧面气体排出装置连接的膨胀涡轮机，在所述膨胀涡轮机中经脱硫的气体混合物能够进行做功膨胀。
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