CN104667714A

CN104667714A - 深度脱除工业混合气中酸性气体的装置及方法

Info

Publication number: CN104667714A
Application number: CN201310641742.8A
Authority: CN
Inventors: 闫岩; 卢旭晨; 王体壮; 华超
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-06-03

Abstract

本发明涉及脱除工业混合气中酸性气体的装置及方法。所述装置包括填料吸收塔(1)，填料解析塔(2)，还包括填料喷淋塔(3)。所述方法包括如下步骤：(a)工业混合气首先在填料吸收塔(1)中与弱碱性溶液吸收剂逆流接触；(b)从填料吸收塔(1)出来的气体进入填料喷淋塔(3)中与强碱性溶液吸收剂逆流接触。本发明提供的脱除酸性气体的方法与低温甲醇洗涤法相比较，工艺简单、成本较低、能耗较少；与醇胺溶液吸收法相比较，脱除酸性气体较为彻底。

Description

深度脱除工业混合气中酸性气体的装置及方法

技术领域

本发明属于气体分离与净化技术领域，涉及一种深度脱除焦炉煤气、合成气、天然气、煤田伴生气等工业混合气中的CO₂、H₂S等酸性气体的装置及方法。

背景技术

焦炉煤气、合成气、天然气、煤田伴生气等工业混合气体中均含有一定量的CO₂、H₂S等酸性气体。工业混合气体中酸性气体的存在不仅对设备、管线造成严重腐蚀，会引起下游工序中催化剂中毒，而且也会对环境带来不良影响。因此，深度脱除工业混合气体中的CO₂、H₂S等酸性气体是上述气体或作为燃料、或者进一步反应合成其它化工产品的必要工序。

工业混合气中的酸性组分的脱除方法包括物理法和化学法，物理方法中应用最广泛的是低温甲醇洗涤法，化学方法应用较多的是醇胺溶液吸收法。

低温甲醇洗涤方法的原理是利用甲醇溶液在加压、低温条件下对混合气中的CO₂和H₂S有较大的溶解度的物理特性，除去其中的CO₂和H₂S，从而达到净化混合气中的酸性成分的目的。低温甲醇洗涤操作温度低于0℃，操作压力在2.4-8.0MPa。经过低温甲醇洗涤后，混合气中的硫含量低于1×10^-7，CO₂含量低于10ppm。工业上典型的低温甲醇洗涤工艺流程是7塔16段流程。低温甲醇洗涤法的优点是脱除CO₂和H₂S彻底，劣势在于设备和操作成本较高。目前，在处理量较大的合成气净化领域应用广泛。

醇胺溶液吸收法利用溶解在水中的工业气中的酸性气体与醇胺发生可逆反应的化学特性，一定温度和压力条件下，溶解在水中的酸性气体与醇胺溶液发生化学反应，吸收了工业气中的酸性气体；改变温度和压力条件，酸性气体与醇胺溶液发生逆反应，酸性气体解吸，达到分离、净化酸性气体的目的，同时，醇胺溶液再生、循环利用。依据吸收剂的不同，醇胺溶液吸收法有MEA法和各种MEA改良法，及MDEA法和各种MDEA改良法等。与低温甲醇洗涤法相比较，醇胺溶液吸收法能耗低、工艺简单、设备腐蚀小，设备费用和操作成本都低很多。经过醇胺溶液吸收法净化后的气体中的H₂S含量低于1×10^-6，但CO₂含量一般在（50-400）×10^-6之间，对于要求较为严格的工业气体，醇胺溶液吸收后CO₂含量依然不符合要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脱除工业混合气中酸性气体的装置及方法。本发明提供的方法工艺简单、成本较低、能耗较少，且脱除酸性气体较为彻底。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种脱除工业混合气中酸性气体的装置，包括填料吸收塔1和填料解析塔2，其特征在于，还包括填料喷淋塔3。

作为优选技术方案，本发明所述的装置，填料吸收塔1的塔顶连接于填料喷淋塔3的塔底，填料解析塔2的塔底连接于填料吸收塔1的塔顶。

优选地，填料喷淋塔内装规整填料，由上部喷入液体，气体由顶部出塔，废液由塔底部出塔。

本发明提供的装置只需要3级塔即可完成，装置相对于低温甲醇洗涤法大大简化，极大地节约了成本（达数倍以上），并且达到了较为彻底的脱除酸性气体的效果。

本发明的目的之一还在于提供一种利用本发明所述的装置脱除工业混合气中酸性气体的方法，是两步吸收酸性气体单元，包括如下步骤：

(a)工业混合气首先在填料吸收塔1中与弱碱性溶液吸收剂逆流接触；这一步骤可吸收其中几乎全部的H₂S和大部分的CO₂；

(b)从填料吸收塔1出来的气体进入填料喷淋塔3中与强碱性溶液吸收剂逆流接触。这一步骤可吸收经步骤(a)处理后的工业混合气中剩余的CO₂，从填料喷淋塔3出来的气体即是深度脱除CO₂、H₂S等酸性气体的净化气。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，还包括一步吸收剂再生单元步骤：

(c)从填料吸收塔1流出的、富含大量酸性气体的弱碱性溶液吸收剂在填料解析塔2中，在减压、升温条件下再生，再生后的弱碱性溶液吸收剂进入填料吸收塔1循环利用，可降低成本。其中，不同的弱碱性吸收剂对应不同的压力、温度条件，本领域技术人员可根据实际需要进行调节。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，步骤(a)所述的弱碱性溶液吸收剂可再生。

优选地，步骤(a)所述的弱碱性溶液吸收剂为一种醇胺或多种醇胺与活化剂、消泡剂的混合物的水溶液，所述一种醇胺或多种醇胺的体积浓度优选为30-70%，例如为33%、38%、42%、47%、50%、55%、61%、66%、69%等，进一步优选为35-60%。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，步骤(b)所述的强碱性溶液吸收剂为NaOH和/或KOH的水溶液，质量浓度优选为不大于10%，例如为1%、3%、5%、6%、8%、9.5%等，进一步优选为不大于5%。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，从填料吸收塔1流出的弱碱性溶液吸收剂进入填料解析塔2，在减压、升温条件下解吸出酸性气体，解析出的酸性气体进行硫回收，可以完全氧化制取硫酸，也可以选择性氧化制取硫磺，再生的弱碱性吸收剂贫液回流填料吸收塔1循环利用。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，所述的工业混合气为焦炉煤气、合成气、天然气或煤田伴生气。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，所述的酸性气体包含CO₂和H₂S。

与低温甲醇洗涤法相比较，本发明所述的深度脱除工业混合气中的CO₂、H₂S等酸性气体的方法工艺简单、成本较低，能耗较少；与醇胺溶液吸收法相比较，该方法脱除酸性气体较为彻底。

附图说明

图1深度脱除工业混合气中酸性气体的工艺流程图，其中1为填料吸收塔，a1为填料吸收塔1的气相进口处，b1为填料吸收塔1的液相进口处，c1为填料吸收塔1的气相出口处，d1为填料吸收塔1的液相出口处，2为填料解析塔，b2为填料解析塔2的液相进口处，c2为填料解析塔2的气相出口处，d2是填料解析塔2的液相出口处；3为填料喷淋塔，a3为填料喷淋塔3的气相进口处，b3为填料喷淋塔3的液相进口处，c3为填料喷淋塔3的气相出口处，d3为填料喷淋塔3的液相出口处。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

图1是深度脱除工业混合气中酸性气体的工艺流程图。

原料气经过过滤除尘后由下部a1处进入填料吸收塔1，弱碱性吸收剂由上部b1处进入塔1。在一定温度和压力条件下，气、液两相在填料塔中逆流接触，H₂S等酸性气体与弱碱性吸收剂发生反应，从而与原料气分离，达到净化酸性气体的目的。脱除了几乎全部的H₂S和大部分由顶部c1处流出塔1，吸收了酸性气体的弱碱性吸收剂由底部d1处流出塔1。

由c1处流出塔1的含有少量CO₂的气体从下部a3处进入填料喷淋塔3进行深度脱除CO₂气体，浓度小于10%的强碱液由上部b3处进入塔3。气、液两相在填料塔中逆流接触，CO₂气体与强碱性吸收剂发生反应，从而原料气中的酸性气体得到深度净化。深度脱除酸性气体的净化气由顶部c3处流出塔3，进入下一个单元（或脱水、或脱汞、或利用，或储罐等），吸收了CO₂气体的强碱性吸收剂由底部d3处流出塔3，强碱浓度较大，盐浓度较小的强碱液吸收剂由上部b3处进入喷淋塔3循环利用，强碱浓度太小，盐浓度较高的强碱液吸收剂进行结晶回收盐分，新的强碱吸收剂由b3处补充。

由d1处流出塔1的富含CO₂、H₂S等酸性气体的弱碱性吸收剂经过闪蒸罐泄压后由b2处进入填料解析塔2。塔2的操作压力接近常压，温度大于塔1内的温度，在减压、升温操作条件下，弱碱性吸收剂与酸性气体的可逆反应向解析方向进行。解析出的酸性气体由顶部c2处流出塔2，进入处理H₂S单元（可以完全氧化制取硫酸，也可以选择性氧化制取单质硫），脱除了酸性气体的弱碱性吸收剂由下部d2处流出塔2，经泵输送到b1处进入塔1循环利用。

实施例1MDEA弱碱性溶液吸收剂一步脱碳脱硫

某企业建有一套MDEA脱硫脱碳装置，填料吸收塔规格为，填料解析塔规格为，焦炉煤气中CO₂气体体积含量为2.2%，H₂S含量约为200mg/Nm³，温度为40℃，压力为2.5MPaG。净化后，焦炉煤气中H₂S含量为1ppm，CO₂含量为160ppm，H₂S几乎得到了彻底脱除，而CO₂还没有得到彻底净化。装置操作参数和净化结果数据见下表1。

表1

操作参数	参数值
		吸收塔操作压力，kPa	2500
吸收塔塔顶/塔底温度，℃	50/54
		解析塔操作压力，kPa	106
解析塔塔顶/塔底温度，℃	101/113
		吸收液循环量，m³/h	100
焦炉煤气CO₂体积含量，%	2.2
		焦炉煤气中H₂S含量，mg/Nm³	～200
净化后CO₂体积含量，ppm	160
		净化后H₂S含量，ppm	1

实施例2强碱性溶液吸收剂净化混合气中的少量CO₂

将H₂和CO气体按照2:1的体积比混合，然后混入200ppm的CO₂气体（与实施例1中经弱碱性溶液吸收剂处理后的气体组成相似，模拟实施例1得到的混合气），进行NaOH强碱液脱除混合气中CO₂的实验。填料喷淋塔塔径为，内装玻璃珠填料，NaOH吸收液浓度为5%。混合气从下部进入填料塔，NaOH溶液由上部喷入，净化后的气体由顶部出塔，进行CO₂含量的测定，吸收后的碱液由塔底部出塔。结果显示：经过NaOH碱液吸收后的气体几乎不含有CO₂。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种脱除工业混合气中酸性气体的装置，包括填料吸收塔(1)和填料解析塔(2)，其特征在于，还包括填料喷淋塔(3)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，填料吸收塔(1)的塔顶连接于填料喷淋塔(3)的塔底，填料解析塔(2)的塔底连接于填料吸收塔(1)的塔顶；

3.一种使用权利要求1或2所述装置脱除工业混合气中酸性气体的方法，包括如下步骤：

(a)工业混合气首先在填料吸收塔(1)中与弱碱性溶液吸收剂逆流接触；

(b)从填料吸收塔(1)出来的气体进入填料喷淋塔(3)中与强碱性溶液吸收剂逆流接触。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

(c)从填料吸收塔(1)流出的弱碱性溶液吸收剂在填料解析塔(2)中，在减压、升温条件下再生，再生后的弱碱性溶液吸收剂进入填料吸收塔(1)循环利用。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(a)所述的弱碱性溶液吸收剂可再生。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(a)所述的弱碱性溶液吸收剂为一种醇胺或多种醇胺与活化剂、消泡剂的混合物的水溶液，所述一种醇胺或多种醇胺的体积浓度优选为30-70%，进一步优选为35-60%。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(b)所述的强碱性溶液吸收剂为NaOH和/或KOH的水溶液，质量浓度优选为不大于10%，进一步优选为不大于5%。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，从填料吸收塔(1)流出的弱碱性溶液吸收剂进入填料解析塔(2)，在减压、升温条件下解吸出酸性气体，解析出的酸性气体进行硫回收，再生的弱碱性吸收剂回流填料吸收塔(1)循环利用。

9.根据权利要求3-8任一项所述的方法，其特征在于，所述的工业混合气为焦炉煤气、合成气、天然气或煤田伴生气。

10.根据权利要求3-9任一项所述的方法，其特征在于，所述的酸性气体包含CO₂和H₂S。