CN104936677B - 包含co2及h2s的气体的回收系统及回收方法 - Google Patents

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Abstract

一种含CO2及H2S的气体的回收系统，其具备：第1热交换器(16)，其安装在富溶液供给管线L1和贫溶液供给管线L2的交叉部A，使从吸收塔(13)的塔底部(13c)取出的吸收有CO2及H2S的吸收液(富溶液12A)和再生吸收液(贫溶液12B)进行热交换；第2热交换器(17)，其安装在半富溶液供给管线L3和从贫溶液供给管线在分支部C分支出的分支管线L4的交叉部B，使从吸收塔的塔中段附近取出的吸收有CO2及H2S的半富溶液12C和贫溶液12B进行热交换；汇流部D，其使供给热交换后的贫溶液的分支管线L4与贫溶液供给管线L2汇流；以及流量调整阀(31)，其安装在上述贫溶液供给管线L2，并对贫溶液12B的分配量进行调整。

Description

包含CO2及H2S的气体的回收系统及回收方法
技术领域
本发明涉及从利用气化炉将例如煤、生物质等气化而获得的气化气体中含有的CO2和H2S中高效率地回收H2S的含CO2及H2S的气体的回收系统及方法。
背景技术
作为除去利用气化炉将煤、生物质等气化而得的气化气体中含有的CO2和H2S等酸性气体的技术，迄今为止，已经提出了化学吸收法(例如，胺吸收液(例如(利用N-甲基二乙醇胺：MDEA等吸收液))和物理吸收法(例如，利用使用了聚乙二醇·二甲醚的Selexol吸收液)。
但是，为IGCC(煤气化联合发电)技术这类系统的情况下，具有如下要求。
1)在发电系统中，为了使大气汚染物质SOX的排出低于限定值，需要除去作为SOX的产生源的H2S。另一方面，CO2由于具有提升发电效率的效果，因此期望尽量不回收CO2。
2)回收的含H2S气体(废气)流量低、H2S浓度高时，对于由回收气体制造化学制品的情况、处理H2S的情况是有利的，期望能够选择性回收H2S。
3)在IGCC中组合了CO转换和CCS(二氧化碳回收·储存)的系统中，需要将CO2回收工艺中回收的CO2中的H2S浓度抑制到规定值(例如10～20ppm)左右。
4)为了提高发电效率，优选蒸汽等热能的使用量越少越优选。
即，从热能方面考虑，要求从含CO2和H2S的气体高效率地、且选择性地分离H2S。
因此，此前提出了通过压力释放容器(再生塔上段)将已经部分释放了溶解成分的吸收液的一部分从吸收塔的最上部的下方进行供给的节能工艺(专利文献1)。
但是，专利文献1的技术应用于从不含H2S的气体回收CO2时是有效的，但在应用于从含CO2和H2S的气体选择性回收H2S时，存在下述问题，即，由于吸收塔的下方的吸收液中的H2S浓度变高，致使H2S吸收速度大幅下降，因此H2S除去率、H2S选择性下降，为了获得期望的除去率反而导致热能增加。
因此，本发明人等首先提出了将吸收液的一部分从吸收塔的吸收部的途中取出，将以较低浓度吸收了CO2、H2S的该吸收液供给到再生塔的再生部的途中(专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-120013号公报
专利文献2：日本特开2012-110835号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献2的提案虽然能够提高H2S的选择吸收性、且使再生热能消耗量比此前的工艺降低了约10％左右，但仍需要进一步降低热能的消耗。
因此，在化学吸收工艺中，迫切需要提供一种能够与CO2的吸收分开的、从含CO2和H2S的气体中热能方面效率高且选择性地分离H2S的系统。
鉴于上述课题，本发明的课题在于，提供一种含CO2及H2S的气体的回收系统及方法，其高效率地回收从利用气化炉将例如煤、生物质等气化而获得的气化气体中含有的H2S。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的本发明的第1发明为包含CO2及H2S的气体的回收系统，其特征在于，具备：吸收塔：其将含CO2及H2S的气体作为导入气体，使该导入气体与吸收CO2及H2S的吸收液接触，从上述导入气体吸收CO2及H2S；吸收液再生塔：其将吸收有CO2及H2S的吸收液从上述吸收塔的塔底部取出，并经由富溶液供给管线从塔顶部侧导入，利用再沸器的热使CO2及H2S放出，将吸收液再生；贫溶液供给管线：其将所再生的再生吸收液返回上述吸收塔；半富溶液供给管线：其从吸收塔的塔中段附近将吸收有CO2及H2S的一部分的吸收液取出，将所取出的吸收液导入到上述再生塔的塔中段附近；第1热交换器：其安装在上述富溶液供给管线和上述贫溶液供给管线的交叉部，使从上述吸收塔的塔底部取出的吸收有CO2及H2S的吸收液和再生吸收液进行热交换；第2热交换器：其安装在上述半富溶液供给管线和在上述贫溶液供给管线的分支部分支出的分支管线的交叉部，使从上述吸收塔的塔中段附近取出的吸收有CO2及H2S的吸收液和再生吸收液进行热交换；汇流部：其使供给用上述第2热交换器热交换后的贫溶液的分支管线与上述贫溶液供给管线汇流；以及，流量调整阀：其安装在上述贫溶液供给管线，对贫溶液的分配量进行调整。
第2发明为根据第1发明的含CO2及H2S的气体的回收系统，其特征在于，具备：第1旁通管线：其使富溶液在安装于富溶液供给管线的上述第1热交换器的上游侧，从上述富溶液供给管线侧绕行至上述半富溶液供给管线侧，并将上述富溶液导入到上述第2热交换器；第2旁通管线：其使从上述半富溶液供给管线侧绕行至上述富溶液供给管线侧并进行了热交换的富溶液在安装于上述半富溶液供给管线的上述第2热交换器的下游侧返回至上述富溶液供给管线；控制装置：其根据所导入的气体种类信息对旁通管线的切换实施控制；以及，流量调整阀：其设置在上述半富溶液供给管线的取出侧，根据来自上述控制装置的指令来停止上述半富溶液的取出。
第3发明为一种含CO2及H2S的气体的回收方法，其特征在于，其是使用了从含CO2及H2S的导入气体回收CO2及H2S的吸收塔、和再生塔的含CO2及H2S的气体的回收方法，由从上述导入气体吸收CO2及H2S的吸收塔的塔中段附近取出吸收液的一部分，降低流到吸收塔的下方的吸收液的流量，将从吸收塔的塔底部取出的吸收液从再生塔的塔顶部附近导入；且将从吸收塔的塔中段附近取出的吸收液导入到再生塔的塔中段附近进行再生；使用第1热交换器对从上述塔底部取出的吸收液和来自再生塔的贫溶液进行热交换；并且，使贫溶液在上述第1热交换器的上游侧分支，使用第2热交换器使该分支出的贫溶液和从吸收塔的塔中段附近取出的吸收液进行热交换，使该热交换后的贫溶液与上述用第1热交换器进行了热交换的贫溶液汇流，将汇流贫溶液导入吸收塔，进行再利用。
第4发明为根据第3发明的含CO2及H2S的气体的回收方法，其特征在于，在不取出半富溶液的运转时，设置向第2热交换器导入富溶液的旁通管线，将富溶液的一部分导入第2热交换器，并利用分支出的贫溶液通过第2热交换器进行热交换。
发明的效果
根据本发明，通过半富溶液供给管线从吸收塔的塔中段附近将吸收液的一部分取出，从而降低流到吸收塔的下方的吸收液的流量，由此，实现了几乎不会降低H2S的吸收量、且使CO2吸收量下降、H2S的选择分离性提高，并且实现了再生塔中的再沸器热量的降低。
并且，使在贫溶液供给管线中流动的再生后的吸收液分支，用安装于贫溶液供给管线的第1热交换器对所导入的富溶液进行热交换，使贫溶液的一部分流入到在分支部分支出的分支管线侧，用安装于分支管线的第2热交换器对半富溶液进行热交换，由此实现了第1及第2热交换器的小型化。
附图说明
图1为实施例1的含CO2及H2S的气体的回收系统的概略图。
图2为实施例1以外的含CO2及H2S的气体的回收系统的概略图。
图3为实施例2的含CO2及H2S的气体的回收系统的概略图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明进行详细说明。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为实施例1的含CO2及H2S气体的回收系统的概略图。图2为实施例1以外的含CO2及H2S气体的回收系统的概略图。
如图1所示，本实施例的含CO2及H2S气体的回收系统10A具备：吸收塔13：其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；吸收液再生塔(以下称为“再生塔”)14：其将吸收有CO2及H2S的吸收液(富溶液)12A从吸收塔13的塔底部13c取出，并且经由富溶液供给管线L1从塔顶部14a导入，利用再沸器15的热使CO2及H2S放出，对吸收液12进行再生；贫溶液供给管线L2：其将再生后的吸收液(贫溶液)12B从再生塔14的塔底部14c取出，返回至吸收塔13的塔顶部13a；半富溶液供给管线L3，其从吸收塔13的塔中段13b附近取出吸收有CO2及H2S的一部分的吸收液(半富溶液)12C，将取出的半富溶液12C导入至再生塔14的塔中段14b附近；第一热交换器16：其安装在上述富溶液供给管线L1和贫溶液供给管线L2的交叉部A，对从吸收塔13的塔底部13c取出的吸收了CO2及H2S的吸收液(富溶液12A)和再生吸收液(贫溶液12B)进行热交换；第2热交换器17：其安装在半富溶液供给管线L3和在贫溶液供给管线L2的分支部C分支出的分支管线L4的交叉部B，对从吸收塔13的塔中段13b附近取出的吸收有CO2及H2S的吸收液即半富溶液12C和贫溶液12B进行热交换；汇流部D，其使供给用第2热交换器17热交换后的贫溶液12B的分支管线L4与贫溶液供给管线L2汇流；以及，流量调整阀31：其安装在上述贫溶液供给管线L2，对贫溶液12B的分配量进行调整。
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(贫溶液)12B作为吸收液12被再利用。
在该使用了含CO2及H2S气体的回收系统10A的精制方法中，通过对煤或生物质等进行气化的气化炉得到的气化气体被送至气体冷却装置(未图示)，在其中通过冷却水冷却后，作为导入气体11被导入至吸收塔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的对流接触效率。需要说明的是，也可以设置多个填充部，除填充法以外，也可通过例如喷雾法、液柱法、塔板法等使导入气体11和吸收液12对流接触。
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，导入气体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。吸收有CO2及H2S的吸收液也被称作“富溶液”12A。该富溶液12A经由富溶液泵(未图示)，在设置于交叉部A的第一热交换器16中与在再生塔14中再生的贫溶液12B进行热交换而被加热，并被供给至再生塔14的塔顶部14a侧。
该从塔顶部14a侧导入的富溶液12A从具有填充部14A、14B的再生塔14的塔顶部14a附近通过未图示的喷雾手段等导入至塔内，在塔内流下时，在来自再沸器15的水蒸汽22的作用下产生吸热反应，放出大部分的CO2及H2S而再生。在再生塔14内放出了一部分或者大部分的CO2及H2S的吸收液被称作“半贫溶液”。该半贫溶液在到达吸收液再生塔14下部时，成为几乎全部的CO2及H2S被除去的吸收液。该通过除去几乎全部CO2及H2S而再生的吸收液被称作“贫溶液”12B。该贫溶液12B在再沸器15中被饱和水蒸汽23间接地加热，产生水蒸汽22，被返回至再生塔14的底部侧。
另外，从再生塔14的塔顶部14a，导出在塔内伴随有由富溶液12A及半富溶液12C放出的水蒸汽的CO2及H2S气体25，并通过冷凝器26冷凝水蒸汽，由分离鼓27分离水28，将CO2及H2S气体29排放至系统外并回收。由分离鼓27分离的水28被供给至再生塔14的塔顶部14a。
在此，利用设置于交叉部B的第2热交换器17，所取出的半富溶液12C通过与从再生塔14的塔底部14c排出的高温的贫溶液12B的热交换而被加热，被供给至再生塔14的塔中段14b附近、更优选塔中段14b的更下方侧。
在此，本实施例中，使流过贫溶液供给管线L2的贫溶液12B分支，用安装于贫溶液供给管线L2的第1热交换器16，直接与流过的富溶液12A进行热交换。与此相对地，使贫溶液12B的一部分流入至在分支部C分支出的分支管线L4侧，用安装于分支管线L4的第2热交换器17对半富溶液12C进行热交换。
另外，贫溶液12B的分配量通过流量调整阀31进行调节，可根据半富溶液12C的取出量适当改变。
由此，本实施例中，再生的吸收液(贫溶液)12B被导入并联设置的第1热交换器16及第2热交换器17。
然后，在第1热交换器16中，与富溶液12A进行热交换，从而将富溶液12A加热。此外，在第2热交换器17中，与半富溶液12C进行热交换，从而将半富溶液12C加热。
另外，被冷却的贫溶液12B之后在汇流部D汇流，然后利用贫溶剂泵(未图示)进行升压，再利用贫溶剂冷却器30进行冷却后，再次被供给至吸收塔13而作为吸收液12进行再利用。
由此，本实施例不是现有的专利文献2提出的通过串联型配置使富溶液12A和半富溶液12C进行热交换，而是通过并联型配置利用溶液12B进行热交换，因此能够使第1热交换器16及第2热交换器17的热交换容量比目前更小型化(compact)。
其结果是，如本实施例那样采取并联型的热交换器设置从而能够降低ΔT的偏差、使热交换器中交换的热量增加。
另外，供给至第1热交换器16及第2热交换器17的高温流体即贫溶液12B、与低温流体即富溶液12A及半富溶液12C的流量差优选设为±10％以内。
在此，分支量的流量调整使用流量调整阀31来进行，通常将其开度调节成能够使富溶液12A和贫溶液12B的流量相同。
这里，由于导入气体11的气体组成根据供给至锅炉的燃料种类而发生变动，所以可以如图2所示的含CO2及H2S的气体的回收系统10B那样，通过控制装置42获取该气体种类信息43，基于该信息调整取出阀41的开度来适当改变半富溶液12C的取出量。
另外，热交换后的从再生塔14的塔中段14b附近导入的吸收有CO2及H2S的吸收液(半富溶液)12C的温度，和用第二热交换器17热交换后的从再生塔14的塔顶部14a导入的吸收有CO2及H2S的吸收液(富溶液)12A的温度相同或更高。
这是由于塔中段14b部分因来自再沸器15的上述水蒸汽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溶液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侧相比为相同或更高。
在本实施例中，能够从比吸收塔13的最上段更靠下方侧的塔中段13b附近，通过半富溶液供给管线L3将吸收液12的一部分取出。需要说明的是，就取出量而言，测定导入的导入气体11的温度、压力、流量、CO2浓度、H2S浓度等，综合地判断这些条件而决定最优的取出位置和取出量。
但是，导入气体11中的H2S和CO2在吸收塔13内与H2S及CO2一起被吸收液12吸收。
如本发明所述，能够从吸收塔13的塔中段13b附近通过半富溶液供给管线L3将吸收液12的一部分取出，减少流到吸收塔13的下方的吸收液的流量，从而H2S在气体侧的传质占主导地位，而CO2在液体侧的传质占主导地位，因此，CO2的吸收速度进一步降低。
由此，H2S的吸收量相应于CO2吸收量的下降量、即吸收液中的CO2浓度下降量而增加。
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。由此，可以实现H2S的选择性的提高。
[试验例]
表1是对于实施例的并联型配置型热交换器回收系统、和现有例的基于串联配置型热交换器的回收系统中的各再生塔的再沸器的负荷、第1热交换器16的负荷、第2热交换器17的负荷的比较。
现有例(专利文献2)为用第1热交换器(富溶液热交换器)16及第2热交换器(半富溶液热交换器)17以贫溶液12B对富溶液12A和半富溶液12C进行热交换的例子。
现有例(专利文献2)的工艺是通过串联型分别进行富溶液12A和贫溶液12B、半富溶液12C和贫溶液12B的热交换，但由于富溶液12A、半富溶液12C的流量相对于贫溶液12B少(一半左右)，因此ΔT产生偏差，用热交换器交换的热量并不充分。
与此相对地，本实施例中，使热交换器为复合型，从而降低能够降低ΔT的偏差，使得用热交换器交换的热量增加。
[表1]
实施例 现有例
再沸器的负荷 0.94 1
第1热交换器(16)的负荷 2.15 1
第2热交换器(17)的负荷 0.99 1
冷凝器(26)的负荷 1.35 1
贫溶剂冷却器(30)的负荷 0.49 1
如表1所示，与现有例相比，本实施例的回收系统能够实现再沸器负荷的降低。
实施例2
参照附图来说明基于本发明的实施例的含CO2及H2S的气体的回收系统。图3为实施例2的含CO2及H2S的气体的回收系统的概略图。
如图3所示，本实施例的含CO2及H2S的气体的回收系统10C具备：第1旁通管线L11：其将富溶液12A取出并使其在安装于富溶液供给管线L1的第1热交换器16的上游侧的分支部E，从富溶液供给管线L1侧绕行至半富溶液供给管线L3侧，将富溶液12A导入至第2热交换器17；第2旁通管线L12：其使从半富溶液供给管线L3侧在分支部F绕行到富溶液供给管线L1侧并进行了热交换的富溶液12A，在安装于半富溶液供给管线L3的第2热交换器17的下游侧的汇流部G返回至富溶液供给管线L1；控制装置42：其根据导入的气体种类信息43对旁通管线的切换实施控制；以及，流量调整阀41：其设置在半富溶液供给管线L3的取出侧，根据控制装置42的指令来停止半富溶液12C的取出。
另外，图中符号44及45为分别安装在第1旁通管线L11和第2旁通管线L12的开闭阀。
例如，存在如下情况：由于供给至锅炉的燃料的不同而导致气体种类发生改变的情况下或设备启动时，进行不从吸收塔13的途中取出半富溶液12C的运转的情况。
为这样的运转状态时，富溶液12A从塔底部13c被取出，其取出量仅相应于半富溶液12C的取出停止量而增大。
如实施例1那样设计成将第1热交换器16和第2热交换器17并联配置、使供给至各热交换器的贫溶液12B的供给量为规定的分配比例进行运转时，热交换器的容量变小，因此热交换不充分。
因此，如本实施例那样不取出半富溶液12C时，将富溶液12A导入至使半富溶液12C进行热交换的第2热交换器17，并设置旁通管线(第1旁通管线L11及第2旁通管线L12)，从而能够使用供给至第2热交换器17的贫溶液12B对富溶液12A进行热交换。
其结果是，在取出富溶液12A的运转时，分别使用第1热交换器16及第2热交换器17进行热交换，与实施例1同样但与现有的串联型不同地，交换热量增加，能够实现再生塔14中的消耗热能的降低。
此外，在不取出半富溶液12C的运转时，也通过以旁通管线将富溶液12A的一部分导入第2热交换器17，从而在实施例1中设置的第1热交换器16的容量的状况下获得了充分的交换热量。
图3中，关闭了流量调整阀41而停止了半富溶液12C的取出。并且，打开了开闭阀44及45，将富溶液12A的一部分导入到第1旁通管线L11及第2旁通管线L12，在第2热交换器17中利用在分支部C分支出的贫溶液12B进行了热交换。热交换后的富溶液12A经由第2旁通管线L12导入至汇流部G，在此与通过第1热交换器16进行了热交换的富溶液12A汇流，然后被导入至再生塔14的塔顶部14a侧，进行再生处理。
其结果是，在不取出半富溶液12C(仅取出富溶液12A)的运转时，也与实施例1同样地，使用第1热交换器16及第2热交换器17获得了充分的交换热量。
通过采用本实施例，能够使来自贫溶液12B的热回收量增加，伴随于此，能够实现贫溶剂冷却器30的负荷的降低。
符号的说明
10A～10C 含CO2及H2S的气体的回收系统
11 导入气体
12 吸收液
12A 富溶液
12B 贫溶液
12C 半富溶液
13 吸收塔
14 吸收液再生塔(再生塔)
15 再沸器
16 第1热交换器
17 第2热交换器

Claims (4)

1.一种含CO2及H2S的气体的回收系统，其特征在于，具备：
吸收塔，其将含CO2及H2S的气体作为导入气体，使该导入气体与吸收CO2及H2S的吸收液接触，从所述导入气体吸收CO2及H2S；
吸收液再生塔，其将吸收有CO2及H2S的吸收液从所述吸收塔的塔底部取出，并经由富溶液供给管线从塔顶部侧导入，利用再沸器的热使CO2及H2S放出而使吸收液再生；
贫溶液供给管线，其将再生后的再生吸收液返回到所述吸收塔；
半富溶液供给管线，其从所述吸收塔的塔中段附近取出吸收有CO2及H2S的一部分的吸收液即半富溶液，并将取出后的吸收液导入到所述再生塔的塔中段附近；
第1热交换器，其安装在所述富溶液供给管线和所述贫溶液供给管线的交叉部，使从所述吸收塔的塔底部取出的吸收有CO2及H2S的吸收液与再生吸收液进行热交换；
第2热交换器，其安装在所述半富溶液供给管线和在所述贫溶液供给管线的分支部分支出的分支管线的交叉部，使从所述吸收塔的塔中段附近取出的吸收有CO2及H2S的吸收液和再生吸收液进行热交换；
汇流部，其使供给在所述第2热交换器中热交换后的贫溶液的分支管线与所述贫溶液供给管线汇流；以及
流量调整阀，其安装在所述贫溶液供给管线上，并对贫溶液的分配量进行调整。
2.根据权利要求1所述的含CO2及H2S的气体的回收系统，其特征在于，具备：
第1旁通管线，其使富溶液在安装于富溶液供给管线的所述第1热交换器的上游侧，从所述富溶液供给管线侧绕行至所述半富溶液供给管线侧，并将所述富溶液导入到所述第2热交换器；
第2旁通管线，其使从所述半富溶液供给管线侧绕行至所述富溶液供给管线侧并进行了热交换的富溶液在安装于所述半富溶液供给管线的所述第2热交换器的下游侧返回至所述富溶液供给管线；
控制装置，其根据所导入的气体种类信息对旁通管线的切换实施控制；以及
流量调整阀，其设置在所述半富溶液供给管线的取出侧，根据来自所述控制装置的指令来停止所述半富溶液的取出。
3.一种含CO2及H2S的气体的回收方法，其特征在于，
其为使用了从含CO2及H2S的导入气体回收CO2及H2S的吸收塔和再生塔的含CO2及H2S的气体的回收方法，
由从所述导入气体吸收CO2及H2S的吸收塔的塔中段附近取出吸收液的一部分作为半富溶液，并降低流到吸收塔的下方的吸收液的流量，
将从吸收塔的塔底部取出的吸收液从再生塔的塔顶部附近导入，同时将从吸收塔的塔中段附近取出的吸收液导入到再生塔的塔中段附近进行再生，
使用第1热交换器对从所述塔底部取出的吸收液和来自再生塔的贫溶液进行热交换，并且
使贫溶液在所述第1热交换器的上游侧分支，使用第2热交换器使该分支出的贫溶液和从吸收塔的塔中段附近取出的吸收液进行热交换，使该热交换后的贫溶液与所述用第1热交换器进行了热交换的贫溶液汇流，将汇流贫溶液导入吸收塔，进行再利用。
4.根据权利要求3所述的含CO2及H2S的气体的回收方法，其特征在于，
在不取出所述半富溶液的运转时，设置向第2热交换器导入富溶液的旁通管线，将富溶液的一部分导入第2热交换器，并利用分支出的贫溶液通过第2热交换器进行热交换。
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