CN105008002A - 生产用于燃气涡轮的燃烧燃料的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分馏包含氢气和二氧化碳的原料气体(1)的方法，通过在第一气体洗涤器(A1)中使用无硫洗涤介质(3)洗涤，从包含氢气和二氧化碳的原料气体中基本上选择性地去除二氧化碳，其中获得负载有二氧化碳和共吸收的氢气的洗涤介质流(4)，其随后会在膨胀箱(D1)中膨胀，从而将共吸收的氢气转化为气相(9)。所述方法的特征在于，将所述包含氢气的气相(9)从膨胀箱(D1)中排出，并将其与包含氢气和二氧化碳的无硫气体混合物(17)混合，在低于原料气体(1)压力的压力下，所述气体混合物作为产品在与第一气体洗涤器并行操作的第二气体洗涤器(A2)中形成。

Description

生产用于燃气涡轮的燃烧燃料的方法和装置
本发明涉及一种分馏包含氢气和二氧化碳的原料气体的方法，其中使用无硫洗涤剂在第一气体洗涤器中洗涤，由此从该原料气体中基本上选择性去除二氧化碳，其中，获得负载有二氧化碳和共吸收的氢气的洗涤剂流，其随后在膨胀箱中膨胀，从而将共吸收的氢气转化为气相。
在液体洗涤剂的辅助下，使用气体洗涤器以从气体混合物中除去特定组分，从而由此产生产品气体。它们利用吸收气态物质的液体的特性并保持其与溶液化学上或物理上结合。液体吸收气体的效力由溶解度系数来表示：气体在液体中溶解得越好，其溶解度系数就越大。溶解度系数通常随温度降低和压力升高而增加。
继气体洗涤后，洗涤后的气体组分就会从用作为洗涤剂的液体中除去，从而使洗涤剂再生。虽然洗涤后的气体组分或被丢弃或被用于经济上可行的应用，但是再生的洗涤剂通常会再次用于气体洗涤器中。
根据现有技术，通过气化将包含碳的原料转化为粗制合成气体，而在大规模工业生产上获得氢气。除了所需的氢气，这种粗制合成气体还包含一氧化碳和一系列其它不期望的成分，如二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和碳酰硫(COS)。在利用水至少部分地转化一氧化碳以产生氢气和二氧化碳后，使粗制合成气体优选经历物理气体洗涤以分离不期望的成分。这种方法适用于这样的目的，因为粗制合成气体目前通常在高压下产生，并且物理气体洗涤器的效率随操作压力呈第一近似线性增加。甲醇洗涤对粗制合成气体的净化非常重要，其中液体甲醇在远低于0℃的温度下用作为洗涤剂。“气体分离与净化(Gas Separation&Purification)”，1998年12月，第2卷，第171-176页，描述了一种甲醇洗涤器，其中二氧化碳和硫组分在两个连续洗涤步骤中从包含氢气、二氧化碳和H2S以及COS的粗制合成气体中被选择性地除去。为此，粗制合成气体从底部穿过，向上经过吸收塔，第一和第二洗涤部分在吸收塔中被设置成一个在另一个之上。在上部的第二洗涤部分中，通过利用未负载的甲醇分离二氧化碳，同时通过利用一定比例的在二氧化碳的分离过程中已经负载有二氧化碳的甲醇进行洗涤，而在第一洗涤部分中除去硫组分。因为硫组分相对于甲醇的溶解度系数比相对于二氧化碳的溶解度系数高数倍，所以仅需要在第二洗涤部分中负载有二氧化碳的洗涤剂的一部份用量来分离硫组分。
尽管对于甲醇，氢气和一氧化碳具有比存在于粗制合成气体中的二氧化碳或硫组分低若干个数量级的溶解度系数，但是在粗制合成气体的洗涤过程中，少量的氢气和一氧化碳不可避免地也会溶解于甲醇洗涤剂。根据现有技术，为了避免这种作为产品的氢气和一氧化碳产率的任何下降的现象，已知为共吸收，在第一再生步骤中，负载有二氧化碳或二氧化碳和硫组分的洗涤剂流在气体洗涤过程中，在在先的冷却之后，在每种情况中均在单独的膨胀箱中膨胀至通常小于进行气体洗涤压力的三分之一的压力。在膨胀箱当前的温度和压力条件下，共吸收的物质被基本上转化为气相，而从粗制合成气体中洗涤出的不期望组分基本上保持溶解于洗涤剂中。除了氢气和一氧化碳，来自两个膨胀箱的气相还分别包含二氧化碳或二氧化碳和硫组分，其随后会被压缩并再循环至将在气体洗涤器的上游分馏的粗制合成气体中。虽然这种方式确实实现了产品产率的提高，但是必须压缩待再循环的气相会特别地令成本升高，其确实对所述方法的经济可行性具有负面影响。
因此本发明的目的在于构造如上所述种类的方法，并以此克服现有技术的缺陷。
所述目的根据本发明是如下实现的：包含氢气的气相从膨胀箱排出并与包含氢气和二氧化碳的无硫气体混合物混合，所述气体混合物是在低于原料气压力的压力下，在与第一气体洗涤器并行操作的第二气体洗涤器中作为产品产生的。
如果来自第二气体洗涤器的包含氢气和二氧化碳的无硫气体产品的质量没有显著受损，而是被保持或者在绝大多数有利的情况中甚至通过混合包含氢气的气相而得以改善，那么就会明智地仅使用根据本发明的方法。在这些条件下，相比于现有技术，本发明使得降低由于包含氢气的气相的经济上可行的应用而升高的成本成为可能。这主要归因于气相压缩过程中需要更低的能量。然而，由于在第一气体洗涤器中所洗涤的气体流体积减小，因而用于气体洗涤的装置具有更小的尺寸，由此还可以实现进一步的经济性。
若由包含氢气、一氧化碳、二氧化碳和硫组分的粗制合成气体中获得至少氢气和用于燃气涡轮的燃气，则根据本发明的方法是特别优选被使用的。在这种情况下，专利申请DE 19651282提出将粗制合成气体细分为第一和第二子流，其中，在通过水煤气转换反应而转化或部分转化后，将第一子流供给至第一气体洗涤器，并由其去除硫和二氧化碳，同时将第二子流直接引至第二气体洗涤器中，从而基本上选择性地分离硫组分并产生主要由氢气、一氧化碳和二氧化碳组成的产品气体。未转化的气体通常具有比转化或部分转化合成气体的压力高约3至7巴的压力。可以使用相同的洗涤剂来操作两个气体洗涤器，由此，其还能够共同使用一个洗涤剂再生单元。
在两个气体洗涤器中，多种液体可以被用作洗涤剂。然而，其优选为甲醇、DMPEG、NMP、胺类或胺基洗涤剂，例如MEA、DEA、DIPA或由这些用作洗涤剂的物质形成的混合物。
根据本发明方法的一种特别优选的实施方案是：通过预先负载有二氧化碳的洗涤剂，将硫组分从供给至第二气体洗涤器的原料气体中基本上选择性地分离，其中获得负载有硫组分、二氧化碳和共吸收的氢气的洗涤剂流，所述洗涤剂流随后在另外的膨胀箱中膨胀以将共吸收的氢气转化为气相，所述气相随后与用于第一气体洗涤器的原料气体混合。包含氢气的气相任选地还可以完全地或部分地再循环至用于第二气体洗涤器的原料气体中。
下面将参考在图1中示意性描述的一种示例性的实施方式来更加详细地解释本发明。
图1示出甲醇洗涤器，其中在并行操作的两个气体洗涤器中分馏已转化的和未转化的粗制合成气体。
已转化的粗制合成气体在通过线路2供给至呈吸收塔形式的第一洗涤装置A1的下部区域中之前，其通过线路1而被引入至热交换器E1并在此与待预热的加工流7相迎而被冷却，所述转化的粗制合成气体除了氢气还包含二氧化碳和硫组分。通常在15至75巴的压力下操作的吸收塔A1包含下部洗涤部分S1和上部洗涤部分S2，S1和S2通过烟囱式塔板K彼此分开。冷的粗制合成气体2在吸收塔A1中被向上引导并因此与甲醇洗涤剂紧密接触，所述甲醇洗涤剂是未负载的，并通过线路3从再生装置R供应，在热交换器E2中与部分再生的甲醇洗涤剂13相迎而冷却后，所述甲醇洗涤剂会被引入至洗涤部分S2中。在负载有二氧化碳和硫组分的甲醇洗涤剂从吸收塔A1的底部室排出并通过线路6向前引导之前，通过线路4和5以及控制部件a，将已经预负载有来自烟囱式塔板K的二氧化碳的甲醇洗涤剂向前传送至洗涤部分S1，甲醇洗涤剂在此处主要吸收来自粗制合成气体的硫组分。主要由氢气组成的气体7可以从吸收塔A1的顶部排出，在与粗制合成气体1相迎而被预热后，所述气体作为粗制氢气8而供应至例如用于进一步纯化的PSA(未示出)。
在热交换器E3中冷却后，在洗涤部分S2中主要负载有二氧化碳的甲醇流4通过压缩部件b膨胀至膨胀箱D1，同时在两个洗涤部分S1和S2中负载有二氧化碳和硫组分的甲醇流6通过压缩部件c传至膨胀箱D2。在膨胀箱D1和D2当前的压力下，其相当于吸收塔A1中当前操作压力的约三分之一，主要是在粗制合成气体2洗涤过程中共吸收的氢气和一氧化碳会进入所生成的气相中，所述气相通过线路9和10排出。仍然负载有分离自粗制合成气体2的物质的甲醇流11和12会被引入至用于进一步再生的再生装置R。
为了获得用于燃气涡轮的燃烧燃气，在未转化的粗制合成气体通过线路15供给至同样呈吸收塔形式的洗涤装置A2的下部区域之前，所述未转化的粗制合成气体通过线路14而被引入至热交换器E4，并在此与待预热的加工流相迎而被冷却，所述未转化的粗制合成气体除了氢气和一氧化碳也包含二氧化碳和硫组分。在吸收塔A2中，冷却的粗制合成气体15向上流动并因此与甲醇洗涤剂紧密接触，所述甲醇洗涤剂是无硫的，其通过线路16从再生装置R供应并被供给至洗涤部分S3的上端，所述吸收塔A2通常在20至80巴的压力下操作并包含第一洗涤部分S3和第二洗涤部分S4。无硫甲醇流16预负载有二氧化碳并进入洗涤部分S3，所述洗涤部分S3具有大于待洗涤的粗制合成气体15中二氧化碳分压的二氧化碳分压，因此硫组分、无或仅有非常少的二氧化碳从所述粗制合成气体15中除去。因此，包含氢气和一氧化碳且基本上由二氧化碳组成的脱硫气体混合物17可以通过侧出口排出。在洗涤部分S3中脱硫的部分气体混合物向前传送至洗涤部分S4，在此还利用在洗涤塔A2的顶部供应的未负载的甲醇18通过洗涤将二氧化碳除去，从而使得由氢气和一氧化碳组成的气体混合物19可被引导到塔A2的外部，并且在与待冷却的粗制合成气体14相迎而预热后，气体混合物19会被供应为净化的合成气体20而用于其他的应用。为了分离气体洗涤过程中共吸收的氢气和一氧化碳，负载的洗涤剂21从吸收塔A2的底部排出并通过压缩部件d膨胀至膨胀箱D3，其中获得主要由氢气、一氧化碳和二氧化碳组成的气相22以及负载有二氧化碳和硫组分的甲醇23。虽然负载的甲醇23会被引入至再生装置R，但是通过线路24及压缩器V1，气相22和来自膨胀箱D2的气相10一起，会与已转化的粗制合成气体1混合。气相10和22任选地可以完全地或者还可以部分引入至未转化的粗制合成气体14中。通过压缩器V2，可将来自膨胀箱D1的包含氢气、一氧化碳和二氧化碳且基本上无硫的气相9调整至脱硫气体混合物17的压力，并与气体混合物17合并以产生气体流25，在与待冷却的粗制合成气体14相迎而预热后，气体流25最终会作为燃烧燃料26而被供应至燃气涡轮(未示出)。

Claims (5)

1.用于分馏包含氢气和二氧化碳的原料气体(1)的方法，其中在第—气体洗涤器(A1)中使用无硫洗涤剂(3)洗涤，由此从该原料气体中基本上选择性地除去二氧化碳，其中获得负载有二氧化碳和共吸收的氢气的洗涤剂流(4)，所述洗涤剂流(4)随后在膨胀箱(D1)中膨胀，从而将共吸收的氢气转化为气相(9)，其特征在于，所述包含氢气的气相(9)从膨胀箱(D1)中排出，并与包含氢气和二氧化碳的无硫气体混合物(17)混合，所述气体混合物(17)是在低于原料气体(1)压力的压力下，在与第—气体洗涤器(A1)并行操作的第二气体洗涤器(A2)中作为产品形成的。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在第二气体洗涤器(A2)中作为产品产生的包含氢气和二氧化碳的气体混合物(17)作为燃烧燃气(26)被供给至燃气涡轮。
3.根据权利要求1和2之一的方法，其特征在于在第—气体洗涤器(A1)和第二气体洗涤器(A2)中进行处理的包含氢气和二氧化碳的原料气体(1，14)获自粗制合成气体，所述粗制合成气体被分为至少是第一子流和第二子流，其中第一子流在通过水煤气转换反应转化后被供给至第—气体洗涤器(A1)，同时第二子流被直接引入至第二气体洗涤器(A2)中。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于在第—气体洗涤器(A1)和第二气体洗涤器(A2)中使用相同的洗涤剂(3，18)。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于在第二气体洗涤器(A2)中，通过预负载有二氧化碳的洗涤剂(16)，将硫组分从原料气体(14)中基本上选择性地分离，其中获得负载有硫组分、二氧化碳和共吸收的氢气的洗涤剂流(21)，所述洗涤剂流(21)随后在另外的膨胀箱(D3)中膨胀，从而将共吸收的氢气转化为气相(22)，所述气相(22)随后与用于第—气体洗涤器(A1)的原料气体(1)和/或用于第二气体洗涤器(A2)的原料气体(14)混合。
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