CN105709565B - 在物理气体洗涤中用于洗涤介质再生的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于再生物理气体洗涤中的负载洗涤介质(1)的方法以及装置，其中至少第一类型和第二类型的物质从气体混合物中被洗出，通过在升高压力下的汽提将大部分第一类型物质从负载有第一类型和第二类型物质的洗涤介质(1)分离出，并得到富集第二类型物质的负载洗涤介质(4)和含有在汽提中使用的汽提气和从负载洗涤介质中分离的物质的气相(13)。本发明的特征在于，将通过汽提而富集第二类型物质的负载洗涤介质(4)降压(a)并随后供应到分离器(F)，以得到主要含有第一类型物质的闪气(6)和仍富集第二类型物质的负载洗涤介质(5)，其中从至少部分闪气(6)和含有汽提气的气相(13)中产生含有大量第一类型物质的产物气体(12)。

Description

在物理气体洗涤中用于洗涤介质再生的方法和装置

技术领域

本发明涉及在物理气体洗涤中用于再生洗涤介质的方法，其中至少第一类型和第二类型的物质被从气体混合物中洗出，其中大部分第一类型物质是通过在升高压力下汽提而从负载有第一类型和第二类型物质的洗涤介质中分离的，并得到富集第二类型物质的负载洗涤介质和含有用于汽提的汽提气和从负载洗涤介质中分离物质的气相。

本发明另外涉及一种实施本发明方法的装置。

背景技术

物理气体洗涤被用于从气体混合物分离气体组分。它们利用用于洗涤介质的液体的能力来吸收气体物质并将它们保持在溶液中且无物质被化学键合。可以通过液体溶解度系数表达液体吸收和键合气体的程度，液体中溶解的气体越多，溶解度系数越大。溶解度系数取决于温度，并通常随温度的降低而增大。

为了除去已被从气体混合物分离的且被溶解在洗涤介质中的气体组分，所述负载的洗涤介质在洗涤气体后被再生。再生的洗涤介质通常被再用于气体洗涤，而已被分离的气体组分或者被沉积或者被妥善使用。

为了提纯粗合成气体，优选使用物理气体洗涤，其中该粗合成气体是在气化厂中以工业规模例如通过蒸汽重整或通过局部氧化方式由煤或/和含烃供料生产的气体混合物，并且通常不仅含有所期望的物质氢(H₂)和一氧化碳(CO)，还含有一些不期望的如二氧化碳(CO₂)和硫、硫化氢(H₂S)和硫氧化碳(COS)的组分。由于现今粗合成气体通常在高压下生产以及物理气体洗涤的效用增加到与操作压力成线性关系的第一近似值，这些处理方法是有吸引力的。甲醇洗涤对于粗合成气体提纯是特别重要的。事实上，H₂S、COS和CO₂在甲醇中的溶解度系数与H₂和CO的有很大不同。由于这些差异的增大和由此通过共吸收而损失H₂和CO的量随温度降低而降低，特别由于CO₂的溶解度系数随温度降低而提高，甲醇洗涤介质通常在远低于0℃的温度下被引导进入洗涤塔并使其与待提纯的粗合成气体密切接触。另外，由于硫组分具有远大于二氧化碳的溶解度系数并因而可被从负载甲醇洗涤介质大量选择性地分离，该处理方法容许硫组分和二氧化碳单独地分离。

如果首要目标是生产氢产物，那么粗合成气体通常要进行水气转化，其中在甲醇洗涤之前，存在于粗合成气体中的一氧化碳与水反应以形成氢和二氧化碳。特别是在从例如煤或重油的低氢进料中得到粗合成气体并因此粗合成气体甚至在水气转化之前具有高CO₂含量时，CO₂含量在水气转化后可增大到超过40mol％。为了提高氢产物的经济性，例如纯度超过98mol％并被用于尿素合成的副产品经常与大量形成的二氧化碳相分离。

为了得到CO₂副产品，根据现有技术，在配置成洗涤塔的CO₂产品塔的下部，将载有二氧化碳以及更易溶并由此更强键合到洗涤介质上的硫组分的甲醇洗涤介质降压到适当的压力。由于压力降低，来自负载的甲醇洗涤介质的大部分CO₂以及部分硫组分被从负载甲醇洗涤介质脱气并被向上传送到洗涤塔中。通过无硫甲醇洗涤介质的方式将硫组分从气体流中洗出，为此无硫甲醇洗涤介质被引导到CO₂产品塔顶部并与上升气体流密切接触。将具有产物纯度的CO₂流体从CO₂产品塔顶部移除，同时CO₂含量大大减少但仍载有CO₂和硫组分的甲醇洗涤介质被积累在塔的较低区域上。

仍载有二氧化碳和硫组分的甲醇洗涤介质被从CO₂产品塔移除并引导进入富集塔，该富集塔为冷汽提塔。在富集塔中，借助被逆流传送的汽提气(通常为氮)将大部分CO₂从甲醇洗涤介质中汽提，由此富含二氧化碳的气相可以从富集塔顶部被移除，所述富含二氧化碳的气相尽管被汽提气污染，但仍在硫组分回流之后通常具有容许其作为CO₂产物传送的CO₂纯度。

汽提后，产生主要负载有硫组分以及剩余量CO₂的甲醇洗涤介质，其从富集塔中被移除并传送以进行热再生[其中洗涤介质纯度的甲醇馏分和气体馏分含有硫组分(酸性气体)]，其中的CO₂含量主要由在富集塔中得到的负载甲醇洗涤介质的CO₂含量决定。由于此处呈现的硫为工业中较为珍贵的原料，所述酸性气体馏分具有经济潜力。为了实现这种潜力，呈现在酸性气体馏分中的硫组分通常在Claus工艺中被转换成单质硫，但是如果可能，酸性气体馏分中的CO₂含量必须不超过限定值。

特别在待提纯的粗合成气体具有低硫含量时，在这种情况下，例如对于通过低硫煤炭气化产生粗合成气，在存在限定值的情况下，其仅能通过高成本的例如汽提气量增大的冷汽提来获得。然而，如果在汽提过程中得到的被汽提气污染的富含二氧化碳的气相被作为CO₂产物传送，则由于所要求的产物纯度，汽提气的增加量有可能会受到限制。

在专利申请DE102006049602(其公开内容全部并入本说明书作为参考)中，在冷汽提后，所述负载洗涤介质被从富集塔移除、加热并随后经历热汽提，其中负载洗涤介质的CO₂含量被进一步减少并生成含CO₂的气体馏分。含CO₂的气体馏分随后再循环到富集塔并由这里进入待被排放的尾气中。

然而，为了实现合成气体产物的经济性，关键的是，从负载甲醇洗涤介质中完全分离二氧化碳不仅要花费的费用少，而且还要转化成具有高百分比含量和适当纯度的CO₂产物。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种如开始所提及类型的方法，以及一种能够克服现有技术缺点的用于实施所述方法的装置。

所述目的根据本发明的方法来实现，其中将由于汽提已富集第二类型物质的负载洗涤介质降压并随后供应到分离器，以得到主要由第一类型物质组成的闪气和仍然富集第二类型物质的负载洗涤介质，其中从至少部分闪气和包含汽提气的气相中生成主要由第一类型物质组成的产物气体。

汽提后，对负载洗涤介质降压使得借助相较现有技术明显减少的汽提气的量可得到第二类型物质所需的富集程度。更具体地，汽提气的量可被减少到一定程度，以使主要由第一类型物质组成的且其汽提气含量不超过预设最大值的产物气体可从闪气和含有汽提气的气相中制得，甚至不必分离出汽提气。

为了从至少部分闪气和含有汽提气的气相中得到主要由第一类型物质组成的产物气体，建议将两种气相结合而不必其他处理以形成产物气体。然而，还可能从两种气相中的一种分离出第二类型物质，例如用至少基本不含第二类型物质的第二洗涤介质洗涤，并将所得气相与未被处理的气相相结合。如果两种气相在被结合之前均经历了处理，它们可被共同或分别处理。而在联结处理的情况下，主要含有第一类型物质的产物气体是直接形成的，在分别处理的情况下，所述产物气体是通过结合不含第二类型物质的两种气体而形成的。

如果其中一种气相或两种气相经历洗涤以分离第二类型物质，那么第一类型物质通常被此处所使用的第二洗涤介质吸收，以得到负载有第一类型和第二类型物质的第二洗涤介质。为了将第一类型吸收物质转换成产物气体，建议将第二负载洗涤介质降压并随后供应到分离器，以得到主要由第一类型物质组成的第二闪气以及富集第二类型物质的第二负载洗涤介质。优选的是至少部分第二闪气被用于产生产物气体。

第二洗涤介质优选由物理气体洗涤的洗涤介质回路中移除。在该情况下，可将其他富集第二类型物质的两种负载洗涤介质结合在一起进行一个或多个其他的再生步骤，以分离第二类型物质。

物理气体洗涤优选地为甲醇洗涤，其中通过低温甲醇的方式，作为第一类型物质的二氧化碳和作为第二类型的如H₂S和/或COS的硫组分被从气体混合物例如粗合成气中洗出。于此处有利地将氮气用作浓缩硫组分的汽提气，以形成主要由二氧化碳组成且含有硫组分和氮气的气相。为了从所述气相以及根据本发明在降压中形成的闪气中分离出硫组分，优选地用至少基本无硫甲醇对这些气体混合物进行洗涤。

本发明另外提供一种在物理气体洗涤中再生负载有至少第一类型和第二类型物质的洗涤介质的装置，所述装置包括汽提设备，其中在升高压力下用汽提气进行汽提，由此将大部分的第一类型物质从负载有第一类型和第二类型物质的洗涤介质中分离，以得到富集第二类型物质的负载洗涤介质。

根据本发明，在装置方面是通过连接到降压设备的汽提设备来实现所述目的，借助所述设备，汽提设备中富集第二类型物质的负载洗涤介质可被降压并随后供应给分离器，其中汽提设备和分离器均被连接到产生设备，由此主要由第一类型物质组成的产物气体可由在分离器和汽提设备中可得到的气相产生。

产生设备优选地包括水动力地连接到汽提设备和/或分离器的洗涤装置，由此将可在汽提设备和/或分离器中得到的气相供应到洗涤装置，并用洗涤介质进行洗涤，以分离出第二类型物质。特别优选地，产生设备确切地包括一个向其共同供应两种气相的洗涤装置，以分离出第二类型物质。

在其最简单的形式中，产生设备可由同时连接到汽提设备和分离器的导管组成，其中可从汽提设备和分离器中得到的气相无需其他处理即能够混合，以形成产物气体。

附图说明

通过图1示意性示出的操作实施例在下文阐述本发明。

图1示出甲醇洗涤再生部分的截面图，其中负载有二氧化碳和硫组分的洗涤介质被再生。

具体实施方式

在洗涤粗合成气体中负载有二氧化碳和硫组分的甲醇通过管路1被引导进入安置在塔C中的汽提设备A，在汽提设备A中存在于负载甲醇1中的部分二氧化碳在大约2.5帕的压力下被汽提除去。在汽提设备A中提供有规整填料D，通过管路3供应的氮气被用作汽提气。主要含有被汽提除去的二氧化碳和氮气并且含有硫组分的气相13被进一步通过烟囱式塔盘E传送进入塔C中配置作为洗涤设备的上部B，甲醇不仅硫含量增大，而且二氧化碳的含量更高以致硫组分的分离将产生酸性气体馏分，由于其二氧化碳的含量它是不适合作为用于硫产物的供料气体的，其通过管路4离开汽提设备A，并借助节流装置a的方式降压到约1.2帕的压力下并进入第一分离器F。在降压过程中，大部分二氧化碳进入气相，以得到硫含量进一步增加的甲醇洗涤介质5和富含二氧化碳的馏分6。当甲醇洗涤介质5被传送到硫隔离部(未示出)时，富含二氧化碳的馏分6被传送到设置有液滴沉降器G的第二分离器H中。

在塔C的顶部，负载有二氧化碳但基本上无硫组分的第二甲醇流体2作为洗涤介质被引导进入洗涤设备B，在其中第二甲醇流体2与含硫组分气体7和13相接触，并向下流过质量传输盘I和由引被逆流传送。甲醇负载有洗涤出的硫组分和含量同样较高的二氧化碳，这使得硫组分的分离产生酸性气体馏分，由于甲醇中二氧化碳含量，将不适合作为用于在烟囱式塔盘E收集硫的供料气体。因此所述负载甲醇通过管路8从烟囱式塔盘E被移除并借助节流装置b降压到大约1.2帕的压力上以及进入第三分离器J。在降压过程中，大部分二氧化碳进入气相，以得到硫含量进一步增加的甲醇9和富含二氧化碳的气体馏分10。在甲醇9被发送到硫隔离部(未示出)时，所述富含二氧化碳的气体馏分10同样被传送到第二分离器H。

通过第一分离器F将在第二分离器H中得到的液相11传送到硫隔离部。另一方面，通过压缩器K将主要由二氧化碳组成的且含有硫组分的气相7传送到洗涤设备B中，以将硫组分与含有洗涤气体3的气相13一起释放出来。对硫含量增大的甲醇4减压，使得通过汽提减少汽提氮气3相较现有技术的量是可能的，以致由于其低氮含量，在工艺区界上可作为二氧化碳产物传送的二氧化碳流体12可在汽提设备C的顶部被移除。

Claims (7)

1.一种用于再生物理气体洗涤中的负载洗涤介质(1)的方法，其中用甲醇洗涤来执行所述物理气体洗涤，二氧化碳以及H₂S和/或COS从气体混合物中被洗出，在升高压力下通过用氮气(3)的汽提将大部分二氧化碳从负载有二氧化碳以及H₂S和/或COS的洗涤介质(1)分离出，并得到富集H₂S和/或COS的负载洗涤介质(4)以及含有在汽提中使用的氮气(3)和从负载洗涤介质(1)中分离的物质的气相(13)，其特征在于，将通过汽提而富集H₂S和/或COS的负载洗涤介质(4)降压并随后供应到分离器(F)，以得到主要由二氧化碳组成的闪气和仍富集H₂S和/或COS的负载洗涤介质(5)，其中从至少部分闪气和包含用作汽提气的氮气(3)的气相(13)中产生包含基本上由二氧化碳组成的产物气体(12)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从至少部分闪气中分离出H₂S和/或COS，且将所得到的气相与包含所述汽提气的气相(13)相结合以形成产物气体(12)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从包含所述汽提气的气相(13)中分离出H₂S和/或COS，且将所得到的气相与所述闪气相结合以形成产物气体(12)。

4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，通过将至少一部分闪气和包含所述汽提气的气相(13)共同或者分别进行处理来产生所述产物气体(12)，在所述处理中将H₂S和/或COS分离出。

5.一种用于再生物理气体洗涤中载有二氧化碳以及H₂S和/或COS的洗涤介质(1)的装置，其中用甲醇洗涤来执行所述物理气体洗涤，所述装置包括汽提设备(A)，其中通过在升高的压力下用氮气(3)将大部分二氧化碳从负载有二氧化碳以及H₂S和/或COS的洗涤介质(1)分离，以得到富集H₂S和/或COS的负载洗涤介质(4)，其特征在于，所述汽提设备(A)被连接到降压设备(a)，由此在汽提设备(A)中已富集H₂S和/或COS的负载洗涤介质(4)能够被降压并随后供应给分离器(F)，其中所述汽提设备(A)和所述分离器(F)均被连接到产生设备，由此从可在分离器(F)中得到的主要由二氧化碳组成的闪气和可在汽提设备(A)中得到的包含用作汽提气的氮气(3)的气相(13)产生主要由二氧化碳组成的产物气体(12)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述产生设备包括水动力连接到汽提设备(A)和/或分离器(F)的洗涤装置(B)。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述产生设备由导管组成，所述导管均被连接到汽提设备(A)和另一个分离器(J)。

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