CN106606918B

CN106606918B - 获得气体产品的方法和设备

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Publication number: CN106606918B
Application number: CN201610662770.1A
Authority: CN
Inventors: A·T·德兰; U·凯赖斯泰乔戈鲁; A·布兰德尔
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2021-08-24
Anticipated expiration: 2036-04-11
Also published as: WO2017067638A1; DE102015013796A1; CN106606918A

Abstract

本发明涉及用于运行洗气装置的方法以及洗气装置，其中通过用以物理方式起作用的洗涤剂(2)进行洗涤从气体混合物(1)分离出第一和第二种物质，其中第二种物质比第一种物质更容易溶解在该洗涤剂中，获得负载有第一种物质并且基本上不含第二种物质的第一洗涤剂(12)以及负载有第一和第二种物质的第二洗涤剂(10)，在其再生期间为了分离出第一种物质使第二负载的洗涤剂(10)减压至第一压力进入第一塔(M)中，随后减压至更低的第二压力进入第二塔(E)中，其中在第一塔(M)中使用第一负载的洗涤剂(12、14)的第一部分(11)及在第二塔(E)中使用第一负载的洗涤剂(12、14)的第二部分(15)以再洗涤第二种物质，其在减压时转入气相中，其中第一负载的洗涤剂(12)的第二部分(15)在其在第二塔(E)中使用之前减压进入分离器(D3)中，以获得第一种物质贫化的液相(16)，其借助于重力继续引导至第二塔(E)中。其特征在于，作为分离器(D3)使用可与第一塔(M)和第二塔(E)独立地运行的装置，于其中使第一负载的洗涤剂(12)的第二部分(15)减压至高于或低于第一压力的第三压力。

Description

获得气体产品的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于运行洗气装置的方法，其中通过用以物理方式起作用的洗涤剂进行洗涤从气体混合物分离出第一和第二种物质，其中第二种物质比第一种物质更容易溶解在该洗涤剂中，获得负载有第一种物质并且基本上不含第二种物质的第一洗涤剂以及负载有第一和第二种物质的第二洗涤剂，在其再生期间为了分离出第一种物质使第二负载的洗涤剂减压至第一压力进入第一塔中，随后减压至更低的第二压力进入第二塔中，其中在第一塔中使用第一负载的洗涤剂的第一部分及在第二塔中使用第一负载的洗涤剂的第二部分以再洗涤第二种物质，其在减压时转入气相中，其中第一负载的洗涤剂的第二部分在其在第二塔中使用之前减压进入分离器中，以获得第一种物质贫化的液相，其借助于重力继续引导至第二塔中。此外，本发明还涉及用于实施所述方法的设备。

背景技术

此类洗气装置属于现有技术，本领域技术人员多年来早已知晓。其利用了吸收气态物质和保持其以物理方式结合在溶液中的液体特性。气体被液体吸收的程度由溶解系数来表示，溶解系数越大，则气体在液体中溶解得越好。溶解系数一般随着温度的下降及根据Henry吸收定律随着压力的升高而上升。

若应当通过物理洗气从气体混合物溶解出气体组分i，则为此需要最少量W_min的用作洗涤剂的液体，其能够用下式非常好地计算出：

W_min＝V/(p·λ_i)

该式中V是指气体混合物的总量，p是指气体混合物中的压力，λ是指洗出的气体组分对于所用的洗涤剂的溶解系数。在气体混合物的组分的溶解系数相差足够大的前提下，通过相应地调整洗涤剂的量可以在一个洗涤步骤中与其他气体组分基本上独立地分离出即选择性地去除掉具有最大溶解系数的气体组分。在此情况下洗涤剂负载有分离出的组分。以较大的洗涤剂量，可以按照相同的原理在后续洗涤步骤中选择性地洗出其他具有相似溶解系数的气体组分或气体组分的组。

在洗气之后紧接着通过除去所溶解的气体组分而使负载的洗涤剂再生。通常将再生的洗涤剂重新用于洗气，而对除去的气体组分进行废物处置或者送至经济用途。

一种已知的物理洗气是甲醇洗涤，其中使用温度远低于0℃的液态甲醇作为洗涤剂。其特别是用于从合成粗煤气分离出二氧化碳和含硫组分，因此获得主要由氢和一氧化碳组成的气体混合物。在“气体分离与净化(Gas separation&Purification)”，1988年12月，第2卷，第171-176页中描述了一种甲醇洗涤，其中从包含氢、一氧化碳和二氧化碳以及含硫组分氧硫化碳和硫化氢的合成粗煤气在两个彼此连续的洗涤步骤中选择性地洗出二氧化碳和含硫组分。为此将合成粗煤气导入在20与80巴之间的工作压力下运行的洗涤塔中，于其中彼此上下地布置第一和第二洗涤区段。为了在第二洗涤区段中分离出二氧化碳，使用未负载的甲醇，而在第一洗涤区段中用已经在第二洗涤区段中预负载有二氧化碳的甲醇的一部分洗出含硫组分，从而获得不含硫的、负载有二氧化碳的甲醇以及负载有二氧化碳和含硫组分的甲醇。因为含硫组分对于甲醇的溶解系数比二氧化碳的溶解系数大出几倍，所以其分离仅需要少量的在第二洗涤区段中负载二氧化碳的洗涤剂。

通常在使负载的甲醇流再生期间，将负载有二氧化碳的、不含硫的甲醇减压至第一压力进入称作生产塔的装置中，以使所包含的二氧化碳转入气相中，并获得二氧化碳产品。为此将负载有二氧化碳的、不含硫的甲醇的一部分导入构造为分离器的生产塔最上部区域，而将剩余的甲醇导入设置在分离器下方、通过塔板与其分离的再洗涤区段中。在再洗涤区段的下部区域，使负载有二氧化碳和含硫组分的甲醇减压，其中产生包含二氧化碳和含硫组分的气相，从其通过不含硫的、二氧化碳含量减小的甲醇再洗涤含硫组分。

将在分离器和再洗涤区段中从甲醇流分离出的二氧化碳从生产塔的顶部作为二氧化碳产品排出，根据贷方凭证出售给顾客，而将在再洗涤区段的下端收集的甲醇从生产塔排出，减压至第二压力进入称作富集塔的装置中，以通过分离出留下的二氧化碳继续富集含硫组分。

为了促进二氧化碳分离，将汽提气体送至富集塔的下端，其在其向上的路径上由在逆流中引导的甲醇主要驱出二氧化碳，但也驱出含硫组分。为了再洗涤含硫组分，从生产塔的分离器排出不含硫的、包含二氧化碳的甲醇，并供应至富集塔的顶部。将在减压至第二压力时从不含硫的甲醇分离出的二氧化碳在此情况下与通常是氮气的汽提气体混合成为尾气，随后丢弃。

通常仅借助于在分离器与富集塔顶部之间的压力差，将不含硫的甲醇由生产塔送入富集塔。在压力差过低的情况下，如其例如可以在为了使在再洗涤区段中及因此必然也在分离器中的二氧化碳产品量最大化而选择低的第一压力时发生，根据现有技术将生产塔安装在裙座(Standzarge)上，并相对于富集塔升高以获得静压。此外已知，经由设置在这两个塔之间的泵输送不含硫的、减压至第一压力的甲醇。第三种可能性在于，指定用于在富集塔中再洗涤含硫组分的一部分不含硫的、负载有二氧化碳的甲醇并不减压至第一压力，而是绕过生产塔直接送至富集塔的顶部。

每种由现有技术已知的方法都具有特定的缺点。因此将生产塔安装在裙座上显著增加了用于甲醇洗涤的投资成本，又如泵的安装，其出于运行安全的原因必须双重设置，此外也增加设备的运行成本。如果应当以高产率获得二氧化碳产品，则第三种方法是特别不利的，这是因为在富集塔中用于再洗涤含硫组分的不含硫的甲醇中所包含的几乎所有二氧化碳随着尾气被丢弃。

发明内容

因此本发明的目的是提供前述类型的方法及设备，由此克服现有技术的缺点。

所提出的目的在方法方面根据本发明是通过如下方式实现的，作为分离器使用可与第一和第二塔独立地运行的装置，于其中使第一负载的洗涤剂的第二部分减压至高于或低于第一压力的第三压力。

与现有技术不同，通过该方法一方面在第一塔中再洗涤第二种物质的过程及从第一负载的洗涤剂的第二部分分离出第一种物质的过程是在不同的压力下进行的。由此例如可以降低第一塔的工作压力，以提高第一种物质的产率，不必同时缩小为了将在分离器中形成的液相送入第二塔中所需的压力差。但是另一方面也可以使第三压力下降至第二压力的值或者更低，由此从第一负载的洗涤剂的第二部分更加有效地分离出第一种物质，不必改变第一塔中的工作压力。但是其前提是，将液相从分离器送入第二塔中所需的压力差足够小，或者可以使分离器相对于第二塔的相应的布置方式足够小。

在第三压力下降至第二压力附近的值的情况下，为了将指定在第二塔中使用的一部分第一负载的洗涤剂送入分离器中，提供与直接减压送至第二塔的顶部的情况相似大小的压力差。但同时可以将在减压时形成的、主要由第一种物质组成的气相作为产品出售，这是因为其不与其他馏份例如在第二塔中使用的汽提气体混合。

优选将来自分离器的主要由第一种物质组成的气相与在第一塔中产生的、同样主要由第一种物质组成的其他气相合并成为产品流。为了获得产品流，可以将来自分离器的气相供应至第一塔的顶部，或者在第一塔下游与其他气相汇合。也可以将这两个气相相互独立地作为产品出售。

根据本发明的方法适合于运行许多不同的洗气装置。但是其特别有利地用于从包含氢和一氧化碳的合成粗煤气分离出二氧化碳作为第一种物质，及分离出硫化合物作为第二种物质，其中使用甲醇作为以物理方式起作用的洗涤剂。

此外，本发明还涉及用于从气体混合物分离出第一种物质和比第一种物质更容易溶解在以物理方式起作用的洗涤剂中的第二类物质的设备，该设备包括可以用以物理方式起作用的洗涤剂洗涤气体混合物的洗涤装置，其中产生负载有第一种物质并且基本上不含第二种物质的第一洗涤剂以及负载有第一和第二种物质的第二洗涤剂；及包括第一和第二塔，它们以流动技术方式与洗涤装置相连接，从而可以为了分离出第一种物质使第二负载的洗涤剂减压进入第一塔中，及随后减压进入第二塔中，及将第一负载的洗涤剂的第一部分输送至第一塔，将第二部分输送至第二塔，均用于再洗涤第二种物质，其在从第二负载的洗涤剂分离出第一种物质时转入气相中；及包括与第二塔的顶部以流动技术方式相连接的分离器，于其中可以使第一负载的洗涤剂的第二部分减压以获得第一种物质贫化的液相，其经由流动技术连接借助于重力送入第二塔中。

所提出的目的在设备方面根据本发明是通过如下方式实现的，将分离器构造为可与第一和第二塔独立地运行的装置。

“分离器可与第一和第二塔独立地运行”理解为，这两个塔的运行状态不影响分离器的功能。分离器特别是可以在无需从第一或第二塔输送物质流的情况下及在不同于这两个塔的工作压力的压力下按规定运行。

在分离器与第二塔之间设置流动技术连接，从而可以在运行条件下仅将在分离器中获得的液相继续引导至第二塔中，同时物质无法从第二塔溢流到分离器中。优选将该流动技术连接构造为简单的管路。

此外，建议根据本发明的设备，分离器直接与第一塔的顶部连接，或者与管道连接，经由该管道可以从第一塔的顶部排出气体馏份，从而可以将在分离器中以及在第一塔中产生的气体馏份合并成为气体流。

优选将分离器直接安装在第二塔上，或者形成其上端。但是此外也可以直接布置在第一塔上或在第一塔的上端或在分离的平台上。

分离器优选构造为具有竖直轴的圆柱形压力容器，其具有布置在侧面的用于送入减压的第一洗涤剂的入口接管(Eintrittsstutzen)、设置在其上端的用于排出在分离器中产生的气相的排出接管(Abzugsstutzen)以及另一个设置在其下端的用于将第一种物质贫化的液相继续引导至第二塔中的排出接管。

下面应当按照在图1中示意性地描绘的实施例更详细地阐述本发明。

附图说明

图1所示为洗气装置的裁剪图，于其中通过用甲醇进行洗涤分离包含氢、一氧化碳、二氧化碳以及含硫组分的合成粗煤气，其中使用本发明的优选的实施方案使在此情况下产生的负载的甲醇再生。

具体实施方式

将待分离的合成粗煤气经由管道1供应至构造为吸收塔的洗涤装置A的下部区域。典型地在15与75巴之间的压力下运行的洗涤装置A具有下洗涤区段S1和上洗涤区段S2，它们通过塔板K1相互分离。将合成粗煤气在洗涤装置A中向上引导，在此情况下与以未负载的状态经由管道2导入洗涤区段S2中的冷的甲醇强烈接触，以洗出在合成粗煤气1中所包含的二氧化碳。将已经预负载有二氧化碳的洗涤剂经由管道3和4以及节流装置a继续引导至洗涤区段S1中，其在此从合成粗煤气1主要吸收含硫组分，然后经由管道5以负载有二氧化碳和含硫组分的状态从洗涤装置A的塔底空间导出。可以从洗涤装置A的顶部作为产品排出主要由氢和一氧化碳组成的合成气6。

将负载的甲醇流3和5经由节流装置b和c减压进入分离器D1和D2中，在此形成的主要由在洗气时共吸收的氢和一氧化碳组成的气相7和8经由管道9借助于压缩机V送回合成粗煤气1中。为了使溶解的二氧化碳释放至气相中，从分离器D2排出负载的甲醇10，经由节流装置d减压进入通常在2与5巴之间运行的生产塔M的中间部分。在减压时同样释放的含硫组分用来自分离器D1的不含硫的、主要负载有二氧化碳的甲醇流12的一部分11进行再洗涤，其为此经由节流装置e减压送至生产塔M的顶部，从而可以从生产塔M排出基本上不含硫的二氧化碳流13。

在生产塔M的塔板K2中收集主要负载有含硫组分的、包含二氧化碳的甲醇，借助于泵P1经由管道14排出，经由节流装置f减压至大约1.5至2.5巴的压力，进入富集塔E的上部。为了再洗涤在该减压时所释放的含硫组分，将不含硫的、主要负载有二氧化碳的甲醇流12的另一部分15经由节流装置g减压至不是明显大于或者甚至等于或小于富集塔E的顶部处压力的压力，进入设置在富集塔E上方的分离器D3中。在减压时形成的液相基本上不含二氧化碳，而气相几乎仅由二氧化碳组成。虽然压力下降幅度小，液相由于高度差可以经由管道16引导至富集塔E的顶部，由此处开始向下引导，与含硫的、在逆流中引导的气相强烈接触，从而可以从富集塔E的顶部排出基本上不含硫的尾气17，其随后被丢弃。与此不同，将来自分离器D3的几乎仅由二氧化碳组成的气相18与来自生产塔M的不含硫的二氧化碳流13合并成为二氧化碳产品19，可以根据贷方凭证出售给消费者(未示出)。

借助于泵P2从富集塔E的塔板K3经由管道20排出富含含硫组分但是总是还包含二氧化碳的甲醇，并且在热交换器E3和E4(E2和E3)中与再生的甲醇2和/或负载的甲醇3方向相反地加热之后，导入生产塔M的塔底空间中。由于加热从负载的甲醇20逸出的二氧化碳经由塔板K2向上上升，最后到达二氧化碳产品19中。此外负载有含硫组分和剩余二氧化碳的甲醇借助于泵P3经由管道21从生产塔M的塔底空间排出，经由节流装置h减压进入富集塔E的下部，在此借助于汽提气体22驱出溶解的二氧化碳的另一部分，从而在富集塔E的塔底空间中收集含硫组分富集的甲醇，经由管道23送至热再生过程(未示出)。

Claims

1.用于运行洗气装置的方法，其中通过用以物理方式起作用的洗涤剂（2）进行洗涤从气体混合物（1）分离出第一和第二种物质，其中第二种物质比第一种物质更容易溶解在该洗涤剂中，获得负载有第一种物质并且基本上不含第二种物质的第一负载的洗涤剂（12）以及负载有第一和第二种物质的第二负载的洗涤剂（10），在其再生期间为了分离出第一种物质使第二负载的洗涤剂（10）减压至第一压力进入第一塔（M）中，随后减压至更低的第二压力进入第二塔（E）中，其中在第一塔（M）中使用第一负载的洗涤剂（12、14）的第一部分（11）及在第二塔（E）中使用第一负载的洗涤剂（12、14）的第二部分（15）以再洗涤第二种物质，其在减压时转入气相中，其中第一负载的洗涤剂（12）的第二部分（15）在其在第二塔（E）中使用之前减压进入分离器（D3）中，以获得第一种物质贫化的液相（16），其借助于重力继续引导至第二塔（E）中，其特征在于，作为分离器（D3）使用可与第一塔（M）和第二塔（E）独立地运行的装置，于其中使第一负载的洗涤剂（12）的第二部分（15）减压至低于第一压力并且等于或小于第二压力的第三压力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将在第一塔（M）中通过再洗涤第二种物质而获得的气相（13）与在分离器（D3）中从第一负载的洗涤剂（12）的第二部分（15）分离出的气相（18）合并成为产品流（19）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在洗气时使用甲醇作为洗涤剂（2），以从合成粗煤气（1）分离出二氧化碳作为第一种物质，及分离出含硫组分作为第二种物质。

4.用于从气体混合物（1）分离出第一种物质和比第一种物质更容易溶解在以物理方式起作用的洗涤剂（2）中的第二种物质的设备，该设备包括能够用以物理方式起作用的洗涤剂（2）洗涤气体混合物（1）的洗涤装置（A），其中产生负载有第一种物质并且基本上不含第二种物质的第一负载的洗涤剂（12）以及负载有第一和第二种物质的第二负载的洗涤剂（10）；及包括第一塔（M）和第二塔（E），它们以流动技术方式与洗涤装置（A）相连接，从而能够为了分离出第一种物质使第二负载的洗涤剂（10）减压至第一压力进入第一塔（M）中，及随后减压至更低的第二压力进入第二塔（E）中，及将第一负载的洗涤剂（12）的第一部分（11）输送至第一塔（M），将第二部分（15）输送至第二塔（E），均用于再洗涤第二种物质，其在从第一负载的洗涤剂（12、14）分离出第一种物质时转入气相中；及包括与第二塔（E）的顶部经由管道相连接的分离器（D3），于其中能够使第一负载的洗涤剂（12）的第二部分（15）减压以获得第一种物质贫化的液相，其经由管道借助于重力送入第二塔（E）中，其特征在于，将分离器（D3）构造为可与第一塔（M）和第二塔（E）独立地运行的装置，于其中使第一负载的洗涤剂（12）的第二部分（15）减压至低于第一压力并且等于或小于第二压力的第三压力，进入分离器（D3）中。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，分离器（D3）直接与第一塔（M）的顶部连接，或者与管道相连接，经由该管道能够从第一塔（M）的顶部排出气体馏份，从而能够将在分离器（D3）中以及在第一塔（M）中产生的气体馏份合并成为气体流（19）。

6.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，分离器（D3）直接安装在第一塔（M）或第二塔（E）上或在分离的平台上，或者形成第一塔（M）或第二塔（E）的上端。

7.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，将分离器（D3）构造为具有竖直轴的圆柱形压力容器，其具有布置在侧面的用于送入第一负载的洗涤剂的减压的第二部分（15）的入口接管、设置在其上端的用于排出在分离器中产生的气相（18）的排出接管以及另一个设置在其下端的用于将第一种物质贫化的液相（16）继续引导至第二塔（E）中的排出接管。