CN108579340B - 膨胀机在气体洗涤器中的用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作气体洗涤器(G)的方法，其中通过用化学或物理洗涤介质(3)洗涤从粗气体(2)中除去组分以得到升高压力下的纯气体(4)，所述纯气体在加热(E3)之后通入到膨胀机(T)中，该纯气体(15)经过作功减压之后在出口温度下离开所述膨胀机(T)，其特征在于，在纯气体(4)的加热(E3)期间有意地改变向纯气体(4)供应的热量(E3)以使其出口温度始终接近预定的目标值。

Description

膨胀机在气体洗涤器中的用途

本发明涉及一种操作气体洗涤器的方法，其中通过用化学或物理洗涤介质洗涤从粗气体中除去组分以获得升高压力下的纯气体，所述纯气体在加热之后通入到膨胀机中，在作功减压后纯气体在出口温度下离开。

所讨论这类方法例如从专利说明书US3824766中已知。其中，使用物理二氧化碳饱和的洗涤介质对天然气进行洗涤操作以除去硫成分。从洗涤器得到的纯气体在其在膨胀涡轮中进行作功减压并因此被冷却之前，首先依靠要洗涤的天然气被加热。在下游洗涤装置中，对冷的纯气体使用不含二氧化碳的洗涤介质进行洗涤操作，由此冷却并用二氧化碳饱和。

专利申请EP0707880同样公开了一种用于气体分离的方法，其中在依靠待洗涤的粗合成气进行加热之后，通过甲醇洗涤得到的合成气在膨胀涡轮中减压并因此冷却。由此得到的冷气用于冷却工艺流的过程。

由于在涡轮中作功减压，在每种情况下可以获得能量，所述能量可以被引入到工厂的电气系统中或以其它方式使用。

原则上，膨胀机的入口侧和出口侧之间大的压力差是有利的，因为这增加了回收的能量并且还降低了膨胀的纯气体的温度，使得其可以更有利地用于冷却目的。然而，当纯气体的组分冻干并形成固体时，低温是有问题的，因为这些可以破坏特别是用作膨胀机的涡轮。即使当膨胀的纯气体的温度足够高以安全地避免膨胀机中组分的冻干时，当冷的气体的使用导致待冷却的物料流中形成固体时，该冷的气体也不能有用地用于冷却目的。纯气体的低于其而形成固体的温度被称为临界温度。

因此，必须将出口温度限制在临界温度以上。实现这一点的最简单的方法是不充分利用通过膨胀机进行减压的压力差，并且向下限制纯气体离开膨胀机的压力。然而，这样的缺点是在膨胀机中可获得的能量和工艺中可利用的减压纯气体的冷气的量都被减少了。

因此，本发明解决的问题在于提供了一种在一开始描述的方法，通过该方法可以充分利用膨胀机中的可用压力差，而不会有上述的缺点。

当加热期间有意地改变向纯气体供应的热量以使其出口温度始终接近预定目标值时，解决了这个问题。

选择出口温度的目标值尽可能地低，但是也使得安全地排除待减压的纯气体的组分或由减压的纯气体冷却的物料流的冻干。优选出口温度的目标值高于临界温度不小于5℃且不超过10℃。

临界温度通常强烈依赖于待减压的纯气体的组成，这在某些情况下可能在气体洗涤操作期间发生改变。为了防止组分在任何时候冻干，提出连续地或定期地分析纯气体的组成，以由分析结果确定实际的临界温度，并且如有必要，改变出口温度的目标值以便其与临界温度有理想的间隔。

为了实施本发明的方法，可以提供闭环控制电路，其中纯气体的出口温度是可控变量，在纯气体的加热期间供应的热量或确定该热量的参数是操纵变量。但是，特别是当膨胀机的特征图和待减压的纯气体的参数是充分精确地已知时，也可以使用开环控制装置来控制出口温度。例如在这种情况下，可以使用纯气体的温度和可用的压力差来计算需要供给纯气体的热量的量以获得处于所需温度范围内的出口温度。

纯气体的加热在一个或多个步骤中进行，每个步骤都使用热交换器，用于将热量从物料流传递到纯气体，所述物料流有用地是在气体洗涤器内待冷却的工艺流。

根据本发明的方法的有利配置提供了在旁路中以可变流速将至少一部分纯气供应到用于纯气体加热的膨胀机的热交换器或至少一个热交换器中。这使得可以实现对加热期间传递的热量的简单控制，当在旁路中流速增加时所述热量下降，而当所述流速下降时所述热量上升。然而，也可以通过在热交换器中待冷却的物料流的量来控制纯气体的加热期间传递的热量。

虽然根据本发明进行的减压确实防止冻干，但它不能防止气体组分的冷凝，因此离开膨胀机的物料流是液体/气体混合物。所述液体/气体混合物优选使用分离器分离成液相和气相。所述液相通常主要由用于气体洗涤的洗涤介质组成，所述洗涤介质任选地在加工操作之后，从分离器中有用地再循环并再用于气体洗涤器。

在根据本发明的方法的发展中，提出不使全部待减压的纯气体都通过膨胀机，而是使至少一部分纯气体从旁路中运行到膨胀机，并因此通过节流元件进行减压。这在气体洗涤器的正常操作中可能是有用的，例如出于经济原因，采用不足性能等级的膨胀机，或者在膨胀机发生故障的情况下，其优选是膨胀涡轮或两个或更多可并联运行的膨胀涡轮，其只能在部分负载下运行，如果有的话。在旁路中，纯气体优选不仅通过膨胀机，而且通过用于相分离的分离机。

膨胀机优选联接到产生电流的发电机，所述电流在气体洗涤器内部使用和/或提供给外部消费者。或者膨胀机也可联接到气体洗涤器内部或外部使用的组件，例如洗涤介质泵或压缩机，并直接为所述组件供电。膨胀机可以特别地联接到压缩机，该压缩机增加供应给气体洗涤器的粗气体的压力。特别是当粗气体与物理洗涤介质一起运行时，这是有利的，因为增加的粗气体压力降低了这里操作资源的使用。

根据本发明的方法适合于气体洗涤器，所述气体洗涤器使用例如甲醇、乙醇、二甲基聚乙二醇醚(DMPEGE)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、胺及其衍生物(例如甲基二乙醇胺(MDEA)、单乙醇胺(MEA)和二乙醇胺(DEA))以及这些物质的混合物作为洗涤介质。在使用低温甲醇作为洗涤介质洗涤含有氢气、一氧化碳、二氧化碳和硫组分的粗合成气中，是特别有利的。

下面将参照图1中的示意图描述的示例性实施方案更具体地阐述本发明。

图1示出了气体洗涤器的一部分，其中使用洗涤介质例如甲醇或MDEA，从粗合成气中除去酸性气体，以提供作为纯气体的合成气，该合成气在根据本发明减压后作为产物递送。

供应主要由一氧化碳，氢气和二氧化碳组成并且包含硫组分的粗合成气1到气体洗涤器G，并且因此首先在热交换器E1中冷却，随后通过导管2施加到其下部区域中的吸收塔A。粗合成气在此向上流动，因此与在吸收塔顶部供应的洗涤介质3紧密接触，其中主要除去二氧化碳和硫组分。因此，可以通过导管4排出大部分不含硫组分并且至少减少了二氧化碳含量的合成气体。从吸收塔A的底部提取负载有去除的组分的洗涤介质5，并通过节流元件a减压进入分离器D1以将在气体洗涤操作期间共吸附的氢气和一氧化碳转移到气相中并且例如经由导管6和压缩机V再循环到粗合成气1中。在分离器D1中得到的，并且基本上现在仅负载二氧化碳和硫组分的液相7，通过节流元件b减压到经由蒸发器K加热的热再生塔N的顶部，其中得到富含硫和二氧化碳的气相8和基本上不含硫组分和二氧化碳的再生洗涤介质9，所述再生洗涤介质可以随后经过进一步的再生步骤。

富含硫和二氧化碳的气相8分为两个子流10和11，其中一个流10在热交换器E2中经过在吸收塔A中得到的合成气4冷却，从而加热所述合成气。通过导管14，供应加热的合成气到膨胀涡轮T，并在这里通过作功减压再次冷却。在旁路运行到热交换器E2的第二子流11同样地在与冷却的子流10合并之前在热交换器E3中通过冷却剂12移除热量，并通过导管13送去经济回收，例如在Claus工厂(未示出)。

在热交换器E2中传递到合成气体4的热量的量由子流10确定，通过两个阀c和d调节子流10的大小，使得减压合成气体15在始终接近预定目标值的温度下离开膨胀涡轮T。选择目标值，使得可以充分利用可用于减压的压力差，同时安全地排除合成气体组分的冻干。

膨胀涡轮T中的减压引起冷凝，特别是存在于合成气14中的洗涤介质残留物的冷凝，所述洗涤介质残留物从分离器D2中的物料流15中除去，使得具有产物纯度的合成气16可以取出，并且在热交换器E1中依靠粗合成气1加热之后可以作为气体产物17输送。可以任选地处理在分离器D2中获得的液相18并作为洗涤介质返回到吸收塔A。

如果由于故障，利用膨胀涡轮T是不可能的，则合成气4经由截流元件e和导管19在旁路中运行到热交换器E2、涡轮T和分离器D2并且没有经过任何进一步的处理通过管道16输送到热交换器E1。

Claims (4)

1.一种用于操作气体洗涤器(G)的方法，其中通过用化学或物理洗涤介质(3)洗涤从粗气体(1)中除去组分以得到纯气体(4)，其中所述纯气体被加热(E3)并通入到膨胀机(T)中，该纯气体经过作功减压之后在出口温度下离开所述膨胀机(T)，其中所述纯气体在通入到膨胀机之前的纯气体与离开膨胀机之后的纯气体之间具有压力差，其特征在于，所述纯气体(4)依靠气体洗涤器(G)的工艺流(11)被加热，并且该纯气体(4)被分成第一子流和第二子流，其中所述第一子流在依靠所述工艺流加热之后，与未加热的第二子流合并，在纯气体(4)的加热(E3)期间有意地改变向纯气体(4)供应的热量以始终调节其出口温度至预定的目标值，其中选择所述目标值使其尽可能地低同时保持高于所述纯气体的临界温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于出口温度的所述目标值高于所述纯气体(4)的临界温度不超过10℃并且不低于5℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于出口温度的所述目标值根据所述纯气体(4)的组成而改变。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗气体(1)是包含氢气、一氧化碳、二氧化碳和硫组分的粗合成气，对所述粗合成气使用甲醇作为洗涤介质(3)进行洗涤。

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