CN110882606A - 用于从合成气去除酸性气体成分的方法及用于产生再循环气体的装置 - Google Patents

用于从合成气去除酸性气体成分的方法及用于产生再循环气体的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于通过在物理洗涤介质中吸收从合成气去除酸性气体成分的方法和设备。将至少负载有二氧化碳(CO2)的来自第一和第二吸收装置的第一和第二洗涤介质经由单独的管道供应到减压容器中用于降压。在所述第一经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度高于在所述第二经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度。根据本发明，提供了在所述减压容器中进行所述第一经负载的洗涤介质和所述第二经负载的洗涤介质的至少部分混合，其中所述混合和降压提供了经部分再生的洗涤介质并且将所述管道布置成使得通过所述降压从所述第一经负载的洗涤介质解吸的二氧化碳至少部分地被所述第二经负载的洗涤介质吸收。

Description

用于从合成气去除酸性气体成分的方法及用于产生再循环气 体的装置
技术领域
本发明涉及一种用于通过在物理洗涤介质中吸收酸性气体成分从合成气去除所述酸性气体成分的方法。本发明进一步涉及一种用于从至少负载有二氧化碳(CO2)的洗涤介质产生再循环气体的装置并且涉及一种用于通过在物理洗涤介质中吸收酸性气体成分从合成气去除酸性气体成分的设备，其中所述设备包括根据本发明的装置。
背景技术
用于通过物理或化学吸收从工业粗合成气中去除不希望的伴生物的方法是从现有技术已知的。因此，此类方法可以用于从通过气化或重整含碳投入料而产生的粗合成气中将不想要的成分(例如二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S))去除至痕量，并且还从想要的合成气成分如氢气(H2)和一氧化碳(CO)中将羰基硫化物(COS)和氰化氢(HCN)去除至痕量。
这些方法(还被称为气体洗涤)利用液体吸收气态物质并且将其以化学或物理结合形式保持在溶液中的特性。气体被液体吸收的效率由吸收系数表示，所述吸收系数也称为溶解度系数。气体在液体中吸收或溶解的越好，吸收系数越大。吸收系数通常随着温度的降低而增加，并且根据亨利定律，随着压力的增加而增加。气体洗涤中使用的液体通常也称为洗涤介质。
在气体洗涤之后，将在气体洗涤中从粗合成气中洗出的组分从经负载的洗涤介质中去除以获得再生的或至少部分再生的洗涤介质。用于再生洗涤介质的已知方法是在有或没有汽提气体的情况下降压和热再生(其中洗涤介质的固有蒸气用作汽提气体)。
已知且常常采用的气体洗涤方法是在Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry[乌尔曼工业化学百科全书]，第六版，第15卷，第399页及以下中大体上进行描述的低温甲醇洗工艺。在所述低温甲醇洗工艺中，粗合成气的上述不希望的成分被作为吸收剂或洗涤介质的冷甲醇(即冷却至显著低于环境温度的甲醇)吸收，其中粗合成气与洗涤介质之间的强烈传质在吸收装置(也称为吸收器或洗涤塔)中进行。如上所提及，随着甲醇温度降低和压力增加，不希望的气体成分的溶解度增加，同时对于氢气和一氧化碳保持几乎恒定。甲醇另外具有即使在低至-75℃的温度下也保持低粘度的优点，因此使得其即使在非常低的温度下也可以在大的工业规模上使用。
气体洗涤设备例如像低温甲醇洗设备通常用于通过气体洗涤纯化两个或更多个粗合成气流。这具有可以产生用于下游加工的多种产品的优点。一个实例是同时产生用于生产甲醇、单乙二醇和氢气的经纯化的经转换和未经转换的合成气。在此方法中，来自气化设备(煤气化)的粗合成气和来自合成气转换设备的经转换的粗合成气在高压下在专用吸收装置中用冷甲醇纯化。经转换和未经转换的合成气的比例也可以以预定的比率混合，以建立用于在下游合成中生产特定产物(例如甲醇)的最佳化学计量比。
术语“经转换的粗合成气”应理解为意指已经经受水煤气转换反应的粗合成气。此反应降低了粗合成气中的一氧化碳比例而同时通过使一氧化碳与水蒸气经受催化反应以提供二氧化碳和氢气来增加氢气比例。二氧化碳是作为副产物产生的。经转换的粗合成气还可以称为经转化的粗合成气。
用于经转化和未经转化的粗合成气的吸收装置各自具有用于去除酸性气体成分和另外的杂质的专用区域。由于各洗涤介质对特定气体成分的选择性，这些更容易或较不容易地被吸收。在甲醇的实例中，痕量成分如氰化氢(HCN)最容易被吸收，接着是硫化合物硫化氢(H2S)和羰基硫化物(COS)，并且最后接着是二氧化碳(CO2)，与上述气体相比，关于甲醇，二氧化碳具有最低的吸收系数。在以甲醇作为洗涤介质的气体洗涤方法的实例中，这种选择性具有以下结果：吸收装置的专用区域通常产生主要负载有二氧化碳的洗涤介质，负载有硫化氢和二氧化碳的洗涤介质(“脱硫”)和负载有痕量成分的洗涤介质。
与二氧化碳相比，关于甲醇，有价值的气体氢气(H2)和一氧化碳(CO)具有甚至更低的吸收系数。然而这些有价值的气体以相对小的量共吸收在洗涤介质中。在甲醇洗涤的实例中，有价值的气体主要在含有硫化氢和二氧化碳的洗涤介质中发现。
为了回收在洗涤介质中共吸收的有价值的气体，典型地使经负载的溶剂在中间压力下经受减压再生(闪蒸)并且使如此解吸的有价值的气体作为再循环气体再循环到吸收装置中。此操作还从洗涤介质中解吸二氧化碳，并且通常代表所述再循环气体中的主要组分。由于二氧化碳通常不是有价值的气体，因此它在所述再循环气体中构成不希望的组分。
在从现有技术已知的方法(如WO 2014/023419 A1或DE 10 2015 005 203 A1的那些)中，将来自用于经转换的粗合成气的吸收装置和用于未经转换的粗合成气的吸收装置的包含有价值的气体的经负载的洗涤介质流合并并且随后将其送去减压再生以产生再循环气体。随后将所述再循环气体在压缩机中压缩并再循环到吸收装置之一中。
在此种方法中的再循环气体中的二氧化碳含量越高，设备操作员的成本越高。这些包括用于较大的再循环气体压缩机和/或较大的吸收装置的较高资本成本。由于压缩机所需的电功率增加和洗涤介质要求提高，也会遇到提高的运行成本。
发明内容
因此，本发明的目的是至少部分地克服现有技术的上述缺点。
具体地，本发明的目的是详细说明一种方法，通过所述方法，可以降低再循环气体中的二氧化碳比例。
本发明的另一个目的是详细说明一种方法，其中可以增加再循环气体中有价值的气体如一氧化碳和氢气的产率。
本发明的另一个目的是详细说明一种装置或设备，其至少部分地实现以上列举的目的中的至少一个。
本发明的目的至少部分地通过以下方法实现，所述方法用于通过在物理洗涤介质中吸收酸性气体成分从合成气中去除所述酸性气体成分，其中将至少负载有二氧化碳(CO2)的第一洗涤介质从第一吸收装置中经由第一进料管道供应到减压容器中用于降压并且将至少负载有二氧化碳(CO2)的第二洗涤介质从第二吸收装置中经由第二进料管道供应到所述减压容器中用于降压，其中在所述第一经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度高于在所述第二经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度。根据本发明，提供了在所述减压容器中进行所述第一经负载的洗涤介质和所述第二经负载的洗涤介质的至少部分混合，其中所述混合和降压提供了经部分再生的洗涤介质并且将所述第一进料管道和所述第二进料管道布置成使得通过所述降压从所述第一经负载的洗涤介质解吸的二氧化碳至少部分地被所述第二经负载的洗涤介质吸收。
在本发明的上下文中，“合成气”应理解为意指粗合成气，即，(仍然)包含要在吸收装置中通过气体洗涤去除的不希望的成分的合成气。
在一个实例中，合成气至少包含成分氢气(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)，其中氢气(H2)和一氧化碳(CO)是不被去除的有价值的气体并且二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)是要去除的酸性气体成分。
在一个实例中，洗涤介质至少负载有二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)。
术语“酸性气体成分”应理解为具体意指在水溶液中为酸性的气体成分，具体地是二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)、氰化氢(HCN)、羰基硫化物(COS)和硫醇(mercaptan或thiol)。
“物理洗涤介质”应理解为意指洗涤介质，其中特定气体在所述洗涤介质中的溶解度是通过物理相互作用产生的。
“减压容器”应理解为意指以下装置，在所述装置中，在一定压力下特别是在高压下的经负载的洗涤材料、或在高压下的另一种液体经受降压。换言之，在所述减压容器中在高压下的液体(特别是经负载的洗涤介质)经历减压。在一个实例中，所述经负载的洗涤介质具有20至100巴的压力。在本发明的降压的优选实例中，在减压容器中压力被降低至典型地15至40巴，这被本领域技术人员认为是减压至中间压力。尽管在本发明的上下文中较不优选，还可以想到的是降压至20至70巴的压力(高压)或降压至1.2至15巴的压力(低压)。可替代地，减压容器也可称为“降压容器”或“闪蒸容器”。
根据本发明，第一经负载的洗涤介质经由第一进料管道供应到减压容器，并且第二经负载的洗涤介质经由第二进料管道供应到减压容器。所述第一经负载的洗涤介质在第一吸收装置中产生，并且所述第二经负载的洗涤介质在第二吸收装置中产生。在一个实例中，将所述第一经负载的洗涤介质和/或所述第二经负载的洗涤介质从所述第一吸收装置和/或所述第二吸收装置中取出，并且然后直接送至减压容器。然而，还可以想到的是其中进料到减压容器不是直接进行的而是提供另外的装置(例如用惰性汽提气体来汽提)的实施例。
到所述减压容器的所述第一进料管道和所述第二进料管道彼此空间上分开使得所述第一和第二经负载的洗涤介质的至少部分混合仅可以在所述减压容器中进行。优选的是当所述第一和第二进料管道被布置成使得在送至所述减压容器之前不进行所述第一和第二经负载的洗涤介质的混合时。
在所述第一经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度高于在所述第二经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度。关于在所述第一经负载的洗涤介质和所述第二经负载的洗涤介质被送至减压容器之前经负载的洗涤介质中的浓度，这适用。换言之，在所述第一和第二洗涤介质在减压容器中经受减压(在此期间洗涤介质中的二氧化碳浓度通过解吸降低)之前，所述第一经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度高于在所述第二经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度。
“二氧化碳浓度”应理解为意指以mol％计的二氧化碳浓度，即，相对于液相物质总量的摩尔比，其中所述液相由洗涤介质物质的量和溶解气体物质的量构成。换言之，指定的浓度是基于经负载的洗涤介质的物质的总量。这类似地适用于对于其他吸收的气体指定的浓度。
在减压容器中，吸收在所述第一和第二经负载的洗涤介质中的气体通过减压至少部分地解吸或释放。从所述第一经负载的洗涤介质解吸的是一定量的二氧化碳，由于所述第一和第二进料管道的布置，所述二氧化碳可能至少部分地被进入减压容器的所述第二经负载的洗涤介质再吸收。
由于所述第二经负载的洗涤介质大体上具有较低的二氧化碳浓度并且通过在减压容器中减压而本身脱除二氧化碳，因此其能够从所述第一经负载的洗涤介质中吸收一定量的二氧化碳。
所述第一和第二进料管道的布置以及供应至减压容器的洗涤介质的洗涤介质子流中的不同二氧化碳浓度导致在所述减压容器中建立二氧化碳浓度梯度，所述梯度允许一定量的从第一洗涤介质中释放的二氧化碳(再)吸收在第二洗涤介质中。这降低了在减压容器中产生的总共的气态二氧化碳的量，因为此二氧化碳的一部分被吸收在第二洗涤介质中并且与其一起从所述减压容器中取出。
因此，与其中将经负载的洗涤介质混合然后将其送至减压容器并且所产生的洗涤介质混合物被送至降压的方法相比，有待从所述减压容器中排出的二氧化碳的量并且因此再循环气体的量一起降低。根据本发明的方法因此有利地具有以下结果：较少量的再循环气体被压缩至在所述吸收装置中占优势的压力。
这降低了压缩机上的负载，这具有以下优点：可以使用较小的压缩机和/或(现有的)压缩机需要降低的电功率量。由于要(再)吸收较少量的再循环气体，吸收装置上的负载也减少。这具有以下优点：需要较小的吸收装置和/或需要较少量的洗涤介质用于在(现有)吸收装置中使用。
在减压容器中进行第一和第二经负载的洗涤介质的至少部分混合。混合程度取决于减压容器中占优势的流动条件。减压容器中的混合和降压具有以下结果：从最初进入减压容器的洗涤介质流(第一和第二洗涤介质)获得经部分再生的洗涤介质。术语“经部分再生的”应理解为意指在降压条件下，在洗涤介质中吸收的气体没有从洗涤介质中完全去除，即解吸。
根据本发明方法的优选实施例的特征在于，将第一合成气流供应到所述第一吸收装置并且将第二合成气流供应到所述第二吸收装置，其中在所述第一合成气流中的二氧化碳含量高于在所述第二合成气流中的二氧化碳含量。
将具有不同组成的合成气流供应至第一和第二吸收装置，其中在所述第一合成气流中的二氧化碳含量高于在所述第二合成气流中的二氧化碳含量。在一个实例中，第一合成气流中升高的二氧化碳含量通过水煤气转换反应产生，在所述反应中一氧化碳与水根据以下反应方程式经受催化反应以提供二氧化碳和氢气：
Figure BDA0002194364860000071
水煤气转换反应的目的是降低合成气中的一氧化碳比例以产生氢气。
在本发明上下文中，二氧化碳含量应理解为意指合成气中二氧化碳的含量(以基于气态混合物的特定总组成的mol％计)。“含量”的定义类似地适用于合成气的其他成分。
与第二经负载的洗涤介质相比，与第二合成气流相比的第一合成气流中的较高二氧化碳含量在第一或第二吸收装置中吸收后导致在第一经负载的洗涤介质中相应地较高的二氧化碳浓度。
根据本发明方法的优选实施例的特征在于，所述第一合成气流已经经受水煤气转换反应并且所述第二合成气流尚未经受水煤气转换反应。
在根据本发明的方法的此变体中，第一合成气流包含以下合成气，在所述合成气中一氧化碳已经完全或基本上完全用水转化成一氧化碳和氢气。基本上完全应理解为意指基于最初存在的物质量存在于合成气中的一氧化碳的至少95mol％、或99mol％、或99.5mol％已被转化。
在本发明的上下文中，术语“不经受水煤气转换反应”应理解为意指相关的合成气尚未转化，即未改变地使用。
在另一个实例中，根据本发明的方法的特征在于，所述第一合成气流已经部分地经受水煤气转换反应并且所述第二合成气流尚未经受水煤气转换反应。
当第一合成气流已经部分地经受水煤气转换反应时，这应理解为意指存在完全转化的和未转化的合成气的确定的混合物或者一定量的合成气仅部分地用水转化。在经部分转化的一氧化碳的一个实例中，基于最初存在的物质量的一氧化碳的至少5mol％、或至少25mol％、或50mol％、或75mol％、或90mol％，但小于95mol％已经转化。
在另一个实例中，根据本发明的方法的特征在于，所述第一合成气流已经经受水煤气转换反应并且所述第二合成气流已经部分地经受水煤气转换反应。
在根据本发明的方法的此变体中，第一合成气流包含以下合成气，在所述合成气中一氧化碳已经完全或基本上完全用水转化成一氧化碳和氢气。基本上完全应理解为意指基于最初存在的物质量存在于合成气中的一氧化碳的至少95mol％、或99mol％、或99.5mol％已被转化。当第二合成气流已经部分地经受水煤气转换反应时，这应理解为意指存在完全转化的和未转化的合成气的确定的混合物或者一定量的合成气仅部分地用水转化。在经部分转化的一氧化碳的一个实例中，基于最初存在的物质量的一氧化碳的至少5mol％、或至少25mol％、或50mol％、或75mol％、或90mol％，但小于95mol％已经转化。
根据本发明方法的优选实施例的特征在于，在所述减压容器中解吸的气体被再压缩并且在压缩后作为再循环气体再循环至所述第一合成气流和/或所述第二合成气流。
再循环气体可以再循环到未转化的、完全转化的或部分转化的合成气流中。选择再循环使得可以建立合成气中确定的一氧化碳含量和/或氢气含量。
根据本发明方法的优选实施例的特征在于，在所述再循环气体中的二氧化碳含量不大于65mol％、优选不大于50mol％、特别优选不大于35mol％并且更优选不大于20mol％。
特别是在经部分转化的合成气的情况下，在再循环气体中也可以实现小于20mol％的二氧化碳含量。再循环气体中二氧化碳含量的典型范围是5至70mol％、优选20至50mol％。
在一个实例中，再循环气体中的一氧化碳含量为至少15mol％、优选至少25mol％并且特别优选至少30mol％。在一个实例中，再循环气体中的氢气含量为至少25mol％、优选至少40mol％并且特别优选至少50mol％。
根据本发明方法的优选实施例的特征在于，所述第一进料管道被布置在所述第二进料管道下方。
在一个实例中，第一和第二洗涤介质经由减压阀和液体分配器进入减压容器。相应洗涤介质的液滴在减压容器中从顶部移动到底部。在减压容器的底部区域中，取出经部分再生的洗涤介质。从第一和第二洗涤介质解吸的气体从底部移动到顶部并在减压容器的顶部区域中取出。当供应具有较高二氧化碳含量的第一洗涤液体的第一进料管道布置在第二进料管道下方时，从第一洗涤介质解吸并向上流动的二氧化碳可通过向下移动的第二洗涤介质特别简单且有效地吸收。
根据本发明方法的优选实施例的特征在于，所述第一经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度比所述第二经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度高至少5mol％、优选高至少10mol％、特别优选高至少15mol％并且更优选高至少20mol％。
第一与第二经负载的洗涤介质之间的二氧化碳浓度差异越大，在减压容器中建立的二氧化碳浓度梯度越高。此驱动力越大，可以通过减压容器中的第二洗涤介质吸收的二氧化碳的绝对量越大。
根据本发明方法的优选实施例的特征在于，将所述经部分再生的洗涤介质从所述减压容器中取出并且送至至少一个另外的减压阶段。
从减压容器中取出的经部分再生的洗涤介质优选送至至少一个另外的减压阶段，所述减压阶段具有的压力低于减压容器中的压力。在一个实例中，这可以是在1.2至15巴的压力下运行的低压减压阶段。在一个实例中，所述至少一个另外的减压阶段或多个另外的减压阶段产生高纯度的二氧化碳产物流和含二氧化碳的废气。
根据本发明方法的优选实施例的特征在于，经由第三进料管道将从所述至少一个另外的减压阶段取出的减压气体传递到所述减压容器，其中所述第三进料管道被布置成使得存在于所述减压气体中的二氧化碳至少部分地被所述第二经负载的洗涤介质吸收。
特别地，所述至少一个另外的减压阶段中的第一个产生减压气体，所述减压气体主要包含二氧化碳和先前共吸收的有价值的气体如一氧化碳和氢气。通过经由第三进料管道将减压气体再循环到减压容器和所述减压容器上的第三进料管道的相应布置，来自所述至少一个另外的减压阶段的减压气体中存在的二氧化碳被第二经负载的洗涤介质吸收。这进一步减少了离开减压容器的再循环气体中的二氧化碳的量。此外，存在于来自所述至少一个另外的减压阶段的减压气体中的先前共吸收的有价值的气体不被第二洗涤介质吸收。这些因此根据需要传递至离开减压容器的再循环气体、在再循环气体压缩机中压缩并再循环到合成气流之一中。
根据本发明方法的优选实施例的特征在于，所述第三进料管道被优选布置在所述第二进料管道下方。
当所述第三进料管道被布置在第二进料管道下方时，从所述至少一个另外的减压阶段取出的减压气体中的二氧化碳可以被第二洗涤介质特别简单且有效地吸收。在此实施例中，用于第二洗涤介质到减压容器的进料管道被布置在第三进料管道上方。经由液体分配器施加到减压容器中的第二经负载的洗涤介质例如向下移动并吸收从底部流到顶部的二氧化碳。
在根据本发明的方法的优选实施例中，第三进料管道被布置在第一和第二进料管道下方。
经由第三进料管道供应的气体中的二氧化碳含量越高，吸收所述二氧化碳所需的甲醇量越大。根据上述布置，较大的二氧化碳比例被经由第一进料管道供应的具有较高预负载的甲醇吸收。因此未吸收的二氧化碳随后被经由第二进料管道供应的甲醇吸收。在此实施例中，经由第三进料管道供应的二氧化碳因此被第一和第二经负载的洗涤介质吸收。因此，第一、第二和第三进料管道的上述布置允许完全或至少基本上完全吸收经由第三进料管道供应的气体，而同时与其他布置相比需要较少量的甲醇。
本发明的优选实施例的特征在于，所述物理洗涤介质选自包含以下的组的至少一种要素：甲醇、1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的水溶液、聚乙二醇的二甲醚混合物、和碳酸丙烯酯(4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮)。
更优选的是当所述物理洗涤介质选自由以下组成的组的至少一种要素时：甲醇、1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的水溶液、聚乙二醇的二甲醚混合物、和碳酸丙烯酯(4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮)。
特别优选使用甲醇作为物理洗涤介质。
此外，本发明的目的至少部分地通过一种用于从至少负载有二氧化碳(CO2)的洗涤介质产生再循环气体的装置实现，所述装置包括：减压容器，其用于至少负载有二氧化碳(CO2)的第一和第二洗涤介质的降压；用于从所述减压容器中排出在所述降压中可产生的再循环气体的器件；用于从所述减压容器中排出在所述降压中可产生的经部分再生的洗涤介质的器件；第一进料管道，其包括用于将所述第一经负载的洗涤介质供应到所述减压容器的第一减压元件；第二进料管道，其包括用于将所述第二经负载的洗涤介质进料至所述减压容器的第二减压元件。根据本发明，提供了所述第一进料管道和所述第二进料管道被布置成使得在所述减压容器中，由于在所述第一经负载的洗涤介质与所述第二经负载的洗涤介质之间的二氧化碳浓度差异，可从所述第一经负载的洗涤介质中解吸的二氧化碳可被所述第二经负载的洗涤介质吸收。
所述第一洗涤介质与所述第二洗涤介质之间的二氧化碳浓度的差异导致减压容器中的二氧化碳浓度梯度，使得通过适当布置用于所述第一和第二经负载的洗涤介质的进料管道，可从所述第一洗涤介质中解吸的二氧化碳可被所述第二洗涤介质吸收。
在一个实例中，洗涤介质至少负载有二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)。
优选的是当所述第一进料管道被布置在所述第二进料管道下方和/或在所述第一经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度高于在所述第二经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度时。
根据本发明的装置的优选实施例的特征在于，所述装置具有用于将减压气体从至少一个另外的减压阶段供应到所述减压容器的第三进料管道，其中所述第三进料管道被布置成使得存在于来自所述至少一个另外的减压阶段的所述减压气体中的二氧化碳至少部分地可被所述第二经负载的洗涤介质吸收。
本发明的目的此外至少部分地通过一种用于通过在物理洗涤介质中吸收酸性气体成分从合成气去除所述酸性气体成分的设备实现，所述设备包括：第一吸收装置和第二吸收装置，各自用于从合成气去除酸性气体成分；以及根据本发明的用于产生再循环气体的装置。
工作和数值实例
下文通过实例更具体地阐明本发明而不以任何方式限制本发明的主题。从以下结合附图和数值实例的工作实例的描述，本发明的另外的特征、优点和可能的应用将变得显而易见。
图1示出了根据本发明的方法/作为根据本发明的设备的一部分的根据本发明的装置的示例性实施例100的示意图，其中甲醇作为洗涤介质。
经转化的合成气(粗合成气)，即，在水煤气转换反应中反应的合成气经由管道101进入间接热交换器E01，在其中被冷却并且经由管道102送至吸收装置T01。在吸收装置T01中，合成气在高压(约55巴)下被甲醇洗涤，所述甲醇经由管道103、104和127以及相应连接的液体分配器进入。这提供了经纯化的合成气，所述合成气经由管道105和106离开吸收装置T01，同时在中间在间接热交换器E01中加热。吸收装置T01具有用于去除合成气中不同杂质的专用的(即，单独的)区域。在T01中通过升气管型塔盘使独立区域彼此分开。在T01的较低的预洗涤区域中，氰化氢(HCN)和其他痕量杂质通过经由管道128进入的甲醇从合成气去除。将由其产生的经负载的甲醇在吸收装置T01的底部区域中取出并且经由管道107送至装置H02。H02用于热再生经负载的甲醇并且从经热再生的甲醇中去除水。在吸收装置T01的高于较低的升气管型塔盘的中间区域中主要进行的是通过经由管道108和与其连接的液体分配器供应的甲醇进行的脱硫。所述脱硫从合成气去除了硫化氢(H2S)和羰基硫化物(COS)。经由管道108供应的甲醇含有二氧化碳(CO2)，因为它已经在吸收装置的高于上部升气管型塔盘的上部区域中用于去除二氧化碳。将由其产生的主要负载有硫化氢和二氧化碳的甲醇从吸收装置T01经由管道109取出并且通过降压阀(未示出)作为第一经负载的洗涤介质送至减压容器T03。管道109因此在本发明的上下文中是第一进料管道。减压容器T03在中间压力(15至40巴)下运行并且在T01中吸收的有价值的气体(一氧化碳、氢气)在减压容器T03中通过减压解吸。在吸收装置T01的上部区域中，二氧化碳通过用甲醇洗涤去除，所述甲醇经由管道103、104和127以及相应连接的液体分配器进入所述吸收装置T01的上部区域。负载有二氧化碳的甲醇随后经由管道110传递至降压装置H01，所述降压装置在比T03低的压力下运行并且其中通过降压(闪蒸)将二氧化碳从所述经负载的甲醇中去除。H01包括多个减压阶段，即，多个串联连接的减压容器，压力从一个容器到另一个容器下降。
与吸收装置T01处理经转化的合成气同时地运行的是吸收装置T02，其中未转化的(未转换的)合成气经受气体洗涤。未转化的合成气(粗合成气)经由管道111进入间接热交换器E02，在其中被冷却并且经由管道112送至吸收装置T02。吸收装置T02中的压力(57巴)比吸收装置T01中的压力(56巴)稍高一些。痕量成分如氰化氢在吸收装置T02的较低部分中通过甲醇去除，所述甲醇经由管道113和与其相连的液体分配器进入。负载有痕量成分的甲醇经由管道114取出并且经由管道107送至装置H02用于热再生所述甲醇。吸收装置T02中的合成气然后进一步通过较低升气管型塔盘向上升至吸收装置T02的中间部分以便在其中经受脱硫。所述脱硫从合成气去除了硫化氢和羰基硫化物。为此目的，T02的中间区域经由管道115供应有甲醇，所述甲醇已经先前在T02的上部区域负载有二氧化碳。负载有硫组分和二氧化碳的甲醇随后经由管道116和降压阀(未示出)送至减压容器T03的上部区域。管道116因此在本发明的上下文中是第二进料管道。减压容器T03在中间压力(15至40巴)下运行并且在吸收装置T02中无意地吸收的有价值的气体(一氧化碳、氢气)在减压容器T03中通过减压解吸。经由管道116供应的经负载的甲醇具有比经由管道109供应的经负载的甲醇低的二氧化碳浓度。
来自吸收装置T02的中间区域的合成气进一步通过上部升气管型塔盘向上升至吸收装置T02的上部区域。如上文所述的，其中去除的基本上是二氧化碳。这受到经由管道117供应的甲醇的影响，所述甲醇在降压装置H01中降压后仅负载有少量二氧化碳。这也受到通过在装置H02中热再生回收的甲醇的影响，所述甲醇没有二氧化碳残余物。经热再生的甲醇经由管道118送至吸收装置T02。
与来自吸收装置T01的负载有硫化氢和二氧化碳的甲醇相比，来自吸收装置T02的负载有硫化氢和二氧化碳的甲醇较不重地负载有二氧化碳，即，具有较低的二氧化碳浓度。这是因为经转化的合成气(从一开始就具有比未转化的合成气显著更高的二氧化碳含量)在吸收装置T01中洗涤。较高的二氧化碳含量对相应经负载的洗涤介质(甲醇)中的二氧化碳浓度有对应的影响。
来自吸收装置T02(未转化的合成气)的负载有硫化氢和二氧化碳的甲醇经由管道116传递至减压容器T03的上部部分。来自吸收装置T01的负载有硫化氢和二氧化碳的甲醇经由管道109传递至减压容器T03的下部部分。用于管道116(第二进料管道)的端口布置在用于管道109(第一进料管道)的端口的上方(端口未示出)。经负载的洗涤介质流的至少部分混合在减压容器T03中进行并且降压至中间压力解吸有价值的气体(一氧化碳、氢气)以及所吸收的二氧化碳的一部分作为减压气体。由于来自吸收装置T02的洗涤介质流具有比来自吸收装置T01的洗涤介质流低的二氧化碳浓度，来自吸收装置T02的洗涤介质流在来自吸收装置T01的洗涤介质流上方供应并且从经由管道109供应的经负载的甲醇解吸的二氧化碳可以因此被经由管道116供应的经负载的甲醇吸收。在减压容器T03的下部部分中解吸的二氧化碳因此被在所述减压容器的上部区域中供应的甲醇再洗涤。
同时，负载有二氧化碳的甲醇经由管道110送至减压装置H01。在H01的第一减压阶段中获得的并且还含有共吸收的有价值的气体的解吸的气体经由管道119送至减压容器T03的中间部分。通过经由管道116供应的甲醇额外地吸收即再洗涤二氧化碳。在T03中一起解吸的有价值的气体，连同未再洗涤的二氧化碳，经由管道120传递至再循环气体压缩机K01并且在其中压缩至在吸收装置T02中的占优势的压力。在K01中压缩之后，再循环气体经由管道121传递至管道111中的合成气流、在间接热交换器E02中冷却并且经由管道112送至吸收装置T02。
在所描述的实例的替代方案中，再循环气体还可以再循环至吸收装置T01(取决于最终希望的气体组成)。
降压装置H01的另外的减压阶段产生高纯度的二氧化碳产物流和含二氧化碳的废气(经由管道122和123取出)。
在T03的底部区域中取出的负载有硫化氢和二氧化碳的甲醇经由管道127送至降压装置H01。在T03中在低压下获得的主要负载有硫成分的甲醇经由管道124送至装置H02用于热再生以进行脱硫。在装置H02中，产生主要含有硫化氢的气体并且将水从甲醇中去除。从装置H02经由管道125取出硫化氢并且经由管道126取出水。主要包含硫化氢的气体(也称为酸性气体)可以在冷凝去除存在于其中的甲醇之后送至克劳斯(Claus)设备用于硫合成(未示出)。
在下面的对比实例中更具体地阐明本发明的优点。下表示出来自用甲醇的气体洗涤方法的再循环气体组成，其中基本上完全转化的合成气(转换气体)和未转化(未转换)的合成气已经根据以上的实例在专用的吸收装置中经受气体洗涤。根据本发明的实例将所获得的再循环气体组成与对比实例进行比较，在所述对比实例中，来自吸收装置的洗涤介质流已经初始地完全混合并且随后经受通常的降压(闪蒸)。
Figure BDA0002194364860000171
本发明实例详细说明了再循环气体，所述再循环气体具有31.0mol％的二氧化碳含量，这对应于26.5mol％的绝对改进(与对比实例的值(57.5mol％)相比)。相对而言，根据本发明的方法将再循环气体中的二氧化碳含量降低了约46％并且因此代表显著改进。这有利地将再循环气体压缩机的功率消耗降低了115kW或相对而言27％。同时，冷却单元的功率消耗有利地降低了115kW或相对而言2％，因为吸收装置具有用于吸收的减少量的再循环的气体并且因此产生减少的吸收热。同时，再循环气体中较低的二氧化碳含量意指有价值的气体一氧化碳和氢气的含量有利地分别增加了11.4mol％和14.6mol％。
下表示出了对于实例和对比实例获得的经负载的甲醇中的组分的独立浓度。左侧列示出来自气体洗涤未转化的合成气的经负载的甲醇的值，而右侧列示出来自气体洗涤基本上完全转化的合成气的经负载的甲醇的值。在吸收装置中气体洗涤期间的压力在未转化的合成气的情况下是56.7巴，而在经转化的合成气的情况下压力是55.3巴。
Figure BDA0002194364860000172
具有左侧列的组成的经负载的甲醇是本发明的上下文中的第二经负载的洗涤介质的实例。具有右侧列的组成的经负载的甲醇是本发明的上下文中的第一经负载的洗涤介质的实例。根据右侧列的经负载的甲醇从本发明的上下文中的第二吸收装置获得并且具有比根据左侧列的经负载的甲醇(从本发明的上下文中的第一吸收装置获得)显著更高的二氧化碳浓度。
参考不同类型的主题描述了本发明的实施例。具体地，参考方法权利要求描述了某些实施例，而参考装置权利要求描述了其他实施例。然而，对于本领域技术人员来说，从上文和下文的描述中将显而易见的是，除非另外说明，否则除了属于一种权利要求类型的特征的任何组合之外，关于不同类型的主题或权利要求类型的特征的任何组合也可以考虑。可以组合所有特征以实现协同效应，所述协同效应超出技术特征的简单总和。
虽然已经在附图和前面的描述中详细地示出和描述了本发明，但是此类示出和描述应被认为是阐明性的或示例性的并且不是限制性的。本发明不限于所披露的实施例。通过研究附图、披露内容和从属权利要求，要求保护的发明的领域内的技术人员可以理解和进行所披露的实施例的其他变化。
在权利要求中，词语“具有”或“包含”不排除另外的要素或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
附图标记清单
100 根据本发明的方法或设备
101至127 管道
E01 间接热交换器
E02 间接热交换器
H01 降压装置
H02 用于热再生的装置
K01 再循环气体压缩机
T01 吸收装置
T02 吸收装置
T03 减压容器

Claims (20)

1.一种用于通过在物理洗涤介质中吸收酸性气体成分从合成气去除所述酸性气体成分的方法，其中，
将至少负载有二氧化碳(CO2)的第一洗涤介质从第一吸收装置经由第一进料管道供应到减压容器中用于降压，并且
将至少负载有二氧化碳(CO2)的第二洗涤介质从第二吸收装置经由第二进料管道供应到所述减压容器中用于降压，其中
在所述第一经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度高于在所述第二经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度，
其特征在于，
在所述减压容器中进行所述第一经负载的洗涤介质和所述第二经负载的洗涤介质的至少部分混合，其中所述混合和降压提供了经部分再生的洗涤介质，并且
将所述第一进料管道和所述第二进料管道布置成使得通过所述降压从所述第一经负载的洗涤介质解吸的二氧化碳至少部分地被所述第二经负载的洗涤介质吸收。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将第一合成气流供应到所述第一吸收装置并且将第二合成气流供应到所述第二吸收装置，其中在所述第一合成气流中的二氧化碳含量高于在所述第二合成气流中的二氧化碳含量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一合成气流已经经受水煤气转换反应并且所述第二合成气流尚未经受水煤气转换反应。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一合成气流已经部分地经受水煤气转换反应并且所述第二合成气流尚未经受水煤气转换反应。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一合成气流已经经受水煤气转换反应并且所述第二合成气流已经部分地经受水煤气转换反应。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述减压容器中解吸的气体被再压缩并且在压缩后作为再循环气体再循环至所述第一合成气流和/或所述第二合成气流。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述再循环气体中的二氧化碳含量不大于65mol％、优选不大于50mol％、特别优选不大于35mol％并且更优选不大于20mol％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一进料管道被布置在所述第二进料管道下方。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度比所述第二经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度高至少5mol％、优选高至少10mol％、特别优选高至少15mol％并且更优选高至少20mol％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述经部分再生的洗涤介质从所述减压容器中取出并且送至至少一个另外的减压阶段。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，经由第三进料管道将从所述至少一个另外的减压阶段取出的减压气体传递到所述减压容器，其中所述第三进料管道被布置成使得存在于所述减压气体中的二氧化碳至少部分地被所述第二经负载的洗涤介质吸收。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第三进料管道被布置在所述第二进料管道下方。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述第三进料管道被布置在所述第一和第二进料管道下方。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述物理洗涤介质选自包含以下的组的至少一种要素：甲醇、1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的水溶液、聚乙二醇的二甲醚混合物、和碳酸丙烯酯(4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述物理洗涤介质是甲醇。
16.一种用于从至少负载有二氧化碳(CO2)的洗涤介质产生再循环气体的装置，所述装置包括：
减压容器，其用于至少负载有二氧化碳(CO2)的第一和第二洗涤介质的降压；
用于从所述减压容器中排出在所述降压中可产生的再循环气体的器件；
用于从所述减压容器中排出在所述降压中可产生的经部分再生的洗涤介质的器件；
第一进料管道，其包括用于将所述第一经负载的洗涤介质供应到所述减压容器的第一减压元件；
第二进料管道，其包括用于将所述第二经负载的洗涤介质进料至所述减压容器的第二减压元件；
其特征在于，
所述第一进料管道和所述第二进料管道被布置成使得在所述减压容器中，由于在所述第一经负载的洗涤介质与所述第二经负载的洗涤介质之间的二氧化碳浓度差异，
可从所述第一经负载的洗涤介质中解吸的二氧化碳可被所述第二经负载的洗涤介质吸收。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述第一进料管道被布置在所述第二进料管道下方。
18.根据权利要求16或17所述的装置，其特征在于，在所述第一经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度高于在所述第二经负载的洗涤介质中的二氧化碳浓度。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有用于将减压气体从至少一个另外的减压阶段供应到所述减压容器的第三进料管道，其中所述第三进料管道被布置成使得存在于来自所述至少一个另外的减压阶段的所述减压气体中的二氧化碳至少部分地可被所述第二经负载的洗涤介质吸收。
20.一种用于通过在物理洗涤介质中吸收酸性气体成分从合成气去除所述酸性气体成分的设备，所述设备包括：第一吸收装置和第二吸收装置，各自用于从合成气去除酸性气体成分；以及根据权利要求16至19中任一项所述的用于产生再循环气体的装置。
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