CN112996587A - 用于溶剂再生的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于酸性气体溶剂再生的系统(5)包括再生单元，所述再生单元具有被布置成接收溶剂流的溶剂室(100)和被布置成接收蒸汽流(110)的内室(92)。再生单元还包括将溶剂室(100)与内室(92)隔开的气体渗透膜(95)。再生单元被布置成将通过蒸汽从溶剂中汽提的酸性气体排出。还提供了用于使酸性气体溶剂再生的方法。

Description

用于溶剂再生的系统和方法
技术领域
本发明涉及载有诸如CO2和H2S的酸性气体的溶剂的再生，以用于溶剂的再利用以及后续的CO2和其他酸性气体的处置。
背景技术
为了清楚起见，提及CO2还将应用于H2S和其他酸性气体，除非该应用会使得这样的扩展不可行。
为了从LNG工艺流中移除CO2、H2S和其他酸性气体，通过溶剂例如烷醇胺对其进行化学吸收。该溶剂被用作用于传输CO2以进行处置的介质，因此必须随后移除CO2以便使溶剂再生。
根据现有技术的溶剂再生包括使液体溶剂流入呈再生塔形式的汽提塔中，在汽提塔中将液体加热以便从液体中解吸CO2。随后排出CO2以进行下游处置，并使溶剂返回到吸收阶段以进行再利用。
从溶剂中汽提CO2的能量消耗相当大，因此需要较低能量手段以实现再生过程。此外，将蒸汽和溶剂引入到塔中可能导致溶剂发泡，降低流动特性。
此外，使用大体积的高塔易于通过这样的结构的较高重心而促使“晃动”。使用现有的工艺，这样的塔室是重要的，但由于重心增高而最终受到其高度(通过随之产生的维护限制)和体积的限制，特别是对于海上应用。常规技术也不是模块化的，因此其具有一定的操作弹性(turn down ratio)，所以其不能被转移至另外的设备。
发明内容
在第一方面中，本发明提供了用于酸性气体溶剂再生的系统，所述系统包括再生单元，所述再生单元具有被布置成接收溶剂流的溶剂室和被布置成接收蒸汽流的内室；所述再生单元包括将溶剂室与内室隔开的气体渗透膜；其中再生单元被布置成将通过蒸汽从溶剂中汽提的酸性气体排出。
在第二方面中，本发明提供了用于使酸性气体溶剂再生的方法，所述方法包括以下步骤：在溶剂室中接收溶剂流；在内室中接收蒸汽流；用气体渗透膜将内室与溶剂室隔开；从溶剂中汽提酸性气体；使酸性气体扩散到内室中；以及从内室中排出酸性气体。
因此，通过将蒸汽施加到与载有CO2的溶剂相邻的室中，来自蒸汽的热被更有效地应用于汽提过程，而不是作为余能(waste energy)损失。在另一个实施方案中，在汽提过程之后，蒸汽的余热也可以被再利用，从而进一步减少再生过程期间的净余能损失。
通过引入气体渗透膜，在发泡开始时，CO2气泡扩散通过膜，从而防止发泡并因此避免现有技术所经历的流动限制。本质上，所述膜提供了这样的路径，通过该路径CO2可以在发泡开始之前被迅速地从溶剂中移除。
在一个实施方案中，使用再沸器以接收来自再生单元的经汽提的溶剂，所述再沸器被布置成从溶剂中移除夹带的液体，例如水。然后溶剂可以被再利用。
此外，从液体移除中形成的蒸汽可以被用于再生单元中以增强汽提过程。此外，用于再生单元中的蒸汽可以全部来源于通过再沸器产生的蒸汽。
应理解，本发明适用于许多的溶剂再生系统，包括例如使用吸收塔和/或膜接触器吸收器的系统。
附图说明
参照示出本发明的可能布置的附图进一步描述本发明将是方便的。本发明的其他布置是可能的，并因此，附图的特殊性不应被理解为代替本发明的前面描述的一般性。
图1为根据本发明的一个实施方案的再生系统的示意图；
图2A和图2B为根据本发明的另一个实施方案的膜接触器单元的示意图；
图3为根据本发明的另一个实施方案的再生系统的示意图；
图4为根据本发明的又一个实施方案的再生系统的示意图；以及
图5为根据图4的实施方案的再生单元的截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施方案的再生系统5。在此，系统5包括烃移除步骤10，后接再生步骤15。高压闪蒸罐25接收载有酸性气体的溶剂进料，例如载有CO2的烷醇胺，随后通过阀40将烃45排出。在闪蒸罐25内的液位55通过控制器50来控制，其中贫胺流穿过贫富热交换器(lean rich heat exchanger)35，随后被引入到膜接触器单元62中。膜接触器单元62将蒸汽流85接收到中央芯(未示出)中来对CO2和其他酸性气体进行汽提，所述CO2和其他酸性气体被排出70。然后，经汽提的胺经由阀75流入再沸器80中以进行再沸。随后将胺输送90回贫富热交换器35。如之前所述，将来自再沸器80的蒸汽排出到膜接触器单元62中。重要的是，通过再沸器排出的蒸汽用于将膜接触器中的溶剂加热至约105℃，该温度低于常规塔温(约131℃)。因此，这代表着节约能量以及节约基础设施成本。
在图2A和图2B中更好地说明该过程，图2A和图2B示出了将蒸汽110引入85到内室92中的两步动作。在该实施方案中，内室92通过气体渗透膜95与溶剂室100隔开。所述膜可以为疏水的，并且包括如下材料，如聚砜、PTFE、PVDF、PP、PEEK、表面涂覆膜或其他这样的合适材料。
载有CO2的溶剂被引入60到溶剂室100中，但是被气体渗透膜95阻止进入内室92。蒸汽110穿过膜95与溶剂相互作用，从溶剂中汽提CO2105并从与内室92气体连通的出口排出CO2 70。从入口85到出口70的蒸汽流逆着从入口60到出口65的溶剂流前进。这倾向于使CO2气体105集中于气体出口70周围，有助于汽提过程。因此，当蒸汽被冷凝时，CO2从单元62中流出，并且经汽提的溶剂从单元62朝着再沸器流出65。
表1
Figure BDA0002792951130000031
·模块2.5cm ID，50cm长度，膜面积0.31m2
·MBC液体流量为0.60L/小时
可以看出，与最终CO2负载为0.01mol/mol的使用塔再生的常规系统相比，根据本发明的一个实施方案的系统提供了在再生溶剂中0.001mol/mol的最终CO2负载。
此外，与常规系统为47.90的容器体积/流量相比，该实施方案的容器体积/流量为24.54。因此，与现有技术的系统相比，对于本发明而言，容器体积/流量的减小表明所需基础设施的减少以及因此资本支出的显著减少。
图3示出了其中再生系统115具有类似的前端烃移除系统的另一个实施方案。该实施方案中的变化是具有两级再生系统。第一级122包括像现有技术的主体移除室(bulkremoval chamber)一样起作用的膜接触器单元120。此外，溶剂118进入到主体移除再生单元120中相应的主体移除溶剂室中。主体移除内室包括用于将主体移除内室与主体移除溶剂室隔开的气体渗透膜。这允许CO2扩散到主体移除内室中并随后排出125。在该第一级122中，不使用蒸汽，并因此膜接触器单元120中的低温低压环境在输送至第二级124之前有效地移除部分CO2。应注意，尽管蒸汽流的方向与溶剂流相反，然而对于主体移除再生单元而言，CO2流的方向也可与溶剂流相同。
第二级以与图1的实施方案类似的方式起作用，其中具有降低的CO2浓度的溶剂进入膜接触器单元135的溶剂室。蒸汽被引入150到内室中，从溶剂中汽提剩余的CO2并将CO2排出140。然后，将经汽提的溶剂输送145至再沸器155，与之前的实施方案一样，再沸器155将蒸汽引导回第二级单元135，并使经汽提的溶剂160再生回到贫富热交换器。
表2
Figure BDA0002792951130000041
Figure BDA0002792951130000051
图4示出了本发明的又一个实施方案的示意图。同样，前端烃移除系统是相同的。然而，用于再生侧的单元被具有加热元件的单元替代，代替膜隔离的内室。布置是类似的，其中将载有CO2的溶剂引入175到新的单元170中。
图5示出了图4中所示的实施方案的应用，其中具有壳体210的单元170具有界定内室225的中央芯215和具有中空纤维膜的溶剂室220。蒸汽在入口235处进入237壳体并沿着内芯215行进，从在壳体210的远端处的出口245离开247，以加热溶剂。溶剂进入265到溶剂室220中并在壳体210的相反端处离开260。溶剂室220包括气体渗透膜，由此二氧化碳渗透到渗透膜的管侧中，然后离开255。

Claims (7)

1.一种用于再生酸性气体溶剂的系统，所述系统包括：
再生单元，所述再生单元具有被布置成接收溶剂流的溶剂室和被布置成接收蒸汽流的内室；
所述再生单元包括将所述溶剂室与所述内室隔开的气体渗透膜；
其中所述再生单元被布置成将通过所述蒸汽从所述溶剂中汽提的酸性气体排出。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括与所述溶剂室的出口连通的再沸器，所述再沸器被布置成加热经汽提的溶剂以移除水，以及将随之产生的蒸汽流引导至所述内室。
3.根据权利要求1或2所述的系统，还包括主体移除再生单元，所述主体移除再生单元具有主体移除内室和被布置成接收溶剂流的主体移除溶剂室；
所述主体移除再生单元包括将所述主体移除溶剂室与所述主体移除内室隔开的气体渗透膜；
其中所述主体移除再生单元被布置成将从所述溶剂中扩散的酸性气体排出，以及将所述溶剂引导至所述再生单元的所述溶剂室。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中所述溶剂室围绕所述内室同中心地布置。
5.一种用于使酸性气体溶剂再生的方法，所述方法包括以下步骤：
在溶剂室中接收溶剂流；
在内室中接收蒸汽流；
用气体渗透膜使所述内室相对所述溶剂室隔开；
从所述溶剂中汽提所述酸性气体；
使所述酸性气体扩散到所述内室中；以及
从所述内室中排出所述酸性气体。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：
使经汽提的溶剂再沸以移除水；以及
将随之产生的蒸汽流引导至所述内室。
7.根据权利要求5或6所述的方法，在溶剂接收步骤之前，还包括以下步骤：
在主体移除溶剂室中接收所述溶剂流；
用气体渗透膜使所述主体移除溶剂室相对主体移除内室隔开；
从所述溶剂中移除所述酸性气体；
使所述酸性气体扩散通过所述气体渗透膜；
从所述主体移除内室中排出所述酸性气体；以及
将所述溶剂引导至所述再生单元的所述溶剂室。
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