CN113697771A - 用于通过物理吸收在甲醇中来纯化粗合成气的气体洗涤方法 - Google Patents

用于通过物理吸收在甲醇中来纯化粗合成气的气体洗涤方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于通过物理吸收在甲醇中来纯化粗合成气的气体洗涤方法和设备。包括作为期望的成分的氢气和一氧化碳、以及作为不期望的成分的水和酸性气体的粗合成气流与甲醇混合，并且随后被冷却至水的冰点以下。根据本发明，包括甲醇和水的液相从经冷却的粗合成气流中分离。通过在升高的压力下物理吸收在甲醇中从剩余的气相中去除酸性气体。在酸性气体的吸收之前将水从粗合成气流中分离防止较大量的水进入气体洗涤方法的甲醇回路中。这样实现了资源的节省并且某些设备部件可能比通常的要小。

Description

用于通过物理吸收在甲醇中来纯化粗合成气的气体洗涤方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过物理吸收在甲醇中来纯化粗合成气的方法。本发明进一步涉及一种用于通过物理吸收在甲醇中来纯化粗合成气的设备，并且涉及根据本发明的设备在根据本发明的方法中的用途。
背景技术
用于通过物理吸收从工业粗合成气中去除不期望的伴生物的方法是从现有技术已知的。因此，这样的方法可以用于从期望的合成气成分(比如氢气(H2)和一氧化碳(CO))中将通过气化或重整含碳的进料而产生的粗合成气的不想要的成分(例如二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和羰基硫化物(COS))去除至痕量。上述不期望的成分通常被统称为“酸性气体”。
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物理或化学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。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。在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。用于使洗涤介质再生的已知方法是减压(闪蒸)、用汽提气置换经吸收的补充物(汽提)、用汽提气减压、以及热再生，其中洗涤介质的固有蒸气用作汽提气。为了使洗涤介质能够用于从粗合成气中重新吸收气体组分，典型地使所述洗涤介质在最后的再生阶段中进行热再生。热再生回收了几乎纯的洗涤介质，该介质适于从粗合成气中重新吸收不期望的气体成分。
用于纯化粗合成气的重要方法是甲醇洗涤，也被称为低温甲醇洗方法(Rectisolprocess)，如例如在Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry[乌尔曼工业化学百科全书]，第六版，第15卷，第399页及以下中所描述的。除其他因素外，低温甲醇洗方法尤其利用以下事实：在液态低温甲醇中H2S、COS和CO2的吸收系数与H2和CO的吸收系数相差几个数量级。在进行洗涤操作之后，将甲醇再生并且再循环到方法中。
在从现有技术已知的低温甲醇洗方法中，粗合成气首先被冷却至例如低至-40℃的温度，然后被供应至实际吸收，以免不必要地加热用于吸收的低温甲醇。由于粗合成气通常包括一定比例的水，例如来自用于去除氨的先前水洗的水，因此在粗合成气中存在形成冰的风险，该形成冰的风险必须不惜一切代价进行避免。为此，粗合成气在被供应至吸收塔之前与足以防止冰形成的甲醇量混合。因此，供应至吸收塔的粗合成气已经包含一定量的甲醇、尤其是水。
吸收塔中水的存在通常导致在不同甲醇回路中对甲醇的较高需求，并且因此导致对资源的较高需求。相应地，较高的资源消耗，特别是制冷剂、蒸汽、电能和冷却水的较高消耗，导致较高的操作成本(OPEX)。
甲醇回路中较高的水含量进一步导致甲醇回路中较高的总流速，并且因此导致用于低温甲醇洗方法的热再生和甲醇-水分离(精馏)的区段中较高的蒸汽流速。这需要在低温甲醇洗方法中扩大各种设备部件，因此导致资本成本(CAPEX)升高。
发明内容
因此，需要改善的方法。
本发明的总体目的是克服现有技术的上述缺点。
本发明的另一目的是最大程度地降低低温甲醇洗方法的甲醇回路中水的浓度。
独立权利要求为至少部分实现上述目的中的至少一个提供了贡献。从属权利要求提供了优选实施例，其有助于至少部分地实现上述目的中的至少一个。根据本发明的一个类别的成分的优选实施例在相关的情况下对于根据本发明的相应的另一类别的相同命名或对应的成分同样是优选的。
术语“具有”、“包括”或“包含”等不排除另外的要素、成分等的可能存在。不定冠词“一”不排除复数的可能存在。
本发明的目的至少部分地通过一种用于通过物理吸收在甲醇中来纯化粗合成气的方法来实现，其中该方法包括以下方法步骤，其中以下方法步骤不必一定按照指定的顺序执行：
(a)提供粗合成气流，其中，该粗合成气流的粗合成气包括作为期望的成分的氢气(H2)和一氧化碳(CO)、以及作为不期望的成分的水(H2O)和酸性气体；
(b)将该粗合成气流与甲醇混合；
(c)将混合有甲醇的粗合成气流冷却至水的冰点以下；
(d)从经冷却的粗合成气流中分离液相，其中，该液相包括甲醇和水，并且剩余的气相包括氢气、一氧化碳和酸性气体；
(e)通过在升高的压力下物理吸收在甲醇中从根据步骤(d)获得的该气相中去除这些酸性气体，以获得纯化的合成气流和负载有酸性气体的甲醇流；
(f)使该负载有酸性气体的甲醇流再生，以获得再生的甲醇流和酸性气体流；
(g)将根据步骤(f)获得的该再生的甲醇流重新用于根据步骤(e)通过物理吸收在甲醇中去除酸性气体。
这些酸性气体的物理吸收在冷至低温甲醇中在升高的压力下执行，其中，用于吸收的甲醇如下所述被冷却至低至-75℃的温度。
根据本发明，根据步骤(b)与甲醇混合的粗合成气流首先根据步骤(c)被冷却至水的冰点以下。冷却可以被执行低至-40℃的温度。在一个实例中，该粗合成气流在纯化的合成气中被冷却。在冷却包括甲醇和水的粗合成气流之后，包括甲醇和水的液相根据步骤(d)从该粗合成气流中分离。在一个实例中，液体或冷凝的甲醇-水相的分离在本领域技术人员已知的分离器中执行。该方法步骤防止来自该粗合成气的水被引入根据(e)的实际吸收步骤中。这样大大减少了存在于甲醇回路中的水量。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于：根据步骤(d)获得的该液相进行减压(闪蒸)，因此从该液相中至少部分地解吸溶解在该液相中的气体，以获得第一解吸气体流。
根据本发明的方法的步骤(d)，实质上包括氢气、一氧化碳和酸性气体的大部分粗合成气通过液相(甲醇-水相)的分离而与该液相(甲醇-水相)分离，并且可以被供应至吸收步骤(e)。然而，不可忽略比例的气体仍然溶解在甲醇-水相中，并且可以通过减压从甲醇-水相中解吸出来。
鉴于此，优选的是：该第一解吸气体流被供应至根据步骤(f)获得的该酸性气体流。
根据步骤(f)通过再生获得的酸性气体然后不再循环到甲醇回路中。因此，也优选的是，将也可以包含二氧化碳作为酸性气体的第一解吸气体流再循环到根据步骤(f)获得的酸性气体流。这样防止第一解吸气体流的组分返回到甲醇回路之一。
鉴于此，优选的是：根据步骤(f)的该酸性气体流是至少部分地通过使该负载有酸性气体的甲醇流热再生而获得的，并且通过热再生获得的该酸性气体流包含气态甲醇，并且该气态甲醇通过冷却从该酸性气体流中分离，其中，该第一解吸气体流在该甲醇分离之前、该甲醇分离期间或该甲醇分离之后被供应至通过热再生获得的该酸性气体流。
用于使甲醇再生的级联步骤中的最后一个步骤通常是热再生，其中吸收介质(甲醇)的固有蒸气用作汽提气。负载有酸性气体的甲醇因此通过热再生至少部分地释放酸性气体。在热再生中获得的酸性气体流通常包含一定比例的甲醇蒸气，该甲醇蒸气例如在分离器中从酸性气体中分离。第一解吸气体流的气体可以在甲醇分离之前、期间或之后被供应至根据步骤(f)获得的酸性气体流，因为经由前述减压获得的解吸气体流通常包含非常少的甲醇(如果有的话)。然而，毕竟应当是这种情况：第一解吸气体流有利地在甲醇分离之前或期间被供应至根据步骤(f)获得的酸性气体流，以便将存在于第一解吸气体流中的甲醇与来自从热再生中排出的酸性气体流的甲醇一起分离。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于：该第一解吸气体流被压缩到吸收压力，并且随后被供应至步骤(e)，以用于通过物理吸收在甲醇中从该第一解吸气体流中去除酸性气体。
替代性地，可能的是第一解吸气体流而不是根据步骤(f)获得的酸性气体流首先被压缩至吸收压力(例如经由所谓的循环气体压缩机)，以便随后被供应至根据步骤(e)的甲醇中的吸收。当第一解吸气体流中的有价值的气体(即氢气和一氧化碳)的比例相对高时，该程序是优选的。因此，这些有价值的气体被供应至根据步骤(e)获得的纯化的合成气流中，并且不与根据上述程序的酸性气体流一起损失。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于：根据步骤(f)的该酸性气体流是至少部分地通过对该负载有酸性气体的甲醇进行减压(闪蒸)而获得的，并且该第一解吸气体流被供应至通过减压获得的该酸性气体流。
用于使甲醇再生的级联步骤中的至少一个步骤通常以减压(也称为闪蒸)为特征。这包括对吸收压力下的负载有酸性气体的甲醇进行减压或在从一个步骤到下一个步骤压力降低的情况下进行多次相继减压。这样不仅使吸收在甲醇中的酸性气体解放，而且通常使共吸收在甲醇中的有价值的气体(氢气、一氧化碳)解放。因此，通过闪蒸解吸的酸性气体和有价值的气体可以有利地被至少部分地再压缩至吸收压力，并且被供应至根据步骤(e)的吸收，以使有价值的气体的损失最小化。当第一解吸气体流被供应至通过减压获得的酸性气体流时，存在于该第一解吸气体流中的有价值的气体也相应地被再循环并且没有损失。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于：根据步骤(d)获得的该液相进行汽提，因此从该液相中至少部分地解吸溶解在该液相中的气体，以获得第二解吸气体流。
如果在本发明的背景下提到“第一解吸气体流”，则应理解为是指通过液相的减压(闪蒸)而产生的解吸气体流。如果在本发明的背景下提到“第二解吸气体流”，则应理解为是指通过液相的汽提而产生的解吸气体流。
替代简单的减压(闪蒸)，根据步骤(d)获得的液相(甲醇-水相)也可以进行汽提。汽提包括经由引入液相中的汽提气解吸吸收气体，其中，该汽提可以在具有减压或不具有减压的情况下执行。合适的汽提气是本领域技术人员已知的。
在根据本发明的方法的一个实施例中，根据步骤(d)获得的该液相首先如上文所描述的进行减压，并且随后同样如上文所描述的进行汽提。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于：甲醇蒸气用作汽提介质。
当甲醇蒸气用作用于汽提根据步骤(d)获得的液相的汽提介质时，可以省略专门提供用于汽提的汽提气的供应。
在根据本发明的方法的一个方面中，根据步骤(f)使该负载有酸性气体的甲醇流再生是至少部分地通过经由热分离过程从甲醇中去除水来执行的，其中，在该热分离过程中产生的甲醇蒸气用作汽提介质。
用于使甲醇再生的级联步骤中的至少一个步骤通常以用于分离甲醇和水的热分离过程(例如，精馏)为特征，因为即使在根据本发明的方法的背景下，通常也不能完全避免将水引入甲醇吸收塔中。在甲醇-水分离塔的顶部处如此获得的甲醇蒸气可以有利地用作用于液相的汽提介质，以产生第二解吸气体流。在这种情况下，不需要额外的技术复杂性来产生汽提气，因为甲醇蒸气在任何情况下都在甲醇与水的热分离中产生。
根据本发明的方法的一个方面的特征在于：该第二解吸气体流被供应至根据步骤(f)获得的该酸性气体流。
如上文所描述的，根据步骤(f)通过再生获得的酸性气体然后不再被再循环到甲醇回路中。因此，也优选的是，将也可以包含二氧化碳作为酸性气体的第二解吸气体流再循环到根据步骤(f)获得的酸性气体流。这样防止第二解吸气体流的组分返回到甲醇回路之一。
鉴于此，优选的是：根据步骤(f)的该酸性气体流是至少部分地通过使负载有酸性气体的甲醇热再生而获得的，并且通过热再生获得的该酸性气体流包含气态甲醇，并且该气态甲醇通过冷却从该酸性气体流中分离，其中，该第二解吸气体流在该甲醇分离之前、该甲醇分离期间或该甲醇分离之后被供应至通过热再生获得的该酸性气体流。
第二解吸气体流的气体可以在甲醇分离之前、期间或之后(取决于通过前面的汽提获得的第二解吸气体流是包含高比例的甲醇还是低比例的甲醇)被供应至根据步骤(f)获得的酸性气体流。如果根据前述实施例中任一实施例将甲醇蒸气用作汽提介质，则第二解吸气体流有利地在甲醇分离之前或期间被供应至根据步骤(f)获得的酸性气体流，以便也分离通过汽提夹带在第二解吸气体流中的甲醇。
根据本发明的方法的一个方面的特征在于：
在该汽提之后，该液相被供应至用于分离甲醇和水的热分离过程。优选的是：在该汽提之后，该液相被供应至热分离过程，该热分离过程也用于通过从甲醇中去除水根据步骤(f)使负载有酸性气体的甲醇流至少部分地再生。来自液相(即甲醇-水相)的水优选地被供应至也用于主甲醇流的甲醇-水分离的同一分离塔。
根据本发明的方法的一个方面的特征在于：该粗合成气流包括作为不期望的成分的氨(NH3)，并且在步骤(b)之前，该氨通过用水洗涤从该粗合成气流中被至少部分地去除，并且所获得的氨水溶液从该粗合成气流中被去除。
取决于来源，粗合成气也可能包括氨作为杂质。氨不是酸性气体，并且由于其基本特性，因此优选地在步骤(b)之前从粗合成气中去除。否则，氨可能在甲醇洗涤的背景下与酸性气体反应形成铵盐，由于铵盐在甲醇中、特别是在冷甲醇中的溶解度受限，可能导致甲醇回路中出现固体沉积物。
在此背景下，根据本发明的方法的一个方面的特征在于：在步骤(b)之前冷却至少部分不含氨的该粗合成气流，以冷凝残留在该粗合成气流中的氨水溶液，并且在步骤(b)之前将从该粗合成气流中冷凝出的该氨水溶液从该粗合成气流中分离。
在氨洗涤中，用作吸收介质的水通常在洗涤塔中与要纯化的粗合成气流逆流运行，并且所得氨水溶液在洗涤塔的底部处排出。在洗涤塔的顶部处排出的粗合成气通常仍包含残余量的氨水溶液。因此，粗合成气优选地在根据本发明的方法的步骤(b)之前被冷却，以允许随后从粗合成气中分离这些残余量。
本发明的目的进一步至少部分地通过
一种用于通过物理吸收在甲醇中来纯化粗合成气的设备、特别是用于执行根据上述实施例中任一实施例的根据本发明的方法的设备来实现，其中，该设备包括彼此处于流体连通的以下部件：
(a)用于生产粗合成气流的装置，其中，该粗合成气流的粗合成气包括作为期望的成分的氢气(H2)和一氧化碳(CO)、以及作为不期望的成分的水(H2O)和酸性气体；
(b)用于将该粗合成气流与甲醇混合的装置；
(c)用于将混合有甲醇的粗合成气流冷却至水的冰点以下的装置；
(d)用于从经冷却的粗合成气流中分离液相的装置，其中，该液相包括甲醇和水，并且剩余的气相包括氢气、一氧化碳和酸性气体；
(e)用于通过在升高的压力下物理吸收在甲醇中从可根据(d)获得的该气相中去除该酸性气体、从而可获得纯化的合成气流并且可获得负载有酸性气体的甲醇流的装置；
(f)用于使该负载有酸性气体的甲醇流再生、从而可获得再生的甲醇流和酸性气体流的装置；
(g)用于将可根据(f)获得的该再生的甲醇流重新用于根据(e)通过物理吸收在甲醇中去除酸性气体的装置。
根据本发明的设备的一个实施例的特征在于：
根据(d)的装置具有布置在其下游的减压装置，其中，溶解在该液相中的气体通过该减压装置从该液相中至少部分地可解吸，因此使得能够获得第一解吸气体流。
根据本发明的设备的一个实施例的特征在于：根据(d)的装置具有布置在其下游的汽提装置，其中，溶解在该液相中的气体通过该汽提装置从该液相中至少部分地可解吸，因此使得能够获得第二解吸气体流。
根据本发明的设备的一个实施例的特征在于：该设备包括用于甲醇与水的热分离的装置，并且可在甲醇与水的该热分离中获得的甲醇蒸气可用作该汽提装置中的汽提介质。
根据本发明的设备的一个实施例的特征在于：该汽提装置和该用于甲醇与水的热分离的装置被集成在共用塔中。
当在该汽提装置中使用在甲醇与水的热分离中获得的甲醇蒸气时，该汽提装置和该用于热分离的装置可以有利地集成在共用塔中。例如，该汽提装置可以通过烟囱式塔盘或类似的可透气的塔盘与用于热分离的装置分离，液体可以被收集在该塔盘上。来自用于热分离的装置的甲醇蒸气然后穿过烟囱式塔盘向上上升并且进入汽提装置中，其中液相(甲醇-水相)收集在烟囱式塔盘上并且经由上升的甲醇蒸气，残留在该液相中的气体被释放出来。这样的集成解决方案比两个单独的专用塔更具成本效益。
本发明的目的通过根据前述实施例中任一实施例的根据本发明的设备在根据前述实施例中任一实施例的根据本发明的方法中的用途而进一步至少部分地得到解决。
酸性气体
术语“酸性气体”是粗合成气中那些在水性溶液中呈酸性的不期望的气态成分的总称。这些气体特别地包括气态硫化氢(H2S)、羰基硫化物(COS，在水中反应形成二氧化碳和硫化氢)、二氧化碳(CO2)和氰化氢(HCN)。
纯化的合成气、纯化的合成气流
纯化的合成气是不含不期望的成分或伴生物的粗合成气。根据要求，情况并非一定是必须从粗合成气中完全去除不期望的成分，以获得符合规格的合成气。在每种情况下都特别不期望完全去除二氧化碳，因为在甲醇合成中，例如某些残余量的二氧化碳有利于催化转化的动力学。
不期望的成分
粗合成气中不期望的成分或伴生物例如是上述酸性气体和可能的催化剂毒物，比如烷基硫醇、特别是甲基硫醇和二硫化碳，以及还有芳香族杂环硫化合物、特别是噻吩。烷基硫醇和芳香族杂环硫化合物特别是存在于来自煤气化的粗合成气中。可能存在于粗合成气中的另外的伴生物是比如氨和羰基金属等化合物，这些化合物可以由在煤和一氧化碳中出现的金属离子形成为气态或挥发性液体化合物。在羰基金属中，一氧化碳配位键合到中心金属原子。羰基金属由于特别是其与硫化氢反应并形成难溶的金属硫化物的倾向而可能引起问题。在工业气体洗涤方法中出现的羰基金属包括特别是羰基镍和羰基铁。
另外可能的伴生物是在标准压力下气态的脂肪族、脂环族和芳香族烃化合物，以及还有所述化合物的低沸点和高沸点代表。芳香族烃化合物包括特别是苯、甲苯和二甲苯(邻、间和对二甲苯)以及还有萘。气态以及还有低沸点和高沸点的脂肪族和脂环族烃包括特别是环烷烃的同系物，以及在较小程度上的烯烃和炔烃，例如具有1至12个碳原子，特别是具有1至6个碳原子。
升高的压力
洗涤介质中不期望的伴生物的吸收在升高的压力下进行，因为吸收系数随压力的增加而增加。因此，吸收典型地在20巴与100巴之间的压力下进行。
再生
为了使洗涤介质再生而从洗涤介质中去除不期望的伴生物，压力通常被降低到1.5巴至70巴，这取决于是涉及高压再生(20巴至70巴)、中压再生(15巴至40巴)还是低压再生(0巴至15巴，优选1.5巴至15巴)。在一个实例中，这种再生塔级联式串联地布置，压力从一个塔到下一个塔降低。
在再生塔中，不期望的伴生物可以仅通过压力降低(闪蒸)、在具有压力降低或没有压力降低的情况下结合汽提气(汽提)、或通过热再生来去除。合适的汽提气的一个实例是氮气。在热再生中，洗涤介质的固有蒸气(例如甲醇)通常用作汽提气。
物理吸收
物理吸收是由物理洗涤介质引起的。这意味着相关气体(例如不期望的伴生物)的溶解度是由物理相互作用引起的。
在物理洗涤介质的情况下，优选使用冷却至低于环境温度的冷洗涤介质作为吸收剂来实现不期望的伴生物的吸收，因为随着洗涤介质温度的降低，不期望的成分的吸收系数增加。粗合成气与洗涤介质之间的强烈传质在吸收塔(也称为洗涤塔)中进行。其中粗合成气和洗涤介质彼此逆流运行的吸收塔可以设置有无规填料或塔盘以改善传质。
根据本发明，吸收剂是甲醇，其作为冷甲醇优选地被冷却至-30℃、冷却至-40℃、冷却至-50℃、冷却至-60℃、或甚至冷却至-75℃。甲醇具有的优点是，即使在极低的温度下，其粘度也是足够低的，以确保其在方法工程方面保持易于可处理。
工作实例
下文通过工作实例结合两个附图和数值实例来具体化本发明，其中，工作实例、附图和数值实例并不旨在以任何方式限制本发明。除非另有说明，否则附图未按比例绘制。
在附图中：
图1示出了根据本发明的方法或根据本发明的设备的工艺流程图，以及
图2示出了根据现有技术的方法或设备的工艺流程图。
在图1和图2中，气体流被示出为实线，而液体流被示出为虚线。
图1借助非常简化的工艺流程图示出根据本发明的方法或根据本发明的设备的实施例。
至少包含氢气、一氧化碳、酸性气体和氨的粗合成气流经由导管10首先被引入氨洗涤器12的底部区域中，且利用经由导管11被引入氨洗涤器12的顶部区域中的锅炉给水从顶部经过到底部。由于在氨洗涤器12的逆流中粗合成气与水之间的转移过程，粗合成气在很大程度上不含氨，并且经由导管13从氨洗涤器12中排出。在氨洗涤器12中作为底部产物产生的洗涤溶液(在这种情况下是氨水溶液)通过导管14排出，并且在该方法以外进行进一步的处理(未示出)。作为氨洗涤的结果，包含相对少量未冷凝的氨水溶液的粗合成气随后在热交换器15中在来自导管38的纯化的合成气中被冷却。经冷却的粗合成气经由导管16被供应至分离器17，在该分离器中，一旦被冷凝，残留在粗合成气中的氨水溶液从粗合成气的气态成分中分离。在分离器17中冷凝的氨水溶液作为底部产物经由导管18从分离器17中排出，并且在该方法以外进行进一步的处理(未示出)。
在很大程度上不含氨的粗合成气作为顶部产物从分离器17中排出，并且经由导管19被供应至热交换器20。在进入热交换器20之前，仍包含水的粗合成气与来自导管21的甲醇混合。在热交换器20中，混合有甲醇的粗合成气随后被冷却至负40℃。从导管21添加甲醇防止存在于粗合成气中的水冻结，并且因此防止在气体洗涤方法的导管系统中造成堵塞。
冷却至负40℃的混合有甲醇的粗合成气随后经由导管22被供应至分离器23，在该分离器中，一旦被冷凝，根据本发明的液相(甲醇-水相)从经冷却的粗合成气流中分离。液相经由导管24从分离器23中排出，而至少包含氢气、一氧化碳和酸性气体的粗合成气的剩余气相经由导管25被供应至气体洗涤方法的吸收区，以用于在升高的压力下去除酸性气体。
为了从粗合成气流吸收酸性气体，粗合成气首先经由导管25被供应至预洗涤阶段26，在该预洗涤阶段中，用来自甲醇流27的低温甲醇对粗合成气进行逆流处理。甲醇流27从甲醇流28转向，并且已经包含从第二主洗涤阶段29吸收的二氧化碳。预洗涤阶段26主要释放氰化氢(HCN)的粗合成气，同时共吸收少量的硫化合物(例如烷基硫醇)以及不可避免地还有非常少量的有价值的气体(氢气、一氧化碳)。预洗涤阶段中获得的经负载的甲醇经由导管30被供应至再生系统31。
不含氰化氢和另外的化合物的粗合成气流经由导管32被供应至第一主洗涤阶段33。在第一主洗涤阶段33中，用甲醇对粗合成气进行逆流处理，所述甲醇从甲醇流27转向作为子流35并且已经包含在第二主洗涤阶段29中吸收的二氧化碳。在第一主洗涤阶段33中，粗合成气基本上不含硫化氢和羰基硫化物。实质上仍包含作为不期望的成分的二氧化碳的粗合成气随后从第一主洗涤阶段33中排出，并且在第二主洗涤阶段29中，用来自导管36的再生的甲醇对粗合成气进行处理以吸收二氧化碳。完全纯化的合成气随后经由导管37、38和39从过程中排放，因此穿过热交换器15和20，并且用于冷却粗合成气流。
从预洗涤阶段26和两个主洗涤阶段29和33中排出的负载有酸性气体的甲醇流28、30和40随后在再生系统31中被释放上述吸收的酸性气体成分。再生系统31包括至少多个级联布置的闪蒸再生阶段、热再生器和可选的再吸收器。对于低温甲醇洗方法典型的这些部件的布置是本领域技术人员众所周知的。为了简单起见，上述部件因此未单独示出，而是作为方框示出。
再生系统31在导管41中提供二氧化碳流，在导管21和36中提供两个甲醇流(在各自情况下为再生的甲醇)，并且在导管42中提供主要包含含硫的酸性气体(硫化氢、羰基硫化物)的流。导管41中的二氧化碳从过程中排放并且被送往进行进一步的处理(未示出)。如上文所描述的，导管21中的甲醇流被添加到来自导管19的粗合成气流，以避免在导管19中的粗合成气流中形成冰。导管36中的甲醇流用于在第二主洗涤阶段29中吸收二氧化碳。
导管42中的酸性气体流来自再生系统31的热再生部分。因此，该酸性气体流包含含硫的酸性气体(实质上是硫化氢和羰基硫化物)以及在热再生过程中未冷凝的甲醇(即夹带的甲醇)。这种未冷凝的(即蒸气态的)甲醇与含硫的酸性气体一起在热交换器43中被冷却到这样的程度，即，使得在经由导管44进入分离容器45中之后，甲醇在分离容器45中冷凝。共获得的酸性气体，即在分离容器中获得的气相基本上由含硫的酸性气体构成。这些含硫的酸性气体经由导管46从分离容器45中排出，并且被送往到通过克劳斯方法(Clausprocess)(未示出)回收硫的设备。经分离的冷凝的甲醇经由导管47从分离容器45中排出，并且使用泵48经由导管49被再循环到再生系统31中。
如上文所描述的，分离器23通过冷凝从经冷却的粗合成气中分离根据本发明的液相(甲醇-水相)。根据本发明的液相经由导管24从分离器23中排出并且被供应至闪蒸容器50。闪蒸容器50中的减压使得溶解在液相中的气体从液相中至少部分地解吸，以获得根据本发明的第一解吸气体流。第一解吸气体流被排出，并且经由导管51被供应至分离容器45。因此，通过在闪蒸容器50中的减压解吸的气体与来自分离容器45的酸性气体一起经由导管46从过程中排放。
闪蒸容器50中剩余的仍包含吸收气体的液相(甲醇-水相)经由导管52被供应至组合塔53，该组合塔包括通过精馏热分离甲醇的区域54和汽提区域55。
使用泵58经由导管56和57从再生系统31向组合塔53的下部区域54供应至少部分再生的含水甲醇。组合塔53的下部54中的甲醇-水混合物经由锅炉59被加热至沸腾。在组合塔53的下部54中获得的底部产物是水，水经由导管60被排出并且被送往进行进一步的处理(未示出)。在穿过烟囱式塔盘后，在塔53的下部54中上升的甲醇蒸气进入塔53的上部汽提区域55中。还经由导管52向汽提区域55供应水相(甲醇-水相)。进入汽提区域55中的甲醇蒸气使在水相中吸收的另外的气体解吸，因此提供根据本发明的第二解吸气体流，该第二解吸气体流经由导管61从塔53的汽提区域55中排出。由于第二解吸气体流包含来自汽提的少量甲醇蒸气，来自导管61的气体被供应至热交换器43上游的、导管42中的酸性气体流，以便导管61中夹带的甲醇可以通过在热交换器43中冷却和随后在分离容器45中冷凝而作为液体分离，并且经由泵48被再循环到再生系统31中。不含甲醇的第二解吸气体流与另外的酸性气体一起经由导管46从过程中排放。
在很大程度上不含吸收气体的液相(甲醇-水相)收集在汽提区域55的烟囱式塔盘上，并且经由导管62被供应至塔53的下部区域54，以进行甲醇-水分离。去除的水作为底部产物经由导管60离开塔，而去除的甲醇作为顶部产物经由导管63离开塔53的下部区域54，并且被供应至再生系统31。在导管63中供应至再生系统31的甲醇可以直接用于重新吸收，例如在第二主洗涤阶段29中吸收二氧化碳，或者首先进行作为再生系统31的一部分的热再生。
根据本发明的方法模式确保，由于在分离器23中去除，水首先不会进入包括吸收阶段26(预洗涤阶段)、33和29(主洗涤阶段)的方法的吸收区域中。此外，所有随后的方法步骤确保在分离器23中去除的水不能再返回到任何甲醇回路中。这通过闪蒸容器50结合组合塔53来保证。方法模式使得在分离器23中去除的水与甲醇一起最终总是作为底部产物经由导管60从组合塔中排出。
图2示出了比如从现有技术已知的方法。图1中使用的附图标记在涉及相同的要素的情况下也用于图2。
与图1的根据本发明的方法相比，一旦与来自导管21的甲醇混合，导管70中的经冷却的粗合成气被直接供应至洗涤阶段26、29和33中的吸收。这使得所有最初存在于粗合成气中或被氨洗涤器夹带的水进入气体洗涤方法的甲醇回路中，这样带来了上文所描述缺点。与根据本发明的方法相比，该方法不使用根据图1的组合塔(塔53)，而是使用简单的精馏塔71来分离甲醇和水。
以下数值实例(模拟)示出了与图2的非创造性对比实例相比，按照图1的创造性实例的根据本发明的方法的优点。
Figure BDA0003047591020000141
数值实例表明，创造性方法方案使得可以实现资源(冷却剂、能量、冷却水和蒸汽)的节约。甲醇回路中水含量减少另外允许热再生器和甲醇-水分离塔具有更小的直径。
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，从上文和下文的描述，对于本领域技术人员而言显而易见的是，除非另外声明，除了属于一种类型的权利要求的特征的任何组合之外，还可以想到与不同类型主题或不同类型权利要求有关的特征的任何组合。特征可以被组合以实现协同效应，协同效应超出技术特征的简单总和。
虽然已经在附图和在前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执行所披露的实施例的其他变化。
附图标记清单
10、13、16、19、22、25、 导管(气体)
32、34、37、38、39、41、
42、44、46、51、61、70
11、14、18、21、24、27、 导管(液体)
28、30、35、36、40、47、
49、52、56、57、60、62、
63
12 氨洗涤器
15、20、43、59 热交换器
17、23 分离器
26 预洗涤阶段
33 第一主洗涤阶段
29 第二主洗涤阶段
31 再生系统
35 分离容器
48、58 泵
50 闪蒸容器
53 组合塔
54 用于甲醇-水分离的区域
55 汽提区域
71 甲醇-水分离塔。

Claims (20)

1.一种用于通过物理吸收在甲醇中来纯化粗合成气的方法，其中，该方法包括以下方法步骤：
(a)提供粗合成气流，其中，该粗合成气流的粗合成气包括作为期望的成分的氢气(H2)和一氧化碳(CO)、以及作为不期望的成分的水(H2O)和酸性气体；
(b)将该粗合成气流与甲醇混合；
(c)将混合有甲醇的粗合成气流冷却至水的冰点以下；
(d)从经冷却的粗合成气流中分离液相，其中，该液相包括甲醇和水，并且剩余的气相包括氢气、一氧化碳和酸性气体；
(e)通过在升高的压力下物理吸收在甲醇中从根据步骤(d)获得的该气相中去除这些酸性气体，以获得纯化的合成气流和负载有酸性气体的甲醇流；
(f)使该负载有酸性气体的甲醇流再生，以获得再生的甲醇流和酸性气体流；
(g)将根据步骤(f)获得的该再生的甲醇流重新用于根据步骤(e)通过物理吸收在甲醇中去除酸性气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据步骤(d)获得的该液相进行减压(闪蒸)，因此从该液相中至少部分地解吸溶解在该液相中的气体，以获得第一解吸气体流。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该第一解吸气体流被供应至根据步骤(f)获得的该酸性气体流。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据步骤(f)的该酸性气体流是至少部分地通过使该负载有酸性气体的甲醇流热再生而获得的，并且通过热再生获得的该酸性气体流包含气态甲醇，并且该气态甲醇通过冷却从该酸性气体流中分离，其中，该第一解吸气体流在该甲醇分离之前、该甲醇分离期间或该甲醇分离之后被供应至通过热再生获得的该酸性气体流。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，该第一解吸气体流被压缩到吸收压力，并且随后被供应至步骤(e)，以用于通过物理吸收在甲醇中从该第一解吸气体流中去除酸性气体。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据步骤(f)的该酸性气体流是至少部分地通过对该负载有酸性气体的甲醇进行减压(闪蒸)而获得的，并且该第一解吸气体流被供应至通过减压获得的该酸性气体流。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据步骤(d)获得的该液相进行汽提，因此从该液相中至少部分地解吸溶解在该液相中的气体，以获得第二解吸气体流。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据步骤(d)获得的该液相首先根据权利要求2至6中任一项进行减压，并且随后根据权利要求7进行汽提。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，甲醇蒸气用作汽提介质。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据步骤(f)使该负载有酸性气体的甲醇流再生是至少部分地通过经由热分离过程从甲醇中去除水来执行的，其中，在该热分离过程中产生的甲醇蒸气用作汽提介质。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，该第二解吸气体流被供应至根据步骤(f)获得的该酸性气体流。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其特征在于，在该汽提之后，该液相被供应至用于分离甲醇和水的热分离过程，优选地被供应至根据权利要求10的热分离过程。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该粗合成气流包括作为不期望的成分的氨(NH3)，并且在步骤(b)之前，该氨通过用水洗涤从该粗合成气流中被至少部分地去除，并且所获得的氨水溶液从该粗合成气流中被去除。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在步骤(b)之前冷却至少部分不含氨的该粗合成气流，以冷凝残留在该粗合成气流中的氨水溶液，并且在步骤(b)之前将从该粗合成气流中冷凝出的该氨水溶液从该粗合成气流中分离。
15.一种用于通过物理吸收在甲醇中来纯化粗合成气的设备、特别是用于执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法的设备，其中，该设备包括彼此处于流体连通的以下部件：
(a)用于生产粗合成气流的装置，其中，该粗合成气流的粗合成气包括作为期望的成分的氢气(H2)和一氧化碳(CO)、以及作为不期望的成分的水(H2O)和酸性气体；
(b)用于将该粗合成气流与甲醇混合的装置；
(c)用于将混合有甲醇的粗合成气流冷却至水的冰点以下的装置；
(d)用于从经冷却的粗合成气流中分离液相的装置，其中，该液相包括甲醇和水，并且剩余的气相包括氢气、一氧化碳和酸性气体；
(e)用于通过在升高的压力下物理吸收在甲醇中从可根据(d)获得的该气相中去除该酸性气体、从而可获得纯化的合成气流并且可获得负载有酸性气体的甲醇流的装置；
(f)用于使该负载有酸性气体的甲醇流再生、从而可获得再生的甲醇流和酸性气体流的装置；
(g)用于将可根据(f)获得的该再生的甲醇流重新用于根据(e)通过物理吸收在甲醇中去除酸性气体的装置。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，根据(d)的装置具有布置在其下游的减压装置，其中，溶解在该液相中的气体通过该减压装置从该液相中至少部分地可解吸，因此使得能够获得第一解吸气体流。
17.根据权利要求15或16所述的设备，其特征在于，根据(d)的装置具有布置在其下游的汽提装置，其中，溶解在该液相中的气体通过该汽提装置从该液相中至少部分地可解吸，因此使得能够获得第二解吸气体流。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，该设备包括用于甲醇与水的热分离的装置，并且可在甲醇与水的该热分离中获得的甲醇蒸气可用作该汽提装置中的汽提介质。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，该汽提装置和该用于甲醇与水的热分离的装置被集成在共用塔中。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的设备在根据权利要求1至14中任一项所述的方法中的用途。
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