CN114106891A - 用于从粗合成气中去除破坏性组分的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于通过用对于二氧化碳和硫组分有选择性的物理作用的液体洗涤介质进行气体洗涤来纯化含有作为目标组分的氢气和一氧化碳以及作为破坏性组分的二氧化碳和硫组分的粗合成气的方法和设备。该方法/该设备包括吸收装置、热再生装置(优选地多级闪蒸再生装置)和供应有汽提气体的第一部分的再吸收塔。根据本发明，向闪蒸再生装置供应汽提气体的第二部分。

Description

用于从粗合成气中去除破坏性组分的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于通过用对于二氧化碳和硫组分有选择性的物理作用的液体洗涤介质进行气体洗涤来纯化含有作为目标组分的氢气和一氧化碳以及作为破坏性组分的二氧化碳和硫组分的粗合成气的方法和设备。
背景技术
用于通过物理或化学吸收或气体洗涤从工业粗气体中分离不希望的伴生物的方法是从现有技术熟知的。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安全地去除不想要的酸性成分(例如二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S))，并且还从想要的合成气成分(即，目标组分氢气(H2)和一氧化碳(CO))中去除另外的成分(如羰基硫化物(COS)和氰化氢(HCN))至痕量。已知且经常采用的方法是一般在Ullmann'sEncyclopedia of Industrial Chemistry[乌尔曼工业化学百科全书]，第6版，第15卷，第399页及以下中描述的低温甲醇洗工艺。在低温甲醇洗工艺中，上述不想要的破坏性组分的吸收通过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)实现，其中在粗气体与吸收介质/洗涤介质之间的强烈传质在吸收塔(也称为洗涤塔)中发生。随着甲醇温度降低和压力增加，不想要的气体成分的溶解度急剧增加，而对于氢气和一氧化碳保持几乎恒定。此外，甲醇具有即使在低至-75℃的温度下仍保持低粘度以及因此良好的传质和传热性能的优点。
负载有破坏性组分并用作洗涤介质的甲醇在低温甲醇洗工艺中循环通过再生装置。在再生装置中，通过物理手段使负载的甲醇没有吸收的气体。因此在第一再生步骤中，通过减压(所谓的闪蒸再生)和/或用气体例如氮气汽提从负载的甲醇洗涤介质中去除CO2。在另外或替代的再生步骤中，通过加热(所谓的热再生)驱除含硫气体(COS和H2S)。常常寻求产生几乎无CO2的COS/H2S气体，因为其经济的进一步加工受到与CO2混合的损害。
在低温甲醇洗工艺中，在标准工艺与选择性低温甲醇洗工艺之间进行区分。在标准低温甲醇洗工艺中，伴生气体COS/H2S和CO2在一个吸收步骤中一起从粗合成气中被去除。相比之下，在所谓的选择性低温甲醇洗工艺中，含硫的伴生气体COS/H2S和CO2在单独的连续的吸收步骤中从粗合成气中被分别去除。这种选择性吸收通过适当地调节工艺参数、特别是洗涤介质与要吸收的气体的量比来实现。选择性吸收的优点是COS/H2S和CO2气体已在吸收中保持在很大程度上分开并且仅较小部分需要在甲醇的再生期间分离。这还允许使用下游工艺(比如克劳斯(Claus)工艺)回收存在的硫。
负载有酸性气体成分的洗涤介质的闪蒸再生可以按多级方式进行，其中机械功和冷量可以在减压中回收。因此，在从气流中分离酸性成分如CO2、H2S和COS的方法中，美国专利US 5067 972提出了用物理洗涤介质处理所述流。将负载有酸性气体成分的洗涤介质供应至压力递减的闪蒸容器级联中，并且如此释放的闪蒸气体在每种情况下在多级减压涡轮的两级之间供应。这回收了机械功和工艺冷量。
为了尤其地尽可能完全地从负载的洗涤介质/吸收剂进行CO2的解吸，通常将已经通过闪蒸再生而部分再生的洗涤介质施加至布置在闪蒸再生阶段的下游的汽提塔，在该汽提塔的下部部分引入汽提气体(例如氮气)并使其与洗涤介质接触。这增强了在气相与液相之间的传质，并且使进一步比例的CO2从洗涤介质解吸。然而，这也导致结合在洗涤介质中的硫组分(例如H2S)的不希望的解吸。如果存在用于负载有硫组分的洗涤介质的CO2消耗的专用闪蒸再生装置，也可能发生这种相同现象。
为了防止/逆转不希望的硫组分的闪蒸，汽提塔的上部部分被配置为再吸收塔，其中使用少量的新鲜的、再生的或部分再生的洗涤介质将H2S从汽提出的气体中洗涤出并因此被再吸收。因此，以此方式配置的汽提塔也称为再吸收塔。此外，在用于负载有硫组分的洗涤介质的CO2消耗的专用闪蒸再生装置的存在下，无意闪蒸出的硫组分可以通过提供专用的再吸收区或通过将包含闪蒸出的硫组分的气流引入共用的再吸收塔以类似的方式再吸收。
尽管利用闪蒸气体来回收工艺冷量，但其生产仍是汽提工艺的能量需求的重要因素。因此，希望通过工艺冷量的改进的回收或再利用来进行能量优化。
发明内容
因此，本发明的目的是详细说明一种洗涤方法/纯化方法以及一种适合其的设备，该设备通过工艺冷量的改进的回收或再利用提供能量优化。
在本发明的第一方面，该目的基本上通过具有权利要求1的特征的方法以及具有权利要求9的特征的设备来实现。可以在相应类别的从属权利要求中找到根据根据本发明的方法和根据本发明的设备的进一步的方面的进一步的实施例。
术语洗涤介质，与吸收介质或溶剂同义，在本发明的上下文中应理解为意指以下物质或物质混合物，其在工艺条件下呈液体形式，具有对要从气体中分离的组分的吸收能力并且可以通过物理方法(例如通过闪蒸或通过热再生)再生。
在本发明的上下文中，硫组分应理解为意指无机和有机含硫组分、特别是硫化氢H2S、羰基硫化物COS、二硫化碳CS2和硫醇RSH，其中R表示有机基团。其基团R含有不少于五个碳原子的硫醇被称为重硫醇。相比之下，其基团R含有不超过四个碳原子的硫醇被称为轻硫醇。
对于硫组分和/或二氧化碳有选择性的物理作用的洗涤介质应理解为意指液体物质或液体物质混合物，其在特定工艺条件、特别是压力和温度下对于硫组分的溶解能力(由相应的亨利(Henry)常数表示)高于对于相当结构的和/或相当重的不含硫组分的溶解能力。洗涤能力是基于通过在洗涤介质的体积相内的吸收和分布对相应组分的吸收，而不是基于在洗涤介质与要分离的组分之间的化学键的形成。因此，物理作用的洗涤介质通常是通过减压和/或升温而可再生的，其中将先前吸收的组分以化学上无变化的形式回收。
吸收装置通常以吸收塔的形式。吸收塔(可替代地称为例如气体洗涤器、洗涤塔或洗涤器)是工艺工程装置，其中气流与液体流强烈接触以实现气流的成分在液体中的吸收。其配置旨在产生最大可能的液体表面积用于在气相与液相之间的最佳可能的传质。这可以通过产生气泡或液滴或通过滴到固体表面上来实现。因此，通常提供增大表面积的内部构件如塔盘(例如筛板塔盘或泡罩塔盘)、或规整填料；可替代地，吸收塔的段可以填充有无规填料，比如球、圆柱、环或鞍形填料。在构造方面，吸收塔通常任选地通过管段的组合被配置为竖直管，其沿着平行于竖直方向延伸的纵向轴延伸并且其包围吸收塔的内部。
吸收装置中的不同吸收区通常在构造方面彼此分离。因此，在包含多个吸收区的吸收塔中，这些吸收区可以通过分离塔盘彼此分离或界定。分离塔盘应理解为意指吸收塔的内部构件、特别是专门配置的塔盘，其允许在塔中上升的蒸气或气流穿过分离塔盘，但不可渗透在塔中向下流动/下降的液体流，使得这些液体流收集在分离塔盘上并经由单独的出口(侧取出口)取出并因此从塔排出。分离塔盘因此也称为取出塔盘或收集塔盘。在某种意义上，它在塔的上端与下端之间形成第二塔釜。分离塔盘的已知配置是烟囱式塔盘的配置。
热再生装置(特别是热再生塔)应理解为意指工艺工程装置，其在构造方面类似于吸收塔，但其目的是非常大量地释放负载有所述组分的气体组分的吸收剂/洗涤介质并因此通过经引入热而解吸来再生洗涤介质。这在技术上例如通过以下来实现：提供具有用于加热塔釜的再沸器的热再生塔，从而产生洗涤介质固有蒸气，其用作排出、解吸和汽提介质并因此促进气体组分的解吸。
混合物、馏分或材料流中组分的富集或消耗应理解为意指一种措施、操作或工艺步骤，其结果是该组分的摩尔分数或质量分数增加(富集)或减少(消耗)。
馏分、材料流等的主要部分应理解为意指在数量上大于各自单独考虑的所有其他比例的比例。尤其是在二元混合物的情况下或在将馏分分成两部分的情况下，除非在具体情况下另有说明，否则应理解为意指按重量计大于50％的比例。
材料流主要由一种组分或一组组分组成的指示应理解为意指此组分或组分组的摩尔分数或质量分数在数量上大于各自单独考虑的材料流中其他组分或组分组的所有其他比例。尤其是在二元混合物的情况下，这应理解为意指大于50％的比例。除非在具体情况下另有说明，否则这是基于质量分数。
在本发明的上下文中，材料流的分流或分开/分离应理解为意指从原始材料流中产生至少两个子流，其中分开/分离与相对于原始材料流有意改变所获得的子流的物质组成相关，例如通过对原始材料流施加热分离过程。相反，原始材料流的分流通常与所获得的子流的物质组成的变化无关。
闪蒸或闪蒸再生应理解为意指液体(例如负载有破坏性组分的吸附剂或洗涤介质)的快速、优选地突然的减压，其优选地在经由限流器(例如阀)进入容器时发生。如此释放的气体称为闪蒸气体。实际上，闪蒸再生装置通常以多级方式被配置为串联布置的两个或更多个液体分离器的级联，并且被配置为例如具有集成的或分离的液体分离器并且具有逐渐降低的压力。另外，负载有不同破坏性组分的洗涤介质通常在单独的闪蒸再生装置中处理，例如在用于仅负载有二氧化碳的洗涤介质的闪蒸再生装置(下文中第二闪蒸再生装置)和用于负载有二氧化碳以及还有硫组分的洗涤介质的单独的闪蒸再生装置(下文中第一闪蒸再生装置)。此类闪蒸再生装置的操作条件是本领域技术人员已知的，或者可以在具体应用中通过常规实验或本领域特定计算(例如通过工艺模拟)来确定。
吸收装置中的粗合成气流最初穿过至少一个硫组分吸收区并且随后穿过至少一个二氧化碳吸收区的指示不排除它先前已经穿过布置在硫组分吸收区的上游的进一步的吸收区作为预洗涤阶段的可能性，其目的是用进一步小的子量的洗涤介质例如在特定条件下去除另外的破坏性组分，例如氰化氢(HCN)和脂族和芳族烃类，例如BTX芳族化合物(苯、甲苯、二甲苯)或石脑油。因此所需的特定操作条件同样是本领域技术人员已知的，并且可以由他们通过常规实验或本领域特定计算(例如通过工艺模拟)来确定。在预洗涤中负载有所述另外的破坏性组分的洗涤介质的再生例如通过热再生来实现。
两个区域之间的流体连接应理解为意指任何类型的连接，无论如何所述连接使得有可能流体(例如液体洗涤介质)可以从这两个区域中的一个流到另一个，忽略任何插入的区域、组成部件、阀或装置。
用于向加工阶段或设备部件提供、供应材料流或从其排出材料流的装置应理解为意指本领域技术人员在特定情况下将考虑利用的所有装置、组成部件和器件，特别是储存容器，导管，分离和计量装置比如阀，输送装置比如泵，鼓风机，压缩机。
除非在个别情况下另有说明，否则以巴(绝对压力)为单位的任何压力数字均基于以绝对巴为单位的绝对压力。
本发明基于以下发现：通过将总汽提气流分成优选地通入再吸收塔的主要部分和通入多级第二闪蒸再生装置、特别是最后闪蒸级的剩余部分，可以提高工艺冷量的回收，从而提高方法/设备的能量效率。另外，二氧化碳从负载的洗涤介质解吸甚至在再吸收塔的上游得到改善，因此允许所述塔制造得更小。
具体实施方式
根据本发明的方法的第二方面的特征在于，
将汽提气体的第二部分引入多级第二闪蒸再生装置的最远下游闪蒸级。该最后闪蒸级和随后的下游再吸收塔处于相同或仅略有不同的压力水平，使得引入闪蒸再生装置的汽提气体的第二部分不需要被压缩，并且来自再吸收塔和最后闪蒸级的废气(两者均含有二氧化碳和汽提气体(例如氮气))可以被简单地合并和排出。然后可以将它们供应至例如最终的废气纯化装置，例如单独的气体洗涤，并且在排放至环境中之前在其中除去有害物质。例如痕量的甲醇洗涤介质可以在将废气排放至环境中之前通过水洗从废气中除去。经分离的甲醇可以任选地在纯化之后作为洗涤介质的一部分重复使用。
根据本发明的方法的第三方面的特征在于，从多级第二闪蒸再生装置的最后闪蒸级排出的顶部产物流和/或从再吸收塔排出的顶部产物流(两者均含有二氧化碳和汽提气体)可以用作第一冷却介质的成分。两个气流都是冷的；因此，闪蒸气体在多级闪蒸再生装置中在第一级中具有例如-20℃的温度并且在最后一级中甚至具有例如-60℃的温度。因此，两个气流可以有利地用作第一冷却介质的成分。通过两个气流的组合，增加了冷却介质的体积流量，从而改善了相应热交换器中的热传递。可替代地或另外地，所述气流中的一个或两个还可以在方法或设备中的不同点处用作冷却介质，例如用于冷却热再生的洗涤介质。
根据本发明的方法的第四方面的特征在于，将从多级第二闪蒸再生装置的第一闪蒸级排出的含二氧化碳的气流再循环至吸收装置。以此方式，仍然存在于该气流中的目标组分如氢气或一氧化碳可以被回收并因此利用其材料。来自第一闪蒸级的气流的再循环是特别有利的，因为此处的压力水平仍然高于后续压力阶段的压力水平，并且因此在再循环至吸收装置之前的压缩成本和复杂性相对较低。
根据本发明的方法的第五方面的特征在于，第二闪蒸再生装置包含至少三个闪蒸级，其中将含二氧化碳的气流作为二氧化碳产物流从中间闪蒸级排出。在中间闪蒸级获得特定纯度的含二氧化碳的气流，因为目标组分诸如氢气或一氧化碳已经在上游闪蒸级在更高压力下闪蒸出，而另一方面中间闪蒸级的压力仍然足够高以不闪蒸出将降低二氧化碳产物流的纯度的任何硫组分。
根据本发明的方法的第六方面的特征在于，将从多级第二闪蒸再生装置排出的所有气流用作第一冷却介质的成分。这使得能够在特别大的程度上回收或再利用工艺冷量，因此特别显著地降低了方法或设备的能量消耗。可替代地或另外地，这些气流还可以在方法或设备中的不同点处用作冷却介质，例如用于冷却热再生的洗涤介质。
根据本发明的方法的第七方面的特征在于，第二闪蒸再生装置包含至少三个闪蒸级，其中第一闪蒸级的压力是在5与30巴(绝对压力)之间，中间闪蒸级的压力是在2.5与5.0巴(绝对压力)之间，并且最后闪蒸级的压力是在1.5与2.5巴(绝对压力)之间。研究已经示出，当观察这些压力范围时，来自第一闪蒸级的闪蒸气体可以特别有利地再循环至吸收装置，并且从中间闪蒸级获得特别纯的二氧化碳产物流，并且来自最后闪蒸级的气流可以特别有效地用作冷却介质成分。
根据本发明的方法的第八方面的特征在于，汽提气体的第二部分是在方法中使用的总汽提气体的按体积计不超过20％、优选地按体积计不超过10％、最优选地按体积计不超过5％。这增强了二氧化碳的解吸和工艺冷量的回收，而相对少量的汽提气体的第二部分防止了硫组分的不希望的解吸。
根据本发明的设备的另一方面的特征在于，所述设备进一步包括以下装置，该装置允许汽提气体的第二部分引入多级第二闪蒸再生装置的最远下游闪蒸级。根据本发明的设备的此方面的优势对应于结合根据本发明的方法的第二方面所描述的那些。
根据本发明的设备的另一方面的特征在于，所述设备进一步包括以下装置，该装置允许从多级第二闪蒸再生装置的最后闪蒸级排出的顶部产物流和/或从再吸收塔排出的顶部产物流(两者均含有二氧化碳和汽提气体)用作第一冷却介质的成分。根据本发明的设备的此方面的优势对应于结合根据本发明的方法的第三方面所描述的那些。可替代地或另外地，设备还可以包括以下装置，该装置允许这些气流在方法或设备中的不同点处用作冷却介质，例如用于冷却热再生的洗涤介质。
根据本发明的设备的另一方面的特征在于，所述设备进一步包括以下装置，该装置允许从多级第二闪蒸再生装置的第一闪蒸级排出的含二氧化碳的气流再循环至吸收装置。根据本发明的设备的此方面的优势对应于结合根据本发明的方法的第四方面所描述的那些。
根据本发明的设备的另一方面的特征在于，第二闪蒸再生装置包含至少三个闪蒸级，其中所述设备包括以下装置，该装置允许含二氧化碳的气流作为二氧化碳产物流从中间闪蒸级排出。根据本发明的设备的此方面的优势对应于结合根据本发明的方法的第五方面所描述的那些。
根据本发明的设备的另一方面的特征在于，所述设备进一步包括以下装置，该装置允许从多级第二闪蒸再生装置排出的所有气流用作第一冷却介质的成分。根据本发明的设备的此方面的优势对应于结合根据本发明的方法的第六方面所描述的那些。可替代地或另外地，设备还可以包括以下装置，该装置允许这些气流在方法或设备中的不同点处用作冷却介质，例如用于冷却热再生的洗涤介质。
示例性实施方式
本发明的另外的特征、优势和可能的应用从以下示例性实例和附图的描述中也是显而易见的。描述和/或描绘的所有特征其自身或以任何组合构成本发明的主题，而不管它们在权利要求或其从属引用中的组合。
在这些图中：
图1示出了根据现有技术的根据本发明的方法/根据本发明的设备的示意图，
图2示出了根据具体实施例的根据本发明的方法/根据本发明的设备的示意图。
在图1中所示出的根据现有技术的方法/设备的示意图中，导管11供应要纯化的粗合成气流，该粗合成气流含有作为目标组分的氢气和一氧化碳以及作为破坏性组分的二氧化碳和硫组分。在热交换器10中以与用作冷却介质的两个或更多个材料流间接热交换进行冷却之后，粗合成气流经由导管12供应至吸收装置20并引入其中。吸收装置呈吸收塔的形式并且被分离塔盘(未示出)分成两个吸收区，每个吸收区配备有增大表面积的内部构件(诸如塔盘、规整填料或无规填料)，其中在粗合成气的气体流动方向上，最初穿过布置在吸收塔的下部部分中的至少一个硫组分吸收区并且随后穿过布置在吸收塔的上部部分中的至少一个二氧化碳吸收区(两者均未示出)。
硫组分吸收区可以任选地具有布置在其上游作为预洗涤阶段的进一步的上游吸收区(未描绘)，其目的是用进一步例如小的子量的洗涤介质在特定条件下去除另外的破坏性组分，例如氰化氢(HCN)和脂族和芳族烃类，例如BTX芳族化合物(苯、甲苯、二甲苯)或石脑油。因此所需的特定操作条件是本领域技术人员已知的，或者可以由他们通过常规实验或本领域特定计算(例如通过工艺模拟)来确定。
所有吸收区都供应有新鲜的、再生的或部分再生的甲醇作为洗涤介质。来自热再生装置50的再生甲醇的再循环由导管58指示；实际上，将新鲜的、再生的或部分再生的甲醇在分布在吸收塔的高度上的多个添加点处添加。吸收装置进一步包含冷却装置(未描绘)，其确保例如-35℃和更冷的洗涤介质的希望的低温。
在吸收装置中，经由导管12供应的粗合成气流最初在硫组分吸收区在硫组分吸收条件下与作为第一洗涤介质流的甲醇子流接触。然后将贫硫组分的合成气流从硫组分吸收区排出。富含硫组分的洗涤介质流也经由导管24从硫组分吸收区排出并供应至第一闪蒸再生装置，该第一闪蒸再生装置包含例如压力逐渐降低的三个闪蒸级。
下文所描述的用于从含硫组分的洗涤介质中分离二氧化碳的第一闪蒸再生装置和用于从负载二氧化碳的洗涤介质中分离二氧化碳的第二闪蒸再生装置在图中以简化形式表示为具有附图标记30的功能块，其中两个区域的分离由水平虚线指示，该水平虚线将第二闪蒸再生装置(上部区域)与第一闪蒸再生装置(下部区域)分开。实际上，两个闪蒸再生装置例如以多级方式被配置为串联布置的两个或更多个液体分离器的级联，并且被配置为例如具有集成的或分离的液体分离器并且具有逐渐降低的压力。在闪蒸再生装置中使用的通用操作条件是本领域技术人员已知的，或者在具体应用中可以由他们通过常规实验或本领域特定计算(例如通过工艺模拟)来确定。
经由导管33，含有硫组分并通过闪蒸贫二氧化碳的第三洗涤介质流从第一闪蒸再生装置排出并供应至汽提塔(再吸收塔)40并引入其中。
将从硫组分吸收区排出的贫硫组分的合成气流引入二氧化碳吸收区，其在吸收装置呈吸收塔形式时通常布置在其上部部分并通过分离塔盘(例如烟囱式塔盘)与硫组分吸收区分离。在二氧化碳吸收区中，贫硫组分的合成气流在二氧化碳吸收条件下与第二洗涤介质流接触，该第二洗涤介质流例如作为子流从经由导管58供应的热再生甲醇获得。然后将贫二氧化碳的合成气流经由导管29从二氧化碳吸收区排出，用作后续热交换器10中的冷却介质，并因此以与供应的粗合成气间接热交换进行加热。然后将以此方式加热的合成气流作为纯合成气流经由导管16从方法/设备中排出。
经由导管22将富含二氧化碳的洗涤介质流从吸收装置排出并送至多级第二闪蒸再生装置(虚线上方具有附图标记30的功能块的一部分)，其在本示例性实施例中呈三个闪蒸级A、B、C的形式，其中各个闪蒸级的压力在洗涤介质流的流动方向上降低。在一个实例中，第一闪蒸级的压力在5与30巴(绝对压力)之间。在另一个实例中，中间闪蒸级的压力在2.5与5.0巴(绝对压力)之间。在另一个实例中，最后闪蒸级的压力在1.5与2.5巴(绝对压力)之间。在另一个实例中，第一闪蒸级的压力在5与30巴(绝对压力)之间，中间闪蒸级的压力在2.5与5.0巴(绝对压力)之间，并且最后闪蒸级的压力在1.5与2.5巴(绝对压力)之间。
在多级第二闪蒸再生装置的第一闪蒸级A中，回收仍含有显著比例的作为目标组分的氢气和一氧化碳的闪蒸气体。为了回收所述组分并实现闪蒸气体的材料利用，该闪蒸气流经由导管34、压缩机25和导管27再循环至吸收装置并引入其中。
在多级第二闪蒸再生装置的第二闪蒸级B中，回收含高纯度的二氧化碳的闪蒸气体。因此，相应的闪蒸气流经由导管36、热交换器10和导管14作为二氧化碳产物流排出。由于所述流是冷的，所以它也用作热交换器10中的冷却介质以在间接热交换中冷却供应的粗合成气流。
将在多级第二闪蒸再生装置的第三闪蒸级C中获得的含二氧化碳的闪蒸气流经由导管38、导管42、热交换器10和导管18供应至废气纯化装置60，在其中例如通过气体洗涤和/或吸附除去有害物质，并且然后经由导管62排放至环境中。例如痕量的甲醇洗涤介质可以在将废气排放至环境中之前通过水洗从废气中除去。经分离的甲醇可以任选地在纯化之后作为洗涤介质的一部分重复使用。
为了尤其地尽可能完全地从负载的洗涤介质/吸收剂进行CO2的解吸，还将从第二闪蒸再生装置排出的、贫二氧化碳的并因此已经部分再生的第四洗涤介质流经由导管32施加至汽提塔(再吸收塔)40，在其下部部分汽提气体(例如氮气)经由导管70和71引入并与洗涤介质接触。这增强了在气相与液相之间的传质，并且使进一步比例的CO2从洗涤介质解吸。然而，这也导致仍结合在洗涤介质中的硫组分(例如H2S)的不希望的解吸。为了防止/逆转该情况，汽提塔的上部部分被配置为再吸收塔，其中使用少量的新鲜的、再生的或部分再生的洗涤介质将H2S从汽提出的气体中洗涤出并因此被再吸收(未描绘)。因此，以此方式配置的汽提塔也称为再吸收塔。
将含二氧化碳和汽提气体的气态顶部产物流从再吸收塔的塔顶经由导管42排出。所述流经由热交换器10和导管18同样地供应至废气纯化装置60，在其中例如通过气体洗涤和/或吸附除去有害物质，并且然后经由导管62排放至环境中。这优选地与经由导管38从闪蒸再生装置排出的废气流一起进行。
在再吸收塔的塔釜中获得的是负载有硫组分的液体洗涤介质流，其经由导管44、泵46、导管48、热交换器26和导管28传递至热再生装置50并引入其中。热交换器26以与从热再生装置50排出的热再生甲醇洗涤介质间接热交换进行负载有硫组分的液体洗涤介质流的预热，该热再生甲醇洗涤介质因此被冷却。
在热再生装置50中，在本领域技术人员已知的热再生条件下处理负载的甲醇洗涤介质以获得再生的甲醇洗涤介质，该再生的甲醇洗涤介质经由导管52从热再生装置排出并经由热交换器26、导管54、泵56和导管58再循环至吸收装置。热再生装置进一步提供负载有硫组分(诸如H2S、COS或硫醇)的气流，其经由导管(未示出)从热再生装置排出。可以将它例如供应至用于通过克劳斯工艺或另一种硫回收工艺回收硫的设备(未描绘)。
图2示出了在具体实施例中根据本发明的方法/根据本发明的设备的示意图，其在细节上对应于结合图1所描述的那些。然而，根据本发明，现在仅将经由导管70供应的汽提气流的第一部分经由导管71引入再吸收塔，而将汽提气体的第二部分经由导管72引入多级第二闪蒸再生装置。通过将总汽提气流分成优选地通入再吸收塔的主要部分和通入多级第二闪蒸再生装置、特别是最后闪蒸级的剩余部分，可以提高工艺冷量的回收，从而提高方法/设备的能量效率。另外，二氧化碳从负载的洗涤介质解吸甚至在再吸收塔的上游得到改善，因此任选地允许所述塔制造得更小。
在本发明的另外的实施例(未示出)中，在闪蒸再生装置中获得的冷闪蒸气流中的一个、多个或全部借助于另外的热交换器用作冷却介质，用于冷却经由导管58再循环至吸收装置的再生洗涤介质。
数值实例
改变用于纯化粗合成气的设备的设备操作，使得先前(对比实例)供应至再吸收塔的氮气汽提气流的程度为100％，根据本发明，现在将5vol％供应至三级闪蒸再生装置的最后闪蒸级，并将剩余比例的95vol％供应至再吸收塔。将冷的闪蒸气体供应至根据图1和图2的热交换器10，并使用回收的工艺冷量用于冷却所引入的粗合成气。这使得能够相对于对比实例节省大约2％的制冷功率。此外，纯合成气中的二氧化碳含量从14ppmv(对比实例)降低至10ppmv(本发明)。
附图标记清单
[10] 热交换器
[11] 导管
[12] 导管
[14] 导管
[16] 导管
[18] 导管
[20] 吸收装置(吸收塔)
[22] 导管
[24] 导管
[25] 压缩机
[26] 热交换器
[27] 导管
[28] 导管
[29] 导管
[30] 包含级A、B、C的闪蒸再生装置
下部区域(H2S)：第一闪蒸再生装置
上部区域(CO2)：第二闪蒸再生装置
[32] 导管
[33] 导管
[34] 导管
[36] 导管
[38] 导管
[40] 汽提塔、再吸收塔
[42] 导管
[44] 导管
[46] 泵
[48] 导管
[50] 热再生装置
[52] 导管
[54] 导管
[56] 泵
[58] 导管
[60] 废气纯化装置
[62] 导管
[70] 导管
[71] 导管
[72] 导管

Claims (14)

1.一种用于通过用对于二氧化碳和硫组分有选择性的物理作用的液体洗涤介质进行气体洗涤来纯化含有作为目标组分的氢气和一氧化碳以及作为破坏性组分的二氧化碳和硫组分的粗合成气的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供包含至少两个吸收区的吸收装置，每个吸收区配备有增大表面积的内部构件诸如塔盘、规整填料或无规填料，其中在所述粗合成气的气体流动方向上，最初穿过至少一个硫组分吸收区并且随后穿过至少一个二氧化碳吸收区，
(b)提供要纯化的粗合成气流，通过与第一冷却介质的间接热交换冷却所述粗合成气流，将冷却的粗合成气流引入所述至少一个硫组分吸收区，
(c)使所述冷却的粗合成气流在所述至少一个硫组分吸收区中在硫组分吸收条件下与第一洗涤介质流接触，从所述至少一个硫组分吸收区排出贫硫组分的合成气流，从所述至少一个硫组分吸收区排出富含硫组分的洗涤介质流，将所述贫硫组分的合成气流引入所述至少一个二氧化碳吸收区，
(d)使所述贫硫组分的合成气流在所述至少一个二氧化碳吸收区中在二氧化碳吸收条件下与第二洗涤介质流接触，从所述至少一个二氧化碳吸收区排出贫二氧化碳的合成气流作为纯合成气，从所述至少一个二氧化碳吸收区排出富含二氧化碳的洗涤介质流，
(e)将所述富含硫组分的洗涤介质流供应至第一闪蒸再生装置并将其引入其中，从所述第一闪蒸再生装置排出含有硫组分并通过闪蒸贫二氧化碳的第三洗涤介质流和至少一个第一含二氧化碳的气流，
(f)从所述吸收装置排出富含二氧化碳的洗涤介质流，将其引入多级第二闪蒸再生装置，其中各个闪蒸级的压力在洗涤介质流的流动方向上降低，从所述第二闪蒸再生装置排出通过多级闪蒸贫二氧化碳的第四洗涤介质流和至少一个第二含二氧化碳的气流，
(g)将所述第三洗涤介质流和所述第四洗涤介质流引入再吸收塔，用汽提气体的第一部分在所述再吸收塔中汽提所述第三洗涤介质流或所述第三洗涤介质流和所述第四洗涤介质流，从所述再吸收塔排出包含二氧化碳和汽提气体的气态顶部产物流，从所述再吸收塔排出液体釜产物流，将所述釜产物流供应至热再生装置并将其引入其中，
(h)在热再生条件下在所述热再生装置中热再生来自所述再吸收塔的所述釜产物流，从所述热再生装置排出富含硫组分的产物气流和贫硫组分的第五洗涤介质流，将冷却之后的所述第五洗涤介质流的至少一部分作为所述第一洗涤介质流和/或第二洗涤介质流的成分再循环至所述吸收装置，
其特征在于，
(i)将所述汽提气体的第二部分引入所述多级第二闪蒸再生装置，并从其中排出包含二氧化碳和汽提气体的废气流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述汽提气体的第二部分引入所述多级第二闪蒸再生装置的最远下游闪蒸级。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将从所述多级第二闪蒸再生装置的最后闪蒸级排出的顶部产物流和/或从所述再吸收塔排出的顶部产物流，两者均含有二氧化碳和汽提气体，用作所述第一冷却介质的成分。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将从所述多级第二闪蒸再生装置的第一闪蒸级排出的所述含二氧化碳的气流再循环至所述吸收装置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二闪蒸再生装置包含至少三个闪蒸级，其中将含二氧化碳的气流作为二氧化碳产物流从中间闪蒸级排出。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将从所述多级第二闪蒸再生装置排出的所有气流用作所述第一冷却介质的成分。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二闪蒸再生装置包含至少三个闪蒸级，其中第一闪蒸级的压力是在5与30巴(绝对压力)之间，中间闪蒸级的压力是在2.5与5.0巴(绝对压力)之间，并且最后闪蒸级的压力是在1.5与2.5巴(绝对压力)之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述汽提气体的第二部分是在所述方法中使用的总汽提气体的按体积计不超过20％、优选地按体积计不超过10％、最优选地按体积计不超过5％。
9.一种用于通过用对于二氧化碳和硫组分有选择性的物理作用的液体洗涤介质进行气体洗涤来纯化含有作为目标组分的氢气和一氧化碳以及作为破坏性组分的二氧化碳和硫组分的粗合成气的设备，所述设备包括彼此流体连接的以下组件和成分：
(a)吸收装置，其包含至少两个吸收区，每个吸收区配备有增大表面积的内部构件诸如塔盘、规整填料或无规填料，被配置为使得在所述粗合成气的气体流动方向上，最初穿过至少一个第一吸收区(硫组分吸收区)并且随后穿过至少一个第二吸收区(二氧化碳吸收区)，
(b)用于提供要纯化的粗合成气流的装置，用于通过与第一冷却介质的间接热交换冷却所述粗合成气流的装置，用于将冷却的粗合成气流引入所述至少一个硫组分吸收区的装置，
(c)用于使所述冷却的粗合成气流在所述至少一个硫组分吸收区中与第一洗涤介质流接触的装置，用于从所述至少一个硫组分吸收区排出贫硫组分的合成气流的装置，用于从所述至少一个硫组分吸收区排出富含硫组分的洗涤介质流的装置，用于将所述贫硫组分的合成气流引入所述至少一个二氧化碳吸收区的装置，
(d)用于使所述贫硫组分的合成气流在所述至少一个二氧化碳吸收区中与第二洗涤介质流接触的装置，用于从所述至少一个二氧化碳吸收区排出贫二氧化碳的合成气流作为纯合成气的装置，用于从所述至少一个二氧化碳吸收区排出富含二氧化碳的洗涤介质流的装置，
(e)第一闪蒸再生装置，用于将所述富含硫组分的洗涤介质流供应至所述第一闪蒸再生装置并将其引入其中的装置，用于从所述第一闪蒸再生装置排出含有硫组分并通过闪蒸贫二氧化碳的第三洗涤介质流和至少一个第一含二氧化碳的气流的装置，
(f)多级第二闪蒸再生装置，被配置为使得各个闪蒸级的压力在所述洗涤介质流的流动方向上降低，用于从所述吸收装置排出富含二氧化碳的洗涤介质流的装置，用于将其引入所述多级第二闪蒸再生装置的装置，用于从所述第二闪蒸再生装置排出通过多级闪蒸贫二氧化碳的第四洗涤介质流和至少一个第二含二氧化碳的气流的装置，
(g)再吸收塔，用于将所述第三洗涤介质流和所述第四洗涤介质流引入所述再吸收塔的装置，用于将汽提气体的第一部分供应至所述再吸收塔的装置，用于从所述再吸收塔排出包含二氧化碳和汽提气体的气态顶部产物流的装置，热再生装置，用于从所述再吸收塔排出液体釜产物流的装置和用于将所述釜产物流供应至热再生装置并将其引入其中的装置，
(h)用于从所述热再生装置排出富含硫组分的产物气流和贫硫组分的第五洗涤介质流的装置，用于将冷却之后的所述第五洗涤介质流的至少一部分作为所述第一洗涤介质流和/或第二洗涤介质流的成分再循环至所述吸收装置的装置，
其特征在于，
(i)所述设备包括以下装置，所述装置允许所述汽提气体的第二部分引入所述多级第二闪蒸再生装置并从其中排出包含二氧化碳和汽提气体的废气流。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括以下装置，所述装置允许所述汽提气体的第二部分引入所述多级第二闪蒸再生装置的最远下游闪蒸级。
11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括以下装置，所述装置允许从所述多级第二闪蒸再生装置的最后闪蒸级排出的顶部产物流和/或从所述再吸收塔排出的顶部产物流，两者均含有二氧化碳和汽提气体，用作所述第一冷却介质的成分。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括以下装置，所述装置允许从所述多级第二闪蒸再生装置的第一闪蒸级排出的所述含二氧化碳的气流再循环至所述吸收装置。
13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述第二闪蒸再生装置包含至少三个闪蒸级，其中所述设备包括以下装置，所述装置允许含二氧化碳的气流作为二氧化碳产物流从中间闪蒸级排出。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括以下装置，所述装置允许从所述多级第二闪蒸再生装置排出的所有气流用作所述第一冷却介质的成分。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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