CN116768159A - 用于从合成气中去除二氧化碳的方法和设备 - Google Patents

用于从合成气中去除二氧化碳的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于从至少包含氢气和二氧化碳的合成气中去除二氧化碳的方法，其中在吸收装置中通过在升高的吸收压力下物理吸收该合成气至少部分不含二氧化碳。二氧化碳随后在多个串联布置的闪蒸阶段中通过相对于吸收压力的压力降低解吸并将至少部分再生的吸收介质从多个串联布置的闪蒸阶段的最后一个中取出，再压缩至吸收压力并再循环至吸收装置以用作吸收介质。根据本发明还提供了将来自多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个上游的闪蒸阶段的部分再生的吸收介质再压缩至吸收压力并再循环至吸收装置以用作吸收介质。本发明还涉及一种包括用于进行根据本发明的方法的装置的设备。

Description

用于从合成气中去除二氧化碳的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于从合成气中去除二氧化碳(CO2)的方法。本发明涉及一种用于从合成气中去除二氧化碳(CO2)的设备。
背景技术
随后公开的欧洲专利申请EP 20 020 521和EP 20 020 522描述了一种用于通过提供粗合成气并通过在物理吸收介质(例如甲醇)中在升高的压力下吸收来分离在粗合成气中存在的二氧化碳来生产氢气或合成气的方法。在顺序连接的多个闪蒸阶段中处理负载有二氧化碳的吸收介质以随后尽可能定量地从吸收介质中解吸二氧化碳并随后将其送往后续的加压储存或进一步使用。
该方法特别特殊，因为不需要负载的吸收介质的热再生-因此二氧化碳仅通过压力降低(闪蒸)从负载的吸收介质中解吸。然而，二氧化碳不能单独通过闪蒸去除到微量水平。并且然而，当串联布置的闪蒸阶段中的最后一个在低压至负压(真空)下操作时，实际上可以定量地从负载的吸收介质中解吸二氧化碳，如EP 20 020 521和EP 20 020 522中所述。从优选在负压下操作的此最后闪蒸阶段取出的吸收介质随后必须再压缩至吸收压力。必须将从最后闪蒸阶段同时取出的二氧化碳压缩至储存或进一步使用所需的压力。这两个操作都需要大规模使用电能用于其通常需要的典型旋转机械(泵和压缩机)。达到所需的二氧化碳分离速率进一步需要大量的吸收介质。这也导致将吸收介质再压缩至吸收压力的泵的高电力消耗。相关设备的电力消耗的特别高的比例是由于压缩机单元，该压缩机单元将解吸的二氧化碳再压缩至大气压力或更高的压力。
发明内容
本发明的总体目的是克服现有技术的上述缺点。
本发明的一个目的尤其是降低相关方法和相关设备的电力消耗并且从而降低运营成本(OPEX)。
本发明的另一个目的是在不接受吸收介质中的二氧化碳吸收和用于维持所需低温水平的冷却剂消耗方面的妥协的情况下减少相关方法和相关设备的电力消耗。
本发明的另一个目的是减少待压缩的二氧化碳量，从而以便减少所需压缩机单元的资本成本(CAPEX)。
本发明的另一个目的是在不接受吸收介质中的二氧化碳吸收和用于维持所需低温水平的冷却剂消耗方面的妥协的情况下减少待压缩的二氧化碳量。
独立权利要求有助于至少部分地实现上述目的中的至少一个。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这些目的中的至少一个。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的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“一个/种”不排除复数的可能存在。
本发明的一般实施例的特征在于一种用于从合成气中去除二氧化碳(CO2)的方法，其中该合成气至少包含氢气(H2)和二氧化碳(CO2)，该方法包括以下步骤
(a)提供物理吸收介质，特别是甲醇；
(b)向吸收装置供应该合成气并通过在该吸收装置中在吸收压力下在吸收介质中物理吸收二氧化碳从该合成气中去除二氧化碳，其中该吸收介质和该合成气在该吸收装置中逆流运行并且其中从该吸收装置中取出至少负载有二氧化碳的吸收介质和至少部分不含二氧化碳的合成气；
(c)通过相对于该吸收压力的压力降低，通过在多个串联布置的闪蒸阶段中解吸二氧化碳从由该吸收装置取出的负载的吸收介质中去除二氧化碳，其中闪蒸阶段中的主导压力在该吸收介质的流动方向上从闪蒸阶段到闪蒸阶段降低；
(d)从该多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个中取出至少部分再生的吸收介质，将该至少部分再生的吸收介质再压缩至吸收压力并再循环该至少部分再生的压缩的吸收介质以根据步骤(b)在该吸收装置中用作吸收介质；
(e)从该多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个上游的闪蒸阶段取出部分再生的吸收介质，将该部分再生的吸收介质再压缩至吸收压力并再循环该部分再生的压缩的吸收介质以根据步骤(b)在该吸收装置中用作吸收介质。
合成气任选地还包含一氧化碳(CO)。
根据步骤(b)，从吸收装置中取出至少部分不含二氧化碳的合成气。此取出的“合成气”在本发明的上下文中也可以是包含氢气作为主要组分并且仅包含少量一氧化碳(如果有的话)的气体混合物。
根据本发明，步骤(e)包括从多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个上游的闪蒸阶段取出部分再生的吸收介质。此外，根据本发明，将部分再生的吸收介质再压缩至吸收压力并将再压缩的部分再生的吸收介质再循环至吸收装置以再用作吸收介质。因此，仅部分再生的负载的吸收介质的一部分不被送至最后闪蒸阶段，而是用于吸收装置中的二氧化碳的吸收。
已经出人意料地发现，与没有部分再生的吸收介质的部分再循环的工艺模式相比，根据本发明的工艺模式可以实现显著的节能。这些节能主要在电力消耗方面实现，但也在用于冷却吸收介质的能量输入方面实现。冷却剂的使用进一步减少。由于用于再压缩二氧化碳的能量输入被完全减少，因此也可以实现在压缩机的资本成本方面的节省。
根据步骤(d)取出的至少部分再生的吸收介质必须具有比根据步骤(e)取出的部分再生的吸收介质更低的二氧化碳浓度。二氧化碳浓度应理解为意指物理结合到吸收介质或溶解在其中的二氧化碳的量，例如以每升吸收介质CO2的mol计。
吸收介质优选为甲醇。因此，步骤(a)优选包括提供甲醇作为物理吸收介质。二氧化碳优选在吸收装置中在低温、特别是深冷温度下吸收在甲醇中。甲醇在进入吸收装置之前优选具有低于-10℃或低于-20℃或低于-30℃或低于-40℃的温度。甲醇在进入吸收装置之前优选具有高于-60℃或高于-50℃的温度。
吸收装置例如被配置为吸收塔并且在吸收压力下操作。吸收压力是升高的压力，特别是明显高于环境压力的压力，特别是大于20巴或大于30巴的压力，例如20至80巴、优选30至70巴、更优选35至55巴、更优选35至45巴。
步骤(c)包括在多个串联布置的闪蒸阶段中通过相对于吸收压力的压力降低再次从吸收介质中解吸二氧化碳。闪蒸阶段串联布置并配置为例如闪蒸塔或闪蒸容器。“串联布置”应理解为特别意指多个闪蒸阶段顺序连接并彼此处于流体连通，特别是两个紧连的闪蒸阶段处于流体连通。闪蒸阶段中的压力低于吸收压力并且在吸收介质的流动方向上从闪蒸阶段到闪蒸阶段降低。因此，下游闪蒸阶段中的压力原则上低于此闪蒸阶段上游的闪蒸阶段中的压力。
步骤(e)包括从多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个上游的闪蒸阶段取出部分再生的吸收介质。如果根据本发明的方法包括例如总共四个闪蒸阶段，则部分再生的吸收介质可以从第一、第二和/或第三闪蒸阶段取出。因此，步骤(e)可以包括从多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个上游的多个闪蒸阶段取出部分再生的吸收介质。部分再生的吸收介质优选不从多个串联布置的闪蒸阶段中的第一个中取出。部分再生的吸收介质优选从多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个上游紧邻的闪蒸阶段取出。如果根据本发明的方法包括例如四个闪蒸阶段，则步骤(e)优选包括从第三闪蒸阶段取出部分再生的吸收介质。如果根据本发明的方法包括例如三个闪蒸阶段，则步骤(e)优选包括从第二闪蒸阶段取出部分再生的吸收介质。
从多个串联布置的闪蒸阶段的最后一个取出的根据步骤(d)的至少部分再生的吸收介质部分再生或完全再生。在本发明的上下文中，“完全再生”应理解为意指吸收介质不再负载或仅少量负载二氧化碳。在一个实例中，此种完全再生的吸收介质具有相对于在吸收装置中在吸收介质中最初实现的二氧化碳浓度为0％至2％的二氧化碳浓度。因此，根据步骤(e)部分再生的吸收介质具有比根据步骤(d)至少部分再生的吸收介质更高的二氧化碳浓度。在一个实例中，根据步骤(e)部分再生的吸收介质具有相对于在吸收装置中在吸收介质中最初实现的二氧化碳浓度为3％至10％的二氧化碳浓度。
供应至吸收装置的合成气是通过本领域技术人员已知的方法生产的。实例包括蒸汽重整(SMR)、自热重整(ATR)、气体加热重整(GHR)和上述的组合。这些方法产生至少包含成分氢气(H2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的合成气。合成气生产方法优选为自热重整。当需要特别高的气体容量时，通常选择自热重整来生产合成气。在此类情况下，通过物理吸收去除二氧化碳通常比化学吸收二氧化碳的方法(例如胺洗涤)在经济上更有利。使主要生产的合成气优选在随后的步骤中经受水煤气变换反应以提高氢气的产量。通过在水煤气变换反应过程中将一氧化碳转化为二氧化碳，供应至吸收装置的合成气包含氢气和二氧化碳作为其主要组分。作为在根据本发明的方法的过程中从合成气中分离二氧化碳的结果，在这种情况下，步骤(a)优选地包括从吸收装置中取出包含氢气作为其主要成分的合成气。此粗氢气产品可以例如被供应至变压吸附工艺(PSA)用于进一步处理以获得纯氢气。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于，根据步骤(e)被取出并再循环至步骤(b)的部分再生的吸收介质的比例是该方法中使用的吸收介质的总量的10％至50％，优选该方法中使用的吸收介质的总量的20％至40％。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于，在多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个中的主导压力对应于负压。
串联布置的闪蒸阶段中的最后一个优选在负压(真空)下操作。在一个实例中，串联布置的闪蒸阶段中的最后一个处于0.1至0.9巴、优选0.1至0.5巴、更优选0.2巴的压力。“负压”应理解为意指低于环境压力的压力。在最后闪蒸阶段中使用负压使解吸的二氧化碳的产量最大化并使至少部分再生的吸收介质的容量最大化以将二氧化碳再吸收到吸收装置中。
在根据本发明的方法的另一个实施例中，多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个中的压力对应于负压并且此最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段中的压力对应于负压。如果最后两个闪蒸阶段在负压下操作，则对于相同量的分离的二氧化碳，这额外节省了二氧化碳再压缩的能量，如通过相应的模拟证明的。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于，在多个串联布置的闪蒸阶段中的最后闪蒸阶段中解吸的二氧化碳从所述最后闪蒸阶段取出并压缩至与所述最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段的压力相对应的压力，并且在于从最后闪蒸阶段取出并压缩的二氧化碳被供应至所述最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段。
在本发明的上下文中，“压缩至与所述闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段的压力相对应的压力”应理解为意指二氧化碳被压缩至与紧邻上游闪蒸阶段中的压力基本上或精确地相对应的压力。二氧化碳尤其被压缩至与紧邻上游闪蒸阶段中的压力相对应的压力±10％或±5％或±3％。
串联布置的闪蒸阶段中的最后一个优选为这样的闪蒸阶段，其中此闪蒸阶段中的压力对应于负压。因此，可以将真空压缩机的吸入侧连接到此闪蒸阶段以在此闪蒸阶段中产生负压。真空压缩机的压力侧连接到此最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段。然后，真空压缩机的压力侧上的压力对应于此上游闪蒸阶段中的压力或基本上对应于该压力。这导致在根据本发明的方法中各个装置的简化互连。此外，真空压缩机的压力侧上的二氧化碳仅被压缩至最小所需压力，从而使对压缩能量的需求最小化。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于，最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段中的主导压力对应于环境压力或低于吸收压力的压力，并且在于在所述闪蒸阶段中解吸的二氧化碳从此闪蒸阶段取出并进一步用作二氧化碳产物。当最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段不是串联布置的闪蒸阶段中的第一个时是优选的。在总数为三个串联布置的闪蒸阶段的情况下，其优选为第二闪蒸阶段。
当最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段是其中环境压力或中等正压力主导的闪蒸阶段时是优选的。此种闪蒸阶段也称为低压闪蒸阶段。当此种低压闪蒸阶段具有1至5巴、优选1至3巴、更优选1至2巴、更优选1.1至1.7巴、更优选1.5巴的压力时是优选的。
取决于最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段中的主导压力，从此闪蒸阶段取出的二氧化碳可直接送至进一步使用或储存。进一步使用或储存可任选地需要额外的压缩步骤，特别是当此闪蒸阶段是低压闪蒸阶段时。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于，在多个串联布置的闪蒸阶段中的第一闪蒸阶段中解吸在吸收装置中共吸收的有价值气体，特别是氢气，并将有价值气体从此第一闪蒸阶段取出并再压缩至吸收压力并将再压缩的有价值气体供应给合成气。
此措施使根据步骤(a)从吸收装置取出的不含二氧化碳的合成气的产量最大化。不含二氧化碳的合成气优选为粗氢气产品。
多个串联布置的闪蒸阶段中的第一闪蒸阶段优选为中压闪蒸阶段。中压闪蒸阶段例如在10至25巴、优选12至20巴、特别优选15巴的压力下操作。这些压力范围确保基本上氢气在第一闪蒸阶段被解吸并且二氧化碳保持选择性地物理结合到吸收介质。
中间闪蒸阶段可替代地是在5至12巴、优选6至10巴、特别优选8巴的压力下操作的闪蒸阶段。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于，多个串联布置的闪蒸阶段包括至少三个闪蒸阶段。多个串联布置的闪蒸阶段优选地包括三个闪蒸阶段。可替代地且优选地，多个串联布置的闪蒸阶段包括四个闪蒸阶段。
如果多个串联布置的闪蒸阶段包括三个闪蒸阶段，则在吸收介质的流动方向上，三个闪蒸阶段优选地被配置为中压闪蒸阶段、低压闪蒸阶段和负压闪蒸阶段。中压闪蒸阶段优选具有10至25巴的压力，更优选12至20巴的压力，更优选15巴。低压闪蒸阶段优选具有1至5巴、更优选1至3巴、更优选1至2巴、更优选1.1至1.7巴、更优选1.5巴的压力。负压闪蒸阶段优选具有0.1至0.9巴、更优选0.1至0.5巴、更优选0.2巴的压力。
如果多个串联布置的闪蒸阶段包括四个闪蒸阶段，则在吸收介质的流动方向上，四个闪蒸阶段优选地被配置为第一中压闪蒸阶段、第二中压闪蒸阶段、低压闪蒸阶段和负压闪蒸阶段。第一中压闪蒸阶段优选具有10至25巴、更优选12至20巴、更优选15巴的压力。第二中间闪蒸阶段优选具有5至12巴、更优选6至10巴、更优选8巴的压力。低压闪蒸阶段优选具有1至5巴、更优选1至3巴、更优选1至2巴、更优选1.1至1.7巴、更优选1.5巴的压力。负压闪蒸阶段优选具有0.1至0.9巴、更优选0.1至0.5巴、更优选0.2巴的压力。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于，在合成气的气体流动方向上，吸收装置包括多个串联布置的吸收阶段，其中根据步骤(d)取出的至少部分再生的吸收介质被供应至吸收阶段之一，并且其中根据步骤(e)取出的部分再生的吸收介质被供应至上述吸收阶段上游的吸收阶段。
就许多吸收介质(特别是甲醇)而言，通常存在于合成气中的杂质，例如氰化氢或其他酸性气体，表现出比二氧化碳更高的吸收系数。以上措施确保根据步骤(d)取出的至少部分再生的吸收介质，其具有比根据步骤(e)的至少部分再生的吸收介质更低的二氧化碳浓度，在下游吸收阶段与合成气流接触，该合成气流优选仅包含二氧化碳作为待去除的成分。这提高了吸收过程的选择性和主要包含氢气的根据步骤(a)从吸收装置中取出的合成气的纯度。
因此，当从步骤(d)取出的至少部分再生的吸收介质被供应至的吸收阶段是吸收装置的串联布置的吸收阶段中的最后吸收阶段时是优选的。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于，该方法不包括用于再生负载的吸收介质的热再生步骤。
如以上提及的，根据本发明的方法具有以下特征：仅使用相对于吸收压力的压力降低(闪蒸)来解吸二氧化碳。特别地，根据本发明的方法不需要热再生步骤，其中吸收介质被加热至沸点，如通常用于气体洗涤以完全再生吸收介质。在此种热再生步骤中，吸收介质蒸气充当汽提介质。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于，该方法不需要用于再生负载的吸收介质的汽提助剂。
用于从吸收介质中定量解吸二氧化碳的没有汽提助剂的工艺模式是可能的，尤其是当串联布置的闪蒸阶段中的最后一个在负压(真空)下操作时。气体洗涤工艺通常在闪蒸阶段中使用氮气作为汽提助剂。然而，这将导致二氧化碳产品的污染并需要下游气体分离。
对于本发明的上述方法特征所描述的优点和效果同样适用于以下的设备特征，至少对于技术上等效的装置特征。
本发明的一般实施例的特征在于一种用于从合成气中去除二氧化碳(CO2)的设备，其中该合成气至少包含氢气(H2)和二氧化碳(CO2)，该设备包括彼此可操作连接的以下设备部件：
(a)用于提供物理吸收介质，特别是甲醇的装置；
(b)吸收装置和用于将该合成气供应至该吸收装置的装置，其中该吸收装置被配置为使得二氧化碳通过在吸收压力下在该吸收介质中物理吸收从该合成气中可去除并且该吸收装置被配置为使得该吸收介质和该合成气可以在该吸收装置中逆流运行并且其中该吸收装置进一步被配置为使得至少负载有二氧化碳的吸收介质和至少部分不含二氧化碳的合成气从该吸收装置中可取出；
(c)用于通过解吸从由该吸收装置可取出的该负载的吸收介质中去除二氧化碳的装置，其中该装置至少包括多个串联布置的闪蒸阶段，其中所述闪蒸阶段被配置为使得可以在其中进行相对于该吸收压力的压力降低，并且这些闪蒸阶段进一步被配置为使得闪蒸阶段中的主导压力可以在介质的流动方向上从闪蒸阶段到闪蒸阶段降低；
(d)用于从该多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个中取出至少部分再生的吸收介质的装置，用于将该至少部分再生的吸收介质再压缩至吸收压力的装置和用于再循环该至少部分再生的压缩的吸收介质以根据(b)在该吸收装置中用作吸收介质的装置；
(e)用于从该多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个上游的闪蒸阶段取出部分再生的吸收介质的装置，用于将该部分再生的吸收介质再压缩至吸收压力的装置和用于再循环该部分再生的压缩的吸收介质以根据(b)在该吸收装置中用作吸收介质的装置。
根据本发明的设备的一个实施例的特征在于，该设备包括用于在多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个中产生负压的装置。
根据本发明的设备的一个实施例的特征在于，该设备包括用于取出和压缩在多个串联布置的闪蒸阶段中的最后闪蒸阶段中可解吸的二氧化碳的装置，其中用于压缩的装置被配置为使得可解吸的二氧化碳可压缩到的压力对应于所述最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段的压力，并且其中该设备包括用于将可从最后闪蒸阶段取出并压缩的二氧化碳供应至多个串联布置的闪蒸阶段中的最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段的装置。
根据本发明的设备的一个实施例的特征在于，在合成气的气体流动方向上，吸收装置包括多个串联布置的吸收阶段，其中该设备包括装置使得根据(d)取出的至少部分再生的吸收介质可供应至吸收阶段之一，并且该设备包括装置使得根据(e)取出的部分再生的吸收介质可供应至上述吸收阶段上游的吸收阶段。
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于，该设备不包括用于热再生负载的吸收介质的装置。
根据本发明的设备的一个实施例的特征在于，该设备不包括用于提供用于在闪蒸阶段中使用的汽提助剂的装置。
本发明的至少一个目的通过使用根据至少一个实施例的本发明方法或通过使用根据至少一个实施例的本发明设备用于生产用作燃料的氢气产品来进一步至少部分地解决，该氢气产品具有至少95mol％的氢气含量和小于1mol％的二氧化碳含量。当使用根据本发明的方法或根据本发明的设备用于生产用作燃料的氢气产品时是优选的，该氢气产品具有至少98mol％或至少99mol％的氢气含量和小于0.5mol％或小于0.1mol％的二氧化碳含量。
示例性实施例
在图1和2中，相同的元件具有相同的附图标记。
图1示出了与本发明的可能实施例相对应的方法100的非常简化的流程框图。吸收介质为甲醇。气体流用虚线表示，而液体流用实线表示。流的流动方向用箭头指示。
包含氢气(H2)和二氧化碳(CO2)作为主要成分的来自水煤气变换反应器(未示出)的合成气在38巴的压力和约40℃的温度下通过管道30供应并在热交换器20中通过来自管道32的冷合成气初始冷却至约-10℃的温度。冷却至此温度的合成气通过管道31被输送并且随后进入呈吸收塔形式的吸收装置10的下部区域。吸收装置10在38巴的吸收压力下操作并包括在气体流动方向上顺序连接的三个吸收阶段21、22和23。合成气最初进入第一吸收阶段21。第一吸收阶段21用于从合成气中首先去除二氧化碳并用低温甲醇进一步冷却合成气。其通过管道17从布置在其上方的第二吸收阶段进入第一吸收阶段21并在管道17中通过制冷剂蒸发器-热交换器27冷却。预纯化的合成气穿过烟囱式塔板17并进入第二吸收阶段22，在该阶段中从合成气中去除大部分二氧化碳。第二吸收阶段22从管道46供应低温甲醇流(冷却装置未示出)，该管道具有约5mol％的二氧化碳残留负载量(甲醇中二氧化碳的浓度)和约-39℃的温度。此外，第二吸收阶段22可以(任选地)通过管道34从第三吸收阶段23供应低温甲醇。不含二氧化碳的合成气随后通过烟囱式塔板18进入第三吸收阶段23。此阶段进行合成气的精细纯化，即所述气体大体上不含任何剩余残留量的二氧化碳，降至微量水平。第三吸收阶段23从管道45(冷却装置未示出)供应低温甲醇，该管道具有约1mol％的二氧化碳残留负载量(甲醇中二氧化碳的浓度)和约-48℃的温度。
包含氢气作为剩余的主要组分的实际上完全不含二氧化碳的合成气随后通过管道32从吸收装置10中取出并在穿过热交换器20时被加热。经加热的合成气随后通过管道33输送并且可以例如在用于加热的低二氧化碳燃料的情况下用作未经处理的氢气产品(所谓的“燃料级”氢气)。在随后的纯化步骤中的处理也是可能的，例如借助于变压吸附(未示出)以获得纯氢气产品。
负载的甲醇通过管道36从吸收装置10的底部区域取出并在减压至约15巴之后通过减压阀14进入中压闪蒸阶段11。中压闪蒸阶段11是呈闪蒸塔的形式并且主要用于解吸二氧化碳，而不是解吸在吸收装置10中共吸收的有价值气体，特别是共吸收的氢气。解吸的氢气和任选的另外气体通过管道37从中压闪蒸阶段取出并通过再循环气体压缩机26再压缩至38巴的吸收压力。在中压闪蒸阶段11中解吸和压缩的氢气随后在管道30中供应至合成气主流。
仍然负载有大部分二氧化碳的甲醇通过管道39从中压闪蒸阶段取出并在减压至约1.5巴之后通过减压阀15进入同样呈闪蒸塔形式的低压闪蒸阶段12。压力降至1.5巴使大部分二氧化碳从甲醇吸收介质中解吸。排放的二氧化碳通过管道42从低压闪蒸阶段12取出。在将压力降低至约1.5巴之后，吸收介质(甲醇)保持约5mol％的残留负载量(甲醇中二氧化碳的浓度)(管道36)。此部分再生的甲醇通过管道16从低压闪蒸阶段取出并且随后通过管道41和40分流。部分再生的甲醇的第一子流通过管道41和46供应至第二吸收阶段22。在管道41与46之间布置有吸收介质泵，其将部分再生的甲醇再压缩至38巴的吸收压力。部分再生的甲醇的剩余子流作为第二子流通过管道40供应至同样呈闪蒸塔形式的负压闪蒸阶段13。在设备中循环的甲醇的总流中第一子流的比例为约30％。
负压闪蒸阶段13在0.2巴的压力下操作。此真空由真空压缩机25产生。真空压缩机25布置在管道47与43之间。因此，真空压缩机25的吸入侧通过管道43连接至负压闪蒸阶段13。在负压闪蒸阶段13中施加负压进一步将第二子流的负载甲醇中的二氧化碳浓度降低至1mol％(甲醇中二氧化碳的浓度)。由此排出的二氧化碳通过管道43从负压闪蒸阶段取出并通过真空压缩机25压缩至1.5巴的压力。真空压缩机25的压力侧通过管道47连接至低压闪蒸阶段12，在其中因此1.5巴的压力占主导。在负压闪蒸阶段13中排出的二氧化碳与在负压闪蒸阶段12中排出的二氧化碳一起通过管道42离开后者。由此在管道42中产生的二氧化碳产品随后被输送用于储存或用于进一步使用(未示出)，任选地在进一步压缩之后。
通过在负压下闪蒸大部分再生的甲醇(在甲醇中约1mol％二氧化碳的二氧化碳负载量)通过管道44从负压闪蒸阶段13取出并使用吸收介质泵24再压缩至38巴的吸收压力。压缩的大部分再生的甲醇通过管道45输送并且随后进入吸收装置10的第三吸收阶段23，在该第三吸收阶段中其用于如上所述的上升合成气流的精细纯化。
图2示出了没有本发明的再循环来自低压闪蒸阶段12的部分再生的甲醇的作为对比实例的方法200。换言之，在负压闪蒸阶段13中再生的甲醇的总量被再循环至吸收装置10。由于第二吸收阶段22因此不直接供应来自低压闪蒸阶段12的部分再生的甲醇，因此在此必须通过管道34向第二吸收阶段22供应来自第三吸收阶段23的部分负载的甲醇。
下表参考数值实例说明了具有本发明的根据步骤(e)的吸收介质再循环或设备部件(e)的根据本发明的方法和根据本发明的设备的优点。报告的值是基于使用来自艾斯本技术公司(AspenTech)的Aspen软件进行的模拟。
在以上实例中，来自低压闪蒸阶段12的18 691kmol/hr的吸收介质通过管道41和46再循环至第二吸收阶段22。这相当于吸收介质总流的30％的比例。如从表中明显的，本发明的吸收介质再循环(图1，方法100)实现了该方法所需的电功率的出人意料地高的节约，同时分离的二氧化碳的量，即最初被吸收并随后作为二氧化碳产品释放的量保持不变。相对于没有吸收介质再循环的相同方法(图2，方法200)，该方法的电功率节省总计为16％。另外并且出人意料地发现，热冷却所需的功率下降了约0.9％。乍一看这似乎很小，但就工业规模的方法而言是显著的。因此，就吸收介质而言，需要较小的冷却剂质量流量来实现可比较的低温水平。就整个方法而言，根据图1的方法100的运营成本(OPEX)相对于根据图2的方法200下降了约9％(表中未示出)。由于对于本发明实例，真空压缩机25所需的功率降低了约30％，因此在此装置的情况下也可以在资本成本(CAPEX)方面作出节省。
附图标记清单
100、200 方法
10 吸收装置
11 中压闪蒸阶段
12 低压闪蒸阶段
13 负压闪蒸阶段
14、15 减压阀
17 第一烟囱式塔板
18 第二烟囱式塔板
19 烟囱式塔板
20 热交换器
21 第一吸收阶段
22 第二吸收阶段
23 第三吸收阶段
24 吸收介质泵
25 真空压缩机
26 再循环气体压缩机
27 制冷剂蒸发器-热交换器
28 吸收介质泵
16、30-47 管道

Claims (18)

1.一种用于从合成气中去除二氧化碳(CO2)的方法，其中该合成气至少包含氢气(H2)和二氧化碳(CO2)，该方法包括以下步骤
(a)提供物理吸收介质，特别是甲醇；
(b)向吸收装置供应该合成气并通过在该吸收装置中在吸收压力下在吸收介质中物理吸收二氧化碳从该合成气中去除二氧化碳，其中该吸收介质和该合成气在该吸收装置中逆流运行并且其中从该吸收装置中取出至少负载有二氧化碳的吸收介质和至少部分不含二氧化碳的合成气；
(c)通过相对于该吸收压力的压力降低，通过在多个串联布置的闪蒸阶段中解吸二氧化碳从由该吸收装置取出的负载的吸收介质中去除二氧化碳，其中闪蒸阶段中的主导压力在该吸收介质的流动方向上从闪蒸阶段到闪蒸阶段降低；
(d)从该多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个中取出至少部分再生的吸收介质，将该至少部分再生的吸收介质再压缩至吸收压力并再循环该至少部分再生的压缩的吸收介质以根据步骤(b)在该吸收装置中用作吸收介质；
(e)从该多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个上游的闪蒸阶段取出部分再生的吸收介质，将该部分再生的吸收介质再压缩至吸收压力并再循环该部分再生的压缩的吸收介质以根据步骤(b)在该吸收装置中用作吸收介质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据步骤(e)被取出并再循环至步骤(b)的部分再生的吸收介质的比例是该方法中使用的吸收介质的总量的10％至50％，优选该方法中使用的吸收介质的总量的20％至40％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个中的主导压力对应于负压。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在多个串联布置的闪蒸阶段中的最后闪蒸阶段中解吸的二氧化碳从所述最后闪蒸阶段取出并压缩至与所述最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段的压力相对应的压力，并且在于从最后闪蒸阶段取出并压缩的二氧化碳被供应至所述最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段中的主导压力对应于环境压力或低于吸收压力的压力，并且在于在所述闪蒸阶段中解吸的二氧化碳从此闪蒸阶段取出并进一步用作二氧化碳产物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在多个串联布置的闪蒸阶段中的第一闪蒸阶段中解吸在吸收装置中共吸收的有价值气体，特别是氢气，并将有价值气体从此第一闪蒸阶段取出并再压缩至吸收压力并将再压缩的有价值气体供应给合成气。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，多个串联布置的闪蒸阶段包括至少三个闪蒸阶段。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在合成气的气体流动方向上，吸收装置包括多个串联布置的吸收阶段，其中根据步骤(d)取出的至少部分再生的吸收介质被供应至吸收阶段之一，并且其中根据步骤(e)取出的部分再生的吸收介质被供应至上述吸收阶段上游的吸收阶段。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，从步骤(d)取出的该至少部分再生的吸收介质被供应至的该吸收阶段是该吸收装置的这些串联布置的吸收阶段中的最后吸收阶段。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该方法不包括用于再生负载的吸收介质的热再生步骤。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该方法不需要用于再生负载的吸收介质的汽提助剂。
12.一种用于从合成气中去除二氧化碳(CO2)的设备，其中该合成气至少包含氢气(H2)和二氧化碳(CO2)，该设备包括彼此可操作连接的以下设备部件：
(a)用于提供物理吸收介质，特别是甲醇的装置；
(b)吸收装置和用于将该合成气供应至该吸收装置的装置，其中该吸收装置被配置为使得二氧化碳通过在吸收压力下在该吸收介质中物理吸收从该合成气中可去除并且该吸收装置被配置为使得该吸收介质和该合成气可以在该吸收装置中逆流运行并且其中该吸收装置进一步被配置为使得至少负载有二氧化碳的吸收介质和至少部分不含二氧化碳的合成气从该吸收装置中可取出；
(c)用于通过解吸从由该吸收装置可取出的该负载的吸收介质中去除二氧化碳的装置，其中该装置至少包括多个串联布置的闪蒸阶段，其中所述闪蒸阶段被配置为使得可以在其中进行相对于该吸收压力的压力降低，并且这些闪蒸阶段进一步被配置为使得闪蒸阶段中的主导压力可以在介质的流动方向上从闪蒸阶段到闪蒸阶段降低；
(d)用于从该多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个中取出至少部分再生的吸收介质的装置，用于将该至少部分再生的吸收介质再压缩至吸收压力的装置和用于再循环该至少部分再生的压缩的吸收介质以根据(b)在该吸收装置中用作吸收介质的装置；
(e)用于从该多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个上游的闪蒸阶段取出部分再生的吸收介质的装置，用于将该部分再生的吸收介质再压缩至吸收压力的装置和用于再循环该部分再生的压缩的吸收介质以根据(b)在该吸收装置中用作吸收介质的装置。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，该设备包括用于在多个串联布置的闪蒸阶段中的最后一个中产生负压的装置。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其特征在于，该设备包括用于取出和压缩在多个串联布置的闪蒸阶段中的最后闪蒸阶段中可解吸的二氧化碳的装置，其中用于压缩的装置被配置为使得可解吸的二氧化碳可压缩到的压力对应于所述最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段的压力，并且其中该设备包括用于将可从最后闪蒸阶段取出并压缩的二氧化碳供应至多个串联布置的闪蒸阶段中的最后闪蒸阶段上游紧邻的闪蒸阶段的装置。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备，其特征在于，在合成气的气体流动方向上，吸收装置包括多个串联布置的吸收阶段，其中该设备包括装置使得根据(d)取出的至少部分再生的吸收介质可供应至吸收阶段之一，并且该设备包括装置使得根据(e)取出的部分再生的吸收介质可供应至上述吸收阶段上游的吸收阶段。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的设备，其特征在于，该设备不包括用于热再生负载的吸收介质的装置。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的设备，其特征在于，该设备不包括用于提供用于在闪蒸阶段中使用的汽提助剂的装置。
18.根据权利要求1至11中任一项所述的方法或根据权利要求12至17中任一项所述的设备用于生产用作燃料的氢气产品的用途，该氢气产品具有至少95mol％的氢气含量和小于1mol％的二氧化碳含量。
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