CN1189233C - 使用聚乙二醇从气体中除去污染物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供从产品气，如天然气或合成气中除去气体污染物，如硫化氢和二氧化碳的方法。根据本发明，产品气和包括聚乙二醇二烷基醚和水的溶剂接触，并采用高压循环回路以从溶剂中解吸一部分气体污染物和共吸收的产品气。溶剂含有一定量的水，足以增加共吸收产品气的回收率，同时使溶剂的循环率要求量降低并使循环气的再压缩要求量和冷却要求量降低。

Description

使用聚乙二醇从气体中除去污染物的方法

发明背景

本发明涉及从包括污染物的气体混合物中，除去气体污染物，如硫化氢和二氧化碳的方法。更具体地，本发明涉及采用包括聚乙二醇的二烷基醚和水的溶剂，从产品气物流，如天然、合成或其它产品气物流中，除去气体污染物的方法。

在本领域，使用包括聚亚烷基二醇的二烷基醚混合物的溶剂，从有价值的产品气中除去气体污染物是已知的。在有利于吸收的高压和/或低温条件下操作的吸收器或其它专用设备中，通过将污染的产品气和新鲜溶剂接触，而除去这些污染物。一旦除去污染物，根据产品流的规格，将净化的气体用于出售或用于另外的下游调节。在有利于解吸的低压和/或高温条件下，通过排除吸收的污染物而将溶剂再生用于再使用。典型地使用闪蒸罐和/或汽提塔进行这样的分离。

使用聚乙二醇的二烷基醚除去气体污染物通常会导致有价值产品气，如甲烷的共吸收。在再生过程期间，共吸收的气体一般从溶剂中脱出，并且由于含有高浓度的不希望的污染物，共吸收的气体一般具有较小的价值或者没有价值。通过向系统设计中加入高压循环回路，可以典型地降低有价值共吸收气体的损失。高压循环回路允许富溶剂部分再生，并将在循环回路中释放出的气体(它是有价值的产品气和不希望的气体污染物的混合物)再压缩、冷却并循环回到吸收器中，在此回收释放出的产品气。如在本领域中所公知的那样，由于包括在回路中的闪蒸罐的操作压力低于吸收器的压力但高于溶剂完全再生的压力，术语“高压”用于表征回路。

尽管高压循环回路增加了产品气收入，但包括循环回路的系统的资金和操作支出也增加。循环回路要求的高压闪蒸罐、压缩设备和热交换器都具有相应的成本。此外，通过吸收器的增加的气体流常常增加吸收器的循环要求量，这使得需要更大的高压泵、热交换器、管线和整个系统中的其它组件。

通常通过调节循环闪蒸罐的压力，而达到在增加的产品气回收率和增加的资金和操作成本之间的经济优化。高闪蒸罐压力导致低循环气容积、低产品气回收率和低的附加成本。低闪蒸罐压力导致高循环气容积、高产品气回收率和高的附加成本。然而，已经证明合适地平衡这些参数相当困难，并且调节闪蒸罐压力一般不能提供抵消增加的资金和操作支出的有效手段和对最大化产品气回收率的需要，增加的资金和操作支出和包括高压循环回路的系统有关。

发明概述

本发明提供了使用包括聚乙二醇二烷基醚和水的溶剂，从产品气中除去气体污染物的方法。该方法包括高压循环回路以降低共吸的收产品气的损失。然而，由于溶剂也包括足够多的水，和高压循环回路有关的资金和操作成本显著降低。

该方法对从产品气，如天然气和合成气中除去气体污染物，如硫化氢和二氧化碳特别有用。然而，应当理解，本发明并不局限于这一点并且该方法可用于从各种工业有价值产品气中除去不同的硫化合物、氧硫化碳和其它气体污染物。

根据本发明，包含气体污染物的产品气和溶剂在至少一个吸收阶段接触。规定量的气体污染物由溶剂从产品气中除去，并且将净化的产品气从吸收阶段排出。然后将包含溶解的气体污染物和共吸收的产品气的溶剂，在高压循环回路中部分再生，在这里一部分溶解的气体污染物和共吸收的产品气从溶剂中释放出来作为循环气。将循环气再压缩、冷却并然后返回到吸收阶段。通过除去溶剂中存在的剩余部分溶解酸性气体污染物和共吸收的产品气，完成溶剂的再生。在此再生阶段，从溶剂中除去的共吸收产品气和气体污染物释放出来作为废气。然后将完全再生的溶剂返回到吸收阶段。

溶剂含有足够量的水，以增加共吸收产品气的回收率，同时使溶剂的循环速率要求量降低和使循环气的再压缩要求量和冷却要求量降低。因此，溶剂的使用使典型地与采用高压循环回路的方法有关的资金和操作成本降低，最显著地使与用于循环气的再压缩和冷却要求有关的成本降低，同时使产品气的回收率增加。

在本发明的优选实施方案中，溶剂包括聚乙二醇二甲醚和足够量水的混合物，以提供在无气体基础上，含有约2wt％到约10wt％的水的溶剂。更优选，在无气体的基础上，溶剂包括约5wt％到约8wt％的水。

附图简述

图1是根据本发明教导的方法操作的系统的示意图。

发明详述

图1说明用于从产品气中除去气体污染物的系统，该系统根据本发明教导的方法操作。因此，结合图1中所示系统的描述说明本发明。

如图1所示，系统统称为10，包括吸收器12、和循环回路，该循环回路统称为14，它包括高压闪蒸罐16、循环压缩机18和循环冷却器20。该系统还包括低压闪蒸罐22、循环泵24和蒸馏装置26。

包含气体污染物的产品气，例如被硫化氢和二氧化碳污染的天然气，通过管线30进入吸收器12的底部，产品气和再生的液体溶剂充分接触，溶剂通过管线32在靠近吸收器顶部的位置进入。吸收器是本领域技术人员公知的常规的塔式吸收器，在吸收器中接触产品气的再生溶剂包括聚乙二醇的二烷基醚和水的混合物。

许多这样的溶剂对本领域技术人员是公知的。一般情况下，这些溶剂包括一种或多种聚乙二醇二烷基醚，这些聚乙二醇二烷基醚正常为液体并在处理污染的产品气的条件下保持为液体。典型地，溶剂包括聚乙二醇二甲醚或二乙醚的混合物，优选为具有如下通式的聚乙二醇二甲醚的混合物：

                   CH₃O(CH₂H₄O)_xCH₃

其中x是3-9。用于本发明的最优选溶剂包括这样的聚乙二醇二甲醚的混合物，该聚乙二醇二甲醚购自Union Carbide Corporation，Danbury，CT，并以注册商标“SELEXOL”销售。

在吸收器12中，通过溶剂除去包含在产品气中的规定量气体污染物，将净化的产品气，即含有除去的规定量的污染物的产品气，通过管线34从吸收器的顶部排出。典型地，在吸收器12中，基本上所有的气体污染物从产品气中除去；然而，如本领域技术人员所公知的那样，情况并不总是这样，除去的污染物量依赖于净化的产品气物流的具体用途。

富溶剂(rich solvent)，它现在包含溶解的污染物和共吸收的产品气，从吸收器12的底部排出并通过管线36到达循环回路14，在这里溶剂被部分再生。富溶剂直接到达高压闪蒸罐16，在高压闪蒸罐16中一部分溶解的气体污染物和共吸收的产品气从溶剂中解吸出来，并从闪蒸罐16排出作为循环气。循环气通过管线38到达循环压缩机18，该循环压缩机18包括一个或多个压缩机装置，在此循环气被再压缩。然后通过管线40将气体送到循环冷却器20，该循环冷却器20包括一个或多个热交换器，在这里循环气在通过管线42返回到吸收器12之前被冷却。如上所述，由于闪蒸罐16的操作压力低于吸收器的操作压力但高于闪蒸罐22中的再生压力，回路14被称为“高压循环回路”。

溶剂，现在仅包含残余部分的溶解的气体污染物和共吸收的产品气，从高压闪蒸罐排出并通过管线44到达低压闪蒸罐22。在闪蒸罐22中，大部分残存的溶解的污染物和共吸收的产品气从溶剂中解吸出来，并通过管线45从闪蒸罐释放出来作为废气。应当理解，溶剂的再生并不限于使用所示的低压闪蒸罐。溶剂再生可以在一个或多个阶段，使用多个闪蒸罐和/或汽提器装置或其它合适设备，以本领域公知的方式进行。

完全再生的溶剂从低压闪蒸罐22脱出和通过管线46到达循环泵24。循环泵将再生的溶剂输送到蒸馏装置26，以保持溶剂的水含量在规定的水平。如本领域技术人员所认识到的那样，产品气体物流偶尔会包括不希望数量的水。因此，为保持溶剂的水含量在规定的浓度，由溶剂从产品气吸收的任何另外的水可在蒸馏装置26中除去。一旦再生的溶剂离开蒸馏装置，它通过管线32返回到吸收器12。

本领域技术人员应当理解，必须保持如图1所示系统的热平衡。例如，可以在泵24和蒸馏装置26之间安装热交换器，以在将溶剂返回到吸收器12之前，调节溶剂的温度。典型地，进入吸收器的溶剂温度为约10°F到约120°F，优选为约10°F到约40°F。因此，按需要可以增加换热能力以保证溶剂在返回到吸收器之前处于合适的温度，和/或另外保持系统内的热平衡。

如上所述，向溶剂中加入足够量的水以同时获得增加的产品气回收率和减少的资金和操作支出。更具体地，调节溶剂的水含量允许高压闪蒸罐16在一定的压力下操作，使得产品气回收率增加，同时使循环压缩机18的再压缩要求量降低，因此，使循环冷却器20的冷却要求量降低。此外，对溶剂的总循环要求量也降低。由于增加溶剂中水浓度应当减少溶剂中二氧化碳的溶解性并因此增加溶剂循环的要求量，所有这些结果，特别是溶剂循环要求量的降低是不可预料的。通过如下实施例更完全地描述由本发明提供的优点。

实施例I

包含45mole％二氧化碳、50mole％甲烷、1mole％水和4mole％C2+烃的大约500MMSCFD(百万标准立方英尺/天)的天然气，在1210psia下，进入吸收器，其中气体和再生的溶剂接触，在无气体基础上，再生的溶剂包括聚乙二醇二甲醚和约4.8wt％水的混合物。用于此实施例的特定溶剂是在无气体基础上包括约4.8wt％水的“SELEXOL”溶剂。吸收器是常规的塔，它提供大约六个气-液接触的平衡阶段。污染的天然气在靠近塔的底部进入，再生的溶剂在靠近顶部进入，气体和溶剂在吸收器中逆流接触。在这些条件下，要求大约13,800gpm的溶剂循环量以将天然气的二氧化碳含量从45mole％降低到小于3mole％。

在和污染的天然气接触之后，包含溶解的污染物和共吸收的甲烷的富溶剂从吸收器的底部脱出和直接到达高压循环回路。富溶剂进入在304psia下操作的高压闪蒸罐。在这些条件下，最有挥发性的组分，主要是二氧化碳和甲烷，从溶剂中解吸出来并从闪蒸罐中脱出作为循环气。从高压闪蒸罐排出的循环气到达循环压缩机，该循环压缩机包括一个或多个压缩机，要求约17,000HP。从闪蒸罐到循环压缩机(图1的管线38)的总气体流量大约为进入吸收器的污染的天然气(图1的管线30)流量的36％。然后将再压缩的气体在循环冷却器中冷却，该循环冷却器包括一个或多个热交换器，能提供约56MMBTU/hr(百万BTU/小时)的冷却能力。然后将再压缩和冷却的气体返回到吸收器。因此，溶剂在高压闪蒸罐中部分再生并且有价值的共吸收的甲烷在循环回路中回收。

部分再生的溶剂到达在约18psia下操作的低压闪蒸罐，在该低压闪蒸罐中存在的溶解污染物和共吸收的甲烷从溶剂中解吸出来，并从低压闪蒸罐释放出来作为废气。现在将完全再生的溶剂泵送回吸收塔用于和污染的天然气接触。

采用在无气体基础上包括约4.8wt％水的“SELEXOL”溶剂，以上述方式处理污染的天然气将总甲烷损失量限制到进入的天然气的约1.7mole％。

实施例II

按实施例I中设定的相同方式，在1210psia下，处理包含45mole％二氧化碳、50mole％甲烷、1mole％水和4mole％C2+烃的大约500MMSCFD的天然气，区别在于以下工艺参数：

在无气体基础上，溶剂包括“SELEXOL”溶剂和约7.8wt％的水；

从高压闪蒸罐到循环压缩机的总气体流量大约为进入的污染天然气流量的25％；

循环压缩机的再压缩要求量是10,000HP；

循环冷却器的冷却要求量是35MMBTU/hr；

溶剂循环要求量是12,500gpm；和

总甲烷损失限制到进入天然气的约1.3mole％。

实施例III(现有技术)

按实施例I中设定的相同方式，在1210psia下，处理包含45mole％二氧化碳、50mole％甲烷、1mole％水和4mole％C2+烃的大约500MMSCFD的天然气，区别在于以下工艺参数：

在无气体基础上，溶剂包括“SELEXOL”溶剂和约0.9wt％的水。这是在包括高压循环回路的现有技术系统中使用的典型溶剂水浓度；

从高压闪蒸罐到循环压缩机的总气体流量大约为进入的污染天然气流量的53％；

循环压缩机的再压缩要求量是23,000HP；

循环冷却器的冷却要求量是75MMBTU/hr；

溶剂循环要求量是16,000gpm；和

总甲烷损失限制到进入天然气的约3mole％。

由本发明提供的优点和现有技术的比较见表I。

                               表I

	0.9wt％水	4.8wt％水	7.8wt％水
				要求的循环量(gpm)	16,000	13,800	12,500
再压缩量(HP)	23,000	17,000	10,000
				循环气冷却量(MMBTU/hr)	75	56	35
甲烷损失(进料的mole％)	3	1.7	1.5

如上述实施例所述和如表I所示，在现有技术气体净化工艺中，甲烷损失限制在约3mole％，现有技术工艺采用包括约1wt％水的溶剂和在304psia下操作的高压闪蒸罐。然而，将需要大约23,000HP以将循环气从304psia再压缩到吸收器压力。此外，由于压缩设备一般将增加气体的温度，将需要能提供大约为75MMBTU/hr冷却能力的热交换器。最后，由于吸收设备要处理的气体体积增加，要求的溶剂循环量将是16,000gpm。因此，与由循环回路提供的降低的甲烷损失相关的增加的收入，被与循环回路设备相关的增加的资金和操作成本部分或整体抵消掉。

如本发明方法所教导的增加溶剂的水含量，不仅将增加产品气的回收率，也将显著地降低与这种系统相关的资金和操作成本。如实施例所述和如表I所示，如果再生溶剂的水含量从约1wt％增加到约5wt％(在无气体基础上)并且如果高压闪蒸罐保持在304psia，再压缩要求量将从23,000HP降低到17,000HP，循环气冷却能力要求量将从75MMBTU/hr降低到56MMBTU/hr。此外，总循环要求量将从16,000gpm降低到13,800gpm，且甲烷损失将从3mole％降低到1.7mole％。如果溶剂水浓度进一步增加到约8wt％(在无气体基础上)并且如果高压闪蒸罐保持在304psia，再压缩要求量甚至将降低到10,000HP，和循环气冷却能力要求量将从75MMBTU/hr降低到35MMBTU/hr。总循环要求量将从16,000gpm降低到12,500gpm，和甲烷损失将从3mole％降低到1.3mole％。

因此，本发明允许本领域技术人员达到在增加的产品气回收率和更高的资金和操作成本之间的经济优化，增加的产品气回收率由高压循环回路提供，更高的资金和操作成本与这种系统的使用相关。通过采用由本发明教导的方法和提供具有合适水量的溶剂，可以同时达到增加的产品气回收率以及降低的再压缩量要求量、循环冷却要求量和溶剂循环要求量。

表I中所示数据仅作为多个选项的一个，这些选项由本发明提供，用于达到增加的产品气回收率和降低的资金和操作成本之间的优化平衡。本领域技术人员将认识到，本发明可以按各种其它的方式使用以达到在增加的产品气回收率和降低的成本之间的合适平衡，如每种特定气体净化应用所要求的那样。例如，如果可以容忍产品气损失的增加，可以达到甚至更显著的循环压缩量和冷却成本的降低。相反也是这样，如果发现循环压缩量和冷却成本的增加是可以接受的，产品气损失也可以降低到低于表I所示的数值。因此，应当理解本发明并不限于特定公开的实施例，其中溶剂的水浓度增加和同时保持高压闪蒸罐压力恒定，并且本发明提供各种其它选项用于调节工艺参数以达到增加的产品气回收率和降低的成本。

Claims (7)

1.一种从含有污染物的产品气中除去气体污染物的方法，该方法包括如下步骤：

(a)在至少一个吸收阶段，将产品气和溶剂接触以从产品气中除去规定部分的气体污染物，所述溶剂含有聚乙二醇二烷基醚；

(b)将具有从其中除去的规定部分气体污染物的产品气从吸收阶段排出；

(c)将含有溶解的气体污染物和共吸收的产品气的溶剂送到高压循环回路，通过从溶剂中释放一部分溶解的气体污染物和共吸收的产品气作为循环气，部分地再生溶剂；

(d)将循环气再压缩和冷却，然后将循环气返回到吸收阶段；

(e)通过从溶剂中除去其中存在的剩余部分气体污染物和共吸收的产品气并释放剩余部分作为废气，完成溶剂的再生；

(f)将完全再生的溶剂返回到吸收阶段；和

(g)提供含有足够量水的溶剂，以增加共吸收产品气的回收率，同时使溶剂的循环率要求量降低并使循环气的再压缩要求量和冷却要求量降低。

2.权利要求1的方法，其中所述聚乙二醇二烷基醚的混合物包括聚乙二醇二甲醚的混合物。

3.权利要求1的方法，其中所述产品气是天然气和合成气中的一种。

4.权利要求1的方法，其中在无气体基础上，所述溶剂包括约2wt％到约10wt％的水。

5.权利要求1的方法，其中在无气体基础上，所述溶剂包括约5wt％到约8wt％的水。

6.权利要求1的方法，其中所述气体污染物包括硫化氢和二氧化碳。

7.权利要求1的方法，其中在步骤(e)之后但在步骤(f)之前，该方法进一步包括如下步骤：从溶剂中除去选择量的水。