CN1356158A - 一种物理溶剂脱硫脱碳新技术 - Google Patents

Abstract

本发明属于气体分离工程领域,采用一种新颖的物理吸收溶剂,其主体是聚乙二醇二甲醚CH₃O(C₂H₄O)_xCH₃,组成要求X=2和X=3,≤13%;X=4,X=5和X=6,≥73%;X=7和X=8,≤12%,活化剂是一种杂环类化合物,使用时,容许溶液含有小于10%(wt)的水量;吸收温度－5～40℃,吸收压力1.4～6.0Mpa。本发明与其它工艺相比,能耗低;净化度高;吸收酸性气体能力强;能选择性脱硫;溶剂无腐蚀性,投资少;溶剂挥发损失少;溶剂稳定,无毒无味;流程短;操作方便。本发明应用范围广,特别适用于以煤为原料,硫化物和二氧化碳含量高的氨合成气、甲醇合成气和羰基合成气的净化,以及天然气、油田气、炼厂气、城市煤气中的酸性气体的脱除,具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种物理溶剂脱硫脱碳新技术

技术领域：本发明属于气体分离工程领域，具体是关于脱除工艺气中硫化物和二氧化碳的高效节能物理吸收法。

背景技术：在氨合成、甲醇合成、羰基合成、制氢、天然气等工业中都需要将原料气中二氧化碳和硫化物脱除，以满足后面工序的要求。当前工业上已经成熟的净化方法很多，可分为化学吸收、物理吸收、物理化学吸收三类方法。一般说来，物理吸收方法的投资和操作费用较低，不必采用蒸汽再生，不用安置大量的换热设备和大规模的冷却系统。并且当原料气组成和其它工艺条件波动时，物理吸收装置有较大的适应性和操作弹性。

与本发明相关的技术主要有：1、Kohl，A.L.，and Riesenfield，F.C.，“Gas Purification”，Third Edition，Gulf PublishingCompany，1979，748-756，773-779，该书报导了的德国鲁奇(Lurgi)公司的Rectisol工艺(冷甲醇法)。二氧化碳、硫化物等气体在低温甲醇中有很大的溶解度，一旦降压，这些溶解气体又易从甲醇溶液中逸出。书中还报导了美国费洛尔(Fluor)公司开发的费洛尔溶剂技术。它以碳酸丙烯酯为物理吸收溶剂脱除天然气中大量二氧化碳。后来进一步在以天然气为原料的合成氨厂中，用碳酸丙烯酯脱除变换气中二氧化碳。2、US 3,737,392，1973，从气体混合物中脱除酸性气体所用的溶剂组成。该专利由美国阿利德公司(Allied Chemical Corporation)申报。所申报的塞勒克梭(Selexol)工艺，以聚乙二醇二甲醚[CH₃O(C₂H₄O)_xCH₃]为溶剂，式中：X＝3～9，同系物大致组成X＝3，4～9％；X＝4，22～24％；X＝5，24～28％；X＝6，20～22％X＝7，13～15％；X＝8，6～8％；X＝9，2～4％。该法用于脱除气体混合物(如天然气)中所含的硫化氢、二氧化碳等酸性气体。3、US 4,044,100，1977，从气体混合物中分离酸性气体组分。提出了用聚烷二醇二烷基醚与二异丙醇胺混合溶剂脱除气体混合物中酸性气体的工艺。在选定的吸收条件下，混合溶剂保持均相。吸收了酸性气体的混合溶剂经再生后，可循环使用。4、CN 85,103,897，1985，文章推出了从含酸性气体的混合气中脱除硫化物和二氧化碳的高效物理法，采用组成为CH₃O(C₂H₄O)_xCH₃聚醇醚作吸收剂，其中X＝2，2～5％；X＝3，18～19％；X＝4，28～30％；X＝5，23～26％；X＝6，18～20％。该法与其它物理法相比，具有能耗低，净化度高，选择性好，流程简单，溶剂无毒，无腐蚀，稳定等特点，可用于合成氨和制氢原料气、城市煤气、天然气等的净化，以取得较好的节能效果。

发明内容：本发明与已有的国外Selexol工艺、国内聚醇醚工艺相比，溶剂不同，具有更好的传质和分离性能。所用活化剂系中性杂环类化合物，按照广义酸碱理论，它含有-C＝O这样一种硬碱性基团的分子结构，有助于二氧化碳、硫化氢等硬酸性气体的吸收，提高了吸收能力，确定了与其它工艺不同的操作条件。详见表1。

                         表1

	Selexol工艺	聚醇醚工艺	本发明
				吸收压力    MPa	3.5～10.5	2.0	1.4～6.0
溶剂中活化成分	无	无	有
				吸收酸性气体能力	1.0	1.1	1.2
使用溶剂含水量  Wt％	＜3	＜8	＜10
				气提用气量	1.0	0.9	0.8

本发明采用一种新颖的物理吸收溶剂，其目标为(1)增加对CO₂、H₂S、COS等的吸收能力；(2)减少对各种气体的同时吸收；(3)减少溶剂的循环量；(4)提高传质效率；(5)降低溶剂费用。

本发明是这样实现的：溶剂主体是聚乙二醇二甲醚CH₃O(C₂H₄O)_xCH₃，组成要求X＝2和X＝3，≤13％； X＝4，X＝5和X＝6，≥73％；X＝7和X＝8，≤12％，活化剂是一种杂环类化合物，使用时，容许溶液含有小于10％(wt)的水量。

本发明吸收温度-5～40℃，吸收压力1.4～6.0MPa。原料气从吸收塔下部进塔，与由塔顶喷淋而下的溶剂，在填料层中逆流接触。原料气中的酸性气体被脱除，净化气由塔顶排出，富液在吸收塔底部排出。经过一级或几级减压闪蒸，闪蒸液打入再生塔，由惰性气体(空气、氮气等)或蒸汽气提再生。再生气由塔顶排出系统。再生后的贫液由塔底流出，通过溶液泵打入吸收塔顶部，循环使用。在净化要求不高时，闪蒸液可直接打入吸收塔循环使用，删去气提再生步骤。

本发明可以脱除二氧化碳、同时脱除硫化物和二氧化碳、先选择性脱除硫化物后脱除二氧化碳。

本发明原料气可以是氨合成气、甲醇合成气、羰基合成气、制氢原料气、天然气、油田气、炼厂气或城市煤气等。

本发明的主要技术经济指标：经本发明溶剂净化后，工艺气含二氧化碳小于0.1％，硫化氢小于1ppm，硫氧化碳小于1ppm，供尿素(或其它)用二氧化碳纯度大于98.5％，溶剂消耗小于0.2Kg/TNH₃，电耗可小于80 KWH/TNH₃。净化度高，能耗低，效益显著。

附图说明：附图1为本发明实施例1流程示意简图；附图2为本发明实施例2流程示意简图；附图3为本发明实施例3流程示意简图。附图1中，1-吸收塔；2-闪蒸槽；3-再生塔；4-贮槽；5-溶剂泵。附图3中，1-脱硫塔；2，14-水冷器；3-闪蒸气压缩机；4，18，22-透平；5，8，13，20，24-泵；6-脱硫高压闪蒸槽；7-，10，12，15-换热器；9-脱硫低压闪蒸槽；11-脱硫再生塔；16-分离器；17-脱碳塔；19-氨冷器；20-脱碳高压闪蒸槽；23-脱碳低压闪蒸槽；25-脱碳气提塔。

具体实施方式：下面结合附图对本发明实施例加以详细描述。

实施例1(见附图1所示工艺流程图)

由某氮肥厂送来的变换气，从吸收塔下部进塔，与由塔顶喷淋而下的溶剂，在填料层中逆流接触。原料气中的酸性气体被脱除，净化气由塔顶排出。富液在吸收塔底部排出，减压，到闪蒸槽闪蒸，闪蒸气放空。闪蒸液由静压头自动压到再生塔顶部的常解段，解吸出大部分二氧化碳后，由溢流管导入再生塔的气提段，与由塔下部送入的空气在填料段中逆流接触。气提气由塔上部排出，再生后的贫液由塔底流入溶剂贮槽，通过溶液泵打入吸收塔顶部，循环使用。

主要设备如下：

吸收塔：Φ38×2.5，H～3000，不锈钢材质，填料高度为1800mm，内装Φ6×6瓷拉西环。

气提塔：Φ51×3.5，H～4100，不锈钢材质，填料高度为2500nm，内装Φ8×8瓷拉西环。

变换气压力为1.7MPa，温度为常温，气量为160～400 L/H，主要成分是H₂50～55％、N₂14～18％、CO₂24～28％、CO～3％、H₂S 2～10mg/Nm³。溶剂是聚醇醚工艺溶剂及本发明溶剂，液量为7～8L/H。本模型试验实际上也是侧流试验。

试验结果显示，与聚醇醚溶剂相比，本溶剂脱除酸性气体能力提高10％以上，有效气体损失、溶液循环量、吸收塔填料高度、溶剂投入量、投资费用及脱碳能耗均得以下降，详见表2。

     表2

	聚醇醚溶剂	本溶剂	比较
				吸收CO2能力	1	1.087～1.175	提高8.7～17.5％
CO2净化度％	2.52～9.70	1.38～8.44	提高13～45％
				H2、N2损耗	1	0.87	减少13％
溶液循环量	1	0.87	减少13％
				吸收塔高度	1	0.77	减少23％
溶剂投入量	1	0.87	减少13％
				投资总费用	1	0.90～0.92	减少8～10％
脱碳能耗	1	0.903	减少9.7％

实施例2、(见附图2所示工艺流程图)

本实施例是脱除二氧化碳的过程。

变脱气(压力1.6MPa、温度40℃、含CO₂28％)与高闪气混合，进入气体换热器E101，被低压闪蒸气和脱碳气冷却，并在进塔气分离器V101分离掉冷凝水后，进入脱碳塔T101。在塔内，气流中的二氧化碳被吸收，从塔顶离开脱碳塔，此时，脱碳气含二氧化碳小于0.2％，通过气体换热器E101，以冷却进塔气，然后去后续工序。

富液从脱碳塔底流出，在高压闪蒸槽V104中降压闪蒸，高闪气与变脱气混合，并经氮氢气压缩机压缩，重返系统。高闪液进入低压闪蒸槽V105，进一步降压，闪蒸。低闪气主要是二氧化碳，在E101冷却进塔气后，可作多种用途。低闪液被富液泵P102打到气提塔T102顶部，与气提空气逆流接触，溶液得到再生，经贫液泵P101、氨冷器E102，送入脱碳塔，重新用于吸收二氧化碳。气提空气由鼓风机C101供给，在空气冷却器E103被气提塔顶放空气冷却，进入气提塔底部，气提空气以及被解吸的二氧化碳一起，从气提塔顶离开，经空气冷却器后放空。

若溶液中含水量太高，可抽取部分溶剂进行脱水。

实施例3、(见附图3所示工艺流程图)

本实施例是先选择性脱除硫化氢，然后，再脱除二氧化碳的过程。

变换气(压力3.3MPa、温度38℃、含H₂S 1～3g/Nm³、COS 1.6ppm、CO₂44％)与闪蒸气一起，进入脱硫塔1底部与塔顶流下的贫液逆流接触，吸收全部的H₂S、COS及部分CO₂，出脱硫塔顶的脱硫气，含H₂S＜1ppm，送脱碳系统。

脱硫塔底排出的富液，经水力透平4回收能量，减压到1.2MPa(a)，进入脱硫高压闪蒸槽6，高闪气(与脱碳高闪气一起)经闪蒸气压缩机3加压，返回脱硫塔，以回收氢气。高闪液与热再生后的贫液在贫富液换热器7中换热，进入脱硫低压闪蒸槽9，低闪槽的压力控制在0.7MPa(a)左右，低闪气(与再生气一起)经再生冷凝冷却器14，送往硫回收车间。低闪液与热再生后的贫液，在贫富液换热器10中换热，进入再生塔11上部。再生塔底溶液由变换气煮沸器12，用变换气加热蒸煮，将溶液中的残量硫化氢赶出，得到贫度较高的再生贫液。贫液经过贫富液换热器10，贫液泵8，贫富液换热器7，由脱硫高压泵5增压，并由冷却水在贫液冷却器2中冷却，最终贫液以38℃进脱硫塔顶部，完成了溶液循环。再生塔填料段的再生气经过塔上部的旋流板，用塔顶回流的冷凝液洗涤冷却，出再生塔，进入再生气冷凝冷却器14，最后送往硫回收车间。分离下来的冷凝液用回流液泵13，打入再生塔顶的洗涤段。

脱硫气进入气体换热器15，被脱碳低压闪蒸气和脱碳气冷却，并在进塔气分离器16中分离掉冷凝水和夹带的溶剂雾沫，进入脱碳塔17。在塔内，气流中的二氧化碳被吸收，从塔顶离开脱碳塔。此时，脱碳气含二氧化碳～0.1％，通过换热器15，冷却进塔气后，去甲烷化装置。

富液从脱碳塔底流出，经过水力透平18，回收部分能量，然后在高压闪蒸槽21中闪蒸。脱碳高闪气与脱硫高闪气混合，经闪蒸气压缩机加压，返回脱硫塔，以回收氢气。高闪液经过水力透平22，进入低压闪蒸槽23，进一步在较低的压力下继续闪蒸。低闪气中二氧化碳浓度在98.5％以上，送往尿素车间。低闪液被泵24送到气提塔25顶部，在向下流经填料层时，被气提氮气气提再生。气提氮气来自空分装置，在通过所有填料层后，随同被气提出来的二氧化碳一起放空。再生后的贫液，经贫液泵20增加压头，通过氨冷器19，被液氨冷却到-5℃，进入脱碳塔，重新用于吸收二氧化碳。

Claims (5)

1、一种物理溶剂脱硫脱碳新技术，其特征是吸收剂以聚乙二醇二甲醚[CH₃O(C₂H₄O)_xCH₃，其中X＝2和X＝3，≤13％；X＝4，X＝5和X＝6，≥73％；X＝7和X＝8，≤12％，]为主体，以一种杂环类化合物为活化剂，使用时，容许溶液含有小于10％(wt)的水量；吸收温度-5～40℃，吸收压力1.4～6.0MPa。

2、一种如权利要求1所述的物理溶剂脱硫脱碳新技术，其特征是脱除二氧化碳。

3、一种如权利要求1所述的物理溶剂脱硫脱碳新技术，其特征是同时脱除硫化物和二氧化碳。

4、一种如权利要求1所述的物理溶剂脱硫脱碳新技术，其特征是先选择性脱除硫化物后脱除二氧化碳。

5、一种如权利要求1或2或3或4所述的物理溶剂脱硫脱碳新技术，其特征是原料气为氨合成气、甲醇合成气、羰基合成气、制氢原料气、天然气、油田气、炼厂气或城市煤气。

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