專利名稱：用于除去污染物的多個固定流化床的制作方法
技術領域：
本公開通常涉及從氣流中除去污染物。在某些實施方案中，本公開內容涉及一種使用平行操作的獨特反應器配置，通過與可再生吸附劑在高溫和高壓下接觸而從氣流中除去一種或多種污染物的方法。
背景技術：
近年來，甲烷和其它氣相燃料作為能源越來越普遍。該現(xiàn)象的一個實例為快速增加氣化方法的使用以由能源如煤或生物質發(fā)電。然而，嚴厲的政府調控限制了由于使用這些能源而產生的某些污染物(例如硫類物質、酸性氣體和出于環(huán)境考慮的其它化合物)的容許水平。與氣流如燃料氣、煙道氣和廢氣中還原硫氣體(例如&S、COS和CS2)的存在相關的另一問題是這些氣體是腐蝕性的，尤其是對鋼渦輪葉片具有腐蝕性。因此，用于動力渦輪機的燃料氣中還原硫氣體的存在產生嚴重的葉片腐蝕。這促使燃料氣生產者開發(fā)更有效的方法以遵循這些提高的標準降低污染物排放。處理氣流以除去不理想組分的已知方法包括使氣流與物理或化學溶劑接觸。用于該目的的化學溶劑包括胺，例如甲基二乙醇胺(MDEA)和二乙醇胺(DEA)。通?；瘜W溶劑的選擇性可能是有問題的。例如，當胺能從氣流中有效除去硫化氫( 時，胺通常不能吸收其它不理想的含硫化合物，例如硫化羰(COS)。結果，必須在氣流可用作燃料以前進行其它工藝步驟(例如COS水解)。除了除去H2S外，大多數(shù)胺還除去二氧化碳，這可賦予隨后的廢氣加工設備提高的負載?；诎返南礈旆椒ㄒ簿哂屑夹g問題，例如熱穩(wěn)定性鹽的形成、胺的分解，并且還是設備密集型的，因此要求資本投資。大多數(shù)使用化學溶劑從合成氣料流中除去硫的方法要求將進氣料流冷卻至38°C 至0°C以下。酸性合成氣通常在至少340°C的溫度下離開氣化爐，所以必須除去以進行本體硫除去的熱等于300°C或更多。該除熱量要求有時由昂貴的高合金冶金制造的大且昂貴的熱交換設備。要求其它設備以通過將水轉化成大量蒸汽而重獲除去的熱，這對于從胺溶劑中除去吸收的污染物是需要的。總之，該方法對于開展和操作而言是昂貴的。近年來，開發(fā)了使用可再生固體吸附劑的改進技術作為從合成氣中除去污染物的更有效方法。這種可再生吸附劑通常由金屬氧化物組分(例如aio)和促進劑金屬組分(例如Ni)形成。當與含硫合成氣在約375°C的溫度下接觸時，可再生吸附劑的促進劑金屬和金屬氧化物組分協(xié)作以通過將金屬氧化物組分(例如aiO)轉化成金屬硫化物(例如aiS)而從烴中除去硫并將除去的硫儲存在吸附劑上/中。所得“載硫”吸附劑然后可通過使載硫吸附劑與含氧再生料流接觸而再生。在再生期間，載硫吸附劑中的金屬硫化物(例如ais)通過與含氧再生料流反應而返回其初始金屬氧化物形式(例如aio)。另外，在再生期間，促進劑金屬被氧化以形成氧化
5的促進劑金屬組分(例如NiO)。在再生以后，吸附劑通過它與含氫合成氣料流接觸而再次還原以進一步脫硫。氧化的促進劑金屬組分通過氫氣還原，從而使吸附劑返回具有金屬氧化物組分(例如aiO)和還原價促進劑組分(例如Ni)的最佳除硫狀態(tài)。在還原以后，還原的吸附劑再次有能力與合成氣中的硫污染物反應。傳統(tǒng)上用于烴脫硫方法中的固體吸附劑組合物集中用于固定床應用中。常規(guī)固定床的優(yōu)點是通過將它固定而降低吸附劑的磨耗率，因此提供最長的吸附劑壽命。然而，快速阻塞要求固定床吸附劑的頻繁再生，且所要求的周轉時間長。流化床與固定床相比具有三個主要優(yōu)點，SP⑴由于催化劑床的持續(xù)混合，它們可更有效地分配反應熱，(2)變得不活躍的催化劑可容易地原位置換，和( 催化劑具有高表面積以使本體硫除去最大化。在使用連續(xù)再生的典型流化床吸附劑系統(tǒng)中，將一部分載硫催化劑不斷地轉移至單獨的再生容器，然后在再生以后返回至主反應器。該系統(tǒng)對于從液體烴進料中除去硫污染物來說很好。然而，典型合成氣進料中相對高的硫水平(1-2%) 使催化劑床快速地載滿硫，要求顯著提高的催化劑循環(huán)至再生室的速率。通常，當固體顆粒以高速度輸送時，固體顆粒的磨耗提高。因此，稀相輸送固體顆粒貫穿容器和容器之間的脫硫裝置可導致顯著的顆粒磨耗。當用于脫硫裝置中的固體顆粒經(jīng)受高水平磨耗時，固體顆粒必須以頻繁的間隔置換，從而提高操作成本和裝置的停工時間。不愿受理論束縛，當再循環(huán)除污染物設備擴大至從商業(yè)合成氣料流中有效除去污染物所要求的規(guī)模時，該提高的磨耗率可能部分是由于吸附劑顆粒之間提高的壓力。另外，由于再生反應器容量必須提高 (和因此更大的面積)以及降低的操作可靠性，提高的吸附劑循環(huán)速率在商業(yè)規(guī)模上變得成本過高。最后，這些系統(tǒng)對保持吸附劑上相對恒定的溫度和壓力沒有幫助，從而促進它的磨耗率。因此，需要更成本有效的方法從氣流中除去污染物。本文所述本發(fā)明提供從合成氣料流中除去污染物的獨特方法，使得它更具能量效率、更小復雜性和因此更小的成本。實施方案簡述本發(fā)明一個實施方案包括(a)使含硫氣流與初始吸附劑在吸附反應器中接觸， 從而產生貧含硫的產物料流和載硫吸附劑，其中初始吸附劑包含Si和促進劑金屬；和(b) 使一部分載硫吸附劑與再生氣流在再生反應器中在再生條件下接觸，從而產生再生吸附劑和廢氣流，其中步驟(b)的接觸包括將再生氣體以約100-約100，OOOtT1的初始標準氣時空速(SGHSV)引入再生反應器中，其中步驟(b)的接觸包括將再生氣體的SGHSV提高至比初始SGHSV高至少1，OOOtT1的最終SGHSV。在本發(fā)明某些實施方案中，提供一種方法，其包括(a)將粗氣流引入吸附反應器中，其中粗氣流包含約10-約75體積％的一氧化碳00)、約8-約50體積％的氫氣(H2)、 約4-約40體積％的水(H2O)和約0. 001-約5體積％的硫化氫(H2S) ； (b)使至少一部分粗氣流與初始吸附劑在吸附反應器中接觸，從而產生產物氣流和載硫吸附劑，其中初始吸附劑包含Si和促進劑金屬；(c)將至少一部分載硫吸附劑干燥，從而產生干燥的載硫吸附劑； 和(d)使至少一部分干燥的載硫吸附劑在再生反應器中在再生條件下再生，從而產生再生吸附劑和廢氣流，其中再生吸附劑包含小于約20重量％的在步驟(d)再生期間形成的損害吸附劑的化合物。在本發(fā)明某些實施方案中，提供一種方法，其包括(a)將含碳原料在氣化區(qū)中氣化，從而產生輸入氣流，(b)將至少一部分輸入氣流引入吸附反應器中，其中吸附反應器含有初始吸附劑，其中初始吸附劑包含Zn、膨脹珍珠巖，和促進劑金屬，其中至少一部分初始吸附劑包含通過式ΜζΖηα_ζ)Α1204表征的置換固溶體和通過式MaZiib表征的置換金屬固溶體， 其中M為促進劑金屬組分，且A、B和Z為約0. 01-約0. 99 ； (c)在吸附反應器中用初始吸附劑從粗氣流中吸附至少一部分含硫化合物，從而產生載硫吸附劑和產物氣流，其中吸附在約225-約550°C的溫度和約250-約575磅/英寸2，表壓(psig)的壓力下進行，其中載硫吸附劑的硫負載為約I-約27重量％，其中產物氣流包含小于50ppmv的含硫物質和小于20ppmv的HCl ;(d)將至少一部分載硫吸附劑在干燥區(qū)中干燥，從而產生干燥的載硫吸附劑；(e)使一部分干燥的載硫吸附劑在再生區(qū)中通過與再生氣體在再生條件下接觸而再生，從而產生再生吸附劑和含SO2的廢氣，其中再生氣體具有約1000-約80，OOOtT1的初始標準氣時空速(SGHSV)，其中再生在約300-約600°C的初始溫度下進行；(f)使至少一部分再生吸附劑返回吸附反應器中，其中返回吸附反應器中的再生吸附劑包含通過式MxZiiyO表征的置換金屬氧化物固溶體，其中M為促進劑金屬組分且X和Y為約0.01-約0. 99，其中再生吸附劑的硫負載小于6重量％，其中再生吸附劑包含小于20重量％的在步驟(e)再生期間產生的損害吸附劑的化合物；和(g)將至少一部分含SO2的廢氣流發(fā)送至Claus裝置。本發(fā)明某些實施方案包括一種從烴氣體中除去污染物的方法，其包括以下步驟 使含有硫化合物的氣流與初始吸附劑在285-455°C的溫度和300-800psig的壓力下在幾個獨立操作的吸附反應器中的一個吸附反應器中接觸，從而產生貧含硫的產物料流和載硫吸附劑，其中所述初始吸附劑包含Zn和促進劑金屬；使所述初始吸附劑在各個吸附反應器內以流化態(tài)接觸；從含有硫化合物的氣流中獨立地除去一種或多種吸附反應器以使初始吸附劑再生；使至少一部分所述載硫吸附劑與再生氣流在再生反應器中接觸，同時保持再生反應器內450-565°C的溫度和20-300psig的壓力，從而產生再生吸附劑和廢氣流。 本發(fā)明某些實施方案為一組三個反應器同時平行操作，其中一個反應器為吸附模式，同時另兩個為吸附或再生模式。然而，三個反應器中至少一個在任何給定時間下為再生模式。在本發(fā)明又一實施方案中，一組四個反應器同時平行操作，其中一個反應器為吸附模式，同時另三個為吸附或再生模式。然而，四個反應器中至少一個在任何給定時間下為再生模式。本文所述的本發(fā)明某些實施方案包含至少兩個搖擺式反應器，其各自具有獨立吸附劑流化床，其結合了固定床和流化床反應器的強度成為獨特的構造。一旦第一個反應器中的吸附劑負載有污染物且除污染物效率降低，則至脫硫反應器的合成氣進料轉向另外一個(或多個)與第一個平行操作的搖擺式反應器，同時第一個反應器轉變?yōu)樵偕Ｊ?。吸附劑催化劑在氧?空氣)的存在下再生，同時保持高溫和高壓條件。附圖簡述通過以下描述并參考附圖，本領域技術人員將更清楚本發(fā)明的優(yōu)點。

圖1為根據(jù)本公開實施方案的除污染物系統(tǒng)的流程圖，其中兩個吸附/再生反應器平行操作以從輸入氣流中除去污染物，同時使各個反應器內所含的吸附劑床上的壓力和溫度循環(huán)最小化。所得清潔的產物氣體被輸送至產物氣體用戶(Product Gas User)，同時在吸附劑再生期間產生的載有污染物的氣體被輸送至廢氣用戶(Off-gas user)。圖2為根據(jù)本公開實施方案的簡化示意圖，其使用兩個平行操作的吸附/再生反應器以從輸入氣流中除去污染物，同時使各個反應器內所含的吸附劑床上的壓力和溫度循環(huán)最小化。 圖3為本公開實施方案的示意圖，其提供圖2所繪電子控制系統(tǒng)(Electronic Control System) 167的更詳細視圖。本發(fā)明對各種改進和選擇形式敏感，其具體實施方案通過舉例顯示于附圖中。附圖可以是不按比例的。應當理解附圖和隨后的詳述不意欲將本發(fā)明的范圍限制在所公開的具體形式，而是，本發(fā)明將涵蓋落入如附屬權利要求限定的本發(fā)明精神和范圍內的所有改進方案、等價方案和選擇方案。實施方案詳述本公開建立在美國專利7，182,918 B2、美國專利6，656，877 B2、美國專利 6，878，669 B2和美國專利申請11/862,013的全部公開內容的基礎上，在此將其全部公開內容引入作為參考。本公開的除污染物系統(tǒng)通過圖1的流程圖說明，基本包含無顆粒的輸入氣體來源 27，至少兩個平行操作的吸附/再生反應器31、35，產物氣體用戶42和再生廢氣用戶53。 硫化的吸附劑含在各個反應器內，并作為輸入氣體27進入反應器31或35中，它接觸該吸附劑，從而產生載有污染物的吸附劑和貧含污染物的產物氣體。產物氣流離開反應器31或 35并送至產物氣體用戶42。一旦吸附劑負載有污染物且不再有效地從輸入氣體中除去污染物，就使載有污染物的吸附劑通過與再生氣體46接觸而再生。在再生模式期間離開反應器的所得廢氣流送至廢氣用戶53，同時至少一部分再生吸附劑隨后再用于另一輪吸附。例如，吸附模式的第一反應器31接收輸入氣體并從氣流中除去污染物，同時第二反應器35為吸附劑再生模式，利用包含加熱和加壓的惰性氣體與空氣的混合物的再生氣體46使催化劑再生。隨后用加壓的惰性氣體(例如N2或CO2)的吹掃步驟58使反應器內的O2水平降至反應器返回吸附模式的安全水平。第二反應器35然后通過重新輸入加壓和加熱的無顆粒輸入氣體27而返回吸附模式。一旦反應器35返回吸附模式，第一反應器31內中載有污染物的吸附劑就在以上關于第二反應器所述相同的程序之后再生。該除污染物方法和系統(tǒng)的關鍵特征是使各個反應器內的壓力和溫度循環(huán)在吸附與再生模式之間的循環(huán)期間最小化。 這顯著降低吸附劑磨耗率，因此提高除污染物的效率。圖2為本公開一個實施方案的更詳細示意性代表，其使用兩個吸附/再生反應器 93和97。這些反應器平行操作，且各個反應器含有初始吸附劑流化床。在某些實施方案中， 電子控制系統(tǒng)167可使用幾個光度分析儀139、142、145的輸入監(jiān)控多個反應器中發(fā)生的吸附和再生過程。響應于該輸入，控制系統(tǒng)發(fā)送電信號給控制氣體流入和流出多個反應器的電動電磁閥147、149、151、153、155、157、159、161、163、165、166。總之，電子控制系統(tǒng)調節(jié)各個反應器的吸附模式與再生模式之間的循環(huán)，從而使循環(huán)期間吸收劑催化劑床上的熱和壓力變化最小化。控制系統(tǒng)還確保本文所述吸附/再生過程中的操作安全性。在本發(fā)明某些實施方案中，各個單獨反應器吸附與再生相之間的循環(huán)過程如下所述，其中某些所述組件描繪于圖2中。初始啟動過程以預吸附模式開始，包括使用加熱的惰性氣體117如N2或CO2的第一反應器93的加壓。打開電磁閥147以容許惰性氣體進入反應器中，持續(xù)加熱和加壓直至反應器內所含吸附劑流化床達到適于從輸入氣流中吸附污染物的溫度(285-4550C )和壓力(300-800psig)。
吸附模式以關閉惰性氣體閥147和打開無顆粒輸入氣體閥151開始，容許污染物由熱且加壓的輸入氣體中被第一反應器內所含流化吸附劑吸附。容許反應器輸出閥161在其后不久打開，其中輸出產物氣體通向產物氣體用戶。在吸附模式期間，反應器中的溫度保持在285-455°C之間，壓力保持在300-800psig之間。一旦位于反應器下游的光度分析儀 139,142指示產物氣體中污染物水平提高到指示吸附劑負載污染物的閾值，就開始預再生模式。在一些實施方案中，其它指示變量可用于測定預再生模式開始的時間，例如以預吸附模式操作和準備開始吸附模式的其它平行反應器的可行性。預再生模式通過打開閥147以容許高壓、加熱的惰性氣體117進入反應器中，同時關閉閥151以減少載有污染物的無顆粒輸入氣體101流入而開始。減少的流入第一反應器中的輸入氣體立即轉移至保持在高壓和高溫下的預吸附模式的第二反應器97。持續(xù)該過程直至輸入氣體滿流轉移至第二反應器97，同時將第一反應器然后在^5-455°C的溫度和 300-800psig的壓力下用惰性氣體117吹掃。該步驟也可容許吸附在再生之前干燥。一旦將反應器用惰性氣體吹掃至可接受的水平，預再生模式向再生模式的轉變就隨吹掃氣體入口閥147的關閉而開始。在一些實施方案中，可打開放氣閥165以釋放過量壓力。打開入口閥149容許引入惰性氣體與空氣的混合物用于吸附劑再生。然后打開閥165使得來自反應器的輸出氣體通向廢氣用戶131以進一步清除由再生吸附劑釋放的 SO2和其它污染物。在該再生過程期間，反應器溫度保持在455-565°C的溫度，壓力保持在 20-300psig。一旦由下游再生分析儀145得到的數(shù)據(jù)顯示吸附劑再生至可接受的程度(通過廢氣中水平大的下降指示)，然后通過逐漸關閉空氣/惰性氣體入口閥149，同時逐漸打開吹掃氣體入口閥159而將反應器再一次轉變?yōu)轭A吸附模式。來自反應器的出料然后通向殘余污染物處理過程、氣化過程或廢氣處理系統(tǒng)(flare)(未描繪)。在吹掃模式期間，將反應器保持在^5-455°C的溫度和300-800psig的壓力直至反應器返回吸附模式的時間。在某些可選擇實施方案中，一組三個反應器同時平行操作，其中一個反應器為吸附模式，同時另兩個為吸附或再生模式。在本公開內容的其它可選擇實施方案中，一組四個反應器同時平行操作，其中一個反應器為吸附模式，同時其它三個為吸附或再生模式。然而，四個反應器中至少一個在任何給定時間下為再生模式。在某些實施方案中，多個平行操作的反應器的吸附與再生模式之間的循環(huán)通過電子控制系統(tǒng)167控制。電子控制系統(tǒng)包括接收來自各個在線傳感器的數(shù)據(jù)的計算機處理器，所述傳感器可包含市售的連續(xù)光度分析儀139、142、145。從這些分析儀輸入的數(shù)據(jù)無線傳輸或經(jīng)由有線連接133傳輸并根據(jù)預編程在計算機可讀介質的給定參數(shù)由電子控制系統(tǒng)的計算機處理器處理。給定的參數(shù)與本公開內容的方法一致，并提供了由計算機處理器設置成可讀的指令。這容許電子控制系統(tǒng)容易地將來自各個傳感器的數(shù)據(jù)與預期值比較， 然后通過將信號發(fā)送至電動雙滑輪電磁閥(doubleblock solenoid valve) 147、149、151、 153、155、157、159、161、163、165、166而響應，所述電動雙滑輪電磁閥調節(jié)合成氣、吹掃氣體和再生氣體進入各個反應器，以及貧含污染物的產物氣體、廢氣和再生廢氣的排出。電子控制系統(tǒng)167還防止不安全的操作條件。例如控制系統(tǒng)防止打開合成氣進料進入特定吸附區(qū)，除非氧水平(如用光度分析儀測量)為爆炸極限以下。在一些實施方案中，使用過量的分析儀，其中通過控制系統(tǒng)比較來自多個分析儀的數(shù)據(jù)以確保在閥打開以前的安全操作。
存在于某些實施方案中的電子控制系統(tǒng)的更詳細表示闡述于圖3中。在某些實施方案中，電子控制系統(tǒng)167包括處理器169、系統(tǒng)存儲器174和將包括系統(tǒng)存儲器174在內的各個系統(tǒng)元件連接在處理器169上的系統(tǒng)通信總線177。系統(tǒng)存儲器174可包含只讀存儲器(ROM)和/或隨機存取存儲器(RAM)。電子控制系統(tǒng)167還可包括計算機可讀介質 182，其提供計算機可讀指令、數(shù)據(jù)結構、程序模塊、數(shù)據(jù)等的存儲。用戶(未顯示)可使命令和信息通過輸入設備如鍵盤205、鼠標196輸入電子控制系統(tǒng)167內。顯示設備209還可包括其他設備如觸摸屏、光筆、光束柵極(grid of lightbeam)等以將信息輸入處理器 169中。顯示設備209如監(jiān)視器、平板顯示器等也連接在控制系統(tǒng)167上用于輸出。通信設備221，其在一個實施方案中為調制解調器，提供與一個或多個傳感器139、142、145的通信，所述傳感器在某些實施方案中包含光度分析儀或流電分析儀(galvanicanalyzer)。處理器169可以按指令運行以與其他計算系統(tǒng)交互以進行以下所述方法。指令可儲存在存儲器174和/或計算機可讀介質182中。處理器169可加載如本領域技術人員已知的幾種市售計算機操作系統(tǒng)中任一種。電子控制系統(tǒng)167可使用通信設備221以接收來自各個傳感器139、142、145的輸入并控制至少兩個電動電磁閥147、149、151、153、155、157、159、161、 163、165、166的操作。在某些實施方案中，通信設備221可包含調制解調器，并與所述傳感器和電磁閥直接或經(jīng)由計算機網(wǎng)絡通信。所述網(wǎng)絡可為因特網(wǎng)、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等。 本發(fā)明優(yōu)選實施方案包括獨特且出乎意料有效的方法，在某種程度上由于包括多種元件。然而，必須強調單獨的這些元件不包含本發(fā)明。而是，它們促進本發(fā)明其它方面的執(zhí)行，包括使吸附劑磨耗以及吸附劑再生時間最小化的高壓和高溫環(huán)境的一致維持。本發(fā)明其它元件，例如它的自動化控制系統(tǒng)，也提高該方法的總效率。輸入氣體來源可包括能產生氣流的任何來源或系統(tǒng)。一般而言，粗輸入氣流在標準條件下可具有大于約0. 8，大于約0. 9或大于0. 95的蒸氣部分。在一個實施方案中，粗輸入氣流可包含小于約1體積％，小于約0. 5體積％，小于0. 05體積％或小于500體積 ppm(ppmv)C6+烴物質。例如粗輸入氣體來源可包括天然氣井、精煉廠或化工廠工藝料流或任何其它合適的來源。一個實施方案(1)使用獨立吸附劑流化床，由于更容易使用吸附劑， 它比吸附劑固定床更有效地再生以再使用，和(2)在吸附和再生循環(huán)期間保持搖擺式反應器內的溫度水平在給定范圍內，從而當在再生模式與吸附模式之間循環(huán)時防止催化劑冷卻至碳著火溫度以下，和(3)保持再生期間的壓力水平以使在再進入吸附模式之前預加壓反應器所需的時間最小。本發(fā)明某些優(yōu)選實施方案從輸入氣流中除去污染物。由于停留時間(密相流化床的反混)，除硫效率在較高速度傳輸系統(tǒng)上相對不密相輸送系統(tǒng)提高。實驗顯示當使用來自煤氣化的合成氣作為進料時，基于吸附劑的連續(xù)輸送和再生的除污染物系統(tǒng)可能在產物氣體中僅產生約IOppm硫。然而，本發(fā)明某些實施方案應除去產物氣體中所有的硫，僅保留 l-2ppm硫，或甚至更低。在一個實施方案中，無顆粒輸入氣體來源可包括可操作以經(jīng)由固體基含碳物質如煤或石油焦炭的氣化產生粗氣流的氣化體系。通常，固體含碳物質可通過與包含蒸汽、 氧氣、空氣、氫氣、二氧化碳或其任何組合的氣化料流接觸而氣化。在一個實施方案中，導管中的固體含碳物質的漿料可通過與經(jīng)由所述導管進入的含氧料流在約530-約1950°C、 約 810-約 1650 "C 或 950-1510 "C 的溫度和約 150-約 800psig、約 250-約 700psig 或300-600psig的壓力下接觸而氣化。該設計通過⑴降低進行該方法所需要的總資本支出，(2)通過降低吸附劑在吸附與再生模式之間循環(huán)期間發(fā)生的溫度和壓力變化的幅度而延長吸附劑壽命，和( 通過在吸附期間使用高溫和高壓而使對于給定量的吸附劑，吸附方法的效率最大，和(4)通過使用獨立吸附劑流化床，而不是吸附劑固定床而使吸附劑再生所需要的時間最小，來提高除污染物方法的總效率。經(jīng)由導管離開氣體來源的粗氣流可包含一種或多種以下化合物一氧化碳(CO)、 二氧化碳(CO2)、氫氣(H2)、水(H2O)、丙烷和輕質烴(C3+)、氮氣(N2)等。另外，粗氣流可包含應在粗氣流用作燃料之前除去的一種或多種不理想組分(即污染物)。硫化合物，例如硫化氫(H2S)、硫化羰(COS)、二硫化碳(CS2),和甚至有機硫化合物如硫醇和各種噻吩類化合物是粗氣流中發(fā)現(xiàn)的常見污染物的幾個實例。通常存在于粗氣流中的污染物的其它實例可包括但不限于氨(NH3)、鹽酸(HCl)和氰化氫(HCN)。下表1匯總了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的輸入導管中粗氣流的組成。表 權利要求
1.一種從氣流中除去污染物的方法，其包括以下步驟(a)提供至少兩個平行操作的反應器，其中各個反應器包含能夠除去污染物的初始吸附劑的獨立流化床；(b)使載有污染物的輸入氣流與步驟(a)的初始吸附劑在至少一個所述反應器中接觸，從而產生貧含污染物的產物氣流和載有污染物的吸附劑；(c)使所述輸入氣流停止流入至少一個反應器，使至少一部分載有污染物的吸附劑與惰性吹掃氣體接觸，從而將至少一部分濕氣從吸附劑中除去；(d)使至少一部分所得載有污染物的吸附劑與再生氣流接觸，從而產生再生吸附劑和廢氣流。
2.一種從氣流中除去污染物的方法，其包括(a)提供至少兩個平行操作的反應器，其中各個反應器包含初始吸附劑的獨立流化床，所述初始吸附劑包含通過式MZnO表征的置換金屬氧化物固溶體和膨脹珍珠巖，其中M為促進劑金屬；(b)使載有污染物的輸入氣流與步驟(a)的初始吸附劑在至少一個所述反應器中接觸，從而產生貧含污染物的產物氣流和載有污染物的吸附劑；(c)使所述輸入氣流停止流入至少一個反應器，使至少一部分載有污染物的吸附劑在所述反應器內與惰性氣體接觸，從而產生干燥的載有污染物的吸附劑，其中所述接觸在約100-550°C的溫度和約20-300psig的壓力下進行；(d)使惰性氣體停止流入步驟(c)的反應器并通過與再生氣體在再生條件下接觸而使至少一部分步驟(c)的干燥的載有污染物的吸附劑再生，從而產生再生吸附劑和含SO2W 廢氣，其中所述與再生氣體的接觸在約250-800°C的溫度和約20-300psig的壓力下進行，和(e)使再生氣體停止流入步驟(d)的反應器，然后使再生吸附劑在所述反應器內與惰性氣體接觸，其中所述接觸在約285-455°C的溫度和約300-800psig的壓力下進行；(f)使惰性氣體停止流動，然后重復工藝步驟(b)-(f)。
3.一種從氣流中除去污染物的方法，其包括(a)提供至少兩個平行操作的反應器，其中各個反應器包含初始吸附劑的獨立流化床，所述初始吸附劑通過SMzZn(1_z)Al204 表征，其中M為促進劑金屬；(b)使含硫化合物的無顆粒輸入氣流與步驟(a)的吸附劑在至少一個吸附反應器中接觸，從而產生載硫吸附劑和貧含硫化合物的產物氣流，其中所述接觸在約150-700°C的溫度和約100-750psig的壓力下進行，其中載硫吸附劑的硫負載為約6-27重量％，且其中產物氣流包含小于50ppmv的含硫物質和小于20ppmv的HCl ；(c)使所述輸入氣流定期停止流入至少一個反應器，然后使至少一部分載硫吸附劑與惰性氣體接觸，從而從吸附劑中除去至少一部分濕氣并產生干燥的載硫吸附劑，其中所述接觸在約285-455°C的溫度和約300-800psig的壓力下進行；(d)使惰性氣體停止流入步驟(c)的反應器，然后通過與再生氣體在再生條件下接觸而使至少一部分步驟(C)的干燥的載硫吸附劑再生，從而產生再生吸附劑和含SO2W廢氣，其中所述再生氣體的初始標準氣時空速(SGHSV)為約1，000-約SO1OOOtr1,其中所述接觸在約250-800°C的溫度和約20-300psig的壓力下進行；(e)使再生氣體停止流入步驟(d)的反應器，然后使再生吸附劑在所述反應器內與惰性氣體接觸，其中所述接觸在約285-445°C的溫度和約300-800psig的壓力下進行；(f)使惰性氣體停止流動，然后重復工藝步驟(b)-(f)。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其中在步驟(d)的接觸期間，保持反應器內的溫度為約 250-800°C，且壓力為約 20_300psig。
5.根據(jù)權利要求ι的方法，其中所述初始吸附劑包含ai和促進劑金屬。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述初始吸附劑包含通過式MZnO表征的置換金屬氧化物固溶體，其中M為促進劑金屬組分，其中再生吸附劑具有小于6重量％的硫負載，其中再生吸附劑包含小于20重量％的在再生步驟期間產生的損害吸附劑的化合物。
7.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中所述步驟(b)的接觸產生貧含硫化合物的產物氣流和載硫吸附劑。
8.根據(jù)權利要求1、2或3的方法，其中在步驟(b)的接觸期間，保持反應器內的溫度為約 I5O-65OO且壓力為約 100_750psig。
9.根據(jù)權利要求1、2或3的方法，其中各個反應器始終保持約150°C以上的溫度和約 20psig以上的壓力，從而提高所述方法的速度和能量效率并降低吸附劑的磨耗率。
10.根據(jù)權利要求1、2或3的方法，其中使至少一個所述反應器在任何給定時間進行步驟(c)或步驟(d)，同時將輸入氣流同時轉向一個或多個平行操作的其他反應器。
11.根據(jù)權利要求1、2或3的方法，其中電子控制系統(tǒng)控制所述反應器在吸附與再生步驟之間的循環(huán)，所述控制系統(tǒng)包含(a)至少兩個在線傳感器，其能夠測量進入或離開所述反應器的具體氣態(tài)化合物的水平，其中所述氣態(tài)化合物主要選自O2、H2S、SO2、H2、CO和(X)2 ；(b)根據(jù)給定參數(shù)處理從所述在線傳感器獲得的工藝數(shù)據(jù)的計算機處理器，其中將所述參數(shù)編程為儲存在計算機可讀存儲介質上的機器語言，且其中所述機器語言向所述處理器提供指令集，這使得它傳送控制一個或多個電動雙滑輪電磁閥根據(jù)本公開內容的工藝要求打開的信號，(c)至少兩個電動雙滑輪電磁閥，其接收來自所述處理器的信號以根據(jù)本公開內容的工藝要求控制各種工藝氣體流入反應器中，同時使溫度和壓力的變化最小，從而提高所述方法的速度和能量效率，并降低吸附劑的磨耗率。
12.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中步驟(d)的再生氣體的初始標準氣時空速 (SGHSV)為約 1，000-80，OOOtT1。
13.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中所述步驟(b)的產物氣流包含小于50ppmv的含硫化合物和小于20ppmv的HCl。
14.一種用于從氣體中除去污染物的系統(tǒng)，其包含(a)至少兩個反應器，其能夠平行操作以從氣體中除去污染物，其中各個反應器包含能夠除去污染物的獨立吸附劑流化床，且其中各個反應器能夠使所述吸附劑流化床再生以產生廢氣和再生吸附劑；(b)至少兩個在線傳感器，其能夠測量進入或離開所述反應器的具體氣態(tài)化合物的水平，其中所述氣態(tài)化合物選自O2、H2S、SO2、H2、CO和CO2 ；(c)控制所述反應器在吸附與再生模式之間循環(huán)的電子控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包含1)根據(jù)給定參數(shù)處理從所述在線傳感器獲得的工藝數(shù)據(jù)的計算機處理器，其中將所述參數(shù) 編程為儲存在計算機可讀存儲介質上的機器語言，且其中所述機器語言為所述處理器提供指令集，這使得它傳送控制一個或多個電動雙滑輪電磁閥根據(jù)本公開內容的工藝要求打開的信號，2)至少兩個電動雙滑輪電磁閥，其接收來自所述處理器的信號以根據(jù)本公開內容的工藝要求控制各種工藝氣體流入反應器中，同時使溫度和壓力的變化最小，從而提高所述方法的速度和能量效率，并降低吸附劑的磨耗率。
全文摘要
本發(fā)明內容通常涉及從氣體料流中除去污染物。在某些實施方案中，本發(fā)明內容涉及一種使用平行操作的獨特反應器配置，通過與可再生吸附劑在高溫和高壓下接觸而從氣體料流中除去一種或多種污染物的方法。
文檔編號B01D53/12GK102209581SQ200980144414
公開日2011年10月5日 申請日期2009年9月14日 優(yōu)先權日2008年11月10日
發(fā)明者D·T·弗納爾德, R·E·布朗 申請人:科諾科菲利浦公司