獲得氣體產(chǎn)品的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于物理洗氣的方法和設(shè)備，其中將包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳以及羰基硫和/或硫化氫的原料氣(1)在相對于預(yù)先加載二氧化碳的洗滌劑的逆流中引導(dǎo)通過第一洗滌區(qū)(W1)，從而基本上選擇性地從原料氣分離出含硫組分并產(chǎn)生脫硫的氣體混合物(3)。在第二洗滌區(qū)中通過用未加載的洗滌劑(4)進(jìn)行洗滌從而從僅一部分量的脫硫的氣體混合物分離出二氧化碳，并將在此獲得的預(yù)先加載二氧化碳的洗滌劑作為洗滌劑完全用于第一洗滌區(qū)(W1)中。
【專利說明】獲得氣體產(chǎn)品的方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于物理洗氣的方法，其中包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳以及羰基硫和/或硫化氫的原料氣在相對于預(yù)先加載二氧化碳的洗滌劑的逆流中引導(dǎo)通過第一洗滌區(qū),從而基本上選擇性地從原料氣分離出含硫組分并產(chǎn)生脫硫的氣體混合物。此外,本發(fā)明還涉及用于實施所述方法的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]此類方法早已是現(xiàn)有技術(shù)，許多年來由本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。其利用了液體吸收氣體并將其保持在溶液中并且在此不發(fā)生化學(xué)鍵合的特性。液體吸收氣體的程度通過溶解系數(shù)表示:氣體在液體中溶解的程度越高，則其溶解系數(shù)越高。所述溶解系數(shù)取決于溫度，并且一般隨著溫度的降低而增大。
[0003]為了通過物理洗滌從氣體混合物溶解出氣體成分i，需要最小的洗滌劑的量Wmin,其可以通過下式非常容易地計算出:
[0004]Wmin = V/ (P.λ )
[0005]在該式中，V代表待分離的氣體混合物的總量,P代表氣體混合物的壓力，λ j代表待洗出的氣體組分相對于所用的洗滌劑的溶解系數(shù)。在氣體混合物的各組分的溶解系數(shù)之差足夠大的前提下，通過相應(yīng)地調(diào)節(jié)洗滌劑的量，可以在一個洗滌步驟中將具有最高溶解系數(shù)的氣體組分與其他氣體組分基本上無關(guān)地分離出，即選擇性地去除。利用更大的洗滌劑的量，根據(jù)相同的原理，可以在后續(xù)的洗滌步驟中將其他氣體組分或具有相似的溶解系數(shù)的氣體組分的組選擇性地洗出。
[0006]已知的物理洗氣是甲醇洗滌，其中將溫度遠(yuǎn)低于(TC的液體甲醇用作洗滌劑。其尤其是用于從合成粗煤氣分離出二氧化碳和含硫組分，并由此獲得由氫氣和一氧化碳組成的氣體混合物。在“Gas Separation&Purification”，1988 年 12 月，第 2 卷，第 171-176 頁中描述了甲醇洗滌，其中在兩個相繼的洗滌步驟中將二氧化碳和含硫組分從包含氫氣、一氧化碳和二氧化碳以及含硫組分羰基硫和硫化氫的合成粗煤氣選擇性地洗出。為此，將合成粗煤氣引入吸收塔，其中第一和第二洗滌區(qū)彼此上下排列。為了分離出二氧化碳，在第二洗滌區(qū)中使用未加載的甲醇，而在第一洗滌區(qū)中利用已經(jīng)在二氧化碳分離過程中預(yù)先加載二氧化碳的甲醇的一部分將含硫組分洗出。因為含硫組分相對于甲醇的溶解系數(shù)比二氧化碳的溶解系數(shù)大許多倍，所以需要將在第二洗滌區(qū)中用二氧化碳加載的洗滌劑的量的僅一小部分用于其分離。
[0007]若應(yīng)當(dāng)將通過物理洗氣產(chǎn)生的氣體混合物作為燃料送至燃?xì)廨啓C(jī)，則必須努力盡可能完全地除去含硫組分，這是因為其一方面損害燃?xì)廨啓C(jī)，另一方面必須遵守當(dāng)前的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。同時值得期待的是，使二氧化碳基本上完全地留在氣體混合物中，這是因為在燃?xì)廨啓C(jī)中需要二氧化碳作為減速劑(Moderator)和工作介質(zhì)。現(xiàn)有技術(shù)是，在一個洗漆步驟中凈化合成粗煤氣，其中將所需的最少的量的未加載的甲醇作為洗滌劑用于分離出含硫組分。在此產(chǎn)生二氧化碳含量明顯減少的基本上不含硫的氣體混合物，這是因為除了含硫組分以外，二氧化碳也在相當(dāng)大的程度上被洗滌劑吸收。因此，不含硫的氣體混合物僅僅有限地適合用于燃?xì)廨啓C(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此本發(fā)明的目的是提供前述類型的方法和設(shè)備，由此克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點。
[0009]所述目的在方法方面是以如下方式實現(xiàn)的:在第二洗滌區(qū)中通過用未加載的洗滌劑進(jìn)行洗滌從而從僅一部分量的脫硫的氣體混合物分離出二氧化碳，并將在此獲得的預(yù)先加載二氧化碳的洗滌劑作為洗滌劑完全用于第一洗滌區(qū)中。
[0010]若氣體和洗滌劑在逆流中引導(dǎo)通過洗滌區(qū)，如同例如在吸收塔中的情況，則將其中在流入的洗滌劑與氣體之間第一次建立熱平衡和物理平衡的區(qū)域定義為第一洗滌區(qū)的邊界。因此，在洗滌劑經(jīng)過該邊界時，其進(jìn)入第一洗滌區(qū)中，而氣體離開所述第一洗滌區(qū)。
[0011]合理地選擇洗滌劑的使用量，從而使其對應(yīng)于在第一洗滌區(qū)中完全分離出含硫組分所需的最小量。洗滌劑在第二洗滌區(qū)中預(yù)先加載的程度優(yōu)選為，其可以用二氧化碳飽和的狀態(tài)導(dǎo)入第一洗滌區(qū)中。因為該洗滌劑不具有或者僅具有非常小的二氧化碳吸收能力，所以在第一洗滌區(qū)中無法或者僅能將非常少量的二氧化碳從原料氣洗出，由此獲得二氧化碳濃度基本上與原料氣對應(yīng)的脫硫的氣體混合物。因此可以將未被繼續(xù)導(dǎo)入第二洗滌區(qū)中的氣體混合物作為包含氫氣和一氧化碳的、具有高的二氧化碳含量的、不含硫的產(chǎn)品排出，例如用作燃?xì)廨啓C(jī)的燃料或者用作甲醇合成氣。
[0012]可能地，在原料氣中所含的二氧化碳的量的大小使得通過僅分離出含硫組分而產(chǎn)生脫硫的氣體混合物，其二氧化碳含量過高因而無法直接用作產(chǎn)品。在此情況下有意義的是，將不完全地用二氧化碳加載的洗滌劑導(dǎo)入第一洗滌區(qū)中，從而除了含硫組分之外，由原料氣還分離出二氧化碳。
[0013]在第一洗滌區(qū)中吸收含硫組分期間，釋放出溶解熱，溶解熱由于溶解系數(shù)的溫度相關(guān)性而導(dǎo)致洗滌劑的需要量增大。因此，減少用于第一洗滌區(qū)中的洗滌劑的預(yù)先加載量，從而在第一洗滌區(qū)中吸收更多的二氧化碳，并由此產(chǎn)生含有較少二氧化碳的氣體產(chǎn)品。為了避免這一情況，在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施方案中，在所述第一洗滌區(qū)中在至少一個冷卻步驟中從所述洗滌劑導(dǎo)出溶解熱。優(yōu)選地，進(jìn)行冷卻，從而使所述洗滌劑排出所述第一洗滌區(qū)時的溫度與其進(jìn)入所述第一洗滌區(qū)時的溫度相差最多5°C。
[0014]若液態(tài)的深冷甲醇用作洗滌劑，則根據(jù)本發(fā)明的方法相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢特別大。但是利用其他洗滌劑，例如聚乙二醇二甲醚(稱作DMPEG)或者N-甲基-2-吡咯烷酮(稱作NMP)，也可以實施所述方法。
[0015]物理洗氣的經(jīng)濟(jì)性隨著進(jìn)行洗氣的壓力而增加。因此，甲醇洗滌的洗滌區(qū)以約50bar的壓力工作，因而在此產(chǎn)生的氣體產(chǎn)品處于可比較的高的壓力。若此類氣體產(chǎn)品例如應(yīng)當(dāng)用作燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)?，則需要降低該壓力，這是因為燃?xì)馔ǔH可以約25bar的壓力送至燃?xì)廨啓C(jī)。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選的實例方案中，未被送至第二洗滌區(qū)的部分的脫硫的氣體混合物在膨脹渦輪機(jī)中進(jìn)行做功膨脹。在此還可以冷卻脫硫的氣體混合物。
[0016]為了利用脫硫的氣體混合物在做功膨脹期間產(chǎn)生的冷量，建議將冷卻的脫硫的氣體混合物例如用于冷卻不含硫的洗滌劑流，該洗滌劑流在洗滌劑再生期間用于對含硫組分進(jìn)行回洗。
[0017]此外，本發(fā)明還涉及通過物理洗氣從包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳以及含硫組分的原料氣分離出含硫組分和二氧化碳的包括吸收塔的設(shè)備，其中第一洗滌區(qū)設(shè)置在第二洗滌區(qū)下方，其中所述吸收塔在其下部區(qū)域中具有用于送入原料氣的氣體供應(yīng)裝置，并且在其頂部具有用于排出去除了含硫組分和二氧化碳的氣體混合物的排出裝置，以及用于將未加載的洗滌劑送入第二洗滌區(qū)的洗滌劑供應(yīng)裝置。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，所提出的目的在設(shè)備方面是以如下方式實現(xiàn)的:在所述第一洗滌區(qū)與所述第二洗滌區(qū)之間設(shè)置有側(cè)面氣體排出裝置，經(jīng)由該側(cè)面氣體排出裝置可以將在所述第一洗滌區(qū)中脫硫的氣體混合物排出。
[0019]為了能夠針對性地調(diào)節(jié)預(yù)先加載的洗滌劑的二氧化碳含量，根據(jù)本發(fā)明，所述洗滌劑供應(yīng)裝置具有至少兩個設(shè)置在不同高度的導(dǎo)入位置，可以將未加載的洗滌劑的量分配至這些導(dǎo)入位置。
[0020]本發(fā)明進(jìn)一步建議，所述設(shè)備具有與所述吸收塔的側(cè)面氣體排出裝置連接的膨脹渦輪機(jī)，在其中經(jīng)脫硫的氣體混合物可以進(jìn)行做功膨脹。
[0021]下面應(yīng)當(dāng)依照圖1中示意性顯示的實施例更詳細(xì)地闡述本發(fā)明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1所示為物理洗氣的吸收塔，在其中由合成粗煤氣通過分離出含硫組分產(chǎn)生用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)狻?br> 【具體實施方式】
[0023]經(jīng)由管線1，將含有氫氣、一氧化碳、含硫組分和二氧化碳的合成粗煤氣導(dǎo)入吸收塔A的下部區(qū)域，在其中設(shè)置有彼此上下排列的兩個洗滌區(qū)Wl和W2。合成粗煤氣在其通過吸收塔A的路徑上首先進(jìn)入洗滌區(qū)W1，其在相對于以物理方式發(fā)揮作用的洗滌劑的逆流中弓I導(dǎo)通過所述洗滌區(qū)Wl。洗滌劑例如是甲醇，其已經(jīng)預(yù)先加載有二氧化碳，從而從合成粗煤氣主要分離出含硫組分，而二氧化碳基本上完全留在氣相中。為了將至少一部分的在吸收含硫組分期間釋放出的溶解熱導(dǎo)出，將洗漆劑經(jīng)由煙囪式塔盤K(Kaminboden)排出，并經(jīng)由管線2引導(dǎo)通過熱交換器E，其在此相對于外部冷量進(jìn)行冷卻。將二氧化碳濃度基本上與合成粗煤氣I相等的在洗滌區(qū)Wl中脫硫的氣體混合物的一部分經(jīng)由側(cè)面氣體排出裝置3排出，并且在膨脹渦輪機(jī)(未示出)中做功膨脹之后作為產(chǎn)品排出，例如作為燃?xì)庖龑?dǎo)至燃?xì)廨啓C(jī)。剩余部分的脫硫的氣體混合物進(jìn)入第二洗滌區(qū)W2，其在此利用未加載的洗滌劑4進(jìn)行洗滌。在第二洗滌區(qū)W2中，脫硫的氣體混合物不含二氧化碳，從而可以將主要由氫氣和一氧化碳組成的氣體混合物作為其他產(chǎn)品經(jīng)由管線5從吸收塔A的塔頂排出。將在洗滌區(qū)W2中用二氧化碳加載的洗滌劑完全繼續(xù)引導(dǎo)至洗滌區(qū)Wl中，其在此作為洗滌劑用于從合成粗煤氣分離出含硫組分。吸收塔A以如下方式運(yùn)行，洗滌劑在洗滌區(qū)W2中主要預(yù)先加載二氧化碳。為了使這一點即使在波動的運(yùn)行條件下也始終能夠?qū)崿F(xiàn)，可以借助調(diào)節(jié)元件a和b將洗滌劑4的量分配至兩條管線6和7，并且在不同高度導(dǎo)入洗滌區(qū)W2中。
【權(quán)利要求】
1.用于物理洗氣的方法，其中將包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳以及羰基硫和/或硫化氫的原料氣在相對于預(yù)先加載二氧化碳的洗滌劑的逆流中引導(dǎo)通過第一洗滌區(qū)，從而基本上選擇性地從原料氣分離出含硫組分并產(chǎn)生脫硫的氣體混合物，其特征在于，在第二洗滌區(qū)中通過用未加載的洗滌劑進(jìn)行洗滌從而從僅一部分量的脫硫的氣體混合物分離出二氧化碳，并將在此獲得的預(yù)先加載二氧化碳的洗滌劑作為洗滌劑完全用于第一洗滌區(qū)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述洗滌劑以用二氧化碳飽和的狀態(tài)進(jìn)入所述第一洗滌區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在所述第一洗滌區(qū)中在至少一個冷卻步驟中從所述洗滌劑導(dǎo)出溶解熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，進(jìn)行冷卻，從而使所述洗滌劑排出所述第一洗滌區(qū)時的溫度與其進(jìn)入所述第一洗滌區(qū)時的溫度相差最多5°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，未被送入所述第二洗滌區(qū)的部分的脫硫的氣體混合物在膨脹渦輪機(jī)中進(jìn)行做功膨脹。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，在做功膨脹期間冷卻的脫硫的氣體混合物用于冷卻不含硫的洗滌劑流，該洗滌劑流在洗滌劑再生期間用于對含硫組分進(jìn)行回洗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其特征在于，未被送入所述第二洗滌區(qū)的部分的脫硫的氣體混合物作為燃料送至燃?xì)廨啓C(jī)或者作為合成氣用于生產(chǎn)甲醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其特征在于，將甲醇或聚乙二醇二甲醚或N-甲基-2-吡咯烷酮用作洗滌劑。
9.通過物理洗氣從包含氫氣、二氧化碳以及含硫組分的原料氣分離出含硫組分和二氧化碳的包括吸收塔的設(shè)備，其中第一洗滌區(qū)設(shè)置在第二洗滌區(qū)下方，其中所述吸收塔在其下部區(qū)域中具有用于送入原料氣的氣體供應(yīng)裝置，并且在其頂部具有用于排出去除了含硫組分和二氧化碳的氣體混合物的排出裝置，以及用于將未加載的洗滌劑送入所述第二洗滌區(qū)的洗滌劑供應(yīng)裝置，其特征在于，在所述第一洗滌區(qū)與所述第二洗滌區(qū)之間設(shè)置有側(cè)面氣體排出裝置，經(jīng)由該側(cè)面氣體排出裝置能夠?qū)⒃谒龅谝幌礈靺^(qū)中脫硫的氣體混合物排出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，所述洗滌劑供應(yīng)裝置具有至少兩個設(shè)置在不同高度的導(dǎo)入位置，能夠?qū)⑽醇虞d的洗滌劑的量分配至這些導(dǎo)入位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的設(shè)備，其特征在于，其具有與所述吸收塔的側(cè)面氣體排出裝置連接的膨脹渦輪機(jī)，在所述膨脹渦輪機(jī)中經(jīng)脫硫的氣體混合物能夠進(jìn)行做功膨脹。
【文檔編號】B01D53/14GK103826724SQ201280033044
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月1日
【發(fā)明者】H·魏斯, A·布蘭德爾 申請人:林德股份公司