专利名称：氢气循环和用薄膜除去酸性气体的制作方法
背景技术：
由固体和液体含碳燃料特别是煤、焦炭和液体烃类进料生产合成气已应用相当长时间，并且由于能源需求增加和需要清洁利用其他低值含碳材料，目前合成气的生产经历重大的改进。合成气可通过含碳材料与反应性气体例如空气或氧气一起加热来生产，常常在水蒸汽存在下在气化反应器中进行，制得合成气，它从气化反应器中取出。
合成气也可用于由其他在环境上不可接受的燃料源生产电力以及作为合成烃类、含氧有机化合物或氨的进料气源。
合成气混合物含有一氧化碳、二氧化碳和氢。氢对于加氢反应来说是一种工业上重要的反应物。
常在合成气中找到的其他微量物质包括硫化氢、氨、氰类以及炭和微量金属形式的颗粒物。在进料中杂质的数量由进料的类型和使用的具体气化法以及操作条件决定。当产物气体从气化反应器排出时，它通常进行其中包括洗涤技术的冷却和净化操作，其中将气体送入洗涤塔并与喷淋水接触，使气体冷却并从合成气中除去颗粒物和离子组分。在合成气利用以前，最初冷却的气体可经处理使气体脱硫。
当所需的产物为氢时，由气化反应器得到的合成气最好通过水煤气转换(也称为水蒸汽转化)用催化剂进一步处理，由一氧化碳生成氢气，如下所述
水煤气转换法，即水蒸汽转达化将水和一氧化碳转化成氢和二氧化碳。该转换法例如在U.S5472986中描述，其公开内容在这里作为参考并入。
氢气常常用于随后的精制法中，特别是加氢处理。对于许多应用来说，特别是烃类加氢处理，需要氢气比合成气中甚至水煤气转换的合成气中可得到的有更高的纯度，其压力在约1000至约3000Psig之间。所以，经转换的或未转换的合成气都必需经净化以满足产品规格。此外，经净化的气体可能需要进一步压缩。
相对纯的高压氢气可由合成气通过变压吸附法得到。这一方法是昂贵的并需要大量投资。
需要一种有效的和低费用的方法来从合成气中分离出相对纯的高压氢气。
发明概述本发明涉及一种从合成气中回收高纯度的高压氢气流的方法以及涉及一种有效回收和利用氢净化副产物的低品质一氧化碳和二氧化碳气体的方法。合成气与能将合成气分离成富氢渗透物和贫氢非渗透物的薄膜接触。将渗透物送至二氧化碳吸收塔。二氧化碳吸收塔用溶剂除去二氧化碳。将来自吸收塔的富含二氧化碳的溶剂加热并送入气-液接触塔，在那里通过氮气汽提使溶剂再生。少量的再生气循环物流即氢气随后与溶剂接触，从溶剂中汽提夹带的和溶解的氮气。这一汽提气体或再生气体或优选两者然后与非渗透物混合，用于在燃烧透平中燃烧。
附图简介
图1为本发明一实施方案的示意图。
图2为二氧化碳汽提塔和溶剂再生塔的一实施方案的更详细示意图。
发明详述正如这里使用的，术语“合成气”指含有氢气和一氧化碳的气体。氢与一氧化碳的摩尔比可为(但不一定)约1/1。常常有一些惰性气体在合成气中，特别是氮气和二氧化碳。常常还有其他杂质存在，例如硫化氢和COS。
正如这里使用的，碳氧化物是一种由一氧化碳或二氧化碳或两者组成的气体，还可含有其他气体，特别是氮气和氢气。
正如这里使用的，高纯氢是一种含有至少约90％(摩尔)氢和优选小于约4％(摩尔)碳氧化物的气体。
合成气通过含碳氢的燃料和氧在反应器中常常在水蒸汽存在下部分燃烧来制备，在反应器中生成含有一氧化碳和氢的混合物。正如这里使用的，术语“含碳氢的”指各种适合的原料，包括气态的、液态的和固体的烃类、含碳的材料及其混合物。事实上，基本上任何可燃烧的含碳有机材料或其浆液都可包括在术语“含碳氢的”定义中。
合成气可用任何一种气化法来制备。含碳氢的燃料与大于约90％(摩尔)氧的基本上纯氧或大于约50％(摩尔)氧的富氧的空气反应。优选的是，气化法使用大于约95％(摩尔)氧的基本上纯氧。气化法对于本专业是已知的。例如参见U.S.4099382和U.S.4178758，其公开内容在这里作为参考并入。
在气化反应器中，任选在温度调节器存在下，含碳氢的燃料与含游离氧的气体接触，制成合成气。在反应段中，各种物料通常达到约900至1700℃、更通常约1100至约1500℃。压力通常为约1至约250大气压、更通常约15至约150大气压、甚至更通常约500至约2000Psi。
合成气经冷却和洗去杂质，优选带有能量回收，例如产生水蒸汽和/或水蒸汽过热。可进行较低品质的热回收。可有其他传统的气体处理步骤，例如水蒸汽脱除以调节组成。
如果氢气为目的产品，使合成气进行水蒸汽转化以提高氢气的相对产率可能是有利的。水蒸汽转化法也称为水煤气转换法例如在U.S.5472986中公开，其公开内容在这里作为参考并入。优选的转换反应为酸转换，在那里几乎不生成甲烷，而转换反应为放热的。
水蒸汽转化为一种加水(即利用气体中所含的水)和生成的气体混合物在水蒸汽转化催化剂上绝热反应的过程。水蒸汽转化的主要目的是提高氢在气体混合物中的数量。合成气通常含有由气化反应器进料中的硫生成的硫化氢(H2S)和COS。COS在水蒸汽转化反应器中按一氧化碳相同的反应途径转换，生成硫化氢和二氧化碳。
低温转换反应器的气体温度为约150至300℃、更通常约200至250℃。低温转达换催化剂通常为铜氧化物，它们可负载在氧化锌和氧化铝上。水蒸汽转换常常伴随有效的热量利用，例如使用产物/反应物换热器或水蒸汽发生器。这样的转换反应在本专业中是已知的。
气化反应的合成气组成通常为25-45％(摩尔)氢、40-50％(摩尔)一氧化碳、10-35％(摩尔)二氧化碳和微量杂质。在水蒸汽转化合成气中，典型的组成为35-65％(摩尔)氢、10-20％(摩尔)一氧化碳、30一60％(摩尔)二氧化碳和微量杂质。这些范围不是绝对的，可随气化的燃料和气化参数变化。
可使用酸性气体脱除塔来减少气流中硫化氢的浓度。所述的酸性气体脱除塔类似于这里描述的二氧化碳吸收塔。通常，酸性气体脱除塔用来除去微量硫化氢，而不会明显影响气体的二氧化碳浓度。酸性气体脱除单元的硫化氢通常送到酸气体流中，后者送至硫回收法。
图中管线(10)中经冷却和部分处理的合成气然后经处理，得到富氢气流和富一氧化碳/二氧化碳气流。气体中的其他杂质通常在富一氧公碳/二氧化碳气流中。
得到约10至约100℃、通常30-50℃的合成气。合成气在高压下沿薄膜流过，通常约500至约2000Psi、更通常约800至约1200Psi。
薄膜体系的应用是进行分离的优选方法。合成气与薄膜(12)接触，所述的薄膜材料和结构允许象氢那样的小分子优先通过(渗透)，而较大的分子(例如一氧化碳和二氧化碳)不能优先渗透。
例如薄膜是一种对变压吸附的费用低的替代方法。薄膜通常使产物氢的压力降低，以致在使用前它必需压缩。但是，非渗透物的压力足够高，以至不需进一步压缩就能用于燃烧透平。得到接近常压的变压吸附的排放气体，随后的除锅炉燃料以外的任何应用都需要压缩。这一气体用作锅炉燃料的应用由于经济原因不是优选的。
薄膜可为任何一种与二氧化碳和一氧化碳相比优先渗透氢气的薄膜。在本专业中已知许多种与氮气相比高度优先扩散氢气的薄膜材料。这样的薄膜材料包括硅橡胶、丁基橡胶、聚碳酸酯、聚苯醚、尼龙6.6、聚苯乙烯、聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚、聚芳醚、聚氨酯、聚酯等。薄膜单元可有任何传统结构，而中空纤维型结构是优选的。
合成气在高压下沿薄膜通过，通常约500至约2000Psi。更通常约800至约1200Psi。富氢气体渗透过薄膜。渗透物当通过薄膜时，它经受约300至700Psi的巨大压降。渗透物通常处于约200至1500Psi、更通常约400至700Psi。
富氢气体用于随后的各种方法，特别是加氢处理。对于许多应用来说，特别是烃类加氢处理，需要更高纯度和约1000至约3000Psi压力的氢气。所以，转换的合成气通常必需经压缩和净化以满足产品规格。
含有约30至90、通常约80％(摩尔)氢和约4至约70、通常约20％(摩尔)一氧化碳和二氧化碳的富氢渗透物气体渗透过薄膜。渗透物当通过薄膜时，它经受约300至700Psi、通常500-700Psi的巨大压降。
为了用于随后的操作，例如用于原油的加氢处理，富氢的渗透物最好压缩到约800至2000Psi。压缩的动力可通过非渗透物的部分膨胀获得。最好将非渗透物在燃烧透平(22)中烧掉，以产生动力。燃烧透平通常用约200至500Psi的进料压力操作。
图中管线(14)中的薄膜非渗透物气流含有二氧化碳、一氧化碳和一些氢气。该非渗透物气体处于高压。非渗透物的压力实际上不受薄膜影响。虽然该非渗透物气体可在锅炉或其他产热法中烧掉，但该气体最好在燃烧透平中烧掉以产生动力。
为了用于燃烧透平(22)，非渗透物气体的压力最好通过气体在膨胀机(16)中膨胀从约800至约1600Psi降到约200至约500Psi。非渗透物气体以这样一种方式膨胀以便提供动力，在图中用管线(18)表示的。所述的动力最好可用于压缩渗透物气体。由非渗透物膨胀机产生的动力可直接或间接用于压缩氢气。直接方法将膨胀机与压缩机偶联，以致膨胀机驱动压缩机。如果需要间接动力，那么可通过驱动压缩机的膨胀机产生电能。
膨胀机直接与压缩机偶联是优选的。膨胀机/压缩机有这样一种膨胀机，其中非渗透物膨胀，它直接驱动压缩渗透物的压缩机。不需要电动机。压缩机和膨胀机可为透平、活塞或任何一种本专业已知的其他设计。在任何情况下，通过压缩机和膨胀机的质量流量都必需使压缩和膨胀压力比平衡。
对于透平压缩机/透平膨胀机来说，其间任何质量流变化都必需不超过燃气透平止推轴承的设计值。在典型的设计下，通过膨胀机侧的相对质量流比通过压缩机侧的质量流可能有最大10％的变化。同时，应当认识到，对于典型的设备来说，所需的流速可变化10倍以上，即从约10变化到约400百万标英尺3/天。不过，流量和压缩比之间的关系已很好地认识到。所以，膨胀机/压缩机体系的尺寸确定是在熟悉本专业的技术人员的技能范围内。
然后通过管线(20)将膨胀的非渗透物送至燃烧透平(22)，在那里它经燃烧产生废气(62)和动力，如图中管线(24)表示的。
富氢渗透物最好可进行水蒸汽转化，以提高氢气的相对产率。水蒸汽转化过程以前已描述过。水蒸汽转化使渗透物的一氧化碳含量下降，同时提高渗透物的氢和二氧化碳浓度。
管线(30)中的渗透物可含有约4至70％(摩尔)碳氧化物。如果渗透物经水蒸汽转化，那么这些碳氧化物中大多数为二氧化碳。必需减少富氢渗透物中的这一二氧化碳以及一氧化碳和更小程度其他杂质。
将渗透物通过管线(30)送至二氧化碳吸收塔(32)。二氧化碳吸收塔为通过气体与管线(34)提供的溶剂接触来除去二氧化碳以及更小程度除去一氧化碳、氮和氢的一种气-液接触塔。
正如这里使用的，术语“溶剂”为任何一种相对于氢能从含二氧化碳和氢的气流中优先除去二氧化碳的液体。二氧化碳吸收塔最好通过气体与胺或物理溶剂接触来除去一氧化碳和二氧化碳。
酸性气体脱除的气-液接触塔通常在约100℃以下、优选约70℃以下、更优选约40℃以下操作。如果需要，渗透物和溶剂被冷却，优选通过换热器用其他流体换热。
在二氧化碳脱除步骤中，所谓的“化学”溶剂可使用，例如乙醇胺类或碳酸钾，特别是在已建立的方法中，例如“AMINEGUARD”、“BENFIELD”、“BENFIELD-DEA”、“VETROCOKE”和“CATACARB”。
可提及的物理溶剂的例子环丁砜(“SULFINOL”)；碳酸亚丙酯(FLUOR)；N-甲基-2-吡咯烷酮(“PURISOL”)；聚乙二醇二甲醚(“SELEXOL”)；甲醇(“RECTISOL”)和水。水可使用，特别是如果有水的PH值控制。
一种方法是这样一种碳酸盐为基础的水体系，其中在水中的碳酸盐例如碳酸钾使PH值降低。这一低PH值的水吸收二氧化碳生成碳酸氢盐。随后，加热这种水使二氧化碳释放，同时使碳酸钾再生。
传统的胺溶剂例如MDEA可用来除去硫化氢。流体可为溶剂，例如低碳一元醇(例如甲醇)或多元醇(例如乙二醇等)。流体可含有胺，例如二乙醇胺、甲醇、N-甲基-吡咯烷酮或聚乙二醇的二甲醚。优选物理溶剂，因为它们在高压下能更好地起作用。
渗透物气体在气-液接触塔中(在这里称为二氧化碳吸收塔)与溶剂接触。所述的接触塔可为任何一种本专业已知的类型，包括但不限于板式塔(64)或填料塔。流动通常为逆流。溶剂流量尤其取决于接触塔的理论板数、所用的溶剂类型、气体流量和接触塔的压力和温度。这样的酸脱除接触塔的操作是在熟悉本专业的技术人员的能力范围内。
载有碳氧化物的二氧化碳溶剂通过管线(38)从酸性气体脱除接触塔除去并在加热器(50)中加热。溶剂被加热到约70℃以上、优选约90℃以上、更优选约110℃以上。
然后将吸收塔经加热的富二氧化碳溶剂通过管线(52)送至二氧化碳回收单元(40)，在那里通过惰性气体汽提使二氧化碳和其他气体从溶剂中除去。
所谓惰性气体是指不优先留在溶剂中的气体，即不是二氧化碳也不是类似二氧化碳与溶剂反应的气体。它可为多种气体中任何一种。由于甲烷和/或氮气在气化法中的可供性，所以这些气体是优选的。因为富氧空气和基本上纯氧由空气分离装置生产，所以氮气是气化的副产物。这样的装置在工业中是已知的，并可商业上得到。氮气最好通过管线(42)由生产用于气化的基本上纯氧的空气分离装置提供。
然后用氮气从二氧化碳溶剂中气提碳氧化物和溶解的氢。在气-液接触塔(在这里称为二氧化碳溶剂再生塔)中进行汽提是优选的。所述的接触塔可为本专业已知的任何类型接触塔，包括但不限于板式塔(64)或填料塔。这样的接触塔的操作在本专业中是已知的。所用氮气的数量取决于接触塔中的理论板数、所用溶剂的类型、溶剂流量和压力以及温度。这样的接触塔的操作是在熟悉本专业的技术人员的能力范围内。
汽提优选在等于或大于燃烧透平燃料的压力下进行，也就是在至少约100Psi，更通常200至500Psi下进行。最好将氮-碳氧化物-氢气体体系通过管线(46)送至燃烧透平(22)，在那里它与非渗透物混合。氮-碳氧化物-氢气体体系将动力提供给燃烧透平，并调节透平中的温度。在燃烧透平中用作稀释剂气体的氮-二碳氧化-氢稀释剂气体的存在使放空的废气(62)中的氮氧化物(NOX)排放量减少和使动力输出(24)增加。
从溶剂中回收碳氧化物所需的汽提气体(即氮气)的数量取决于溶剂的类型、压力、温度和气-液接触塔中的理论板数。通常，汽提气体的数量为汽提塔压力和温度下溶剂体积的0.5-20倍，但范围在宽范围内变化。例如，最佳体积比为约3∶1(对一种溶剂)和10∶1(对另一种溶剂)。流速的设定是在熟悉本专业的技术人员的能力范围内。较大的氮气过量应当避免，因为如果加入的氮气太多，合并的渗透物/汽提气体可能变得不可燃烧。
溶剂含有残留的氮气。使循环溶剂中的氮气减到最小是重要的，因为该溶剂最终被冷却和循环到酸性气体接触塔。所述的氮气在二氧化碳吸收塔中转移到渗透物中。如果氢气用于生产氨，上述这一点没有问题，但是在其他方法中氮气可能是有问题的。例如，在加氢处理装置中，氮气可能转变成不希望的氨。
所以，最好在使溶剂循环以前，通过除去溶剂中大部分氮气使溶剂再生。可通过将溶剂置于接近常压的低压力下使氮气从溶剂中除去。另一方面，可用少量侧线氢气从溶剂中汽提氮气。
可在相同的气-液接触塔中(在那里用氮气汽提二氧化碳)中，通过在管线(44)下方注入氢气，也就是氮气喷嘴的下游从溶剂中汽提氮气。这一点是有效的，只要是有充分的接触，在氢注入口(44)和氮注入口(42)之间至少相当于约3或4块理论板。将少量氢气流注入溶剂并向上鼓泡，最终与氮气一起流动，使二氧化碳更完全脱除。这一富氢气体最好注入二氧化碳汽提塔。
H2注入有助于置换在溶剂中饱和的氮气，所以它基本上从溶剂中汽提出大部分氮气。优点在于氢气有助于从溶剂中置换氮气，氢气从溶剂中汽提出大部分氮气，该氢气与汽提出的气体一起用于燃烧透平，以及最终这一氢气使从溶剂中除去一定数量的二氧化碳所需的氮气数量减少。
氢气流量好也可与含氮气的溶剂在另外的气-液接触塔中接触。这一接触塔可提供更多的理论板，如果溶剂再生接触塔的尺寸受到限制的话。这一汽提塔气体可与来自溶剂再生接触塔的氮-二氧化碳-氢气体流一起送经燃烧透平。该气体也可与经汽提的气体和非渗透物一起。
所需的氢气即含有至少60％、优选至少90％氢的富氢气体的数量取决于溶剂的类型、压力、温度和气-液接触塔中的理论板数。通常，再生气体的数量为在汽提塔压力和温度下溶剂体积的0.5至10倍，但这一范围在宽范围内变化，它与溶剂的类型、压力、温度、接触塔的设计和操作有关。流速的设定在熟悉本专业的技术人员的能力范围内。氢气的大量过量应当避免，因为氢气是有价值的产品。
氢气汽提出溶解和/或夹带在溶剂中的氮气，从而使溶剂再生。来自次汽提的这一氢-氮气体最好与来自主汽提的氮-二氧化碳气体混合。生成的气流通过管线(46)送至燃烧透平(22)，在那里它与非渗透物混合，并在燃烧透平中燃烧/膨胀。
最好是，汽提在这样的压力下进行，以致该物流不需压缩就用作燃烧透平燃料。在燃烧透平中，除了非渗透物外，氮-二氧化碳-氢稀释气体的存在起稀释剂气体作用，从而减少氮氧化物(NOX)排放量和提高动力输出。
因在离开溶剂再生接触塔的溶剂中的氮气有很小的价值，从溶剂中汽提氮气的另一方法是首先将压力降到约100Psi以下，优选约50Psi以下，更优选约20Psi以下。溶剂可处在常压下，或在某些情况下，可处在一直到5Psia的真空下。产生的气体被分离，如果需要还经处理，然后放空。溶剂通过这样一气-液接触塔可能是有好处的，在那里少量氢气流除去残留的氮气。此外，该气-液接触塔在等于或大于燃烧透平进料压力下操作是优选的，以致这一汽提气体可与非渗透物燃料气一起。
如果需要，然后将溶剂冷却，并循环到酸性气体脱除接触塔。然后将溶剂通过管线(54)送至泵(56)，在那里使压力升高，以致溶剂可再注入二氧化碳吸收塔(32)。最好将溶剂通过管线(58)送至冷却器(60)，然后通过管线(34)至二氧化碳吸收塔。在泵送前先将溶剂冷却可能是有好处的。这样的设计变化完全在熟悉本专业的技术人员的技能范围内。
溶剂的氢气汽提使渗透物氢气中的氮气数量减少，因为溶剂未被氮气饱和，所以可吸收渗透物中存在的氮气。
富氢的溶剂再生气体源最好为产品渗透物气流(36)的支流(44)。该气体可来自酸性气体脱除接触塔的上游或下游的渗透物流。如果氢气来自酸性气体脱除接触塔以前的渗透物，那么夹带的一氧化碳和二氧化碳会在这一点进入溶剂。因为用于汽提氮气的支流氢气的数量少，所以溶剂在酸性气体脱除接触塔中仍然有从渗透物气体中吸收二氧化碳的足够能力。但是，对于许多溶剂来说，象吸收氮气的能力一样，吸收一氧化碳的能力是有限的，在再生过程中增加的一氧化碳可能大大降低溶剂从气体中除去一氧化碳的能力。
然后将渗透物气流送至甲烷化反应器，使残留的碳氧化物和少量氢气转化面甲烷。如果少量的碳氧化物的存在干扰富氢渗透物气体随后的应用，这样做才是必要的。甲烷化反应使氢与残留的碳氧化物结合生成甲烷和水。这些反应是强放热的。催化剂通常为负载在难熔物质例如氧化铝上的镍。这一甲烷化步骤使碳氧化物降到约20ppm以下，优选约5ppm以下。这样的甲烷化反应器在本专业中是已知的。高纯氢产品经冷却并送往下游装置供应用。
富氢渗透物气体的压缩可在该法的任何地方进行。渗透物气体最好在什么时候压缩是在熟悉本专业的技术人员的能力范围内。某些溶剂在较高的压力下最有效，而另一些溶剂在较低的压力下更有效是已知的。
用薄膜分离高纯氢气和用氢汽提除去CO2是很有用的技术。提高氢纯度在随后的应用中有技术好处。捕获最大数量的CO2和N2稀释剂对于用于燃烧透平来说提高了效率，并改善了该技术的环境性能。
权利要求
1.一种从气体中回收高压二氧化碳的方法，所述的方法包括a)提供一种含二氧化碳的高压气体；b)提供一种液体溶剂，所述的溶剂能吸收气体中的二氧化碳；c)含二氧化碳的高压气体在高压下在气-液接触塔中与液体溶剂接触；d)从贫二氧化碳的气体中分离含二氧化碳的溶剂；e)加热含二氧化碳的溶剂；f)经加热的含二氧化碳的溶剂与惰性汽提气体接触，其中汽提气体处在大于约100Psi的压力下，所述的接触在这样的条件进行，以致汽提气体从溶剂中汽提出二氧化碳；以及g)从加热的溶剂中分离含二氧化碳的汽提气体。
2.根据权利要求1的方法，其中含二氧化碳的气体处于约200至约1500Psi的压力下。
3.根据权利要求1的方法，其中含二氧化碳气体含氢气、二氧化碳和一氧化碳和二氧化碳和一氧化碳的和为约4至约70％(摩尔)。
4.根据权利要求1的方法，其中液体溶剂包括乙醇胺类或碳酸钾。
5.根据权利要求1的方法，其中液体溶剂为下列的一种或多种环丁砜、碳酸亚丙酯、N-甲基-乙-吡咯烷酮、聚乙二醇二甲醚、甲醇、乙二醇、二乙醇胺或水。
6.根据权利要求1的方法，其中液体溶剂被加热到至少约70℃。
7.根据权利要求1的方法，其中液体溶剂被加热到至少约90℃。
8.根据权利要求1的方法，其中惰性气体为氮气。
9.根据权利要求1的方法，其中惰性气体为惰性气体与加热的溶剂接触的压力和温度下加热的溶剂体积的约0.5至约20倍。
10.根据权利要求1的方法，其中还包括通过加热的溶剂与含有至少约60％(摩尔)氢的气体接触从加热的溶剂中除去惰性气体。
11.根据权利要求10的方法，其中含有至少60％(摩尔)氢的气体为在气体与加热的溶剂接触的压力和温度下加热的溶剂体积的约0.5至约10倍。
12.根据权利要求1的方法，其中还包括通过将溶剂处于约50Psi以下的压力下和从液体中分离任何闪蒸出的气体来从溶剂中除去惰性气体。
13.根据权利要求12的方法，其中压力低于约20Psi。
14.根据权利要求12的方法，其中还包括在分离出闪蒸气体以后加热的溶剂与含有至少约60％(摩尔)氢的气体接触。
15.一种回收高压二氧化碳气体的方法，所述的方法包括a)提供一种约10至约100℃和约500至约2000Psi的合成气，所述的合成气含有氢、二氧化碳和一氧化碳；b)使该合成气与薄膜接触，所述材料和结构的薄膜能使小分子优先渗透，而一氧化碳和二氧化碳不优先渗透，从而将合成气分离成富氢的渗透物和贫氢的非渗透物；c)使富氢的渗透物与液体溶剂接触，所述的溶剂能在这样的条件下吸收气体中存在的二氧化碳，以致原存在于渗透物中的一氧化碳和二氧化碳总量的至少约90％(重量)含在溶剂中；d)从气体中分离出含二氧化碳的溶剂；e)加热溶剂；f)将加热的含二氧化碳的溶剂与汽提气体接触，其中汽提气体处于大于约100Psi的压力下，所述的接触在这样的条件下进行，以致汽提气体从溶剂中汽提出一氧化碳和二氧化碳；以及g)从加热的溶剂中分离汽提气体，其中汽提气体含二氧化碳。
16.根据权利要求15的方法，其中所汽提气体包括氮气、甲烷或其混合物。
17.根据权利要求15的方法，其中汽提气体包括氮气。
18.根据权利要求15的方法，其中薄膜为以下的一种或多种硅橡胶、丁基橡胶、聚碳酸酯、聚苯醚、尼龙-6.6、聚苯乙烯、聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚、聚芳醚、聚氨酯和聚酯。
19.根据权利要求15的方法，其中渗透物含约50至约90％(摩尔)氢气。
20.根据权利要求15的方法，其中合成气处于约30至约50℃和约800至约1200Psi。
21.根据权利要求15的方法，其中渗透物气体的压力为约100至约900Psi。
22.根据权利要求15的方法，其中还包括在渗透物与液体溶剂接触以前使渗透物水蒸汽转化。
23.根据权利要求15的方法，其中液体溶剂为乙醇胺类或碳酸钾。
24.根据权利要求15的方法，其中液体溶剂为以下的一种或多种环丁砜、碳酸亚丙酯、N-甲基-乙-吡咯烷酮、聚乙二醇二甲醚、甲醇、乙二醇、二乙醇胺和水。
25.根据权利要求15的方法，其中溶剂被加热到至少约70℃。
26.根据权利要求15的方法，其中液体溶剂被加热到至少约90℃。
27.根据权利要求15的方法，其中汽提气体为汽提气体与加热的溶剂接触的压力和温度下加热的溶剂体积的约0.5至约20倍。
28.根据权利要求15的方法，其中还包括通过加热的溶剂与含有至少约60％(摩尔)氢气的再生气体接触来除去溶在加热的溶剂中的汽提气体。
29.根据权利要求28的方法，其中再生气体为气体与加热的溶剂接触的压力和温度下加热的溶剂体积的约0.5至约10倍。
30.根据权利要求15的方法，其中还包括使非渗透物膨胀到约200至约500Psi的压力，从而产生动力。
31.根据权利要求30的方法，其中还包括使非渗透物在燃烧透平中燃烧。
32.根据权利要求30的方法，其中汽提气体处于约200至约500Psi，还包括在非渗透物燃烧前将汽提气体加到非渗透物中。
33.根据权利要求29的方法，其中还包括将渗透物压缩到约800至约2000Psi，其中压缩渗透物所需的动力至少部分由非渗透物的膨胀提供。
34.根据权利要求16的方法，其中还包括通过将溶剂处于约50Psi以下的压力下并从液体中分离出任何闪蒸的气体来除去溶解在溶剂中的汽提气体。
35.根据权利要求34的方法，其中压力低于约20Psi。
36.根据权利要求16的方法，其中还包括在加热的溶剂与汽提气体接触以后，加热的溶剂再与含有至少约60％(摩尔)氢气的再生气体接触，其中所述的接触在至少除去一部分汽提气体的条件进行。
37.根据权利要求36的方法，其中再生气体含有至少约90％(摩尔)氢气。
38.根据权利要求36的方法，其中再生气体处于约200至约500Psi，还包括在非渗透物燃烧以前将再生气体加到非渗透物中。
39.根据权利要求38的方法，其中汽提气体和再生气体在单一的气-液接触塔中与加热的溶剂接触。
40.根据权利要求17的方法，其中还包括从溶剂中分离渗透物以后使渗透物甲烷化。
全文摘要
本发明涉及一种从合成气中回收高纯度的高压氢气的方法。将合成气与能将合成气分离成富氢的渗透物和贫氢的非渗透物的薄膜接触。将渗透物送至二氧化碳吸收塔。二氧化碳吸收塔用溶剂除去二氧化碳。将吸收塔的富二氧化碳的溶剂加热,并送至气－液接触塔,在那里通过氮气汽提使溶剂再生。少量再生气体循环物流即氢气随后与溶剂接触,从溶剂中汽提出夹带和溶解的氮气。然后将汽提气体或再生气体或优选两者与非渗透物混合,用于在燃烧透平中燃烧。
文档编号B01D71/24GK1356960SQ00808992
公开日2002年7月3日 申请日期2000年5月12日 优先权日1999年5月14日
发明者P·S·瓦拉斯, K·A·约翰森, J·L·卡斯保穆 申请人:德士古发展公司