用于从酸性气体中除去酸气体的设备和方法
【专利说明】用于从酸性气体中除去酸气体的设备和方法
[0001]优先权陈述
[0002]本申请要求2013年6月26日提交的美国申请N0.13/928，244的优先权，通过引用将其内容全部并入本文中。
技术领域
[0003]该技术领域一般而言用于从酸性气体中除去酸气体的设备和方法，更特别是涉及使用吸收剂溶剂从酸性气体如合成气体、天然气等中除去酸气体如二氧化碳和硫化氢的设备和方法。
[0004]背景
[0005]酸气体脱除方法广泛用于气体加工工业中以将酸气体与酸性气体如合成气体(在下文中“合成气”)、天然气或包含酸气体的其它工艺气体分离。例如，合成气料流可通过煤、焦炭或重质烃油的气化产生。酸气体的一些实例为硫化氢(H2s)、硫化羰(COS)和其它硫化合物、二氧化碳(C02)和氰化氢(HCN)。通过分离酸气体，使合成气料流更适于燃烧和/或进一步加工。
[0006]从酸性气体中除去酸气体的一种常规路线使用与酸性气体料流逆流接触流动的物理溶剂(即吸收剂溶剂)。不同于化学溶剂，物理溶剂不涉及关于酸气体脱除的化学反应，而是涉及用于酸气体脱除的物理机制如吸收。物理溶剂的一些实例包括N-甲基-2-吡咯烷酮、甲醇、碳酸亚丙酯等。另外，许多物理溶剂的酸气体吸收能力有利于较低的温度。
[0007]在逆流接触流动期间，来自酸性气体的酸气体被吸收到为液相的物理溶剂中，以形成基本不含酸气体的处理气流和部分或基本饱和酸气体的负载物理溶剂料流。取决于物理溶剂的蒸气力，一些物理溶剂可夹带在处理气流中。物理溶剂通常是昂贵的，并可导致对用于进一步加工处理气流的下游设备的损害。因而，理想的是回收处理气流中夹带的物理溶剂。不幸的是，用于回收夹带物理溶剂的现有路线在可能有利于改进酸气体吸收的较低温度下未必是可行的。
[0008]因此，理想的是提供使用吸收剂溶剂以改进的酸气体吸收从酸性气体中除去酸气体的设备和方法。另外，理想的是提供使用吸收剂溶剂从酸性气体中除去酸气体以形成处理气流并回收处理气流中的夹带吸收剂溶剂的设备和方法。此外，本发明的其它理想特征和特性从随后的详细说明和所附权利要求书连同附图和该背景中获悉。
[0009]概述
[0010]本文提供用于从酸性气体中除去酸气体的设备和方法。根据示例实施方案，从酸性气体中除去酸气体的方法包括步骤:使酸性气体与在小于0°c的第一预定温度下的吸收剂溶剂接触以除去酸气体并形成包含夹带的吸收剂溶剂的处理气流。将处理气流加热至大于o°c的第二预定温度以形成部分加热的处理气流。部分加热的处理气流与水接触以除去夹带的吸收剂溶剂并形成贫溶剂处理气流。
[0011]根据另一示例实施方案，提供从酸性气体中除去酸气体的方法。该方法包括步骤:在吸收区中用吸收剂溶剂将酸气体与酸性气体分离以形成包含夹带的吸收剂溶剂且在小于o°c的第一预定温度下的处理气流。将处理气流加热至大于o°c的第二预定温度以形成部分加热的处理气流。将部分加热的处理气流引入水洗区中以用水除去夹带的吸收剂溶剂并形成贫溶剂处理气流。使用贫溶剂处理气流、处理气流、冷却器或其组合将酸性气体料流冷却至第三预定温度以形成冷却过的酸性气体料流。将冷却过的酸性气体料流引入吸收区中。
[0012]根据另一示例实施方案，提供用于从酸性气体中除去酸气体的设备。该设备包含吸收区。配置吸收区用于使酸性气体与在小于0°C的第一预定温度下的吸收剂溶剂接触以除去酸气体并形成包含夹带的吸收剂溶剂的处理气流。换热器或加热器与吸收区流体连通。配置换热器或加热器用于将处理气流加热至大于o°c的第二预定温度以形成部分加热的处理气流。水洗区与换热器或加热器流体连通。配置水洗区用于使部分加热的处理气流与水接触以除去夹带的吸收剂溶剂并形成贫溶剂处理气流。
[0013]附图简述
[0014]下文连同附图描述各个实施方案，其中类似的数字表示类似的元件，且其中:
[0015]图1示意性地阐述根据示例实施方案的用于从酸性气体中除去酸气体的设备和方法；
[0016]图2示意性地阐述根据示例实施方案的用于从酸性气体中除去酸气体的设备和方法；和
[0017]图3示意性地阐述根据示例实施方案的用于从酸性气体中除去酸气体的设备和方法。
[0018]详述
[0019]以下详细描述在性质上仅为示例性的，且不意欲限制各实施方案、其应用或用途。此外，不意欲受先前背景或以下详细说明中呈现的任何理论束缚。
[0020]本文预期的各个实施方案涉及用于从酸性气体中除去酸气体的设备和方法。本文教导的示例实施方案提供用于使包含酸气体的酸性气体料流与在小于0°C的较低温度下的吸收剂溶剂接触以有利于吸收剂溶剂的增强酸气体吸收能力的吸收区。如本文所用，术语“区”指包括一个或多个设备件和/或一个或多个分区的区域。设备件可包括一个或多个吸收器或吸收容器、反应器、再生器、加热器、焦化区、冷却器/冷却器、管、栗、压缩机和控制器。另外，设备件，例如吸收器、反应器、干燥器或容器可进一步包括一个或多个区或分区。
[0021]在一个示例实施方案中，在吸收区中接触期间，容易将酸气体如二氧化碳、硫化氢等从酸性气体料流中取出并由吸收剂溶剂吸收以形成基本不含酸气体但包含夹带的吸收剂溶剂的处理气流。然后将处理气流加热至大于0°C的温度以形成部分加热的处理气流。
[0022]在一个示例实施方案中，吸收剂溶剂高度可溶(例如完全溶混)于水中并将部分加热的处理气流引入水洗区中。在水洗区中，部分加热的处理气流与水接触以除去夹带的吸收剂溶剂并形成贫溶剂处理气流。由于部分加热的处理气流在大于水的冻点(例如大于0°c )的温度下，不使水结冻且不干扰水洗区的操作而用水回收夹带的吸收剂溶剂是可行的。贫溶剂处理气流然后向前例如用于进一步加工和/或燃烧。
[0023]图1示意性阐述根据示例实施方案用于从酸性气体中除去酸气体的设备10。设备10包含彼此流体连通的吸收区12、水洗区14、C02回收区16和酸气体回收和溶剂再生区
18。如所述，吸收区12包含流体连通的吸收器20和吸收器22。尽管显示了 2个吸收器20和22，应当理解吸收区12可具有一个吸收器或者多于2个吸收器。如进一步详细讨论于下文中，吸收器20和22使用吸收剂溶剂以两阶段逆流方法协作，所述吸收剂溶剂从酸性气体料流24中吸收并除去酸气体。
[0024]在一个示例实施方案中，吸收剂溶剂为有效吸收酸气体的物理溶剂。物理溶剂的各非限定性实例包括聚乙二醇的各种二甲基醚、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲醇、碳酸亚丙酯等。在一个示例实施方案中，吸收剂溶剂为聚乙二醇的二甲基醚的混合物。聚乙二醇的二甲醚的市售的合适吸收剂溶剂混合物的一些实例可以以商品名Selexol?和SelexolMAX ?由位于Midland，Michigan的Dow Chemical Company得到。也可使用从酸性气体中吸收和/或除去酸气体的其它合适吸收剂溶剂。在一个示例实施方案中，吸收剂溶剂的酸气体吸收能力有利于较低的温度，例如小于0°C，例如-15至-0.1°C。
[0025]在一个示例实施方案中，酸性气体料流24为合成气料流，其包含合成气且包含例如氢气(?)、一氧化碳(C0)、水蒸气(H20)，轻质经，包括甲烧(ch4)，和各种酸气体，包括硫化氢(H2s)、硫化羰(COS)和其它硫化合物、二氧化碳(C02)和氰化氢(HCN)。作为选择，酸性气体料流24可以为天然气料流或者包含酸气体的其它工艺气流。
[0026]在一个示例实施方案中，酸性气体料流24具有30-50 °C的温度。如进一步详细讨论于下文中，酸性气体料流24通过换热器26以形成部分冷却过的酸性气体料流28。部分冷却过的酸性气体料流28通过换热器30以形成冷却过的酸性气体料流32。在一个示例实施方案中，部分冷却过的酸性气体料流28具有20-40°C的温度且冷却过的酸性气体料流32具有15-30°C的温度。冷却过的酸性气体料流32向前进入吸收区12中并引入吸收器20中。
[0027]如所述且进一步详细讨论于下文中，将部分负载吸收剂溶剂料流34从吸收器22中取出。部分负载吸收剂溶剂料流34包含部分或完全饱和C02，但仍具有对其它酸气体物种，例如优选对H2S的实质酸气体吸收能力的吸收剂溶剂。在一个示例实施方案中，部分负载吸收剂溶剂料流34具有大于0°C，例如0.1-15°C，例如0.1-5°C的温度。部分负载吸收剂溶剂料流34通过栗36和冷却器/冷却器38以将料流冷却并形成部分负载吸收剂溶剂料流40。在一个