连续搅拌式罐反应器吸收器及闪蒸罐汽提塔的工艺的制作方法

连续搅拌式罐反应器吸收器及闪蒸罐汽提塔的工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于通过使用液体胺溶液将酸性气体移除而分离或提纯气态流的工艺。该工艺包括以下步骤：在至少一个连续流动搅拌式罐反应器(10；10a，10b；10c)中使气态流与液体贫胺溶液接触；将脱硫的气态流从所述连续流动搅拌式罐反应器(10)移除；将富胺从所述连续流动搅拌式罐反应器(10；10a，10b；10c)移除，用于再生成；使富胺溶液通过至少一个闪蒸罐汽提塔20；20a，20b；20c；将酸性气体和蒸气从所述闪蒸罐汽提塔20；20a，20b；20c移除；将贫胺从所述闪蒸罐汽提塔移除，用于再循环至所述连续流动搅拌式罐反应器(10；10a，10b；10c)。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及流体分离的领域。更具体地，本发明涉及从气态烃流体流中或从烟气 流中分离酸性气体。 连续搅拌式罐反应器吸收器及闪蒸罐汽提塔的工艺

【背景技术】
[0002] 从储存器中生产烃类常导致生产出非烃气体。这种气体包括诸如硫化氢（H2S)和 二氧化碳（co2)的污染物。当H2S和co2作为烃气流（诸如甲烷或乙烷）的一部分生产出 时，原料气流有时被称作"酸气"。H 2s和co2常被一起称作"酸性气体"。
[0003] 酸性气体还可以与合成或炼厂气流相关联。酸性气体还可以通过诸如煤、天然气 或其他碳基燃料的碳基材料的燃烧而生成。在任何情况下，原料气流都可以含有其他"酸性 的"杂质。这些杂质包括硫醇和其他微量硫化合物。这种杂质应当在工业或居住使用之前 移除。
[0004] 尽管长期以来已经通过分离工艺捕获&5、硫醇和微量硫化合物，但是常常容易将 co2排放至大气。然而，排放co2的实践与会限制co2排放量的国家或地区的排放量要求相 抵触。因此，用于移除co 2的工艺对于尤其是油气生产行业内的操作气体处理设施的行业 来说有较大的吸引力。
[0005] 有很多用于将酸性气体从原料天然气流或烟气流中移除的工艺。常见的方法包括 用溶剂处理烃流体流。溶剂可以包括诸如胺的化学溶剂。在酸气处理中使用的胺的实例包 括单乙醇胺（MEA)、二乙醇胺（DEA)以及甲基二乙醇胺（MDEA)。胺基溶剂依靠与酸性气体 的化学反应。该反应工艺有时称作"气体脱硫"。作为气体脱硫工艺的结果，产生了处理过 的或"脱硫"气流。该脱硫气流已经大致耗尽了 H2S和/或C02成分。可以进一步处理脱硫 气体，用于液体采收，就是通过将较重的烃类气体冷凝出去。所提取的〇) 2可以销售或者用 于增强的油采收操作。
[0006] 传统地，使用化学溶剂移除酸性气体包括使天然气/烟气流与溶剂逆流接触。将 原料气流引入接触塔柱吸收器的底部部分中，该接触塔柱吸收器也称作接触塔、柱吸收器 或者简单地称作塔。在下文中，将使用术语"柱吸收器"。同时，将溶剂溶液导入柱吸收器的 顶部部分中。柱吸收器具有托架、填料或其他内部组件。当液体溶剂倾泻通过柱吸收器时， 其吸收不需要的酸性气体成分，并将它们作为"富"溶剂溶液的一部分通过接触柱吸收器底 部运走。同时，很大程度上耗尽了 H2S和/或C02的气态流体在柱吸收器的顶部处离开。
[0007] 常见地，使用各种吸收性液体，以从气体或烃液体流中吸收诸如H2S和/或co2的 酸性气体。一旦吸收后，该吸收性液体可以说是"富"的。吸收之后，可以采用再生（也称 为"解吸"）工艺，以将酸性气体从吸收性液体的活性溶剂中分离。这生产出"贫"溶剂，然 后典型地回收该"贫"溶剂，用于进一步的吸收。
[0008] 已知的用于H2S和C02洗涤的逆流接触器塔趋向于非常大并且重。这在近海油气 生产应用中产生了特别的困难，在近海油气生产应用中空间和重量都是问题。在需要将co2 从生成的大量烟气中移除的发电厂中产生有类似的问题。因此，存在对于改进的气体处理 设施的需要，该改进的气体处理设施对于将酸性气体从烃气流中移除以及油气采收都是有 用的，该设施主要采用较小的接触装置。
[0009] 因此，本发明的目的在于提供一种改进的方案，其解决关于将酸性气体从气态烃 流体流中或从烟气流中分离的上述问题。在下文的说明中，这些目的和其他方面将变得显 而易见。


【发明内容】

[0010] 通过根据所附的权利要求的工艺解决上述问题。
[0011] 在下文中，术语"酸性气体"限定为包括co2和/或H2S的气体。类似地，术语"脱 硫气体"限定为具有减少的co 2和/或H2S含量的气体。在下文中，所提及的酸性气体主要 是C02，但是工艺并不限于该使用。其可以例如用于同时捕获0) 2和&5。术语"液体胺"限 定为预定浓度的合适的胺与诸如水的稀释剂的混合物或溶液。这种组分对于本领域技术人 员来说是熟知的，将不再进一步详细说明。
[0012] 本发明涉及用于通过使用液体胺溶液来吸收酸性气体而将酸性气体移除从而分 离或提纯气态流的工艺。该工艺包括以下步骤
[0013] -在至少一个连续流动搅拌式罐反应器中使气态流与液体贫胺溶液接触；
[0014] -将脱硫的气态流从所述连续流动搅拌式罐反应器移除；
[0015] -将富胺从所述连续流动搅拌式罐反应器移除，用于再生成；
[0016] -使富胺溶液通过至少一个闪蒸罐汽提塔；
[0017]-将酸性气体和蒸气从所述闪蒸罐汽提塔移除；
[0018] -将贫胺从所述闪蒸罐汽提塔移除，用于再循环至所述连续流动搅拌式罐反应 器；
[0019] 术语"连续流动搅拌式罐反应器"（CFSTR)或CFSTR吸收器有时称为"连续搅拌式 罐反应器"(CSTR)或CSTR吸收器。为了本发明的目的，将在全文使用术语"CFSTR"，以指示 该工艺是连续的。
[0020] 还可以在串联设置的多重连续流动搅拌式罐反应器中使气态流与液体贫胺溶液 接触。此设置方式可以用于处理带有相对高浓度的诸如C0 2的酸性气体的气流。CFSTR的 数量取决于液体胺溶液的浓度以及离开CFSTR的脱硫气态流的期望C02含量。通过从串联 的反应器中的最后的反应器到第一个反应器逐渐增大贫胺浓度，可以改进此设置方式的效 果。以此方式，到达最后的CFSTR的部分清洁的气态流将遇到直接来自汽提工艺的再生成 的贫胺。类似地，进入第一个CFSTR的气态流将遇到已通过一些或所有之前的CFSTR的部 分富胺。
[0021] 可替换地，可以在并联设置的多重连续流动搅拌式罐反应器中使气态流与液体贫 胺溶液接触。此设置方式可以用于处理相对大的气流，其中全部气流划分为多个流，将每个 流供给至连续流动搅拌式罐反应器。如果需要多于单个步骤以吸收相对高浓度的酸性气 体，则可以使用串联构造。并联和串联的混合的连续流动搅拌式罐反应器理论上也是可能 的。
[0022] 在上文给出的实例中，通过在连续流动搅拌式罐反应器的底部处将气态流直接供 给至液体溶剂中，并在连续流动搅拌式罐反应器的顶部处移除所述气态流，而使气态流与 液体贫胺溶液接触。与普通的填充层柱吸收器相比，这减小了液体和气体之间的转移面积。
[0023] 根据进一步的可替换方式，通过在所述连续流动搅拌式罐反应器下游的活塞流动 反应器中使气态流与液体贫胺溶液接触，可以进一步增强工艺效率。活塞流动反应器或PFR 的主要特征在于沿流动方向没有混合发生。而是，完全的混合是假定在活塞流动反应器的 截面区域内的。贫胺和溶解的C02将沿PFR移动，其中出口的液体流中其余的溶解的C0 2与 溶剂反应。PFR在本领域中是熟知的，这里将仅简略地说明。在其最简单的形式中，PFR可 以设置为具有离开CSTR的预定截面的管，该管可以具有沿其长度的任何合适的形状，诸如 直的、螺旋形的等。如果离开CFSTR的胺流含有溶解的C0 2，则随后的泵必须能够处理两相 流。
[0024] 根据最后的可替换方式，通过在位于所述连续流动搅拌式罐反应器上游的常规的 柱吸收器中使气态流与液体贫胺溶液接触，可以增强工艺效率。然后首先将贫胺供给至柱 吸收器，然后使贫胺通过所述至少一个CFSTR。
[0025] 当吸收步骤已经完成时，移除含有液体胺的富酸性气体，用于再生成。借助于泵移 除富胺，并使其通过热交换器或节热器，在热交换器或节热器中相对冷的富胺用于冷却离 开汽提工艺的相对热的贫胺。可以设置可选的加热器，用于将富胺溶液引至预定温度，这为 汽提工艺形成合适的输入值。
[0026] 在再生成工艺过程中，使富胺溶液通过至少一个闪蒸罐汽提塔。通过通过节流 阀--也称为闪蒸阀--富胺流经历压力减小。闪蒸或局部蒸发是在突然压力下降过程中 发生的局部汽化。闪蒸阀用于控制到闪蒸罐的入口处的压力和温度，以维持最佳闪蒸条件。 闪蒸阀位于进入构成闪蒸罐的压力容器的进口处，使得闪蒸蒸发发生在容器内。
[0027] 液体胺的一部分立即"闪蒸"至蒸气，以释放C02。蒸气和剩余的液体都冷却至液体 在减小的压力下的饱和温度。其余的液体胺在闪蒸罐的下部分中加热，以释放额外的C0 2。 由于胺的固有特性，在闪蒸罐中的逗留时间应当保持相对短，以避免降解。如果期望移除更 多的C0 2，则多个闪蒸罐汽提塔可以串联设置。
[0028] 可替换地，多个闪蒸罐汽提塔可以并联设置。此设置方式可以用于处理相对大的 富胺流，其中全部流划分为多个流，将每个流供给至闪蒸罐汽提塔。如果需要多于单个步骤 以从富胺中汽提相对高浓度的酸性气体，则可以使用串联构造。
[0029] 根据进一步的可替换方式，通过在位于至少一个闪蒸罐汽提塔的下游的常规柱汽 提塔中使富胺溶液与蒸汽接触，可以增强工艺的效率。
[0030] 使来自所述闪蒸罐汽提塔的含有胺和水的酸性气体和蒸气通过冷凝器。在冷凝器 中，移除纯co 2，用于进一步处理或存储。移除包括贫胺和冷凝剂稀释水的溶液，用于再循 环。将此贫胺溶液泵送回所述热交换器，在那里，在供给至CFSTR或PFR之前，由富胺溶液 将其冷却。
[0031] 上文所概述的本发明说明了用于0)2捕获的组合连续流动搅拌式罐反应器 (CFSTR)吸收器和闪蒸罐汽提塔系统。这些将在下文的示意性附图中进一步详细说明。根 据本发明，很多C0 2捕获工厂中使用的常规逆流柱吸收器由一个CFSTR吸收器或串联的多 个CFSTR吸收器代替。图1中示出了仅一个混合罐吸收器。如果必要，用并联的多个较小的 CFSTR吸收器代替一个CFSTR吸收器以改进混合特性也是个选择。并联的选择在附图中不 可见。如例如图2中所示的吸收和解吸/汽提中牵涉的串联设置的单元的顺序可以互换。
[0032] 创造性的观点在于显著减小柱吸收器和柱汽提塔的高度，因为CFSTR吸收器和闪 蒸罐显著地较小。另外，再煮沸器的尺寸和容量将相应减小。建议常规吸收器柱和带有再煮 沸器的汽提塔柱都是多余的。很多溶剂都可以用于此C0 2捕获系统中，常用的胺溶剂MEA/ H20、二乙醇胺（DEA)和甲基二乙醇胺（MDEA)或任何其他合适的溶剂也可以。
[0033] 根据本发明的工艺在取决于气流的供给压力的预定压力下进行。因此，本发明并 不限于低压工艺，而是可以在诸如60-70巴的相对高的气体供给压力下进行。

【专利附图】

【附图说明】
[0034] 将结合附图详细说明本发明。应当理解，这些附图仅设计为用于例示的目的，不意 图作为对本发明的限制的界定，对于对本发明的限制的界定，应当参考所附的权利要求。应 当进一步理解，附图并非必要按比例绘制，并且除非另外指出，它们仅意图示意性地例示本 文中所说明的结构和工序。
[0035] 图1示出了根据本发明的示意性组合CFSTR吸收器和闪蒸罐汽提塔系统；
[0036] 图2A示出了根据本发明的第一可替换组合CFSTR吸收器和闪蒸罐汽提塔系统；
[0037] 图2B示出了根据本发明的第二可替换组合CFSTR吸收器和闪蒸罐汽提塔系统；以 及
[0038] 图3示出了本发明中使用的CFSTR的示意性图示。

【具体实施方式】
[0039] 图1示出了根据本发明的示意性组合CFSTR吸收器和闪蒸罐汽提塔系统。仅示出 了主要操作单元。通过第一入口导管11向连续流动搅拌式罐反应器或CFSTR10供给贫胺 溶液。该贫胺溶液接触通过CFSTR10底部处的第二入口导管12供给至CFSTR10的含有C0 2 的气态流。在此实例中示出的CFSTR10设置有搅拌装置13,以增强贫胺和气泡在液体容腔 14内的混合。这种搅拌装置可以用于辅助罐中的混合。带有吸收的C0 2的富胺通过第一出 口 15离开CFSTR10,用于汽提工艺中的再生成。可选地，如果液体出口 15中的液体含有其 余的溶解的〇)2气，则15可以用作活塞流动反应器或PFR5。如果期望，可以将液体流15的 一部分回收至液体容腔14。此可选的PFR5在图1中以虚线示意性地指示。在其最简单的 形式中，PFR5包括具有离开CSTR10的预定截面的管，该管可以具有沿其长度的任何合适的 形状，诸如直的或螺旋形的。来自CFSTR10的其余的贫胺和任何溶解的C0 2将沿PFR5移动， 其中出口液体流中其余的溶解的C02将与溶剂反应。脱硫的气态流通过第二出口 16离开 CFSTR10,用于立即使用，用于合适的进一步处理。在此实例中，气态流是具有预定C02含量 的天然气。CFSTR10将结合图3更详细地说明。
[0040] 带有吸收的C02的富胺流动通过热交换器17,在该热交换器17中，相对冷的富胺 用于冷却离开汽提工艺的相对热的贫胺。设置泵18,用于将富胺加压，随后在加热器19中 将该富胺加热至预定温度。
[0041] 将富胺溶液通向闪蒸罐汽提塔20。通过通过闪蒸阀21，富胺流经历压力减小，该 闪蒸阀21在进入闪蒸罐20的进口处的入口导管23处。闪蒸阀21用于控制到闪蒸罐20 的入口导管23处的压力和温度，以维持闪蒸罐20内的最佳闪蒸条件。
[0042] 液体胺溶液的一部分立即"闪蒸"至蒸气，以释放C02。蒸气和剩余的液体都冷却 至液体在减小的压力下的饱和温度。其余的液体胺溶液由流动通过闪蒸罐20的下部分中 的蒸汽管24的蒸汽加热，以释放额外的C02。闪蒸罐20的下部分还设置有液体控制器25， 用于维持闪蒸罐20的下部分中的液位。贫胺溶液通过第一出口导管26离开闪蒸罐20的 下部分，并返回至吸收器工艺。在闪蒸罐20中的逗留时间相对短，以避免降解。
[0043] 闪蒸并释放的C02将通过闪蒸罐20的上部分处的第二出口导管27离开闪蒸罐20。 除C0 2以外，一些含有胺和水稀释剂的蒸气将离开闪蒸罐20的上部分。
[0044] 将含有胺和水的酸性气体和蒸气从所述闪蒸罐20通向冷凝器30的第一入口导管 31。将包括贫胺和冷凝剂稀释水的溶液通过第一出口导管32移除，用于再循环。此贫胺溶 液与来自闪蒸罐20的第一出口导管26的贫胺融合，并经由泵33泵送回所述热交换器17， 在那里，在供给至CFSTR10之前，由来自吸收器工艺的富胺溶液将其冷却。在冷凝器30中， 将纯C0 2通过第二出口导管34移除，用于进一步处理或存储。
[0045] 安装用于工艺控制的压力控制器和其他实用设备在图1中没有示出。对CFSTR吸 收器的更详细说明在图3中示出。
[0046] 通过在所述连续流动搅拌式罐反应器10下游的活塞流动反应器5 (PFR ;以虚线指 示）中使气态流与液体贫胺溶液接触，图1中的工艺可以得到进一步增强。贫胺和溶解的 C02将沿PFR以相同速度移动，其中在混合过程中，C02被吸收至贫胺中。如果使用PFR，则 随后的泵必须能够处理两相流。
[0047] 图2A示出了根据本发明的第一可替换组合CFSTR吸收器和闪蒸罐汽提塔系统。图 2A中的系统与图1的不同之处在于，单个的CFSTR10分别由第一 CFSTRlOa、第二CFSTRlOb 代替。类似地，单个的闪蒸罐20分别由第一闪蒸罐20a、第二闪蒸罐20b串联地代替。其余 的部件与图1中相同，并且设有相同的附图标记。
[0048] 因此，在图2A中的系统中，通过第一入口导管11a向第一连续流动搅拌式罐反 应器或CFSTRlOa供给贫胺溶液。该贫胺溶液接触通过第一 CFSTRlOa底部处的第二入口 导管12a从第二CFSTRlOb供给至第一 CFSTRlOa的含有C02的气态流。在此实例中，第一 CFSTRlOa设置有第一搅拌装置13a，以增强贫胺溶液和气泡在第一液体容腔14a内的混合。 这种搅拌装置用于在认为有必要时辅助罐中的混合。带有吸收的C0 2的部分变富的胺溶液 通过第一出口导管15a离开第一 CFSTRlOa，并供给至第二CFSTRlOb。脱硫的气态流通过第 二出口导管16a离开第一 CFSTRlOa，用于进一步处理。
[0049] 部分变富的胺溶液通过另外的胺溶液入口导管lib进入第二CFSTRlOb中，并接触 通过第二CFSTRlOb底部处的另外的气体入口导管12供给至第二CFSTRlOb的含有C0 2的 气态流。该另外的气体入口导管12b连接至诸如烟气或天然气的气源。第二CFSTRlOb以 与第一 CFSTRlOa相同的方式设置有另外的搅拌装置13b，以增强胺溶液和气泡在另外的液 体容腔14b内的混合。带有吸收的C0 2的富胺溶液通过另外的胺溶液出口导管15a离开第 二CFSTRlOb，用于汽提工艺中的再生成。部分脱硫的气态流通过另外的气体出口导管16b 离开第二CFSTRlOb，并供给至第一 CFSTRlOa。
[0050] 如图1中所说明的，随后将富胺溶液从吸收工艺通向汽提工艺。
[0051] 在此情况下，将富胺溶液通向第一闪蒸罐20a、第二闪蒸罐20b。通过通过第一闪 蒸阀21a，富胺流经历压力减小，该第一闪蒸阀21a在进入第一闪蒸罐20a的进口处的第一 入口导管23a处。第一闪蒸阀21a用于控制到第一闪蒸罐20a的第一入口导管23a处的压 力和温度，以维持第一闪蒸罐20a内的最佳闪蒸条件。液体胺溶液的一部分立即"闪蒸"至 蒸气，以释放C02。其余的液体胺溶液由流动通过第一闪蒸罐20a的下部分中的第一蒸汽 管24a的蒸汽加热，以释放额外的C0 2。第一闪蒸罐20a的下部分还设置有第一液体控制器 25a，用于维持闪蒸罐20a的下部分中的液位。贫胺溶液通过第一出口导管26a离开第一闪 蒸罐20a的下部分，并供给至第二闪蒸罐20b。
[0052] 然后在第二闪蒸罐20b中重复上述的汽提工艺。因此，通过通过第二闪蒸阀21b， 部分汽提的胺流经历进一步的压力减小，该第二闪蒸阀21b在进入第二闪蒸罐20b的进口 处的另外的入口 23b处。第二闪蒸阀21b控制到第二闪蒸罐20b的另外的入口 23b处的压 力和温度，以维持第一闪蒸罐20b内的最佳闪蒸条件。部分汽提的液体胺溶液的另外一部 分立即"闪蒸"至蒸气，以释放C0 2。其余的液体胺溶液由流动通过第二闪蒸罐20b的下部 分中的第二蒸汽管24b的蒸汽加热，以释放额外的C0 2。第二闪蒸罐20b的下部分还设置有 第二液体控制器25b，用于维持第二闪蒸罐20b的下部分中的液位。贫胺溶液通过另外的出 口导管26b离开第二闪蒸罐20b的下部分，并供给至吸收器工艺。
[0053] 在闪蒸罐20a、20b中的逗留时间相对短，以避免胺的降解。
[0054] 闪蒸并释放的C02将通过各自的闪蒸罐20a、20b的上部分处的出口导管27a、27b 离开第一闪蒸罐20a和第二闪蒸罐20b。除C02以外，一些含有胺和水稀释剂的蒸气将离开 所述闪蒸罐20a、20b的上部分。
[0055] 将含有胺和水的酸性气和蒸气从所述闪蒸罐20a、20b通向冷凝器30的第一入口 导管31。将包括贫胺和冷凝剂稀释水的溶液通过第一出口导管32移除，用于再循环。此贫 胺溶液与来自第二闪蒸罐20b的出口导管26b的贫胺融合，并经由泵33泵送回所述热交换 器17,在那里，在供给至CFSTR10之前，由来自吸收器工艺的富胺溶液将其冷却。在冷凝器 30中，将纯C0 2通过第二出口导管34移除，用于进一步处理或存储。
[0056] 图2B示出了根据本发明的第二可替换组合CFSTR吸收器和闪蒸罐汽提塔系统。图 2B中的系统与图2A的不同之处在于，最初的CFSTR10由柱吸收器40代替。类似地，第二闪 蒸罐20b由柱汽提塔60代替。其余的部件与图1中相同，并且设有相同的附图标记。
[0057] 因此，在图2B中的系统中，通过第一入口导管41向最初的柱吸收器40供给贫胺 溶液。该贫胺溶液接触通过柱吸收器40底部处的第二入口导管42从CFSTRlOc供给的含 有〇) 2的气态流。柱吸收器40是常规的吸收器，这里将不对其进行详细说明。带有吸收的 C02的部分变富的胺溶液通过第一出口导管45离开柱吸收器40,并供给至CFSTRlOc。脱硫 的气态流通过第二出口导管46离开柱吸收器40,用于进一步处理。
[0058] 部分变富的胺溶液通过第一入口导管1 lc进入CFSTRlOc中，并接触通过CFSTRlOc 底部处的第二入口导管12c供给至CFSTRlOc的含有C02的气态流。第二气体入口导管12c 连接至天然气源。CFSTRlOc设置有搅拌装置13c，以增强胺溶液和气泡在罐中的液体容腔 14c内的混合。带有吸收的C0 2的富胺溶液通过第一出口导管15c离开CFSTRlOc，用于汽 提工艺中的再生成。如结合图1所说明的，在此阶段可以设置可选的活塞流动反应器（也 未示出）。部分脱硫的气态流通过第二出口导管16离开CFSTRlOc。如图2A中所说明的， 随后将富胺溶液从吸收工艺通向汽提工艺。
[0059] 在汽提工艺中，将富胺溶液通向闪蒸罐20c。通过通过第一闪蒸阀21c，富胺流经 历压力减小，该第一闪蒸阀21c在进入闪蒸罐20c的进口处的第一入口导管23c处。第一 闪蒸阀21c用于控制到闪蒸罐20c的第一入口导管23c处的压力和温度，以维持闪蒸罐20c 内的最佳闪蒸条件。液体胺溶液的一部分立即"闪蒸"至蒸气，以释放C02。其余的液体胺 溶液由流动通过闪蒸罐20c的下部分中的蒸汽管24c的蒸汽加热，以释放额外的C0 2。闪蒸 罐20c的下部分还设置有液体控制器25c，用于维持闪蒸罐20c的下部分中的液位。部分汽 提的胺溶液通过第一出口导管26c离开第一闪蒸罐20a的下部分，并供给至随后的柱汽提 塔60。
[0060] 部分汽提的胺溶液被供给至柱汽提塔60顶部处的第一入口导管61，并且作为贫 胺溶液从柱汽提塔60的底部处的第一出口导管62离开。用于汽提工艺的热通过第二入口 导管63从连接在柱汽提塔60的底部处的再煮沸器65供给。将含有胺和水的酸性气体和蒸 气从柱汽提塔60的顶部处的第二出口导管64通向冷凝器30的第一入口导管31。图2B中 示出的用于吸收和汽提的逆流柱40、60是众所周知的，因此不再在这里进行进一步说明。
[0061] 将包括贫胺和冷凝剂稀释水的溶液通过冷凝器30的第一出口导管32移除，用于 再循环。来自冷凝器30的输出的一部分通过第二入口导管66返回至再煮沸器65。来自冷 凝器30的其余贫胺溶液与来自再煮沸器65的第二出口导管67的贫胺融合，并经由泵33 泵送回所述热交换器17,在那里，在供给至CFSTR10之前，由来自吸收器工艺的富胺溶液将 其冷却。在冷凝器30中，将纯C0 2通过第二出口导管34移除，用于进一步处理或存储。
[0062] 图3示出了本发明中使用的CFSTR70的示意性例示。如图3中所示，该CFSTR70 包括具有气体容腔V g和液体容腔％的罐75。通过第一入口导管71向CFSTR70供给贫胺溶 液。该贫胺溶液接触通过第二入口导管72供给至CFSTR70的气态流，并直接注射至CFSTR70 底部处的液体中。CFSTR70设置有搅拌装置73,以增强贫胺和气泡在液体容腔V g内的混合。 这种搅拌装置73用于在认为有必要时辅助罐中的混合。带有吸收的C02的富胺通过第一 出口 75离开CFSTR70,用于汽提工艺中的再生成。如上文所说明的，在此阶段可以使用可 选的PFR。脱硫的气态流通过第二出口 76离开CFSTR70,用于进一步的处理。C02 (气体）、 N2 (气体）、02 (气体）和H20 (气体）的混合物流至液体容腔％中，在那里，气体与溶剂混 合。在这里介绍的实例中，溶剂是单乙醇胺（MEA)和比0,主要反应产物是MEAH+(MEA+H 20 = ΜΕΑΗ++0Η_)和氨基甲酸盐。最初的液体容腔含有MEA和H20、MEAH+以及氨基甲酸盐的混合 物，最初的C0 2载荷为α(ι。
[0063] 罐中的气体容腔乂8最初填充有队、02和!120蒸气，可能有一些C0 2。C02载荷α由 于溶解的C02 (气体）和MEA (液体）在液体容腔 ' 中的化学反应而增大。气体和液体在容 腔'中的混合可以以可替换的方式实现。不久之后，C02载荷将达到稳定状态水平c^。该 稳定状态的载荷常称为富载荷αρ
[0064] 气体成分Ν2和02假定为惰性（不参与到化学反应中）。Ν 2和02在MEA和Η20的 液体混合物中的溶解度比C02低。因此，通过跨气体/液体界面的质量转移，Ν 2和02从液体 容腔 ' 转移至气体容腔￥8。取决于化学反应的比率，可变比率的C02 (气体）将从液体容腔 转移至气体容腔。只要容腔Vg中的成分的局部压力小于可计算的平衡压力，就发生成分从 液体到气体的气体转移。
[0065] 0)2与1^八在液体中的化学反应是放热的，并且温度取决于已知的动能。假定在罐 的气体容腔Vg中没有化学反应。
[0066] 如果C02的入口流速与给定液体容腔％中的化学反应中消耗C02的速度可比较， 则小量的co2气体将在气体容腔vg中累积。
[0067] 由于0)2与1^八的化学反应，为了增大罐中和罐出口中的C02载荷α，将带有C0 2 的烟气供给至液体ΜΕΑ/Η20的混合物。多数C02与液体混合罐中的MEA迅速反应。从液体 容腔到气体容腔的气体成分的质量和热转移跨气体/液体界面发生。
[0068] 建立了 CFSTR中液体和气体的动态质量和能量平衡的模型。该模型以Fortran77 编程，具有S0RBER_CSTR的名称。除气体/液体界面中的液体和气体之间的质量转移之外， 液体中MEA和C02的化学反应也建立了模型。已知气体容腔V g和液体容腔 '，将出口 C02 载荷α、气体温度!；和液体温度?\作为时间的函数计算。另外，最初的气体和液体温度以 及最初的气体和液体在罐中的组分必须是已知的。必须指定入口气体温度和入口液体温 度，以及气体和液体的入口组分和入口流速。对于指定的输入，程序容易地计算液体逗留 时间h。从该信息可以计算稳定状态出现的时间。因此，对于小规模和大规模的吸收器， S0RBER_CSTR都是关于实验计划以及对于大体理解CFSTR吸收器的行为的有用的工具。 [0069] 图1中示出了使用在根据本发明的工艺中的闪蒸罐汽提塔。C02、H20和MEA在冷 凝器中分离，来自冷凝器的4〇和MEA与来自闪蒸罐的液体贫胺出口流混合。如图1中所 示，混合的流在在热交换器中热交换之后返回至CFSTR吸收器。最佳的温度T和压力P的 条件基于模拟的初始值实验地调整。闪蒸罐前方的闪蒸阀用于将到闪蒸罐的入口处的流体 压力和温度保持在最佳的闪蒸条件。闪蒸阀入口处的液体压力应当充分高，以设定闪蒸阀 中正确的闪蒸压力。与气体压缩相比，将液体泵送至适当高的压力是便宜的。在泵和闪蒸 阀之间可以可选地安装流体加热器。还应当考虑闪蒸罐中额外的供热，以保持最好的闪蒸 温度。附图中没有示出压力和温度控制装置。
[0070] 本发明并不限于上述实施例，而是可以在所附的权利要求的范围内自由变动。由 此，上文所说明的附图仅示出了串联设置的CFSTR和闪蒸罐汽提塔的有限的、基本数量的 可能的组合。CFSTR和闪蒸罐汽提塔还可以并联设置或同时串联和并联。另外，串联设置的 多个CFSTR和闪蒸罐可以与额外的柱吸收器和/或柱汽提塔串联组合。
[0071] 并且，本发明并未限定用于低压工艺。在例如液体天然气（LNG)工厂中，在天然气 工艺可以开始之前，必须移除C0 2，以避免堵塞。在LNG工厂中，入口压力典型地为60-70巴， 并且在工艺中，会将此压力下的气体供给至CFSTR。本发明还可以用于捕获多种气体，例如 同时捕获〇) 2和％5。
【权利要求】
1. 一种用于通过使用液体胺溶液将酸性气体移除而分离或提纯气态流的工艺，其特征 在于进行以下步骤 -在至少一个连续流动搅拌式罐反应器（10 ;l〇a，10b ;10c)中使所述气态流与液体贫 胺溶液接触； -将脱硫的气态流从所述连续流动搅拌式罐反应器（10)移除； -将富胺从所述连续流动搅拌式罐反应器（10 ;l〇a，10b ;10c)移除，用于再生成； -使富胺溶液通过至少一个闪蒸罐汽提塔（20 ;20a，20b ;20c); -将酸性气体和蒸气从所述闪蒸罐汽提塔（20)移除； -将贫胺从所述闪蒸罐汽提塔（20)移除，用于再循环至所述连续流动搅拌式罐反应器 (10 ;10a，10b ;10c)。
2. 如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在串联设置的多重连续流动搅拌式罐反应 器（10a，10b)中使所述气态流与液体贫胺溶液接触。
3. 如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，在串联设置的至少一个多重连续流动搅 拌式罐反应器（l〇a，10b)和柱吸收器（40)中使所述气态流与液体贫胺溶液接触。
4. 如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，在并联设置的多重连续流动搅 拌式罐反应器中使所述气态流与液体贫胺溶液接触。
5. 如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，通过在所述连续流动搅拌式罐 反应器（10 ;10a，10b ;10c)的底部处供给所述气态流并在所述反应器（10 ;10a，10b ;10c) 的顶部处移除所述气态流，而使所述气态流与液体贫胺溶液接触。
5. 如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，在所述连续流动搅拌式罐反应 器（10 ;10a，10b ;10c)下游的活塞流动反应器（5)中使所述气态流与液体贫胺溶液接触。
6. 如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，使富胺溶液通过串联设置的至 少一个闪蒸罐汽提塔（20a，20b)。
7. 如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，使富胺溶液通过并联设置的至 少一个闪蒸罐汽提塔。
8. 如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，使富胺溶液通过串联设置的至 少一个闪蒸罐汽提塔（20a，20b)和柱汽提塔（60)。
9. 如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，使来自所述闪蒸罐汽提塔（20; 20a，20b ;20c)的酸性气体和蒸气通过冷凝器，并移除贫胺和冷凝剂，用于再循环。
10. 如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，使用包括单乙醇胺（MEA)、二 乙醇胺（DEA)或甲基二乙醇胺（MDEA)或任何其他合适溶剂中的一个或多个的胺溶液。
11. 如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，取决于所述气流的供给压力， 以预定压力进行所述工艺。
12. 如权利要求11所述的工艺，其特征在于，在60-70巴的气体供给压力下进行所述工 艺。
13. 如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，进行所述工艺以移除C02和/ *H2S。
【文档编号】C10K1/00GK104114258SQ201180075232
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2011年12月1日 优先权日:2011年12月1日
【发明者】约翰·阿里尔·斯文森, 斯泰纳尔·彼得森, 贝丽特·F·福斯塔斯 申请人:挪威国家石油公司