气体的分离的制作方法

专利名称：气体的分离的制作方法
气体的分离本发明涉及一种用于从气体的混合物中分离二氧化碳的方法，在所述气体的混合物中另一主要组分为氢气。具体地，本发明涉及一种方法，其中二氧化碳和氢气被分离并作为纯物流从酸性变换合成气体中回收。出于环境原因，越来越期望将温室和污染气体与那些环境无害的气体例如氢气、氮气或氧气分离，以便纯化后者或使它们适合其它任务。特别地，越来越多的关注正在给予这样的策略，其中将二氧化碳(烃燃料燃烧的主要含碳产物)俘获并储存在地下岩层中。此类策略特别适用于诸如整体气化联合循环(IGCC)发电站处理煤或石油焦炭或其它天然气给料等同物之类技术，其中含碳燃料首先被重整或气化以 产生粗制合成气体，所述粗制合成气体随后被“转换”成适合分离的二氧化碳和氢气的混合物。纯分离的氢气可以随后被干净燃烧以在燃气轮机中提供动力。本领域中已提出许多从二氧化碳和氢气的转换的混合物中分离二氧化碳的方法，所述方法尤其包括使用对氢气和任选的氮可渗透的膜；对二氧化碳以及溶剂提取法可渗透的膜。或者，美国专利3614872描述一种基于超大气压力自动制冷的方法。在所述方法中，冷却压力为40至250个大气压的气态供入液流，使得30至95%的二氧化碳通过与制冷剂非接触逆流热交换而冷凝并随后从未冷凝的气体中分离。随后将分离的物流本身分别用作制冷剂来冷却供入液流的馏分。在未冷凝的气流的情况下，所教导的是，进一步的冷却能力可以通过单阀两端的等焓膨胀或通过等熵膨胀产生，以便使气体驱动单胀式发动机或者单涡轮发电机的转子。最近在我们的共同待审申请PCT/GB/2009/001810中，我们已描述了对此方法的改进。所述方法从总的方面包括首先将干燥的转换的产物压缩并冷却至一定压力和温度，在所述压力和温度下二氧化碳液化；和随后从其它不可冷凝气体(大部分为氢气)中分离如此产生的液态二氧化碳。随后，通过多个热交换器和集成在其自身中的涡轮膨胀器使分离的组分回到适用于进一步应用的温度和压力，并且使用所述热交换器来冷却到来的转换的混合物，以便为了最佳效率而控制整个方法中的总能量。我们的申请描述用于实现此结果的方法配置，特别是描述了使用紧凑的扩散焊接式多通道热交换器来减少所需热交换器的数量从而简化硬件和空间的需要。此外，通过利用多个涡轮膨胀器，有可能通过使所述方法中所采用的冷却曲线和各种物流的特性紧密相配而以改进的能量效率和利用来实施整个方法。虽然本申请中所述方法使得可从不可冷凝富氢气气体中良好分离二氧化碳，但我们已在我们随后提交的申请PCT/GB/2009/02895中表明，如果分离之后，在使富氢气气体回到所需温度和压力之前，使其经受采用能够吸收其中所含的残留二氧化碳的醇溶剂(例如甲醇)进行的洗涤，则可以进一步提高效率和产品纯度。当富氢气气体随后用于例如氢气燃料发电站中时，这继而导致提高的环境效益。在上文所述的所有方法中，期望处理脱硫的的转换的气体(B卩，含有最小水平的含’酸性’硫的组分，例如硫化氢、二氧化硫、硫化羰和挥发性硫醇)。这是因为在上文所述的方法中，如果例如二氧化碳被储存于地下，则任何此类组分一般最终存在于液态二氧化碳中，从而潜在导致它们自身的环境问题。结果，如果初始合成气体是’酸性的’，则如一般情况那样，当初始含碳原料是煤或低级碳源例如褐煤、焦油砂或页岩油时，需要进一步的策略来用于分离这些含硫组分。我们的共同待审专利申请PCT/GB/2009/002884描述一种PCT/GB/2009/001810中所述方法的变型，其中解决了该问题。在其中所述的方法中，使分离的液态二氧化碳汽化并与醇溶剂(一般是冷的甲醇)接触以在被再液化之前提取这些酸性组分。虽然这是用于使分离的二氧化碳脱硫的极有效的方法，但其缺点为其引起额外的复杂性、热量管理和方法整合问题。现已发现，可以通过在二氧化碳被液化之前洗涤该转换的合成气体并且将该洗涤器的操作与用于从气液分离器下游的含氢气气体中去除二氧化碳的洗涤器整合，来修改PCT/GB/2009/02895中所述的方法以有效地处理酸性转换的合成气体。因此，根据本发明，提供一种用于通过超大气压力制冷而将酸性转换合成气体原料分离为液态二氧化碳、气态含氢气气体和分离的含硫组分的方法，其特征在于，所述方法·包含以下阶段
(a)在升高的压力下用醇溶剂在第一洗涤器中洗涤所述酸性转换气体并且分别回收含有所述含硫组分的醇流和脱硫的转换气体；
(b)随后将所述脱硫的转换气体冷却至一定温度，在所述温度下，其中含有的所述二氧化碳冷凝并且形成两相气-液混合物；
(c)在分馏单元中将阶段(b)的两相混合物分离成单独的液态二氧化碳和气态含氢气懼分；
(d)在升高的压力下用醇溶剂在第二洗涤器中通过洗涤所述气态含氢气馏分来从所述分离的气态含氢气馏分中提取残留的二氧化碳并且回收含二氧化碳的醇流；
(e)将阶段(d)中产生的所述含二氧化碳的醇流给送至所述第一洗涤器，和
(f)使用至少一个热交换器来温热和膨胀所述洗涤的气态含氢气馏分，以便与阶段(b)的所述混合物和能够回收机械功的至少一个涡轮膨胀器交换热量。本发明的优点在于，通过整合两个洗涤器以便它们利用共同的溶剂，相对于先前所述的方法实现更高的能量效率。特别相对于PCT/GB/2009/002884中所述的方法，避免了汽化和再冷凝二氧化碳的需要，由此就所涉及的给定体积的液态二氧化碳显著简化方法。在本发明的方法的阶段(a)中，将一般在50至250巴范围的压力下的酸性转换合成气体给送至第一洗涤器(一般为塔)，在其中酸性转换合成气体与醇溶剂接触。如下文解释的，该醇溶剂来源于阶段(d)的第二洗涤器并且含有溶解的二氧化碳。阶段(a) —般通过以下方式实现在导致酸性转换气体的物流与冷的醇的物流密切和剧烈混合的条件下，例如通过逆流混合或通过将转换气体喷射通过所述醇，使酸性转换气体的物流连续地与冷的醇的物流接触。在这些条件下，转换气体中的含硫组分和一些二氧化碳溶于所述醇中并且通过出口流出物物流从系统中去除。在此阶段期间，冷的醇在其遭遇逐渐更热的酸性转换合成气体时被逐渐加热，跨越第一洗涤器产生温度梯度。适当地，此温度梯度通过范围为-50至0°C、最优选为-50至_20°C的冷的醇的进口温度与适当地范围为O至50°C、优选地为+5至+35°C的被加热的醇的出口温度来定义。普通技术人员将认识到，确切的进口和出口温度将取决于所用的气体和溶剂流速以及在某种程度上取决于流出物物流中所能容许的二氧化碳的量。同时，应该选择出口温度以使得基本上所有含硫组分被第一洗涤器去除。一般地，脱硫的转换气体随后从塔顶上去除，并且出口醇物流现在含有溶解的二氧化碳和从底部去除的含硫组分。如此去除的出口流出物物流随后被给送到至少一个、优选一系列的闪蒸器，在其中压力部分下降，使得二氧化碳从醇溶剂中释放，同时含硫组分仍然溶于其中。或者，此物流被给送至至少一个、优选为一系列的热交换器和分离器，其中温度逐渐增加，使得二氧化碳从醇溶剂中释放，同时含硫组分仍然溶于其中。随后，将现在主要含有基本上仅溶解的含硫组分的醇溶剂去除并给送至汽提塔，所述汽提塔使纯醇和含硫组分的气态物流再生，所述含硫组分的气态物流可以在例如克劳斯(Claus)装置中进一步处理以回收元素形式的硫。
由闪蒸器释放的二氧化碳可以被收集、合并且给送回到系统中。该回送可以在许多点发生，包括(I)回送到给送至阶段(a)的酸性转换合成气体中，(2)回送到第二洗涤器或给送至第二洗涤器的醇流中(阶段(d))或(3)回送到离开第一洗涤器的脱硫的转换合成气体中。在这些可能性中，第一个通常是最优选的。在本发明的方法的阶段(b)中，压力范围为50至250巴的脱硫的转换气体任选地被进一步压缩并随后冷却直至其中所含的一些(优选超过90%的)二氧化碳液化。一般地，这涉及使转换气体通过至少一个热交换器，在热交换器中所述转换气体与阶段(c)中产生的冷的分离的液态二氧化碳和/或富氢气馏分发生热交换关系，从而使得所述后者馏分向其最终所需的温度回热。特别地，优选的是配置转换气体、冷的分离的液态二氧化碳和富氢气馏分的流动以便流过至少一个或至少一批多通道扩散焊接的和/或微通道热交换器，从而将转换的气体混合物冷却至分馏单元的操作温度。此类热交换器的实例描述在例如EP0212878和WO 2004/017008中，所述专利的内容以引用方式并入本文。在阶段(c)中，冷却的转换气体(现在为液态二氧化碳和不可冷凝的富氢气气体的两相混合物)在分馏单元中被分离。实现这一点所需的确切温度和压力将取决于所需的分馏单元的确切的选择性，但在所有情况下重要的是，一方面防止两相混合物变为超临界，或者另一方面防止二氧化碳冻结。在实际的方面，这意味着确保在一个极端的情形中，混合物的温度和压力不应超过二氧化碳的临界温度和临界压力(T。= 31.4°C且P。= 73.9巴)。在另一个极端情形中，必需的是确保混合物的温度不应低于二氧化碳的三相点温度(Tt =-56°C )。在这些边界条件内，期望的是分馏单元的操作温度比操作压力下二氧化碳的沸点低至少20°C，以便获得有效分离。一般技术人员应理解，上文所称的热力学限制涉及理想系统，并且此处被处理的转换气体可能显示与理想情况显著的偏差，这可能引起三相点温度的上升。为允许这种可能性，一般优选的是分馏单元的温度应该比二氧化碳的理论三相点温度高至少:TC、优选地至少5°C。在实际的方面，且对于本文所述的混合物来说，这通常意味着在温度范围-25至_53°C且优选温度范围-40至_50°C下操作该分馏单元。同时，该压力应该优选地在如上所述的50至250巴、优选地100至200巴的范围内。本发明的方法中所用的分馏单元为例如适合于在上文所述的高压和低温下工作的常规气-液分离器。在此类容器中，气态富氢气馏分一般从顶上脱去并且液态二氧化碳在底部或者底部附近去除。在分馏器两端的压降一般不大于O. I至O. 5巴。在本发明的优选的实施方案中，液态碳的分离是在一系列分馏单元中在相同压力和不同温度下或者最优选在相同温度和不同压力下进行。因此，例如，第一分馏单元可以在温度范围-20至-53°C和压力范围50至100巴下操作，并且第二分馏单元在相同温度范围但压力范围为100至200巴下操作。在这种情况下，将必需在两个分馏单元之间引入压缩阶段和可能的另一次热交换。该方法的优点是其减少了需要压缩至极高压力的气体的量。在分离之后并且在阶段(f)之前，气态富氢气馏分在阶段(d)中被给送至第二洗涤器，在其中其与优选的连续地给送并且连续地去除的冷的 醇流接触以便从其中提取残留二氧化碳。这一般通过以下方式实现在导致富氢气馏分与冷的醇流密切和剧烈混合的条件下，例如通过逆流混合或通过将富氢气馏分喷射通过溶剂，在塔中使富氢气馏分连续地与冷的醇流接触。在这些条件下，残留的二氧化碳溶于醇中并且通过来自第二洗涤器的流出物物流被从系统中去除。通过在分馏单元的高压和低温特性下进行该接触，根据亨利定律，造成大部分的残留的二氧化碳被醇吸收并溶解。此吸收方法背后的热力学驱动力(其在高压下增强)与在低温下的溶剂的增加的容量协同工作，以成比例地容纳更多二氧化碳，生为高效系统。具体地，其比替代性方式更有效，所述替代性方式即在富氢气馏分已被返回其最终希望的状态或接近其最终期望的状态之后在低得多的压力下进行Rectisol或Selexol处理的常规使用。当进行第二次洗涤时，优选的是所用醇溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇的异构体以及通过乙烯或丙二醇的低聚形成的低分子量二醇和二醇醚。出于明显的原因，所选醇溶剂应该是在第一或第二洗涤器的操作条件下不会冻结的醇溶剂。因为优选的是在阶段(C)之后立即进行第二次洗涤并且没有对富氢气馏分的中间处理，所以第二洗涤器的操作温度和压力应该与最终分馏单元的操作温度和压力相同或基本上相同。然而，上文针对该分馏单元公开的温度和压力范围可加以必要的变更来用于第二洗涤器，不论分馏单元和第二洗涤器之间是否发生了任何对富氢气馏分的处理。然而应理解，当冷的醇溶剂以洗涤器的操作温度或接近于洗涤器的操作温度被给送至洗涤器时，第二洗涤器的最有效地工作。在方法的阶段(e)中，现在含有溶解的二氧化碳的来自第二洗涤器的流出物醇溶剂接着被给送至阶段(a)的第一洗涤器。在如此做时，可任选地使醇溶剂通过热交换器以将其加热或冷却，如此情况可能取决于两个洗涤器的相对操作条件。虽然优选的是两个洗涤器以等压方式操作，但是，如果第一洗涤器与第二洗涤器相比在更高的压力下操作，则可能需要在两者之间泵送流出物溶剂。在本发明的方法的阶段(f)中，对离开阶段⑷的富氢气馏分加热并减压以便将其恢复至用于其其它利用所需的温度和压力。为了确保该方法的能量利用尽可能有效，通过使该馏分通过一个、优选地数个涡轮膨胀器和串联布置的关联的级间热交换器，来实施这一阶段。在各涡轮膨胀器中，富氢气馏分被以等熵方式膨胀，逐渐地减少其压力并且逐渐地释放膨胀能量，所述膨胀能量继而驱动能够将此能量作为机械功回收的涡轮机。一般地，取决于最终分馏之后富氢气馏分的压力，本发明的方法可以适当地采用由串联布置的2至8个(优选2至6个)涡轮膨胀器。涡轮膨胀器本身被便利地布置，以便它们驱动共同的轴。如果需要，产生的机械功可以在该方法中其它地方使用，从而使总体能量使用最小化。同时，富氢气馏分的膨胀导致其冷却并且产生的冷却容量可以在级间热交换器中回收并用于在系统中其它地方冷却更热的物流，尤其是涉及阶段(b)的那些物流。在优选实施方案中，这些级间冷却器被整合到单个或一系列多通道热交换器中，阶段(b)的进入脱硫转换气体也流经所述多通道热交换器，以便尽可能有效地控制整个系统的冷却能力。在实施这些系列的膨胀和冷却时，重要的是不可让每次涡轮膨胀之后膨胀的富氢气馏分的温度低于二氧化碳的三相点温度，以便防止介于各涡轮膨胀器和级间热交换器之间的转移线路因源自该馏分中仍残存的极少量的冻结的二氧化碳的随着时间累积而逐渐阻塞。一旦富氢气馏分已降低至其所需温度和压力，则可将其用于其被选的任务。阶段(C)中回收的液态二氧化碳的后续处理在某种程度上将取决于用其作什么。可以例如以管道输送或装置外罐装以储存地下。在此情况下，合意的是将在任选的洗涤阶段中回收的任何其它气态二氧化碳液化并将其与阶段(C)中回收的材料组合。如果需要，通过使液态二氧化碳通过多通道热交换器以加热，以便利用其冷却能力。优选的是，在分馏单元下游几乎没有或没有发生液态二氧化碳的膨胀，使得其压力在分馏单元之后维持在50巴或50巴以上。·
在本发明的一些实例中，已认可的是离开H2S吸收器或第一洗涤器的转换合成气可以含有来自吸收器的显著量的醇溶剂(例如甲醇)。例如，在约60巴的压力和约40°C的温度下，已发现在使用甲醇溶剂的一些实例中，I. 38 Mol%的甲醇随气体离开吸收器。在此类情况下，有利的是回收脱硫的转换合成气中所含的一些或全部的溶剂，以减少对补充溶剂流的需要和/或该方法的更有效操作的需要。因此，本发明的方法可以进一步包括从步骤(a)产生的脱硫的转换气体中回收溶剂的步骤。回收溶剂的步骤可以例如包括冷却步骤(a)产生的脱硫的转换气体，以及从冷却的脱硫的转换气体中分离溶剂。该方法可以进一步包括将分离的溶剂给送至洗涤器。分离的溶剂可以被给送至第一洗涤器。其它选择是可能的。例如，分离的溶剂可以被给送至该方法中所用的另一溶剂系统，例如第二洗涤器。或者，可以从该系统中输出溶剂。因此，可以冷却离开吸收器的气体以冷凝气体中的溶剂。在第一个实例中，可以使用例如包括冷却剂或制冷剂的热交换器系统来冷却气体，所述冷却剂或制冷剂可以包括内部方法物流和/或外部物流。在替代性布置中，离开吸收器的气体可以通过气体的膨胀来冷却。因此，溶剂的回收可以通过膨胀和分离方法来实现。因此，本发明的方法可以进一步包括以下步骤将离开吸收器的气体输送至膨胀器，并且使该气体膨胀以形成冷却的气体和溶剂液体，以及从冷却的气体中分离溶剂。该方法可以进一步包括以下步骤在分离溶剂之后压缩该冷却的气体。用于压缩步骤的能量可以由在膨胀步骤中回收的功来提供。在一些实例中，可以将冷却的气体压缩回其原始压力。该气体可以例如膨胀至小于40巴，例如30巴或更小，例如25巴。优选地，该气体被膨胀至20巴以上的压力，以减少CO2显著冷凝的可能性。在可以应用于例如

图1、2和3所示的以及实施例I至3中所述的方案的实例中，可在第一洗涤器Al的下游提供膨胀器。膨胀器可以将气体的压力减小至25巴以及将温度减小至-8°C。在从物流中分离甲醇溶剂之后，已发现在一些实例中，转换合成气体中残存大约O. 12 mol%的甲醇。这表示在60巴的压力下小于十分之一的甲醇量离开吸收器(参见上文)。在一些实例中，可以使用一种以上方法来冷却气流以冷凝溶剂，并且可以按任何适当的次序使用不同方法。如果需要进一步减小气体中的溶剂(例如甲醇)浓度，在冷凝溶剂分离之后离开中间分离器的气体可以在适当设计的接触器中被加热并用水洗涤。所得气流将含有减小量的溶剂，并且在一些情况下基本上不含溶剂(例如甲醇)并且是水饱和的。随后，例如通过标准干燥方法，优选地从基本上无溶剂的气体中去除水。可以通过蒸馏从离开洗涤塔的含溶剂的水流中回收溶剂(例如甲醇)，其中可以随后将纯化的水送回水洗塔。基本上干燥的溶剂可以送回至该溶剂系统。在水洗程序进行之前，将通常进行冷却和冷凝步骤以从气体中去除一些溶剂，但设想的是水洗可以在冷却和冷凝分离程序之前进行，或者代替冷却和冷凝分离程序。· 可以使用除水以外的溶剂来从气体中洗涤溶剂。涉及从气体中去除溶剂(例如醇溶剂，例如甲醇)的特征可以应用于其它方法。例如，涉及从气体中去除溶剂的特征可以应用于其它方法，其中，包括二氧化碳的气体包括待去除的醇溶剂。明显地，本申请的新的方法可以本身显示为使用上文所述方法的分离装置。因此，进一步提供，在本发明的实施方案中，一种用于将酸性转换合成气体转化成由液态二氧化碳、富氢气馏分和含硫组分组成的分离的物流的气体分离装置，其特征在于，所述装置包括
(a)第一洗涤器，用于通过在提取过程中去除含硫组分来使酸性转换气体脱硫，所述提取过程使用来源于第二洗涤器的醇溶剂；
(b)冷却系统，用于将所述脱硫的转换气体冷却至一定温度，在所述温度下，二氧化碳冷凝并且形成两相气-液混合物，所述冷却系统还包括至少一个热交换器，其中，较热的转换合成气体相对由分馏单元产生的较冷的液态二氧化碳馏分和/或较冷的气态富氢气馏分冷却；
(C)分馏单元，用于将所述冷却系统中生成的两相混合物分离成单独的液态二氧化碳和气态富氢气懼分；
(d)第二洗涤器，用于通过萃取使用醇溶剂从所述气态富氢气馏分中去除残留的二氧化碳并且适合于向第一洗涤器提供处理的醇溶剂，和
(e)膨胀系统，用于加热和膨胀所述分离的气态富氢气馏分，所述膨胀系统包括用于从所述气态富氢气馏分中作为机械功将能量逐渐地回收的至少一个涡轮膨胀器和用于向冷却系统中的至少一个所述热交换器提供冷却能力的至少一个构件。上文所述的转换和分离装置一般形成较大的整合集合体例如整体气化联合循环(IGCC)或类似的氢发电厂的一部分，所述氢发电厂包括在燃气轮机的燃烧炉中燃烧氢气(优选用氮气稀释)的额外步骤。或者，如此产生的氢气的一些或全部可以用于各种炼油厂应用，例如加氢裂化和加氢处理。该装置可以进一步包括；溶剂回收系统，溶剂回收系统包括用于冷却包括溶剂的气体的构件；和分离器。用于冷却气体的构件包括膨胀器，该膨胀器优选被布置成接受和膨胀包括溶剂的气体以形成包括液体溶剂的气体，该分离器被布置成从该气体中分离液体溶剂。本发明扩展至大体上如本文参考附图描述的方法和/或设备。本发明的一个方面中的任何特征可以以任何适当的组合应用于本发明的其它方面。具体地，方法方面的特征可以应用于设备方面，且反之亦然。现在将参考以下附图和实施例说明本发明。图I示意性示出转换合成气体原料的分离的第一个实施例；
图2示意性示出转换合成气体原料的分离的第二个实施例；和
图3示意性示出转换合成气体原料的分离的第三个实施例，该第三个实施例为包括溶剂回收的第二实施例的变体。实施例I
在图I中，将压力为60巴的高温酸性转换合成气体原料通过线路2给送至热交换器E1，在热交换器El中在通过3给送至第一洗涤器Al中之前将其冷却至9°C的温度，在第一洗涤器Al中使其与含有溶解的二氧化碳的甲醇溶剂接触。所用甲醇溶剂得自第二洗涤器A3 (参见下文)，通过13给送至Al的顶部并且通过4从底部去除。当其通过塔时，酸性转换合成气体将甲醇从-50°C的进口温度加热至大约+12°C的出口温度。如此去除的且现在含有含硫组分和一些二氧化碳的甲醇随后通过4、5和6被给送通过一系列闪蒸器(F1、F2和F3)，在闪蒸器中，压力逐渐地下降并且二氧化碳被释放。来自FI、F2和F3中每一个的塔顶气流7、8和9在适当的时刻被给送至串联布置的压缩机Cl、C2和C3的进口，所述压缩机将各阶段中回收的二氧化碳再压缩回60巴，之后通过25将其再循环至线路2。同时，将仍含有溶解的含硫组分的来自F3的甲醇溶剂通过10给送至热交换器E2，在热交换器E2中，所述甲醇溶剂被加热，然后被给送至汽提塔A2，在汽提塔A2中，含硫组分被分离并通过11从顶部去除，然后被输送至在克劳斯装置中进一步处理。流 向克劳斯装置的物流中存在的二氧化碳的任何最终量可以作为尾气回收以同样再循环至线路2 (未显示)。将纯甲醇通过线路12从A2的底部去除，然后在纯甲醇已在热交换器E3中冷却，并按需要用新鲜甲醇装满之后，将纯甲醇通过24给送至A3的顶部。通过14从Al由塔顶去除60巴的脱硫的转换合成气体，然后，在一个或一系列热交换器中(在图I中作为E4示意性地示出)将其冷却至_50°C，从而产生液态二氧化碳和含氢气气体的两相混合物。接着通过15将该两相混合物给送至第一分馏器F4，在第一分馏器F4中将其分离为液态二氧化碳和残余气体。随后，在底部通过16移出液体，同时在顶部通过17移出气体，将该气体在一个或多个压缩机和关联的热交换器(在图I中作为C4和E5示意性示出)中压缩并冷却至150巴的压力和_50°C，生成第二两相混合物，所述第二两相混合物在如前所述的在第二分离器F5中被分离。得自F5的液态二氧化碳通过18给送至16，在其中所述液态二氧化碳与从F4回收的液态二氧化碳合并，然后移出以便储存。如下文解释的，该阶段中所用的各种热交换器与下文所述的涡轮膨胀器/热交换器部分中的冷的物流整合，以便利用后者这些物流的冷却能力。接着将现在富含氢气并且在150巴压力和-50°C下的从F5顶部回收的气体通过19给送至A3的基部，在A3中其逆向地与相同温度的冷的甲醇接触。在A3中，冷的甲醇被加热并且从含氢气气体中提取残留的二氧化碳，然后被处理的气体通过线路20从顶部去除。同时，在温度_35°C且压力减小至60巴下，借助于液力涡轮Tl通过21从A3底部去除含有溶解的二氧化碳的甲醇，然后将其首先给送至分离器A5以去除并再循环任何被夹带的氢气(通过线路22)并且随后在热交换器E6中冷却至-50°C，然后通过13给送至Al。仍处于150巴压力和_50°C下的从A3顶部去除的氢气在热交换器E7中被加热，并且通过一系列涡轮膨胀器T2、T3和T4和关联的级间热交换器ES、E9和10，使压力逐渐减小至30巴的压力并且加热至接近环境温度。如此做时，由涡轮膨胀器释放的能量用于产生驱动其它设备的动力。同时，E7中和E8、E9和ElO中去除的冷却能力(由含氢气体的膨胀导致)用于向热交换器E4和E5提供冷却能力。虽然为了简明，本文未将此示出，但一般技术人员将理解这一点可以如何进行，例如使一侧的热交换器E7、E8、E9和ElO中的一个或多个与另一侧的E4和E5中的热交换器中的一个或多个整合。此外，上述的我们的共同待审的申请PCT/GB/2009/02895、PCT/GB/2009/002884 和 PCT/GB/2009/001810 说明了 的涉及多通道热交换器的使用的特定配置，通过该特定的配置可以做到这一点。通过线路23离开最终热交换器的含氢气体可以任选地给送至一个或一个以上燃·气轮机(未示出)的燃烧炉，在其中，氢气与含氧气体燃烧以产生动力和蒸汽。实施例2
图2说明包括两个其它特征的图I所示方案的变型。它们是(I)第一和第二洗涤器在相同的高压下工作，和(2)借助于通过一系列热交换器的逐渐温度上升，二氧化碳从第一洗涤器醇流出物物流中释放。通过线路2给送的60巴压力下的高温酸性转换合成气体原料在一个或多个压缩机和关联的热交换器(图2中作为C4和El示意性示出)中被压缩并冷却至150巴的压力。热交换器El然后将合成气体冷却至9°C的温度，然后将其通过3给送至第一洗涤器Al，在第一洗涤器Al中使其与含有溶解的二氧化碳的甲醇溶剂接触，如上在实施例I中所述。所用甲醇溶剂得自第二洗涤器A3 (参见下文)，通过13给送至Al的顶部并且通过4从底部去除。如此去除的且现在含有含硫组分和一些二氧化碳的甲醇随后通过4、5和6被给送至一系列热交换器和分离器(E11、E12、E13、F1和F2)，在其中，温度逐渐地增加并且二氧化碳被释放。将来自F2和Fl中每一个的塔顶气流7和8给送至串联布置的热交换器E12和E11，所述热交换器E12和Ell回收热量以便加热进入的物流并随后通过25再循环至线路2。E13补充这些热交换过程需要的热量。同时，将仍含有溶解的含硫组分的来自F2的甲醇溶剂借助于液力涡轮Tl减小压力，随后通过10给送至热交换器E2，在热交换器E2中所述甲醇溶剂任选地被加热，然后被给送至汽提塔A2，在汽提塔A2中，含硫组分被分离并通过11从顶部去除，然后被输送至克劳斯装置中进一步处理。将纯甲醇通过线路12从A2的底部去除，然后在纯甲醇在热交换器E3中冷却并按需要用新鲜甲醇装满之后，将纯甲醇通过24给送至A3的顶部。通过14从Al顶部去除150巴的脱硫的转换合成气体，然后，在一个或一系列热交换器中(图I中作为E4示意性示出)将其冷却至_30°C，从而生成液态二氧化碳和含氢气气体的两相混合物。接着通过15将该两相混合物给送至第一分馏器F4，在第一分馏器F4中将其分离为液态二氧化碳和残余气体。随后，通过16在底部移出液体，同时通过17在顶部移出气体，该气体在一个或多个热交换器中(图2中作为E5示意性示出)冷却至_50°C，生成第二两相混合物，所述第二两相混合物在如前所述的在第二分离器F5中分离。得自F5的液态二氧化碳通过18给送至16，在其中所述液态二氧化碳与从F4回收的液态二氧化碳合并，然后移出以便储存。如下文解释，该阶段中所用的各种热交换器与下文所述的涡轮膨胀器/热交换器部分中的冷的物流整合，以便利用后者这些物流的冷却能力。现在富含氢气并且在150巴压力和-50°C下的从F5顶部回收的气体接着通过19被给送至A3基部，在A3中其逆向地与相同温度的冷的甲醇接触。在A3中，冷的甲醇从含氢气气体中提取残留的二氧化碳，然后被处理的气体通过线路20从顶部去除。同时，含有溶解的二氧化碳的甲醇通过21从A3的底部去除，并且任选地在热交换器E6中冷却，然后通过13给送至Al。 仍处于150巴压力和-50°C下的从A3顶部去除的氢气在热交换器E7中被加热，并且通过一系列涡轮膨胀器T2、T3和T4和关联的级间热交换器ES、E9和10，使压力逐渐减小至30巴的压力并且加热至接近环境温度。如此做时，由涡轮膨胀器释放的能量用于产生驱动其它设备的动力。同时，E7中和E8、E9和ElO中去除的冷却能力(由含氢气气体的膨胀所导致)用于向热交换器E4和E5提供冷却能力。虽然为了简明，本文未将此示出，但一般技术人员将理解这一点可以如何进行，例如使一侧的热交换器E7、E8、E9和E10中的一个或多个与另一侧的E4和E5中的热交换器中的一个或多个整合。此外，上述的专利申请PCT/GB/2009/02895.PCT/GB/2009/002884 和 PCT/GB/2009/001810 说明了涉及多通道热交换器的使用的特定配置，通过所述特定配置可以做到这一点。通过线路23离开最终热交换器的含氢气气体可以任选地给送至一个或多个燃气轮机(未示出)的燃烧炉，在其中氢气与含氧气体燃烧以产生动力和蒸汽。实施例3
图3示出包括由分离器Fx和热交换器Ex提供的甲醇回收特征的示于图2中的方案的变型体。利用这些附加的特征，将甲醇回收并送回至H2S吸收器的顶部塔盘。通过线路2给送的60巴压力的高温酸性转换合成气体原料在如关于图2所述的一个或多个压缩机和关联的热交换器中被压缩和冷却至150巴的压力。然后热交换器El将合成气体冷却，然后将其通过3给送至第一洗涤器Al，在第一洗涤器Al中使其与含有溶解的二氧化碳的甲醇溶剂接触，如上在实施例I中所述。所用甲醇溶剂得自第二洗涤器A3(参见下文)，通过13给送至Al的顶部并且通过4从底部去除。如此去除的并且现在含有含硫组分和一些二氧化碳的甲醇随后通过4、5和6给送至如关于图2所述的一系列热交换器和分离器(Ell、E12、E13、Fl和F2)，在其中，含硫组分被分离并去除，然后被输送至克劳斯装置中进一步处理。将纯甲醇通过线路12从A2的底部去除，然后在纯甲醇已在热交换器E3中冷却并按需要用新鲜甲醇装满之后，将纯甲醇通过24给送至A3的顶部。150巴的脱硫的转换合成气体通过14从Al顶部去除。在借助于热交换器系统E4而被冷却以形成两相混合物之前，在热交换器系统Ex中(其可以包括一个或一个以上热交换器元件)进行初始中间冷却以将气体冷却至约13°C的温度。将冷却的气体输送至中间分离器，从其中将甲醇去除并且输送回第一洗涤器Al。处理的转换合成气随后被输送至如关于图2所述的用于后续方法步骤的热交换器系统E4。实施例3的其它特征如关于图2所述的。在该实施例中，从该方法中甲醇的回收可以为例如大于90%，例如94%。在另一实施例中，热交换器Ex可以被膨胀器代替，所述膨胀器能通过膨胀实现气流的冷却。在分离器Fx中回收甲醇溶剂之后，可以在热交换器E4上游提供压缩机以在溶剂的分离之后对气流再增压(repressurise)。在另一变型中，可以在分离器Fx下游提供水洗设备以从该气体中去除更多的甲醇。例如，可以在分离器Fx的下游提供接触器以用水洗涤该气体。所得气流将含有减小量的溶剂，并且可以在一些情况下基本上不含溶 剂(例如甲醇)并且是水饱和的。随后，例如通过标准干燥方法，优选地从基本上无溶剂气体中去除水。可以通过蒸馏从离开洗涤塔的含溶剂水流中回收溶剂(例如甲醇)，其中，随后可以将纯化的水送回水洗塔。可将基本上干燥的溶剂送回至该溶剂系统。应理解，上文已纯粹以例举方式描述了本发明，并且可以在本发明的范围内进行细节的修改。可以独立地或以任何适当的组合来提供说明书中公开的各种特征以及(在适当时)权利要求和附图。
权利要求
1.一种用于通过超大气压力制冷而将酸性转换合成气体原料分离为液态二氧化碳、气态含氢气气体和分离的含硫组分的方法，其中所述方法包含以下阶段 a.在升高的压力下用醇溶剂在第一洗涤器中洗涤所述酸性转换的气体并且单独地回收含有所述含硫组分的醇流和脱硫的转换气体； b.随后将所述脱硫的转换气体冷却至一定温度和升高的压力，在所述温度和升高的压力下，其中所含所述二氧化碳冷凝并且形成两相气-液混合物； c.在分馏单元中将阶段(b)的所述两相混合物分离成单独的液态二氧化碳和气态含氢气懼分； d.在升高的压力下用醇溶剂在第二洗涤器中通过洗涤所述气态含氢气馏分来从所述分离的气态含氢气馏分中提取残留的二氧化碳并且回收含二氧化碳的醇流； e.将步骤(d)中产生的所述含二氧化碳的醇流给送至所述第一洗涤器，和 f.使用至少一个热交换器来温热和膨胀所述洗涤的气态含氢气馏分以便与步骤(b)的所述混合物和能够回收机械功的至少一个涡轮膨胀器交换热量。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述脱硫的转换的气体在步骤(b)之前被进一步压缩。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，处理所述含有所述含硫组分的醇流以回收其中溶解的任何二氧化碳。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳通过一系列其中所述压力部分下降的闪蒸器来回收。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳通过一系列其中所述温度逐渐增加的热交换器和分离器来回收。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述回收的二氧化碳再循环至所述酸性转换合成气体原料。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述回收的二氧化碳被给送至所述第二洗漆器。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述回收的二氧化碳被送回至所述脱硫的转换气体。
9.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤(d)使用在相同温度但不同压力下操作的多个分馏单元。
10.如权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述第一洗涤器中所述醇溶剂的进口温度为-50°c至-20°c并且所述出口温度为+5°C至+35°C。
11.如任何前述权利要求所述的方法，进一步包括从步骤(a)中生成的所述脱硫的转换气体中回收溶剂的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其包括冷却步骤(a)中生成的所述脱硫的转换的气体，从所述冷却的脱硫的转换气体中分离溶剂以及将所述分离的溶剂给送至所述第一洗涤器。
13.如权利要求11或权利要求12所述的方法，包括使步骤(a)中生成的所述脱硫的转换气体传送至膨胀器，和使所述气体膨胀以形成冷却气体和溶剂液体，以及从所述冷却气体中分离所述溶剂。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括将所述分离的溶剂给送至洗涤器。
15.如权利要求13或权利要求14所述的方法，进一步包括在从所述冷却气体中分离所述溶剂之后压缩所述冷却气体。
16.如权利要求11至15中任一项所述的方法，进一步包括用水洗涤所述脱硫的转换合成气以从所述脱硫的转换合成气中去除溶剂的步骤。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括在所述用水洗涤的步骤之后，干燥所述合成气的步骤。
18.如权利要求16或权利要求17所述的方法，进一步包括在所述洗涤步骤之后处理用于所述洗涤的水以从所述水中回收溶剂。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括将所述回收的溶剂给送至洗涤器。
20.一种用于将酸性转换合成气体转化成由液态二氧化碳、富氢气馏分和含硫组分组成的各分离的物流的气体分离装置，所述装置包括 a.第一洗涤器，用于通过在使用来源于第二洗涤器的醇溶剂的提取工艺中去除含硫组分来使酸性转换气体脱硫； b.冷却系统，用于将所述脱硫的转换气体冷却至一定温度，在所述温度下，二氧化碳冷凝并且形成两相气液混合物，所述冷却系统还包括至少一个热交换器，其中较热的转换合成气体相对由分馏单元生成的较冷的液态二氧化碳馏分和/或较冷的气态富氢气馏分被冷却； c.分馏单元，用于将所述冷却系统中生成的所述两相混合物分离成单独的液态二氧化碳和气态富氢气馏分； d.第二洗涤器，用于通过萃取使用醇溶剂从所述气态富氢气馏分中去除残留二氧化碳并且适合于向所述第一洗涤器提供所述处理的醇溶剂，和 e.膨胀系统，用于加热和膨胀所述分离的气态富氢气馏分，所述膨胀系统包含用于从所述气态富氢气馏分中渐进地回收作为机械功的能量的至少一个涡轮膨胀器和用于向所述冷却系统中的至少一个所述热交换器提供冷却能力的至少一个构件。
21.如权利要求20所述的装置，进一步包括；溶剂回收系统，其包括用于冷却包括溶剂的气体的构件；和分离器。
22.如权利要求21所述的装置，其中，所述用于冷却所述气体的构件包括膨胀器，所述膨胀器被布置成接受和膨胀包括溶剂的气体以形成包括液体溶剂的气体，所述分离器被布置成从所述气体中分离所述液体溶剂。
全文摘要
一种用于将酸性转换合成气体原料分离成液态二氧化碳、气态含氢气气体和分离的含硫组分的方法，所述方法包括以下步骤a.在升高的压力下用醇溶剂在第一洗涤器中洗涤所述酸性转换气体并且单独地回收含有所述含硫组分的醇流和脱硫的转换气体；b.随后将所述脱硫的转换气体冷却至一定温度和升高的压力，在所述温度和升高的压力下，其中含有的所述二氧化碳冷凝并且形成两相气-液混合物；c.在分馏单元中将阶段(b)的所述两相混合物分离成单独的液态二氧化碳和气态含氢气馏分；d.在升高的压力下用醇溶剂在第二洗涤器中通过洗涤所述气态含氢气馏分来从所述分离的气态含氢气馏分中提取残留二氧化碳并且回收含二氧化碳的醇流；e.将步骤(d)中产生的所述含二氧化碳的醇流给送至所述第一洗涤器，和f.使用至少一个热交换器来温热和膨胀所述洗涤的气态含氢气馏分以便与步骤(b)的所述混合物和能够回收机械功的至少一个涡轮膨胀器交换热量。所述方法可以在例如整体气化联合循环(IGCC)中使用，其中燃料源是煤或低级碳源例如褐煤、焦油砂和页岩油。
文档编号C01B3/52GK102971253SQ201180017992
公开日2013年3月13日 申请日期2011年1月21日 优先权日2010年2月2日
发明者M.E.拜利, S.康索尼, J.A.福西思, M.加蒂, E.马特利, Y.莫伊, K.奥古拉, F.维加诺 申请人:英国备选能源国际有限公司