纯化粗合成气以产生酸性气体的方法及酸性气体分离器
阅读：423发布：2020-05-12
专利汇可以提供纯化粗合成气以产生酸性气体的方法及酸性气体分离器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于以甲醇作为物理吸收介质来纯化粗 合成气 的气体洗涤方法，其中产生至少包含 硫化氢 (H2S)的 酸性气体 。所述酸性气体在布置在吸收装置的下游的热再生器中产生并且随后在酸性气体分离器中通 过冷 却和冷凝与气态甲醇分离。所述酸性气体分离器具有冷凝区域和吸收区域，其中这两个区域通过透气塔盘彼此分开。这具有的结果是从第一酸性气体子流脱气的杂质如 氰化氢 和/或 氨 气不在所述酸性气体分离器的冷凝区域中再吸收，因此避免在所述热再生器或气体洗涤设备的其他部分中的杂质积聚。本发明进一步涉及酸性气体分离器和根据本发明的酸性气体分离器在根据本发明的方法中的用途。，下面是纯化粗合成气以产生酸性气体的方法及酸性气体分离器专利的具体信息内容。
1.一种用于以甲醇作为物理吸收介质来纯化粗合成气的方法，其中产生至少包含硫化氢(H2S)的酸性气体并且所述方法包括以下方法步骤：
-在吸收装置中用甲醇处理至少包含一氧化碳(CO)、氢气(H2)、硫化氢(H2S)以及氰化氢(HCN)和/或氨气(NH3)的粗合成气以便获得至少负载有H2S和HCN和/或NH3的甲醇；
-在热再生器中使所述负载有H2S和HCN和/或NH3的甲醇热再生以便获得至少包含甲醇、H2S、HCN和/或NH3的气体混合物，将所述气体混合物从所述热再生器中取出；
-将从所述热再生器中取出的所述气体混合物冷却并且将所述经冷却的气体混合物转移至酸性气体分离器中，其中所述酸性气体分离器包括吸收区域和冷凝区域，其中所述吸收区域和所述冷凝区域通过透气塔盘彼此分开；
-在所述酸性气体分离器的冷凝区域中从所述气体混合物中冷凝出甲醇，将所述冷凝的甲醇从所述酸性气体分离器中取出并且将其转移至所述热再生器；
-从所述酸性气体分离器取出包含H2S和HCN和/或NH3的第一酸性气体子流；
-使包含H2S和HCN和/或NH3的第二酸性气体子流通过所述酸性气体分离器的吸收区域，其中HCN和/或NH3被供应至所述酸性气体分离器的吸收区域的低温甲醇吸收，负载有HCN和/或NH3的低温甲醇聚集在所述透气塔盘的区域中并且获得至少部分去除了HCN和/或NH3的第二酸性气体子流；
-从所述酸性气体分离器取出所述至少部分去除了HCN和/或NH3的第二酸性气体子流；
-从所述酸性气体分离器的透气塔盘的区域取出负载有HCN和/或NH3的低温甲醇并且将所述负载有HCN和/或NH3的低温甲醇转移至所述热再生器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述冷凝的甲醇和所述负载有HCN和/或NH3的低温甲醇作为单独的流供应至混合容器中并且在所述混合容器中混合后再循环至所述热再生器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将从所述热再生器取出的气体混合物供应至所述混合容器、在所述混合容器中与所述冷凝的甲醇和所述负载有HCN和/或NH3的低温甲醇组合，其中来自所述气体混合物的甲醇至少部分冷凝以便提供两相混合物并且将所述含有至少部分冷凝的甲醇的两相混合物随后供应至所述酸性气体分离器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述至少部分去除了HCN和/或NH3的第二酸性气体子流供应至再吸收器用于再吸收所述至少部分去除了HCN和/或NH3的第二酸性气体子流中存在的H2S以便在所述再吸收器中获得负载有H2S的甲醇。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述负载有H2S的甲醇供应至所述热再生器。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的方法，其特征在于，将所述低温甲醇从所述再吸收器供应至所述酸性气体分离器的吸收区域。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述低温甲醇具有不高于-40℃、优选不高于-50℃、特别优选不高于-60℃的温度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述第一酸性气体子流供应至克劳斯设备用于生产硫。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述混合容器具有至少一个填充口用于供应所述负载有HCN和/或NH3的低温甲醇和/或所述冷凝的甲醇，其中所述填充口的一个末端与所述混合容器的壳体壁间隔开使得在填充操作期间所述负载有HCN和/或NH3的低温甲醇和/或所述冷凝的甲醇不与所述混合容器的壳体壁直接接触。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述混合容器的壳体包括作为构造材料的非合金钢或低合金钢、优选非合金钢。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述填充口包括作为构造材料的耐酸耐锈钢。
12.一种用于从气体混合物中分离至少包含硫化氢(H2S)的酸性气体的酸性气体分离器，所述酸性气体分离器包括：
吸收区域和冷凝区域，其中所述吸收区域和所述冷凝区域通过透气塔盘彼此分开；
用于将至少包含甲醇、H2S和HCN和/或NH3的气体混合物供应至所述酸性气体分离器的冷凝区域以在所述酸性气体分离器的冷凝区域使甲醇从所述气体混合物中冷凝出的器件；
用于从所述酸性气体分离器取出包含H2S和HCN和/或NH3的第一酸性气体子流的器件；
用于在所述酸性气体分离器的吸收区域中从包含H2S以及还有HCN和/或NH3的第二酸性气体子流吸收HCN和/或NH3的器件；
用于从所述酸性气体分离器取出至少部分去除了HCN和/或NH3的第二酸性气体子流的器件；
用于将低温甲醇供应至所述酸性气体分离器的吸收区域以在所述酸性气体分离器的吸收区域中将HCN和/或NH3吸收在低温甲醇中的器件；
用于从所述酸性气体分离器的吸收区域取出负载有HCN和/或NH3的低温甲醇的器件；
用于从所述酸性气体分离器的冷凝区域取出冷凝的甲醇的器件。
13.根据权利要求12所述的酸性气体分离器，其特征在于，所述冷凝区域和所述吸收区域被一体化到所述酸性气体分离器的单一共同壳体。
14.根据权利要求12或13所述的酸性气体分离器，其特征在于，所述酸性气体分离器的吸收区域的至少一个壳体部分包括作为构造材料的耐酸耐锈钢。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的酸性气体分离器，其特征在于，所述酸性气体分离器的冷凝区域的至少一个壳体部分包括作为构造材料的非合金钢或低合金钢、优选非合金钢。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的酸性气体分离器，其特征在于，所述透气塔盘呈烟囱式塔盘形式。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的酸性气体分离器，其特征在于，所述酸性气体分离器的吸收区域包括固定床。
18.根据权利要求17所述的酸性气体分离器，其特征在于，所述固定床包括填充体的倾卸床用于增加所述吸收区域的表面面积。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的酸性气体分离器在根据权利要求1至11中任一项所述的方法中的用途。
纯化粗合成气以产生酸性气体的方法及酸性气体分离器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于以甲醇作为物理吸收介质来纯化粗合成气的方法，其中产生至少包含硫化氢(H2S)的酸性气体。本发明进一步涉及一种用于从气体混合物中分离至少包含硫化氢(H2S)的酸性气体的酸性气体分离器和根据本发明的酸性气体分离器在根据本发明的方法中的用途。
背景技术
[0002] 用于通过物理或化学吸收从工业粗合成气中去除不希望的伴生物的方法是从现有技术已知的。此类方法可以用于从通过气化或重整含碳投入料而产生的粗合成气中将不想要的成分(例如二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S))去除至痕量，并且还从想要的合成气成分如氢气(H2)和一氧化碳(CO)中将羰基硫化物(COS)、硫醇和氰化氢(HCN)去除至痕量。
[0003] 这些方法(还被称为气体洗涤)利用液体吸收气态物质并且将其以物理或化学结合形式保持在溶液中的特性。气体被液体物理吸收的效率由吸收系数表示，所述吸收系数也称为溶解度系数。气体在液体中吸收或溶解的越好，吸收系数越大。吸收系数通常随着温度的降低而增加，并且根据亨利定律，随着压力的增加而增加。气体洗涤中使用的液体通常也称为洗涤介质或吸收介质。
[0004] 在气体洗涤之后，将在气体洗涤中从粗合成气中洗出的组分从经负载的吸收介质中去除以获得再生的或至少部分再生的吸收介质。用于再生吸收介质的已知方法是在有或没有汽提气体的情况下降压(闪蒸)和热再生(其中吸收介质的固有蒸气用作汽提气体)。
[0005] 已知且常常采用的气体洗涤方法是在Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry[乌尔曼工业化学百科全书],第六版,第15卷,第399页及以下中大体上进行描述的低温甲醇洗工艺。在所述低温甲醇洗工艺中，粗合成气的上述不希望的成分被作为吸收剂或吸收介质的冷甲醇(即冷却至显著低于环境温度的甲醇)吸收，其中粗合成气与吸收介质之间的强烈传质在吸收装置(也称为吸收器或洗涤塔)中进行。如上所提及，随着甲醇温度降低和压力增加，不希望的气体成分的溶解度增加，同时对于氢气和一氧化碳保持几乎恒定。甲醇另外具有即使在低至-75℃的温度下也保持低粘度的优点，因此使得其即使在非常低的温度下也可以在大的工业规模上使用。
[0006] 在每种情况下在气体洗涤中使用的吸收装置具有用于去除酸性气体成分和另外的杂质的专用区域或阶段。由于各吸收介质对特定气体成分的选择性，这些更容易或较不容易地被吸收。在以甲醇作为吸收介质操作的低温甲醇洗工艺的实例中，痕量成分如氰化氢(HCN)最容易被吸收，接着是硫化合物硫化氢(H2S)、羰基硫化物(COS)以及硫醇，并且最后接着是二氧化碳(CO2)，与上述气体相比，关于甲醇，二氧化碳具有最低的吸收系数。这种选择性具有以下结果：吸收装置的专用区域或阶段通常产生主要负载有二氧化碳的吸收介质，负载有硫化氢和二氧化碳的吸收介质(“脱硫”)和负载有痕量成分的吸收介质。
[0007] 在低温甲醇洗工艺中在脱硫中去除的硫化氢(H2S)典型地再次通过热再生负载有H2S的甲醇被逐出。如此获得的含H2S的气体(也称为酸性气体)可以随后供应至通过克劳斯(Claus)工艺产生元素硫的设备。供应至克劳斯设备的酸性气体必须满足在H2S含量方面的某些要求，所述含量通常不应该下降到低于25mol％。
[0008] 在低温甲醇洗工艺的情况下，所谓的再吸收器用于实现酸性气体中的最高可能的H2S含量。再吸收器最初供应有来自吸收装置的脱硫阶段的负载有H2S和CO2的甲醇。然后将CO2通过减压和用氮气汽提几乎完全逐出并作为废气去除。在汽提期间共逐出的硫化氢被供应至再吸收器的甲醇再吸收，其中由于与CO2相比在甲醇中H2S吸收系数更大，因此基本上H2S和可忽略量的CO2被再吸收。随后将离开再吸收器的负载有H2S的甲醇供应至热再生以提供包含H2S作为主要成分的酸性气体。离开热再生的酸性气体具有足够高的H2S含量和足够低的CO2含量以通常满足克劳斯工艺的要求。
[0009] 离开热再生的酸性气体不能直接供应至克劳斯工艺。相反，酸性气体必须在克劳斯工艺上游的步骤中通过在酸性气体分离器中冷凝在热再生中共逐出的甲醇蒸气来去除这些蒸气。这将酸性气体中的H2S含量增加至所要求的量。酸性气体分离器具有吸收区域和至少两个排出口。第一排出口允许在克劳斯设备的方向中排出酸性气体。第二排出口允许将在吸收区域中处理的一部分酸性气体再循环至再吸收器。因此，供应至酸性气体分离器的一部分硫化氢再循环到再吸收器中，从而导致酸性气体中硫化氢含量升高。
[0010] 酸性气体分离器的吸收区域允许去除痕量组分，如HCN和/或NH3，所述组分旨在随酸性气体在克劳斯设备的方向上离开气体洗涤设备。上述痕量组分不应该进入气体洗涤设备的其他部分以防止合成气或其他产物的污染。HCN另外具有腐蚀特性，这可导致某些设备部分需要使用高价值钢作为构造材料。NH3例如在布置在气体洗涤上游的水煤气转换反应(一氧化碳与水反应以提供氢气和二氧化碳)的情况下由HCN形成，并且因此可以在粗合成气中以痕量存在。在用甲醇吸收之前，典型地在氨洗涤器中用水作为吸收介质洗掉NH3。如果这不完全去除NH3，则其残留物可能积聚在热再生器的顶部区域中。如果NH3经由酸性气体分离器进入再吸收器，则其在那里与CO2反应形成氨基甲酸铵和/或碳酸铵，这可能导致组成部分的阻塞和堵塞。NH3和H2S反应形成硫化铵，所述硫化铵积聚在吸收介质中并且可能污染合成气。
[0011] 因此HCN和/或NH3是在方法中的任何点都不应该进入再吸收器或其他设备部件的组分。
[0012] 因此，HCN和/或NH3作为标准在酸性气体分离器的吸收区域使用低温甲醇进行吸收。去除了大部分HCN和/或NH3的酸性气体随后可以进入再吸收器中而没有问题。
[0013] 在酸性气体分离器中，典型地来自再吸收器的低温甲醇和来自热再生器的较不冷的、至少部分冷凝的甲醇被组合。从热再生器的较不冷的甲醇中排出的氰化氢和/或氨可以被低温甲醇溶解，所述低温甲醇由于温差而更具吸收性。此程序确保较少的HCN和/或NH3在克劳斯设备的方向上离开酸性气体分离器。这伴随着热再生器顶部区域中HCN和/或NH3的积聚。在酸性气体分离器中使用的低温甲醇另外要求与其接触的酸性气体分离器的部分必须由高价值的构造材料例如不锈钢制造。要避免伴随的酸性气体分离器的更高的材料成本。
发明内容
[0014] 因此本发明的目的是详细说明一种方法，所述方法至少部分地克服了现有技术的上述缺点。
[0015] 本发明的另一个目的是详细说明一种方法，所述方法改进了在酸性气体分离器中的HCN和/或NH3的吸收，使得最小可能比例的这些物质从酸性气体分离器进入再吸收器。
[0016] 本发明的另一个目的是详细说明一种方法，所述方法减少了在所述方法的情况下使用的组成部分中的高品质构造材料如不锈钢的使用。
[0017] 本发明的另一个目的是详细说明一种装置或用途，其至少部分地实现以上列举的目的。
[0018] 本发明的目的至少部分地通过以下方法实现，所述方法用于以甲醇作为物理吸收介质来纯化粗合成气，其中产生至少包含硫化氢(H2S)的酸性气体并且所述方法包括以下方法步骤，其中所述方法步骤不一定需要以指定的顺序进行：
[0019] -在吸收装置中用甲醇处理至少包含一氧化碳(CO)、氢气(H2)、硫化氢(H2S)以及氰化氢(HCN)和/或氨气(NH3)的粗合成气以便获得至少负载有H2S和HCN和/或NH3的甲醇；
[0020] -在热再生器中使所述负载有H2S和HCN和/或NH3的甲醇热再生以便获得至少包含甲醇、H2S、HCN和/或NH3的气体混合物，将所述气体混合物从所述热再生器中取出；
[0021] -将从所述热再生器中取出的所述气体混合物冷却并且将所述经冷却的气体混合物转移至酸性气体分离器中，其中所述酸性气体分离器包括吸收区域和冷凝区域，其中所述吸收区域和所述冷凝区域通过透气塔盘彼此分开；
[0022] -在所述酸性气体分离器的冷凝区域中从所述气体混合物中冷凝出甲醇，将所述冷凝的甲醇从所述酸性气体分离器中取出并且将其转移至所述热再生器；
[0023] -从所述酸性气体分离器取出包含H2S和HCN和/或NH3的第一酸性气体子流；
[0024] -使包含H2S和HCN和/或NH3的第二酸性气体子流通过所述酸性气体分离器的吸收区域，其中HCN和/或NH3被供应至所述酸性气体分离器的吸收区域的低温甲醇吸收，负载有HCN和/或NH3的低温甲醇聚集在所述透气塔盘的区域中并且获得至少部分去除了HCN和/或NH3的第二酸性气体子流；
[0025] -从所述酸性气体分离器取出所述至少部分去除了HCN和/或NH3的第二酸性气体子流；
[0026] -从所述酸性气体分离器的透气塔盘的区域取出负载有HCN和/或NH3的低温甲醇并且将所述负载有HCN和/或NH3的低温甲醇转移至所述热再生器。
[0027] 在本发明主题的情况下，术语“物理吸收介质”应理解为意指吸收介质，其中特定气体在吸收介质中的溶解度是通过物理相互作用产生的。
[0028] 在本发明主题的情况下，术语“粗合成气”应理解为意指合成气，所述合成气不仅含有希望成分如氢气(H2)和一氧化碳(CO)而且还含有不希望成分如硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)(要在气体洗涤方法中将其去除)。
[0029] 在本发明主题的情况下，“酸性气体”应理解为意指气体或气体混合物，所述气体或气体混合物包含至少一种组分，所述组分在水或另外的合适的质子溶剂中是酸性的如像硫化氢(H2S)或氰化氢(HCN)。在本发明主题的情况下，除了一种或多种酸性组分之外，酸性气体还可以包含一种或多种碱性或中性组分。酸性气体中的碱性组分的一个实例是氨气(NH3)。
[0030] 在本发明主题的情况下，“酸性气体分离器”通常理解为意指用于从混合物中分离液体的装置，其中所述混合物可以例如是至少一种气体和一种液体的两相混合物，例如气溶胶，其中所述装置适用于从此种混合物中分离酸性气体。
[0031] 在本发明主题的情况下，酸性气体分离器的“冷凝区域”应理解为意指适用于将混合物中的物质从物质的气态转化为液态的区域。
[0032] 在本发明主题的情况下，酸性气体分离器的“吸收区域”应理解为意指适用于将至少一种气态物质吸收进合适的液体吸收介质中的区域。
[0033] 在本发明主题的情况下，“低温甲醇”应理解为意指具有以下温度的甲醇：不高于0℃、或不高于-15℃、或不高于-30℃、或不高于-40℃、或不高于-50℃、或不高于-60℃。
[0034] 在本发明主题的情况下，“透气塔盘”应理解为意指气态物质可以透过的塔盘。透气塔盘同时部分或完全地不可以透过液体。在一个实例中，透气塔盘可以构造成使得液体层可以聚集在透气塔盘上直到一定量使得取决于其构造模式，透气塔盘不可透过液体直到一定程度。在一个实例中，透气塔盘对液体是单向不可透过的，即在一个方向上，透气塔盘对液体是不可透过的，但在另一个方向上，例如相反的方向，透气塔盘可透过液体。在一个实例中，透气塔盘是由于其宏观几何构型可以被气体穿过但同时液体层可以聚集在其上直到一定量的塔盘，从而使塔盘至少部分地不透过液体。在另一个实例中，透气塔盘是在微观水平上构造成使得其是气体可通过但液体不可通过的塔盘。此种塔盘的实例是可透过气体且不可透过液体的膜。所列举的实例不应被理解为是限制性的，并且因此可以想到透气塔盘的另外的实施例。
[0035] 在本发明主题的情况下，“热再生器”应理解为意指通常适用于经负载的吸收介质的热再生的装置，特别是用于用吸收介质的固有蒸气热再生经负载的吸收介质的装置。
[0036] 在从现有技术已知的方法中，至少部分冷凝的甲醇(蒸气和液体甲醇的两相混合物)和酸性气体的预冷却的混合物进入酸性气体分离器。将至少包含H2S并且包含HCN和/或NH3作为杂质的酸性气体从混合物中释放出来，并作为第一子流从酸性气体分离器中排出。酸性气体的第二子流同时通过酸性气体分离器的吸收区域，并且在吸收杂质如HCN和/或NH3之后离开酸性气体分离器以便例如在另一步骤中供应至H2S浓缩。存在于第二子流中的杂质如HCN和/或NH3通过低温甲醇在酸性气体分离器的吸收区域中去除。低温甲醇的低温不利地还导致从第一子流中脱气的杂质被吸收，所述杂质随后可能积聚在例如热再生器的顶部区域中。
[0037] 根据本发明的处理模式，其中酸性气体分离器的冷凝区域和吸收区域通过透气塔盘彼此分开，具有以下结果：消除了上述缺点。透气塔盘防止低温甲醇与从第一子流脱气的杂质(例如HCN和/或NH3)接触。相反，将在透气塔盘区域中聚集的低温甲醇(其仅包含来自第二子流的杂质如HCN和/或NH3)从透气塔盘中取出并随后再循环到热再生器中。因此，低温甲醇与第一子流的气体之间的接触是不可能的，其结果是来自第一子流的杂质如HCN和/或NH3有利地不被低温甲醇吸收。因此，在热再生器或其他设备部分中没有从第一子流额外吸收的杂质(如HCN和/或NH3)的积聚。
[0038] 根据本发明方法的一个优选实施例的特征在于，将所述冷凝的甲醇和所述负载有HCN和/或NH3的低温甲醇作为单独的流供应至混合容器中并且在所述混合容器中混合后再循环至所述热再生器。
[0039] 在本发明主题的情况下，术语“混合容器”应理解为意指供应至混合容器的流体的至少部分混合在混合容器中进行。在一个实例中，通过扩散和/或对流产生混合。在另一个实例中，混合是被静态混合器和/或有源混合器代替或通过其另外产生。此混合的类型不限于所列举的实例。
[0040] 从吸收区域从透气塔盘取出的低温甲醇和来自酸性气体分离器的冷凝区域的冷凝的甲醇的温度的收敛在混合容器中进行。
[0041] 优选的是当将也从所述热再生器取出的气体混合物供应至所述混合容器并且在所述混合容器中与所述冷凝的甲醇和所述负载有HCN和/或NH3的低温甲醇组合时，其中来自所述气体混合物的甲醇至少部分冷凝以便提供两相混合物并且将所述含有至少部分冷凝的甲醇的两相混合物随后供应至所述酸性气体分离器。
[0042] 两相混合物包含蒸气和液体甲醇和酸性气体。为了进一步改善温差的均衡，与从热再生器中取出的气体混合物和从酸性气体分离器中取出的流的混合在混合容器中进行。这有利地防止了从冷凝的甲醇中无意排出气体。从冷凝的甲醇中排出的气体可能例如在将酸性气体分离器中冷凝的甲醇再循环到热再生器中引起问题。布置在热再生器与酸性气体分离器之间的混合容器和在混合容器中连续进行的混合操作有效地防止了此种脱气并同时实现独立的流之间的温度均衡，而不需要额外的热交换器。
[0043] 根据本发明方法的优选实施例的特征在于，将所述至少部分去除了HCN和/或NH3的第二酸性气体子流供应至再吸收器用于再吸收所述至少部分去除了HCN和/或NH3的第二酸性气体子流中存在的H2S以便在所述再吸收器中获得负载有H2S的甲醇。
[0044] 再吸收器具有的主要功能是首先通过用惰性气体汽提从吸收装置中取出的并负载有硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)的甲醇流中逐出二氧化碳，并且因此在低温甲醇中重新吸收无意地共逐出的硫化氢。将第二酸性气体子流供应至再吸收器产生H2S的进一步浓缩，并且因此在热再生器中产生的酸性气体具有更高的H2S含量。
[0045] 在另一个实例中，优选的是将在再吸收器中获得的负载有H2S的甲醇供应至热再生器。
[0046] 根据本发明方法的优选实施例的特征在于，将所述低温甲醇从所述再吸收器供应至所述酸性气体分离器的吸收区域。
[0047] 在再吸收器中循环的甲醇具有适当低的温度和负载有H2S以便能够有效地吸收来自第二子流的杂质如HCN和/或NH3以及H2S。
[0048] 根据本发明方法的优选实施例的特征在于，所述低温甲醇具有不高于-40℃、优选不高于-50℃、特别优选不高于-60℃的温度。
[0049] 低温甲醇的温度越低，从酸性气体的第二子流中吸收杂质如HCN和/或NH3就越有效。在-40℃与-75℃之间的温度范围已经证明是特别有利的，因为这实现了高吸收效率，同时还确保甲醇的流体动力学特性由于至-75℃的动态粘度相对低而有利于大工业规模使用。当低温甲醇具有的温度范围在-60℃与-65℃之间时是特别优选的。用于吸收的甲醇越冷，其作为吸收介质的特性越好。
[0050] 根据本发明方法的一个优选实施例的特征在于，将所述第一酸性气体子流供应至克劳斯设备用于生产硫。
[0051] 因此，根据本发明的方法产生具有足以用于克劳斯设备的硫比例的酸性气体。硫比例不仅仅由酸性气体中存在的硫化氢决定，而且还由硫醇(mercaptan或thiol)和羰基硫化物(COS)以及可能在甲醇中吸收的另外的硫化合物决定。
[0052] 根据本发明方法的一个优选实施例的特征在于，所述混合容器具有至少一个填充口用于供应所述负载有HCN和/或NH3的低温甲醇和/或所述冷凝的甲醇，其中所述填充口的一个末端与所述混合容器的壳体壁间隔开使得在填充操作期间所述负载有HCN和/或NH3的低温甲醇和/或所述冷凝的甲醇不与所述混合容器的壳体壁直接接触。
[0053] 混合容器具有至少一个填充口用于将负载有HCN和/或NH3的低温甲醇和/或冷凝的甲醇供应至混合容器，其中经由共同的填充口将单独的流供应到混合容器或每个流经由至少一个专用填充口供应。负载有HCN和/或NH3的低温甲醇和冷凝的甲醇与显著更热的气体混合物(从热再生器供应的至少包含甲醇、H2S以及还有HCN和/或NH3)的混合在混合容器中进行。由于经负载的甲醇冷却到非常低的温度，特别是可能通过腐蚀损坏混合容器的材料，因此有利的是将填充口布置成使得在填充操作期间冷甲醇和混合容器之间没有接触。在填充负载有HCN和/或NH3的低温甲醇和冷凝的甲醇之后，立即将其与来自热再生器的至少包含甲醇、H2S以及还有HCN和/或NH3的气体混合物混合并因此加热，从而减少腐蚀性损坏的可能性。
[0055] 这通过适当布置填充口使得可能，其中一个或多个填充口与混合容器的壳体壁间隔开，使得负载有HCN和/或NH3的低温甲醇和/或冷凝的甲醇在填充操作期间不与混合容器的壳体壁直接接触。因此，不需要由高价值的钢制造混合容器的壳体。
[0057] 在本发明主题的情况下，“低合金钢”应理解为意指有意地但是仅以低含量含有合金成分的钢。特别地，低合金钢不含有具有的含量大于5重量百分比的任何合金元素。
[0058] 根据本发明方法的优选实施例的特征在于，所述填充口包括作为构造材料的耐酸耐锈钢。
[0059] 由于混合容器的填充口与负载有HCN和/或NH3的低温甲醇和/或冷凝的甲醇接触，因此所述口有利地包含耐酸耐锈钢作为构造材料。在另一优选实例中，仅混合容器的填充口作为混合容器的唯一组成部分包括耐酸耐锈钢作为构造材料。混合容器的其他部分，优选与甲醇接触的部分，不含任何耐酸耐锈钢作为构造材料。这些部分优选包括作为构造材料的非合金钢或低合金钢、优选非合金钢。
[0060] 在本发明主题的情况下，“耐酸耐锈钢”应理解为意指钢，所述钢由于适当的合金添加形成保护性氧化物层，所述氧化物层保护钢免受酸腐蚀和/或氧腐蚀。特别地，耐酸或防锈钢具有的合金比例为至少10.5重量％的铬，优选至少13重量％的铬。优选的是当耐酸耐锈钢另外包含至少一种选自包含镍、钼、钛和氮的组的元素作为一种或多种另外的合金成分时。
[0061] 本发明的目的另外至少部分地通过一种用于从气体混合物中分离至少包含硫化氢(H2S)的酸性气体的酸性气体分离器实现，所述酸性气体分离器包括：
[0062] 吸收区域和冷凝区域，其中所述吸收区域和所述冷凝区域通过透气塔盘彼此分开；
[0063] 用于将至少包含甲醇、H2S和HCN和/或NH3的气体混合物供应至所述酸性气体分离器的冷凝区域以在所述酸性气体分离器的冷凝区域使甲醇从所述气体混合物中冷凝出的器件；
[0064] 用于从所述酸性气体分离器取出包含H2S以及还有HCN和/或NH3的第一酸性气体子流的器件；
[0065] 用于在所述酸性气体分离器的吸收区域中从包含H2S以及还有HCN和/或NH3的第二酸性气体子流吸收HCN和/或NH3的器件；
[0066] 用于从所述酸性气体分离器取出至少部分去除了HCN和/或NH3的第二酸性气体子流的器件；
[0067] 用于将低温甲醇供应至所述酸性气体分离器的吸收区域以在所述酸性气体分离器的吸收区域中将HCN和/或NH3吸收在低温甲醇中的器件；
[0068] 用于从所述酸性气体分离器的吸收区域取出负载有HCN和/或NH3的低温甲醇的器件；
[0069] 用于从所述酸性气体分离器的冷凝区域取出冷凝的甲醇的器件。
[0070] 根据本发明的酸性气体分离器的优选实施例的特征在于所述冷凝区域和所述吸收区域被一体化到所述酸性气体分离器的单一共同壳体。
[0071] 这允许在气体洗涤设备内部节省空间的布置，而在冷凝区域与吸收区域之间不需要额外的管道。透气塔盘确保冷凝区域和吸收区域的足够的空间分离，并且因此可能将两个区域一体化到一个壳体中而从第一酸性气体子流脱气的杂质例如HCN和/或NH3不能够进入吸收区域并且在那里被低温甲醇吸收。
[0072] 根据本发明的酸性气体分离器的优选实施例的特征在于酸性气体分离器的吸收区域的至少一个壳体部分包括作为构造材料的耐锈或耐酸钢和/或特征在于酸性气体分离器的冷凝区域的至少一个壳体部分包括作为构造材料的非合金钢或低合金钢、优选非合金钢。
[0073] 由于主要是酸性气体分离器的吸收区域通过低温甲醇经受非常低的温度，因此足够和有利的是仅为酸性气体分离器的吸收区域提供高价值的构造材料如耐锈或耐酸钢。对于不经受此种低温的冷凝区域，使用非合金钢或低合金钢作为构造材料就足够了。
[0074] 根据本发明的酸性气体分离器的优选实施例的特征在于所述透气塔盘呈烟囱式塔盘形式。
[0075] 第二酸性气体子流的气体混合物可从底部到顶部穿过呈烟囱式塔盘形式的透气塔盘。在烟囱式塔盘上方，来自第二酸性气体子流的成分例如HCN和/或NH3被低温甲醇吸收并且可以聚集在吸收区域中的烟囱式塔盘上。负载有来自第二酸性气体子流的杂质(例如HCN和/或NH3)的低温甲醇可经由管道从烟囱式塔盘中取出，而随后不能够与第一酸性气体子流的气体接触。
[0076] 根据本发明的酸性气体分离器的优选实施例的特征在于所述酸性气体分离器的吸收区域包括固定床。在优选的实例中，所述固定床包括填充体的倾卸床(dumped bed)用于增加所述吸收区域的表面面积。这提高了从第二酸性气体子流吸收杂质的效率。
[0077] 此外，通过在根据本发明的方法中使用根据本发明的酸性气体分离器至少部分地解决了本发明的目的。
[0078] 工作实例
[0079] 本发明的另外的特征、优点和可能的应用从以下工作和数值实例的描述和附图也是显而易见的。描述和/或描绘的所有特征其自身或以任何组合形成本发明的主题，而不管它们在权利要求或其依赖性参考中的组合。
[0080] 在这些图中：
[0081] 图1示出了用于纯化粗合成气以产生酸性气体的现有技术方法和设备的示意流程图，并且
[0082] 图2示出了用于使用本发明的酸性气体分离器纯化粗合成气以产生酸性气体的本发明的方法和设备的示意流程图。
[0083] 图1示出了用于以甲醇作为物理吸收介质来纯化粗合成气的方法/设备100，其中产生了包含硫化氢(H2S)的酸性气体并且将其供应至克劳斯设备用于产生元素硫。
[0084] 经由管道101，在40巴的压力下向吸收装置A01供应粗合成气，所述粗合成气含有作为希望成分的一氧化碳(CO)和氢气(H2)和作为待去除的不希望成分的硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)和氰化氢(HCN)。在吸收装置A01中，H2S、CO2和HCN通过用冷甲醇作为吸收介质进行处理来去除。经纯化的合成气经管道102离开吸收装置A01。将负载有H2S和CO2的甲醇从吸收装置A01经由管道103取出并且供应至再吸收器R01。此外，将负载有HCN的甲醇和负载有CO2的甲醇作为另外的流从所述吸收装置中取出。将负载有HCN的甲醇(也称为预洗涤甲醇)直接供应至热再生器H01(未示出)。在通过一个或多个降压阶段以去除CO2(闪蒸)之后，负载有CO2的甲醇同样供应至热再生器H01(未示出)。在热再生器H01中通过用固有蒸气闪蒸再生的甲醇经由管道104取出并且经由泵P01和管道117供应至吸收装置A01用于从合成气重新吸收不希望成分。
[0085] 在再吸收器R01中，通过用氮气闪蒸将CO2作为惰性气体从负载有CO2和H2S的甲醇中逐出。在再吸收器R01中，共逐出的硫化氢同样通过甲醇再吸收。如此获得的负载有H2S的甲醇经由管道118供应至热再生器H01用于去除H2S。在热再生器H01中，加热(沸腾)负载有H2S和HCN的甲醇提供了气体混合物，所述气体混合物包含甲醇蒸气、H2S和HCN并且经由管道105从热再生器H01中取出。在热交换器W01中将从热再生器H01中取出的气体混合物冷却至约40℃之后，将H2S、HCN、甲醇蒸气和液体甲醇的混合物(由于甲醇的部分冷凝现在是两相的)经由管道106供应至混合容器M01。将此混合物经由管道107从混合容器M01取出并且在间接热交换器W11和间接热交换器W21中进一步冷却之后经由管道107，108和109供应至酸性气体分离器S01。酸性气体分离器S01具有冷凝区域KB01(下部)和吸收区域AB01(上部区域)，其中吸收区域AB01包括填充体的固定床以便增加内部表面面积。在进入酸性气体分离器S01后，甲醇、H2S和HCN的混合物具有约-36℃的温度。在酸性气体分离器S01中，在冷凝区域KB01中由H2S和HCN构成的气体相与甲醇液体相分离。如此获得的由H2S和HCN构成的第一酸性气体子流经由管道110从酸性气体分离器S01中取出、用于在热交换器W11中冷却从管道107供应的混合物并且随后经由管道111供应至克劳斯设备C01以回收元素硫。管道111中的混合物具有约25℃的温度。
[0086] 使第二酸性气体子流通过酸性气体分离器S01的吸收区域AB01以便用低温甲醇从所述第二酸性气体子流中吸收HCN。低温甲醇经由管道112从再吸收器R01供应至酸性气体分离器S01的吸收区域AB01并且具有约-63℃的温度。去除了HCN并且现在主要包含H2S的第二酸性气体子流的酸性气体经由管道113供应至再吸收器R01，因此允许H2S留在回路中并且送回热再生器H01，其中甲醇流在管道104中。
[0087] 来自酸性气体分离器S01的冷凝的甲醇经由管道114供应至混合容器M01并且在其中与来自管道106的部分冷凝的甲醇和气体混合物组合并且至少部分混合，因此实现在存在于混合容器M01中的组分之间的持续温度均衡。在混合容器M01中产生的温度均衡防止非有意的脱气通过太快或不受控制的加热(其可能在经由管道115和116以及泵P11将甲醇再循环至热再生器H01期间引起问题)。在热再生器H01中产生的再生的甲醇如上所提及的经由管道104取出并且经由泵P01和管道117供应至吸收装置A01用于从合成气重新吸收不希望成分。
[0088] 根据图1的方法具有以下问题：在酸性气体分离器S01中，经由管道112从再吸收器R01供应的冷却至-63℃的甲醇还可以从第一酸性气体子流中吸收HCN。然而，此HCN气体预定在克劳斯设备的方向中排出。结果，HCN在热再生器H01中的积聚以及上文已经提及的另外的问题可能不利地出现。
[0089] 图2示出了根据本发明的用于以甲醇作为物理吸收介质来纯化粗合成气的方法200，其中产生了包含硫化氢(H2S)的酸性气体并且将其供应至克劳斯设备用于产生元素硫。图2进一步示出了根据本发明的酸性气体分离器以及其在根据本发明的方法中的用途。
[0090] 经由管道201，在40巴的压力下向吸收装置A02供应粗合成气，所述粗合成气含有作为希望成分的一氧化碳(CO)和氢气(H2)和作为待去除的不希望成分的硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)和氰化氢(HCN)。在吸收装置A02中，H2S、CO2和HCN通过用冷甲醇作为吸收介质进行处理来去除。经纯化的合成气经管道202离开吸收装置A02。将负载有H2S和CO2的甲醇从吸收装置A02经由管道203取出并且供应至再吸收器R02。此外，将负载有HCN的甲醇和负载有CO2的甲醇作为另外的流从所述吸收装置中取出。将负载有HCN的甲醇(也称为预洗涤甲醇)直接供应至热再生器H02(未示出)。在通过一个或多个降压阶段以去除CO2(闪蒸)之后，负载有CO2的甲醇同样供应至热再生器H02。在热再生器H02中通过用固有蒸气闪蒸再生的甲醇经由管道204取出并且经由泵P02和管道217供应至吸收装置A02用于从合成气重新吸收不希望成分。
[0091] 在再吸收器R02中，通过用氮气闪蒸将CO2作为惰性气体从负载有CO2和H2S的甲醇中逐出。在再吸收器R02中，共逐出的硫化氢同样通过甲醇再吸收。如此获得的负载有H2S的甲醇经由管道219供应至热再生器H02用于去除H2S。在热再生器H02中，加热(沸腾)负载有H2S和HCN的甲醇提供了气体混合物，所述气体混合物包含甲醇蒸气、H2S和HCN并且经由管道205从热再生器H02中取出。在热交换器W02中将从热再生器H02中取出的气体混合物冷却至约40℃之后，将H2S、HCN、甲醇蒸气和液体甲醇的混合物(由于甲醇的部分冷凝现在是两相的)经由管道206供应至混合容器M02。将此混合物经由管道207从混合容器M02取出并且在间接热交换器W12和间接热交换器W22中进一步冷却之后经由管道207，208和209供应至根据本发明的酸性气体分离器S02。
[0092] 酸性气体分离器S02具有冷凝区域KB02(下部)和吸收区域AB02(上部区域)，其中吸收区域AB02包括填充体的固定床以便增加内部表面面积。根据本发明，吸收区域AB02和冷凝区域KB02通过透气塔盘GB02彼此分开。在示出的实例中，透气塔盘GB02呈烟囱式塔盘的形式。酸性气体分离器S02的吸收区域AB02的壳体部分由耐锈钢制造，而酸性气体分离器S02的冷凝区域KB02的壳体部分由低合金钢制造。
[0093] 在进入酸性气体分离器S02后，甲醇、H2S和HCN的混合物具有约-36℃的温度。在酸性气体分离器S02中，在冷凝区域KB02中由H2S和HCN构成的气体相与甲醇液体相分离。如此获得的由H2S和HCN构成的第一酸性气体子流经由管道210从酸性气体分离器S02中取出、用于在热交换器W12中冷却从管道207供应的混合物并且随后经由管道211供应至克劳斯设备C02以回收元素硫。管道211中的混合物具有约25℃的温度。
[0094] 使第二酸性气体子流从冷凝区域KB02自下而上通过透气塔盘GB02通过酸性气体分离器S02的吸收区域AB02以便用低温甲醇从所述第二酸性气体子流中吸收HCN。负载有HCN的低温甲醇作为液体级别(未示出)聚集在透气塔盘GB02上。负载有HCN的甲醇(其已经聚集在呈烟囱式塔盘形式的透气塔盘GB02上)经由管道218和填充口ST02供应至混合容器M02。由于其末端与混合容器M02的壳体壁间隔开，填充口ST02被布置为使得负载有HCN的低温甲醇在填充操作期间不与混合容器M02的壳体壁接触。混合容器M02的壳体壁由低合金钢制造，而填充口ST02由较高合金、耐酸耐锈刚制造。由于透气塔盘GB02布置在酸性气体分离器S02中以及负载有HCN的甲醇经由管道218和填充口ST02再循环至混合容器M02以及然后热再生器H02中，从透气塔盘GB02取出的低温甲醇不与存在于冷凝区域KB02的HCN气体接触。这意味着来自第二酸性气体流的HCN再吸收到酸性气体分离器S02的冷凝区域KB02中的甲醇中是不可能的。因此没有HCN在热再生器H02或气体洗涤设备的其他组成部分中的积聚。
[0095] 用于在吸收区域AB02中吸收HCN的低温甲醇经由管道212从再吸收器R02供应至酸性气体分离器S02的吸收区域AB02。所述甲醇具有约-63℃的温度。去除了HCN并且现在主要包含H2S的第二酸性气体子流的酸性气体经由管道213供应至再吸收器R02，因此允许H2S留在回路中并且送回热再生器H02，其中甲醇流在管道204中。
[0096] 来自酸性气体分离器S02的冷凝的甲醇经由管道214经由填充口ST12(由耐锈刚制造)供应至混合容器M02并且在那里与来自管道206的部分冷凝的甲醇和气体混合物混合，因此导致在存在于混合容器M02中的组分之间的持续温度均衡。类似于填充口ST02的末端，填充口ST12的末端与混合容器M02的壁间隔开。在混合容器M02中产生的温度均衡防止非有意的脱气通过太快或不受控制的加热(其可能在经由管道215和216以及泵P12将甲醇再循环至热再生器H02期间引起问题)。在热再生器H02中产生的再生的甲醇如上所提及的经由管道204取出并且经由泵P02和管道217供应至吸收装置A02用于从合成气重新吸收不希望成分。
[0097] 根据本发明的方法和根据本发明的酸性气体分离器的优点通过以下数值实例进一步阐明。检查经由管道111或211在克劳斯设备的方向上离开酸性气体分离器的气体混合物中的NH3、HCN、H2S和COS含量以及在酸性气体分离器中冷凝的甲醇(经由管道114，214和218再循环至混合容器(M01或M02))中的上述气体的含量。下表中示出的值是在模拟的过程中使用软件“Aspen Plus”以mol％计算的并且对于对比实例归一化至100％使得根据本发明的值示出基于归一化的100％值的摩尔分数变化。
[0098]
[0099] 实例示出与根据对比实例的已知方法相比，本发明的方法和本发明的酸性气体分离器具有以下结果：14％更多的NH3和38％更多的HCN进入克劳斯设备。同时，在冷凝的甲醇中的这些物质的比例有利地减少了43％(NH3)和26％(HCN)。
[0100] 参考不同类型的主题描述了本发明的实施例。具体地，参考方法权利要求描述了某些实施例，而参考装置权利要求描述了其他实施例。然而，对于本领域技术人员来说，从上文和下文的描述中将显而易见的是，除非另外说明，否则除了属于一种权利要求类型的特征的任何组合之外，关于不同类型的主题或权利要求类型的特征的任何组合也可以考虑。可以组合所有特征以实现协同效应，所述协同效应超出技术特征的简单总和。
[0101] 虽然已经在附图和前面的描述中详细地示出和描述了本发明，但是此类示出和描述应被认为是阐明性的或示例性的并且不是限制性的。本发明不限于所披露的实施例。通过研究附图、披露内容和从属权利要求，要求保护的发明的领域内的技术人员可以理解和进行所披露的实施例的其他变化。
[0102] 在权利要求中，词语“具有”或“包含”不排除另外的要素或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
[0103] 附图标记清单
[0104] 100 方法和设备
[0105] 101至118 管道
[0106] A01 吸收装置
[0107] AB01 吸收区域
[0108] C01 克劳斯设备
[0109] H01 热再生器
[0110] KB01 冷凝区域
[0111] M01 混合容器
[0112] P01，P11 泵
[0113] R01 再吸收器
[0114] S01 酸性气体分离器
[0115] W01，W11，W21 热交换器
[0116] 200 方法和设备
[0117] 201至219 管道
[0118] A02 吸收装置
[0119] AB02 吸收区域
[0120] C02 克劳斯设备
[0121] GB02 透气塔盘
[0122] H02 热再生器
[0123] KB02 冷凝区域
[0124] M02 混合容器
[0125] P02，P12 泵
[0126] R02 再吸收器
[0127] S02 酸性气体分离器
[0128] ST02，ST12 填充口
[0129] W02，W12，W22 热交换器
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