用溶剂吸收剂分离气体的方法
阅读：413发布：2020-05-11
专利汇可以提供用溶剂吸收剂分离气体的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了用于分离不纯原料气的组分的 溶剂 吸收方法。该方法涉及气体纯化的两个阶段。包括 硫化氢 、二 氧 化 碳 和其他硫化合物的 酸性气体 通过在两个阶段中与物理溶剂 接触 而同时从原料气中移除。所公开的主题提供了改进的方法以降低系统的操作成本。，下面是用溶剂吸收剂分离气体的方法专利的具体信息内容。
1.一种气体纯化方法，所述方法包括：
使包含硫化氢、二氧化碳和硫化合物的不纯原料气料流与溶剂料流在逆流吸收塔中进行接触，以提供第一塔顶气体料流以及包含吸收的硫化氢、吸收的二氧化碳和吸收的其他硫化合物的第一溶剂流出物塔底料流；
使所述第一溶剂流出物塔底料流与惰性气体料流在浓缩器/再吸收塔中进行接触，以提供第二塔顶气体料流和第二溶剂流出物塔底料流；以及
在所述逆流吸收塔的塔顶处回收经纯化的产物气体料流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一塔顶气体料流和所述第二塔顶气体料流包含经纯化的产物气体料流。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第一溶剂流出物塔底料流传送至高压富溶剂闪蒸罐。
4.根据权利要求3所述的方法，其中将所述高压富溶剂闪蒸罐的塔顶料流压缩、通过回流冷凝器并且返回至所述逆流吸收塔。
5.根据权利要求3所述的方法，其中将塔底料流从所述高压溶剂闪蒸罐送至所述浓缩器/再吸收塔。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述不纯原料气料流为选自以下的气体料流：天然气、合成气、炼油厂烟道气和沼气。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述不纯原料气料流包含多至70体积％的酸性气体。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶剂料流包括物理溶剂。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二塔顶气体料流包含二氧化碳。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
将所述第一溶剂流出物塔底料流传送至所述逆流汽提塔的富集闪蒸罐上游；
将所述第一溶剂流出物塔底料流传送至高压闪蒸罐，以提供第二塔顶气体料流和第二溶剂流出物塔底料流；
将所述第二溶剂流出物料流的至少第一部分送至浓缩器/再吸收塔；
将来自所述浓缩器/再吸收塔的第三溶剂流出物塔底料流传送至再生器，以提供第三塔顶气体料流和第三溶剂流出物塔底料流；
使所述第三溶剂流出物塔底料流再循环到所述逆流吸收塔的顶部；以及在所述逆流吸收塔的塔顶处回收经纯化的产物气体料流。
用溶剂吸收剂分离气体的方法
技术领域
[0003] 本发明涉及气体分离方法，例如将污染物诸如二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和其他硫化合物使用溶剂吸收方法从含有此类污染物的气体料流中分离。本发明具体地涉及操作费用和公用工程消耗降低的溶剂吸收方法的两级吸收操作。
背景技术
[0004] 除其他原因以外，从不纯气体料流诸如天然气或合成气中移除二氧化碳、硫化氢和其他硫化合物是期望的，以防止对设备造成损害，改善经纯化的气体产物的热值，以及使气体产物适合作为下游工艺的原料。杂质如硫化氢、二氧化碳和期望的气体产物之间的许多性质的差异可用作气体分离的潜在基础。这些差异包括溶解度、水溶液中的酸性、以及分子尺寸和结构。可能的分离可因此依赖于液体溶剂中的物理或化学吸收、固体吸附剂的变压或变温吸附、以及膜系统。
[0005] 例如，基于液体溶剂的吸收(即“湿”)系统通常用于天然气和合成气纯化以移除硫化氢、二氧化碳和其他杂质。这些污染物可优先地吸收在物理溶剂诸如聚乙二醇二甲醚或化学溶剂诸如链烷醇胺或碱金属盐中。随后，通过加热使所得的富硫化氢和CO2(即“负载”)的溶剂再生以回收污染物诸如硫化氢、二氧化碳，并且产生能够再循环的再生溶剂以供吸收工艺中的进一步再使用。溶剂再生也通常在相对于上游吸收压力而言减小的压力之下进行，以促进吸收的二氧化碳从溶剂中蒸发。可在包括闪蒸分离器的蒸汽馏分和再生器塔蒸汽流出物在内的不止一个料流中回收二氧化碳和硫化氢。
[0006] 化学溶剂，并且尤其是胺和其他碱性化合物与酸性污染物诸如硫化氢和二氧化碳反应形成污染物-溶剂化学键。在热力学有利的酸碱反应期间，大量的能量释放与这种键形成相关联。因此，需要大量的热输入来破坏化学反应产物的键，并因此使化学溶剂再生。另一方面，物理溶剂并不与气体污染物发生化学反应，而是基于气体污染物在不纯气体中分压下的较高污染物平衡溶解度(即较高的亨利定律常数)来促进物理吸收。
[0007] 与污染物组分保持化学非反应性的物理溶剂在用于气体分离的吸收系统中得到广泛的应用。伊利诺斯州德斯普兰斯市霍尼韦尔环球油品公司(Honeywell UOP,Des Plaines,IL)许可的塞勒克索尔(Selexol)方法是已知用于从进料流，诸如通过使用特定的物理溶剂使煤、焦炭或重质烃油气化而产生的合成气中移除二氧化碳、硫化氢和其他硫化合物诸如羰基硫(COS)和硫醇的方法。此类方法也可用于移除氨、氰化氢和羰基金属。相比于化学溶剂诸如胺，塞勒克索尔方法中的溶剂循环通常较高。在此类情况下，高溶剂循环可能需要高再生热输入，并且可能导致操作成本增加。
发明内容
[0009] 本主题的实施方案是一种用于两级气体纯化的方法：使包含硫化氢、二氧化碳和硫化合物的不纯原料气料流与溶剂料流在逆流吸收塔中进行接触，以提供第一塔顶气体料流以及包含吸收的硫化氢、吸收的二氧化碳和吸收的其他硫化合物的第一溶剂流出物塔底料流；将所述第一溶剂流出物塔底料流传送至浓缩器/再吸收塔，并使该料流与来自第一下游富溶剂闪蒸罐的气体料流或惰性气体料流在浓缩器/再吸收塔中进行接触，以提供第二塔顶气体料流和第二溶剂流出物塔底料流；使第二溶剂流出物塔底料流分离成第一料流和第二料流，使第一料流与来自下游再生器的溶剂料流进行热交换，使第二料流与来自第二下游富溶剂闪蒸罐的溶剂料流的一部分进行热交换；在热交换之后，使所述第一料流和所述第二料流合并以产生混合的料流，并且将混合的料流传送至第一下游富溶剂闪蒸罐，将来自第一下游富溶剂闪蒸罐的溶剂料流传送至第二下游富溶剂闪蒸罐；将来自第二富溶剂闪蒸罐的溶剂料流的一部分传送回到逆流吸收塔，将来自第二下游富溶剂闪蒸罐的溶剂料流的剩余部分传送至下游再生器，以提供塔顶气体料流和塔底溶剂流出物料流，并将来自下游再生器的塔底溶剂流出物料流传送回到逆流吸收塔的顶部。本主题的另一个实施方案是一种用于两级气体纯化工艺的方法，该方法包括使包含硫化氢、二氧化碳和其他硫化合物的不纯原料气料流与溶剂料流在逆流吸收塔中进行接触，以提供第一塔顶气体料流以及包含吸收的硫化氢和吸收的二氧化碳的第一溶剂流出物塔底料流。将第一溶剂流出物塔底料流传送至低压闪蒸罐，以提供第二塔顶气体料流和第二溶剂流出物塔底料流。使第二溶剂流出物料流的第一部分再循环到逆流吸收塔的第一级的顶部。将第二溶剂流出物塔底料流的第二部分传送至再生器，以提供第三塔顶气体料流和第三溶剂流出物塔底料流。使第三溶剂流出物塔底料流再循环到逆流吸收塔的第二级的顶部。在逆流吸收塔的塔顶回收经纯化的产物气体料流。
[0010] 本主题的一个优点在于提供一种用减少量的溶剂从烃中移除酸性气体的新型方法。本发明的主题寻求提供改进的方法，以解决公用工程消耗高和操作成本增加的问题。
[0011] 示例的附加的目的、优点和新颖特征将在后面的描述中部分地阐述，并且部分地对于本领域的技术人员而言在检查了以下描述之后将变得显而易见，或可通过示例的生产或操作来了解。可通过在所附权利要求书中所特别指出的方法、工具以及组合来实现和获得概念的目的和优点。附图说明
[0012] 图1是用于处理气体料流的方法的流程图。
具体实施方式
[0013] 以下描述不是限制性的，而仅仅是为了描述示例性方面的一般原理的目的。应当参照权利要求书来确定本公开的范围。
[0014] 通过参考图1，可以获得对于作为不纯原料气的组分存在的污染物被选择性地吸收到溶剂中的两级气体纯化方法的一般理解。该方法有利地回收了不纯原料气组分中绝大部分的期望组分作为经纯化的产物气体料流。通过删除通常在这种性质的方法中采用的大量设备诸如容器内部构件、原料气分离罐、产物气体洗涤和分离罐、溶剂过滤系统、温度和压力控制系统、流量控制阀、再循环泵等(这些并不是说明本主题的性能所特别需要的)来简化图1。此外，在具体附图的实施方案中对本主题方法的说明并非旨在将本主题限制于本文所述的具体的实施方案。
[0015] 如图1所示，本发明的主题包括用于两级气体纯化工艺的吸收系统150，该工艺涉及将污染物选择性地吸收到溶剂中。本发明的许多配置是可能的，但此处以举例的方式呈现具体的实施方案。使管线2中的进料传送至吸收器4。代表性的不纯气体料流包括含有轻质烃(例如C1-C3烃)或氢气、或氢气和一氧化碳(CO)，以及酸性气体污染物诸如二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)的那些。此类含有酸性气体污染物的气体料流的示例包括天然气、合成气、炼油厂烟道气和沼气。进料流的酸性气体浓度可高达70％。该方法涉及不纯气体进料流的纯化，其中污染物被优先地吸收到液体溶剂，并且尤其是物理溶剂中。
[0016] 吸收系统150的主要部件包括吸收塔4、高压富溶剂闪蒸罐10、中压富溶剂闪蒸罐40、低压富溶剂闪蒸罐44、浓缩器/再吸收塔24以及再生器64。使管线2中的包含酸性气体的进料流传送至吸收系统的吸收塔4。因此，根据示例性实施方案的气体纯化方法包括使包含硫化氢、二氧化碳和其他硫化合物的不纯原料气与溶剂，并且尤其是选择性地(或优先地)吸收酸性气体的物理溶剂进行接触。使管线2中的不纯原料气料流与吸收塔4中的溶剂料流进行接触，以提供经处理的气体料流6以及管线8中的包含吸收的硫化氢、吸收的二氧化碳和吸收的其他硫化合物的溶剂流出物塔底料流。吸收塔的操作条件将包括低至4℃的操作温度以及2700kPa至10000kPa范围内的压力。代表性的物理溶剂包括醇、二醇醚、内酰胺、环丁砜、N-烷基化吡咯烷酮、N-烷基化哌啶、环四亚甲基砜、N-烷基甲酰胺、N-烷基乙酰胺、酮醚、碳酸丙烯酯、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-甲酰基吗啉、以及磷酸烷基酯。其他类包括烷基-和烷醇-取代的杂环烃诸如烷醇吡啶(例如3-(吡啶-4-基)-丙-1-醇)和烷基吡咯烷酮(例如n-甲基吡咯烷酮)、以及聚乙二醇的二烷基醚，其中聚乙二醇二甲基醚是优选的物理溶剂。
[0017] 管线8中的溶剂流出物塔底料流可被传送至第一富集闪蒸罐10。在管线12中的富集闪蒸罐的塔顶处获取的气体可在压缩机14中压缩，在管线16中传送至回流冷凝器18，通过管线20而再循环到吸收塔4的塔底部分，以改善原料气料流中所含的期望组分的回收以及最终在管线56中离开系统的酸性气体的纯度。来自第一富集闪蒸罐10的管线22中的流出物塔底料流被传送至浓缩器-再吸收塔24。浓缩器-再吸收塔24与吸收塔4和第一富集闪蒸罐10下游连通。来自富集闪蒸罐的管线22中的流出物塔底料流进入浓缩器/再吸收塔24，并且使二氧化碳料流26排放或送至氧化器(未示出)。塔底料流23离开浓缩器/再吸收塔24至泵30，进入料流32，并且然后进入料流34，该料流34通过半-贫-富热交换器82，并且然后作为受热的料流84与料流38合并进入第二富溶剂闪蒸罐40。该闪蒸罐处于中等压力。塔底料流42离开闪蒸罐40并且被送至第三闪蒸罐44。塔底料流88在泵90处泵送到管线92而合并进入管线86中，其被送至再生器64，以使酸性气体通过管线66迁移到回流冷凝器50、管线52，进入回流罐54。来自回流罐54的塔顶料流56是离开系统的酸性气体料流。塔底料流58由回流泵60泵送并在料流62中再循环到再生器64。图1还示出了来自第二闪蒸罐44的塔顶料流46与料流66合并进入回流冷凝器50。塔顶料流116从第二闪蒸罐40送至回流冷凝器118进入管线120，并且然后进入浓缩器/再吸收塔24。贫吸收剂的塔底料流在料流76中离开再生器
64的塔底，进入低压贫溶剂泵78到料流80，通过贫-富热交换器36到料流94，进入高压贫溶剂泵96、料流98、冷却器100到料流104，并且最终回到吸收塔4。
64的塔底，进入低压贫溶剂泵78到料流80，通过贫-富热交换器36到料流94，进入高压贫溶剂泵96、料流98、冷却器100到料流104，并且最终回到吸收塔4。
[0018] 总之，本发明的方面与用于纯化不纯原料气料流的方法相关联，其有利地允许从这些原料气料流中以高纯度回收期望的组分。该方法包括使不纯的原料气与半贫溶剂和贫溶剂在两级吸收塔中进行接触。示例性的不纯原料气料流主要为包含作为杂质或污染物的硫化氢(H2S)、二氧化碳和其他硫化合物的气体料流。本领域技术人员将认识到本文所公开的方法对于多种气体纯化方法中的任一种有适用性，并且尤其是利用优先吸收污染物的物理溶剂的那些。
[0019] 在移除硫或者同时捕集硫和CO2(无独立的CO2吸收段)的方法中，当原料气中的硫与CO2的比率较低时，需要浓缩去往下游硫回收装置(SRU)的酸性气体中的硫分，以满足SRU要求。
[0020] 先前方法公开了与富H2S溶剂闪蒸罐整合的低压浓缩器/再吸收塔的流程方案，并且其他方法公开了在不采用CO2吸收段的情况下半贫溶剂的利用。在本发明中结合了这两个概念，并加之使用半贫/富溶剂交换器，将提供相比于类似技术的现有技术应用而言显著的成本节约。
[0021] 在使用多个富溶剂闪蒸罐的现有技术设计中，使用冷却器、分离罐和循环压缩机来浓缩酸性气体中的硫。来自富溶剂闪蒸罐的塔顶料流最后被送回吸收塔。返回吸收塔的总再循环料流增加了吸收塔的容量和溶剂需求。
[0022] 这可与本发明形成对比：本发明使用浓缩器/再吸收塔-中压富溶剂闪蒸罐的组合，以及再吸收塔塔顶的排放或将其送至氧化器消除了两个循环压缩机和相关的分离罐和冷却器，且减少了返回吸收塔的再循环流。高压富溶剂闪蒸罐以及相关的压缩机和冷却器被保留下来，以实现烃或H2/CO2回收。处于中压富溶剂闪蒸罐下游的低压富溶剂闪蒸罐的塔底料流的一部分用作半贫溶剂，以送至吸收塔的中部。半贫溶剂的使用降低了贫溶剂的循环率。半-贫富交换器用于节省能量，以使富溶剂料流的一部分在进入中压富溶剂闪蒸罐之前被加热，并在半贫溶剂进入半贫溶剂冷却器之前被冷却。新流程方案的上述特征使其能够具有较小的再生器、再沸器和回流冷凝器，以及较小的贫溶剂泵(由于较小的贫溶剂循环率)和较小的吸收塔(由于较少的再循环回到吸收塔和较低的贫溶剂循环率)。上述益处由于添加浓缩器/再吸收塔、使用半贫溶剂、以及添加相关的泵而被部分地抵消。
[0024] 具体的实施方案
[0025] 虽然结合具体的实施方案描述了以下内容，但应当理解，该描述旨在说明而不是限制前述描述和所附权利要求书的范围。
[0026] 本发明的第一实施方案是一种用于从苛性料流中移除一种或多种二硫化合物的方法，包括使此前与用于移除一种或多种硫醇的烃料流接触过的苛性料流通过塔，以在硫醇氧化区下游移除一种或多种二硫化合物。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述塔包括含有填料的填料塔。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述填料包括多个环。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述塔包括多个塔板，并且至少一个塔板包括联接至降液管的底盘。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述苛性料流相对于包含一种或多种C3-C12烃的溶剂料流逆流提供。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其还包括将所述溶剂料流传送至多个床，以移除从所述溶剂中提取的一种或多种二硫化物。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述多个床包含有效地从所述溶剂料流移除一种或多种二硫化物的吸附剂。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述溶剂料流包括丙烷或石脑油。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述溶剂料流包括异丁烷和正丁烷中的至少一种。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其还包括将再生剂料流提供给所述多个床。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述再生剂料流包括一种或多种C1-C6烃。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述再生剂料流包括燃料气体。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述再生剂料流包括一种或多种C3-C4链烷烃。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述再生剂料流包括氮气。
[0027] 本发明的第二实施方案是一种用于从苛性料流中移除一种或多种二硫化合物的方法，包括A)使此前与用于移除一种或多种硫醇的烃料流接触过的苛性料流通过填料塔，以在硫醇氧化区下游移除一种或多种二硫化合物。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其还包括在所述填料塔中将包含一种或多种C3-C12烃的溶剂料流继而逆流传送至所述苛性料流。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中所述填料塔包含有效地促进相接触和质量传递且对所述苛性料流基本上呈惰性的填料。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其还包括使所述溶剂料流通过吸附器以移除一种或多种二硫化合物，随后再循环到所述填料塔。
[0028] 本发明的第三实施方案是一种用于从苛性料流中移除一种或多种二硫化合物的方法，包括A)使此前与用于移除一种或多种硫醇的烃料流接触过的苛性料流通过具有一个或多个塔板的塔，以在硫醇氧化区下游移除一种或多种二硫化合物；其中至少一个塔板形成经由降液管与相邻塔板连通的底盘。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其还包括在所述塔中将包含一种或多种C3-C12烃的溶剂料流继而逆流传送至所述苛性料流。
[0029] 虽然用目前认为是优选的实施方案描述了本主题，但应当理解，本主题不限于所公开的实施方案，而是旨在涵盖所附权利要求书的范围内所包括的各种修改和等效布置。
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