[發(fā)明專(zhuān)利]用于分離氣體的方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810092010.7
• 申請(qǐng)日: 2008-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101264416A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·E·帕拉馬拉;K·B·福加什
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01D53/14
• 分類(lèi)號(hào): B01D53/14;B01D53/18
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司
• 代理人: 段曉玲;范赤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于分離氣體的方法和裝置，例如，從包含氫氣并且源自 部分氧化或氣化工藝的合成氣體流中除去酸性氣體的方法和裝置。

背景技術(shù)

在制備氫氣的過(guò)程中，包含氫氣以及其它不希望的組分的合成氣體，產(chǎn)自 于各種工藝中，如甲烷蒸汽的重整、水煤氣變換反應(yīng)、以及各種固體諸如煤、 焦炭和存在于油品精煉廢產(chǎn)物中的重質(zhì)液體烴的氣化。所述的不希望的氣體組 分包含“酸性氣體”，如二氧化碳和硫化氫。

由于在進(jìn)行進(jìn)一步加工之前通過(guò)除去酸性氣體而使合成氣體“脫硫”是有 利的，因此各種類(lèi)型的脫酸氣系統(tǒng)被使用。脫酸氣系統(tǒng)可以使用化學(xué)或物理溶 劑。使用物理溶劑的脫酸氣系統(tǒng)使用如聚乙二醇的二甲醚、甲醇、或者碳酸丙 烯酯的溶劑，在高壓(例如，1,200psia)下溶劑與所述合成氣體接觸，其中所 述酸氣體優(yōu)先為所述溶劑所吸收。所述的溶劑然后經(jīng)歷一系列“瞬時(shí)膨脹(flash expansion)”來(lái)降低壓力，以從所述的溶劑中釋放溶解的酸氣體。脫酸氣系統(tǒng)產(chǎn) 生了有關(guān)硫化氫和二氧化碳的基本上分離的氣體流。硫化氫被導(dǎo)入到硫回收裝 置中，最常見(jiàn)的是使用克勞斯(Claus)工藝來(lái)回收硫。二氧化碳通常被釋放到 大氣中。

然而，為了防止對(duì)通常被認(rèn)為是由于如二氧化碳的溫室氣體引起的全球變 熱起促進(jìn)作用，將二氧化碳隔離開(kāi)來(lái)而不是將其釋放到大氣中是有利的。考慮 到將被隔離氣體的體積，使用如油井或地下鹽水蓄水層的地質(zhì)構(gòu)造來(lái)儲(chǔ)存二氧 化碳是優(yōu)選的。所述的二氧化碳可以通過(guò)管道運(yùn)輸并被泵送到井口或蓄水層。 隔離在油井中將帶來(lái)另外的益處，即增加從油井操作中的石油采集率。

考慮到隔離所需的高壓和巨大的氣體體積，隔離二氧化碳需要向所述脫酸 氣系統(tǒng)增加大量的壓縮和抽吸設(shè)備。據(jù)計(jì)算，為了管線輸送和隔離氣體，二氧 化碳將被需要壓縮到高達(dá)200bar的壓力。在包含捕獲氣體、加壓、和運(yùn)輸?shù)酱? 儲(chǔ)位點(diǎn)的涉及從合成氣體流中除去二氧化碳的各種步驟中，加壓可能會(huì)占到超 過(guò)50％的工藝費(fèi)用。因此，毫無(wú)疑問(wèn)，已經(jīng)對(duì)最優(yōu)化工藝的加壓步驟進(jìn)行了研 究。

在一篇名為“Shift?Reactors?and?Physical?Absorption?for?Low-CO₂?Emission IGCCs”(Journal?of?Engineering?for?Gas?Turbines?and?Power，1999年4月，卷121，P. 295)，作者為Chiesa和Consonni等的文章中，描述了操作酸氣體去除系統(tǒng)，其 中，對(duì)所有膨脹階段而言，釋放被溶解的二氧化碳的溶劑膨脹階段的膨脹比是 不變的。在該文章中，Chiesa和Consonni提出，當(dāng)膨脹階段的壓力變化時(shí)，酸 氣體脫除系統(tǒng)的分離和壓縮部分的功率消耗并沒(méi)有明顯變化(第301頁(yè))。

在另一篇名為“Co-production?of?Hydrogen，Electricity?and?CO₂?from?coal?with Commercially?Ready?Technology”(International?Journal?of?Hydrogen?Energy，30 (2005)747-767)，作者為Chiesa，Consonni等的文章中，教導(dǎo)了運(yùn)行具有“四閃 蒸罐來(lái)減少CO₂的壓縮功率”的脫酸氣體系統(tǒng)，以及其中“設(shè)定中間閃蒸罐的壓 力用來(lái)最小化總的CO₂壓縮功率”(第753頁(yè))。該文章中的表4(第760頁(yè))表 明在第二和第三膨脹階段之間膨脹比增加。然而，在第三和第四階段之間使用 恒定的膨脹比。

與上述教導(dǎo)的現(xiàn)有技術(shù)相比較，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)在操作包含壓縮二氧化碳的脫 酸氣體系統(tǒng)中，如果采用至少三個(gè)減壓階段，其中每個(gè)階段的膨脹比增加，那 么就可以得到進(jìn)一步顯著效率提高。根據(jù)本發(fā)明的方法，通過(guò)在增加膨脹比下 操作，更多的二氧化碳在升高的壓力下得以釋放，這樣降低了對(duì)隨后進(jìn)行的壓 縮所需的工作。通過(guò)計(jì)算表明，按照本發(fā)明的脫酸氣體的方法可以獲得比上述 現(xiàn)有技術(shù)(Chiesa等，1999)減少達(dá)4.5％的壓縮功率消耗。

發(fā)明內(nèi)容