[發明專利]用于酸氣去除中H2S濃縮的方法和構造

有效

• 申請號: 201280038211.3
• 申請日: 2012-08-07
• 公開（公告）號: CN103889546A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: J.馬克
• 申請（專利權）人: 氟石科技公司
• 主分類號: B01D53/14
• 分類號: B01D53/14;B01D53/52;B01D53/62;C10K1/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄒雪梅;萬雪松

本申請要求2011年8月8日提交的申請序列號為61/521216的美國臨時專利的優先權。

發明領域

本發明的領域為從含H2S和CO2的高壓合成氣中選擇性去除酸氣H2S。

發明背景

氣化器合成氣的化學組成主要取決于特定的氣化技術和原料特性。例如，吹氧氣化器能產生主要含有H2和CO的濃縮合成氣，而吹空氣氣化器能產生富氮氣合成氣。當氣化原料為石油焦、減壓渣油或焦油時，合成氣典型地將具有相對高的H2S含量。另一方面，當氣化原料為煤炭時，合成氣中的硫含量可能顯著變化，因為褐煤和棕煤通常將產生低硫合成氣，瀝青煤典型地將產生高硫合成氣。

不考慮特殊原料，氣化裝置合成氣通常將主要含有H2，接下來是CO2、CO和H2S。當需要碳捕獲時，可以提供一個或多個CO轉換反應器，以將CO轉化為H2和CO2，由此產生CO2含量相對高，典型地大于40?mol%的合成氣。在大多數情況下，合成氣中的H2S含量為0.05至超過0.1?mol%?(取決于原料)。因此，合成氣中的CO2對H2S摩爾比率非常高(例如大于100)，這具有相當大的脫硫問題，其依賴于下游Claus裝置。例如，甚至當酸氣去除設備使用H2S選擇性溶劑時，該溶劑將共吸收相當大量的CO2，和因此在幾乎所有情況下都不能產生適用于Claus裝置的富H2S酸氣。

因為Claus裝置為燃燒設備，進料至Claus裝置的酸氣必須具有至少25?mol%的H2S濃度，以及用于硫轉化反應的充足熱值。當酸氣還含有氨和BTEX?(苯，甲苯和二甲苯)組分時，需要甚至更高的H2S濃度。因此，對于集成有Claus裝置的大多數IGCC發電廠而言，酸氣中的H2S含量必須為至少40?mol%，以保證氨的完全消除。如果酸氣中的H2S含量過低，則需要額外的處理步驟，例如補充燃料氣體燃燒，預熱酸氣，以及燃燒空氣和富氧。這些額外的處理步驟成本高，并且可能很少是合乎情理的。另外，酸氣可以在某些裝置構造中借助于可以集成至酸氣去除裝置的富集工藝濃縮。這種富集裝置的實例在Mak等人的美國專利No.7,635,408中示出。這里，使用若干分餾塔，以及再循環酸氣產物以提高酸氣含量。雖然這些工藝在低壓(例如10?psig)操作下是非常有選擇性的，但是它們通常不能在例如氣化裝置中遇到的那些高壓下產生富H2S酸氣。將本文討論的這種和所有其它外部材料全部引入作為參考。當所引入的參考文獻中的術語的定義或用途與本文提供的術語的定義不一致或相反時，采用本文提供的術語的定義，不采用參考文獻中術語的定義。

最典型地，合成氣在400至900?psig的壓力下產生。在這些條件下，與CO2相比，對于H2S而言，H2S選擇性溶劑，例如DMEPG?(聚乙二醇二甲醚(dimethyl?ethylene?polyglycol))提供高出約6至8倍的溶解度。但是，這種低選擇性幾乎總是完全不足以產生適用于Claus裝置的酸氣產物，特別是當合成氣具有高CO2對H2S比率時，因為滿足硫處理規范所需的溶劑循環必須足夠高，這傾向于共吸收大量的CO2，隨后稀釋到達Claus硫處理裝置的酸氣中的H2S含量。

因此，盡管本領域中已知許多用于從合成氣中去除酸氣的構造和方法，但是其所有或幾乎所有都受各種缺點困擾。因此，仍然需要提供用于酸氣去除，特別是用于處理合成氣以產生適合作為Claus裝置進料的濃縮酸氣料流的方法和構造。

發明概述

本發明的主題涉及合成氣處理的各種裝置、構造和方法，以產生處理過的合成氣和適合作為Claus裝置進料的酸氣料流。

在本發明主題的一個方面，用于從合成氣源的含H2S和CO2合成氣中選擇性去除H2S的合成氣處理裝置將包括吸收塔，其接收合成氣和貧溶劑，以及產生處理過的(典型地含CO2)合成氣和包含H2S和CO2的富溶劑。閃蒸器與吸收塔連接(coupled)，接收富溶劑，以及產生富集CO2的閃蒸氣體和包含H2S的閃蒸過的富溶劑。在特別優選的裝置中，富集CO2的閃蒸氣體經由管路輸送至吸收塔和/或含H2S和CO2合成氣。再生器然后用來接收閃蒸過的液體，以及從閃蒸過的富溶劑中產生貧溶劑和富H2S酸氣料流。此外通常優選的是第一熱交換器使用來自貧溶劑的熱量加熱富溶劑。

當需要時，可以使用第二熱交換器，其使用來自貧溶劑的熱量加熱閃蒸過的富溶劑。預期的裝置還將典型地包括壓縮機，其接收并壓縮富集CO2的閃蒸氣體直至吸收塔壓力(典型地為400?psig至900?psig)。更進一步預期的是該裝置可以包括額外的閃蒸步驟，以增加富溶劑中的H2S對CO2比率。