酸性气体脱除方法中的直接接触冷凝

摘要

本文所公开的系统和方法涉及使用直接接触冷凝为酸性气体脱除方法中的溶剂再生回路提供热。第一直接接触冷凝器可包括在从富溶剂料流中脱除酸性气体的浓缩器的上部中。第一滑流可在第一直接接触冷凝器中加热并可在汽提塔的下部与富溶剂料流结合。第二直接接触冷凝器可包括在从进料气体中脱除酸性气体的吸收器的下部。第二滑流可在第二直接接触冷凝器中加热并可在将富溶剂料流供入浓缩器中以前与富溶剂料流结合。

说明书

发明领域

本文所公开的系统和方法一般性地涉及酸性气体脱除，更特别地涉及使用热交换提供热，该热可用于升高酸性气体脱除方法中热溶剂再生回路的温度。

相关技术描述

酸性气体脱除方法广泛用于气体加工工业中以将酸性气体从天然气或合成气的进料气体中分离。合成气料流可例如为通过煤、焦炭或重质烃油的气化产生的合成气。通过分离酸性气体，使得进料气体更适于燃烧和/或进一步加工。一些酸性气体脱除方法可使用物理溶剂如聚乙二醇的二甲基醚，其以商品名由Dow Chemical Company市售。UOP许可的方法是使用物理溶剂的一种已知方法。这种方法可理想地适于选择性地脱除硫化氢(H₂S)和其它硫化合物，或二氧化碳(CO₂)的大部分脱除。这种方法也可用于脱除硫化羰(COS)、硫醇、氨、氰化氢(HCN)和羰基金属。

发明概述

本文所公开的系统和方法涉及使用直接接触冷凝提供热，该热可用于升高酸性气体脱除方法中热溶剂再生回路的温度。

一方面，提供一种酸性气体脱除方法，其包括第一吸收器、桥式换热器(bridge heat exchanger)和浓缩器。第一吸收器产生作为流出料流从第一吸收器中取出的富溶剂料流。桥式换热器加热至少一部分富溶剂料流以产生加热的富溶剂料流。浓缩器产生作为塔顶料流的汽提气体料流和作为塔底料流的部分汽提溶剂料流。浓缩器包括上部和下部，所述上部包括第一直接接触冷凝器和在第一直接接触冷凝器上方接收第一滑流的入口，其中将第一滑流从富溶剂料流中分离，所述下部包括汽提段、接收汽提气体的入口和接收热富溶剂料流的入口。

第二方面，提供一种酸性气体脱除方法，其包括第一吸收器、桥式换热器、浓缩器、分离器和一个或多个压缩机。第一吸收器产生作为流出料流从第一吸收器中取出的富溶剂料流。第一吸收器包括上部和下部，所述上部包括将酸性气体从进料气体中脱除的吸收介质和接收进料气体的入口，所述下部包括第二直接接触冷凝器和在第二直接接触冷凝器下方接收压缩再循环气体料流的入口。桥式换热器加热至少一部分富溶剂料流以产生加热的富溶剂料流。浓缩器产生作为塔顶料流的汽提气体料流和作为塔底料流的部分汽提溶剂料流。浓缩器包括上部和下部，所述上部包括第一直接接触冷凝器和在第一直接接触冷凝器上方接收第一滑流的入口，其中将第一滑流从富溶剂料流中分离，所述下部包括汽提段、接收汽提气体汽提气体的入口和接收加热的富溶剂料流的入口。分离器接收汽提气体料流并产生作为塔顶料流的再循环气体料流。一个或多个压缩机接收再循环气体料流并产生压缩再循环气体料流。

附图简述

已选择具体实施例用于阐述和描述，并显示于附图中，形成说明书的一部分。

图1阐述使用第一直接接触冷凝器的酸性气体脱除方法的简化系统流程图。

图2阐述使用第一直接接触冷凝器和第二直接接触冷凝器的酸性气体脱除方法的简化系统流程图。

发明详述

酸性气体脱除方法100和200的简化系统流程图显示于图1和2中。酸性气体脱除方法100和200为方法，但是应当理解本文所述直接接触冷凝器和热交换方法可应用于其它酸性气体脱除方法。还应当理解图1和2所示料流可通过导管从一个装置送至另一装置，如果合适的话使用阀和泵。

如图1和2所示，将进料气体110供入至少一个气体吸收器112中，其中将酸性气体从进料气体110中脱除。所示方法100和200包括第一气体吸收器112和第二气体吸收器114，其以两段逆流工艺操作用于酸性气体脱除。如所述，第一阶段使用第一气体吸收器112将硫化氢从进料气体110中脱除，也可脱除至少一些二氧化碳。第二阶段使用第二气体吸收器114脱除二氧化碳。第一和第二吸收器112和114各自含有吸收酸性气体并因此将酸性气体从进料气体110中脱除的吸收剂材料或溶剂如当达到溶剂吸收气体的容量时，溶剂变为废的，在它可再次用于吸收以前需要再生。溶剂的再生将酸性气体从溶剂中脱除。

方法100和200中所用溶剂可热再生、通过闪蒸再生或用汽提气体汽提气体再生。如图1和2所示的方法100和200包括在方法中各个点的所有三类溶剂再生。

通常方法100和200包括冷却酸性气体吸收回路102、冷溶剂闪蒸再生回路104和热溶剂汽提再生回路106。在实践中，理想和有益的是保持热溶剂汽提回路106如方法极限容许那么热，同时保持冷回路102和104如方法极限容许那么冷。本文所公开的系统和方法使用直接接触冷凝器提供热以升高酸性气体脱除方法100和200中热溶剂汽提再生回路106的温度。

在一些酸性气体脱除方法如图1和2所示方法中，桥式换热器108通常用于经由冷富溶剂与热贫溶剂之间的热交换而桥联热和冷回路。桥式换热器108可以为低温差换热器如可从Alfa Laval得到的Packinox换热器。温度差可在交换器的冷端低至5-10℃。然而，在典型的设计中，热端的温度差可以高达35-40℃。该高热端温度差是由于与热贫溶剂相比冷富溶剂中的质量过剩(酸性气体负载)。桥式换热器108中的高温差表示能效率低，这可导致热溶剂再生回路106的低进料温度。另一能效率低可由于浓缩器和汽提塔塔顶气冷式冷凝器中工艺热的损失而产生，这占汽提塔再沸器任务的20-30％。大装置的汽提塔再沸器任务可容易地高达200MMBTU/小时。如下文所述，图1和2所示酸性气体脱除方法100和200使用直接接触冷凝提供热，该热可优选减少能效率低和减轻再沸器任务。

参考图1，在进入第一气体吸收器112中以前，进料气体110可通过进料-产物换热器116。进料-产物换热器116可用于加热进料气体110和冷却产物气体118。

第一气体吸收器112含有吸收酸性气体如硫化氢的吸收介质如进料气体110因此在第一吸收器112中经受第一吸收过程，这将酸性气体从进料气体110中脱除。第一气体吸收器112产生作为塔顶料流的中间产物料流120和作为流出料流的第一富溶剂料流122，所述流出料流可以为塔底料流。第一富溶剂料流122含有废溶剂和酸性气体，废溶剂在第一吸收过程期间已吸收酸性气体体。酸性气体脱除方法100中各个含溶剂料流可包含各种水平的酸性气体，例如具有显著量的酸性气体并因此为富的，脱除至少一些酸性气体并因此为半贫的，脱除基本所有酸性气体且为贫的。在描述第一富溶剂料流122中术语“富”的使用因此指溶剂料流富含酸性气体。

中间产物料流120可送至第二气体吸收器114中。第二气体吸收器114含有吸收酸性气体如二氧化碳的吸收介质如中间产物料流120在第二吸收器114中经受第二吸收过程，这从中间产物料流120中脱除酸性气体。第二气体吸收器114产生作为塔顶料流的产物料流118和作为塔底料流的第二富溶剂料流124。产物料流118含有处理气体，可在送至下游进一步加工或用于所需应用以前送至换热器116中以加热进料气体料流110。第二富溶剂料流124含有废溶剂和酸性气体，废溶剂在第二吸收过程期间已吸收酸性气体。

第二富溶剂料流124可分成至少两种料流，包括冷溶剂闪蒸再生料流126和返回料流128。在至少一个实施例中，一部分第二富溶剂料流124可分离形成返回料流128，第二富溶剂料流124的其余部分可分离形成冷溶剂闪蒸再生料流126。冷溶剂闪蒸再生料流126可在冷溶剂闪蒸再生回路104中经受闪蒸再生以将至少一些吸收的酸性气体从溶剂中脱除并产生半-贫溶剂料流130，其然后可返回第二吸收器114中。返回料流128可送至第一气体吸收器112中。返回料流128中的废溶剂和酸性气体可作为第一富溶剂料流122的部分离开第一气体吸收器112。

富溶剂料流122为冷酸性气体吸收回路102的一部分。至少一部分富溶剂料流122可送至桥式换热器108中以产生加热的富溶剂料流132。加热的富溶剂料流132可以为热溶剂汽提再生回路106的进料料流。加热的富溶剂料流132可经受两段汽提过程以脱除酸性气体。

在第一汽提段中，可使用第一汽提塔如浓缩器134。浓缩器134可以为汽提塔，其使用汽提气体汽提气体160脱除酸性气体如二氧化碳。汽提气体也可脱除至少一些可能存在的其它酸性气体如硫化氢。汽提气体160可例如包含氢气，可优选主要为氢气。

浓缩器134可在浓缩器134的上部164中具有第一直接接触冷凝器162，并可具有为汽提段的下部166。可将第一滑流168从富溶剂料流122中分离并可供入浓缩器134的上部164的入口，该入口在第一直接接触冷凝器162或在第一直接接触冷凝器162上方。第一滑流168可优选为5-20重量％的富溶剂料流122。加热的富溶剂料流132可以为浓缩器134接收的进料料流，并可供入在浓缩器134的下部166的入口，该入口优选在下部166的顶部，在第一直接接触冷凝器162下方。

汽提气体160可在浓缩器134的下部166的底部提供。当加热的富溶剂料流132向下通过浓缩器134的下部166时，汽提气体可上升通过浓缩器134的下部166。浓缩器134的下部可包括塔盘或其它合适结构以促进汽提气体160与加热的富溶剂料流132之间的接触，因此促进酸性气体汽提。汽提气体160可从加热的富溶剂料流132中脱除或汽提酸性气体如二氧化碳。浓缩器134的下部166中酸性气体的汽提可倾向于产生热，所述热可倾向于上升通过浓缩器134的下部166与汽提气体160和通过汽提气体160从溶剂中汽提的酸性气体结合。热汽提酸性气体与汽提气体的组合可上升到浓缩器134的上部164并可进入第一直接接触冷凝器162中。

第一直接接触冷凝器162可以为换热器如填充床，其提供第一滑流168与浓缩器134的下部166中产生的热汽提酸性气体和汽提气体组合之间的热传递和质量传递。在一个实施例中，第一直接接触冷凝器162为含有结构填料的填充床换热器，所述结构填料可以为无规填料如Raschig环。第一滑流168可被直接接触冷凝器162接收，并可向下通过直接接触冷凝器162。当它向下通过直接接触冷凝器162时，第一滑流168可被浓缩器134的下部166中产生的热汽提酸性气体和汽提气体组合加热。在通过直接接触冷凝器以后，加热的第一滑流168可进入浓缩器134的下部166与加热的富溶剂料流132结合并经受酸性气体汽提。浓缩器134的下部166中产生的热汽提酸性气体和汽提气体组合可向上通过直接接触冷凝器，将热供给第一滑流168，并在塔顶料流中作为汽提气体料流138离开浓缩器134。汽提气体料流138可包含二氧化碳和汽提气体，还可包含硫化氢和来自进料气体110的其它组分。

浓缩器134产生作为塔底料流的部分汽提溶剂料流136。第一滑流168的使用可升高热富溶剂料流132进入浓缩器134中时的温度。优选，第一滑流168的使用可将热富溶剂料流132的温度升高10-15℃或更大。该温度升高可提高浓缩器134的性能。该温度升高还可导致部分汽提溶剂料流136的温度升高，并可降低所需再沸器158的任务。

部分汽提溶剂料流136可送至第二汽提塔如再生器140中以从溶剂中脱除剩余酸性气体。再生器140可例如使用热汽提以从部分汽提溶剂料流136中脱除硫化氢。再沸器158可与再生器140联合使用以促进在再生器140中从溶剂中脱除酸性气体的过程。再生器140产生作为塔顶料流的酸性气体料流144和作为塔底料流的贫溶剂料流142。

贫溶剂料流142可送至桥式换热器108中以为富溶剂料流122提供热，因此产生冷却的贫溶剂料流146。冷却的贫溶剂料流146可送至第二吸收器114中以补充第二吸收器114中的溶剂并再一次经受吸收过程。

汽提气体料流138、浓缩器134的塔顶料流可送至分离器148如分离罐中，其可从汽提气体料流中脱除液体以产生作为塔底料流的浓缩器塔顶冷凝料流150和作为塔顶料流的再循环气体料流152。再循环气体料流152可送至一个或多个压缩机154中以产生压缩再循环气体料流156。压缩再循环气体料流156可送至第一吸收器112中。浓缩器塔顶冷凝料流150可与部分汽提溶剂料流136结合，并可供入再生器140中。

参考图2，显示类似于酸性气体脱除方法100的酸性气体脱除方法200，其中使用类似的参考数字提及类似的组分和方面。酸性气体脱除方法200具有第一吸收器，其为直接接触冷凝吸收器。直接冷凝吸收器202包括第二直接接触冷凝器206。酸性气体脱除方法200还包括第二滑流210，其可与热富溶剂料流132结合形成结合富溶剂料流212。

如图2所示，直接接触冷凝吸收器202具有上部204和下部208，其包括第二直接接触冷凝器206。进料气体110可送至在上部204中在第二直接接触冷凝器206上方的直接接触冷凝吸收器202的入口。直接接触冷凝吸收器202的上部204含有吸收酸性气体如硫化氢的吸收介质如进料气体110因此在直接接触冷凝吸收器202的上部204中经受第一吸收过程，这从进料气体110中脱除酸性气体。直接接触冷凝吸收器202产生作为塔顶料流的中间产物料流120和作为流出料流的第一富溶剂料流122。如图2所示，第一富溶剂料流122可在第二直接接触冷凝器206上方在上部204的底部从直接接触冷凝吸收器202中取出。第一富溶剂料流122可含有废溶剂和酸性气体，其中废溶剂在第一吸收过程期间已吸收酸性气体。

第二滑流210可在直接接触冷凝吸收器202内与第一富溶剂料流122分离，并可送至在直接接触冷凝吸收器202的下部208中的第二直接接触冷凝器206。第二滑流210可优选为5-20重量％的富溶剂料流122。第二滑流210可向下通过第二直接接触冷凝器206。

如以上参考图1所讨论的一样，可将压缩再循环气体料流156供入在第二直接接触冷凝器206下方的在直接接触冷凝吸收器202下部208的底部的入口，并可向上通过第二直接接触冷凝器206。

第二直接接触冷凝器206可以为换热器如填充床，其提供第二滑流210与压缩再循环气体料流156之间的热传递和质量传递。在一个实施例中，第二直接接触冷凝器206为包含结构填料的填充床换热器，所述结构填料可以为无规填料如Raschig环。

当向下通过第二直接接触冷凝器206时，第二滑流206可被压缩再循环气体料流156加热。第二滑流210可从直接接触冷凝吸收器202中脱除并与加热的富溶剂料流132结合形成结合富溶剂料流212。结合富溶剂料流212可以为浓缩器134接收的进料料流，并可经受两段汽提过程如以上图1中关于加热的富溶剂料流132所述的。

在至少一些实施例中，如图2所示第二直接接触冷凝器和第二滑流的使用可产生具有与加热的富溶剂料流132相比升高的温度的结合富溶剂料流212。升高的温度可提高浓缩器134的性能。结合富溶剂料流212的温度升高还可导致部分汽提溶剂料流136的温度升高，并可降低所需再沸器158的任务。

从上文中，应当理解尽管已描述了具体实施例用于阐述，但可不偏离本公开内容的精神或范围地作出各种改进。因此上述详述为说明性而不是限制性的，应当理解权利要求书，包括所有等效物特别用于指出并明确要求保护所要求保护的主题。