[发明专利]用于酸气去除中H2S浓缩的方法和构造

说明书

本申请要求2011年8月8日提交的申请序列号为61/521216的美国临时专利的优先权。

发明领域

本发明的领域为从含H2S和CO2的高压合成气中选择性去除酸气H2S。

发明背景

气化器合成气的化学组成主要取决于特定的气化技术和原料特性。例如，吹氧气化器能产生主要含有H2和CO的浓缩合成气，而吹空气气化器能产生富氮气合成气。当气化原料为石油焦、减压渣油或焦油时，合成气典型地将具有相对高的H2S含量。另一方面，当气化原料为煤炭时，合成气中的硫含量可能显著变化，因为褐煤和棕煤通常将产生低硫合成气，沥青煤典型地将产生高硫合成气。

不考虑特殊原料，气化装置合成气通常将主要含有H2，接下来是CO2、CO和H2S。当需要碳捕获时，可以提供一个或多个CO转换反应器，以将CO转化为H2和CO2，由此产生CO2含量相对高，典型地大于40 mol%的合成气。在大多数情况下，合成气中的H2S含量为0.05至超过0.1 mol% (取决于原料)。因此，合成气中的CO2对H2S摩尔比率非常高(例如大于100)，这具有相当大的脱硫问题，其依赖于下游Claus装置。例如，甚至当酸气去除设备使用H2S选择性溶剂时，该溶剂将共吸收相当大量的CO2，和因此在几乎所有情况下都不能产生适用于Claus装置的富H2S酸气。

因为Claus装置为燃烧设备，进料至Claus装置的酸气必须具有至少25 mol%的H2S浓度，以及用于硫转化反应的充足热值。当酸气还含有氨和BTEX (苯，甲苯和二甲苯)组分时，需要甚至更高的H2S浓度。因此，对于集成有Claus装置的大多数IGCC发电厂而言，酸气中的H2S含量必须为至少40 mol%，以保证氨的完全消除。如果酸气中的H2S含量过低，则需要额外的处理步骤，例如补充燃料气体燃烧，预热酸气，以及燃烧空气和富氧。这些额外的处理步骤成本高，并且可能很少是合乎情理的。另外，酸气可以在某些装置构造中借助于可以集成至酸气去除装置的富集工艺浓缩。这种富集装置的实例在Mak等人的美国专利No.7,635,408中示出。这里，使用若干分馏塔，以及再循环酸气产物以提高酸气含量。虽然这些工艺在低压(例如10 psig)操作下是非常有选择性的，但是它们通常不能在例如气化装置中遇到的那些高压下产生富H2S酸气。将本文讨论的这种和所有其它外部材料全部引入作为参考。当所引入的参考文献中的术语的定义或用途与本文提供的术语的定义不一致或相反时，采用本文提供的术语的定义，不采用参考文献中术语的定义。

最典型地，合成气在400至900 psig的压力下产生。在这些条件下，与CO2相比，对于H2S而言，H2S选择性溶剂，例如DMEPG (聚乙二醇二甲醚(dimethyl ethylene polyglycol))提供高出约6至8倍的溶解度。但是，这种低选择性几乎总是完全不足以产生适用于Claus装置的酸气产物，特别是当合成气具有高CO2对H2S比率时，因为满足硫处理规范所需的溶剂循环必须足够高，这倾向于共吸收大量的CO2，随后稀释到达Claus硫处理装置的酸气中的H2S含量。

因此，尽管本领域中已知许多用于从合成气中去除酸气的构造和方法，但是其所有或几乎所有都受各种缺点困扰。因此，仍然需要提供用于酸气去除，特别是用于处理合成气以产生适合作为Claus装置进料的浓缩酸气料流的方法和构造。

发明概述

本发明的主题涉及合成气处理的各种装置、构造和方法，以产生处理过的合成气和适合作为Claus装置进料的酸气料流。

在本发明主题的一个方面，用于从合成气源的含H2S和CO2合成气中选择性去除H2S的合成气处理装置将包括吸收塔，其接收合成气和贫溶剂，以及产生处理过的(典型地含CO2)合成气和包含H2S和CO2的富溶剂。闪蒸器与吸收塔连接(coupled)，接收富溶剂，以及产生富集CO2的闪蒸气体和包含H2S的闪蒸过的富溶剂。在特别优选的装置中，富集CO2的闪蒸气体经由管路输送至吸收塔和/或含H2S和CO2合成气。再生器然后用来接收闪蒸过的液体，以及从闪蒸过的富溶剂中产生贫溶剂和富H2S酸气料流。此外通常优选的是第一热交换器使用来自贫溶剂的热量加热富溶剂。

当需要时，可以使用第二热交换器，其使用来自贫溶剂的热量加热闪蒸过的富溶剂。预期的装置还将典型地包括压缩机，其接收并压缩富集CO2的闪蒸气体直至吸收塔压力(典型地为400 psig至900 psig)。更进一步预期的是该装置可以包括额外的闪蒸步骤，以增加富溶剂中的H2S对CO2比率。