專(zhuān)利名稱(chēng)：用于酸性氣體去除的系統(tǒng)的制作方法
用于酸性氣體去除的系統(tǒng)
背景技術(shù)：
本文公開(kāi)的主題涉及在發(fā)電廠(chǎng)中的二氧化碳捕集和酸性氣體去除?？偟膩?lái)說(shuō)，整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電廠(chǎng)能由各種烴原料(比如煤)相對(duì)干凈和有效地產(chǎn)生能量。通過(guò)氧與蒸汽在氣化器中反應(yīng)，IGCC技術(shù)可將烴原料轉(zhuǎn)化為一氧化碳 (CO)和氫(H2)的氣體混合物，即，合成氣。可將這些氣體脫硫(sweeten)、處理和用作常規(guī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠(chǎng)中的燃料。例如，可將合成氣注入IGCC發(fā)電廠(chǎng)的燃?xì)鉁u輪機(jī)的燃燒器并點(diǎn)燃，為燃?xì)鉁u輪機(jī)提供動(dòng)力，用于產(chǎn)生電力。合成氣的脫硫和處理可包括從合成氣中去除不同于H2S的雜質(zhì)。遺憾的是，在去除不同雜質(zhì)時(shí)通常有折衷。例如，去除硫可影響去除含碳?xì)怏w。因此，期望能從所產(chǎn)生的合成氣中充分去除各種雜質(zhì)的方法和系統(tǒng)。發(fā)明概述以下概述在原始要求保護(hù)的發(fā)明的范圍內(nèi)的某些實(shí)施方案。這些實(shí)施方案不意欲限制要求保護(hù)的發(fā)明的范圍，而是這些實(shí)施方案僅意欲提供對(duì)本發(fā)明的可能形式的簡(jiǎn)要概述。實(shí)際上，本發(fā)明可包括與以下所述實(shí)施方案類(lèi)似或不同的多種形式。在第一實(shí)施方案中，氣體純化系統(tǒng)包括硫化氫(H2S)吸收器、二氧化碳(CO2)吸收器、閃蒸罐、H2S濃縮器、通過(guò)在(X)2吸收器上游的H2S吸收器的氣體路徑，序貫通過(guò)(X)2吸收器、H2S吸收器和H2S濃縮器的第一溶劑路徑，以及序貫通過(guò)(X)2吸收器、閃蒸罐和H2S濃縮器的第二溶劑路徑，其中所述第一和第二溶劑路徑流動(dòng)共用溶劑。在第二實(shí)施方案中，氣體純化系統(tǒng)包括硫化氫(H2S)吸收器，其被設(shè)置為從原料氣體中除去H2S以產(chǎn)生脫硫的氣體和富含H2S的流體，其中所述原料氣體包含少于約體積的H2S ；溶劑回收單元，其被設(shè)置為從所述富含的流體中產(chǎn)生酸性氣體流，其中所述酸性氣體流包含大于約25%體積的H2S ；和二氧化碳(CO2)回收單元，其被設(shè)置為從脫硫的氣體中除去(X)2以產(chǎn)生具有大于約90%的(X)2濃度的(X)2捕集氣體。在第三實(shí)施方案中，氣體純化系統(tǒng)包括被設(shè)置為加壓至第一壓力水平的硫化氫 (H2S)濃縮器塔，其包括被設(shè)置為接受富含二氧化碳(CO2)并且貧的第一溶劑的第一溶劑入口，被設(shè)置為接受富含并且富含(X)2的第二溶劑的第二溶劑入口，被設(shè)置為促進(jìn)在第一和第二溶劑的蒸氣相與液相之間傳質(zhì)的填充材料，被設(shè)置為將第一和第二溶劑的混合物傳遞出H2S濃縮器塔的溶劑出口，被設(shè)置為接受富含CO2的汽提氣體(stripping gas)的第一氣體入口，以及被設(shè)置為排放所述富含(X)2的汽提氣體的第一氣體出口。附圖簡(jiǎn)述參考附圖，在閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明以后，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中在整個(gè)附圖中相同的符號(hào)代表相同的部件，其中

圖1為整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電廠(chǎng)的一個(gè)實(shí)施方案的示意性方框圖；圖2為圖1的氣體凈化單元的酸性氣體去除(AGR)單元的一個(gè)實(shí)施方案的示意性方框圖；圖3為圖2的AGR單元的各部件(element)的第一實(shí)施方案的示意性方框圖；和
圖4為圖2的AGR單元的各部件的第一實(shí)施方案的詳細(xì)方框圖。發(fā)明詳述以下將描述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體的實(shí)施方案。試圖提供這些實(shí)施方案的簡(jiǎn)明描述，在本說(shuō)明書(shū)中可能未描述實(shí)際實(shí)施的全部特征。應(yīng)理解的是，在任何這些實(shí)際實(shí)施的開(kāi)發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)方案中，必須作出眾多根據(jù)實(shí)施特定的選擇以達(dá)到開(kāi)發(fā)者的具體目標(biāo)，比如與系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務(wù)相關(guān)的限制一致，這樣的限制在各實(shí)施之間可能不同。此外，應(yīng)理解的是，這種開(kāi)發(fā)成果可能復(fù)雜且耗時(shí)，但對(duì)于受益于本公開(kāi)的普通技術(shù)人員，其仍然是設(shè)計(jì)、制作和制造的常規(guī)工作。在介紹本發(fā)明的各種實(shí)施方案的各要素時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)” “該”和“所述”意指存在一個(gè)或多個(gè)要素。術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”和“具有”意為包含性的，表示可存在不同于所列要素的另外的要素。所公開(kāi)的實(shí)施方案涉及由合成氣產(chǎn)生酸性氣體流，并同時(shí)捕集含碳?xì)怏w(例如， 二氧化碳)?？蓪?duì)粗合成氣(raw syngas，也就是，存在硫化氫( 的合成氣)進(jìn)行處理， 以產(chǎn)生脫硫的合成氣(sweet syngas，也就是，存在最低水平(比如，25百萬(wàn)分率)的H2S的合成氣)。該過(guò)程可例如在整體氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的酸性氣體去除(AGR)部分中發(fā)生。AGR 可產(chǎn)生酸性氣體，該酸性氣體可傳送至硫處理器，用于去除存在于該酸性氣體中的任何硫。 此外，在粗合成氣中可存在一些二氧化碳(CO2)。捕集該CO2用于儲(chǔ)存和/或用于其他應(yīng)用可為有利的。在一些實(shí)施方案中，低硫煤(例如，具有低濃度硫的煤)可用于產(chǎn)生合成氣。使用這些煤可使上述硫回收過(guò)程復(fù)雜化。為了確保酸性氣體具有足夠量的存在于酸性氣體中以產(chǎn)生有效硫處理以及確保(X)2流含有足夠體積水平的(X)2以滿(mǎn)足儲(chǔ)存或其他下游要求， 可將共用溶劑從AGR的(X)2回收單元中的閃蒸罐傳送至AGR的溶劑回收單元。該共用溶劑可攜帶CO2,可通過(guò)溶劑回收單元汽提該CO2,并加入到通過(guò)AGR的(X)2回收單元捕集的(X)2 中。在這種方式中，通過(guò)AGR產(chǎn)生的總體(X)2水平可包含至少約90%體積CO2,而通過(guò) AGR產(chǎn)生的酸性氣體流可包含至少約25%體積&S，這多半是能進(jìn)行有效硫處理的的量 (當(dāng)利用低硫煤來(lái)產(chǎn)生硫時(shí)可能是相關(guān)的)。此外，捕集的(X)2流可包含至多約2000百萬(wàn)分率(ppm)H2S。最后，通過(guò)AGR產(chǎn)生的脫硫的合成氣可包含少于或等于約25ppm H2S0因此， 該AGR可滿(mǎn)足由酸性氣體(即使當(dāng)該酸性氣體為低硫煤的產(chǎn)物時(shí))得以徹底回收硫的技術(shù)條件，同時(shí)滿(mǎn)足，例如，在應(yīng)用(比如強(qiáng)化采油)中使用CO2的某些環(huán)境規(guī)章以及涉及使用合成氣作為IGCC系統(tǒng)中的燃料源的某些環(huán)境規(guī)章。圖1是可通過(guò)合成的氣體(即，合成氣)提供動(dòng)力的整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施方案的圖。IGCC系統(tǒng)100的各部件可包括燃料源102，例如固體進(jìn)料，其可用作IGCC的能量來(lái)源。燃料源102可包括煤(包括低硫含量煤)、石油焦炭、生物質(zhì)、基于木材的物質(zhì)、農(nóng)業(yè)廢物、焦油、焦?fàn)t煤氣和浙青或其他含碳物質(zhì)。可將燃料源102的固體燃料通到原料制備單元104。原料制備單元104可例如通過(guò)切割、研磨、撕碎、磨碎、壓塊或堆積燃料源102，將燃料源102改變尺寸或重新成形，以產(chǎn)生原料。此外，可將水或其他適合的液體加入到原料制備單元104中的燃料源102，以產(chǎn)生漿料原料。在其他實(shí)施方案中，不向燃料源中加入液體，因此得到干燥原料。
可將原料從原料制備單元104通到氣化器106。氣化器106可將原料轉(zhuǎn)化為合成氣，例如，一氧化碳和氫的組合。通過(guò)使原料在升高的壓力(例如，約20巴-85巴)和溫度 (例如，約70(TC-160(rC)下經(jīng)受受控量的蒸汽和氧可完成該轉(zhuǎn)化，溫度和壓力取決于利用的氣化器106的類(lèi)型。該氣化過(guò)程可包括使原料進(jìn)行熱解過(guò)程，從而將原料加熱。在熱解過(guò)程期間，氣化器106內(nèi)的溫度可為約150°C -700°C，取決于用于產(chǎn)生該原料的燃料源102。 在熱解過(guò)程期間加熱原料可產(chǎn)生固體(例如，炭)和殘余氣體(例如，一氧化碳、氫和氮)。 由原料熱解過(guò)程剩余的炭可僅占初始原料重量的最多約30%的重量?？呻S后在氣化器106中發(fā)生燃燒過(guò)程。燃燒可包括向炭和殘余氣體中引入氧。炭和殘余氣體可與氧反應(yīng)，形成二氧化碳和一氧化碳，為隨后的氣化反應(yīng)提供熱量。燃燒過(guò)程期間的溫度可為約700°C -1600°C。接著，在氣化步驟期間可將蒸汽引入到氣化器106中。 在約800°C-110(TC的溫度下，炭可與二氧化碳和蒸汽反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化碳和氫。本質(zhì)上，氣化器利用蒸汽和氧使得一些原料“燃燒”以產(chǎn)生一氧化碳和能量，這驅(qū)動(dòng)第二反應(yīng)，將更多原料轉(zhuǎn)化為氫和另外的二氧化碳。采用這種方式，通過(guò)氣化器106制造生成物氣體。該生成物氣體可包含約85%的一氧化碳和氫，以及CH4、HC1、HF、C0S、NH3、HCN和H2S (基于原料的硫含量)。該生成物氣體可稱(chēng)為粗合成氣并且可包含少于約20%體積的H2S。氣化器106還可產(chǎn)生廢物，例如熔渣 107，其可為濕灰物質(zhì)?？蓪⒃撊墼?07從氣化器106中除去并處理，例如，作為路基或作為另一種建筑材料。為了使粗合成氣脫硫，可利用氣體處理單元108。氣體處理單元108可洗滌粗合成氣以從粗合成氣中除去HCl、HF、COS、HCN和H2S,其可包括將富含H2S的酸性氣體分離和經(jīng)由路徑109傳送至硫處理器110。該酸性氣體可通過(guò)硫處理器110處理，以產(chǎn)生硫 111。此外，氣體處理單元108可經(jīng)由可利用水純化技術(shù)的水處理單元112將鹽113從粗合成氣分離，以由粗合成氣產(chǎn)生有用的鹽113。氣體處理單元108還可進(jìn)行二氧化碳(CO2)捕集，從而將CO2從粗合成氣中除去，并沿著路徑114傳送至例如用于外部傳送的管線(xiàn)。在上述過(guò)程之后，沿著路徑115離開(kāi)氣體處理單元108的氣體可包括脫硫的合成氣(即，基本上不含硫)以及殘余的氣體組分例如NH3 (氨)。氣體處理器116可用于從脫硫的合成氣中除去殘余的氣體組分117，比如，氨和甲烷，以及甲醇或任何殘余的化學(xué)品。不過(guò)，由于即使當(dāng)脫硫的合成氣含有殘余的氣體組分 117(例如，尾氣)時(shí)仍可用作燃料，從脫硫的合成氣中去除殘余的氣體組分117是任選的。 此時(shí)，脫硫的合成氣可包含約3% CO、約55% H2和約40% CO2并且基本上汽提吐5。應(yīng)注意到，基于在氣體處理單元108中完成的(X)2捕集的水平，在脫硫的合成氣中CO和吐的百分比可提高。可將該脫硫的合成氣作為可燃燃料傳送至燃燒器120，例如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 118的燃燒室。IGCC系統(tǒng)100可進(jìn)一步包括空氣分離單元(ASU) 122。ASU 122可通過(guò)例如蒸餾技術(shù)促使空氣分離成為組分氣體。ASU 122可從由輔助的空氣壓縮機(jī)123供應(yīng)給它的空氣中將氧分離，并且ASU 122可將已分離的氧轉(zhuǎn)移至氣化器106。此外，ASU 122可將已分離的氮傳送至稀釋氮(DGAN)壓縮機(jī)124。DGAN壓縮機(jī)IM可將由ASU 122接受的氮壓縮至至少與燃燒器120中相同的壓力水平，以不影響合成氣的徹底燃燒。由此，一旦DGAN壓縮機(jī)124已充分壓縮氮至適當(dāng)?shù)乃?，則DGAN壓縮機(jī)IM可將已壓縮的氮傳送至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的燃燒器120。
如前所述，可將已壓縮的氮從DGAN壓縮機(jī)IM傳送至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的燃燒器120。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118可包括渦輪機(jī)130、驅(qū)動(dòng)軸131和壓縮機(jī)132，以及燃燒器120。燃燒器120可接受燃料(比如合成氣)，其可在壓力下由燃料噴嘴噴射。該燃料可與已壓縮的空氣以及來(lái)自DGAN壓縮機(jī)IM的已壓縮的氮混合，并在燃燒器120內(nèi)燃燒。該燃燒可產(chǎn)生熱增壓的排氣。燃燒器120可將該排氣導(dǎo)向渦輪機(jī)130的排氣出口。當(dāng)來(lái)自燃燒器120的排氣通過(guò)渦輪機(jī)130時(shí)，排氣可推動(dòng)渦輪機(jī)130中的渦輪機(jī)葉片沿著燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸131。如所示的，驅(qū)動(dòng)軸131連接至燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的各種部件，包括壓縮機(jī)132。驅(qū)動(dòng)軸131可將渦輪機(jī)130與壓縮機(jī)132連接，形成轉(zhuǎn)子。壓縮機(jī)132可包括與驅(qū)動(dòng)軸131連接的葉片。由此，渦輪機(jī)130中的渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)可使驅(qū)動(dòng)軸131將渦輪機(jī)130與壓縮機(jī)132連接，以旋轉(zhuǎn)在壓縮機(jī)132內(nèi)的葉片。壓縮機(jī)132中葉片的這一旋轉(zhuǎn)使壓縮機(jī)132壓縮經(jīng)由壓縮機(jī)132中的空氣入口接受的空氣。隨后可將已壓縮的空氣給至燃燒器120，并與燃料和已壓縮的氮混合，以得到更高效的燃燒。驅(qū)動(dòng)軸131還可與負(fù)載134連接，負(fù)載134可為固定負(fù)載，比如用于產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)，例如，在發(fā)電廠(chǎng)中。實(shí)際上，負(fù)載134可為通過(guò)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出提供動(dòng)力的任何適合的裝置。IGCC系統(tǒng)100還可包括蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)136和熱量回收蒸汽發(fā)生(HRSG)系統(tǒng)138。蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)136可驅(qū)動(dòng)第二負(fù)載140。第二負(fù)載140也可為用于產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)。然而，第一負(fù)載134和第二負(fù)載140均可為能被燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118和蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)136驅(qū)動(dòng)的其他類(lèi)型的負(fù)載。此外，雖然如在圖示的實(shí)施方案中所示，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118和蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)136可驅(qū)動(dòng)單獨(dú)的負(fù)載134和140，但是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118和蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)136還可串聯(lián)利用，經(jīng)由單軸驅(qū)動(dòng)單一負(fù)載。蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)136以及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的具體構(gòu)造可為根據(jù)實(shí)施特定的，并且可包括零部件的任意組合。系統(tǒng)100還可包括HRSG 138?？蓪?lái)自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的已加熱排氣傳送至HRSG 138內(nèi)并用于加熱水和產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽用于為蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)136提供動(dòng)力。可將例如來(lái)自蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)136的低壓部分的排氣導(dǎo)向冷凝器142。冷凝器142可利用冷卻塔1 將加熱的水交換為冷卻的水。冷卻塔1 用于為冷凝器142提供冷水，以幫助使由蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)136傳送至冷凝器142的蒸汽冷凝。來(lái)自冷凝器142的冷凝物可繼而導(dǎo)向HRSG 138。同樣，來(lái)自燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118的排氣還可導(dǎo)入HRSG 138，以加熱來(lái)自冷凝器142的水并產(chǎn)生蒸汽。在聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)比如IGCC系統(tǒng)100中，熱排氣可由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118流動(dòng)并通向HRSG 138，在HRSG 138中可用于產(chǎn)生高壓高溫蒸汽。由HRSG 138產(chǎn)生的蒸汽可隨后通過(guò)蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)136，用于產(chǎn)生能量。此外，還可將產(chǎn)生的蒸汽供應(yīng)至可利用蒸汽的任何其他過(guò)程，比如供應(yīng)至氣化器106。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)118產(chǎn)生的循環(huán)通常稱(chēng)為“頂循環(huán)”，而蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)136產(chǎn)生的循環(huán)通常稱(chēng)為“底循環(huán)”。如圖1所示將這兩個(gè)循環(huán)組合，IGCC系統(tǒng)100在兩個(gè)循環(huán)中都可產(chǎn)生更大的效率。具體地，可收集來(lái)自頂循環(huán)的排氣熱量并用來(lái)產(chǎn)生底循環(huán)中使用的蒸汽。圖2舉例說(shuō)明如上所討論的氣體處理單元108的第一實(shí)施方案的示意性方框圖。氣體處理單元108可包括酸性氣體去除(AGR)單元144，該AGR單元144促使從接受的粗合成氣(其可由低硫燃料來(lái)源(比如，低硫含量煤)產(chǎn)生)中除去例如H2S和CO2,導(dǎo)致粗合成氣中更低濃度的H2S (約少于0. 1、0. 2、0. 5、1或2%體積H2S)。在一個(gè)實(shí)施方案中，AGR單元144可接受粗合成氣，并且可處理粗合成氣以產(chǎn)生(富含吐3的)酸性氣體，用于沿著路徑109傳送。此外，AGR單元144可處理粗合成氣以產(chǎn)生CO2流，用于沿著路徑114傳送。最后，通過(guò)由接受的粗合成氣除去H2S和C02，AGR單元144可產(chǎn)生脫硫的合成氣，用于沿著路徑115傳送。采用這種方式，AGR單元144可促使粗合成氣“去臭(sweeten) ”(即，從粗合成氣中除去酸性氣體，像從粗合成氣中除去CO2)。在一個(gè)實(shí)施方案中，沿著路徑109傳送的酸性氣體可包含至少約25%體積&S，即使由低硫含量燃料產(chǎn)生。也就是，沿著路徑109傳送的酸性氣體可包含至少等于或大于約25%,30%,35%,40%體積或更多的H2S。此外，沿著路徑114傳送的已捕集的(X)2流可包含至少約90%體積C02。也就是，沿著路徑114傳送的(X)2流可包含至少等于或大于約90%、95%體積或更多C02。此外，沿著路徑114傳送的已捕集的CO2流可包含至多約2000百萬(wàn)分率(ppm)&S。最后，沿著路徑115傳送的脫硫的合成氣可包含至多約25ppm H2S0以上技術(shù)條件可使得能夠由該酸性氣體徹底回收硫，并且可滿(mǎn)足，例如，在應(yīng)用(比如強(qiáng)化采油)中使用(X)2的某些環(huán)境規(guī)章以及涉及使用合成氣作為IGCC系統(tǒng)100中的燃料源的某些環(huán)境規(guī)章。圖3為含有各種部件的AGR單元144的一個(gè)實(shí)施方案的示意性方框圖，這些部件執(zhí)行的過(guò)程同時(shí)滿(mǎn)足用于在AGR單元144中產(chǎn)生酸性氣體、CO2和脫硫的合成氣的以上所列的技術(shù)條件。粗合成氣可沿著路徑146流動(dòng)并且可進(jìn)入H2S吸收器148。H2S吸收器148可促使從粗合成氣中除去并且可將該貧、富含(X)2的合成氣流沿著路徑152通向(X)2吸收器150。CO2吸收器150可促使從由路徑152接受的貧H2S、富含CO2的流除去CO2。通過(guò)從由路徑152接受的貧H2S、富含CO2的流去除C02，CO2吸收器150可沿著路徑115傳送貧H2S且貧(X)2的脫硫的合成氣，使得脫硫的合成氣可包含至多約25ppm H2S0在H2S吸收器148中從粗合成氣去除H2S以及在(X)2吸收器150中從由路徑152接受的貧H2S富含CO2的流去除CO2,可經(jīng)由胺氣體處理完成，其中具有一種或多種不同鏈烷醇胺(或胺)的液體溶劑可用于從氣體中除去壓3和0)2。用于這種方式的胺的實(shí)例包括，例如，單乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二異丙基胺和氨基乙氧基乙醇。胺溶劑可為共用胺溶劑，即，在AGR單元144的各種部件中可共同地傳送，這些部件包括H2S吸收器148、0)2吸收器150、溶劑回收單元IM和(X)2回收單元164，如下所述。在一個(gè)實(shí)施方案中，胺溶劑可例如從溶劑回收單元IM沿著路徑156傳送?？蓪⒃撊軇?開(kāi)始時(shí)貧H2S和CO2)傳送至(X)2吸收器150，在這里該溶劑吸收C02。在(X)2吸收器150中溶劑的路徑在會(huì)合點(diǎn)158處可分成兩路溶劑路徑。也就是，一部分溶劑(現(xiàn)在貧H2S并且富含CO2)可沿著路徑160傳送至H2S吸收器148，以從粗合成氣流中吸收H2S,使沿著路徑172的溶劑將富含和CO2?？蓪⑹Ｓ嗟呢毑⑶腋缓?X)2的溶劑從會(huì)合點(diǎn)158沿著路徑162傳送至(X)2回收單元164。CO2回收單元164可例如經(jīng)由汽提塔和再沸器從貧H2S并且富含(X)2的溶劑除去CO2,并且可沿著路徑168將捕集的CO2通向(X)2壓縮單元166，用于在路徑114上傳送CO2。此外，CO2回收單元164可沿著路徑170傳送貧并且適度富含(X)2的溶劑，用于傳送至(X)2吸收器150。例如，沿著路徑170傳送的貧H2S并且適度富含(X)2的溶劑可與從溶劑回收單元IM沿著路徑156傳送的溶劑混合。此外和/或作為選擇，可將沿著路徑170傳送的貧H2S并且適度富含(X)2的溶劑直接傳送至(X)2吸收器150。此外，富含并且富含(X)2的溶劑可從吸收器148沿著路徑172傳送至溶劑回收單元154。在溶劑回收單元154中，該溶劑可汽提其所吸收的壓3，可將該吐5作為酸性氣體沿著路徑109傳送。應(yīng)注意到，本文所述的溶劑可指通過(guò)H2S吸收器148、CO2吸收器150和溶劑回收單元IM和(X)2回收單元164的每一個(gè)的共用溶劑。此外，該溶劑可汽提其吸收的CO2,可將該CO2沿著路徑174傳送至CO2壓縮單元166。此外，利用該構(gòu)造，可沿著路徑109將酸性氣體傳送至例如硫處理器110，從而該酸性氣體可包含至少約25%體積H2S,即使當(dāng)由低硫含量燃料產(chǎn)生時(shí)。由于該酸性氣體可包含至少約25%體積&S，在硫處理器110中可發(fā)生該酸性氣體中硫的有效處理。同時(shí)，在產(chǎn)生該酸性氣體時(shí)，可產(chǎn)生CO2用于傳送，從而該CO2包含至少約90%體積CO2和至多約2000百萬(wàn)分率(ppm)H2S。因此，上述AGR單元144能處理甚至低硫含量的燃料并且產(chǎn)生酸性氣體，該酸性氣體使得在硫處理器110中能進(jìn)行有效硫處理，同時(shí)能有效地捕集碳。圖4舉例說(shuō)明AGR單元144的詳細(xì)的方框圖。粗合成氣可沿著路徑146通過(guò)，并且可進(jìn)入H2S吸收器148，該H2S吸收器148可包括H2S吸收塔176。從路徑160引入的溶劑(貧H2S并且富含CO2)可與富含H2S并且富含(X)2的粗合成氣在H2S吸收塔176中相互作用，這樣可使H2S吸收到沿著路徑172離開(kāi)的溶劑(現(xiàn)在富含H2S并且富含CO2)中。現(xiàn)在貧H2S并且富含(X)2的合成氣可經(jīng)由路徑152離開(kāi)H2S吸收塔176并且可進(jìn)入(X)2吸收塔178，在這里貧H2S并且富含(X)2的合成氣可與經(jīng)由路徑156接受到(X)2吸收塔178中的貧H2S并且貧(X)2的溶劑接觸。由路徑156引入的貧H2S并且貧CO2的溶劑可與貧H2S并且富含(X)2的合成氣在(X)2吸收塔178中相互作用，這樣可使(X)2吸收到從路徑156接受的貧H2S并且貧(X)2的溶劑中。現(xiàn)在基本上不含和(X)2的脫硫的合成氣可從(X)2吸收塔178經(jīng)由路徑115通過(guò)。當(dāng)脫硫的合成氣離開(kāi)(X)2吸收器150的(X)2吸收塔178時(shí)，傳感器180可檢測(cè)在脫硫的合成氣中的量。傳感器180可將指示在脫硫的合成氣中水平的信號(hào)沿著路徑182傳送至溶劑控制器184。溶劑控制器184可接受信號(hào)，并且可確定在會(huì)合點(diǎn)158分開(kāi)的多少部分貧H2S并且富含(X)2的溶劑應(yīng)沿著路徑160傳送至H2S吸收塔176以及多少部分貧H2S并且富含(X)2的溶劑應(yīng)沿著路徑162傳送至(X)2回收單元164。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，溶劑控制器184可調(diào)節(jié)通過(guò)會(huì)合點(diǎn)158的貧并且富含(X)2的溶劑，使得至多約10%體積的貧H2S并且富含CO2的溶劑沿著路徑160傳送，而至少約90%體積的貧H2S并且富含CO2的溶劑沿著路徑162傳送。通過(guò)控制傳送至H2S吸收器148和CO2回收單元164的貧H2S并且富含(X)2的溶劑，溶劑控制器可確保產(chǎn)生的脫硫的合成氣、酸性氣體、(X)2與例如使用者或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的任何技術(shù)條件一致。如上所指出地，至少約90%體積的貧H2S并且富含(X)2的溶劑可沿著路徑162傳送。已通過(guò)CO2吸收器150的該貧H2S并且富含(X)2的溶劑將被(X)2飽和?？蓪⒇欻2S并且富含(X)2的溶劑沿著路徑162傳送至(X)2回收單元164中，該(X)2回收單元164可包括單一閃蒸罐或多級(jí)的閃蒸罐組(例如，歧管閃蒸罐、一群或一排閃蒸罐)。閃蒸罐可為用于經(jīng)由罐中的壓力下降將氣體與液體分離的罐。也就是，如果溶解于溶劑中的氣體的蒸氣壓大于給定的罐中的壓力，則氣體與溶劑分離(例如，逸出)。與溶劑分離的氣體的量可基于各種因素，比如溶劑的類(lèi)型、閃蒸罐的操作溫度和/或閃蒸罐內(nèi)的壓力。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，可將貧并且富含(X)2的溶劑由路徑162傳送至高壓閃蒸罐186?？蓪⒏邏洪W蒸罐186加壓至低于高壓閃蒸罐186上游的吸收塔178的壓力的水平。例如，可將吸收塔178加壓至約600psi的水平，而可將高壓閃蒸罐186加壓至比吸收塔178低約50、100、150、200、250或300psi的水平。由此，由路徑162傳送的溶劑的壓力高于高壓罐186，這引起在高壓罐186中閃蒸(例如，由于壓力下降，溶劑中已溶解的蒸氣釋放)。這種從溶劑的氣體釋放可使一部分，例如，至少5、10、15、20、25%體積或更多的CO2從溶劑中釋放。該CO2可隨后經(jīng)由路徑188傳送，用于例如再循環(huán)壓縮機(jī)以壓縮CO2來(lái)被例如氣化器106使用，而在經(jīng)高壓閃蒸的溶劑中剩余的CO2將隨后處理，用于儲(chǔ)存、封存等，如下所述。在高壓閃蒸完成之后，可經(jīng)由路徑192將溶劑傳送至中壓分離器190。中壓分離器190可采用與高壓閃蒸罐186基本上相同的方式操作，不同之處在于中壓分離器190可進(jìn)行沿著路徑192傳送的溶劑的“閃蒸”?？蓪⒅袎悍蛛x器190加壓至比高壓罐186低約50、100、150、200、250或300psi的水平。該閃蒸可使一部分，例如，至少25、30、35、40、45%體積或更多的CO2從經(jīng)高壓閃蒸的溶劑中釋放。釋放的(X)2可隨后經(jīng)由路徑168傳送，用于在CO2壓縮單元166中通過(guò)壓縮機(jī)194被壓縮。此外，約75、70、85、90或95%或至少約90%的經(jīng)高壓和中壓閃蒸的溶劑可經(jīng)由路徑200從中壓分離器190傳送至溶劑回收單元154，如以下將更詳細(xì)描述的。剩余的約5、10、15、20或25%的經(jīng)高壓和中壓閃蒸的溶劑可經(jīng)由路徑196從中壓分離器190傳送至低壓閃蒸罐198。低壓閃蒸罐198可采用與高壓閃蒸罐186和中壓分離器190基本上相同的方式操作，不同之處在于低壓閃蒸罐198可進(jìn)行沿著路徑196傳送的溶劑的低壓“閃蒸”?？蓪⒌蛪洪W蒸罐198加壓至比中壓分離器190低約50、100、150、200、250或300psi的水平。該閃蒸可引起一部分，例如，至少10、15、20、25、30 %體積或更多的CO2由經(jīng)高壓和中壓閃蒸的溶劑中釋放。該(X)2可隨后經(jīng)由路徑168傳送，用于在(X)2壓縮單元166中通過(guò)壓縮機(jī)194壓縮。此時(shí)，溶劑基本上不含吐3和CO2 二者。因此，它可沿著路徑170由低壓閃蒸罐198通向例如溶劑再循環(huán)泵202，在這里溶劑可與沿著路徑156的溶劑合并，用于傳送至(X)2吸收器 150。如上所述，可將顯著存在CO2 (在高壓閃蒸之前，存在約60、70、75、80、85、90%的CO2)的貧H2S溶劑可經(jīng)由路徑200從中壓分離器190傳送至溶劑回收單元154。此外，富含H2S并且富含CO2的溶劑可經(jīng)由路徑172傳送至溶劑回收單元154。來(lái)自路徑172和200的溶劑可通過(guò)單獨(dú)的入口進(jìn)入濃縮塔204并且可在濃縮塔204中相互作用。濃縮塔204可包括在整個(gè)塔204中無(wú)規(guī)分散的填充材料，使得來(lái)自路徑172和200的蒸氣-液體接觸的表面積增加。因此，填充材料可使得液相與蒸氣相之間混合，以促進(jìn)H2S從液相到蒸氣相的傳質(zhì)。此夕卜，H2S濃縮塔204中的壓力可低于H2S吸收塔176中的壓力。例如，H2S濃縮塔204中的壓力可比吸收塔176中的壓力低約100、200、300或400psi。該壓力差可引起來(lái)自路徑172的溶劑的閃蒸，使該溶劑釋放C02。該CO2可在塔204中釋放，用于沿著路徑206經(jīng)由出口傳送。此外，混合溶劑，包括來(lái)自路徑172和200的溶劑可經(jīng)往路徑208的出口離開(kāi)H2S濃縮塔204進(jìn)入濃縮再沸器210。再沸器210可對(duì)經(jīng)由路徑208接受的溶劑施加熱量，以及接受經(jīng)入口由路徑212供應(yīng)的汽提氣體。加熱溶劑和在再沸器210中施用汽提氣體(例如，粗合成氣、氮和/或氫)的組合可引起溶劑中的一部分(X)2在再沸器210中由溶劑釋放。該(X)2以及汽提氣體可隨后經(jīng)路徑214由濃縮再沸器210的出口傳送至濃縮塔204的氣體入口，其中它可通過(guò)H2S濃縮塔204并經(jīng)往路徑206的氣體出口離開(kāi)H2S濃縮塔204。離開(kāi)再沸器210的富含H2S并且存在(X)2 (相對(duì)于再沸器210中的溶劑，約至少15、20,25或30%體積CO2)可沿著路徑216傳送至例如壓力控制閥218。該壓力控制閥218可促使來(lái)自介質(zhì)的壓力降低不超過(guò)約10、15、20、25或50psi。這樣可使沿著路徑220傳送的溶劑在進(jìn)入轉(zhuǎn)移氣體閃蒸罐222時(shí)處于低壓。轉(zhuǎn)移氣體閃蒸罐222可閃蒸該溶劑，即，可進(jìn)行低壓“閃蒸”，引起富含H2S并且存在CO2的溶劑中存在的一部分(例如，在至少80、85、90、95%體積或更多)剩余CO2被釋放。隨后可將該CO2傳送至多通路閥比如三通閥226。CO2可經(jīng)由三通閥2 轉(zhuǎn)向至?xí)宵c(diǎn)227，用于與從路徑206接受的(X)2合并(用于傳送至(X)2壓縮單元166)或轉(zhuǎn)向至與路徑109匯合至硫處理器110中的硫回收過(guò)程。在一個(gè)實(shí)施方案中，可根據(jù)改變的工藝因素來(lái)控制由三通閥2 傳送的CO2的量和流動(dòng)，這些改變的工藝因素可能涉及以下情況而出現(xiàn)發(fā)生啟動(dòng)/關(guān)閉、下游故障/計(jì)劃停機(jī)(例如，預(yù)定的維護(hù))和/或合成氣組成改變(例如，再循環(huán)CO2中斷)。因此，沿著路徑2 從轉(zhuǎn)移氣體閃蒸罐222轉(zhuǎn)移的溶劑可為富含并且貧(X)2 (約5%體積或更少CO2)的?？蓪⑷軇﹤魉椭寥軇┢崴?30。溶劑汽提塔可包括在整個(gè)塔230中無(wú)規(guī)分散的填充材料，該填充材料使蒸氣-液體接觸的表面積增加得以發(fā)生。因此，填充材料可使液相與蒸氣相之間得以混合，以促進(jìn)將H2S從液相傳質(zhì)至蒸氣相。也就是，當(dāng)溶劑與填充材料相互作用時(shí)，可轉(zhuǎn)化成蒸氣形式并且可經(jīng)由路徑232傳送至溶劑汽提塔冷凝器234，該溶劑汽提塔冷凝器234可為換熱器，其通過(guò)冷凝溶劑(例如，經(jīng)由冷卻過(guò)程)冷卻氣體流，以從沿著路徑232接受的氣體流中除去任何剩余的溶劑。因此，氣體流可作為用于硫回收的酸性氣體從溶劑汽提塔冷凝器234沿著路徑109傳送。此外，溶劑汽提塔冷凝器234可傳送沸點(diǎn)落入塔230中溶劑和的沸點(diǎn)之間的任何其他組分(例如，水)。采用這種方式，冷凝器234可將沸點(diǎn)落入溶劑與H2S之間的化合物返回至溶劑汽提塔230。當(dāng)在溶劑汽提塔230中由溶劑汽提時(shí)，可進(jìn)行收集并經(jīng)由路徑238傳送至溶劑汽提塔再沸器對(duì)0，該溶劑汽提塔再沸器240可為換熱器，其對(duì)溶劑施加熱量以從溶劑中汽提出任何剩余的氣體?？蓪⒂扇軇┢岬娜魏螝怏w經(jīng)由路徑242傳送至溶劑汽提塔230，在這里該H2S氣體可經(jīng)由路徑232離開(kāi)溶劑汽提塔230。在溶劑汽提塔再沸器240中處理之后，溶劑(現(xiàn)在基本上不含和(X)2 二者)可沿著路徑156從溶劑汽提塔再沸器240傳送至溶劑再循環(huán)泵202。采用這種方式，溶劑回收單元巧4可促使溶劑凈化基本上所有的從粗合成氣中汽提的&S。此外，CO2可由該溶劑提取，用于傳送至例如與路徑114連接的(X)2管線(xiàn)。此外，通過(guò)在溶劑回收單元IM中包括該(X)2捕集，沿著路徑114傳送的CO2氣體流的約至少90%體積或更多的可為C02。本書(shū)面描述使用實(shí)施例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳方式，并且能使任何本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)踐本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)和進(jìn)行任何并入的方法。本發(fā)明的可以取得專(zhuān)利的范圍通過(guò)權(quán)利要求書(shū)限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他實(shí)施例。這些其他實(shí)施例，只要其結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書(shū)的字面語(yǔ)言沒(méi)有不同，或者包括與權(quán)利要求書(shū)的字面語(yǔ)言沒(méi)有實(shí)質(zhì)差別的等價(jià)結(jié)構(gòu)要素，則認(rèn)為這些其他實(shí)施例在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。部件列表
權(quán)利要求
1.一種氣體純化系統(tǒng)(144)，所述系統(tǒng)包括硫化氫(H2S)吸收器(148)；二氧化碳(CO2)吸收器(150)；閃蒸罐(186)；H2S濃縮器(204)；通過(guò)在(X)2吸收器(150)上游的H2S吸收器(148)的氣體路徑(152)；序貫通過(guò)CO2吸收器(150)、H2S吸收器(148)和H2S濃縮器(204)的第一溶劑路徑(160 和172)；和序貫通過(guò)CO2吸收器(150)、閃蒸罐(186)和吐5濃縮器(204)的第二溶劑路徑(162和 200)，其中所述第一和第二溶劑路徑流動(dòng)共用溶劑。
2.權(quán)利要求1的氣體純化系統(tǒng)(144)，所述系統(tǒng)包括控制器(184)，設(shè)置該控制器 (184)以調(diào)節(jié)流動(dòng)通過(guò)第一溶劑路徑(160和17 和第二溶劑路徑(162和200)的共用溶劑的量。
3.權(quán)利要求2的氣體純化系統(tǒng)(144)，其中設(shè)置所述控制器(184)，以接受與離開(kāi)(X)2 吸收器(150)的脫硫的合成氣流中的H2S的量相關(guān)的測(cè)量信號(hào)。
4.權(quán)利要求3的氣體純化系統(tǒng)(144)，其中設(shè)置所述控制器(184)，以基于接受的測(cè)量信號(hào)調(diào)節(jié)流動(dòng)通過(guò)第一溶劑路徑(160和17 和第二溶劑路徑(162和200)的共用溶劑的比率。
5.權(quán)利要求1的氣體純化系統(tǒng)(144)，其中在氣體路徑(15 中的合成氣與在第一溶劑路徑(160和17 中的共用溶劑在吐3吸收器(148)中相互作用，以將從合成氣轉(zhuǎn)移至共用溶劑。
6.權(quán)利要求5的氣體純化系統(tǒng)(144)，其中在氣體路徑(15 中的合成氣與在第一溶劑路徑(160和17 中的共用溶劑在(X)2吸收器(150)中相互作用，以將(X)2從合成氣轉(zhuǎn)移至共用溶劑。
7.權(quán)利要求1的氣體純化系統(tǒng)(144)，其中設(shè)置所述閃蒸罐(186)以產(chǎn)生壓力變化，以從第二溶劑路徑(162和200)中的共用溶劑汽提至少一部分C02。
8.權(quán)利要求1的氣體純化系統(tǒng)(144)，其中設(shè)置所述濃縮器Q04)以從共用溶劑中汽提至少一部分CO2,以提高共用溶劑中H2S的濃度。
9.權(quán)利要求1的氣體純化系統(tǒng)(144)，其中所述第二溶劑路徑(162和200)序貫延伸通過(guò)濃縮器(204)和溶劑汽提塔030)，設(shè)置所述溶劑汽提塔Q30)以從共用溶劑中除去H2S并產(chǎn)生酸性氣體流。
10.一種氣體純化系統(tǒng)(144)，所述系統(tǒng)包括硫化氫(H2S)吸收器(148)，設(shè)置其以從原料氣體中除去H2S,產(chǎn)生脫硫的氣體和富含 H2S的流體，其中所述原料氣體包含少于約體積的H2S ；溶劑回收單元(IM)，設(shè)置其以從所述富含的流體中產(chǎn)生酸性氣體流，其中所述酸性氣體流包含大于約25%體積的H2S ；和二氧化碳(CO2)回收單元(164)，設(shè)置其以從所述脫硫的氣體中除去(X)2以產(chǎn)生CO2濃度大于約90%的(X)2捕集氣體。
11.權(quán)利要求10的氣體純化系統(tǒng)(144)，其中所述脫硫的氣體包含脫硫的合成氣，其包含至多約25百萬(wàn)分率H2S。
12.權(quán)利要求10的氣體純化系統(tǒng)(144)，其中所述(X)2捕集氣體包含至多約2000百萬(wàn)分率H2S。
13.權(quán)利要求10的氣體純化系統(tǒng)(144)，其中H2S吸收器(148)和CO2回收單元(164) 利用共用胺溶劑，以從原料氣體中除去H2S以及從脫硫的氣體中除去C02。
14.權(quán)利要求13的氣體純化系統(tǒng)(144)，其中設(shè)置所述溶劑回收單元(154)以從H2S吸收器(148)和(X)2回收單元(164)各自接受共用胺溶劑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氣體純化系統(tǒng)(144)，所述系統(tǒng)包括硫化氫(H2S)吸收器(148)、二氧化碳(CO2)吸收器(150)、閃蒸罐(186)和H2S濃縮器(204)。該氣體純化系統(tǒng)(144)還可包括在CO2吸收器(150)之前通過(guò)H2S吸收器(148)的氣體路徑(152)，序貫通過(guò)CO2吸收器(150)、H2S吸收器(148)和H2S濃縮器(204)的第一溶劑路徑(160和172)，以及序貫通過(guò)CO2吸收器(150)、閃蒸罐(186)和H2S濃縮器(204)的第二溶劑路徑(162和200)，其中所述第一和第二溶劑路徑流動(dòng)共用溶劑。
文檔編號(hào)B01D53/18GK102371107SQ201110197748
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者A·馬宗達(dá), J·P·奧彭黑姆 申請(qǐng)人:通用電氣公司