用於在物理洗氣中使洗滌劑再生的方法和設備與流程

2023-10-09 16:57:54

本發明涉及用於洗氣的方法，其中從相對於以物理方式起作用的洗滌劑在逆流中引導的氣體混合物洗出至少一種物質，從而產生負載有至少一種所洗出的物質的洗滌劑，使其再生並重新作為洗滌劑在洗氣中使用，其中在負載的洗滌劑中的至少一種洗出的物質的結晶溫度高於洗滌劑的結晶溫度。此外，本發明還涉及用於實施根據本發明的方法的設備。

背景技術：

物質混合物中存在的物質的結晶溫度應當理解為在不超過該溫度時開始形成絕大部分由該物質組成的晶體。

物理洗氣利用了明顯不同地吸收氣態物質從而分離氣體混合物的液體特性。作為洗滌劑使用的液體在此情況下負載有分離出的物質，其沒有在溶液中發生化學鍵結。

氣體被液體吸收的程度可以由溶解係數來表示：氣體在液體中溶解得越好，則溶解係數越大。溶解係數取決於溫度，一般隨溫度下降而升高。如果氣體混合物的組分的溶解係數相差足夠大，那麼在物理洗氣中具有較大溶解係數的組分基本上被洗出，而具有較小溶解係數的氣體組分基本上留在氣相中。

緊接著洗氣，將從氣體混合物中洗出的氣體組分從負載的洗滌劑中去除掉，由此使洗滌劑再生。通常將再生的洗滌劑重新在洗氣中使用，而將洗出的氣體組分加以處置或者送至經濟應用。

對於例如通過用水蒸氣重整或者通過部分氧化以大規模在氣化裝置中由煤或/和烴產生並且通常包含一些不希望的成分例如水、二氧化碳(CO2)、硫化氫(H2S)和氧硫化碳(COS)的合成粗煤氣的淨化，優選採用物理洗氣。建議這些方法是因為合成粗煤氣目前主要是在高壓下產生並且物理洗氣的效果隨運行壓力以一次近似線性增加。

對於合成粗煤氣的淨化特別有意義的是甲醇洗滌。其利用了H2S、COS和CO2在低溫的液態甲醇中的溶解係數相對於氫和一氧化碳的溶解係數相差多個數量級。合成粗煤氣通常在大約-60℃的溫度和30與80巴之間的壓力下進行洗滌。為了重新分離出在此吸收的物質及使洗滌劑再生，使甲醇減壓至典型地在2巴範圍內的壓力。隨後將經再生的洗滌劑重新泵至30與80巴之間的壓力並重新用於洗滌合成粗煤氣。此外，在再生期間分離出的氣體餾份下降至低的壓力水平並且必須進行壓縮，從而使其能夠作為產品出售。為了所需的壓力升高產生的成本對於物理洗氣特別是甲醇洗滌的經濟性造成不利影響。

技術實現要素：

因此，本發明的目的是給出前述類型的方法及設備，由此克服所述的現有技術的缺點。

該目的在方法方面根據本發明是通過如下方式實現的，將至少一部分負載有至少一種物質的洗滌劑冷卻到至少一種洗出的物質的結晶溫度以下，從而使從液態洗滌劑分離出的至少一部分量的至少一種洗出的物質以固體存在。

通過根據本發明的方法能夠從負載的洗滌劑分離出至少一部分量的洗出的物質，無需為此減小洗滌劑壓力。雖然在實施該方法時不可避免地產生壓力損失，但是能夠通過相應地設置用於實施該方法的設備而使該壓力損失隨意地最小化，從而使洗滌劑及分離出的物質在分離步驟之後的壓力基本上對應於在分離步驟之前負載的洗滌劑的壓力。如果在根據本發明的分離步驟之前取消掉負載的洗滌劑的減壓，那麼獲得的洗滌劑及分離出的物質的壓力基本上等於在洗氣中的壓力。

可以多種途徑將在根據本發明的冷卻過程中產生的固體從液態洗滌劑分離出。例如可以引導在冷卻時形成的固體/液體混合物通過過濾器，該過濾器的孔足夠小，從而可以留下固體。也可以想到的是，藉助重力和/或離心力分離出固體，為此引導固體/液體混合物通過重力分離器、離心機或旋風分離器。同樣可以使負載的洗滌劑與冷的表面接觸，通過該表面使洗滌劑冷卻，並且使在冷卻時形成的固體粘附在該表面上。也可以是有意義的是，彼此先後應用所建議的方法中的兩種或更多種。

在根據本發明的方法的一個優選的改變方案中，引導負載的洗滌劑通過熱交換器，並且在此情況下通過間接熱交換經由冷介質冷卻到至少一種洗出的物質的結晶溫度以下。在此固體主要在熱交換器表面的緊鄰附近形成，在該表面上生長成為固體層並如此保持。生長的固體層導致熱交換器中流動截面變窄，並因此導致經由熱交換器的隨時間增多的壓力損失。此外，固體層還妨礙冷介質與負載的洗滌劑之間的熱傳遞。因此建議，一旦經由熱交換器的壓力損失超過所確定的邊界值，就中斷通過熱交換器的負載的洗滌劑的流，並且通過優選與第一熱交換器相同構造但是沒有固體沉積的第二熱交換器繞行，於是經由該第二熱交換器實施根據本發明的冷卻。在負載的洗滌劑經由第二熱交換器進行冷卻期間，加熱第一熱交換器，使得粘附在其表面上的固體層蒸發，從而使可獲得的氣流的壓力基本上對應於在洗氣中的壓力。

為了避免在熱交換器之間切換期間發生洗滌劑流動的中斷或壓力峰值，可以持續地減小通過由於固體層變窄的第一熱交換器的流量，同時相應地提高通過第二熱交換器的流量。

隨後將總量或一部分量的根據本發明處理的洗滌劑優選直接地即在無需進一步改變組成的情況下重新用於洗氣。如果通過根據本發明的方法無法完全分離出一種或多種在負載的洗滌劑中溶解的物質，則建議在洗氣裝置中在合適的位置使用總是部分負載的洗滌劑作為所謂的半貧品(Semilean)，這例如由專利申請DE 10 2007 051181所公開。於是僅對根據本發明處理的洗滌劑的不是作為半貧品使用的部分實施一個或多個其他的再生步驟，以獲得完全再生的洗滌劑。

根據本發明的方法適合於從不同的物理洗滌劑分離出不同的物質。但是特別有利地可以用於藉助甲醇通過洗氣從合成粗煤氣至少分離出二氧化碳。在如上所述典型地在30與80巴之間的洗滌中的壓力下，二氧化碳的結晶溫度為大約-60至-95℃，而甲醇在大約-98℃下才結冰。因此可以將在洗氣中負載有二氧化碳的甲醇冷卻至所溶解的二氧化碳的結晶溫度以下，並因此獲得至少一部分固體形式的二氧化碳，無需在此情況下使甲醇凝固。

此外，本發明還涉及用於洗氣的設備，其具有洗滌裝置，可以引導以物理方式起作用的洗滌劑相對於氣體混合物在逆流中通過該洗滌裝置，以及與洗滌裝置以流體方式連接的再生裝置，可以向該再生裝置中導入在洗滌裝置中負載有至少一種從氣體混合物洗出的物質的洗滌劑以進行再生，並且將再生的洗滌劑由該再生裝置送回洗滌裝置中。

所提出的目的在設備方面根據本發明是通過如下方式實現的，再生裝置包括分離裝置，於其中可以將至少一部分負載有至少一種洗出的物質的洗滌劑冷卻到至少一種洗出的物質的結晶溫度以下，並將在此情況下形成的固體從負載的洗滌劑分離出。

為了分離出在冷卻時形成的固體，分離裝置例如可以具有過濾器，該過濾器的孔足夠小，從而可以留下固體。與此不同，在其他的改變方案中，設置重力分離器如沉澱容器，或旋風分離器或離心機，經由它們可以通過重力或離心力的作用分離出在洗滌劑中包含的固體。在根據本發明的設備的另一個改變方案中，所述分離裝置具有冷表面，該冷表面可以與待冷卻的洗滌劑接觸從而使其冷卻，並且可以在該冷表面上使所形成的固體凍結，並由此從洗滌劑分離出。還可以將分離裝置設計成具有兩個或更多個優選以串聯方式布置的所建議的分離器(Abtrennmittel)。

在根據本發明的設備的一個優選的實施方案中，所述分離裝置具有至少兩個平行布置的熱交換器，通過這些熱交換器可以將負載的洗滌劑冷卻到至少一種洗出的物質的結晶溫度以下。在洗滌劑的流動路徑中設置的閥門能夠使至少兩個熱交換器中的每一個與一個或多個其他的熱交換器獨立地完全與洗滌劑流分離，其中同時總是保持至少一個熱交換器可以有洗滌劑流過。針對性地將每個熱交換器設計成具有加熱裝置，通過該加熱裝置可以與一個或多個其他的熱交換器的溫度獨立地升高其溫度到至少一種洗出的物質的結晶溫度以上。此外，每個熱交換器與排出裝置相連接，可以經由排出裝置從熱交換器排出在升高溫度時轉入氣相的物質。

因此，分離裝置優選與洗滌裝置以流動技術方式連接，從而可以將至少一部分在分離裝置中處理的洗滌劑直接作為洗滌劑送回洗滌裝置中。此外，分離裝置可以流動技術方式與再生裝置的其他部分相連接，從而可以對在分離裝置中處理的洗滌劑實施至少一個其他的再生步驟。

下面依照在圖1中示意性地描繪的實施例更詳細地闡述本發明。

附圖說明

圖1所示為洗氣裝置，於其中在兩個洗滌步驟中通過用低溫的液態甲醇進行洗滌從主要部分由氫和一氧化碳組成的合成粗煤氣選擇性地分離出二氧化碳以及含硫組分。

具體實施方式

將壓力在30與80巴之間的待處理的合成粗煤氣經由管道1導入設計成塔的洗滌裝置W中，於其中通過煙囪板(Kaminboden)K相互分離地彼此上下布置兩個洗滌區段S1和S2。合成粗煤氣向上流入第一洗滌區段S1中，其中與從上向下流動的、作為以物理方式起作用的洗滌劑使用的甲醇強烈接觸，並去除掉含硫組分。以適應含硫組分的溶解係數的量經由管道2輸送至洗滌區段S1的上端的洗滌劑是經由管道3從煙囪板K排出的、在第二洗滌區段S2中負載有二氧化碳但是不含含硫組分的甲醇洗滌劑的一部分。

淨化掉了含硫組分但是仍然包含二氧化碳的氣體混合物經由煙囪板K流入第二洗滌區段S2中，於其中繼續向上引導，並在此情況下利用在逆流中引導的以物理方式起作用的洗滌劑4和5進行洗滌，並去除掉二氧化碳。將淨化的氣體混合物作為合成氣從洗滌裝置W的頂部經由管道6排出，並供應至應用場合(未示出)。

從洗滌裝置W的塔底導出負載有含硫組分和二氧化碳的甲醇7，經由節流裝置a減壓至15與25巴之間的壓力，導入分離器D1中，並在此被分離成為氣相和液相。將主要由在洗氣中共吸收的氫和一氧化碳組成的氣相從分離器D1經由管道8排出，並經由管道9送回至洗滌裝置W上遊。將液相10導入再生裝置R中，由此排出完全再生的、壓力典型地為1和3巴的、基本上不含含硫組分也不含二氧化碳的甲醇19，並經由泵P1作為洗滌劑5送回至洗滌塔W的頂部。

將不需要在第一洗滌區段S1中作為洗滌劑的、負載有二氧化碳、不含含硫組分的甲醇洗滌劑3的第二部分經由管道11及經由節流裝置c減壓至分離器D2中的中間壓力。將在減壓中形成的主要由在洗氣中共吸收的氫和一氧化碳組成的氣相從該分離器經由管道12排出，並且恰如同氣相8一樣經由管道9繼續引導。將液相從分離器D2經由管道13排出，並繼續引導至屬於再生裝置R的分離裝置T中，從而從甲醇洗滌劑分離出二氧化碳。

分離裝置T包括第一同流換熱式熱交換器E1和第二同流換熱式熱交換器E2，兩者可以相互獨立地通過外部冷量14和15進行冷卻。引導負載有二氧化碳的甲醇13的總量通過第一熱交換器E1，並在此情況下冷卻到-75與-95℃之間的溫度。在該溫度下，在甲醇中溶解的二氧化碳發生凍析(ausfrieren)，並作為固體層沉積在交換表面上，從而使通過熱交換器E1的自由的流動截面連續地變小，並且使壓力損失變大。因為固體層發揮熱絕緣體的作用，並因此也使冷卻效率隨時間降低，所以一旦壓力損失超過所規定的邊界值，就中斷通過熱交換器E1的負載的甲醇的流13，並引導其通過第二熱交換器E2。一旦與甲醇流13隔離，就將熱交換器E1加熱到二氧化碳的結晶溫度以上，從而使二氧化碳轉入氣相中，並且在壓力實際上等於負載的甲醇13的壓力的情況下經由管道16排出。如果熱交換器E1的交換表面的固體層被蒸發掉，並且通過熱交換器E2的壓力損失升高到預先規定的邊界值，則將這兩個熱交換器E1和E2的作用調換，從而重新通過熱交換器E1冷卻負載的甲醇流13，同時加熱熱交換器E2，以去除所形成的固體層及獲得氣態二氧化碳17。

在分離裝置T中，僅分離出一部分在負載的甲醇13中包含的二氧化碳，從而使部分負載的甲醇18離開分離裝置T。因為部分負載的甲醇18的壓力基本上對應於負載的甲醇13的壓力，所以可以將其經由泵P以比較低的泵功率送回，並經由管道4在合適的位置作為洗滌劑輸送至洗滌裝置W。