用於從合成氣分離二氧化碳的方法和系統的製作方法

2023-05-10 21:45:16

專利名稱：用於從合成氣分離二氧化碳的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明的領域主要涉及從合成氣去除酸性氣體，並且更具體而言，涉及用於從合 成氣分離高壓二氧化碳以便在氣化器或其它系統中使用的方法和系統。
背景技術：
整體氣化聯合循環(IGCC)系統中至少一些公知的酸性氣體去除系統設計成用以 從合成氣將硫、且更具體而言是將硫化氫去除到很低的水平。此外，至少一些公知的IGCC 系統使二氧化碳以一定比率進入合成氣中使得通向燃燒渦輪的質量流量高並且通向溶劑 回收單元(SRU)的酸性氣體中的硫化氫濃度高。由於實現和保持冷卻所需的較高功耗，已在至少一些公知的IGCC酸性氣體去除 系統中使用未冷卻的化學溶劑和物理溶劑，例如胺和DEPG( 「聚乙二醇二甲醚」)。此外，雖 然已在具有二氧化碳去除和/或回收的IGCC系統中使用冷卻的和未冷卻的化學溶劑和物 理溶劑二者，但此類系統設計成用以去除硫化氫水平很低的純二氧化碳。然而，包括以更高 壓力分離的一定量硫化氫的二氧化碳可用作通向至少一些公知氣化系統的供給流。

發明內容
在一方面，提供一種用於從合成氣分離二氧化碳和酸性氣體的系統。該系統包括 合成氣淨化迴路，其包括與稀溶劑的供給源(supply)成流動連通地聯接的至少一個吸收 塔。該系統還包括聯接在合成氣淨化迴路下遊的二氧化碳去除迴路。二氧化碳去除迴路包 括至少一個構件，其有助於在溶劑已經過合成氣淨化迴路之後從該溶劑去除二氧化碳。二 氧化碳去除迴路還包括至少一個壓縮機，其中，該至少一個構件和該至少一個壓縮機可在 基本上相似的壓力下操作。另外，該系統包括聯接在二氧化碳去除迴路下遊的酸性氣體去 除迴路。酸性氣體去除迴路包括至少一個吸收塔。在另一方面，提供一種用於從合成氣分離二氧化碳和酸性氣體的系統。該系統包 括與稀溶劑的供給源成流動連通地聯接的至少一個酸性氣體吸收塔，其中，該至少一個酸 性氣體吸收塔構造成用以產生淨化的合成氣流。該系統還包括與至少一個酸性氣體吸收塔 成流動連通地聯接的溶劑迴路。該溶劑迴路包括有助於從溶劑去除二氧化碳的至少一個構 件，其中，該至少一個構件可在第一壓力下操作。另外，該系統包括與溶劑迴路成流動連通 地聯接的壓縮機迴路。壓縮機迴路包括可在第二壓力下操作的至少一個壓縮機，其中，第一 壓力和第二壓力基本上相似。該系統還包括與該溶劑迴路和該至少一個酸性氣體吸收塔成 流動連通地聯接的酸性氣體去除溶劑汽提器。在又一方面，提供一種組裝合成氣淨化系統的方法。該方法包括提供至少一個 酸性氣體吸收塔、將稀溶劑供應管線聯接到該至少一個酸性氣體吸收塔上，以及將合成氣 供應管線聯接到該至少一個酸性氣體吸收塔上，其中，該至少一個酸性氣體吸收塔構造成 用以產生淨化的合成氣流。該方法還包括在酸性氣體吸收塔下遊聯接至少一個閃蒸單元 (flash unit)，其中，該至少一個閃蒸單元可在第一壓力下操作並且構造成用以產生二氧化碳流。該方法還包括在該至少一個閃蒸單元下遊聯接至少一個壓縮機單元，其中，該至少 一個壓縮機單元可在與第一壓力基本上相似的第二壓力下操作，以及在該至少一個閃蒸單 元下遊聯接酸性氣體去除溶劑汽提器，其中，該酸性氣體去除溶劑汽提器構造成用以產生 酸性氣流。


圖1是用於從合成氣分離二氧化碳的系統的第一實施例的示意圖；圖2是用於從合成氣分離二氧化碳的系統的第二實施例的示意圖；以及圖3是用於從合成氣分離二氧化碳的系統的第三實施例的示意圖。零件清單100系統
102合成氣淨化迴路
104二氧化碳去除迴路
106酸性氣體去除迴路
108酸性氣體吸收塔
110AGR溶劑汽提器
112壓縮機迴路
114半濃溶劑迴路
116濃溶劑迴路
118塔盤
120稀溶劑供應管線
122稀溶劑冷卻器
124合成氣出口
126合成氣供應管線
128底部塔盤
130吸收器再沸器
132進口
134第一中間點
135進口
136第二中間點
137出口
138第一壓縮機單元
140第二壓縮機
142第三壓縮機單元
144第一閃蒸單元
146第二閃蒸單元
148第三閃蒸單元
150出口部分
152出口部分
230中間點0080]232出口部分0081]234合成氣供應管線0082]236再循環溶劑供應管線0083]238出口部分0084]239頂部0085]240進口部分0086]241底部0087]242進口部分0088]244出口部分0089]246出口部分0090]248泵0091]250吸收器再沸器0092]252進口0093]254底部塔盤0094]256第一壓縮機0095]258第二壓縮機0096]260第三壓縮機0097]262第一閃蒸單元0098]264第二閃蒸單元0099]266第三閃蒸單元0100]268出口部分0101]270出口部分0102]272出口部分0103]274出口部分0104]276出口部分0105]278濃溶劑返回泵0106]280引出部分0107]280出口部分0108]282第一閃蒸單元0109]284第二閃蒸單元0110]286出口部分0111]288出口部分0112]290出口部分0113]292熱交換器0114]294出口部分0115]296出口部分0116]298泵0117]300豎直疊置式塔盤
70118]302供應管線0119]304中間點0120]306外部回流系統0121]308出口部分0122]310冷凝器0123]312回流罐0124]314溶劑汽提器再沸器0125]316進口0126]400系統0127]402合成氣淨化迴路0128]404二氧化碳去除迴路0129]406酸性氣體去除迴路0130]408酸性氣體吸收塔0131]410AGR溶劑汽提器0132]412壓縮機迴路0133]414濃溶劑迴路0134]416豎直疊置式塔盤0135]418稀溶劑供應管線0136]420稀溶劑冷卻器0137]422合成氣出口0138]424合成氣供應管線0139]426底部塔盤0140]434第一二氧化碳壓縮0141]436第一閃蒸單元0142]438出口部分0143]440出口部分0144]442稀溶劑返回泵0145]444熱交換器0146]446出口部分0147]448熱交換器0148]450豎直疊置式塔盤0149]452中間點0150]454供應管線0151]456外部回流系統0152]458出口部分0153]460冷凝器0154]462回流罐0155]464溶劑汽提器再沸器0156]466進口
468 汽提器底部
具體實施例方式希望的是，提供一種用於通過使用既成本划算又在操作上有效的溶劑從在IGCC 中產生的合成氣中分離二氧化碳的系統。根據溶劑中存在的酸性氣體和/或二氧化碳的 量，可將溶劑分類為稀溶劑、半濃溶劑或濃溶劑。酸性氣體和/或二氧化碳含量高的溶劑認 為是濃溶劑。酸性氣體和/或二氧化碳含量低的溶劑認為是稀溶劑。更具體而言，濃溶劑 是已從含有工藝氣體的原質合成氣或酸性氣體吸收了酸性氣體(例如，H2S和CO2)的溶劑。 半濃溶劑是已從含有工藝氣體的合成氣或酸性氣體吸收了大部分CO2和一些H2S的溶劑。 另外，稀溶劑是已進行汽提或再生用以去除大部分酸性氣體的濃溶劑或半濃溶劑。圖1是可用來從合成氣分離二氧化碳的系統100的示意圖。在示例性實施例中， 系統100包括合成氣淨化迴路102、二氧化碳去除迴路104和酸性氣體去除迴路(AGR回 路)106。更具體而言，合成氣淨化迴路102包括酸性氣體吸收塔108，而酸性氣體去除迴路 106包括酸性氣體去除(AGR)溶劑汽提器110。此外，二氧化碳去除迴路104包括壓縮機回 路112、半濃溶劑迴路114和濃溶劑迴路116。在示例性實施例中，合成氣淨化迴路102經 由濃溶劑迴路116與AGR迴路106成流動連通地聯接。合成氣淨化迴路102還與半濃溶劑 迴路114成流動連通地聯接。此外，壓縮機迴路112與半濃溶劑迴路114、濃溶劑迴路116 以及氣化系統(未示出)成流動連通地聯接。壓縮機迴路112向氣化系統(未示出)供應 高壓二氧化碳(CO2)。酸性氣體吸收塔108在其中包括多個豎直疊置式塔盤118。稀溶劑供應管線120 與塔108成流動連通地聯接。在示例性實施例中，稀溶劑供應管線120包括稀溶劑冷卻器 122，稀溶劑(未示出)在進入塔108之前經過該冷卻器122。此外，塔108包括合成氣出口 124，其引導來自系統100的清潔合成氣(未示出)。合成氣供應管線126在底部塔盤128 處與塔108成流動連通地聯接。此外，在示例性實施例中，塔108包括吸收器重沸器130，其 經由進口 132聯接到濃溶劑迴路116上。更具體而言，濃溶劑(未示出)在底部塔盤128處 從塔108通過吸收器重沸器130和進口 132排出到濃溶劑迴路116中。在第一中間點134， 塔108經由進口 135聯接到半濃溶劑迴路114上。在若干塔盤118下遊並且從第一中間點 134大體豎直向上的第二中間點136，塔108包括聯接到半濃溶劑迴路114上的出口 137。在示例性實施例中，壓縮機迴路112分別包括第一二氧化碳壓縮機138、第二二氧 化碳壓縮機140和第三二氧化碳壓縮機142，以及半濃溶劑迴路114分別包括第一閃蒸單元 144、第二閃蒸單元146和第三閃蒸單元148。第一閃蒸單元144經由出口部分150聯接在 第一壓縮機138上遊且與其成流動連通，以及經由出口部分152聯接在第二閃蒸單元146 上遊且與其成流動連通。第二閃蒸單元146還經由出口部分154聯接在第二壓縮機140上 遊且與其成流動連通，以及經由出口部分156聯接在第三閃蒸單元148上遊且與其成流動 連通。第三閃蒸單元148經由出口部分158聯接在第三壓縮機142上遊且與其成流動連通。 半濃溶劑迴路114還包括半濃溶劑返回泵160，其使半濃溶劑(未示出)返回至塔108。返 回泵160聯接在第三閃蒸單元148的引出部分162下遊。此外，在示例性實施例中，第三壓 縮機單元142聯接在第二壓縮機單元140上遊並且與其成流動連通地聯接，而第二壓縮機 單元140聯接在第一壓縮機138上遊並且與其成流動連通地聯接。
在示例性實施例中，濃溶劑迴路116分別包括第一閃蒸單元163和第二閃蒸單元 164。第一閃蒸單元163經由出口部分166聯接在第一壓縮機138上遊且與其成流動連通， 以及經由出口部分168聯接在第二閃蒸單元164上遊且與其成流動連通。第二閃蒸單元164 經由出口部分170聯接在第二壓縮機單元140上遊且與其成流動連通。濃溶劑迴路116還 包括熱交換器172。熱交換器172聯接在第二閃蒸單元164的出口部分174與AGR溶劑汽 提器110之間。熱交換器172還包括用於將稀溶劑(未示出)引導到酸性氣體吸收塔108 的出口部分176。另外，在示例性實施例中，濃溶劑迴路116包括聯接在AGR溶劑汽提器110 與熱交換器172之間的泵178。在示例性實施例中，AGR溶劑汽提器110在其中包括多個豎直疊置式塔盤180。在 AGR溶劑汽提器110的中間點182，來自濃溶劑迴路116的供應管線184與AGR溶劑汽提器 110成流動連通地聯接。此外，在示例性實施例中，AGR溶劑汽提器110包括外部回流系統 186，該回流系統186包括系統100的出口部分188。更具體而言，外部回流系統186包括冷 凝器190和回流罐192，它們與AGR溶劑汽提器110成流動連通地聯接，使得輕沸點餾分的 至少一部分冷凝用以回流到AGR溶劑汽提器110。AGR溶劑汽提器110還包括溶劑汽提器 重沸器194，該重沸器194包括通向濃溶劑迴路116的進口 196。更具體而言，濃溶劑(未 示出)在汽提器底部198從AGR溶劑汽提器110通過汽提器溶劑重沸器194和進口 196排 出到濃溶劑迴路116中。在操作中，含有二氧化碳的合成氣在底部塔盤128處向酸性氣體吸收塔108供應。 如以下更詳細地描述，經由半濃溶劑返回泵160在第二中間點136向酸性氣體吸收塔108 供應再循環溶劑。在示例性實施例中，經由稀溶劑冷卻器122向酸性氣體吸收塔108的頂 部供應稀溶劑(未示出)，以有助於從合成氣汽提硫化氫。含有二氧化碳的溶劑在第一中間點134從酸性氣體吸收塔108排出並且經引導通 向二氧化碳在其中與溶劑分離的半濃溶劑迴路114的第一閃蒸單元144。二氧化碳經由出 口部分150離開第一閃蒸單元144並且經引導通向第一壓縮機138。在示例性實施例中，第 一閃蒸單元144和第一壓縮機單元138可在基本上相似的壓力下操作。含有一些二氧化碳 的溶劑經由出口部分152離開第一閃蒸單元144並且經引導通向二氧化碳在其中與溶劑進 一步分離的第二閃蒸單元146。二氧化碳經由出口部分154離開第二閃蒸單元146並且經 引導通向第二壓縮機140。在示例性實施例中，第二閃蒸單元146和第二壓縮機140可在基 本上相似的壓力下操作。含有任何剩餘二氧化碳的溶劑經由出口部分156離開第二閃蒸單 元146並且經引導通向剩餘的二氧化碳在其中與溶劑進一步分離的第三閃蒸單元148。二 氧化碳經由引出部分158離開第三閃蒸單元148並且經引導通向第三壓縮機142。在示例 性實施例中，第三閃蒸單元148和第三壓縮機142可在基本上相似的壓力下操作。在示例性實施例中，離開第三壓縮機142的二氧化碳經引導通向第二壓縮機140， 以及離開第二壓縮機的二氧化碳經引導通向在其中將它進一步壓縮的第一壓縮機138，並 且再循環以進行氣化或用於其它目的。溶劑經由出口部分162離開第三閃蒸單元148，經引 導通過半濃溶劑回收泵160，並且在第二中間點136進入酸性氣體吸收塔108。清潔合成氣 從酸性氣體吸收塔108排出並經收集以作進一步使用。濃溶劑離開酸性氣體吸收塔108並且經引導通向二氧化碳在其中與溶劑分離的 第一閃蒸單元163。二氧化碳經由出口部分166離開第一閃蒸單元163並且經引導通向第一壓縮機138。含有二氧化碳的溶劑經由出口部分168離開第一閃蒸單元163並且經引導 通向剩餘的二氧化碳在其中與溶劑進一步分離的第二閃蒸單元164。二氧化碳經由出口部 分170離開第二閃蒸單元164並且經引導通向第二壓縮機140。含有任何剩餘的二氧化碳 的溶劑經由出口部分174從第二閃蒸單元164排出並且通過熱交換器172經引導通向AGR 溶劑汽提器110。AGR溶劑汽提器110有助於降低溶劑中硫化氫和COS (碳氧化物)的水平。通過 AGR溶劑汽提器110回收輕沸點餾分。收集在AGR溶劑汽提器110的稀溶劑經引導通向重 沸器194。在示例性實施例中，溶劑離開AGR溶劑汽提器110並進入重沸器194，該重沸器 194進一步有助於從離開AGR溶劑汽提器110的溶劑去除二氧化碳。一部分溶劑離開重沸 器194並且返回到AGR溶劑汽提器110中。剩餘部分的溶劑離開重沸器194並且經引導通 過熱交換器172而再循環到酸性氣體吸收塔108。溶劑比率和操作溫度取決於所用溶劑的類型。在一些實施例中，所採用的溶劑是 有機溶劑，例如輕質羥(石腦油類)、甲醇以及DEPG混合物。圖2是可用於從合成氣分離二氧化碳的系統200的示意圖。在示例性實施例中，系 統200包括合成氣淨化迴路202、二氧化碳去除迴路204以及AGR溶劑汽提器迴路206。更 具體而言，合成氣淨化迴路202包括第一酸性氣體吸收塔208和第二酸性氣體吸收塔210， 而酸性氣體去除迴路206包括酸性氣體去除(AGR)溶劑汽提器212。二氧化碳去除迴路204 包括壓縮機迴路214、半濃溶劑迴路216以及濃溶劑迴路218。在示例性實施例中，合成氣淨 化迴路202通過濃溶劑迴路218與AGR迴路206成流動連通地聯接。合成氣淨化迴路202 還與半濃溶劑迴路216成流動連通地聯接。此外，壓縮機迴路214與半濃溶劑迴路216、濃 溶劑迴路218和氣化系統(未示出)成流動連通地聯接。壓縮機迴路214向氣化系統供應 高壓二氧化碳(CO2)。合成氣淨化迴路202分別包括第一酸性氣體吸收塔208和第二酸性氣體吸收塔 210，它們均在其中包括多個豎直疊置式塔盤220。稀溶劑供應管線222與第二塔210的頂 部224成流動連通地聯接。稀溶劑供應管線222包括稀溶劑冷卻器226，稀溶劑(未示出) 在進入第二塔210之前經過該冷卻器226。此外，第二塔210包括用於引導來自系統200的 清潔合成氣的合成氣出口 228。在示例性實施例中，在中間點230，第二塔210包括半濃溶 劑迴路216的出口部分232。在示例性實施例中，第二塔210經由合成氣供應管線234和再循環溶劑供應管線 236聯接在第一塔208下遊並且與其成流動連通。更具體而言，合成氣供應管線234聯接在 定位在第一塔208的頂部239處的出口部分238與定位在第二塔210的底部241處的進口 部分240之間。再循環溶劑供應管線236聯接在定位在第一塔208的頂部239處的進口部 分242與定位在第二塔210的底部241處的出口部分244之間。在示例性實施例中，再循 環溶劑供應管線236包括向半濃溶劑迴路216供應一部分再循環溶劑的出口部分246，以及 再循環溶劑(未示出)在進入第一塔208之前經過其的泵248。此外，在示例性實施例中， 第一塔208還包括吸收器重沸器250，該重沸器250包括通向濃溶劑迴路218的進口 252。 更具體而言，濃溶劑(未示出)在底部塔盤254處從第一塔208通過吸收器重沸器250和 進口 252排出到濃溶劑迴路218中。
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在示例性實施例中，壓縮機迴路214分別包括第一壓縮機256、第二壓縮機258和 第三壓縮機260，而半濃溶劑迴路216分別包括第一閃蒸單元262、第二閃蒸單元264和第 三閃蒸單元266。第一閃蒸單元262經由出口部分268聯接在第一壓縮機256上遊且與其 成流動連通，以及經由出口部分270聯接在第二閃蒸單元264上遊且與其成流動連通。第 二閃蒸單元264還經由出口部分272聯接在第二壓縮機258上遊且與其成流動連通，以及 經由出口部分274聯接在第三閃蒸單元266上遊且與其成流動連通。第三閃蒸單元266經 由出口部分276聯接在第三壓縮機260上遊且與其成流動連通。半濃溶劑迴路216還包括 半濃溶劑返回泵278，該返回泵278使半濃溶劑返回至第二塔210。返回泵278聯接在引出 部分280下遊。此外，在示例性實施例中，第三壓縮機單元260聯接在第二壓縮機單元258 上遊且與其成流動連通，而第二壓縮機單元258聯接在第一壓縮機256上遊且與其成流動 連通。在示例性實施例中，濃溶劑迴路218分別包括第一閃蒸單元282和第二閃蒸單元 284。第一閃蒸單元282經由出口部分286聯接在第一壓縮機256上遊且與其成流動連通， 以及經由出口部分288聯接在第二閃蒸單元284上遊且與其成流動連通。第二閃蒸單元284 經由出口部分290聯接在第二壓縮機258上遊且與其成流動連通。濃溶劑迴路218還包括 熱交換器292。熱交換器292聯接在第二閃蒸單元284的出口部分294與AGR溶劑汽提器 212之間。熱交換器292包括將稀溶劑引導到第二塔210的出口部分296。另外，在示例性 實施例中，濃溶劑迴路218包括聯接在AGR溶劑汽提器212與熱交換器292之間的泵298。在示例性實施例中，AGR溶劑汽提器212在其中包括多個豎直疊置式塔盤300。來 自濃溶劑迴路218的供應管線302在中間點304處與AGR溶劑汽提器212成流動連通地聯 接。AGR溶劑汽提器212還包括外部回流系統306，該回流系統306包括系統200的出口部 分308。更具體而言，外部回流系統306包括冷凝器310和回流罐312，它們與AGR溶劑汽 提器212成流動連通地聯接，使得輕沸點餾分的至少一部分冷凝以便回流到AGR溶劑汽提 器212的頂部。此外，在示例性實施例中，AGR溶劑汽提器212包括溶劑汽提器重沸器314， 該重沸器314包括通向濃溶劑迴路218的進口 316。在操作中，含有二氧化碳的合成氣(未示出)供應到第一塔208的豎直疊置式塔 盤220中的底部塔盤。如以下更詳細地描述，再循環溶劑離開第二塔210並且經由再循環 溶劑供應管線236進入第一塔208。更具體而言，在示例性實施例中，再循環溶劑在出口部 分244處離開第二塔210，經過泵248，並且在進口部分242處進入第一塔208。此外，在示 例性實施例中，濃溶劑(未示出)從第一塔208排出並且經引導通過重沸器250。離開重 沸器250的一部分濃溶劑進入第一塔208，而剩餘部分則進入濃溶劑迴路218。此外，在示 例性實施例中，合成氣的第一清潔部分在出口部分238處離開第一塔208並且在進口部分 240處進入第二塔210。在示例性實施例中，稀溶劑(未示出)經由稀溶劑冷卻器226向第二塔210的頂 部224供應，以有助於從合成氣汽提硫化氫。如上所述，含有二氧化碳的再循環溶劑在出口部分244處離開第二塔210。一部分 再循環溶劑經由泵248和再循環溶劑供應管線236引導到第一塔208，而剩餘部分則引導到 二氧化碳在其中與溶劑分離的第一閃蒸單元262。二氧化碳經由出口部分268離開第一閃 蒸單元262並且經引導通向第一壓縮機256。在示例性實施例中，第一閃蒸單元262和第一壓縮機256可在基本上相似的壓力下操作。含有二氧化碳的溶劑經由出口部分270離開第 一閃蒸單元262並且經引導通向二氧化碳在其中與溶劑進一步分離的第二閃蒸單元264。 二氧化碳經由出口部分272離開第二閃蒸單元264並且經引導通向第二壓縮機258。在示 例性實施例中，第二閃蒸單元264和第二壓縮機單元258可在基本上相似的壓力下操作。含 有二氧化碳的溶劑經由出口部分274離開第二閃蒸單元264並且經引導通向任何剩餘的二 氧化碳在其中與溶劑進一步分離的第三閃蒸單元266。二氧化碳經由引出部分276離開第 三閃蒸單元266並且經引導通向第三壓縮機260。在示例性實施例中，第三閃蒸單元266和 第三壓縮機單元260可在基本上相似的壓力下操作。在示例性實施例中，離開第三壓縮機260的二氧化碳經引導通向第二壓縮機258， 而離開第二壓縮機258的二氧化碳經引導通向在其中將它進一步壓縮的第一壓縮機256， 並且再循環以進行氣化或用於其它目的。溶劑經由出口部分280離開第三閃蒸單元266，經 引導通過半濃溶劑回收泵278，並且在中間點230處進入第二塔210。清潔合成氣從第二塔 210排出並經收集以作進一步使用。濃溶劑離開第一塔208且經引導通向二氧化碳在其中與溶劑分離的第一閃蒸單 元282。二氧化碳經由出口部分286離開第一閃蒸單元282且經引導通向第一壓縮機256。 含有一些二氧化碳的溶劑經由出口部分288離開第一閃蒸單元282且經引導通向剩餘的二 氧化碳在其中與溶劑進一步分離的第二閃蒸單元284。二氧化碳經由出口部分290離開第 二閃蒸單元284且經引導通向第二壓縮機258。含有任何剩餘的二氧化碳的溶劑經由出口 部分294離開第二閃蒸單元284並且通過熱交換器292經引導通向AGR溶劑汽提器。AGR溶劑汽提器212有助於降低溶劑中硫化氫和碳氧化物的水平。輕沸點餾分通 過AGR溶劑汽提器212回收。收集在AGR溶劑汽提器212的底部處的稀溶劑經引導通向重 沸器314。在示例性實施例中，溶劑離開AGR溶劑汽提器212並進入重沸器314，該重沸器 314進一步有助於從離開AGR溶劑汽提器212的溶劑去除二氧化碳。一部分的溶劑離開重 沸器314並經引導回到AGR溶劑汽提器212中。剩餘部分的溶劑離開重沸器314並且經引 導通過熱交換器292而再循環到第二塔210。溶劑比率和操作溫度將取決於所用的溶劑。在一些實施例中，所採用的溶劑是有 機溶劑，例如輕質羥(石腦油類)、甲醇以及DEPG混合物。圖3是可用來從合成氣分離二氧化碳的系統400的示意圖。更具體而言，系統400 包括合成氣淨化迴路402、二氧化碳去除迴路404以及酸性氣體去除迴路(AGR迴路)406。 更具體而言，合成氣淨化迴路402包括酸性氣體吸收塔408，而酸性氣體去除迴路406包括 酸性氣體去除(AGR)溶劑汽提器410。二氧化碳去除迴路404包括壓縮機迴路412和濃溶 劑迴路414。在示例性實施例中，合成氣淨化迴路402通過濃溶劑迴路414與AGR迴路406 成流動連通地聯接。此外，壓縮機迴路412與濃溶劑迴路414和氣化系統(未示出)成流 動連通地聯接。壓縮機迴路412向氣化系統供應高壓二氧化碳(CO2)。酸性氣體吸收塔408在其中包括多個豎直疊置式塔盤416。稀溶劑供應管線418 與塔408的頂部成流動連通地聯接。稀溶劑供應管線418包括稀溶劑冷卻器420，稀溶劑 (未示出)在進入塔408之前經過該冷卻器420。此外，塔408包括用於排出來自系統400 的清潔合成氣(未示出)的合成氣出口 422。合成氣供應管線424在底部塔盤426處與塔408成流動連通地聯接。在示例性實施例中，壓縮機迴路412包括第一二氧化碳壓縮機434，而濃溶劑迴路 414包括第一閃蒸單元436。第一閃蒸單元436經由出口部分438聯接在第一壓縮機434 上遊且與其成流動連通。此外，第一閃蒸單元436經由出口部分440聯接在AGR溶劑汽提 器410上遊且與其成流動連通。在備選實施例中，壓縮機迴路412包括任何數量的壓縮機， 以及濃溶劑迴路可包括任何數量的閃蒸單元。在示例性實施例中，濃溶劑迴路414包括稀溶劑返回泵442和熱交換器444。稀溶 劑返回泵442聯接在AGR溶劑汽提器410下遊並且處在熱交換器444上遊。在示例性實施 例中，熱交換器444還聯接在合成氣淨化迴路402的出口部分446與第一閃蒸單元436之 間。熱交換器444還包括用於將稀溶劑(未示出)引導到酸性氣體吸收塔408的出口部分 448。在示例性實施例中，AGR溶劑汽提器410在其中包括多個豎直疊置式塔盤450。在 AGR溶劑汽提器410的中間點452，來自濃溶劑迴路414的供應管線454與AGR溶劑汽提器 410成流動連通地聯接。此外，在示例性實施例中，AGR溶劑汽提器410包括外部回流系統 456，該回流系統456包括系統400的出口部分458。更具體而言，外部回流系統456包括冷 凝器460和回流罐462，其中，回流罐462與AGR溶劑汽提器410成流動連通地聯接，使得輕 沸點餾分的至少一部分冷凝以便回流到AGR溶劑汽提器410。AGR溶劑汽提器410還包括 溶劑汽提器重沸器464，該重沸器464包括通向濃溶劑迴路414的進口 466。更具體而言， 濃溶劑(未示出)在汽提器底部468處從AGR溶劑汽提器410通過汽提器溶劑重沸器464 和進口 466排出到濃溶劑迴路414中。在操作中，含有二氧化碳的合成氣(未示出)在底部塔盤426處引導到酸性氣體 吸收塔408。在示例性實施例中，經由稀溶劑冷卻器420向酸性氣體吸收塔408的頂部供應 稀溶劑(未示出)，以有助於從合成氣汽提硫化氫。含有二氧化碳的溶劑在底部塔盤426處離開酸性氣體吸收塔408並經引導通向 熱交換器448，且之後通向二氧化碳在其中與溶劑分離的濃溶劑迴路414的第一閃蒸單元 436。二氧化碳經由出口部分438離開第一閃蒸單元436並經引導通向第一壓縮機434。在 示例性實施例中，第一閃蒸單元436和第一壓縮機單元434可在基本上相似的壓力下操作。 含有一些二氧化碳的溶劑經由出口部分440離開第一閃蒸單元436並經引導通向AGR溶劑 汽提器410。AGR溶劑汽提器410有助於降低溶劑中硫化氫和COS (碳氧化物)的水平。輕沸點 餾分通過AGR溶劑汽提器410的頂部回收。收集在AGR溶劑汽提器410的底部處的稀溶劑 經引導通向重沸器464。在示例性實施例中，溶劑離開AGR溶劑汽提器410並進入重沸器464，該重沸器 464進一步有助於從離開AGR溶劑汽提器410的溶劑去除二氧化碳。一部分的溶劑離開重 沸器464並且經引導回到AGR溶劑汽提器410中。剩餘部分的溶劑離開重沸器464並且經 引導通過泵442、熱交換器444和冷卻器420而再循環到酸性氣體吸收塔408。溶劑比率和操作溫度將取決於所用的溶劑。在一些實施例中，所採用的溶劑是有 機溶劑，例如輕質羥(石腦油類)、甲醇以及DEPG混合物。文中所述的方法和系統能夠將合成氣流分離為淨化合成氣流、壓縮二氧化碳流以
14及酸性氣流。從合成氣分離二氧化碳(其中，二氧化碳含有一定量的硫化氫)有助於提高 IGCC系統效率，因為從合成氣分離酸性二氧化碳所需的能量水平低於從合成氣分離純二氧 化碳所需的能量水平。在工藝中使用溶劑有助於減小溶劑循環率，這有助於減小工藝所需 的設施和冷卻負荷。此外，使用稍微冷卻的溶劑有助於將在AGR溶劑汽提器重沸器中使用 所需的熱量減為低於低壓流的熱量。使用低熱量水平的能力有助於提高IGCC系統的效率。 以上描述旨在涵蓋用於從合成氣分離二氧化碳和酸性氣體的一般工藝的特定實例，並且不 應當認為局限於所述的特定實施例。以上詳細描述了用於淨化合成氣流的方法和系統的示例性實施例。這些方法和系 統既不局限於文中所述的特定實施例，也不局限於特別示出的系統，相反的是，該方法的步 驟和/或該系統的構件可與文中所述的其它步驟和/或構件單獨和分開地利用。此外，所 述的方法步驟和/或系統構件也可在其它方法和/或系統中限定或與其相結合地使用，並 且不局限於僅使用文中所述的方法和系統來實施。以上描述旨在涵蓋用於從合成氣分離二 氧化碳和酸性氣體的一般工藝的特定實例，並且不應當認為局限於所述的特定實施例。此書面描述使用了包括最佳模式在內的實例來公開本發明，並且還使本領域的任 何技術人員能夠實施本發明，包括製造和利用任何裝置或系統並且執行任何所結合的方 法。本發明可取得專利的範圍通過權利要求來限定，並且可包括本領域普通技術人員所想 到的其它實例。如果此類其它實例沒有不同於權利要求的文字語言所描述的結構元件，或 者它們包括與權利要求的文字語言無實質性區別的等同結構元件，則認為此類其它實例包 含在權利要求的範圍內。
權利要求
一種用於從合成氣分離二氧化碳和酸性氣體的系統(100，200，400)，包括合成氣淨化迴路(102，202，402)，其包括與稀溶劑的供給源成流動連通地聯接的至少一個吸收塔(108，208，408)；聯接在所述合成氣淨化迴路下遊的二氧化碳去除迴路(104，204，404)，所述二氧化碳去除迴路包括有助於在溶劑已經過所述合成氣淨化迴路之後從所述溶劑去除二氧化碳的至少一個構件，以及至少一個壓縮機(138，256)，其中，所述至少一個構件和所述至少一個壓縮機可在基本上相似的壓力下操作；以及聯接在所述二氧化碳去除迴路下遊的酸性氣體去除迴路(106，206，406)，所述酸性氣體去除迴路包括至少一個吸收塔。
2.根據權利要求1所述的系統(100，200，400)，其特徵在於，所述二氧化碳去除迴路 (104)還包括壓縮機迴路(112，214，412)、濃溶劑迴路(116,218,414)以及半濃溶劑迴路 (114,216)。
3.根據權利要求2所述的系統(100，200，400)，其特徵在於，所述壓縮機迴路(112， 214,412)包括以串聯流動布置而聯接在一起的第一壓縮機單元(138，256)、第二壓縮機單 元(140,258)以及第三壓縮機單元(142，260)。
4.根據權利要求3所述的系統(100，200，400)，其特徵在於，所述半濃溶劑迴路(114， 216)包括以串聯流動布置而聯接在一起的第一閃蒸單元(144，262)、第二閃蒸單元(146， 264)以及第三閃蒸單元(148，266)。
5.根據權利要求4所述的系統(100，200，400)，其特徵在於，所述第一壓縮機單元 (138，256)和所述第一閃蒸單元(144，262)可在基本上相似的壓力下操作，所述第二壓縮 機單元(140，258)和所述第二閃蒸單元(146，264)可在基本上相似的壓力下操作，以及所 述第三壓縮機單元(142，260)和所述第三閃蒸單元(148，266)可在基本上相似的壓力下操 作。
6.根據權利要求5所述的系統(100，200，400)，其特徵在於，所述半濃溶劑迴路(114， 216)還包括熱交換器(444，448)，所述熱交換器構造成用以升高離開所述半濃溶劑迴路(114，216)的溶劑的溫度；以及降低從所述溶劑汽提器迴路(206)引導到所述合成氣淨化單元(102，202，402)的溶劑的溫度。
7.根據權利要求3所述的系統(100，200，400)，其特徵在於，所述濃溶劑迴路(116， 218,414)包括第一閃蒸單元(144，262)和第二閃蒸單元(146，264)，其中，所述第一閃蒸單 元和所述第一壓縮機單元(138，256)可在基本上相似的壓力下操作，以及其中，所述第二 閃蒸單元和所述第二壓縮機單元(140，258)可在基本上相似的壓力下操作。
8.根據權利要求2所述的系統(100，200，400)，其特徵在於，所述合成氣淨化迴路 (102,202,402)包括構造成用以從合成氣去除酸性氣體和二氧化碳的酸性氣體吸收塔 (108，208，408)。
9.根據權利要求8所述的系統(100，200，400)，其特徵在於，所述半濃溶劑迴路(114， 216)包括返回泵(442)，所述返回泵(442)有助於向所述酸性氣體吸收塔(108，208，408) 供應來自所述酸性氣體去除迴路(106，206，406)的稀溶劑。
10.根據權利要求9所述的系統(100，200，400)，其特徵在於，所述合成氣淨化系統(102,202,402)還包括聯接在所述酸性氣體吸收塔(108，208，408)上遊的溶劑冷卻器 (420)，所述溶劑冷卻器構造成用以降低向所述酸性氣體吸收塔供應的溶劑的溫度。
全文摘要
本發明涉及用於從合成氣分離二氧化碳的方法和系統。具體而言，提供了一種用於從合成氣分離二氧化碳和酸性氣體的系統(100)。該系統包括合成氣淨化迴路(102)，其包括至少一個與稀溶劑的供給源成流動連通地聯接的吸收塔(108)；聯接在合成氣淨化迴路下遊的二氧化碳去除迴路(104)，該二氧化碳去除迴路包括有助於在溶劑已經過合成氣淨化迴路之後從溶劑去除二氧化碳的至少一個構件，以及至少一個壓縮機(138)，其中，該至少一個構件和該至少一個壓縮機可在基本上相似的壓力下操作；以及聯接在二氧化碳去除迴路下遊的酸性氣體去除單元(106)，該酸性氣體去除迴路包括至少一個吸收塔。
文檔編號B01D53/14GK101927120SQ20101021154
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月17日 優先權日2009年6月17日
發明者P·S·薩克 申請人:通用電氣公司