在氣體洗滌中生產塔的布置方式的製作方法

2023-12-06 14:02:31 3

本發明涉及氣體洗滌設備，其具有吸收器，在其中可以藉助洗滌劑從合成粗煤氣分離出二氧化碳和含硫組分，及具有co2生產塔以及布置在co2生產塔下遊的富集塔用於使在吸收器中負載二氧化碳和含硫組分的洗滌劑再生。

背景技術：

採用物理氣體洗滌設備以從氣體混合物分離氣體組分。其利用在此用作洗滌劑的液體的特性，吸收氣態物質並保持在溶液中，而不與這些物質發生化學結合。氣體可被液體吸收及與其結合的程度由其溶解係數表示，溶解係數越大，則氣體在液體中溶解得越好。溶解係數與溫度相關，一般而言隨溫度的下降及遵循亨利吸收定律隨壓力的升高而升高。

通過除去從氣體混合物分離出的及在洗滌劑中溶解的氣體組分，在氣體洗滌後緊接著使負載的洗滌劑再生。再生的洗滌劑通常又重新用於氣體洗滌，而分離出的氣體組分進行廢物處理或者送至經濟應用。

為了淨化合成粗煤氣，其以工業規模在氣化設備中從煤和/或包含烴的進料例如通過水蒸汽重整或通過部分氧化產生並且通常除了所期望的物質氫和一氧化碳以外還包含幾種非期望的成分例如二氧化碳和含硫組分如硫化氫和氧硫化碳，優選採用物理氣體洗滌。建議物理氣體洗滌是因為合成粗煤氣今天大部分在高壓下產生，並且物理氣體洗滌的功效以一次近似線性地隨著工作壓力增加。

對於合成粗煤氣的淨化特別重要的是甲醇洗滌。其利用了以下事實，硫化氫、氧硫化碳和二氧化碳對於甲醇的溶解係數明顯大於氫和一氧化碳。這是因為隨著溫度下降，這些差別增大，因此氫損失和一氧化碳損失由於共吸收而下降，但是首先因為二氧化碳的溶解係數隨溫度下降而大幅升高，用作洗滌劑的甲醇在大多數情況下以遠低於0℃的溫度導入構造成洗滌塔的吸收器中，並且與待淨化的合成氣強烈接觸。此外該方法允許獨立地獲得含硫組分和二氧化碳，它們可以由於其明顯不同的溶解係數基本上選擇性地從負載的甲醇洗滌劑分離出。

若生產氫產品是首要的，則在甲醇洗滌之前對合成粗煤氣實施水煤氣變換，其中在合成粗煤氣中包含的一氧化碳與水反應生成氫和二氧化碳。然後尤其是在合成粗煤氣由氫貧乏的原料例如煤或重油獲得並因此在水煤氣變換之前已經具有高的二氧化碳含量時，可以通過水煤氣變換上升至大於40摩爾％。為了提高氫生產的經濟性，經常從大量產生的二氧化碳獲得副產物，其例如以大於98摩爾％的純度用於合成尿素。

用於獲得二氧化碳副產物的甲醇洗滌設備通常具有被稱作co2生產塔的洗滌塔，在其下部使負載有二氧化碳以及更容易溶解的組分例如硫化氫和氧硫化碳的甲醇洗滌劑減壓。由於壓力下降，主要使二氧化碳脫氣。但是一部分含硫組分也從負載的甲醇洗滌劑釋放出並在塔中向上引導。藉助不含硫的甲醇洗滌劑從氣體流洗出含硫組分，為此目的將其送至co2生產塔的塔頂，並與上升的氣體流強烈接觸。從co2生產塔的塔頂排出具有產品純度的二氧化碳流，同時在其下部區域收集甲醇洗滌劑，雖然其二氧化碳含量大幅減少，但是仍然負載有二氧化碳以及含硫組分。

從co2生產塔排出負載的甲醇洗滌劑並送至所謂的富集塔，其是冷汽提塔。在富集塔中，通過以逆流引導的冷汽提氣(通常是氮氣)，從甲醇洗滌劑主要溶解出二氧化碳，由此冷卻甲醇洗滌劑。將以此方式產生的冷量用於補償甲醇洗滌的不可避免的冷量損失。從富集塔的塔頂排出混合有二氧化碳的冷汽提氣作為尾氣並通常丟棄；汽提出的二氧化碳因此丟失。將主要負載有含硫組分但是仍然負載有殘餘量的二氧化碳的甲醇洗滌劑從富集塔排出，並可選地在熱汽提塔中再處理，以產生具有洗滌劑純度的甲醇以及含有含硫組分和二氧化碳的氣體餾分，其通常被送至claus設備以獲得單質硫。

為了以高產量獲得二氧化碳產品，在實踐中嘗試保持經由來自富集塔的尾氣造成的二氧化碳損失少。因此使負載的甲醇洗滌劑在co2生產塔中減壓至僅略超過富集塔中壓力的壓力。因此為了將負載的甲醇洗滌劑從co2生產塔轉移至富集塔中，僅提供小的靜壓差，其有可能不足以克服在co2生產塔中的液位與導入富集塔中的位置之間的高度差。因此現有技術是藉助泵將來自co2生產塔的液體輸送至富集塔中。因為通常要將更多的液體流從co2生產塔送至富集塔中並且由於增加的運行安全性而成雙構造的泵及其所屬的配件和配管必須適合於低溫運行，該解決方案顯著地影響投資成本和運行成本的大小及由此影響物理氣體洗滌設備的經濟性。

技術實現要素：

因此，本發明的目的是給出此類設備，通過該設備克服所述的現有技術的缺點。

以如下方式實現該目的，相對於富集塔升高布置co2生產塔，從而使得在物理氣體洗滌設備運行中至少一股有待從co2生產塔送入富集塔中的液體流可以僅通過在這兩個塔之間產生的總壓差進行輸送。

在根據本發明的氣體洗滌設備的一個優選的實施方案中，選擇co2生產塔與富集塔之間的高度差，使得所有有待從co2生產塔送入富集塔中的液體流可以僅通過在這兩個塔之間產生的總壓差進行輸送。

通過本發明能夠以低的壓力及因此高的二氧化碳產率運行co2生產塔，無需使用泵以將液體流輸送至富集塔中。以低於空氣壓力的壓力運行co2生產塔甚至是可以想像的。

針對性地將co2生產塔布置在不高於在物理氣體洗滌設備正常運行的所有條件下無需藉助泵將一股或多股液體流輸送至富集塔中所必需的高度。

為了相對於富集塔升高布置co2生產塔，可以將co2生產塔安裝在足夠長的支撐框架(standzargen)上，其直接與基座相連接，或者與物理氣體洗滌設備的本身設置在基座上的其他設備部件相連接。但是優選不使用支撐框架而是直接安裝在物理氣體洗滌設備的其他設備部件上，其高度足以實現所力求的功效。若物理氣體洗滌設備包括熱汽提塔，則建議將co2生產塔布置在其上或上方。

下面應當依照在圖1中示意性描繪的實施例更詳細地闡述本發明。

附圖說明

圖1所示為根據本發明的布置方式。

具體實施方式

圖1顯示了在氣體洗滌設備的再生部件中co2生產塔和富集塔的根據本發明的布置方式，其中可以藉助甲醇洗滌劑基本上選擇性地從合成粗煤氣洗出二氧化碳和含硫組分，並獲得二氧化碳產品以及富含硫的物質流，其例如適合作為claus設備的進料。

經由管道1和2，在洗滌包含二氧化碳和含硫組分的合成粗煤氣時僅負載二氧化碳的不含硫的甲醇洗滌劑減壓進入co2生產塔t1中，從而使所含的二氧化碳進入氣相中並獲得二氧化碳產品。為此，一股負載的洗滌劑流1減壓進入co2生產塔t1的被構造成分離器a的上部區域中，同時將其他的負載的洗滌劑流2導入布置在分離器a下方的、通過塔板k1與其分開的再洗滌區段r。負載有二氧化碳和含硫組分的甲醇洗滌劑3減壓進入co2生產塔t1的通過另一個塔板k2與再洗滌區段r分開的塔底空間s1中，其中產生包含二氧化碳和含硫組分的氣相，於再洗滌區段r中通過不含硫的甲醇洗滌劑2從該氣相再洗滌出含硫組分。

將從負載的甲醇洗滌劑分離出的二氧化碳從co2生產塔t1的塔頂作為二氧化碳產品4排出，並憑貸方憑證(gutschrift)交給購買方，例如用於合成尿素，同時將在塔底空間s1和塔板k2中收集的、負載有含硫組分和二氧化碳的甲醇餾分5和6從co2生產塔t1排出，並輸送至富集塔t2的中部，從而通過進一步分離出二氧化碳使含硫組分富集。

為了支持二氧化碳分離，向富集塔t2的下端輸送汽提氣7和8，其在其向上的路徑上從以逆流引導的甲醇主要帶出二氧化碳，但也有含硫組分。為了再洗滌帶出的含硫組分，由co2生產塔t1的分離器a經由管道9排出不含硫但是仍然包含二氧化碳的甲醇，並送至富集塔t2的塔頂。將釋放至氣相中的二氧化碳與通常為氮氣的汽提氣一起混合成尾氣10，然後丟棄。

從富集塔t2的塔底空間s2排出含硫組分富集的甲醇11，在熱交換器e中加熱後輸送至熱汽提塔t3以進一步分離二氧化碳。向熱汽提塔t3輸送熱的汽提氣12，將其與汽提出的二氧化碳一起經由管道8導入富集塔t2中，在此同樣用作汽提氣。將來自熱汽提塔t3的塔底的二氧化碳大幅貧化的甲醇13繼續引導至熱再生塔(未示出)，以分離出含硫組分並獲得重新用於氣體洗滌的再生的甲醇洗滌劑以及富含含硫組分的物質流，其例如可以送至claus設備以獲得硫。

為了能夠以高的產率獲得二氧化碳產品4，以儘可能低的壓力運行co2生產塔t1，從而僅僅在co2生產塔t1與富集塔t2之間的用於輸送負載的甲醇流5、6和9的壓差不足以將液體抬升到富集塔t2的入口連接管所需的高度。co2生產塔t1因此通過其在熱汽提塔t3上的布置方式相對於富集塔t2升高定位，從而獲得用於輸送甲醇流的靜壓。替代性地，也可以將co2生產塔t1布置在其他位於流4或10的路徑上的設備上，例如甲醇再洗滌塔(未示出)，以實現升高定位。可以省略掉泵的使用。