用于處理包含CO₂的工藝氣流的方法

專利名稱：用于處理包含CO₂的工藝氣流的方法
技術領域：
本發明涉及用于處理包含CO2的工藝氣流的方法，所述包含CO2的工藝氣流是在由 如下粗氣生產純凈的合成氣的過程中獲得的，所述粗氣是重油、石油焦或廢料的部分氧化 的粗氣，或者在煤的氣化過程中，或者在處理天然氣或石油伴生氣時獲得的，其中通過物理 吸收或化學吸收從所述包含CO2的工藝氣流中除去CO2，將負載有CO2的溶劑減壓至較低壓 力，從而解吸CO2。
背景技術：
以名稱Rectisol 、Purisol 、Selexol 、aMDEA 和熱鉀堿洗滌 (Heifipottaschewasche)公知的工藝用于由如下粗氣，該粗氣是重油、石油焦或廢料的部 分氧化的粗氣，或者由煤的氣化，或者由處理天然氣或石油伴生氣來生產純凈的合成氣。在Rectisol 工藝中，將來自重油、石油焦或廢料的部分氧化，或者來自煤的氣化 的粗氣用作原料。除了需要的產物組分H2和CO之外，所述粗氣還包含不需要的產物組分 CO2, H2O, H2S, CS2, COS、HCN、NH3、有機硫化合物、金屬羰基化合物以及烴，這些不需要的產物 組分必須被分離，為此使用冷甲醇作為物理溶劑。然后，將所吸收的產物組分通過對溶劑 進行減壓和沸騰除去而重新解吸，并在后續設備中進行處理。由于所述不需要的產物組分 在冷甲醇中的溶解度差異很大，可以選擇性地分離所述產物組分，例如選擇性地分離H2S和 CO20將冷卻的粗氣供應給H2S吸收器，所述H2S吸收器采用30至60巴的絕對壓力以及用負 載CO2的冷甲醇進行操作，在所述H2S吸收器的預洗滌階段中，首先除去例如HCN和NH3的 雜質。在所述H2S吸收器的第二階段中，H2S和其它的硫化合物被吸收，從而殘余的硫含量 為< 0. lppm。將離開所述H2S吸收器的經負載的甲醇膨脹至中等壓力，并將由此解吸的氣 體H2和CO再循環到所述粗氣中。然后，將甲醇加熱至沸點并“沸騰除去”；在該過程中，釋 放出所有吸收的氣體，并將富含H2S的氣體進料到用于回收硫的CLAUS設備。將不含硫的合 成氣中所包含的CO的一部分轉化為CO2，使得CO2濃度通常升高至約33%。然后將冷卻的 氣體供給到二級CO2吸收器。將從所述CO2吸收器排出的經負載的甲醇膨脹至較低的壓力 并由此冷卻。由此釋放的CO2不含硫并且可以要么排放至大氣中，要么例如用于制備尿素。 將在所述CO2吸收器中獲得的、CO2含量為約3%的合成氣引入到甲醇合成中。在puriS0l 方法中使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)代替甲醇作為物理溶劑。將來自粗氣的CO2以做 功的方式膨脹到燃氣輪機中。在aMDEA 方法中，將待處理的粗氣在具有結構化的或堆放的填料床的吸收塔 的底部引入，在所述吸收塔中使用在該吸收塔頂部供應的甲基二乙醇胺(MDEA)的冷卻的 水性溶液以逆流洗滌所述粗氣，其包含用于提高CO2收率的活化劑(a)。在所述吸收塔頂部 排出凈化的氣體。從吸收塔底部排出的、負載有CO2和H2S的aMDEA溶液可以要么直接加 熱，要么在膨脹至較低壓之后加熱。將來自所述再生塔的熱的再生的MDEA溶液用作熱源。 在所述再生塔中，通過再次加熱使經負載的aMDEA溶液再生完全，并在冷卻后將其再循環 至所述吸收塔頂部。在所述再生塔的頂部排出包含CO2和H2S的氣體流。將分離的富含H2S的氣體要么供應到CLAUS設備，要么供應到后燃燒過程。胺對于H2S和CO2不同的反應速度 形成了選擇性吸收H2S和分離CO2的基礎。為了除去包含在如下粗氣中的不需要的組分CO、H2O, H2S, COS、HCN、NH3、有機硫化 合物、金屬羰基化合物以及烴，所述粗氣是來自重油、石油焦和廢料的部分氧化、來自煤的 氣化以及來自處理天然氣和石油伴生氣的粗氣，上述通過物理吸收和化學吸收進行的吸收 方法的缺點在于產生的CO2仍包含0. 1至20體積％，特別是0. 5至2. 5體積％的一種或 多種組分N2、CO、H2和CH4,并且因此不適用于許多應用。

發明內容
本發明的目的是發展如上所述的方法，使得借助于物理吸收或化學吸收的方式工 作的吸收方法從粗氣中獲得的CO2具有盡可能高的純度并可直接作為有價值產物使用；特 別是所述CO2應該符合用于在石油礦床中擠壓以改進油回收并且同時將CO2最終儲存在所 述石油礦床中所提出的質量要求。該任務通過如下方式得以解決，將被總共0. 1至20體積％，優選0. 5至10體積％， 特別是0. 5至2. 5體積％的一種或多種組分N2、C0、H2和CH4污染的CO2在室溫下壓縮到至 少60巴的絕對壓力，或者在CO2的臨界溫度31°C以下壓縮到至少70巴的絕對壓力，并將由 此獲得的主要具有液體狀態的包含CO2的氣態雜質通過使用用作汽提氣的氣態CO2進行汽 提除去，從而獲得作為液體的C02。在汽提過程中，通過逆著所述液體CO2的流向穿過所述 汽提氣而將雜質從所述液體CO2中除去，并且所述雜質被轉移至所述汽提氣中，這是因為待 從所述液體CO2中除去的雜質的蒸氣壓高于在所述汽提氣中的蒸氣壓，并且因此實現了從 所述液體CO2進入到所述汽提氣中的轉移。根據所述方法的這個方面，將CO2壓縮至10至30巴的絕對壓力，并冷卻至-40 至-5 °C的溫度。為了產生所述汽提氣，連續蒸發相應量的位于所述塔底部的液體C02。在所述汽提塔頂部放出包含所述雜質的汽提氣，并且根據本發明的另一特征將其 再次進行冷卻，以從所述汽提氣中冷凝出至少一部分CO2并將其再循環到所述汽提塔的底 部。本發明的一個方面在于，將經負載的汽提氣導入到所述方法的吸收階段中。
具體實施例方式下文通過與附圖
中所示基本流程圖相結合的具體實施方案對根據本發明的方法 進行詳細闡釋。通過Rectisol 方法，典型地通過使用甲醇，從通過部分氧化重油獲得的粗氣中吸 收不需要的組分C02、H20、H2S, COS、HCN、NH3、有機硫化合物、金屬羰基化合物、CnHm以及其它 雜質，例如樹脂形成物和硫醇。通過添加水蒸汽，通過Rectisol 方法從不需要的組分和雜 質中盡可能純化的合成氣中的大部分CO被催化轉化為CO2以及H2。從經純化的合成氣中分離仍含有總共2. 0體積％的作為雜質的N2、C0、H2和CH4的 C02，并且通過管路(1)將該CO2進料到壓縮器(2)，在該壓縮器(2)中，CO2被壓縮至25巴的 絕對壓力，和然后通過管路(3)供應到冷卻設備(4)，在冷卻設備(4)中，0)2被冷卻至-25°C的溫度。在這些條件下，CO2幾乎全部轉化為液體狀態，而污染了該CO2的組分幾乎完全保 持氣態。通過管路(5)將所述液態CO2供應到汽提塔(6)的頂部并且以相對于用作汽提氣 的氣態CO2逆流的方式穿過汽提塔(6)，在汽提塔(6)的底部，借助合適的熱源(7)通過蒸 發少量液體CO2來產生所述汽提氣。借助于所述汽提氣，將雜質從所述液體CO2中除去并轉 移到所述氣態CO2中。在汽提塔(6)的底部，通過管路(8)排出純凈的液體C02。在汽提塔 (6)頂部排出的包含所述雜質的汽提氣可以通過的管路(9)供給到冷卻設備(10)，在冷卻 設備(10)中，一部分0)2被冷凝。通過管路(11)將負載有所述雜質的剩余汽提氣供應到粗 合成氣中。如果剩余量的汽提氣的CO2含量過高并且因此再循環所述粗合成氣是不經濟的，
可以將所述汽提氣再循環到所述方法中，例如再循環到所述ReetiS()l 方法中，以生產純凈 的合成氣，并且可以通過在合適的吸收塔中吸收以及膨脹待再循環的工藝氣流，而完全去 除C02。也可以使用根據該工藝所用的冷卻設備作為用于液化CO2的冷卻設備。此外，也存 在與所述方法的相應料流進行冷交換的可能性。在下表中通過參照附圖所示的基本流程圖給出通過本發明的實際實施方式測定 的關于物質流的溫度、壓強以及組成的數據 利用本發明所實現的優點特別在于，實踐中，所有的CO2以純凈形式獲得，并且有 價值氣體CO、H2和CH4的損失降低至趨近零。
權利要求
用于處理包含CO2的工藝氣流的方法，所述包含CO2的工藝氣流是在由如下粗氣來制備純凈的合成氣的過程中生成的，所述粗氣是在重油、石油焦和廢料的部分氧化過程中，或者在煤的氣化過程中、或者在處理天然氣或石油伴生氣時得到的，其中通過物理吸收或化學吸收從所述包含CO2的工藝氣流中除去CO2，將負載有CO2的溶劑膨脹到較低的壓力，從而解吸CO2，其特征在于，將被總計0.1至20體積％的一種或多種組分N2、CO、H2和CH4污染的CO2在室溫下壓縮到至少60巴的絕對壓力，或者在CO2的臨界溫度31℃以下壓縮到至少70巴的絕對壓力，并且通過使用逆流引導的氣態CO2進行汽提來除去由此獲得的、具有液體狀態的、包含CO2的雜質。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將所述CO2壓縮到10至30巴的絕對壓力， 并冷卻到-40至_5°C的溫度。
3.根據權利要求1和2中任一項所述的方法，其特征在于，使用的是被總計0.5至10 體積％，特別是0. 5至2. 5體積％的一種或多種組分N2、CO、H2和CH4污染的C02。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，將負載有一種或多種組分 N2, CO、H2和CH4的汽提氣添加進所述粗氣中。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，將一部分負載有一種或多種 組分N2、C0、H2和CH4的汽提氣進行冷凝，將冷凝物再循環至吸收塔的底部，并將剩余的汽提 氣添加進所述粗氣中。
6.根據權利要求1至5所述的方法，其特征在于，將負載有一種或多種組分N2、CO、H2 和CH4的汽提氣導入到所述方法的吸收階段中。
全文摘要
本發明涉及用于處理包含CO2的工藝氣流的方法，所述包含CO2的工藝氣流是在從所述工藝氣流的粗氣制備純的合成氣的同時，或在重油、石油焦和廢料的部分氧化過程中，或在煤的氣化過程中，或在處理天然氣或石油伴生氣過程中產生的，其中通過物理吸收或化學吸收從所述含有CO2的工藝氣流中除去CO2，并且將負載有CO2的溶劑膨脹到較低壓力以解吸所述CO2。為了產生盡可能純凈的CO2，將未純化的CO2壓縮到至少60巴的絕對壓力或者在CO2的臨界溫度以下壓縮到至少70巴的絕對壓力，并通過使用逆流引導的氣態CO2進行汽提來除去包含在所述液體CO2中的雜質。
文檔編號B01D53/00GK101918104SQ200880117445
公開日2010年12月15日 申請日期2008年9月5日 優先權日2007年11月23日
發明者烏爾里希·科斯, 亞歷山大·施里費爾, 曼弗雷德·邁爾 申請人:魯奇有限責任公司