獲得氣體產品的方法和設備與流程

本發明涉及用于運行洗氣裝置的方法，其中通過用以物理方式起作用的洗滌劑進行洗滌從氣體混合物分離出第一和第二種物質，其中第二種物質比第一種物質更容易溶解在該洗滌劑中，獲得負載有第一種物質并且基本上不含第二種物質的第一洗滌劑以及負載有第一和第二種物質的第二洗滌劑，在其再生期間為了分離出第一種物質使第二負載的洗滌劑減壓至第一壓力進入第一塔中，隨后減壓至更低的第二壓力進入第二塔中，其中在第一塔中使用第一負載的洗滌劑的第一部分及在第二塔中使用第一負載的洗滌劑的第二部分以再洗滌第二種物質，其在減壓時轉入氣相中，其中第一負載的洗滌劑的第二部分在其在第二塔中使用之前減壓進入分離器中，以獲得第一種物質貧化的液相，其借助于重力繼續引導至第二塔中。此外，本發明還涉及用于實施所述方法的設備。

背景技術：

此類洗氣裝置屬于現有技術，本領域技術人員多年來早已知曉。其利用了吸收氣態物質和保持其以物理方式結合在溶液中的液體特性。氣體被液體吸收的程度由溶解系數來表示，溶解系數越大，則氣體在液體中溶解得越好。溶解系數一般隨著溫度的下降及根據Henry吸收定律隨著壓力的升高而上升。

若應當通過物理洗氣從氣體混合物溶解出氣體組分i，則為此需要最少量W_min的用作洗滌劑的液體，其能夠用下式非常好地計算出：

W_min＝V/(p·λ_i)

該式中V是指氣體混合物的總量，p是指氣體混合物中的壓力，λ是指洗出的氣體組分對于所用的洗滌劑的溶解系數。在氣體混合物的組分的溶解系數相差足夠大的前提下，通過相應地調整洗滌劑的量可以在一個洗滌步驟中與其他氣體組分基本上獨立地分離出即選擇性地去除掉具有最大溶解系數的氣體組分。在此情況下洗滌劑負載有分離出的組分。以較大的洗滌劑量，可以按照相同的原理在后續洗滌步驟中選擇性地洗出其他具有相似溶解系數的氣體組分或氣體組分的組。

在洗氣之后緊接著通過除去所溶解的氣體組分而使負載的洗滌劑再生。通常將再生的洗滌劑重新用于洗氣，而對除去的氣體組分進行廢物處置或者送至經濟用途。

一種已知的物理洗氣是甲醇洗滌，其中使用溫度遠低于0℃的液態甲醇作為洗滌劑。其特別是用于從合成粗煤氣分離出二氧化碳和含硫組分，因此獲得主要由氫和一氧化碳組成的氣體混合物。在“氣體分離與凈化(Gas separation&Purification)”，1988年12月，第2卷，第171-176頁中描述了一種甲醇洗滌，其中從包含氫、一氧化碳和二氧化碳以及含硫組分氧硫化碳和硫化氫的合成粗煤氣在兩個彼此連續的洗滌步驟中選擇性地洗出二氧化碳和含硫組分。為此將合成粗煤氣導入在20與80巴之間的工作壓力下運行的洗滌塔中，于其中彼此上下地布置第一和第二洗滌區段。為了在第二洗滌區段中分離出二氧化碳，使用未負載的甲醇，而在第一洗滌區段中用已經在第二洗滌區段中預負載有二氧化碳的甲醇的一部分洗出含硫組分，從而獲得不含硫的、負載有二氧化碳的甲醇以及負載有二氧化碳和含硫組分的甲醇。因為含硫組分對于甲醇的溶解系數比二氧化碳的溶解系數大出幾倍，所以其分離僅需要少量的在第二洗滌區段中負載二氧化碳的洗滌劑。

通常在使負載的甲醇流再生期間，將負載有二氧化碳的、不含硫的甲醇減壓至第一壓力進入稱作生產塔的裝置中，以使所包含的二氧化碳轉入氣相中，并獲得二氧化碳產品。為此將負載有二氧化碳的、不含硫的甲醇的一部分導入構造為分離器的生產塔最上部區域，而將剩余的甲醇導入設置在分離器下方、通過塔板與其分離的再洗滌區段中。在再洗滌區段的下部區域，使負載有二氧化碳和含硫組分的甲醇減壓，其中產生包含二氧化碳和含硫組分的氣相，從其通過不含硫的、二氧化碳含量減小的甲醇再洗滌含硫組分。

將在分離器和再洗滌區段中從甲醇流分離出的二氧化碳從生產塔的頂部作為二氧化碳產品排出，根據貸方憑證出售給顧客，而將在再洗滌區段的下端收集的甲醇從生產塔排出，減壓至第二壓力進入稱作富集塔的裝置中，以通過分離出留下的二氧化碳繼續富集含硫組分。

為了促進二氧化碳分離，將汽提氣體送至富集塔的下端，其在其向上的路徑上由在逆流中引導的甲醇主要驅出二氧化碳，但也驅出含硫組分。為了再洗滌含硫組分，從生產塔的分離器排出不含硫的、包含二氧化碳的甲醇，并供應至富集塔的頂部。將在減壓至第二壓力時從不含硫的甲醇分離出的二氧化碳在此情況下與通常是氮氣的汽提氣體混合成為尾氣，隨后丟棄。

通常僅借助于在分離器與富集塔頂部之間的壓力差，將不含硫的甲醇由生產塔送入富集塔。在壓力差過低的情況下，如其例如可以在為了使在再洗滌區段中及因此必然也在分離器中的二氧化碳產品量最大化而選擇低的第一壓力時發生，根據現有技術將生產塔安裝在裙座(Standzarge)上，并相對于富集塔升高以獲得靜壓。此外已知，經由設置在這兩個塔之間的泵輸送不含硫的、減壓至第一壓力的甲醇。第三種可能性在于，指定用于在富集塔中再洗滌含硫組分的一部分不含硫的、負載有二氧化碳的甲醇并不減壓至第一壓力，而是繞過生產塔直接送至富集塔的頂部。

每種由現有技術已知的方法都具有特定的缺點。因此將生產塔安裝在裙座上顯著增加了用于甲醇洗滌的投資成本，又如泵的安裝，其出于運行安全的原因必須雙重設置，此外也增加設備的運行成本。如果應當以高產率獲得二氧化碳產品，則第三種方法是特別不利的，這是因為在富集塔中用于再洗滌含硫組分的不含硫的甲醇中所包含的幾乎所有二氧化碳隨著尾氣被丟棄。

技術實現要素：

因此本發明的目的是提供前述類型的方法及設備，由此克服現有技術的缺點。

所提出的目的在方法方面根據本發明是通過如下方式實現的，作為分離器使用可與第一和第二塔獨立地運行的裝置，于其中使第一負載的洗滌劑的第二部分減壓至高于或低于第一壓力的第三壓力。

與現有技術不同，通過該方法一方面在第一塔中再洗滌第二種物質的過程及從第一負載的洗滌劑的第二部分分離出第一種物質的過程是在不同的壓力下進行的。由此例如可以降低第一塔的工作壓力，以提高第一種物質的產率，不必同時縮小為了將在分離器中形成的液相送入第二塔中所需的壓力差。但是另一方面也可以使第三壓力下降至第二壓力的值或者更低，由此從第一負載的洗滌劑的第二部分更加有效地分離出第一種物質，不必改變第一塔中的工作壓力。但是其前提是，將液相從分離器送入第二塔中所需的壓力差足夠小，或者可以使分離器相對于第二塔的相應的布置方式足夠小。

在第三壓力下降至第二壓力附近的值的情況下，為了將指定在第二塔中使用的一部分第一負載的洗滌劑送入分離器中，提供與直接減壓送至第二塔的頂部的情況相似大小的壓力差。但同時可以將在減壓時形成的、主要由第一種物質組成的氣相作為產品出售，這是因為其不與其他餾份例如在第二塔中使用的汽提氣體混合。

優選將來自分離器的主要由第一種物質組成的氣相與在第一塔中產生的、同樣主要由第一種物質組成的其他氣相合并成為產品流。為了獲得產品流，可以將來自分離器的氣相供應至第一塔的頂部，或者在第一塔下游與其他氣相匯合。也可以將這兩個氣相相互獨立地作為產品出售。

根據本發明的方法適合于運行許多不同的洗氣裝置。但是其特別有利地用于從包含氫和一氧化碳的合成粗煤氣分離出二氧化碳作為第一種物質，及分離出硫化合物作為第二種物質，其中使用甲醇作為以物理方式起作用的洗滌劑。

此外，本發明還涉及用于從氣體混合物分離出第一種物質和比第一種物質更容易溶解在以物理方式起作用的洗滌劑中的第二類物質的設備，該設備包括可以用以物理方式起作用的洗滌劑洗滌氣體混合物的洗滌裝置，其中產生負載有第一種物質并且基本上不含第二種物質的第一洗滌劑以及負載有第一和第二種物質的第二洗滌劑；及包括第一和第二塔，它們以流動技術方式與洗滌裝置相連接，從而可以為了分離出第一種物質使第二負載的洗滌劑減壓進入第一塔中，及隨后減壓進入第二塔中，及將第一負載的洗滌劑的第一部分輸送至第一塔，將第二部分輸送至第二塔，均用于再洗滌第二種物質，其在從第二負載的洗滌劑分離出第一種物質時轉入氣相中；及包括與第二塔的頂部以流動技術方式相連接的分離器，于其中可以使第一負載的洗滌劑的第二部分減壓以獲得第一種物質貧化的液相，其經由流動技術連接借助于重力送入第二塔中。

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，將分離器構造為可與第一和第二塔獨立地運行的裝置。

“分離器可與第一和第二塔獨立地運行”理解為，這兩個塔的運行狀態不影響分離器的功能。分離器特別是可以在無需從第一或第二塔輸送物質流的情況下及在不同于這兩個塔的工作壓力的壓力下按規定運行。

在分離器與第二塔之間設置流動技術連接，從而可以在運行條件下僅將在分離器中獲得的液相繼續引導至第二塔中，同時物質無法從第二塔溢流到分離器中。優選將該流動技術連接構造為簡單的管路。

此外，建議根據本發明的設備，分離器直接與第一塔的頂部連接，或者與管道連接，經由該管道可以從第一塔的頂部排出氣體餾份，從而可以將在分離器中以及在第一塔中產生的氣體餾份合并成為氣體流。

優選將分離器直接安裝在第二塔上，或者形成其上端。但是此外也可以直接布置在第一塔上或在第一塔的上端或在分離的平臺上。

分離器優選構造為具有豎直軸的圓柱形壓力容器，其具有布置在側面的用于送入減壓的第一洗滌劑的入口接管(Eintrittsstutzen)、設置在其上端的用于排出在分離器中產生的氣相的排出接管(Abzugsstutzen)以及另一個設置在其下端的用于將第一種物質貧化的液相繼續引導至第二塔中的排出接管。

下面應當按照在圖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所示為洗氣裝置的裁剪圖，于其中通過用甲醇進行洗滌分離包含氫、一氧化碳、二氧化碳以及含硫組分的合成粗煤氣，其中使用本發明的優選的實施方案使在此情況下產生的負載的甲醇再生。

具體實施方式

將待分離的合成粗煤氣經由管道1供應至構造為吸收塔的洗滌裝置A的下部區域。典型地在15與75巴之間的壓力下運行的洗滌裝置A具有下洗滌區段S1和上洗滌區段S2，它們通過塔板K1相互分離。將合成粗煤氣在洗滌裝置A中向上引導，在此情況下與以未負載的狀態經由管道2導入洗滌區段S2中的冷的甲醇強烈接觸，以洗出在合成粗煤氣1中所包含的二氧化碳。將已經預負載有二氧化碳的洗滌劑經由管道3和4以及節流裝置a繼續引導至洗滌區段S1中，其在此從合成粗煤氣1主要吸收含硫組分，然后經由管道5以負載有二氧化碳和含硫組分的狀態從洗滌裝置A的塔底空間導出。可以從洗滌裝置A的頂部作為產品排出主要由氫和一氧化碳組成的合成氣6。

將負載的甲醇流3和5經由節流裝置b和c減壓進入分離器D1和D2中，在此形成的主要由在洗氣時共吸收的氫和一氧化碳組成的氣相7和8經由管道9借助于壓縮機V送回合成粗煤氣1中。為了使溶解的二氧化碳釋放至氣相中，從分離器D2排出負載的甲醇10，經由節流裝置d減壓進入通常在2與5巴之間運行的生產塔M的中間部分。在減壓時同樣釋放的含硫組分用來自分離器D1的不含硫的、主要負載有二氧化碳的甲醇流12的一部分11進行再洗滌，其為此經由節流裝置e減壓送至生產塔M的頂部，從而可以從生產塔M排出基本上不含硫的二氧化碳流13。

在生產塔M的塔板K2中收集主要負載有含硫組分的、包含二氧化碳的甲醇，借助于泵P1經由管道14排出，經由節流裝置f減壓至大約1.5至2.5巴的壓力，進入富集塔E的上部。為了再洗滌在該減壓時所釋放的含硫組分，將不含硫的、主要負載有二氧化碳的甲醇流12的另一部分15經由節流裝置g減壓至不是明顯大于或者甚至等于或小于富集塔E的頂部處壓力的壓力，進入設置在富集塔E上方的分離器D3中。在減壓時形成的液相基本上不含二氧化碳，而氣相幾乎僅由二氧化碳組成。雖然壓力下降幅度小，液相由于高度差可以經由管道16引導至富集塔E的頂部，由此處開始向下引導，與含硫的、在逆流中引導的氣相強烈接觸，從而可以從富集塔E的頂部排出基本上不含硫的尾氣17，其隨后被丟棄。與此不同，將來自分離器D3的幾乎僅由二氧化碳組成的氣相18與來自生產塔M的不含硫的二氧化碳流13合并成為二氧化碳產品19，可以根據貸方憑證出售給消費者(未示出)。

借助于泵P2從富集塔E的塔板K3經由管道20排出富含含硫組分但是總是還包含二氧化碳的甲醇，并且在熱交換器E3和E4(E2和E3)中與再生的甲醇2和/或負載的甲醇3方向相反地加熱之后，導入生產塔M的塔底空間中。由于加熱從負載的甲醇20逸出的二氧化碳經由塔板K2向上上升，最后到達二氧化碳產品19中。此外負載有含硫組分和剩余二氧化碳的甲醇借助于泵P3經由管道21從生產塔M的塔底空間排出，經由節流裝置h減壓進入富集塔E的下部，在此借助于汽提氣體22驅出溶解的二氧化碳的另一部分，從而在富集塔E的塔底空間中收集含硫組分富集的甲醇，經由管道23送至熱再生過程(未示出)。