從氣體混合物中脫除酸性氣體的方法之改進(jìn)的制作方法

專利名稱:從氣體混合物中脫除酸性氣體的方法之改進(jìn)的制作方法
本發(fā)明論及從氣體混合物中脫除諸如二氧化碳和硫化氫之類的酸性氣體的一種改進(jìn)方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明可大大降低用于再生富堿性洗滌液所需的熱量消耗。堿性洗滌液則是用來(lái)從氣體混合物中脫除酸性氣體的。
涉及從各種原料氣體混合物中大批脫除酸性氣體(特別是二氧化碳和硫化氫)的氣體洗滌方法的工業(yè)價(jià)值正在穩(wěn)步增長(zhǎng)。隨著從燃料源(諸如天然氣、石油和煤)中得到的合成燃料和合成氣體需要量的增加，對(duì)從所生成的原料氣體混合物中有效地脫除酸性氣體的方法之需求也在不斷增長(zhǎng)。例如，當(dāng)從石腦油、燃料油或煤中制取合成甲烷時(shí)，起始物料經(jīng)過(guò)重整或部分氧化，得到一種含有20%至50%之多二氧化碳的原料氣體，如果使用的起始物料含有硫，則氣體中還含有少量H2S。與此類似，在重整天然氣以生產(chǎn)合成氨或氫化反應(yīng)所需的氫氣時(shí)，所得的原料氣體通常含有16%至20%的二氧化碳，在氨合成步驟之前，二氧化碳必須全部脫除。
從氣體混合物中脫除酸性氣體的一種典型系統(tǒng)，例如美國(guó)專利3823222號(hào)和4160810號(hào)中所描述的，其中設(shè)有一吸收器，含有酸性氣體成分的進(jìn)料氣體在高壓下在吸收器中被堿性洗滌液逆流洗滌。生成的含有被洗酸性氣體的富液進(jìn)入蒸汽氣提塔的蒸氣域時(shí)，第一次閃蒸掉一小部分所吸收的酸性氣體而得到再生，在氣提塔中，富液經(jīng)沸騰及蒸汽氣提后，再生成貧液，可用于循環(huán)返回吸收器。
在另一種方法中，例如象美國(guó)專利4537753號(hào)和4551158號(hào)中所描述的，去掉了前述方法中的蒸汽氣提塔，富液僅通過(guò)一級(jí)或多級(jí)閃蒸而得到再生。
在美國(guó)專利3622267號(hào)中，富洗滌液經(jīng)閃蒸后送入蒸汽氣提提塔。含有被脫除的酸性氣體及蒸汽的塔頂蒸氣流被引入閃蒸裝置并在該處用作輔助汽提介質(zhì)。
然而，開(kāi)發(fā)一種更為有效、更為經(jīng)濟(jì)的方法，用洗滌液脫除酸性氣體并接著將載有酸性氣體的洗液進(jìn)行再生的必要性依然存在。
本專利申請(qǐng)人業(yè)已發(fā)現(xiàn)一種從氣體混合物中脫除酸性氣體的改進(jìn)方法，該方法比現(xiàn)有技術(shù)更為有效，更為經(jīng)濟(jì)。更具體地說(shuō)，根據(jù)本項(xiàng)發(fā)明，用以再生洗滌液所需的外部熱量以及相應(yīng)的費(fèi)用，比現(xiàn)有技術(shù)的方法要顯著地降低。
總的說(shuō)來(lái)，在其最廣泛的意義上，本發(fā)明采用了如下方式將上述的現(xiàn)有技術(shù)的兩種再生方法(即蒸汽氣提系統(tǒng)和閃蒸系統(tǒng))相結(jié)合，即來(lái)自蒸汽氣提系統(tǒng)的低品位廢熱源被更為有效地利用以強(qiáng)化發(fā)生在閃蒸系統(tǒng)中的再生過(guò)程，在推薦的實(shí)施例中，還利用了迄今為止尚未被利用過(guò)的、來(lái)自吸收段的熱源以加熱被送入氣提系統(tǒng)的載有酸性氣體的(富)洗滌液，從而降低了該氣提系統(tǒng)所需的熱負(fù)荷。
更具體地說(shuō)，本項(xiàng)發(fā)明的改進(jìn)之處在于，取自吸收區(qū)的富液在再生區(qū)內(nèi)進(jìn)行再生，該再生區(qū)包括一個(gè)蒸汽氣提級(jí)和至少兩個(gè)閃蒸級(jí)，其中(a)富洗滌液的第一部分送入蒸汽氣提段進(jìn)行再生，生成循環(huán)用于吸收區(qū)的貧液和含有被脫除的酸性氣體和蒸汽的蒸氣流;
(b)富洗液的第二部分送往一閃蒸級(jí)，在其中富洗液被閃蒸以脫除酸性氣體和蒸汽，并生成不完全再生的洗液;
(c)不完全再生的洗液送往酸性氣體氣提級(jí)，在其中不完全再生的洗液與來(lái)自蒸汽氣提段的蒸氣流逆流接觸并被其氣提，以脫除不完全再生的洗液中的酸性氣體和蒸汽;以及(d)離開(kāi)蒸汽氣提段的貧液用于加熱閃蒸級(jí)中的不完全再生液，借此生成的蒸汽用于氣提不完全再生液中更多的酸性氣體。
在本發(fā)明推薦的實(shí)施例中，吸收區(qū)由兩個(gè)級(jí)構(gòu)成第一級(jí)和第二級(jí)。進(jìn)料氣加入第一級(jí)中，并在其中脫除掉大部分酸性氣體，一般說(shuō)來(lái)至少為總酸性氣體的50%至75%;進(jìn)料氣繼而通過(guò)第二級(jí)，并脫除掉其余的酸性氣體。在這個(gè)推薦的實(shí)施例中，用于第一級(jí)的洗液最好是經(jīng)閃蒸和逆流氣提而再生的，同時(shí)脫除的廢酸性氣體及蒸汽的混合物利用了離開(kāi)蒸汽氣提段的貧液的熱量以助于酸性氣體的脫除。用于第二級(jí)的洗液是經(jīng)減壓及繼而靠沸騰和蒸汽氣提而再生的。
利用來(lái)自再生區(qū)的蒸汽氣提部分的塔頂蒸氣流(內(nèi)含被脫除的酸性氣體和蒸汽)作為再生區(qū)的閃蒸部分的氣提介質(zhì)，并利用離開(kāi)蒸汽氣提段的貧液中的低品位熱能，在閃蒸段中以生成額外的蒸汽，它有助于在該閃蒸段中從富液中氣提酸性氣體，實(shí)現(xiàn)了如下諸多優(yōu)點(diǎn)1.本方法無(wú)需外部熱源去再次加熱閃蒸過(guò)的再生洗滌液。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，閃蒸時(shí)會(huì)引起溶液的溫度下降，為彌補(bǔ)汽化熱的熱損失，必須提供熱量將溶液再次加熱使其恢復(fù)到原來(lái)的吸收溫度。如果溶液不被再次加熱，酸性氣體就不能維持連續(xù)的進(jìn)一步閃蒸。
2.與徑直閃蒸的溶液相比，本方法產(chǎn)生的再生液中的酸性氣體濃度較低，這使得來(lái)自吸收區(qū)第一級(jí)的溶液中的二氧化碳的平衡背壓較低，因而該級(jí)中就可除去更多比例的二氧化碳，吸收區(qū)第一級(jí)中所脫除的二氧化碳在解吸時(shí)無(wú)需外部供熱。
3.本方法使單位循環(huán)吸收液中所吸收的酸性氣體增加，因而可減小循環(huán)量。
4.該溶液中的酸性氣體濃度較低還可允許(如果需要的話)吸收區(qū)第二級(jí)的富液加到第一級(jí)，以除去該級(jí)中更多的酸性氣體，此亦進(jìn)一步降低了溶液循環(huán)量。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，專利申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一中等閃蒸壓力下將富洗液在兩個(gè)或更多個(gè)級(jí)內(nèi)與被吸收的廢酸氣及蒸汽的混合物直接接觸閃蒸，還可進(jìn)一步降低本方法的外部輸入熱量。這樣，為了分兩步減少壓力，用廢酸氣及蒸汽的混合物進(jìn)行直接接觸加熱及氣提最好在第一閃蒸級(jí)后面進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，有可能(例如)使從氨合成氣中脫除二氧化碳的外部供熱要求降低至每脫除一磅分子二氧化碳僅需熱量15，000到20，000英熱單位的范圍內(nèi)，而沒(méi)有內(nèi)部熱量回收系統(tǒng)，該值為每脫除一磅分子二氧化碳需熱量45000到55000英熱單位的水平。
圖1為本發(fā)明的一種示意流程圖。在該流程中采用一級(jí)減壓，之后與廢酸氣及蒸汽的混合物進(jìn)行直接接觸加熱和氣提，并利用離開(kāi)蒸汽氣提段的貧液作為低品位熱源。
圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例的流程圖。在該流程中采用兩級(jí)減壓，在兩個(gè)閃蒸級(jí)之間與廢酸氣及蒸汽的混合物進(jìn)行直接接觸加熱和氣提，在第二閃蒸級(jí)中還利用了來(lái)自蒸汽氣提段的貧液之熱量。
本發(fā)明可適用于采用可再生的堿性洗滌水溶液的任何系統(tǒng)。堿性洗滌水溶液包括堿金屬碳酸鹽水溶液(特別是碳酸鉀)、乙醇胺或堿金屬磷酸鹽水溶液。尤其最好是碳酸鉀濃度為15%至45%(更好為20%-35%)重量百分?jǐn)?shù)的較濃的碳酸鉀溶液。碳酸鉀溶液最好加入以下添加劑進(jìn)行活化胺類，尤其是乙醇胺和空間位阻型胺;堿金屬硼酸鹽，例如硼酸鉀或硼酸鈉;砷的化合物，可為氧化砷或磷酸砷的任一種或二者兼有;氨基酸，例如甘氨酸。也可加入其他活化劑，只要其能在碳酸鉀溶液中加速酸性氣體的吸收與解吸速率即可。
定義堿性碳酸鹽溶液中二氧化碳的含量的一種方便的方法是采用術(shù)語(yǔ)“碳酸鹽的轉(zhuǎn)變份額”，符號(hào)記為Fc。Fc為堿性碳酸鹽轉(zhuǎn)變成碳酸氫鹽的份額。例如，貧液的Fc較低(約0.20至0.40)而富液的Fc則較高(約0.70至0.95)。一般說(shuō)來(lái)，富液的Fc的極限最大值為0.95，原因是Fc＝1.0意味著全部轉(zhuǎn)變成碳酸氫鹽，而這實(shí)際上是不可能的。
根據(jù)本發(fā)明，部分富洗滌液經(jīng)閃蒸后用廢酸氣及蒸汽的混合物進(jìn)行直接接觸加熱和氣提，并利用離開(kāi)蒸汽氣提段的貧液的熱量在閃蒸級(jí)或直接接觸級(jí)中形成蒸汽，以助于酸性氣體的脫除，業(yè)已發(fā)現(xiàn)Fc從最初的0.90下降到約0.60至0.65。與此相反，現(xiàn)有技術(shù)中富洗液僅僅經(jīng)過(guò)閃蒸，可以預(yù)見(jiàn)，初值為0.90的Fc經(jīng)閃蒸后其最終溶液的Fc值將約為0.70至0.75。與現(xiàn)有技術(shù)中將Fc值降低到普通的程度相比，本發(fā)明可將Fc值降低到更低的程度，這使得洗液的循環(huán)率在二氧化碳相同的脫除量下可減小約40%至50%。同樣地，用廢酸氣和蒸汽的混合物進(jìn)行直接接觸的步驟以及利用來(lái)自蒸汽氣提段的貧液之熱量所導(dǎo)致的低Fc值，可允許(如需要的話)在采用兩級(jí)的實(shí)施例中將吸收區(qū)的第二級(jí)的富液加到第一級(jí)去。這就減少了第一吸收級(jí)所需的洗液的相應(yīng)量。
在本發(fā)明所推薦的采用兩級(jí)吸收的實(shí)施例中，第一級(jí)所脫除的二氧化碳量約占全部脫除量的50%至75%。脫除量取決于二氧化碳的濃度和進(jìn)料氣的壓力。離開(kāi)吸收區(qū)第一級(jí)的氣體中二氧化碳的分壓范圍最好為25至60磅/平方英吋，但由于本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)，此處二氧化碳的分壓可為15至100磅/平方英吋。
當(dāng)需要在吸收區(qū)的第一級(jí)脫除大部分酸性氣體時(shí)，每一氣體的組成有一最佳限度。在吸收區(qū)第二級(jí)應(yīng)脫除足夠多的二氧化碳，以使離開(kāi)該第二級(jí)并在再生區(qū)之蒸汽氣提段進(jìn)行再生的足夠量的洗液所含的蒸汽及二氧化碳之混合物具有適宜的組成和數(shù)量，以用于本發(fā)明中的直接接觸步驟及在其中利用低品位熱能。特別是，在減壓之后，在直接接觸加熱和氣提來(lái)自吸收區(qū)第一級(jí)的富液時(shí)，離開(kāi)再生塔的蒸汽中必須具有足夠高的水蒸汽分壓和足夠低的二氧化碳分壓，且蒸汽的量必須足夠，以使在直接逆流接觸中加熱及氣提閃蒸后的溶液。
采用二級(jí)或多級(jí)形式對(duì)富液閃蒸，其中包括在第一級(jí)減壓閃蒸后用來(lái)自氣提級(jí)的塔頂餾出物(酸性氣體及水蒸汽的混合物)進(jìn)行直接接觸加熱和氣提，一般可給出優(yōu)于僅采用一級(jí)閃蒸，其后進(jìn)行直接接觸步驟所給出的結(jié)果。這是因?yàn)樘幱谥虚g閃蒸壓力下的Fc和溶液溫度高于最后一級(jí)閃蒸減壓步驟的Fc和溶液溫度。因此，二氧化碳的平衡蒸汽壓較高，而且通過(guò)與酸性氣體及蒸汽的混合物的接觸，可以氣提出更多的二氧化碳。再有，在下一個(gè)閃蒸級(jí)之前以直接接觸步驟對(duì)溶液預(yù)熱，可使更多的二氧化碳進(jìn)一步閃蒸出來(lái)，可以使用多于兩個(gè)閃蒸級(jí)，但直接接觸步驟需采用最合適的中間壓力。在下文中，靠閃蒸和用廢酸氣及蒸汽混合物進(jìn)行直接加熱和氣提，并利用來(lái)自蒸汽氣提級(jí)的貧液的低品位熱量，而得到再生的那部分洗滌液將被稱之為“壓力操縱(swing)溶液”。
來(lái)自再生區(qū)蒸汽氣提段的貧液所帶有的低品位熱量，可用于閃蒸級(jí)中以生成額外蒸汽，供在該閃蒸級(jí)中氣提酸性氣體之用，和/或用于酸性氣體氣提級(jí)(本文稱之為“直接接觸器”)，在該級(jí)中來(lái)自蒸汽氣提段的廢酸性氣體與蒸汽的混合物與富液直接接觸，在蒸氣氣提段中亦可生成用于酸性氣體氣提級(jí)的蒸汽，以助于從富液中氣提酸性氣體。更進(jìn)一步，取自蒸汽氣提段貧液的低品位熱能還可被用于加熱來(lái)自再生區(qū)閃蒸段的溫度較低的貧液，此后貧液再循環(huán)返回吸收塔。
本項(xiàng)發(fā)明可用下述實(shí)例清楚地?cái)⑹龊驼f(shuō)明。實(shí)例中的進(jìn)料氣均為氨合成氣，其產(chǎn)量為每天1000公噸合成氨。氣流速率約為15000磅分子/小時(shí)的干氣，該氣體在送入吸收區(qū)時(shí)壓力為410磅/吋2(絕對(duì)壓強(qiáng))，溫度為200°F。該氣體含有2700磅分子/小時(shí)的二氧化碳(18%克分子百分?jǐn)?shù))，且為水飽和。
實(shí)例中所用的吸收區(qū)都分為兩級(jí)，由一個(gè)吸收塔所組成，該塔下部為第一級(jí)，上部為第二級(jí)，上部吸收器可具有單一進(jìn)料口供再生后的洗滌液進(jìn)入，也可象實(shí)例中所使用的，將進(jìn)料洗液分成兩股加入。在兩個(gè)實(shí)例中，離開(kāi)下部吸收器的進(jìn)料氣的二氧化碳濃度都在8.0%(克分子)左右，這樣，在下部吸收器中每小時(shí)可脫除1650磅分子左右的二氧化碳。余下的二氧化碳在上部吸收器中脫除，使尾氣中殘存的二氧化碳濃度僅為0.1%(克分子)。上部吸收器所脫除的二氧化碳量約為每小時(shí)1040磅分子。
實(shí)例一參見(jiàn)圖1，進(jìn)料氣在200°F和410磅/吋2(絕對(duì)壓強(qiáng))下經(jīng)管線1送入下吸收器2。與其形成逆流的、來(lái)自管線24的壓力操縱溶液和來(lái)自上吸收器3的經(jīng)部分冷卻的富液匯合成熱的堿性碳酸鹽溶液流，在下吸收器2的頂部送入。該匯合液流中壓力操縱溶液占72%(重量)左右，其余為部分冷卻的富液。上吸收器3中的溶液經(jīng)管線26排出，流經(jīng)熱交換器28后進(jìn)入管線29，并在管線25處與壓力操縱溶液匯合。整個(gè)吸收塔內(nèi)裝有常規(guī)的填料或塔盤(pán)。
下吸收器2內(nèi)的經(jīng)不完全洗滌的氣體通過(guò)泡罩塔盤(pán)2A進(jìn)入上吸收器3。熱的富洗液自吸收器2排出，經(jīng)管線4和減壓閥5進(jìn)入閃蒸室6，在其內(nèi)二氧化碳和蒸汽被閃蒸出來(lái)。少量的水流可經(jīng)過(guò)管線6A送入該閃蒸室以減少溶液的夾帶。閃蒸前后的富液的特性示于后文的表1中。
經(jīng)管線7流出閃蒸室6的溶液被分成兩段。其中少部分但又足夠用于脫除上吸收器3中二氧化碳預(yù)期量的溶液(約為28%(重量))流經(jīng)管線8，被泵9加壓后經(jīng)管線10流入溶液/溶液熱交換器28。在某種變型中(圖中未示出)泵9可以取消，此時(shí)是將液流4分成兩股，一股直接進(jìn)入再生器31，另一股送入閃蒸室6。在本實(shí)施例中，吸收器中的壓力足以驅(qū)使溶液流送往再生器，因而無(wú)需設(shè)泵。
上述溶液的大部分流經(jīng)管線12進(jìn)入直接接觸器13，以被來(lái)自再生器31的、流經(jīng)管線19的塔頂餾出汽流進(jìn)行逆流加熱和氣提。直接接觸器13被熱交換器52所加熱，該熱交換器的熱源為流經(jīng)管線50的、來(lái)自再生器31的貧液。再生器31在足夠高的頂壓下操作，該壓力恰好容許塔頂餾出汽流經(jīng)直接接觸器13、管線14、止回閥15，到達(dá)酸性氣體冷卻器17。酸性氣體由管線18排放。離開(kāi)直接接觸器13的溶液之特性示于后文表1中的第三列。在直接接觸器中，F(xiàn)c的值從0.698下降到0.67，溶液從194°F加熱到198°F。在該溫度下，溶液可保持在與離開(kāi)下吸收器2的富液的相同排出條件。
應(yīng)當(dāng)指出，在吸收器的各段中所回收的二氧化碳的量，以及在各段中循環(huán)的溶液量最好保持在某一水平，使來(lái)自再生器的塔頂餾出汽流能提供足夠的量以及適宜的水蒸汽及二氧化碳的分壓，從而能夠在直接接觸器中加熱和氣提來(lái)自后面閃蒸液中的二氧化碳。進(jìn)入直接接觸器的水蒸汽的分壓應(yīng)當(dāng)足夠高，以使得即使有部分水蒸汽冷凝后(冷凝放的熱用于加熱溶液和使碳酸氫鹽吸熱分解)從氣相到溶液間仍然保持正的推動(dòng)力。同時(shí)，整個(gè)接觸器內(nèi)的二氧化碳分壓必須足夠低，以保持一推動(dòng)力將二氧化碳從溶液向氣相實(shí)現(xiàn)氣提。在直接接觸器中氣提出的二氧化碳與進(jìn)料蒸氣中原有的二氧化碳加合，使得蒸氣中二氧化碳的分壓上升。對(duì)水蒸汽和二氧化碳二者來(lái)說(shuō)，為使直接接觸器內(nèi)保持一定量的氣提和加熱，其極端條件是由以下項(xiàng)目所限定的進(jìn)入直接接觸器的塔頂餾出汽流中的二氧化碳和水蒸汽的組成和數(shù)量;與該塔餾出汽流相接觸的閃蒸過(guò)的富液的Fc值和溫度。一般說(shuō)來(lái)，送入吸收塔上段的再生液的量占該塔上下兩段總?cè)芤杭尤肓康?0%至40%。在本實(shí)例中，送入上吸收段3的量約為30%。
來(lái)自直接接觸器13的溶液流經(jīng)管線20后送入泵21，以使經(jīng)管線22返回下吸收段2。此溶液流過(guò)換熱器23(該換熱器用于升高溶液的溫度)之后經(jīng)管線24與流經(jīng)管線29的、來(lái)自上吸收段3的富液相匯合。換熱器23的熱源為來(lái)自再生器31、流經(jīng)管線39的貧液所載有的低品位熱。可以看到，出自直接接觸器13的塔頂餾出汽流流經(jīng)管線14、止回閥15后與該流經(jīng)管線11的、來(lái)自閃蒸室6的閃蒸氣相匯合。匯合后的蒸汽流經(jīng)管線16進(jìn)入酸性氣體冷卻器17，后經(jīng)管線18排出。
出自室6的少部分溶液在熱交換器28中加熱后流經(jīng)管線30，再進(jìn)入再生器31以進(jìn)行沸騰和氣提。在再沸器32中溶液被外部熱源(最好是熱的合成進(jìn)料氣)加熱至沸騰，生成蒸汽。熱量還通過(guò)蒸汽噴射泵36加入，它可升高處于壓力低于再生器31的閃蒸罐34中閃蒸貧液而生成的蒸汽的壓強(qiáng)。蒸汽經(jīng)管線35進(jìn)入噴射泵。此項(xiàng)動(dòng)力蒸汽可在一冷凝液再沸器中產(chǎn)生。再沸器的熱源可為美國(guó)專利第3823222號(hào)和4160810中所敘述的合成氣。從其他外部來(lái)源的水蒸汽亦可使用。
離開(kāi)閃蒸罐34的貧液經(jīng)管線37被泵38經(jīng)管線39壓送到熱交換器23，在該處其中部分熱量用于加熱較冷的壓力操縱溶液，此后該壓力操縱溶液循環(huán)送往吸收器。泵38還泵壓一部分貧液到位于直接接觸器13內(nèi)部的熱交換器52之中，這一部分貧液然后經(jīng)由管線54與其余的貧液在管線40中匯合。匯合的貧液再經(jīng)管線40進(jìn)入吸收塔的上段3。一部分貧液經(jīng)管線41到冷卻器42，此后再經(jīng)管線43進(jìn)入塔的頂部。大部分未經(jīng)冷卻的貧液(約75%)經(jīng)管線44進(jìn)入吸收段3的中間位置。凈化的氣體經(jīng)管線45離開(kāi)吸收器上段3，其中含0.10%(克分子)或更少的二氧化碳。
富液經(jīng)管線26和液位控制閥27，從上吸收段3取出，送往換熱器28，再經(jīng)管線29離開(kāi)換熱器去與壓力操縱溶液匯合。匯合后的液流經(jīng)管線25送入下吸收段2。
在本實(shí)例中實(shí)施本方法所需的外部?jī)魺崃?再沸器32的供熱和噴射泵36的蒸汽熱量之和)約為每磅分子二氧化碳20300英熱單位。對(duì)于一個(gè)采用閃蒸技術(shù)而沒(méi)有本項(xiàng)發(fā)明的直接接觸步驟的再生方法而言，雖然對(duì)再生器采用完全相同的內(nèi)部熱回收(采用處于同樣條件下的閃蒸罐34和噴射泵36)，其所需的外部?jī)魺崃考s為每磅分子二氧化碳31000英熱單位。
實(shí)例二圖2示出了將來(lái)自吸收器下段的富液進(jìn)行兩級(jí)減壓的實(shí)例。更多級(jí)的減壓也可采用。
供料氣經(jīng)管線1進(jìn)入下吸收段2，并被由管線30所送入的匯合溶液所清洗。該溶液的一小半(25%至35%)為來(lái)自上吸收段3的經(jīng)過(guò)部分冷卻的富液(本實(shí)例中為30%)，其余溶液則來(lái)自壓力操縱區(qū)。已部分凈化的氣體通過(guò)塔盤(pán)2A向上流入吸收器之上段，以進(jìn)行完全凈化。富液從下吸收器流出，經(jīng)管線4和減壓閥5送入閃蒸室6，在該處其壓力降至22.7磅/吋2(絕對(duì)壓強(qiáng))。水可經(jīng)管線6A加入該室。閃蒸氣自室6頂部經(jīng)管線11和壓力調(diào)節(jié)閥12逸出。溶液經(jīng)管線7自室6流出，其中足夠供上吸收器3所用的一部分溶液經(jīng)管線8分流出來(lái)。這部分溶液經(jīng)泵9加壓再經(jīng)管線10送往溶液/溶液熱交換器33。此處的溶液之特性示于后文表1中的第四列。
大部分溶液經(jīng)管線7流出室6后，由管線8A分流到直接接觸器13。該溶液被一蒸汽和二氧化碳之混合物加熱及氣提，該混合物的大半(本例中為69%)是來(lái)自再生器35的塔頂餾出物，其余為來(lái)自最后一級(jí)閃蒸的頂部餾出物。該餾出物在容器22中被氣提出來(lái)，再經(jīng)壓縮后于管線19A與再生器塔頂餾出物匯合進(jìn)入接觸器。頂部餾出汽由管線14自容器13中逸出，流經(jīng)止回閥15后與來(lái)自閃蒸室6的閃蒸汽相匯合。匯合后的酸性氣體流經(jīng)管線16到冷卻器17，再經(jīng)管線18后進(jìn)行回收或放空。
直接接觸器13中的溶液，業(yè)已從進(jìn)料狀態(tài)經(jīng)過(guò)加熱和氣提后從管線20排出。在本實(shí)例中，溶液在接觸器13中從203°F加熱到206°F，F(xiàn)c從0.757降低到0.73。該溶液流經(jīng)減壓閥21進(jìn)入操作壓力為15磅/吋2(絕對(duì)壓強(qiáng))的最后一級(jí)閃蒸器22。熱量經(jīng)換熱器42而加入。該熱量是借將送往上吸收段的貧液進(jìn)行冷卻而提供的。對(duì)溶液的加熱形成了蒸汽，該蒸汽本身又有助于靠與所生成的蒸汽同時(shí)發(fā)生的氣提，而從洗液脫除更多的酸性氣體。蒸汽和二氧化碳經(jīng)管線23從容器22頂部逸出，后被壓縮機(jī)24升壓到與再生器的塔頂餾出汽相同的壓力(本例中為大約22.7磅/吋2(絕對(duì)壓強(qiáng)))。壓縮后的蒸汽經(jīng)由管線25與在管線19中流動(dòng)的再生器塔頂餾出汽相匯合，再進(jìn)入直接接觸器13之底部。
處于最終條件下的壓力操縱溶液(見(jiàn)后文表1中的最后一列)的Fc為0.648，溫度為199°F。該溶液經(jīng)管線26由容器22中排出，再經(jīng)管線27送入泵28，以通過(guò)管線29和30返回下吸收段2。補(bǔ)充水可由管線22A加入。
中間閃蒸室6中的一小部分溶液，經(jīng)管線10送往熱交換器33并在該處被加熱，然后經(jīng)管線33A送入再生器35。該溶液被再沸器36所產(chǎn)生的蒸汽所氣提。再沸器由熱的合成氣或其他熱源外部供熱。貧液經(jīng)完全再生后(Fc為0.33)供最后的凈化用。該貧液經(jīng)管線37從再生器35中流出并在閃蒸罐38中減壓，以閃蒸出低壓蒸汽。該蒸汽又經(jīng)管線39A被噴射泵39返回到再生器35，以減少外部供熱量。動(dòng)力蒸汽經(jīng)管線40送入噴射泵內(nèi)。
貧液經(jīng)管線41自閃蒸罐38中排出，送往熱交換器42以向第二閃蒸級(jí)供熱。然后流經(jīng)管線43到泵44和管線45。貧液然后再分流出一小部分，經(jīng)管線46和冷卻器47由管線48進(jìn)入上吸收段3的頂部。貧液的大部分則不經(jīng)冷卻徑直由管線49加入吸收段3的較低入口。富液在吸收段3的底部經(jīng)管線31自泡罩塔盤(pán)2A中采出，經(jīng)由液位調(diào)節(jié)閥32進(jìn)入換熱器33，并在該處稍許冷卻。最后，其經(jīng)過(guò)管線34之后與壓力操縱溶液相匯合，再經(jīng)管線30送入下吸收段2的入口。
再生器35的操作頂壓稍高于中間富液閃蒸的壓力(22.7磅/吋2(絕對(duì)壓強(qiáng)))，以使得塔頂汽體可通過(guò)直接接觸器13和氣體冷卻器17。本實(shí)例所需的外部供熱量(再沸器熱量加上動(dòng)力蒸汽)對(duì)于與實(shí)例1相同的1000公噸/天合成氨廠來(lái)說(shuō)，約為17000英熱單位/磅分子二氧化碳。
基于上述兩個(gè)實(shí)例，減壓閃蒸的比較示于如下表1中
在壓力操縱區(qū)可得到Fc＝0.90的富液，原因是下吸收段的操作溫度相對(duì)較低，即，約為198°F到213°F。在不帶有壓力操縱溶液的常規(guī)吸收器的操作中，富液的Fc值一般不會(huì)大于0.80到0.83，原因是其吸收器的下部溫度較高。該溫度在常規(guī)技術(shù)中比本項(xiàng)發(fā)明中的溫度高出約20°F至50°F，即，大約為230°F至260°F，由于溫度較高，溶液的二氧化碳平衡分壓接近于低轉(zhuǎn)化率(Fc)的進(jìn)料氣體。
在本發(fā)明的方法中，可以采用兩種完全不同的堿性洗液。一種洗液可在上吸收段和蒸汽氣提塔之間循環(huán)，另一種洗液則在下吸收段和閃蒸、直接接觸再生系統(tǒng)之間循環(huán)。
權(quán)利要求
1.用堿性洗滌液從進(jìn)料氣中脫除酸性氣體的一種循環(huán)方法，該洗滌液在一吸收區(qū)和一再生區(qū)之間連續(xù)循環(huán)，在吸收區(qū)上述酸性氣體被上述洗液所吸收形成富液；在再生區(qū)上述酸性氣體從上述富液中解吸出來(lái)形成貧液，改進(jìn)之處包括將富液在一再生區(qū)中進(jìn)行再生，該再生區(qū)包括(1)一蒸汽氣提段，(2)帶有至少一個(gè)閃蒸級(jí)和一酸性氣體氣提級(jí)的閃蒸段，其中(a)富液的第一部分送往蒸汽氣提段以進(jìn)行再生，并生成貧液和含有被脫除的酸性氣體和蒸汽的蒸汽流，貧液循環(huán)返回吸收區(qū)；(b)富液的第二部分送往一閃蒸級(jí)，在該級(jí)中富液被閃蒸以脫除酸性氣體和蒸汽，并生成不完全再生溶液；(c)上述不完全再生的溶液送往酸性氣體氣提級(jí)，在該級(jí)中不完全再生溶液與來(lái)自蒸汽氣提段的蒸汽流逆流接觸并被其氣提，以行該不完全再生的溶液中脫除酸性氣體及蒸汽；(d)離開(kāi)蒸汽氣提段的貧液被用來(lái)在閃蒸段中加熱不完全再生的溶液，從而生成蒸汽以從不完全再生溶液中氣提出更多的酸性氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中富洗液的第一部分在進(jìn)入蒸汽氣提段之前進(jìn)行閃蒸。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的方法，其中富洗液的第一部分在閃蒸級(jí)中閃蒸，在該級(jí)中富洗液的第二部分也被閃蒸。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中進(jìn)料氣為熱的含蒸汽的氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的方法，其中富洗液的第一部分在蒸汽氣提段中被熱的含蒸汽的進(jìn)料氣進(jìn)行間接加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中離開(kāi)蒸汽氣提段的貧洗液，要在循環(huán)返回吸收區(qū)之前進(jìn)行閃蒸，以脫除低壓蒸汽，該蒸汽則循環(huán)返回蒸汽氣提段。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中吸收區(qū)由兩級(jí)組成，進(jìn)料氣送入第一級(jí)，并在該級(jí)中脫除掉大部分酸性氣體，此后進(jìn)料氣再進(jìn)入第二級(jí)，并在該級(jí)中脫除更多的酸性氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，其中在蒸汽氣提段再生的貧液循環(huán)回到吸收區(qū)的第二級(jí)，而在閃蒸段再生的貧液則循環(huán)到吸收區(qū)的第一級(jí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，其中吸收區(qū)第二級(jí)的部分富液被引入吸收區(qū)的第一級(jí)作為洗液用。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的方法，其中吸收區(qū)第二級(jí)的部分富液在作為洗液引入吸收區(qū)的第一級(jí)時(shí)，先用于間接加熱富洗液的第一部分，該第一部分富洗液予先已經(jīng)閃蒸而脫除了酸性氣體，正被送入蒸汽氣提段。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，其中富洗液的第一部分是從吸收區(qū)的第二級(jí)采出的，而富洗液的第二部分是從吸收區(qū)的第一級(jí)采出的，這兩部分是不同的堿性洗液。
12.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，其中離開(kāi)蒸汽氣提段的貧液在吸收區(qū)的第二級(jí)中用作洗滌液，而離開(kāi)閃蒸段的貧液則在吸收區(qū)的第一級(jí)中用作洗滌液。
13.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，其中吸收區(qū)第一級(jí)的溫度處于大約從198°F到213°F的范圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中部分再生溶液通過(guò)酸性氣體氣提級(jí)后，再通過(guò)一個(gè)或更多的附加閃蒸級(jí)，從這些附加閃蒸級(jí)閃蒸出來(lái)的酸性氣體和蒸汽作為氣提介質(zhì)又引回到酸性氣體氣提級(jí)中。
專利摘要
本發(fā)明的目的在于提出一種用于從氣體混合物中脫除酸性氣體的改進(jìn)方法，該方法能顯著地降低再生富堿性洗液所需的熱量消耗。堿性洗液是用來(lái)從氣體混合物中脫除酸性氣體的。本方法包括將一部分洗液送往蒸汽氣提段進(jìn)行再生；將另一部分洗液送往閃蒸段進(jìn)行再生；蒸汽氣提段的塔頂餾出蒸汽用來(lái)加熱并氣提閃蒸段中的洗液；蒸汽氣提段所采出的再生洗液所載的熱量，用來(lái)幫助閃蒸段中的洗液進(jìn)行再生。
文檔編號(hào)B01D53/14GK87105896SQ87105896
公開(kāi)日1988年5月4日 申請(qǐng)日期1987年7月31日
發(fā)明者巴德拉·圣·格羅弗 申請(qǐng)人:聯(lián)合碳化公司