气体纯化设备和气体纯化方法技术

本发明专利技术意在提供具有出色热效率并能够以高分解速度分解COS的气体纯化设备和气体纯化方法。配置为纯化至少包含COS、H2O、CO2和H2S的气体的气体纯化设备包括：设置有COS转化催化剂并且配置为通过水解来处理和分解在气体中的COS的COS处理装置；和配置为调节待引入到COS处理装置中的气体中的H2O的浓度的H2O调节工具。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体纯化设备和气体纯化方法专利技术背景
本专利技术涉及能够通过调节原料气体中H2O的浓度来促进COS分解处理的气体纯化设备和气体纯化方法。
技术介绍
作为对于近年出现的能量问题的最终解决方案之一，煤的有效利用已经引起了巨大关注。为了将煤转化为具有高附加值的能量介质如甲醇和氨，使用了先进的技术，如用于将煤气化的技术和用于将通过将煤气化所得的气体纯化的技术。在煤中通常含有硫，并且当将煤气化时，气体包含硫化合物如氧硫化碳(COS)和硫化氢(H2S)。如果在不除去这样的硫化合物的情况下燃烧此气化的气体，燃烧的化合物将作为可以导致酸雨和环境破坏的硫的氧化物排出至大气中。尽管其中通过使用胺系水溶液除去H2S的湿法气体纯化工艺已经作为用于除去这种硫化合物的方法得到商业化，但通过使用胺系水溶液不能除去COS。为了解决此问题，已经提出了催化反应工艺，其中，通过由以下式(2)表示的水解反应工艺将COS分解并转化成能够通过使用胺系水溶液除去的H2S(例如，专利文献1)。[式1]COS+H2O→H2S+CO2(2)因为COS分解反应是水解的，所以如果在原料气体中H2O的浓度高，COS能够以较高的分解速率分解。例如，在专利文献2中讨论的气体纯化设备中，经由水洗塔将从气化炉排出的气化的气体引入COS转化器中，以分解COS，并随后将其进料至吸收塔以从中除去H2S。在水洗塔中，将气化的气体中的杂质回收，并且在气化的气体中的H2O的浓度增加，并且因此，容易将COS在COS转化器中分解。然而，须将在气化炉中加热的气化的气体冷却以在水洗塔中水洗，随后将冷却过的气化的气体再次加热至适合于COS分解的温度。如上所述，因为在气体纯化设备中重复进行加热和冷却气化的气体的过程，所以设施结构可能是复杂的，并且该过程的结构的热效率也可能是低的。另一方面，例如，在专利文献3中描述的气体纯化设备具有这样的设备结构：其中将从气化炉排出的气化的气体引入用于COS分解的COS处理装置中，并随后将其进料至水洗塔。将已经在气化炉中加热的气化的气体通过热交换器冷却至适合用于COS分解的的温度，并且在已经分解COS以后，将气体进一步冷却至适于用水洗涤的温度。如上所述，该气体纯化设备没有重复加热和冷却气化的气体，这实现了具有出色热效率的工艺结构。然而，因为在没有调节H2O的浓度的情况下将从气化炉排出的气化的气体引入至COS处理装置，在气化的气体中的H2O的浓度取决于气化炉的气化条件。因此，难以总是以高分解速率分解COS。引用清单专利文献专利文献1：JP4594886B1专利文献2：JP3688922B1专利文献3：JP4467872B1专利技术概述技术问题为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供具有出色热效率的、能够以高分解速率分解COS的气体纯化设备和气体纯化方法。解决问题的手段为了解决上述问题，专利技术人进行了多种研究，以在不降低热效率的情况下提高COS分解速率。专利技术人因此发现，通过在COS的水解分解前调解H2O的浓度，可以在不降低热效率的情况下以高分解速率分解COS，并且基于此发现，完成了本专利技术。换言之，在根据本专利技术的第一实施方案中，气体纯化设备配置为纯化至少包含COS、H2O、CO2和H2S的气体，所述气体纯化设备至少设置有：COS处理装置，所述COS处理装置包括COS转化催化剂并且配置为通过水解来分解在所述气体中的COS；和H2O调节工具，所述H2O调节工具配置为调节待引入所述COS处理装置中的所述气体中的H2O的浓度。在本专利技术的第二实施方案中，用于纯化至少包含COS、H2O、CO2和H2S的气体的气体纯化方法，所述气体纯化方法包括调节所述气体中的H2O的浓度的H2O调节步骤，以及通过使用COS转化催化剂由水解来分解H2O的浓度已经调节过的所述气体中的COS的COS处理步骤。专利技术的有益效果根据本专利技术，可以在不降低热效率的情况下以高分解速率分解COS。附图简述图1是气体纯化工艺的概略图。图2是在图1所示的气体纯化工艺上附加包括水洗塔等的气体纯化工艺的概略图。图3是不同于图1和2中所示的那些实施方案的一个实施方案的气体纯化工艺的概略图。图4是不同于图1至3中所示的那些实施方案的一个实施方案的气体纯化工艺的概略图。图5是包括在图1至4中所示的全部H2O调节工具的一个实施方案的气体纯化工艺的概略图。图6是图示了本专利技术的气体纯化设备的一个实例的图。实施方案描述以下将详细描述本专利技术的一般实施方案。首先，本专利技术的气体纯化设备是配置为纯化至少包含COS、H2O、CO2和H2S的气体的气体纯化设备。包含这样的化合物的气体的实例包括通过将煤、油、生物质等气化所获得的气体。可通过本专利技术纯化的气体可以还包括除了上述化合物之外的CO、N2、HCl、O2等。本专利技术的气体纯化设备至少包括COS处理装置和H2O调节工具。COS处理装置是这样一种装置：包含COS转化催化剂，并且配置为通过水解来处理和分解在待纯化气体中的COS。对于COS处理装置来说，可以使用下列装置：其中已经将COS转化催化剂装载在反应器内的装置，其中已经将除O2催化剂和COS转化催化剂的组合装载在反应器内的装置，和已经将也包括除O2功能的COS转化催化剂装载在反应器内的装置。对于COS转化催化剂来说，一般可以使用包括二氧化钛、铬和氧化铝在内的催化剂。根据本专利技术的气体纯化设备的H2O调节工具是这样的工具：其配置为调节待引入COS处理装置中的气体中的H2O的浓度。通过在使用COS转化催化剂将COS水解分解之前调节待纯化的气体中的H2O的浓度，可以以高分解速率分解COS。优选的是，根据本专利技术的气体纯化设备的H2O调节工具是这样的工具：其配置为调节H2O浓度以使得由下式(1)表示的压力平衡常数KP为1≤KP≤20，其中PCOS是在所述气体中COS的分压，PH2O是在所述气体中H2O的分压，PCO2是在所述气体中CO2的分压，且PH2S是在所述气体中H2S的分压。[式2]KP＝(PH2S×PCO2)/(PCOS×PH2O)(1)COS水解反应是可逆反应，且如果KP为20以下，COS的水解容易进行，并且因此，可以以高分解速率分解COS。如果KP为10以下，COS可以更快地分解。甚至当KP为1那么小时，仍可以以出色的方式分解COS；然而，在平衡方面，低于1的KP范围对COS的水解是不利的，并且因此，在此KP范围内，COS的水解难以进行。理论上，不仅可以通过调节H2O的分压，也可以通过调节COS、CO2和H2S的分压，改变压力平衡常数。然而，取决于被气化的原料和基于气化条件等，COS、CO2和H2S的比率是固定的。因此，为了改变这些化合物的比率，应当例如使用其中单独将COS、CO2或H2S与气化的气体混合的方法。然而，因为COS和H2S是要回收的化合物，增加它们的量不是优选的。此外，考虑到购买CO2的成本，并且因为变得必需单独安装附加设施，仅为了调节压力平衡常数而将CO2与气体混合是低效的。在COS、H2O、CO2和H2S中，H2O的量可以例如通过改变用于干燥原料如煤的条件或者通过将H2O与气化的气体混合而容易地调节。因此，在本专利技术中，调节H2O是最有效的用于改变压力平衡常数的手段。本专利技术的气体纯化设备还可以包括至少一个水洗装置和至少一个废水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配置为纯化至少包含COS、H2O、CO2和H2S的气体的气体纯化设备，所述设备至少包括：COS处理装置，所述COS处理装置设置有COS转化催化剂并且配置为通过水解来处理和分解在所述气体中的COS；和H2O调节工具，所述H2O调节工具配置为调节待引入到所述COS处理装置中的所述气体中的H2O的浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.05 JP 2013-0427951.一种用于纯化至少包含COS、H2O、CO2和H2S的气体的气体纯化方法，所述方法至少包括：调节在所述气体中的H2O的浓度的H2O调节步骤；通过使用COS转化催化剂由水解来分解H2O的浓度已经调节过的所述气体中的COS的COS处理步骤；通过从煤移除水分而将煤干燥的煤干燥步骤；以及将所述干燥的煤气化的气化步骤，其中所述H2O调节步骤是调节在所述煤干燥步骤中的所述煤中的水分含量的步骤，其中所述H2O调节步骤是调节H2O的浓度以使得由下式(1)表示的压力平衡常数KP为1≤KP≤20的步骤：[式1]...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤雄大，中村健太郎，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP