用于从气体流中除去酸性气体的集成系统和方法技术方案

酸性气体化合物通过以下从工艺气体比如例如合成气或天然气中除去：使进料气体流动到脱硫单元中，以从进料气体中除去大部分硫化合物；以及使产生的脱硫气体流动到CO2除去单元中，以从脱硫气体中除去大部分CO2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从气体流中除去酸性气体的集成系统和方法相关申请本申请要求2014年10月24日提交的名称为“INTEGRATEDSYSTEMANDMETHODFORREMOVINGACIDGASFROMAGASSTREAM”的美国临时专利申请序号为62/068,333的权益，该临时专利申请的内容通过引用以其整体并入本文。
本专利技术总体上涉及处理或纯化气体流，特别地从气体流中除去酸性气体例如硫化合物和二氧化碳。背景气体加工和清理是化学工业中重要的操作。若干工业工艺利用需要被清洁的气体和在其使用之前所除去的各种污染物(例如H2S、SO2、COS、HCl、NH3等等)。除了污染物的除去之外，气体组成还可能需要被调整以满足H2含量、CO含量和/或CO2含量的工艺要求。被大量用于生产化学品和动力(power)的工艺气体(processgas)中的一种是合成气体(synthesisgas)或“合成气(syngas)”。合成气由有机原料(煤、石油焦(petcoke)、生物质、油)的部分燃烧产生，并且主要由CO和H2组成。取决于起始原材料，合成气常常包含污染物(包括H2S、COS)。合成气中的H2S和COS可以使在下游工艺中使用的催化剂失活，并且需要被除去至非常低的水平。在发电的情况下，硫物质可以在燃烧期间氧化并且产生被环境保护局(EPA)管制以减少酸雨的SO2。如本领域技术人员所理解的，其它工艺气体同样地常常需要清理，一个另外的实例是天然气。已经开发了若干技术以满足此需求。大部分技术使用基于溶剂的方法，其中需要被除去的气体物质在环境温度或亚环境温度(sub-ambienttemperature)下在压力下被吸收在溶剂中，并且溶剂稍后通过使溶剂闪蒸(flash)(降低压力)或通过使用热能(加热溶剂)来再生。这些工艺的实例包括DowChemicals(UOP许可的)的工艺，其使用TheLindeGroup和LurgiAG的聚乙二醇的二甲基醚(DEPG)(其使用甲醇作为溶剂)、胺(例如，MDEA、MEA、DEA等等)以及BASFCorporation、ShellCorporation和UOP的活化MDEA的混合物。这些基于溶剂的除去工艺通常被称为酸性气体除去(AGR)工艺(acidgasremovalprocess)。H2S、COS和CO2在不同程度上在不同溶剂中是可溶性的，并且基于溶剂的工艺是相当复杂的并且被设计成将H2S和COS分离成单独的流。H2S/COS流在下游进一步被使用，用于硫回收或硫酸的产生。CO2流可以被用于提高采收率(enhancedoilrecovery)(EOR)或被储存在地质含水层(geologicalaquifer)中，或可以被用于产生增值产品例如海藻，以及其他用途。合成气的化学应用，例如甲醇转化成燃料或费-托转化(Fischer-Tropschconversion)成燃料，通常需要合成气中的硫水平是非常低的，例如小于100ppbv。对于大部分AGR工艺，这种超低硫要求难以实现。将合意的是，能够以将优化硫化合物和CO2两者的除去的方式，使除去硫化合物的工艺与除去CO2的工艺分离，借此硫化合物可以在工艺气体中被降低到较低的水平，并且相比于从单独地进行常规AGR工艺中的任一种将是可能的纯度水平，可以实现硫化合物和CO2的较高的纯度水平。这样的分离可以使许多这些AGR技术能够有效地用于其中这些AGR技术当前不能被使用的气体至化学品的工艺(processgas-to-chemical)或燃料应用中，和/或可以能够实现资本成本和/或效用成本的降低。合成气是用于产生各种化学品的起始材料。合成气还可以被用于在燃气轮机中发电。合成气还可以被用于通过以下产生H2：经由水煤气变换(water-gas-shift)(WGS)工艺将CO转化成H2并且除去气体流中的CO2，并且使用变压吸附(pressureswingadsorption)(PSA)或膜工艺纯化经处理的气体。工艺气体的H2与CO的比率需要被小心地调整以满足下游应用需求。WGS反应被用于通过使CO与蒸汽在催化剂床上反应将一氧化碳(CO)变换成二氧化碳(CO2)和双原子氢气(H2)。WGS是被用于增大H2/CO比以满足特定应用的下游工艺要求的工业上重要的工艺。例如，WGS在预燃烧CO2捕获(pre-combustionCO2capture)中发现应用，其中燃料被部分氧化以产生合成气体(或“合成气”，主要由CO+H2组成)。此合成气被变换以使H2浓度和CO2浓度以及CO2除去最大化，之后在涡轮机中使富H2的清洁气体燃烧，以用于发电。WGS还在化学品生产中发现广泛应用，其中H2/CO比需要根据工艺要求来调整。例如，甲醇(CH3OH)的合成，CO+2H2→CH3OH需要H2/CO比是2。在传统的AGR工艺例如工艺和工艺中，WGS在AGR工艺的上游进行，并且被称为“酸气变换(sourgasshift)”。被变换的气体包含硫(作为硫化氢(H2S)和羰基硫化物(COS))，并且需要耐硫(sulfurtolerant)的昂贵的催化剂，并且在H2S和COS的存在下促进变换反应。耐硫变换催化剂的实例包括钴-钼(Co-Mo)和镍-钼(Ni-Mo)。当变换在AGR的下游进行时，其被称为“低硫气体变换(sweetgasshift)”，并且不需要耐硫催化剂。低硫变换催化剂(sweetshiftcatalyst)相比于耐硫酸气变换催化剂较便宜。因此，将合意的是，能够使除去硫化合物的工艺与除去CO2的工艺分离，以便有利于在硫除去工艺的下游实施WGS。这可以能够实现较好地控制H2/CO比和/或CO2的除去，以及使用较便宜的低硫变换催化剂。概述为了解决全部或部分的前述问题，和/或解决可能已经被本领域技术人员观察到的其他问题，本公开内容提供了如通过在下文陈述的实施方式中的实施例的方式描述的方法、工艺、系统、设备、仪器和/或装置。根据一个实施方案，用于从气体流中除去酸性气体的方法包括：使进料气体流动到脱硫单元中，以从进料气体中除去大部分硫化合物，其中脱硫单元产生脱硫气体；以及使脱硫气体流动到CO2除去单元中，以从脱硫气体中除去大部分CO2。根据另一个实施方案，用于从气体流中除去酸性气体的方法包括：使包含一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和硫化合物的进料气体流流动为与在吸收器单元中的吸附剂流接触，以产生第一输出气体流，其中吸附剂流包含有效用于从进料气体流中除去硫化合物的颗粒吸附剂化合物，并且第一输出气体流包含脱硫气体和硫化的吸附剂，所述脱硫气体包含CO和CO2；使脱硫气体与硫化的吸附剂分离；使硫化的吸附剂流动为与在再生器单元中的再生剂(regeneratingagent)接触，以产生第二输出气体流，其中再生剂具有有效用于从硫化的吸附剂中除去硫的组成，并且第二输出气体流包含再生的吸附剂化合物和硫化合物；使再生的吸附剂化合物与硫化合物分离；使再生的吸附剂化合物流动到吸收器单元中；使脱硫气体流动为与在CO2除去单元中的CO2除去剂(CO2removingagent)接触，以产生包含CO和大体上减少的部分的硫和CO2的经处理的气体。在某些实施方案中，使进料气体在约400℉(204℃)或更大的温度下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从气体流中除去酸性气体的方法，所述方法包括：使进料气体流动到脱硫单元中，以从所述进料气体中除去大部分硫化合物，其中所述脱硫单元产生脱硫气体；以及使所述脱硫气体流动到CO2除去单元中，以从所述脱硫气体中除去大部分CO2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.24 US 62/068,3331.一种用于从气体流中除去酸性气体的方法，所述方法包括：使进料气体流动到脱硫单元中，以从所述进料气体中除去大部分硫化合物，其中所述脱硫单元产生脱硫气体；以及使所述脱硫气体流动到CO2除去单元中，以从所述脱硫气体中除去大部分CO2。2.如权利要求1所述的方法，其中所述进料气体包括以下中的一种或更多种：一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、合成气、变换的合成气、烃(HC)和天然气。3.如权利要求1所述的方法，其中所述进料气体的所述硫化合物选自由以下组成的组：硫化氢(H2S)、羰基硫化物(COS)、二硫化物、二硫化碳(CS2)、硫醇以及前述中的两种或更多种的组合。4.如权利要求1所述的方法，其中使所述进料气体流动到所述脱硫单元中在选自由以下组成的组的温度范围内进行：约400°F或更大；约400°F至约1100°F；以及约100℃至约900℃。5.如权利要求1所述的方法，其中使所述进料气体流动到所述脱硫单元中在从约1个大气压至100个大气压的范围内的压力下进行。6.如权利要求1所述的方法，其中使所述脱硫气体流动到所述CO2除去单元中在选自由以下组成的组的范围内进行：约-80°F至约30°F；约30°F至约130°F；以及约200℉至约900°F。7.如权利要求1所述的方法，其中使所述脱硫气体流动到所述CO2除去单元中在从约1个大气压至约100个大气压的范围内的压力下进行。8.如权利要求1所述的方法，其中所述脱硫单元和所述CO2除去单元中的至少一个包括选自由以下组成的组的部件：固定床反应器、移动床反应器、流化床反应器、运输反应器、整块料、微通道反应器、吸收器单元以及与再生器单元流体连通的吸收器单元。9.如权利要求1所述的方法，其中使所述进料气体流动到所述脱硫单元中包括使所述进料气体流动为与吸附剂接触。10.如权利要求9所述的方法，其中吸附剂选自由以下组成的组：金属氧化物、氧化锌、氧化铜、氧化铁、氧化钒、氧化锰、氧化亚锡、氧化镍、金属钛酸盐、钛酸锌、金属铁酸盐、铁酸锌、铁酸铜以及前述中的两种或更多种的组合。11.如权利要求9所述的方法，其中所述吸附剂包括选自由以下组成的组的载体：氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、沸石以及前述中的两种或更多种的组合。12.如权利要求9所述的方法，其中所述吸附剂是可再生的或不可再生的。13.如权利要求9所述的方法，其中所述吸附剂具有在从约35μm至约175μm的范围内的平均粒度。14.如权利要求9所述的方法，其中使所述进料气体流动为与吸附剂接触包括使所述进料气体流动为与包含所述吸附剂和载气的吸附剂流接触。15.如权利要求14所述的方法，其中使所述进料气体流动为与所述吸附剂流接触在吸收器单元中进行，并且还包括使所述脱硫气体和硫化的吸附剂从所述吸收器单元中输出。16.如权利要求15所述的方法，包括使所述脱硫气体与所述硫化的吸附剂分离。17.如权利要求16所述的方法，其中使所述脱硫气体与所述硫化的吸附剂分离包括使所述脱硫气体和所述硫化的吸附剂流动到固体分离器中。18.如权利要求17所述的方法，其中所述固体分离器选自由以下组成的组：旋风分离器、静电沉淀器、过滤器以及重力沉降室。19.如权利要求15所述的方法，包括使所述硫化的吸附剂流动到再生单元中，以产生再生的吸附剂和硫化合物；以及使所述再生的吸附剂流动到所述吸收器单元中。20.如权利要求19所述的方法，其中使所述硫化的吸附剂流动到所述再生单元中在约900℉或更大的温度下进行。21.如权利要求19所述的方法，其中使所述硫化的吸附剂流动到所述再生单元中在从约900℉至约1400°F的范围内的温度下进行。22.如权利要求19所述的方法，其中使所述硫化的吸附剂流动到所述再生单元中包括使所述硫化的吸附剂流动为与再生剂接触。23.如权利要求22所述的方法，其中所述再生剂包括空气或氧气或氧化合物，并且在所述再生单元中产生的所述硫化合物包括二氧化硫。24.如权利要求19所述的方法，包括使所述再生的吸附剂与在所述再生单元中产生的所述硫化合物分离。25.如权利要求24所述的方法，包括在使所述再生的吸附剂化合物与所述硫化合物分离之后，从所述硫化合物产生硫酸、元素硫或硫酸和元素硫两者。26.如权利要求1所述的方法，其中使所述脱硫气体流动到所述CO2除去单元中包括使所述脱硫气体流动为与CO2除去剂接触。27.如权利要求26所述的方法，其中所述CO2除去剂是通过气体吸收以及随后再生除去CO2的基于溶剂的剂。28.如权利要求26所述的方法，其中所述CO2除去剂选自由以下组成的组：甲醇、聚乙烯的二甲基醚(DEPG)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、环丁砜(2,3,4,5-四氢噻吩-1,1-二氧化物)、碳酸丙烯酯以及前述中的两种或更多种的组合。29.如权利要求26所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·L·丹顿，R·P·古普塔，B·S·特克，V·谷普塔，希曼苏·帕利瓦，
申请(专利权)人：研究三角协会，
类型：发明
国别省市：美国,US