用于提高从酸性气体中捕获硫化氢的选择性和能力的新工艺流程设计制造技术

公开了一种用于从还包含CO2的气体混合物中选择性地分离H2S的系统和方法。将水再循环流进料到吸收器中，以在再循环进料上方产生更高浓度的吸收剂，所述吸收剂在较低的酸性气体负载下具有较大的H2S选择性，并且在再循环进料下方产生更稀的吸收剂，所述吸收剂在较高的酸性气体负载下具有较大的H2S选择性。还公开了一种通过利用两种不同的吸收剂选择性地分离H2S的系统和方法，用于吸收器上段的一种吸收剂被专门设计为在较低的酸性气体负载下具有较大的H2S选择性，而用于吸收器下段的第二吸收剂被专门设计为在较高的酸性气体负载下具有较大的H2S选择性。

Design of a New Process Flow for Improving the Selectivity and Capability of Capturing Hydrogen Sulfide from Acidic Gases

A system and method for selectively separating H2S from a gas mixture also containing CO2 are disclosed. Water recirculation is flowed into the absorber to produce a higher concentration of absorbent above the recirculating feed. The absorbent has greater H2S selectivity under lower acidic gas loading, and produces a thinner absorbent under the recirculating feed. The absorbent has greater H2S selectivity under higher acidic gas loading. A system for selective separation of H2S by using two different absorbents is also disclosed. An absorbent for the upper part of the absorber is specially designed to have greater H2S selectivity under lower acidic gas load, while a second absorbent for the lower part of the absorber is specially designed to have greater H2S selectivity under higher acidic gas load.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提高从酸性气体中捕获硫化氢的选择性和能力的新工艺流程设计
技术介绍
本专利技术涉及一种用于从天然气和其它气流中去除酸性气体的新工艺流程设计。具体地，本专利技术涉及使用胺吸收剂提高从天然气流中去除硫化氢的选择性和能力的方法。许多不同的技术可用于去除酸性气体例如二氧化碳、硫化氢、硫化羰。这些方法例如包括化学吸收(胺，包括烷醇胺)，物理吸收(溶解度，例如有机溶剂，离子液体)，低温蒸馏(RyanHolmes方法)和膜系统分离。其中，胺分离是一项其中控制了多种竞争性方法的非常成熟的技术，其中使用多种胺吸附剂，如单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、二异丙胺(DIPA)、二甘醇胺(DGA)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)和哌嗪(PZ)。其中，MEA、DEA和MDEA是最常用的胺吸附剂。通常需要或期望处理含有CO2和H2S两者的酸性气体混合物，以便从所述混合物中选择性地去除H2S，同时使CO2的去除最小化。尽管可能需要去除CO2以避免腐蚀问题并向消费者提供所需的热值，但是选择性去除H2S可能是必要的或期望的。例如，天然气管道规格对H2S水平比对CO2水平设定了更严格的限制，因为H2S比CO2更具毒性和腐蚀性：普通载体天然气管道规格通常将H2S含量限制在4ppmv，而对CO2的限制更宽松，为2体积％。选择性去除H2S可以使得能够使用更经济的处理设备，并且通常期望选择性地去除H2S以将进料中的H2S水平富集到硫回收单元中。图1示出了用于去除H2S和CO2的典型吸收-再生单元的示意图。在纯化方法中的使用胺的酸性气体洗涤方法，通常包括使气体混合物与胺的水溶液在吸收塔中逆流接触。然后通过在单独的塔中解吸吸收的气体而再生液体胺流，其中再生的胺和解吸的气体作为分开的料流离开所述塔。可用的多种气体纯化方法例如描述于气体纯化，第五版，Kohl和Neilsen，油气工业出版商(GulfPublishingCompany)，1997，ISBN-13:978-0-88415-220-0中。以其整体通过引用并入本文中的美国申请号14/980,634描述了一种吸收剂系统，该吸收剂系统可通过控制吸收剂系统的pH而从还含有CO2的气体混合物中选择性地吸收H2S。一方面，通过稀释胺/烷醇胺吸收剂的浓度而降低/控制胺/烷醇胺吸收剂体系的pH。较低的pH有利于碳酸氢盐的形成、提高酸性气体(H2S和CO2)负载、并在宽的负载范围内提高H2S相对于CO2的选择性。发现可用于本专利技术的具体胺是胺和烷醇胺，优选空间位阻胺和烷醇胺，最优选封端的空间位阻胺，例如甲氧基乙氧基乙氧基乙醇-叔丁胺(M3ETB)。图1示出了用于选择性去除H2S和CO2的典型吸收-再生单元的示意图。在纯化方法中使用胺的酸性气体洗涤方法，通常包括使酸性气体混合物10与贫胺12的水溶液在吸收塔100中逆流接触，产生低硫气体混合物11。然后通过在再生塔110中解吸吸收的气体而再生富胺流14，其中再生的贫胺12和解吸的气体16作为分开的料流离开再生塔110。可用的这种气体纯化方法和其它气体纯化方法描述于例如气体纯化，第五版，Kohl和Neilsen，油气工业出版商，1997，ISBN-13:978-0-88415-220-0中。仍然需要的是一种如下工艺流程设计，其高效率且有效地利用美国申请号14/980,634的教导，特别是通过降低/控制吸收剂系统的pH来改善H2S相对于CO2的选择性。
技术实现思路
公开了一种用于从还包含CO2的气体混合物中选择性地分离H2S的系统和方法。从胺再生器中抽取水再循环流、冷却、然后进料到吸收器，在再循环进料上方产生更高浓度的胺吸收剂，在再循环进料下方产生更稀的胺吸收剂。这导致改善的H2S捕获，因为发现在吸收器的上段，较高浓度的胺在较低的酸性气体负载下具有较大的H2S选择性，并且发现在吸收器的下段，较稀释的胺在较高的酸性气体负载下具有较大的H2S选择性。还公开了通过利用两种不同的胺吸收剂来选择性分离H2S的系统和方法。在一个方面，所述两种胺吸收剂是相同的组成，但具有不同的浓度。进料到吸收器上段的胺吸收剂具有较高的胺浓度，因此在较低的酸性气体负载下具有较大的H2S选择性。进料到吸收器下段的胺吸收剂具有较低的胺浓度，因此在较高的酸性气体负载下具有较大的H2S选择性。在第二方面，两种胺吸收剂具有不同的组成，其中选择用于吸收器上段的胺被专门设计为在较低的酸性气体负载下具有较大的H2S选择性，而选择用于吸收器下段的胺被专门设计为在较高的酸性气体负载下具有较大的H2S选择性。在任一方面，两种胺吸收剂被分别再生，优选在分隔壁汽提再生器中再生。附图说明图1是用于选择性去除H2S的典型吸收-再生单元的现有技术示意图。图2是H2S相对于CO2的选择性随酸性气体负载变化的曲线图，其中利用不同浓度的M3ETB水溶液。图3是根据本专利技术第一实施方式的用于选择性去除H2S的吸收-再生单元的示意图。图4是在不同的吸收器温度下H2S相对于CO2的选择性随总酸性气体负载变化的曲线图。图5a是在不同的吸收器温度下CO2吸收量随36重量％EETB水溶液的处理时间变化的曲线图。图5b是在不同的吸收器温度下H2S吸收量随36重量％EETB水溶液的处理时间变化的曲线图。图6是根据本专利技术的第二实施方式的用于选择性去除H2S的吸收-再生单元的示意图。具体实施方式以其整体通过引用并入本文中的美国申请号14/980,634中的关键发现，是降低胺浓度通常有利于在宽的酸性气体负载范围内去除H2S的选择性。该专利的图1，在本文作为图2再现，表明了这一原理。具体地，图2表明，对于商业期望的0.2至0.6的酸性气体负载范围而言，当与49.5重量％和35.8重量％M3ETB溶液相比时，30重量％M3ETB溶液产生总体上H2S相对于CO2的更高的选择性。然而，图2还表明，对于低于0.2的气体负载而言，35.8重量％M3ETB溶液产生H2S相对于CO2的更高的选择性。为了实施美国申请号14/980,634的教导，在图3中示例了本专利技术的第一优选实施方式，即一种新的吸收-再生单元工艺流程设计的示意图。与图1一样，图3描述了使酸性气体混合物20与贫胺22的水溶液在吸收塔200中逆流接触，从而产生低硫气体混合物21。然后通过在再生塔210中解吸吸收的气体而再生富胺流24，其中再生的贫胺22、解吸的气体26和另外的水再循环流28作为分开的料流离开再生塔210。水再循环流28基本上由冷凝水组成，并且可以包括高达100％的来自再生塔210的顶部的冷凝水。水再循环流28在冷却之后，在贫胺22和酸性气体20进料点之间的最佳进料位置处被进料至吸收塔200。在被进料至吸收塔200之前，也可以将鲜水29添加到水再循环流28中，但是本领域普通技术人员会理解，必须根据损失的和添加到系统中的水的量来控制水平衡。水再循环流28的温度可控制在约5℃至吸收器工作温度的范围内，所述温度控制酸性气体-胺反应的放热性，并改善吸收器的整体性能，如下面关于图4和5所讨论的那样。在有或没有鲜水29添加的情况下，水再循环流28在吸收塔200中产生胺浓度梯度，该胺浓度梯度通过利用图2来改善总体的H2S去除选择性。首先，在水再循环2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从还包含CO2的酸性气流中选择性分离H2S的方法，所述方法包括以下步骤：提供吸收塔和吸收剂再生塔；在吸收器的底部附近进料所述酸性气流；在所述吸收器的顶部附近进料包含一种或多种胺的吸收剂；和在酸性气流进料点上方且在吸收剂进料点下方将水流进料至所述吸收器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.01 US 15/169,8351.一种用于从还包含CO2的酸性气流中选择性分离H2S的方法，所述方法包括以下步骤：提供吸收塔和吸收剂再生塔；在吸收器的底部附近进料所述酸性气流；在所述吸收器的顶部附近进料包含一种或多种胺的吸收剂；和在酸性气流进料点上方且在吸收剂进料点下方将水流进料至所述吸收器。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种胺选自胺、烷醇胺、空间位阻的烷醇胺及其混合物。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述水流包含来自再生器塔顶冷凝器的冷凝水的至少一部分。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述水流还包含鲜水。5.根据权利要求1所述的方法，其中在进料到所述吸收器之前冷却所述水流。6.一种用于从还包含CO2的酸性气流中选择性分离H2S的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有上段和下段的吸收塔；在吸收器的底部附近进料所述酸性气流；在所述吸收器的上段的顶部附近进料包含一种或多种胺的第一吸收剂；和在所述吸收器的下段的顶部附近进料包含一种或多种胺的第二吸收剂。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述一种或多种胺选自胺、烷醇胺、空间位阻的烷醇胺及其混合物。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一吸收剂和所述第二吸收剂具有相同的组成。9.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一吸收剂的胺浓度比所述第二吸收剂的胺浓度高。10.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括在所述吸收器的上段的底部附近去除作为第一富吸收剂的所述第一吸收剂。11.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括在所述吸收器的底部附近去除作为第二富吸收剂的所述第二吸收剂。12.根据权利要求10和11所述的方法，其中所述第一吸收剂和所述第二吸收剂在双壁再生器中再生。13.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一吸收剂和所述第二吸收剂包含不同的胺。14.根据权利要求13所述的方法，其中在低酸性气体负载下，所述第一吸收剂具有比所述第二吸收剂高的H2S选择性。15.根据权利要求13所述的方法，其中在高酸性气体负载下，所述第二吸收剂具有比所述第一吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡拉·S·佩雷拉，迈克尔·希什金，黑曼舒·古普塔，
申请(专利权)人：埃克森美孚研究工程公司，
类型：发明
国别省市：美国,US