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生產(chǎn)用于燃氣渦輪的燃燒燃料的方法和裝置與流程

文檔序號:11996478閱讀:291來源:國知局
生產(chǎn)用于燃氣渦輪的燃燒燃料的方法和裝置本發(fā)明涉及一種分餾包含氫氣和二氧化碳的原料氣體的方法,其中使用無硫洗滌劑在第一氣體洗滌器中洗滌,由此從該原料氣體中基本上選擇性去除二氧化碳,其中,獲得負載有二氧化碳和共吸收的氫氣的洗滌劑流,其隨后在膨脹箱中膨脹,從而將共吸收的氫氣轉(zhuǎn)化為氣相。在液體洗滌劑的輔助下,使用氣體洗滌器以從氣體混合物中除去特定組分,從而由此產(chǎn)生產(chǎn)品氣體。它們利用吸收氣態(tài)物質(zhì)的液體的特性并保持其與溶液化學(xué)上或物理上結(jié)合。液體吸收氣體的效力由溶解度系數(shù)來表示:氣體在液體中溶解得越好,其溶解度系數(shù)就越大。溶解度系數(shù)通常隨溫度降低和壓力升高而增加。繼氣體洗滌后,洗滌后的氣體組分就會從用作為洗滌劑的液體中除去,從而使洗滌劑再生。雖然洗滌后的氣體組分或被丟棄或被用于經(jīng)濟上可行的應(yīng)用,但是再生的洗滌劑通常會再次用于氣體洗滌器中。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù),通過氣化將包含碳的原料轉(zhuǎn)化為粗制合成氣體,而在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)上獲得氫氣。除了所需的氫氣,這種粗制合成氣體還包含一氧化碳和一系列其它不期望的成分,如二氧化碳(CO2)、硫化氫(H2S)和碳酰硫(COS)。在利用水至少部分地轉(zhuǎn)化一氧化碳以產(chǎn)生氫氣和二氧化碳后,使粗制合成氣體優(yōu)選經(jīng)歷物理氣體洗滌以分離不期望的成分。這種方法適用于這樣的目的,因為粗制合成氣體目前通常在高壓下產(chǎn)生,并且物理氣體洗滌器的效率隨操作壓力呈第一近似線性增加。甲醇洗滌對粗制合成氣體的凈化非常重要,其中液體甲醇在遠低于0℃的溫度下用作為洗滌劑。“氣體分離與凈化(GasSeparation&Purification)”,1998年12月,第2卷,第171-176頁,描述了一種甲醇洗滌器,其中二氧化碳和硫組分在兩個連續(xù)洗滌步驟中從包含氫氣、二氧化碳和H2S以及COS的粗制合成氣體中被選擇性地除去。為此,粗制合成氣體從底部穿過,向上經(jīng)過吸收塔,第一和第二洗滌部分在吸收塔中被設(shè)置成一個在另一個之上。在上部的第二洗滌部分中,通過利用未負載的甲醇分離二氧化碳,同時通過利用一定比例的在二氧化碳的分離過程中已經(jīng)負載有二氧化碳的甲醇進行洗滌,而在第一洗滌部分中除去硫組分。因為硫組分相對于甲醇的溶解度系數(shù)比相對于二氧化碳的溶解度系數(shù)高數(shù)倍,所以僅需要在第二洗滌部分中負載有二氧化碳的洗滌劑的一部份用量來分離硫組分。盡管對于甲醇,氫氣和一氧化碳具有比存在于粗制合成氣體中的二氧化碳或硫組分低若干個數(shù)量級的溶解度系數(shù),但是在粗制合成氣體的洗滌過程中,少量的氫氣和一氧化碳不可避免地也會溶解于甲醇洗滌劑。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù),為了避免這種作為產(chǎn)品的氫氣和一氧化碳產(chǎn)率的任何下降的現(xiàn)象,已知為共吸收,在第一再生步驟中,負載有二氧化碳或二氧化碳和硫組分的洗滌劑流在氣體洗滌過程中,在在先的冷卻之后,在每種情況中均在單獨的膨脹箱中膨脹至通常小于進行氣體洗滌壓力的三分之一的壓力。在膨脹箱當(dāng)前的溫度和壓力條件下,共吸收的物質(zhì)被基本上轉(zhuǎn)化為氣相,而從粗制合成氣體中洗滌出的不期望組分基本上保持溶解于洗滌劑中。除了氫氣和一氧化碳,來自兩個膨脹箱的氣相還分別包含二氧化碳或二氧化碳和硫組分,其隨后會被壓縮并再循環(huán)至將在氣體洗滌器的上游分餾的粗制合成氣體中。雖然這種方式確實實現(xiàn)了產(chǎn)品產(chǎn)率的提高,但是必須壓縮待再循環(huán)的氣相會特別地令成本升高,其確實對所述方法的經(jīng)濟可行性具有負面影響。因此本發(fā)明的目的在于構(gòu)造如上所述種類的方法,并以此克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。所述目的根據(jù)本發(fā)明是如下實現(xiàn)的:包含氫氣的氣相從膨脹箱排出并與包含氫氣和二氧化碳的無硫氣體混合物混合,所述氣體混合物是在低于原料氣壓力的壓力下,在與第一氣體洗滌器并行操作的第二氣體洗滌器中作為產(chǎn)品產(chǎn)生的。如果來自第二氣體洗滌器的包含氫氣和二氧化碳的無硫氣體產(chǎn)品的質(zhì)量沒有顯著受損,而是被保持或者在絕大多數(shù)有利的情況中甚至通過混合包含氫氣的氣相而得以改善,那么就會明智地僅使用根據(jù)本發(fā)明的方法。在這些條件下,相比于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明使得降低由于包含氫氣的氣相的經(jīng)濟上可行的應(yīng)用而升高的成本成為可能。這主要歸因于氣相壓縮過程中需要更低的能量。然而,由于在第一氣體洗滌器中所洗滌的氣體流體積減小,因而用于氣體洗滌的裝置具有更小的尺寸,由此還可以實現(xiàn)進一步的經(jīng)濟性。若由包含氫氣、一氧化碳、二氧化碳和硫組分的粗制合成氣體中獲得至少氫氣和用于燃氣渦輪的燃氣,則根據(jù)本發(fā)明的方法是特別優(yōu)選被使用的。在這種情況下,專利申請DE19651282提出將粗制合成氣體細分為第一和第二子流,其中,在通過水煤氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)而轉(zhuǎn)化或部分轉(zhuǎn)化后,將第一子流供給至第一氣體洗滌器,并由其去除硫和二氧化碳,同時將第二子流直接引至第二氣體洗滌器中,從而基本上選擇性地分離硫組分并產(chǎn)生主要由氫氣、一氧化碳和二氧化碳組成的產(chǎn)品氣體。未轉(zhuǎn)化的氣體通常具有比轉(zhuǎn)化或部分轉(zhuǎn)化合成氣體的壓力高約3至7巴的壓力??梢允褂孟嗤南礈靹﹣聿僮鲀蓚€氣體洗滌器,由此,其還能夠共同使用一個洗滌劑再生單元。在兩個氣體洗滌器中,多種液體可以被用作洗滌劑。然而,其優(yōu)選為甲醇、DMPEG、NMP、胺類或胺基洗滌劑,例如MEA、DEA、DIPA或由這些用作洗滌劑的物質(zhì)形成的混合物。根據(jù)本發(fā)明方法的一種特別優(yōu)選的實施方案是:通過預(yù)先負載有二氧化碳的洗滌劑,將硫組分從供給至第二氣體洗滌器的原料氣體中基本上選擇性地分離,其中獲得負載有硫組分、二氧化碳和共吸收的氫氣的洗滌劑流,所述洗滌劑流隨后在另外的膨脹箱中膨脹以將共吸收的氫氣轉(zhuǎn)化為氣相,所述氣相隨后與用于第一氣體洗滌器的原料氣體混合。包含氫氣的氣相任選地還可以完全地或部分地再循環(huán)至用于第二氣體洗滌器的原料氣體中。下面將參考在圖1中示意性描述的一種示例性的實施方式來更加詳細地解釋本發(fā)明。圖1示出甲醇洗滌器,其中在并行操作的兩個氣體洗滌器中分餾已轉(zhuǎn)化的和未轉(zhuǎn)化的粗制合成氣體。已轉(zhuǎn)化的粗制合成氣體在通過線路2供給至呈吸收塔形式的第一洗滌裝置A1的下部區(qū)域中之前,其通過線路1而被引入至熱交換器E1并在此與待預(yù)熱的加工流7相迎而被冷卻,所述轉(zhuǎn)化的粗制合成氣體除了氫氣還包含二氧化碳和硫組分。通常在15至75巴的壓力下操作的吸收塔A1包含下部洗滌部分S1和上部洗滌部分S2,S1和S2通過煙囪式塔板K彼此分開。冷的粗制合成氣體2在吸收塔A1中被向上引導(dǎo)并因此與甲醇洗滌劑緊密接觸,所述甲醇洗滌劑是未負載的,并通過線路3從再生裝置R供應(yīng),在熱交換器E2中與部分再生的甲醇洗滌劑13相迎而冷卻后,所述甲醇洗滌劑會被引入至洗滌部分S2中。在負載有二氧化碳和硫組分的甲醇洗滌劑從吸收塔A1的底部室排出并通過線路6向前引導(dǎo)之前,通過線路4和5以及控制部件a,將已經(jīng)預(yù)負載有來自煙囪式塔板K的二氧化碳的甲醇洗滌劑向前傳送至洗滌部分S1,甲醇洗滌劑在此處主要吸收來自粗制合成氣體的硫組分。主要由氫氣組成的氣體7可以從吸收塔A1的頂部排出,在與粗制合成氣體1相迎而被預(yù)熱后,所述氣體作為粗制氫氣8而供應(yīng)至例如用于進一步純化的PSA(未示出)。在熱交換器E3中冷卻后,在洗滌部分S2中主要負載有二氧化碳的甲醇流4通過壓縮部件b膨脹至膨脹箱D1,同時在兩個洗滌部分S1和S2中負載有二氧化碳和硫組分的甲醇流6通過壓縮部件c傳至膨脹箱D2。在膨脹箱D1和D2當(dāng)前的壓力下,其相當(dāng)于吸收塔A1中當(dāng)前操作壓力的約三分之一,主要是在粗制合成氣體2洗滌過程中共吸收的氫氣和一氧化碳會進入所生成的氣相中,所述氣相通過線路9和10排出。仍然負載有分離自粗制合成氣體2的物質(zhì)的甲醇流11和12會被引入至用于進一步再生的再生裝置R。為了獲得用于燃氣渦輪的燃燒燃氣,在未轉(zhuǎn)化的粗制合成氣體通過線路15供給至同樣呈吸收塔形式的洗滌裝置A2的下部區(qū)域之前,所述未轉(zhuǎn)化的粗制合成氣體通過線路14而被引入至熱交換器E4,并在此與待預(yù)熱的加工流相迎而被冷卻,所述未轉(zhuǎn)化的粗制合成氣體除了氫氣和一氧化碳也包含二氧化碳和硫組分。在吸收塔A2中,冷卻的粗制合成氣體15向上流動并因此與甲醇洗滌劑緊密接觸,所述甲醇洗滌劑是無硫的,其通過線路16從再生裝置R供應(yīng)并被供給至洗滌部分S3的上端,所述吸收塔A2通常在20至80巴的壓力下操作并包含第一洗滌部分S3和第二洗滌部分S4。無硫甲醇流16預(yù)負載有二氧化碳并進入洗滌部分S3,所述洗滌部分S3具有大于待洗滌的粗制合成氣體15中二氧化碳分壓的二氧化碳分壓,因此硫組分、無或僅有非常少的二氧化碳從所述粗制合成氣體15中除去。因此,包含氫氣和一氧化碳且基本上由二氧化碳組成的脫硫氣體混合物17可以通過側(cè)出口排出。在洗滌部分S3中脫硫的部分氣體混合物向前傳送至洗滌部分S4,在此還利用在洗滌塔A2的頂部供應(yīng)的未負載的甲醇18通過洗滌將二氧化碳除去,從而使得由氫氣和一氧化碳組成的氣體混合物19可被引導(dǎo)到塔A2的外部,并且在與待冷卻的粗制合成氣體14相迎而預(yù)熱后,氣體混合物19會被供應(yīng)為凈化的合成氣體20而用于其他的應(yīng)用。為了分離氣體洗滌過程中共吸收的氫氣和一氧化碳,負載的洗滌劑21從吸收塔A2的底部排出并通過壓縮部件d膨脹至膨脹箱D3,其中獲得主要由氫氣、一氧化碳和二氧化碳組成的氣相22以及負載有二氧化碳和硫組分的甲醇23。雖然負載的甲醇23會被引入至再生裝置R,但是通過線路24及壓縮器V1,氣相22和來自膨脹箱D2的氣相10一起,會與已轉(zhuǎn)化的粗制合成氣體1混合。氣相10和22任選地可以完全地或者還可以部分引入至未轉(zhuǎn)化的粗制合成氣體14中。通過壓縮器V2,可將來自膨脹箱D1的包含氫氣、一氧化碳和二氧化碳且基本上無硫的氣相9調(diào)整至脫硫氣體混合物17的壓力,并與氣體混合物17合并以產(chǎn)生氣體流25,在與待冷卻的粗制合成氣體14相迎而預(yù)熱后,氣體流25最終會作為燃燒燃料26而被供應(yīng)至燃氣渦輪(未示出)。
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