[发明专利]氢气循环和用薄膜除去酸性气体

说明书

发明背景

由固体和液体含碳燃料特别是煤、焦炭和液体烃类进料生产合成气已应用相当长时间，并且由于能源需求增加和需要清洁利用其他低值含碳材料，目前合成气的生产经历重大的改进。合成气可通过含碳材料与反应性气体例如空气或氧气一起加热来生产，常常在水蒸汽存在下在气化反应器中进行，制得合成气，它从气化反应器中取出。

合成气也可用于由其他在环境上不可接受的燃料源生产电力以及作为合成烃类、含氧有机化合物或氨的进料气源。

合成气混合物含有一氧化碳、二氧化碳和氢。氢对于加氢反应来说是一种工业上重要的反应物。

常在合成气中找到的其他微量物质包括硫化氢、氨、氰类以及炭和微量金属形式的颗粒物。在进料中杂质的数量由进料的类型和使用的具体气化法以及操作条件决定。当产物气体从气化反应器排出时，它通常进行其中包括洗涤技术的冷却和净化操作，其中将气体送入洗涤塔并与喷淋水接触，使气体冷却并从合成气中除去颗粒物和离子组分。在合成气利用以前，最初冷却的气体可经处理使气体脱硫。

当所需的产物为氢时，由气化反应器得到的合成气最好通过水煤气转换(也称为水蒸汽转化)用催化剂进一步处理，由一氧化碳生成氢气，如下所述：

水煤气转换法，即水蒸汽转达化将水和一氧化碳转化成氢和二氧化碳。该转换法例如在U.S5472986中描述，其公开内容在这里作为参考并入。

氢气常常用于随后的精制法中，特别是加氢处理。对于许多应用来说，特别是烃类加氢处理，需要氢气比合成气中甚至水煤气转换的合成气中可得到的有更高的纯度，其压力在约1000至约3000Psig之间。所以，经转换的或未转换的合成气都必需经净化以满足产品规格。此外，经净化的气体可能需要进一步压缩。

相对纯的高压氢气可由合成气通过变压吸附法得到。这一方法是昂贵的并需要大量投资。

需要一种有效的和低费用的方法来从合成气中分离出相对纯的高压氢气。

发明概述

本发明涉及一种从合成气中回收高纯度的高压氢气流的方法以及涉及一种有效回收和利用氢净化副产物的低品质一氧化碳和二氧化碳气体的方法。合成气与能将合成气分离成富氢渗透物和贫氢非渗透物的薄膜接触。将渗透物送至二氧化碳吸收塔。二氧化碳吸收塔用溶剂除去二氧化碳。将来自吸收塔的富含二氧化碳的溶剂加热并送入气-液接触塔，在那里通过氮气汽提使溶剂再生。少量的再生气循环物流即氢气随后与溶剂接触，从溶剂中汽提夹带的和溶解的氮气。这一汽提气体或再生气体或优选两者然后与非渗透物混合，用于在燃烧透平中燃烧。

附图简介

图1为本发明一实施方案的示意图。

图2为二氧化碳汽提塔和溶剂再生塔的一实施方案的更详细示意图。

发明详述

正如这里使用的，术语“合成气”指含有氢气和一氧化碳的气体。氢与一氧化碳的摩尔比可为(但不一定)约1/1。常常有一些惰性气体在合成气中，特别是氮气和二氧化碳。常常还有其他杂质存在，例如硫化氢和COS。

正如这里使用的，碳氧化物是一种由一氧化碳或二氧化碳或两者组成的气体，还可含有其他气体，特别是氮气和氢气。

正如这里使用的，高纯氢是一种含有至少约90％(摩尔)氢和优选小于约4％(摩尔)碳氧化物的气体。

合成气通过含碳氢的燃料和氧在反应器中常常在水蒸汽存在下部分燃烧来制备，在反应器中生成含有一氧化碳和氢的混合物。正如这里使用的，术语“含碳氢的”指各种适合的原料，包括气态的、液态的和固体的烃类、含碳的材料及其混合物。事实上，基本上任何可燃烧的含碳有机材料或其浆液都可包括在术语“含碳氢的”定义中。

合成气可用任何一种气化法来制备。含碳氢的燃料与大于约90％(摩尔)氧的基本上纯氧或大于约50％(摩尔)氧的富氧的空气反应。优选的是，气化法使用大于约95％(摩尔)氧的基本上纯氧。气化法对于本专业是已知的。例如参见U.S.4099382和U.S.4178758，其公开内容在这里作为参考并入。

在气化反应器中，任选在温度调节器存在下，含碳氢的燃料与含游离氧的气体接触，制成合成气。在反应段中，各种物料通常达到约900至1700℃、更通常约1100至约1500℃。压力通常为约1至约250大气压、更通常约15至约150大气压、甚至更通常约500至约2000Psi。