[发明专利]气体混合物成分分离

说明书

本发明涉及气体混合物成分分离。本发明的内容涉及从酸性气体（如天然气、合成气或工业废气分离成分气体，例如二氧化碳(CO₂)和/或硫化氢(H₂S)，但本发明的特征也适用于其他源气。此类工艺有时候称为酸性气体脱除(AGR)。在此处介绍的示例中，源气混合物包含CO₂和/或H₂S以及其他成分，在一些示例中气体的CO₂和/或H₂S成分称为酸性气体成分。在发明的示例中，使用溶剂吸收方法脱除部分或所有酸性气体成分；介绍的一些示例使用化学吸收系统（例如包括N-甲基二乙醇胺(MDEA)），其他示例使用物理溶剂（例如基于甲醇(MeOH)）。

物理吸收、化学吸收和低温AGR工艺通过吸收剂吸收酸性气体成分（例如CO₂）将酸性气体成分转化为液体。该过程产生热量。反过来，再生吸收剂的工艺将液态酸性气体成分转化为气态，该过程吸收热量。

传统吸收AGR需要外部热源和/或冷却用于工作。例如，在基于MDEA的典型化学吸收AGR系统中，酸性气体成分（如CO₂）在吸收塔中被MDEA溶液吸收。然后脱除过程需要大量外部蒸气和冷却水以从MDEA中脱除酸性气体。

物理溶剂系统包括传统低温甲醇洗(RTM)工艺，该工艺的基础是将甲醇(MeOH)用作溶剂。在传统低温甲醇洗工艺中，低温MeOH用作酸性气体成分物理吸收的溶剂。酸性气体成分在较高压力的低温吸收塔内被MeOH吸收。然后通过降低溶剂压力、脱除以及（如有必要）再煮沸溶剂，从溶剂中释放酸性气体成分。该系统的工作需要一个用于加热和冷却工艺各部分的系统。例如，惰性气体通过甲醇溶剂热交换器上游降温，离开工艺的气体用作冷却剂。需要外部制冷（如使用丙烷或氨）以通过吸收塔内生成的热量将塔维持在低温状态。还需要外部蒸气和冷却水供脱除装置从MeOH中脱除吸收的成分。

传统工艺中的外部加热和/或冷却需要在系统中输入大量能量。相比传统工艺，降低吸收AGR工艺的能耗有好处。

本发明的一个目的是提供可克服和/或减轻上述一个或多个问题的吸收气体脱除工艺。根据本发明的一个方面，提供使用吸收剂从源液脱除成分的气体脱除方法，该方法包括在热交换系统内将在方法中生成的液流之间进行热交换，该方法包括以下步骤：

将源液通过吸收塔内的吸收剂，源液中的酸性成分被吸收剂吸收形成贫酸液和富酸吸收剂，

将牵引/回流液流从吸收塔牵引至热交换系统，在热交换系统中冷却牵引/回流液流，将牵引/回流液流送回吸收塔，

将富酸吸收剂送至热交换系统和包含分离设备的第一个再生装置，从富酸吸收剂中分离酸性成分以形成再生的吸收剂和富酸蒸气，

压缩分离设备产生的至少一部分富酸蒸气以形成高压富酸蒸气，将高压富酸蒸气送至热交换系统，

其中，热交换系统实现与以下每个液流至少一部分之间的热交换：

(i)富酸吸收剂，

(ii)高压富酸蒸气，

(iii)再生的吸收剂，

(iv)来自吸收塔的牵引/回流液流。

因此在本发明的示例中，吸收和再生步骤通过热联合组合，以平衡与吸收剂有关的热流动和与再生有关的较冷流动。在传统系统中，使用水/空气热交换器冷却吸收剂，使用蒸气加热液流进行再生。在发明示例中，系统的热流动和冷流动部分整合。

在发明示例中，酸性成分包括由一种或多种CO₂和H₂S组成的酸性气体成分。源气包括酸性气体，如包含CO₂和/或H₂S的天然气。因此富酸蒸气和富酸吸收剂富含CO₂和/或H₂S。

在一些示例中，酸性气体成分在源液中表现为气体。在另一些示例中，至少部分酸性气体成分表现为液体。

分离设备可包括例如分离机转鼓。

在发明的此方面，富酸蒸气压缩。进行压缩有利于提高热交换的效果。在一些示例中，可以通过压缩分离的富酸蒸气送回热交换系统，这样在吸收剂端实现更高温度。

根据发明，从吸收塔提出牵引/回流液流用于热交换器中冷却。在发明示例中，可以存在多个牵引/回流液流。牵引/回流液流可以从塔的任何部分提出液流，如果存在多个液流，可以从塔的相同或不同区域提出和送回。在许多示例中，液流将送回提出位置附近；或者，送回位置可以远离牵引位置。