专利名称：接近零排放的去除酸性气和杂质的配置及方法
技术领域：
本发明领域为气体的加工和处理，且特别是具有接近零排放的气体的加工和处理。
背景技术：
可用多种已知的处理方法经济地处理含低水平酸性气和其它杂质的天然气气流。然而，随着酸性气和其它杂质含量的增加，现行处理方法常常需要相对大量的能量，并且可能还需要另外的处理设备。
在现有技术图1中描述了利用物理性溶剂的、典型的已知气体处理配置，其中配置有吸收器203、闪蒸罐205、循环压缩机206、换热器207、溶剂再生器208、再沸器209、溶剂泵216和制冷剂冷却器217以从原料气中去除硫化氢和杂质(此装置的其它组成部分包括制硫装置213、氢化和骤冷装置单元装置214，及尾气装置215)。应认识到这样的装置设备对H2S和杂质的去除通常无选择性(即，溶剂对CO2的共吸附相对高)。尤其是，当原料气1含有相对大量的CO2(例如，大于50％)时，在这样的装置中的CO2的共吸附需要更大的溶剂环流量和更高的能耗，并且还产生富含CO2(典型为80％)的酸性气，对于制硫装置其为不合需要的酸性气。结果，并且尤其是当原料气含有相对高浓度的酸性气和其它杂质时，这些工艺所需的投资和运行成本一般非常高。由于杂质的去除常常低于理想的水平，往往需要用另外的处理设备对来自这些装置的已处理气体进行后处理。
为避免至少某些与杂质去除不足相关的问题，人们采取了各种对已处理气体进行后处理的方法。不幸的是，这些方法中的大多数倾向于效率相对低和成本相对高，并且当通过固定床吸收剂法去除杂质时，会进一步引起对用过的吸收剂进行处理的问题。因此，特别是在下游硫回收装置和尾气装置中，依然存在与运行效率、流出液、排放及产品质量相关的各种问题。例如，由这类处理方法产生的酸性气通常质量低劣(例如，含有相当数量的杂质，和/或相对大量的共吸附的CO2及烃)，其常常需要额外的处理和较高的能耗，因而增加制硫装置的总的投资和运行成本。此外，酸性气中共吸附的烃通常必须在制硫装置中转化成为CO2，这就导致该过程中排放的CO2增加。这样，尽管所述烃中有相当大量的潜在热值，但大多数现行的已知方法未能将这些废烃流作为有价值的产物回收。
在其它已知工艺方法中，常使用尾气装置来控制从制硫装置中硫的排放。由于处理过程中大量的共吸附CO2所导致的相对大的排放率，即使将排放减少至很低的ppm水平，在排出气流中每年硫排放的总量(吨/年)依然比较高。而且，在制硫装置中往往不能完全破坏多数已知的气体处理配置的酸性气中的杂质和烃，且硫产物会因此被未转化的烃和硫醇污染，并会因此成为另外一个工业废物处置问题。
因此，虽然各种气体加工处理和配置在本技术领域中是已知的，但其全部或几乎全部都有一个或更多的缺点，尤其是当原料气含有相对高水平的酸性气、烃和其它杂质时。
图1为现有技术中气体处理装置的示意图。
图2是根据本发明主题的气体处理设备的示意图。
发明内容
本发明涉及处理含相对高水平的酸性气、烃和其它杂质的气体的装置配置和方法，其中设想的配置和方法显著减少，即使不是几乎完全消除，硫组分、重烃和/或其它杂质的排放，同时提供具有适于管道销售的低烃露点的、去除了硫和杂质的脱水气体。
在本发明主题的一个方面，气体处理装置具有第一吸收器，其中贫溶剂吸收二氧化碳、硫化氢和重烃。第二吸收器与第一吸收器流体连接，其中至少部分硫化氢与二氧化碳分离，并且制硫装置接收硫化氢以产生硫产物和尾气，其中至少部分尾气被氢化并循环至吸收器。
尤其希望的装置配置进一步包括与第一和第二吸收器相连的再生器，其中所述再生器产生酸性气，且其中至少部分烃以液态的形式从酸性气分离。当液态烃烃液作为有用产物出售时，可包括接收至少部分液态烃的汽提塔，在汽提塔中残留的含硫化合物至少部分从液态烃中汽提，任选将汽提的蒸气送至制硫装置。至于酸性气中的二氧化碳，通常优选第二吸收器在比第一吸收器压力低且温度高的情况下运行以使二氧化碳从富溶剂中解吸并循环回第一吸收器。这样得到的二氧化碳然后可任选用于增加石油采收率或用作商品。
在本发明主题的一个方面，气体处理装置具有接收(a)含有二氧化碳和硫化氢的原料气，(b)二氧化碳饱和的贫溶剂，并且(c)产生含有至少部分二氧化碳的塔顶蒸气的吸收器，其中贫溶剂与塔顶蒸气合并，然后冷却，形成冷却的二氧化碳饱和的贫溶剂，从而减少吸收器中的温升，并因此提高从原料气中硫化氢的选择性吸收，产生总硫化物含量为4ppm或更低的处理的气体。
在特别优选的配置中吸收器产生塔底产物，其进一步降低压力并被加热至足以将二氧化碳成分从塔底产物中解吸的更高温度，并将这样分离的二氧化碳中的H2S成分在第二吸收器中用部分二氧化碳饱和的贫溶剂重再吸收。
在本发明主题的另一方面，气体处理装置具有溶剂再生器，所述溶剂再生器从多个吸收器接收含有酸性气和重烃的富溶剂并产生塔顶蒸气，所述塔顶蒸气被进一步冷却并分离，从而形成酸性气、水和液态烃。任选将液态烃进料至汽提塔，所述汽提塔分馏液态烃产生除去了硫化氢的烃产物和含有硫化氢的蒸气，该蒸气被进料到制硫装置。
在这种配置的特别优选的方面，将含有残留大量杂质(重烃和硫醇)的酸性气进料到吸收器，其中使用除去了二氧化碳的富含硫化氢的溶剂进一步净化酸性气并产生除去重烃的浓H2S流，优选将所述浓H2S流送入制硫装置。还进一步设想制硫装置产生可出售的硫产物和尾气，其中至少部分尾气被氢化并循环至多个吸收器中的至少一个。
在本发明主题的再一个方面，气体处理装置具有从溶剂再生器接收含有硫化氢和烃的蒸气、并且还接收含有硫化氢的除去了二氧化碳的溶剂的吸收器，其中所述吸收器产生含有硫化氢的除去了烃的塔顶蒸气和富集了烃的塔底产物，所述塔顶蒸气进料到制硫装置，富集烃的塔底产物被循环至溶剂再生器。在这样的配置中通常优选由另一吸收器产生除去二氧化碳的溶剂，所述另一吸收器使用二氧化碳饱和的贫溶剂来分离硫化氢与二氧化碳，并将部分的除去了二氧化碳的溶剂进料到溶剂再生器。
因此，发明者设想一种处理气体的方法，其中在一个步骤中任选将气体与第一部分贫溶剂接触以将重烃和重硫醇(乙硫醇和更重的硫醇)中的至少一种从气体中吸收到第一部分贫溶剂中。在另一个步骤中，将气体冷却，并在吸收器中将冷却的气体与第二部分贫溶剂接触以将轻烃、轻硫醇(甲硫醇)和H2S中的至少一种吸收到第二部分贫溶剂中，其中第二部分贫溶剂用二氧化碳饱和。在又一个步骤中，进一步将排出吸收器的气体与第三部分贫溶剂接触以用二氧化碳将第三部分贫溶剂饱和，从而形成气体溶剂混合物，然后将气体溶剂混合物冷却并分离，从而形成二氧化碳饱和的第二部分贫溶剂。
通过下面对本发明优选实施方案的详细描述，本发明的各种目标、特征、方面和优点将更为显而易见。
具体实施例方式
发明者发现可以用显著减少，如果不是甚至几乎消除的话，硫组分、烃，和/或其它杂质的排放的工艺来处理含有相对高水平酸性气和其它杂质的气体。设想的工艺一般将产生符合管道销售气体规格的、低烃露点的脱水气体。
此外，设想的配置将产生富含硫化氢并除去烃的、可在制硫装置中高效处理的气体，并且将制硫装置的尾气(氢化和骤冷后)循环回原料气中。而且，在设想的配置中从原料气中分离并回收的烃通常在进一步加工后适宜用作液体燃料。因此，特别应意识到设想的配置和方法使得含有杂质的原料气可进行原料气处理，其中将所有不合需要的组分(尤其包括重烃和轻烃、硫醇、硫化氢和二氧化碳)循环至消失，或去除并作为有商业价值的产物回收。
在尤其优选的配置和方法中，采用四步吸收工艺，其中贫溶剂(最优选包括聚乙二醇的二烷基醚和水的溶剂)选择性地吸收含硫组分、烃和/或其它杂质。另外或任选地，可包括冷却/吸收过程以将不合需要的烃和杂质(例如，硫醇或二硫化物)捕集在烃液中，然后在另一步骤中处理该烃液以产生有用的产物。
在图2中描述了一种示范性配置。这里，在环境温度和大气压力下，原料气流1与氢化/骤冷气流2合并形成气流3，将气流3在进料压缩机101中压缩。将来自再沸吸收器110的循环气流4进料到压缩机101的级间，并将总气流压缩至适当的压力形成气流5，压力通常为200至400psig，或依管道需求而定。
通常应意识到原料气的组成可有相当大的变化，并且合适的原料气包括各种压力下的天然气、合成气、垃圾填埋废气和各种炼油厂废气。然而，在特别优选的方面，原料气是低压、低质量的天然气，组成为约30至70％的CO2、20至50％的C1、2至5％的H2S、0.5至10％的H2、3至5％C2-C5、0.5至2％的C6-C7、0.1至0.5％的C8-C9+、0.2至1％的硫醇、二硫化物、COS和HCN杂质，其余是惰性气体(例如，N2)。而且，应认识到合适的原料气可含有水，并且甚至可以是水饱和的。
在一示范性操作中，低质量的原料气流具有100MMscfd的进料速率并在接近大气压和环境温度下供给的，且是用水饱和的。在图2的示范性配置中，用贫溶剂流完成四个吸收步骤，分别使用贫溶剂流6、14、25和45。至于在设想的吸收器(吸收器103、110和118)中采用的溶剂，应认识到许多物理性溶剂及其混合物都是适当的。有许多本技术领域中已知的物理性溶剂，示范性的溶剂包括碳酸丙烯酯、磷酸三丁酯、正甲基吡咯烷酮和其它各种多乙二醇二烷基醚。或者，合适的溶剂还可包括增强的(enhanced)叔胺或性能与物理性溶剂相似的其它溶剂。然而，通常优选溶剂包括多乙二醇二甲醚和水的混合物。此外，应意识到多乙二醇二甲醚中合适浓度的水会促进将杂质从溶剂中汽提和解吸。
在第一吸收步骤中，在将原料气进一步冷却并进入吸收器之前，将给定且相对少量的贫溶剂注入原料气以捕集包括C9+烃和重硫醇在内的重组分。将重杂质从此第一吸收步骤中除去，防止了大量的重烃和杂质进入第二吸收步骤，从而避免下游重烃在吸收器中冷凝。此外，吸收器中过多的重烃倾向于引起泡沫，这也是不合需要的。在第一吸收步骤中所需的贫溶剂的量较小，并通常取决于进料中重烃的量。然而，在大多数配置中，贫溶剂的量会少于总循环溶剂的10％，且更典型地约为总溶剂环流量的2％至5％。此外，应认识到可根据需要调整贫溶剂的量以去除重烃。
在图2的示范性配置中，贫溶剂流6以约20gpm与压缩的原料气流5混合形成流7，在换热器102中用已处理的气体流18(产物气体)将流7冷却，为通常为60°F至90°F的冷却流8。尤其应注意到的是在换热器102中的冷却过程使吸收效率显著提高，结果基本上完全除去了重组分(例如，C9+烃)、重硫醇和二硫化物以及大多数(即，至少75％，且更典型地为至少90％)的水分。换热器102优选使用已处理的气体流18中的冷量(refrigeration content)，这样就不需要外部冷却并产生温热的产物气46。然而，应认识到也可以包括任选和/或额外的外部冷却(例如，当原料气含有较大量的重组分时)。
通常优选吸收器103包括两部分，其中下面部分用于将重杂质与在第一步骤中所吸收的原料气分离，而上面部分用于第二吸收步骤去除较轻的杂质(例如，硫化氢、轻硫醇、轻烃)。在这种配置中，重杂质(例如，烃、硫醇、二硫化物等)被进料到吸收器103的下面部分并在其中分离，且经由溶剂流10去除，溶剂流10在再生器113中被进一步分馏。在吸收器的下面部分去除重杂质尤为有利，因为随后在上面部分的吸收步骤(一般为第二和第三吸收步骤)在较低的温度下进行，较低的温度可促进烃冷凝和重杂质形成泡沫(见上文)。然而，在另一备选配置中，可在在负压下操作的再生器(未示出)中分别处理流10，这也可用于分馏和除去非常重的组分。
当吸收器具有上面和下面部分时，通常优选所述两个部分是分开的，最典型地通过泡罩塔板125分开。因此，闪蒸气流9将从吸收器的下面部分穿过泡罩塔板125向上流动并进入塔的上面部分。在那里，气体与从吸收器顶部附近进入的、二氧化碳饱和的溶剂流11逆流接触。吸收器通常含有包括常规塔板或填料，其提供大约14至18个气-液接触的平衡级。在这些条件下，需要大约1000至1200gpm的贫溶剂循环流量以将天然气的总含硫量(H2S、硫醇和二硫化物)减少至小于4ppmv。然而，取决于特定的气体组成和体积，应认识到吸收器的类型和平衡级数目可有相当大的变化。
特别应认识到，使用冷的二氧化碳饱和的溶剂尤其有利，这是因为由于溶剂已经预载二氧化碳，吸收器103中的接触级几乎只能用于硫化氢和杂质的选择性吸收。因为原料气中硫化氢的量与二氧化碳相比相对少，所以硫化氢的吸收导致吸收器中温度的升高较少。吸收器在较低温度下运行，总的溶剂环流量和能耗可以减小。采用这种选择性吸收工艺，进入制硫装置的酸性气通常含有较少的二氧化碳而硫化氢更浓。术语“二氧化碳饱和的溶剂”和“用二氧化碳饱和的溶剂”在本文中可互换使用，并且指，与在特定压力和温度下用二氧化碳100％饱和对比，其是一种在特定压力和温度下用至少50％、更典型为80％且最典型为90％二氧化碳饱和的溶剂。因此，如本文所使用的术语“硫化氢的选择性吸收”指从特定气体中向特定溶剂中硫化氢的吸收比二氧化碳的吸收优先。
这种吸收工艺的另一个重要优势是全部杂质都浓缩在再生器塔顶馏出物29的气相32中，使得这些杂质的分压较高，这使这些杂质冷凝并去除。这种工艺的更进一步的优势是，来自再生器的酸性气会含有较少的二氧化碳和较少的烃，这意味着下游制硫装置在高质量硫的生产中会需要较少的燃料气体和氧。从而，这种制硫装置的设备规模较小并因此减少制硫装置的投资和运行成本。如本文中使用的术语“制硫装置”通常指在其中硫化氢被转化为元素硫(和其它副产物)的所有设备装置配置，且其一般会排出含有相对低水平含硫化合物的尾气。
吸收器103产生部分去除了杂质(即，与进入吸收器的流相比含有较少的杂质)的塔顶流12和来自泡罩塔板125的富溶剂流13，塔顶物流12一般为20至40°F，富溶剂流13一般为40至60°F。塔顶流12与从溶剂冷却器121以大约1100至1300gpm提供的0至40°F的贫溶剂14混合，形成蒸气-溶剂混合物流15。
应特别意识到，该蒸气-溶剂接触的附加步骤将用二氧化碳饱和贫溶剂流14，同时除去塔顶流12中来自原料气的残留杂质和含硫化合物。在换热器104中用外部冷却进一步冷却流15，除去由溶剂吸收二氧化碳产生的吸收热，并将混合物进一步冷却到一般为10到40°F，形成流16。因此，应认识到流16的低温会有利于蒸气-溶剂吸收平衡，其进而又会导致溶剂中酸性气和杂质的更高负载，从而减少总的溶剂环流量和能耗。
尤其应认识到，如果没有该冷却装置设备，由于受吸收器中接近平衡温度的限制，吸收器的塔顶温度将会高于贫溶剂的温度。由于在较高温度下溶剂的负载容量下降，所以需要更高的溶剂循环流量以满足相同的产物气体含硫规格。较高的溶剂流量是不合需要的，因为二氧化碳的共吸附会增加，从而增加需要在制硫装置中处理的酸性气的量。
在分离器105中将冷却的蒸气-溶剂混合物流16分离为除去杂质的蒸气流18(清洁的产物气体)和富集二氧化碳的液流17。流17分成两股流，其中约25％作为流25送至吸收器110中的第三吸收步骤，同时用溶剂泵106将剩余的75％作为流43泵至吸收器103的顶部，其作为流11接触在吸收器中上升的含有杂质的天然气。蒸气流18的冷量，典型地在10至40°F，用于在换热器102中冷却原料气流7。已处理的气体作为流46离开处理装置成为产物气。
负载杂质的溶剂流13在JT阀107中减压以形成流19，典型地为100至200psig。然后在换热器108中用贫溶剂流28将流19加热到典型为240至275°F，形成流20。在此高温和低压条件下，大部分酸性气，尤其是二氧化碳解吸。流20在分离器109中分离为蒸气流24和闪蒸液流21。约98％或更多的轻烃如甲烷、约95％的二氧化碳和约70％的硫化氢解吸在流24中。在经由JT阀112送往再生器113进一步分馏之前，含有残留气体(主要为硫化氢和杂质)的闪蒸液流21与流10和50混合形成流22。
在再沸吸收器110中进行第三吸收步骤，通过放出排出其二氧化碳成分(例如，通过加热富溶剂)浓缩富溶剂中的硫化氢和杂质。任选使用再沸器111，再沸器111只是用于产生硫化氢浓度很高的酸性气。流24进入再沸吸收器110的底部附近，而在第二吸收步骤中由分离器105提供的贫溶剂流25进入塔顶附近。当再沸器需要额外的热负荷时，可使用热油或蒸汽作为热源以保持所需的底部温度。通常，使用第三吸收步骤排出流24中超过95％的二氧化碳成分。再沸吸收器110通常设计成为具有8至12个蒸气溶剂接触的平衡级。可用常规塔板或填料作为蒸气溶剂接触装置。流25的需要的溶剂比率通常为总循环流量的25％，或根据再吸收通过换热器108加热而解吸在流24中的基本上全部硫化氢和杂质的需要而定。主要含有二氧化碳和甲烷并除去了硫化氢和杂质的吸收器塔顶蒸气流44可在流44A中用于生产二氧化碳，和/或在流4中循环回进料压缩机的级间。循环工艺使甲烷回收(通常大于98％，且更通常大于99.5％)，也使其它有用气体的回收最大化，同时消除潜在的排放源。
再沸吸收器塔顶蒸气44是高度浓缩的二氧化碳流，其基本不含杂质(通常小于0.1vol％，更通常小于0.05vol％)，并且适于用作化工生产的原料(例如，用于尿素肥料生产，或软饮料制造业)。此流中残留杂质的水平很低，并因此为符合产物二氧化碳的规格所作的进一步纯化只需要很小的投资和运行成本。或者，高度浓缩的二氧化碳流可在相关油田生产中用于增加石油采收率。还应进一步认识到，富含二氧化碳的流44A的去除还降低流4的循环流量，并进一步提高产物气的热值(尤其当需要产物气符合销售气的热值或Wobbe Index规格时)。
含有约5％的残留二氧化碳的再沸吸收器塔底流出物23分成流45和流50。流45作为富含硫化氢的贫溶剂(经由JT阀128减压以后)用于在吸收器118中的第四吸收步骤中吸收烃。流50与来自分离器109的流21和来自第一吸收步骤的流10合并，形成流22。流22经由阀112减压至约25psig，形成流26，并进入再生器113的顶部。再生器113优选为分馏塔，通常设计成为具有12至16个蒸气溶剂接触平衡级。可使用常规塔板或填料作为蒸气溶剂接触装置。应用热油或蒸汽作为热源加热，使再生器底部温度通常保持在285至300°F。再沸器的负荷为约30至40MMBtu/h，或根据生产符合销售气体4ppmv的总含硫规格所必需的、硫和硫醇含量很低(小于5ppm)的贫溶剂的需要而定。
再生器产生贫溶剂流28和塔顶气流29。通过在换热器108中预热(部分再生)富溶剂来回收贫溶剂的热量。在换热器108中，冷却流28以形成通常为100至120°F的流40。用泵120将冷溶剂进一步泵至吸收器压力。泵出口流41分成流6和流42。将流6注入原料气流用于在第一吸收步骤中除去重烃和杂质。在换热器121中制冷将流42通常冷却到0至40°F，并将流42与来自第二吸收步骤中的吸收器103的塔顶蒸气12混合。
尤其应意识到，在再生器底部大量水(蒸气)的存在会促进重组分的汽提和去除。因此，本领域普通技术人员会调整溶剂(例如，多乙二醇的二甲醚)中的水含量以促进和/或优化从溶剂中汽提和解吸杂质。除了在再生器中去除杂质之外，较贫溶剂对第二吸收步骤中杂质的吸收也十分有效，从而有助于符合满足严格的产物气体规格。
在换热器115中用冷却介质(例如，先用冷却水，接着用制冷剂)将再生器塔顶气流29通常冷却到40至50°F，形成流30，在三相分离器116中流30被进一步分离成液流31、蒸气流32、水流34和烃流35。用回流泵117将通常包括溶剂饱和的水、烃和杂质的液流31泵至再生器成为流27。将部分水输送至再生器以使溶剂的水含量保持在预定水平。正如本领域技术人员容易认识到的那样，多种原料气流有时会包含不合需要量的水。因此，为将溶剂的水含量保持在预定浓度，可在再生器113中除去溶剂从原料气中吸收的所有多余的水，成为流34。
流32中的杂质随着温度的降低而降低，且该下限取决于水的结冰温度32°F。仍然可以以相当的量存在，并且特别是较轻的杂质如甲基硫醇、苯、甲苯和二甲苯(即使在约40°F下，杂质水平还可以高达1-2％)。存在如此高水平的杂质对硫操作设备有消极影响，且尤其包括能耗高和催化剂寿命短，以及硫产物不合格。
为避免这类问题，采用了使用吸收器118的第四吸收步骤以进一步处理酸性气流32。本步骤中使用的贫溶剂流46A经由流45来自第三吸收步骤中的吸收器110的底部。由于溶剂流中充满硫化氢该溶剂流尤其有利于吸收残留的杂质。使用溶剂46A会将大多数硫化氢从溶剂中释放至塔顶物流47，同时从流32中的酸性气中吸收大部分烃和杂质。此第四吸收步骤进一步将送至制硫装置的硫化氢浓度提高高至10％。送至制硫装置的流47中的硫化氢浓度可以高至70％。用泵119将来自吸收器118的塔底流出物33以流36泵至再生器113的上面部分，其将杂质和烃液在塔顶罐116中分离产生原烃液流35。
这样，在设想的配置中，预计超过99％的杂质(重烃和硫醇)以流35除去。由于该流被轻烃和轻硫醇饱和，所以在其作为烃产物出售之前通常需要进一步汽提。因此使用由再沸器127供热的汽提塔126从流35中汽提这些轻组分。优选的汽提塔包含用于从重质液体中分馏较轻组分的接触塔板，产生液体产物49。将含有轻硫醇和H2S的塔顶蒸气流48送至制硫装置，用于转化成硫产物。
为了保持水平衡，将含有极少量残留杂质的水流34从分离器116排至酸性水汽提塔装置。可将来自吸收器118和汽提塔126的、各自典通常分别含有50至70％硫化氢、30至50％二氧化碳(和很低水平的残留烃成分)的蒸气流47和48分别直接进料到制硫装置122。预期这种气体组成可使得制硫装置以稳定和有效的模式运行，具有氧和燃料的最小消耗量，同时将几乎全部残留的烃和硫醇及二硫化物转化成惰性产物。制硫装置产生硫产物流37和尾气流38。将主要含有二氧化碳和少量硫氧化物的尾气流38送至氢化和骤冷装置123。通过催化剂床将气体氢化，使所有的硫氧化物转化回硫化氢。转化的气体用水骤冷、冷却并以流39排出骤冷气体装置。
尤其应意识到常规工艺通常需要包括另一个处理装置和焚烧装置的尾气装置。除增加投资和运行成本外，常规工艺还产生气体排放源。由于法规对总硫排放实施更为严格的控制，从尾气装置排放将不再符合法规要求。相反，设想的配置完全消除了这种排放。此外，可以使用小鼓风机124(任选取决于进料压力)将尾气循环回装置入口。
因此，应认识到设想的配置容许经济地处理高度污染的原料气以符合管道规格，提高杂质去除，减少循环流量(recycle flow rates)、加热负荷和冷却负荷，并显著降低与使用这种工艺相关的投资和运行成本。尤其，可以通过将富含二氧化碳的循环流转移至装置外用于工业来调整产物气中二氧化碳含量以符合销售气体规格。
此外，应认识到在设想的配置和方法中，杂质包括重烃、硫醇、二硫化物和芳香化合物，还应认识到在四个吸收步骤中处理低质量气体以除去杂质，在溶剂再生器中采用冷却器/汽提塔步骤工艺以除去液体中的杂质，汽提该液体，产生稳定的可销售的液体产物。
特别应注意到在设想的配置中，硫化氢于第四吸收步骤中浓缩，产生硫化氢含量大于60％的酸性气。这种浓缩的硫化氢流可有利地转化为惰性形式的硫。尤其应意识到除去杂质的酸性气流是制硫装置非常理想的原料气，这是因为除去杂质的酸性气流会避免制硫装置中Claus反应器中的催化剂中毒和失活并因此确保合格的硫产物。
尽管设想的配置和工艺尤其适用于从天然气、合成气、垃圾填埋废气或炼油厂废气中选择性地去除气体杂质如硫化氢、硫醇、二硫化物、芳香化合物和重烃，但应认识到也可以从各种原料气中将中去除另外的备选杂质，包括各种含硫化合物、硫化羰、氰化物和其它气体杂质。而且，尤其当原料气含有大量的二氧化碳时，设想的配置和工艺也可用于有效萃取二氧化碳以在热值和Wobbe Index上符合销售气体规格。萃取出的二氧化碳浓度高且无杂质，其可进一步纯化并用于化工生产或增加石油采收率。
设想的配置和方法的其它优点包括循环利用来自制硫装置的、氢化和骤冷后的尾气。将如此转化的尾气(主要为硫化氢和二氧化碳)循环回原料气压缩机的吸入口。此外，将来自第三吸收步骤的废气也循环回原料气压缩机的级间。因此，在这种循环至消失的配置中，消除了在该工艺中产生的全部或几乎全部的排放源。
设想的配置和工艺可有利地用于加工和处理含杂质的废气流，同时将低质量气体升级为适合于用户管道的高质量脱水气体。同时，设想的配置和工艺将以可销售的烃液和硫产品的方式回收烃组分的热值。因此，这种配置和工艺可循环利用全部或几乎全部的废气流，并且一般不会产生在现在已知的加工设备中通常会遇到的气体排放。
因此，发明者设想出一种具有第一吸收器的气体处理装置，在第一吸收器中贫溶剂吸收二氧化碳、硫化氢和烃。第二吸收器与第一吸收器流体连接，在其中使至少部分硫化氢与二氧化碳分离，并且制硫装置接收硫化氢以产生硫产物和尾气，其中至少部分尾气被氢化并循环至吸收器。这样的装置可有利地包括与第一和第二吸收器流连接的再生器，其中再生器产生酸性气，并且其中至少部分烃以烃液的形式与酸性气分离。可以包括汽提塔，其接收至少部分烃液，并且在其中残留的含硫化合物至少部分地被从烃液中汽提出来(并优选进料到制硫装置装置)。在特别优选的配置中，第二吸收器在比第一吸收器更低的压力和更高的温度下运行，这样使得二氧化碳从富溶剂中解吸并循环回第一吸收器。然后可将这样产生的二氧化碳用于增加石油采收率或用作商品(在任选进一步的纯化后)。
从另一方面看，设想的设备可包括吸收器，吸收器接收(a)含有二氧化碳和硫化氢的原料气，和(b)二氧化碳饱和的溶剂，并产生含有至少部分二氧化碳的塔顶蒸气，其中贫溶剂与塔顶蒸气混合，然后冷却，形成冷却的二氧化碳饱和的贫溶剂，从而减少吸收器中的温升，并因此提高贫溶剂中的硫化氢从原料气的选择性吸收。这样的这种吸收器将优选产生压力降低压力并加热至足以将二氧化碳组分从塔底产物中脱附解吸的(较高)温度的塔底产物，并进一步优选在第二吸收器中使用部分二氧化碳饱和的贫溶剂进一步再吸收将所分离的二氧化碳中的硫化氢组分。
此外，发明者设想出根据本发明主题的气体处理设备可包括从多个吸收器接收含有酸性气和烃的溶剂并产生塔顶蒸气的溶剂再生器，所述塔顶蒸气被进一步冷却并分离，形成酸性气、水和烃液。任选将烃液送入汽提塔，汽提塔将烃液分馏产生去除了硫化氢的烃产物和被送入制硫装置的含有硫化氢的蒸气。在这样的配置中，通常优选将酸性气进料到吸收器，在该吸收器中除去了二氧化碳的富含硫化氢的溶剂净化酸性气，其中净化的酸性气被进料到制硫装置(其可产生尾气，其中至少部分尾气被氢化并循环至多个吸收器中的至少一个)。
从另又一方面看，设想的装置可包括从溶剂再生器接收包含硫化氢和烃的蒸气的吸收器，其中所述吸收器还接收包含硫化氢的除去了二氧化碳的溶剂，并且其中所述吸收器产生含有硫化氢的除去了烃的塔顶蒸气和富集烃的塔底产物，所述塔顶蒸气被进料到制硫装置装置，所述塔底产物被循环至溶剂再生器。在这种配置中通常优选通过另一吸收器产生除去了二氧化碳的溶剂，所述另一吸收器使用二氧化碳饱和的贫溶剂将二氧化碳与硫化氢分离，并优选将部分除去了二氧化碳的溶剂进料到溶剂再生器。
因此，发明者设想出一种处理气体的方法，其中在第一步骤中任选将气体与第一部分贫溶剂接触以从气体中将重烃和重硫醇中的至少一种吸收至第一部分贫溶剂中。在另一步骤中，将气体冷却并在吸收器中将冷却的气体与第二部分贫溶剂接触，以将轻烃、轻硫醇和H2S中的至少一种吸收至第二部分贫溶剂中，其中第二部分贫溶剂用二氧化碳饱和。在再一步骤中，将排出吸收器的气体进一步与第三部分贫溶剂接触以用二氧化碳饱和第三部分贫溶剂，从而形成气体溶剂混合物，然后将气体溶剂混合物冷却并分离，从而形成用二氧化碳饱和的第二部分贫溶剂。
这样，公开了接近零排放的气体处理工艺的具体实施方案和应用。然而，对本领域技术人员应显而易见的是，除此处所述外本发明构思的更多改进也是可能的。因此，只要在本公开的精神内，本发明主题不受任何限制。而且，在解释本说明书时，所有术语都应以与上下文一致的、最宽泛的可能方式来解释。特别是，应将术语“包括”和“包含”理解为以非惟一的形式指代组件、组分或步骤，表明所指代的组件、组分或步骤可以存在、或被利用、或与未明确提到的其它组件、组分或步骤组合。
权利要求
1.一种气体处理装置，其包括第一吸收器，在其中贫溶剂吸收二氧化碳、硫化氢和烃；第二吸收器，其与第一吸收器流体连接，其中至少部分硫化氢与二氧化碳分离；和制硫装置，其接收至少部分硫化氢以产生硫产物和尾气，其中至少部分尾气被氢化并循环至所述吸收器。
2.权利要求1的气体处理装置，其进一步包括与第一和第二吸收器流体连接的再生器，其中再生器产生酸性气，并且其中至少部分烃作为烃液与酸性气分离。
3.权利要求2的气体处理装置，其进一步包括接收至少部分烃液的第三吸收器，并且在其中将残留的含硫化合物至少部分地从所述烃液中去除。
4.权利要求3的气体处理装置，其中残留的含硫化合物被进料到制硫装置。
5.权利要求1的气体处理装置，其中第二吸收器在比第一吸收器更低的压力和更高的温度下运行，这样使得从第二吸收器中的溶剂中解吸的二氧化碳具有至少90mol％的纯度。
6.权利要求5的气体处理装置，其中二氧化碳用于增加石油采收率或用作商品。
7.一种气体处理装置，其包括吸收器，其接收(a)含有二氧化碳和硫化氢的原料气，(b)二氧化碳饱和的贫溶剂，并且(c)其产生含有至少部分二氧化碳的塔顶蒸气；和其中将贫溶剂与塔顶蒸气混合并冷却以形成二氧化碳饱和的贫溶剂，从而增加贫溶剂中的硫化氢从原料气的选择性吸收。
8.权利要求7的气体处理装置，其中所述吸收器产生塔底产物，塔底产物被降压并被加热至足以将二氧化碳从塔底产物中解吸的温度。
9.权利要求8的气体处理装置，其中在第二吸收器中使用部分二氧化碳饱和的贫溶剂吸收在解吸的二氧化碳中的至少部分硫化氢。
10.一种气体处理装置，其包括溶剂再生器，其从多个吸收器接收含有酸性气和烃的溶剂并产生塔顶蒸气；分离器，其接收上述塔顶蒸气并将酸性气与烃分离以形成烃液；和汽提塔，其分馏烃液，产生除去了硫化氢的烃产物和被送入制硫装置的、含有硫化氢的蒸气。
11.权利要求10的气体处理装置，其中所述酸性气被进料到吸收器，在该吸收器中用除去二氧化碳的、富含硫化氢的溶剂净化酸性气。
12.权利要求11的气体处理装置，其中净化的酸性气被进料到制硫装置。
13.权利要求12的气体处理装置，其中制硫装置产生尾气，并且其中至少部分尾气被氢化并循环至多个吸收器中的至少一个。
14.一种气体处理装置，其包括吸收器，其从溶剂再生器接收含有硫化氢和烃的蒸气，并且还接收含有硫化氢的除去了二氧化碳的溶剂；和其中吸收器产生含有硫化氢的除去了烃的塔顶蒸气和富含烃的塔底产物，所述塔顶蒸气被进料到制硫装置，所述塔底产物被循环至溶剂再生器。
15.权利要求14的气体处理装置，其中由另一吸收器产生除去了二氧化碳的溶剂，所述另一吸收器使用二氧化碳饱和的贫溶剂将硫化氢与二氧化碳分离。
16.权利要求14的气体处理装置，其中部分除去了二氧化碳的溶剂被进料到溶剂再生器。
17.一种处理气体的方法，其包括任选使所述气体与第一部分贫溶剂接触以将重烃和重硫醇中的至少一种从气体吸收至第一部分贫溶剂；冷却所述气体并在吸收器中使冷却的气体与第二部分贫溶剂接触，以将轻烃、轻硫醇和H2S中的至少一种吸收至第二部分贫溶剂，其中第二部分贫溶剂用二氧化碳饱和；使排出吸收器的气体与第三部分贫溶剂接触，以用二氧化碳将第三部分贫溶剂饱和，从而形成气体溶剂混合物；和冷却并分离该气体溶剂混合物，从而形成二氧化碳饱和的第二部分贫溶剂。
18.权利要求17的方法，其中任选的接触步骤在气体进入吸收器之前进行，并且其中在已接触的气体进入吸收器之前将已接触的气体冷却。
19.权利要求17的方法，其中将部分用二氧化碳饱和的第二部分贫溶剂在另一吸收器中用作从蒸气中除去硫化氢的吸收溶剂。
20.权利要求19的方法，其中所述的另一吸收器在将二氧化碳从部分第二部分贫溶剂中排出的条件下运行。
全文摘要
将含有硫化氢、二氧化碳和烃杂质的气体(1)在装置(图2)中处理，该装置具有将废气流循环至消失的配置。在设想的方法和配置的特别优选的方面，将硫化氢和其它含硫组分被转化为成为硫产物(37)，二氧化碳(44)被以足够的纯度分离用于增加石油采收率或出售，烃杂质被纯化成为可销售的烃产物(49)。
文档编号B01D53/14GK1713948SQ03825650
公开日2005年12月28日 申请日期2003年2月12日 优先权日2002年12月17日
发明者J·麦, C·格雷厄姆 申请人:弗劳尔公司