[发明专利]从加压气体同时高效俘获CO2和H2S

说明书

发明领域

本发明涉及用于在含氨的碱性溶液中，从加压气体高效俘获酸性物质(主要是CO₂和H₂S)，并通过汽提吸收的酸性物质对溶液进行再生的方法和系统。

发明背景

对于H₂S和CO₂是污染物的许多工业工艺，从气体俘获H₂S和CO₂是重要的，并且必须在进一步加工前去除。出于环境原因，俘获H₂S和CO₂也是重要的，其中，H₂S在其燃烧之前或之后会形成酸雨，而CO₂则与全球变暖相关。

存在许多用于从加压气体俘获H₂S和CO₂的商用化学和物理方法。化学方法包括基于吸收剂，例如胺的方法、采用碳酸钾的Benfield法等。物理方法包括聚乙二醇二甲醚(Selexol)法、基于甲醇的Rectisol法等。这些方法通常是昂贵的，并且需要输入大量的热能和电能。此外，在大多数可行的商用方法中，每单位体积的吸收剂仅能俘获少量的CO₂和H₂S，通常为30-60克/升，从而需要泵送并循环大体积的溶液，使得反应器、泵、管道、热交换器是巨大且昂贵。在许多此类方法中，CO₂和H₂S的俘获效率较低，并且在下游需要抛光步骤。此外，另一个担忧在于，在低压下汽提酸性物质，需要高成本和高能压缩。此外，较高压力的气体导致非酸性物质，例如H₂、CO和CH₄在吸收器输出溶液中较高的溶解度。作为结果，汽提的酸性气体含有的H₂、CO和CH₄的浓度使得需要进一步的清洁处理，并且还导致有价物质的损失。

本领域需要一种显著改进的用于俘获H₂S和CO₂，并且降低其成本的系统和方法。本发明解决该需求。

发明概述

本发明提供一种方法和系统，其具有：非常高的俘获效率，通常大于99％，潜在地高至99.99％；高酸性气体负载，范围为100-330克/1000克水(负载比商用技术高3-7倍)；在5-200绝对压力(bara)的压力范围内产生酸性气体，并且该酸性气体含有超过99.7％的CO₂和H₂S，小于0.3％的水分以及几乎不含有非酸性物质，例如H₂、CO和CH₄。相比于任意商用方法，本发明的方法消耗小于一半的能量、复合热能和电能。其采用低成本的氨反应物，其是不可降解的，并且不产生有害废物流。本发明的集成系统使得CO₂和H₂S俘获的成本降低至少于现有技术的成本的一半。通过多阶段吸收系统，其中所述多阶段分别设计并操作在使得系统性能最优化的条件下，来实现本发明的方法的高效率和低成本。

本发明的实施方式将酸性气体(主要是CO₂和H₂S)从加压气体俘获到吸收溶液中，然后从吸收溶液中热汽提CO₂和H₂S，以产生加压酸性气流。所述吸收溶液是含有NH₃-CO₂-H₂O-H₂S的浓缩氨溶液。除了NH₃之外，吸收溶液可含有碱性阳离子，例如N_a⁺、K⁺和Li⁺。

本发明的实施方式包括以下单元。

1.多阶段吸收器，其中5-15重量摩尔的氨化溶液从加压气流俘获了大部分的CO₂和H₂S，净CO₂+H₂S负载范围为100-330克/1000克水。

2.多阶段抛光吸收器，含有0-0.2重量摩尔的氨的弱氨水溶液用于俘获气体中的残留CO₂+H₂S。此外，清洗溶液俘获从吸收器带出的氨。