Способ, устройство и система для удаления кислого газа
Изобретения относятся к области химии. Синтез-газ из газогенератора 10 подают в реактор 64 для преобразования окиси углерода в диоксид углерода. Из реактора 64 синтез-газ направляют в блок 12 абсорбции, содержащий один или несколько мембранных контактных фильтров 72. Во внутреннем объеме 74 можно содержать синтез-газ, а во внутреннем объеме 76 - растворитель. Мембранные контактные фильтры расположены между двумя объемами 74 и 76. Облагороженный синтез-газ, выходящий из блока 12, состоящий в основном из водорода, подают в газовую турбину 6. Отходящий газ из газовой турбины 6 подают в систему 8, где газ улавливают и используют для выработки пара. Пар, получаемый в системе 8, подают в систему 66 для восстановления растворителя. Изобретения позволяют уменьшить производственные затраты за счет уменьшения размеров оборудования и количества растворителя. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Предпосылки создания изобретения
Настоящее изобретение относится к удалению кислого газа из синтез-газа (синтетического газа), в частности к удалению кислых газов с использованием мембранных контактных фильтров.
Синтез-газ можно получать путем газификации исходного сырья, например, угля, и можно использовать его в качестве топлива на электростанции с комбинированным циклом. Синтез-газ может, в общем, содержать газовую смесь окиси углерода (угарного газа) и водорода, а также в малых количествах хлористый водород, фтористый водород, аммиак и другие газы. В зависимости от содержания органических веществ в сырье синтез-газ может также содержать переменные количества кислых газов, например, сероводорода и диоксида углерода (углекислого газа). Для уменьшения загрязнения воздуха и снижения затрат на охрану окружающей среды может возникать необходимость в очистке синтез-газа или в «облагораживании» его для удаления кислых газов до его сжигания на электростанции с комбинированным циклом.
Краткое описание изобретения
В одном варианте исполнения устройство содержит емкость, предназначенную для подачи в нее синтез-газа и физического растворителя. Устройство также содержит один или несколько мембранных контактных фильтров, расположенных в емкости и предназначенных для обеспечения межфазной границы для физической абсорбции одного или несколько кислых газов из синтез-газа в физический растворитель.
В другом варианте исполнения способ включает абсорбцию двух или нескольких кислых газов из синтез-газа в физический растворитель в ходе выполнения одной операции до сжигания синтез-газа. Процесс абсорбции включает абсорбцию кислых газов через один или несколько мембранных контактных фильтров, расположенных между синтез-газом и растворителем.
Краткое описание чертежей
Эти и другие отличительные особенности, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными после ознакомления с последующим подробным описанием со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми номерами позиций обозначены одинаковые части на всех чертежах и на которых изображено следующее:
фиг.1 изображает блок-схему варианта исполнения системы с комбинированным циклом для выработки электроэнергии, содержащую: систему для выработки и подачи синтез-газа до его сжигания, газовую турбину, паровую турбину и систему для использования тепла для выработки пара;
фиг.2 - технологическая блок-схему варианта системы для выработки и подачи синтез-газа до его сжигания, представленной на фиг.1;
фиг.3 - блок-схему варианта исполнения системы для восстановления растворителя, который можно использовать в системе с комбинированным циклом для выработки электроэнергии, представленной на фиг.2;
фиг.4 - вариант исполнения абсорбционного блока, в разрезе, который можно использовать в системе для выработки и подачи синтез-газа до его сжигания, представленной на фиг.1.
Подробное описание изобретения
Ниже описаны конкретные варианты исполнения настоящего изобретения. При кратком описании этих вариантов исполнения не всегда возможно раскрыть все отличительные особенности реального варианта исполнения. Следует понимать, что при осуществлении любого такого реального варианта исполнения, как и в любом техническом или опытно-конструкторском проекте необходимо выполнить ряд конкретных решений для достижения конкретных целей авторов проекта, например, согласовать требования (ограничения), предъявляемые к системе с технической и экономической точек зрения, которые могут изменяться в различных вариантах исполнения. Кроме того, следует понимать, что осуществление такого проекта может быть сложным и продолжительным, но, тем не менее, оно является, для специалистов в данной области техники, рассматривающих настоящее изобретение, обычным процессом, включающим проектирование, изготовление и монтаж.
В описании элементов, вводимых в различные варианты исполнения настоящего изобретения, под словом «содержащий» следует понимать, что могут быть дополнительные элементы, отличные от перечисленных элементов.
Настоящее изобретение относится к способам удаления кислых газов из синтез-газа до его сжигания. Согласно определенным вариантам исполнения синтез-газ можно пропускать через абсорбционный блок с мембранными контактными фильтрами, с помощью которых обеспечивают поверхность физического растворителя для физической абсорбции кислых газов из синтез-газа в ходе одной операции для получения облагороженного синтез-газа. Под термином «кислые газы» при использовании в данном описании понимают кислые газы, включающие сероводород и диоксид углерода (углекислый газ), а также другие содержащие серу соединения. Под термином «физическая абсорбция» понимают абсорбцию с использованием растворителя, посредством которого абсорбируют выбранный компонент из потока синтез-газа благодаря использованию физических характеристик, а не посредством химического взаимодействия. Физическая абсорбция может особенно хорошо подходить для удаления кислого газа до сжигания благодаря относительно высокому давлению, которое имеет место до сжигания. Например, газификация сырья может происходить при повышенных давлениях и температурах. Следовательно, синтез-газ, получаемый в результате процесса газификации, может существовать при повышенном давлении, например, при давлении, равном или превышающем приблизительно 8 бар. Другие примеры повышенных давлений, включающих указанные значения, но не ограниченных указанными пределами, имеют значения в пределах от приблизительно 8 бар до 31 бара. При повышенных давлениях абсорбционная способность физических растворителей может повышаться и, таким образом, посредством физической абсорбции можно обеспечивать повышенную эффективность при ее применении до сжигания. Кроме того, использованием мембранных контактных фильтров можно обеспечить увеличенную площадь поверхности абсорбции, благодаря чему можно, в свою очередь, уменьшить размер блока для абсорбции и сократить количество используемого физического растворителя.
На фиг.1 изображена блок-схема варианта исполнения системы 2 с комбинированным циклом для выработки электроэнергии, содержащей специальную систему 4 для удаления кислого газа из синтез-газа до его сжигания. Как показано ниже, система 4 может содержать один или несколько мембранных контактных фильтров для удаления кислых газов из синтез-газа до подачи синтез-газа в газовую турбину 6. В газовой турбине 6 облагороженный синтез-газ можно сжигать для генерирования энергии в ходе выполнения «надстройки цикла», или цикла Брайтона. Отходящий газ из газовой турбины 6 можно подавать в систему 8, используемую после сжигания синтез-газа для выработки пара в ходе выполнения «цикла насыщения» или цикла Ренкина. В определенных вариантах исполнения систему 4 для удаления кислого газа из синтез-газа до его сжигания, газовую турбину 6 и систему 8 для использования отходящего газа после сжигания синтез-газа можно использовать вместе как электростанцию с комбинированным циклом, включающим газификацию.
Система 4 для выработки и подачи синтез-газа до его сжигания содержит газогенератор 10, на котором вырабатывают синтез-газ, и блок 12 для абсорбции, с помощью которого удаляют кислые газы из синтез-газа. Газогенератор 10 может быть газогенератором любого пригодного типа, например, с неподвижным слоем, с псевдоожиженным слоем или газогенератор с газификацией в потоке. Как описано ниже со ссылкой на фиг.4, блок 12 для абсорбции может содержать один или несколько мембранных контактных фильтров для физической абсорбции кислых газов из синтез-газа в физический растворитель. Система 4 также может содержать дополнительное оборудование, например, фильтры, газоочистители, теплообменники, реакторы и т.п. Кроме того, система 4 может содержать оборудование и материалы, используемые в процессе газификации, например, трубопровод, один или несколько газогенераторов, сырье, резервуары, камеры сгорания, камеру обжига, бойлеры, газоочистители, мельницы, охладители, осветители и другие связанные с этим виды оборудования и материалов.
Синтез-газ из системы 4 может быть подан в газовую турбину 6 для привода первой нагрузки 14, для чего используют турбину 16. Первой нагрузкой 14 может быть, например, электрогенератор для выработки электроэнергии. Газовая турбина 6 может содержать турбину 16, топочную камеру, или камеру сгорания, 18 и компрессор 20. Отходящий газ из газовой турбины 6 можно подавать в систему 8 для последующего сжигания, где отходящий газ можно улавливать, используя систему для регенерации тепла и производства пара (СРТПП), и подавать в паровую турбину 22 для привода второй нагрузки 24. Второй нагрузкой 24 может также быть электрогенератор для выработки электроэнергии. Однако и первая, и вторая нагрузки 14 и 24 могут быть нагрузками других типов, которые можно приводить, используя газовую турбину 6 и паровую турбину 22. Кроме того, хотя газовой турбиной 6 и паровой турбиной 22 можно приводить отдельные нагрузки 14 и 24, как показано в проиллюстрированном варианте исполнения, газовую турбину 6 и паровую турбину 22 можно также использовать в тандеме для привода единой нагрузки, используя один вал. В проиллюстрированном варианте исполнения паровая турбина 22 может содержать одну секцию 26 низкого давления (СНДПТ), одну секцию 28 среднего давления (ССДПТ) и одну секцию 30 высокого давления (СВДПТ). Однако конкретная конфигурация паровой турбины 22, а также газовой турбины 6, может быть специального исполнения и может содержать любое сочетание секций.
Система 8 для последующего сжигания может также содержать многоступенчатую систему 32 для регенерации тепла и производства пара. Компоненты системы 32 в проиллюстрированном варианте исполнения представляют собой упрощенное изображение системы 32, и его не следует понимать как систему, ограниченную представленным перечнем. Конечно, проиллюстрированная система 32 показана для представления общего принципа ее действия. Нагретый отходящий газ 34 из газовой турбины 6 можно транспортировать в систему 32 и использовать для нагрева пара, используемого для привода паровой турбины 22. Отходящий пар из секции 26 низкого давления паровой турбины 22 может быть направлен в холодильник 36. Конденсат из холодильника 36 может быть, в свою очередь, направлен в секцию низкого давления системы 32 с помощью насоса 38 для подачи конденсата.
Конденсат можно затем пропускать через экономайзер 40 низкого давления (ЭНД), где конденсат можно нагревать. В определенных вариантах исполнения экономайзер 40 низкого давления (ЭНД) может представлять собой устройство для нагрева питательной воды газами. Из экономайзера 40 низкого давления конденсат можно либо направлять в испаритель 42 низкого давления (ИНД) или в экономайзер 44 среднего давления (ЭСД). Пар из испарителя 42 низкого давления можно возвращать в секцию 26 низкого давления паровой турбины 22. Аналогичным образом, из экономайзера 44 среднего давления конденсат можно направлять либо в испаритель 46 среднего давления (ИСД), либо в экономайзер 48 высокого давления (ЭВД). Кроме того, пар из экономайзера 44 среднего давления можно направлять в нагреватель топливного газа (не показан), где пар можно использовать для нагрева топливного газа для использования его в камере сгорания 18 газовой турбины 6. Пар из испарителя 46 среднего давления можно направлять в секцию 28 среднего давления паровой турбины 22. К тому же соединения между экономайзерами, испарителями и паровой турбиной 22 можно варьировать в различных исполнениях, так как проиллюстрированный вариант исполнения является просто иллюстративным вариантом общего комплекса для выработки электроэнергии, где можно использовать необычные аспекты настоящих вариантов исполнения.
Наконец, конденсат из экономайзера 48 высокого давления можно направлять в испаритель 50 высокого давления (ИВД). Пар, выходящий из испарителя 50 высокого давления можно направлять в первичный пароперегреватель 52 высокого давления и конечный пароперегреватель 54 высокого давления, где пар перегревают и, в итоге, направляют в секцию 30 высокого давления паровой турбины 22. Отходящий пар из секции 30 высокого давления паровой турбины 22 можно, в свою очередь, направлять в секцию 28 среднего давления паровой турбины 22, а отходящий пар из секции 28 среднего давления паровой турбины 22 можно направлять в секцию 26 низкого давления паровой турбины 22.
Между первичным пароперегревателем 52 высокого давления и конечным пароперегревателем 54 высокого давления может быть расположен межстадийный регулятор 56 температуры. С помощью межстадийного регулятора 56 температуры можно осуществлять более робастное регулирование температуры отходящего пара из конечного пароперегревателя 54 высокого давления. Более конкретно, межстадийный регулятор 56 температуры можно использовать для регулирования температуры отходящего пара из конечного пароперегревателя 54 высокого давления, посредством инжектирования питательной воды из охладителя, распыляемой в перегретый пар выше по потоку от конечного пароперегревателя 54 высокого давления, как только температура отходящего пара из конечного пароперегревателя 54 высокого давления превышает предварительно установленное значение.
Кроме того, отходящий пар из секции 30 высокого давления паровой турбины 22 можно направлять в первичный промежуточный пароперегреватель 58 и вторичный промежуточный пароперегреватель 60, где его можно повторно нагреть до направления в секцию 28 среднего давления паровой турбины 22. Первичный промежуточный пароперегреватель 58 и вторичный промежуточный пароперегреватель 60 могут быть также связаны с межстадийным регулятором 62 температуры для регулирования температуры отходящего пара из промежуточных пароперегревателей. Более конкретно, межстадийный регулятор 62 температуры может быть предназначен для регулирования температуры отходящего пара из вторичного промежуточного пароперегревателя 60 посредством инжектирования питательной воды из охладителя, распыляемой в перегретый пар выше по потоку от вторичного промежуточного пароперегревателя 60, как только температура отходящего пара из вторичного промежуточного пароперегревателя 60 превышает предварительно установленное значение.
В технологических комплексах с комбинированным циклом, например в системе 2, горячий отходящий пар можно выпускать из газовой турбины 6 и пропускать через систему 32, и можно использовать для получения пара высокого давления с высокой температурой. Пар, выработанный системой 32, можно затем пропускать через паровую турбину 22 для выработки электроэнергии. Кроме того, получаемый пар можно также подавать в любые другие процессы, в которых можно использовать перегретый пар. Например, в определенных вариантах исполнения некоторое количество или весь пар можно подавать в систему 4, используемую до сжигания синтез-газа для регенерации физического растворителя, использовавшегося в блоке 12 для абсорбции. Цикл генерации газовой турбины 6 часто называют «надстройкой цикла», тогда как цикл генерации паровой турбины 22 часто называют «циклом насыщения». Путем сочетания этих двух циклов, как это проиллюстрировано на фиг.1, в системе 2 с комбинированным циклом для выработки электроэнергии может быть достигнута более высокая эффективность в обоих циклах. В частности, отходящее тепло из цикла надстройки можно отбирать и использовать для выработки пара для использования в цикле насыщения. Конечно, система 2 с комбинированным циклом для выработки электроэнергии представлена только в качестве примера, и его не следует воспринимать как решение, ограничивающее объем изобретения. Технологии удаления кислого газа до сжигания можно использовать для получения облагороженного синтез-газа для любого соответствующего вида применения. Например, систему 4 можно использовать для подачи облагороженного синтез-газа в газовую турбину без системы 32.
На фиг.2 представлена блок-схема системы 2 с комбинированным циклом, где проиллюстрирован вариант исполнения системы 4. Как указано выше со ссылкой на фиг.1, система 4 содержит газогенератор 10, в котором преобразуют углеродосодержащие материалы, например уголь, в синтез-газ, состоящий в основном из окиси углерода (угарного газа) и водорода. Синтез-газ из газогенератора 10 можно подавать в реактор 64, который можно использовать для осуществления взаимодействия воды и газа для преобразования окиси углерода (угарного газа), присутствующего в синтез-газе, в диоксид углерода (углекислый газ). В определенных вариантах исполнения можно использовать катализатор для понижения температуры при таком взаимодействии. Кроме того, в систему 4 могут быть введены дополнительные реакторы для выполнения дополнительных этапов очистки, например, гидролизации сернистого карбонила до диоксида углерода (углекислого газа) и сероводорода. Газ, отходящий из реактора 64, может содержать газовую смесь диоксида углерода (углекислого газа), водорода и сероводорода, а также ничтожно малые количества других газов и захваченную сажу и золу. В определенных вариантах исполнения в систему 4 могут быть введены один или несколько фильтров для удаления захваченных сажи и золы, и других ничтожно малых количеств газовых компонентов.
Из реактора 64 синтез-газ можно направлять в блок 12 для абсорбции, где синтез-газ можно облагораживать путем удаления кислых газов, например, диоксида углерода (углекислого газа) и сероводорода. Более конкретно, посредством растворителя в блоке 12 для абсорбции можно выборочно абсорбировать кислые газы из синтез-газа. Растворителем может служить любой физический растворитель, пригодный для выборочной абсорбции кислых газов. Например, растворитель может представлять собой смесь диметилэфиров полиэтиленгликоля, например, Selexol, выпускаемый компанией Dow Chemical Co. (США, шт. Мичиган, г. Мидленд). В определенных вариантах исполнения синтез-газ и/или растворитель можно выдерживать при повышенных давлениях в блоке 12 для абсорбции. Например, растворитель можно выдерживать при давлении в пределах от приблизительно 20 бар до приблизительно 140 бар, а также при всех давлениях в указанном диапазоне. Синтез-газ может находиться под давлением в пределах от приблизительно 8 бар до приблизительно 100 бар, или более конкретно от приблизительно 10 бар до приблизительно 85 бар, или даже более конкретно от приблизительно 10 бар до приблизительно 20 бар, а также при всех давлениях от приблизительно 8 бар до приблизительно 100 бар. Растворитель, содержащий кислые газы, называемый насыщенным растворителем, можно подавать в систему 66 для восстановления растворителя, где кислые газы можно десорбировать из растворителя и хранить в приемниках 68 и 70. Более конкретно, диоксид углерода (углекислый газ) можно выделять из растворителя и подавать в приемник 68, где его можно подвергнуть последующему процессу восстановления. Например, диоксид углерода (углекислый газ) можно восстанавливать и использовать для улучшенного улавливания масла или для производства мочевины. Сероводород можно направлять в приемник 70, где его можно подвергнуть дальнейшей переработке. Например, сероводород можно улавливать и использовать в производстве гипса.
В системе 66 для восстановления растворителя можно поддерживать повышенные температуру или давление для десорбции кислых газов из растворителя. Например, в системе 66 можно использовать десорбер, в котором используют тепло, выделяющееся при использовании пара, поступающего из системы 8, используемой после сжигания синтез-газа. В другом примере, в системе 66 можно использовать перепад давления во время процесса мгновенного испарения для выделения кислых газов из растворителя. После десорбции кислых газов растворитель может стать относительно свободным от кислых газов, и его можно возвращать в блок 12 для абсорбции в качестве тощего растворителя, готового к абсорбции кислых газов из синтез-газа.
В общем, с помощью блока 12 для абсорбции можно облегчить процесс удаления кислых газов, например, сероводорода и диоксида углерода (углекислого газа), в ходе выполнения одной операции. Блок 12 для абсорбции может содержать один или несколько мембранных контактных фильтров 72, посредством которых обеспечивают межфазную границу между синтез-газом и растворителем. В определенных вариантах исполнения кислые газы, находящиеся в синтез-газе, могут подходить к мембранным контактным фильтрам 72 и могут абсорбироваться растворителем. Во внутреннем объеме 74 можно содержать синтез-газ, а во внутреннем объеме 76 можно содержать растворитель. Мембранные контактные фильтры 72 могут быть расположены между двумя объемами 74 и 76 для обеспечения межфазной границы для абсорбции. В определенных вариантах исполнения в объеме 76, в котором содержат растворитель, можно поддерживать более высокое давление, чем в объеме 74, в котором содержат синтез-газ. Перепад давлений может быть достаточно малым для обеспечения возможности проникновения синтез-газа сквозь мембранные контактные фильтры 72, но достаточно большим для препятствования проходу синтез-газа из объема 74, в котором находится синтез-газ, в объем 76 с растворителем. В определенных вариантах исполнения в блок 12 для абсорбции может быть введен регулятор давления для мониторинга перепада давлений. Кислые газы, содержащиеся в синтез-газе, могут проходить сквозь мембранные контактные фильтры 72 и абсорбироваться растворителем в объеме 76, тогда как синтез-газ остается в объеме 74. Таким образом, с помощью мембранных контактных фильтров 72 можно обеспечивать поверхность для абсорбции и барьер между синтез-газом и растворителем. Кроме того, с помощью мембранных контактных фильтров 72 можно обеспечивать увеличенную площадь поверхности для абсорбции, благодаря чему, в свою очередь, можно достичь уменьшения размеров системы, снижения капитальных затрат и уменьшения расхода растворителя. Как указано выше, облагороженный синтез-газ можно выпускать из блока 12 для абсорбции и подавать в турбину 6, тогда как растворитель, обогащенный абсорбированными кислыми газами, может быть направлен в систему 66 для восстановления растворителя.
Облагороженный синтез-газ, выходящий из блока 12 для абсорбции, может состоять в основном из водорода, и его можно подавать в газовую турбину 6 для привода одной или нескольких нагрузок. Как описано выше со ссылкой на фиг.1, отходящий газ из газовой турбины 6, можно подавать в систему 8, используемую после сжигания синтез-газа, где отходящий газ можно улавливать и использовать для выработки пара для привода другой нагрузки посредством паровой турбины. Кроме того, пар, получаемый в системе 8 можно подавать в систему 66 для восстановления растворителя, для обеспечения тепла для десорбции кислых газов из растворителя.
На фиг.3 представлена технологическая блок-схема одного варианта исполнения системы 66 для восстановления растворителя. Система 66 может содержать теплообменник 78, в который подают растворитель, обогащенный кислыми газами, из блока 12 для абсорбции. При пропуске обогащенного растворителя через теплообменник 78 обогащенный растворитель может отбирать тепло от обедненного растворителя, возвращаемого в блок 12 для абсорбции. Обогащенный растворитель можно затем выпускать из теплообменника 78, и он может быть подвергнут мгновенному испарению в резервуаре 80 для мгновенного испарения при высоком давлении для удаления диоксида углерода (углекислого газа) из обогащенного растворителя. Удаленный диоксид углерода (углекислый газ) можно хранить в приемнике 82, где его можно содержать до дальнейшей переработки. Растворитель можно затем подавать в резервуар 84 для мгновенного испарения при среднем давлении, где он может быть подвергнут мгновенному испарению для удаления диоксида углерода (углекислого газа) и сероводорода из растворителя. Удаленную смесь диоксида углерода (углекислого газа) и сероводорода можно хранить в приемнике 86 для дальнейшей переработки. Растворитель можно затем направлять в резервуар 88 для мгновенного испарения при низком давлении, где он может быть подвергнут мгновенному испарению для удаления сероводорода из растворителя. Удаленный сероводород можно хранить в приемнике 90. Растворитель можно затем выводить из резервуара 88 для мгновенного испарения в виде обедненного растворителя, относительно свободного от кислых газов. Обедненный растворитель можно пропускать через теплообменник 78, где он может отдавать тепло обогащенному растворителю, пропускаемому через теплообменник и подаваемому из блока 12 для абсорбции. После выпуска из теплообменника 78 обедненный растворитель можно снова вводить в блок 12 для абсорбции, где он может снова абсорбировать кислые газы.
Конечно, система 66 для восстановления растворителя представлена в качестве примера, и ее не следует ограничивать представленным вариантом исполнения. Например, в ее состав может быть введено любое количество резервуаров для мгновенного испарения и приемников, и они могут быть выполнены для действия при различных давлениях. В одном примере резервуар 80 для мгновенного испарения под высоким давлением может действовать при давлении около 10 бар, резервуар 84 для мгновенного испарения при среднем давлении может действовать при давлении около 5 бар, а резервуар для мгновенного испарения при низком давлении может действовать при давлении около 1 бара. Следует понимать, что давление в резервуарах для мгновенного испарения можно варьировать в зависимости от множества разнообразных факторов, включающих, но не ограниченных данным перечнем: температуру в резервуарах для мгновенного испарения, число стадий и желаемую чистоту. В других вариантах исполнения приемники 82, 86, 90 могут быть исключены для обеспечения возможности пропуска десорбированных кислых газов напрямую в последующие операции по переработке. Кроме того, в других вариантах исполнения в системе 66 для восстановления растворителя можно использовать десорбер, в котором используют тепло вместо перепадов давления для десорбции кислых газов из растворителя.
На фиг.4 изображен в разрезе вариант блока 12 для абсорбции 12, который можно использовать для выборочного удаления кислых газов из синтез-газа. Блок 12 для абсорбции может быть размещен в емкости 91, которая может быть изготовлена из металла, твердого полимера или другого пригодного инертного материала. Емкость 91 может содержать перегородки 92 и 94, которыми разделена внутренность емкости 91 на три внутренних объема 96, 98 и 100. Мембранные контактные фильтры 102 могут проходить через внутренний объем 98 для обеспечения прохождения текучей среды между внутренними объемами 96 и 100.
Мембранные контактные фильтры 102 могут содержать мембрану 104, расположенную вокруг опоры 106. В определенных вариантах исполнения опора 106 может содержать сетчатую трубу относительно малого диаметра из полимерного материала или из металлической проволоки с внутренним проходом для прохождения синтез-газа из внутреннего объема 96 во внутренний объем 100. Однако в других вариантах исполнения опора 106 может иметь внутренний проход различных геометрических форм. Например, опора 106 может иметь прямоугольную, овальную, круглую, звездообразную или трапециидальную форму поперечного сечения. Мембрана 104 может быть выполнена из вспененного политетрафторэтилена и располагаться вокруг наружных поверхностей опоры 106. Однако в других вариантах исполнения мембрана 104 может быть изготовлена из пористого полимерного материала, например, термопластического полимера, или любого другого пригодного пористого материала. В определенных вариантах исполнения мембрана 104 может иметь толщину стенки в пределах от приблизительно 0,1 мкм до приблизительно 2,0 мм и в любых поддиапазонах в этих пределах. Более конкретно, мембрана 104 может иметь толщину стенки в пределах от приблизительно 0,5 мкм до 1,5 мкм, в частности, от приблизительно 0,8 мкм до 1,2 мкм. Кроме того, в других вариантах исполнения мембрана 104 может иметь толщину стенки, превышающую 2 мм.
При использовании системы синтез-газ, указанный стрелкой 108, из блока газификации можно подавать в емкость 91 через впуск 110 и пропускать во внутренний объем 96. Из внутреннего объема 96 синтез-газ 108 может проходить в мембранные контактные фильтры 102 для прохода через внутренний объем 98. При проходе синтез-газа 108 через мембранные контактные фильтры 102, кислые газы, находящиеся в синтез-газе, могут быть абсорбированы через опору 106 и мембрану 104 в растворитель, пропускаемый через внутренний объем 98. Синтез-газ может затем выходить из мембранных контактных фильтров 102 как облагороженный синтез-газ, показанный стрелкой 112, и проходить во внутренний объем 100. Из внутреннего объема 100 облагороженный синтез-газ 112 может выходить через выпуск 114 и быть направлен в газовую турбину, как это описано выше со ссылкой на фиг.1.
Растворитель, показанный стрелкой 116, можно подавать во внутренний объем 98 через впуск 118. После прохождения во внутренний объем 98 растворитель, показанный стрелкой 120, может проходить по внутреннему объему 98 и контактировать с мембранами 104. При контактах растворителя с мембранами 104 растворитель 120 может абсорбировать кислые газы из синтез-газа, пропускаемого через мембранные контактные фильтры 102. Растворитель можно затем выпускать через выпуск 122 как обогащенный растворитель, показанный стрелкой 124, содержащий абсорбированные кислые газы. Как показано выше, с помощью мембран 104 можно обеспечить площадь поверхности и межфазную границу между синтез-газом 108, пропускаемым через мембранные контактные фильтры 102, и растворителем 120, пропускаемым вокруг мембранных контактных фильтров 102. В определенных вариантах исполнения мембранные контактные фильтры 102 могут быть выполнены таким образом, чтобы площадь поверхности межфазной границы между синтез-газом 108 и растворителем 120 была максимальной. Кроме того, во внутреннем объеме 98 могут быть расположены перегородки 126 для направления потока растворителя 120 в объеме 98. Например, перегородки 126 могут быть расположены таким образом, чтобы направлять растворитель вперед и назад вокруг мембранных контактных фильтров 102 для увеличения площади контактной поверхности, посредством чего, в свою очередь, можно увеличить эффективность блока 12 для абсорбции.
Следует понимать, что конфигурация блока 12 для абсорбции, показанная на фиг.4, приведена только в качестве примера, и ее не следует понимать как ограничивающую объем изобретения. Например, можно варьировать количество и относительные формы и размеры емкости 91, объемов 96, 98 и 100, опор 106 и мембранных контактных фильтров 102. Кроме того, в емкости 91 может быть размещено любое число перегородок и/или внутренних объемов. Кроме того, можно использовать множество блоков 12 для абсорбции, установив их последовательно и/или параллельно в комплексе оборудования 4, используемом до сжигания синтез-газа.
Технические преимущества изобретения заключаются в создании одной операции, с помощью которой можно выборочно удалять кислые газы из синтез-газа до сжигания. Кроме того, посредством использования мембранных контактных фильтров можно обеспечить увеличенную площадь поверхности контакта между синтез-газом и растворителем, благодаря чему можно уменьшить размеры оборудования и, таким образом, уменьшить требуемое количество растворителя и производственные затраты.
В данном описании использованы примеры для раскрытия изобретения, включая наилучшие способы его осуществления, а также для обеспечения возможности применения любым специалистом в данной области технических решений, предложенных в настоящем изобретении, включая способы изготовления и использования любых устройств или систем и выполнения любых включенных в изобретение способов. Патентоспособный объем изобретения определен формулой изобретения и может содержать другие варианты, предложенные специалистами в данной области техники. Предполагается, что другие варианты находятся в объеме изобретения, определенном формулой изобретения, если они содержат структурные элементы, не отличающиеся от буквального содержания формулы изобретения, или эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от буквального содержания формулы изобретения.
1. Устройство для удаления кислого газа из синтез-газа, содержащее
емкость для подачи в нее синтез-газа и физического растворителя, имеющую блок абсорбции,
по меньшей мере, один мембранный контактный фильтр, расположенный в емкости, каждый из которых содержит мембрану, предназначенную для обеспечения межфазной границы для физической абсорбции углекислого газа и сероводорода из синтез-газа в физический растворитель,
систему для восстановления растворителя для удаления углекислого газа и сероводорода из физического растворителя и
систему регенерации тепла для преобразования выхлопного газа из газовой турбины в пар для блока восстановления растворителя.
2. Устройство по п.1, в котором физический растворитель содержит смесь диметилэфиров полиэтиленгликоля.
3. Устройство по п.1, в котором каждая мембрана, по меньшей мере, одного мембранного контактного фильтра содержит термопластический полимер.
4. Устройство по п.1, в котором каждая мембрана, по меньшей мере, одного мембранного контактного фильтра расположена вокруг пористой трубчатой опоры, предназначенной для подачи внутрь опоры потока синтез-газа и прохождения растворителя с внешней стороны указанной мембраны.
5. Устройство по п.4, в котором физическая абсорбционная мембрана содержит вспененный политетрафторэтилен, и каждая пористая трубчатая опора содержит полую трубу из металлической проволочной сетки.
6. Устройство по п.1, содержащее перегородки, предназначенные для деления емкости на первый объем, предназначенный для подачи в него синтез-газа, второй объем, предназначенный для подачи в него растворителя, и третий объем, предназначенный для подачи в него синтез-газа, при этом, по меньшей мере, один мембранный контактный фильтр проходит через первый, второй и третий объемы для обеспечения прохода синтез-газа из первого объема через второй объем в третий объем.
7. Устройство по п.6, содержащее во втором объеме перегородки, расположенные для направления потока растворителя во втором объеме по нелинейной траектории.
8. Способ удаления кислого газа из синтез-газа, при котором
направляют первый поток, включающий в себя синтез-газ, углекислый газ и сероводород, в емкость, содержащую, по меньшей мере, один мембранный контактный фильтр, каждый из которых содержит мембрану,
осуществляют абсорбцию углекислого газа и сероводорода из первого потока в физический растворитель в ходе выполнения одной операции в емкости перед сжиганием синтез-газа, причем при осуществлении абсорбции абсорбируют углекислый газ и сероводород в физический растворитель через, по меньшей мере, один мембранный контактный фильтр для получения насыщенного потока растворителя, содержащего углекислый газ и сероводород, и очищенного потока синтез-газа, при этом, по меньшей мере, один мембранный контактный фильтр устанавливают между синтезгазом и растворителем,
сжигают очищенный синтез-газ в турбине,
направляют насыщенный поток растворителя в систему для восстановления растворителя для удаления углекислого газа и сероводорода из насыщенного потока растворителя, и
преобразуют в системе регенерации тепла выхлопной газ из газовой турбины в пар для блока восстановления растворителя.
9. Система удаления кислого газа из синтез-газа, содержащая
блок для абсорбции, предназначенный для выборочного удаления углекислого газа и сероводорода из синтез-газа,
по меньшей мере, один мембранный контактный фильтр, расположенный в блоке для абсорбции для обеспечения межфазной границы для абсорбции между синтез-газом и растворителем, каждый из которых содержит мембрану, предназначенную для абсорбции углекислого газа и сероводорода из синтез-газа,
газовую турбину, предназначенную для сжигания синтез-газа после абсорбции углекислого газа и сероводорода,
блок восстановления растворителя, предназначенный для удаления углекислого газа и сероводорода из физического растворителя и
систему регенерации тепла для преобразования выхлопного газа из газовой турбины в пар для блока восстановления растворителя.
10. Система по п.9, в которой каждая мембрана, по меньшей мере, одного мембранного контактного фильтра содержит термопластик.
