氣體純化設(shè)備和氣體純化方法
【專利說明】
[0001]發(fā)明背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及能夠通過調(diào)節(jié)原料氣體中H2O的濃度來促進COS分解處理的氣體純化設(shè)備和氣體純化方法。
【背景技術(shù)】
[0003]作為對于近年出現(xiàn)的能量問題的最終解決方案之一，煤的有效利用已經(jīng)引起了巨大關(guān)注。為了將煤轉(zhuǎn)化為具有高附加值的能量介質(zhì)如甲醇和氨，使用了先進的技術(shù)，如用于將煤氣化的技術(shù)和用于將通過將煤氣化所得的氣體純化的技術(shù)。
[0004]在煤中通常含有硫，并且當(dāng)將煤氣化時，氣體包含硫化合物如氧硫化碳(COS)和硫化氫(H2S)。如果在不除去這樣的硫化合物的情況下燃燒此氣化的氣體，燃燒的化合物將作為可以導(dǎo)致酸雨和環(huán)境破壞的硫的氧化物排出至大氣中。盡管其中通過使用胺系水溶液除去H2S的濕法氣體純化工藝已經(jīng)作為用于除去這種硫化合物的方法得到商業(yè)化，但通過使用胺系水溶液不能除去COS。
[0005]為了解決此問題，已經(jīng)提出了催化反應(yīng)工藝，其中，通過由以下式(2)表示的水解反應(yīng)工藝將COS分解并轉(zhuǎn)化成能夠通過使用胺系水溶液除去的H2S (例如，專利文獻I)。
[0006][式I]
[0007]C0S+H20 — H2S+C02 (2)
[0008]因為COS分解反應(yīng)是水解的，所以如果在原料氣體中H2O的濃度高，COS能夠以較高的分解速率分解。例如，在專利文獻2中討論的氣體純化設(shè)備中，經(jīng)由水洗塔將從氣化爐排出的氣化的氣體引入COS轉(zhuǎn)化器中，以分解C0S，并隨后將其進料至吸收塔以從中除去H2S0在水洗塔中，將氣化的氣體中的雜質(zhì)回收，并且在氣化的氣體中的H2O的濃度增加，并且因此，容易將COS在COS轉(zhuǎn)化器中分解。然而，須將在氣化爐中加熱的氣化的氣體冷卻以在水洗塔中水洗，隨后將冷卻過的氣化的氣體再次加熱至適合于COS分解的溫度。如上所述，因為在氣體純化設(shè)備中重復(fù)進行加熱和冷卻氣化的氣體的過程，所以設(shè)施結(jié)構(gòu)可能是復(fù)雜的，并且該過程的結(jié)構(gòu)的熱效率也可能是低的。
[0009]另一方面，例如，在專利文獻3中描述的氣體純化設(shè)備具有這樣的設(shè)備結(jié)構(gòu):其中將從氣化爐排出的氣化的氣體引入用于COS分解的COS處理裝置中，并隨后將其進料至水洗塔。將已經(jīng)在氣化爐中加熱的氣化的氣體通過熱交換器冷卻至適合用于COS分解的的溫度，并且在已經(jīng)分解COS以后，將氣體進一步冷卻至適于用水洗滌的溫度。如上所述，該氣體純化設(shè)備沒有重復(fù)加熱和冷卻氣化的氣體，這實現(xiàn)了具有出色熱效率的工藝結(jié)構(gòu)。然而，因為在沒有調(diào)節(jié)H2O的濃度的情況下將從氣化爐排出的氣化的氣體引入至COS處理裝置，在氣化的氣體中的H2O的濃度取決于氣化爐的氣化條件。因此，難以總是以高分解速率分解 COS0
[0010]引用清單
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻I:JP 4594886 BI
[0013]專利文獻2:JP 3688922 BI
[0014]專利文獻3:JP 4467872 BI
[0015]發(fā)明概述
[0016]技術(shù)問題
[0017]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供具有出色熱效率的、能夠以高分解速率分解COS的氣體純化設(shè)備和氣體純化方法。
[0018]解決問題的手段
[0019]為了解決上述問題，發(fā)明人進行了多種研究，以在不降低熱效率的情況下提高COS分解速率。發(fā)明人因此發(fā)現(xiàn)，通過在COS的水解分解前調(diào)解H2O的濃度，可以在不降低熱效率的情況下以高分解速率分解C0S，并且基于此發(fā)現(xiàn)，完成了本發(fā)明。
[0020]換言之，在根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案中，氣體純化設(shè)備配置為純化至少包含COS、H2O, 0)2和H 2S的氣體，所述氣體純化設(shè)備至少設(shè)置有:C0S處理裝置，所述COS處理裝置包括COS轉(zhuǎn)化催化劑并且配置為通過水解來分解在所述氣體中的COS ;和H2O調(diào)節(jié)工具，所述H2O調(diào)節(jié)工具配置為調(diào)節(jié)待引入所述COS處理裝置中的所述氣體中的H2O的濃度。
[0021]在本發(fā)明的第二實施方案中，用于純化至少包含0)5、!120、0)2和!125的氣體的氣體純化方法，所述氣體純化方法包括調(diào)節(jié)所述氣體中的H2O的濃度的H2O調(diào)節(jié)步驟，以及通過使用COS轉(zhuǎn)化催化劑由水解來分解H2O的濃度已經(jīng)調(diào)節(jié)過的所述氣體中的COS的COS處理步驟。
[0022]發(fā)明的有益效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明，可以在不降低熱效率的情況下以高分解速率分解COS。
[0024]附圖簡述
[0025]圖1是氣體純化工藝的概略圖。
[0026]圖2是在圖1所示的氣體純化工藝上附加包括水洗塔等的氣體純化工藝的概略圖。
[0027]圖3是不同于圖1和2中所示的那些實施方案的一個實施方案的氣體純化工藝的概略圖。
[0028]圖4是不同于圖1至3中所示的那些實施方案的一個實施方案的氣體純化工藝的概略圖。
[0029]圖5是包括在圖1至4中所示的全部H2O調(diào)節(jié)工具的一個實施方案的氣體純化工藝的概略圖。
[0030]圖6是圖示了本發(fā)明的氣體純化設(shè)備的一個實例的圖。
[0031]實施方案描述
[0032]以下將詳細(xì)描述本發(fā)明的一般實施方案。
[0033]首先，本發(fā)明的氣體純化設(shè)備是配置為純化至少包含COS、H20、C0jP H2S的氣體的氣體純化設(shè)備。包含這樣的化合物的氣體的實例包括通過將煤、油、生物質(zhì)等氣化所獲得的氣體。可通過本發(fā)明純化的氣體可以還包括除了上述化合物之外的CO、N2、HC1、02等。
[0034]本發(fā)明的氣體純化設(shè)備至少包括COS處理裝置和H2O調(diào)節(jié)工具。COS處理裝置是這樣一種裝置:包含COS轉(zhuǎn)化催化劑，并且配置為通過水解來處理和分解在待純化氣體中的COS。對于COS處理裝置來說，可以使用下列裝置:其中已經(jīng)將COS轉(zhuǎn)化催化劑裝載在反應(yīng)器內(nèi)的裝置，其中已經(jīng)將除02催化劑和COS轉(zhuǎn)化催化劑的組合裝載在反應(yīng)器內(nèi)的裝置，和已經(jīng)將也包括除O2功能的COS轉(zhuǎn)化催化劑裝載在反應(yīng)器內(nèi)的裝置。對于COS轉(zhuǎn)化催化劑來說，一般可以使用包括二氧化鈦、鉻和氧化鋁在內(nèi)的催化劑。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的氣體純化設(shè)備的H2O調(diào)節(jié)工具是這樣的工具:其配置為調(diào)節(jié)待引入COS處理裝置中的氣體中的H2O的濃度。通過在使用COS轉(zhuǎn)化催化劑將COS水解分解之前調(diào)節(jié)待純化的氣體中的H2O的濃度，可以以高分解速率分解COS。
[0036]優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的氣體純化設(shè)備的H2O調(diào)節(jié)工具是這樣的工具:其配置為調(diào)節(jié)H2O濃度以使得由下式⑴表示的壓力平衡常數(shù)&為I彡KpS 20，其中Pras是在所述氣體中COS的分壓，P.是在所述氣體中H2O的分壓，？?32是在所述氣體中CO2的分壓，且Ph2s是在所述氣體中H2S的分壓。
[0037][式2]
[0038]Kp — (P H2sXPc02)/ (PCOS ^ PΗ2θ) (I)
[0039]COS水解反應(yīng)是可逆反應(yīng)，且如果Kp為20以下，COS的水解容易進行，并且因此，可以以高分解速率分解COS。如果&為10以下，COS可以更快地分解。甚至當(dāng)Kp為I那么小時，仍可以以出色的方式分解COS ;然而，在平衡方面，低于I的Kp范圍對COS的水解是不利的，并且因此，在此Kp范圍內(nèi)，COS的水解難以進行。
[0040]理論上，不僅可以通過調(diào)節(jié)H2O的分壓，也可以通過調(diào)節(jié)C0S、C0jP H2S的分壓，改變壓力平衡常數(shù)。然而，取決于被氣化的原料和基于氣化條件等，COS、COjPH2S的比率是固定的。因此，為了改變這些化合物的比率，應(yīng)當(dāng)例如使用其中單獨將COS、(:02或H 2S與氣化的氣體混合的方法。然而，因為COS和H2S是要回收的化合物，增加它們的量不是優(yōu)選的。此外，考慮到購買CO2的成本，并且因為變得必需單獨安裝附加設(shè)施，僅為了調(diào)節(jié)壓力平衡常數(shù)而將0)2與氣體混合是低效的。在C0S、H 20、0)2和H 2S