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CN211384447U - 通过用洗涤介质进行气体洗涤来纯化粗合成气的设施 - Google Patents

通过用洗涤介质进行气体洗涤来纯化粗合成气的设施 Download PDF

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CN211384447U
CN211384447U CN201920867197.7U CN201920867197U CN211384447U CN 211384447 U CN211384447 U CN 211384447U CN 201920867197 U CN201920867197 U CN 201920867197U CN 211384447 U CN211384447 U CN 211384447U
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CN
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flash vessel
flash
pressure
scrubber
supplying
Prior art date
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CN201920867197.7U
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阿尔弗雷德·古布林斯基
莎伦·科尔贝特
多利特·拉波尔德
潘卡·普里
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

本实用新型涉及一种通过用洗涤介质进行气体洗涤来纯化粗合成气的设施，其中从粗合成气中除去不想要的、特别是酸性气体成分(例如二氧化碳和硫化氢)。根据本实用新型，将在负载的洗涤介质的减压过程中获得的闪蒸气体供应至再压缩机，以便将这些闪蒸气体再循环到粗合成气中，并且因此在再压缩之后在材料上利用它们。可替代地或此外，还可将闪蒸气体供应至减压涡轮以回收冷量和机械功。如果再压缩机和/或减压涡轮设计成具有多个级，则将在不同压力水平下获得的闪蒸气体优选地供应至再压缩机和/或减压涡轮的相应压力水平。

Description

通过用洗涤介质进行气体洗涤来纯化粗合成气的设施
技术领域
本实用新型涉及一种通过用洗涤介质进行气体洗涤来从粗合成气中除去不想要的、特别是酸性气体成分(例如二氧化碳和硫化氢)的设施。
背景技术
用于通过物理或化学吸收或气体洗涤从工业粗气体中分离不希望的伴生物的方法是从现有技术熟知的。因此，此类方法可以用于从通过气化或重整含碳投入料而产生的粗合成气中安全地去除不想要的酸性成分(例如二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S))，并且还从想要的合成气成分氢气(H2) 和一氧化碳(CO)中去除另外的成分(如羰基硫化物(COS)和氰化氢 (HCN))至痕量。一种已知且常常采用的方法是在Ullmann’s Encyclopedia ofIndustrial Chemistry[乌尔曼工业化学百科全书]，第六版，第15卷，第 399页及以下中大体上进行描述的低温甲醇洗工艺。在低温甲醇洗工艺中，上述不想要的破坏性组分被作为吸收剂或洗涤介质的冷甲醇(即冷却为显著低于环境温度的甲醇)吸收，其中粗气体与吸收介质/洗涤介质之间的强烈传质在吸收塔(也称为洗涤塔)中进行。随着甲醇温度降低和压力增加，不想要的气体成分的溶解度急剧增加，而对于氢气和一氧化碳保持几乎恒定。此外，甲醇具有即使在低至-75℃的温度下保持低粘度以及因此良好的传质和传热性能的优点。
负载有破坏性组分并用作洗涤介质的甲醇在低温甲醇洗工艺中循环通过再生设备。在这些再生设备中，通过物理手段使负载的甲醇无吸收的气体。因此在第一再生步骤中，通过减压(所谓的闪蒸再生)和/或用气体例如氮气汽提从负载的甲醇洗涤介质中去除CO2。在另外或替代的再生步骤中，通过加热(所谓的热再生)驱除含硫气体(COS和H2S)。常常寻求产生几乎无CO2的COS/H2S气体，因为其经济的进一步加工受到与CO2混合的损害。
在低温甲醇洗工艺中，在标准工艺与选择性低温甲醇洗工艺之间进行区分。在标准低温甲醇洗工艺中，伴生气体COS/H2S和CO2在一个吸收步骤中一起从粗合成气体中被除去。相比之下，在所谓的选择性低温甲醇洗工艺中，含硫的伴生气体COS/H2S和CO2在单独的连续的吸收步骤中从粗合成气体中被分别除去。这种选择性吸收通过合适地调节工艺参数、特别是洗涤介质与有待吸收的气体的量比率来实现。选择性吸收的优点是 COS/H2S和CO2气体已在吸收中保持在很大程度上分开并且仅较小部分需要在甲醇的再生中分离。这也允许使用下游工艺(例如克劳斯(Claus)工艺)回收存在的硫。
负载有酸性气体成分的洗涤介质的闪蒸再生可在多级程序中进行，其中机械功和冷量可以在减压中回收。因此，在从气流中除去酸性成分如 CO2、H2S和COS的方法中，美国专利US 5067 972提出了用物理洗涤介质处理所述流。将负载有酸性气体成分的洗涤介质供应到压力递减的闪蒸容器级联中，并且如此释放的闪蒸气体在每种情况下在多级减压涡轮的两级之间供应。这回收了机械功和工艺冷量。然而，在减压级联结束时获得的闪蒸气体仅用作引入该方法中的粗气体的冷却剂，并且然后从该方法中排出。这样的一个缺点是没有教导所获得的闪蒸气体的进一步利用，例如用作材料。
实用新型内容
因此，本实用新型所解决的问题是，提出一种设施，该设施避免了从现有技术已知的方法的所述缺点，并且其中特别地也在材料上利用了所获得的闪蒸气体。
这个问题通过本实用新型的方法基本上得以解决。根据本实用新型的方法的另外实施例、特别是优选的实施例可以在详细描述中找到。
根据本实用新型的设施：
通过用洗涤介质进行气体洗涤来纯化粗合成气的设施，该设施包括以下彼此流体连接的构成部分和组件：
(a)用于将该粗合成气提供并供应至预洗涤器以除去痕量组分芳族化合物，例如NH3、HCN、硫醇、BTX芳香族化合物的装置，
(b)用于将来自该预洗涤器的气态顶部产物供应至H2S洗涤器以除去 H2S的装置，
(c)用于将来自该H2S洗涤器的气态顶部产物供应至CO2洗涤器以除去CO2的装置，
(d)用于将纯化的合成气流作为气态顶部产物从该CO2洗涤器中排出的装置，
(e)用于将液体底部产物供应至中压预洗涤闪蒸容器的装置，用于将来自该中压预洗涤闪蒸容器的气态顶部产物供应至再压缩机的装置，用于将来自该中压预洗涤闪蒸容器的液体底部产物供应至低压预洗涤闪蒸容器的装置，用于将来自该低压预洗涤闪蒸容器的气态顶部产物供应至该再压缩机的装置，用于将来自该低压预洗涤闪蒸容器的液体底部产物供应至至少一个用于该洗涤介质的闪蒸再生和/或热再生的设备中的装置，
(f)用于将来自该H2S洗涤器的液体底部产物供应至中压H2S闪蒸容器的装置，用于将来自该中压H2S闪蒸容器的气态顶部产物供应至多级再压缩机的第二级或后续级的装置，用于将来自该中压H2S闪蒸容器的液体底部产物供应至低压H2S闪蒸容器的装置，用于将来自该低压H2S闪蒸容器的气态顶部产物供应至该再压缩机的装置，用于将来自该低压H2S闪蒸容器的液体底部产物供应至至少一个用于该洗涤介质的闪蒸再生和/或热再生的设备中的装置，
(g)用于将来自该CO2洗涤器的液体底部产物供应至中压CO2闪蒸容器的装置，用于将来自该中压CO2闪蒸容器的气态顶部产物供应至该多级再压缩机的第二级或后续级的装置，用于将来自该中压CO2闪蒸容器的液体底部产物供应至低压CO2闪蒸容器的装置，用于将来自该低压CO2闪蒸容器的气态顶部产物供应至该低压H2S闪蒸容器和/或该再压缩机的装置，用于将来自该低压CO2闪蒸容器的液体底部产物供应至至少一个用于该洗涤介质的闪蒸再生和/或热再生的设备中的装置，
(h)用于将被该再压缩机压缩的气流再循环到用于该粗合成气的预洗涤器中的装置。
术语洗涤介质，与吸收介质或溶剂同义，在本实用新型的上下文中应理解为在工艺条件下呈液体形式的物质或物质混合物，具有对待从气体中分离的组分的吸收能力并且可以通过物理方法再生，例如通过闪蒸或热再生。
闪蒸应理解为意指液体的快速、优选突然的减压，其优选在经由限流器(例如阀)进入容器时实现。如此释放的气体称为闪蒸气体。
术语再压缩机是指单级或多级压缩机，其任务是将气流的压力从低值增加到更高的值，例如粗合成气的进入压力。
将材料流供应至膨胀机还包括其至少部分的供应，而将材料流的其余部分例如传递到再压缩机。
预洗涤器、H2S洗涤器和CO2洗涤器不一定需要呈经由导管连接的单独器件的形式，但是在本实用新型的上下文中也可以是一个或多个整合的吸收塔的区段。
在将被再压缩机压缩的气流再循环到用于粗合成气的预洗涤器中，气流可以经由单独的导管直接进入预洗涤器。再循环导管可以可替代地通入粗合成气进料导管，以在进入洗涤设备之前使再循环的气体与粗合成气预混合。
两个区域之间的流体连接应理解为意指任何类型的连接，无论如何所述连接使得有可能流体(例如液体洗涤介质)可以从这两个区域中的一个流到另一个，忽略任何插入的区域、组成部件、阀或设备。
用于向加工阶段或设施部件提供、供应或排出材料流的装置应理解为意指本领域技术人员在特定情况下将考虑利用的所有设备、组成部件和器件，特别是储存容器，导管，分离和计量设备如例如阀，输送设备例如泵，鼓风机，压缩机。
除非在个别情况下另有说明，否则单位巴(a)中的任何压力数字均基于绝对压力，绝对巴。
本实用新型是基于以下发现：所获得的闪蒸气体也可以通过再循环到进入气体洗涤过程的粗合成气中而在材料上利用。闪蒸气体仍然含有一定比例的价值组分CO和H2，并且由于本实用新型再循环到粗合成气中的结果，同样可以至少部分地进入合成气部分产物流。这改善了这些价值组分的整个工艺平衡。
在根据本实用新型的设施的一个具体实施例中，通过再循环到进入气体洗涤过程的粗合成气中，在材料上利用了仅一部分闪蒸气体，而另一部分传递到膨胀机，例如多级减压涡轮。这实现了在材料上和能量上利用闪蒸气体之间的有利折中。
本实用新型的进一步优选实施例
根据本实用新型的设施的优选实施例的特征在于，该洗涤介质包含一种或多种选自以下项的组的组分：甲醇，N-甲基吡咯烷酮(NMP)，仲胺，优选二乙醇胺，叔胺，优选甲基二乙醇胺，聚乙二醇二烷基醚，优选聚乙二醇二甲醚。所有这些吸收介质用于吸收二氧化碳和硫化合物，对待分离的物质是化学稳定的且化学惰性的，并且可以通过减压/热再生来再生。
已经证明特别有利的是，当再压缩机是多级再压缩机，其中将来自这些低压闪蒸容器的气态顶部产物供应至该多级再压缩机的第一级，并且将来自这些中压闪蒸容器的气态顶部产物供应至该多级再压缩机的后续级。以这种方式，闪蒸气体以能量优化的方式被压缩，因为将它们供应至具有类似压力水平的多级再压缩机的相应级。
附图说明
图1示出了在第一实施例中根据本实用新型的设施的示意图，
图2示出了在第二实施例中根据本实用新型的设施的示意图。
具体实施方式
工作实例
本实用新型的另外的特征、优点和可能的应用也从下面的工作实例和附图的描述中是明显的。描述和/或描绘的所有特征其自身或以任何组合形成本实用新型的主题，而不管它们在工作实例中的组合。
在根据第一实施例的根据本实用新型的设施的图1所示的示意图中，将粗合成气经由导管1供应至包括洗涤器2、4和6的洗涤设备。各个洗涤器2、4、6可以是单独的器件或整合的洗涤/吸收塔的区域。在本工作实例中使用的洗涤介质是冷甲醇，其经由导管98传送到洗涤设备。通常，以本领域技术人员已知的方式(未示出)在不同点向洗涤设备供应多个不同纯度/再生程度的甲醇流。
经由导管1，粗合成气进入预洗涤器2以除去痕量组分例如NH3和 HCN，典型的压力为20至70巴(a)，并且在其中借助于经由导管48供应的部分负载有酸性气体成分的甲醇进行洗涤。经由导管3，将来自预洗涤器2的顶部产物供应至H2S洗涤器4，并且在其中同样用部分负载的甲醇进行洗涤。将来自H2S洗涤器4的顶部产物经由导管5供应至CO2洗涤器 6并且在其中用高纯度甲醇洗涤，该甲醇经由导管98供应并且是由热再生甲醇、新鲜纯甲醇或其混合物形成的。经由导管7，将来自CO2洗涤器6 的顶部产物供应至两级减压涡轮形式的膨胀机，该膨胀机包括冷却器8、 12、16，涡轮级10、14和内部导管9、11、13、15。在其中将纯化的合成气减压至通常5巴(a)的压力，从而回收冷量和机械功。冷凝物分离器通常在每个减压级之后存在但未示出。这里收集的冷凝物再循环到该设施的一部分，其中液体在相似的压力下处理；这些通常是闪蒸容器。经由导管17，将减压的纯合成气从该方法中排出并送去进一步处理或加工。
在预洗涤器2中负载有痕量组分例如NH3和HCN的甲醇洗涤介质经由导管19供应至中压预洗涤闪蒸容器20，并且在其中减压至通常15至 40巴(a)。由此获得的气态顶部产物经由导管21传递到再压缩机的第二级，该再压缩机包括冷却器32、35，压缩机级31、34和分离器30、33。来自中压预洗涤闪蒸容器20的液体塔底产物经由导管22传递到低压预洗涤闪蒸容器24，并且在其中减压至通常1.5至15巴(a)。由此获得的气态顶部产物经由导管25传递到再压缩机的第一级并且在其中被引入到分离器30 中。来自低压预洗涤闪蒸容器24的液体塔底产物经由导管26传递到热再生设备94。
在H2S洗涤器4中负载有硫化氢的甲醇洗涤介质经由导管39供应至中压H2S闪蒸容器40，并且在其中减压至通常15至40巴(a)。由此获得的气态顶部产物经由导管41、51、60和21传递到再压缩机的第二级。来自中压H2S闪蒸容器40的液体塔底产物经由导管42传递到低压H2S闪蒸容器45，并且在其中减压至通常1.5至15巴(a)。由此获得的气态顶部产物经由导管47传递到再压缩机的第一级并且在其中被引入到分离器30中。来自低压H2S闪蒸容器45的液体塔底产物经由导管46传递到闪蒸再生设备90。
在CO2洗涤器6中负载有二氧化碳的甲醇洗涤介质经由导管49供应至中压CO2闪蒸容器50，并且在其中减压至通常15至40巴(a)。由此获得的气态顶部产物经由导管51、60和21传递到再压缩机的第二级。来自中压CO2闪蒸容器50的液体塔底产物经由导管52传递到低压CO2闪蒸容器55，并且在其中减压至通常1.5至15巴(a)。由此获得的气态顶部产物经由导管57传递到低压H2S闪蒸容器45，并且在其中与来自其的顶部产物组合。来自低压CO2闪蒸容器55的液体塔底产物经由导管56传递到闪蒸再生设备90。
进入两级再压缩机的气流处于压缩至粗合成气压力水平的两个压力级中，并且经由导管36和1再循环至预洗涤器2。导管36也可以直接进入预洗涤器2。
引入到闪蒸再生设备90中的负载的甲醇洗涤介质在其中减压。减压在多个级(未示出)中进行，并且最后获得高CO2纯度的CO2产物流和较低CO2纯度的CO2废气流，并经由导管91和92从该方法中排出。在此所需的程序和所采用的压力级本身是本领域技术人员已知的。还获得基本上负载有硫化氢的甲醇洗涤介质，其经由导管93传递到热再生设备94。这也是多级设备(仅示意性地示出)，并且热再生的各个工艺步骤和工艺条件是本领域技术人员已知的。作为热再生的产物获得的是高纯度的甲醇洗涤介质流(所谓的精细洗涤甲醇)，其任选地在进一步处理步骤并且添加新鲜甲醇之后-经由导管98再循环至CO2洗涤器6。作为热再生的另一产物获得的还有酸性气流，其含有硫化氢和另外的硫组分，并且经由导管 95从该方法中排出并送去进一步处理或加工。酸性气流通常供应至根据例如克劳斯工艺操作的硫回收设施(未示出)。
在图2中所示的第二实施例中根据本实用新型的设施的示意图大体上对应于图1的实施例。与后者相比，来自中压H2S闪蒸容器40和来自中压CO2闪蒸容器50的顶部产物经由导管41和51传送到两级膨胀机的第二级。因此，在该具体实施例中，来自中压H2S闪蒸容器和中压CO2闪蒸容器的仅一部分闪蒸气体通过再压缩并再循环到进入气体洗涤过程的粗合成气中而在材料上得到利用，而剩余部分的闪蒸气体用于回收冷量和机械功并且因此在能量上得到利用。这实现了在材料上和能量上利用闪蒸气体之间的有利折中。
还可以经由导管41和51将来自中压H2S闪蒸容器40和中压CO2闪蒸容器50的仅一部分顶部产物传送到两级膨胀机的第二级，而剩余部分传递到再压缩机。这允许闪蒸气体的材料和能量利用之间的可调节性。
工业实用性
本实用新型提供了一种用于从粗合成气中除去酸性气体组分的气体洗涤设施，其使得能够以有利的方式在材料上和/或在能量上利用在负载的洗涤介质的减压过程中获得的闪蒸气体，即用于回收冷量和机械功。
附图标记清单
1 导管
2 预洗涤器
3 导管
4 H2S洗涤器
5 导管
6 CO2洗涤器
7 导管
8 冷却器(热交换器)
9 导管
10 涡轮级
11 导管
12 冷却器(热交换器)
13 导管
14 涡轮级
15 导管
16 冷却器(热交换器)
17 导管
19 导管
20 中压预洗涤闪蒸容器
21 导管
22 导管
24 低压预洗涤闪蒸容器
25 导管
26 导管
30 分离器
31 压缩机级
32 冷却器(热交换器)
33 分离器
34 压缩机级
35 冷却器(热交换器)
36 导管
39 导管
40 中压H2S闪蒸容器
41 导管
42 导管
45 低压H2S闪蒸容器
46 导管
47 导管
49 导管
50 中压CO2闪蒸容器
51 导管
52 导管
55 低压CO2闪蒸容器
56 导管
57 导管
60 导管
90 闪蒸再生设备
91 导管
92 导管
93 导管
94 热再生设备
95 导管
96 导管
98 导管

Claims (6)

1.一种通过用洗涤介质进行气体洗涤来纯化粗合成气的设施，其特征在于，该设施包括以下构成部分和组件：
用于将该粗合成气提供并供应至预洗涤器以除去痕量组分的装置；
用于将来自该预洗涤器的气态顶部产物供应至H2S洗涤器以除去H2S的装置；
用于将来自该H2S洗涤器的气态顶部产物供应至CO2洗涤器以除去CO2的装置；
用于将纯化的合成气流作为气态顶部产物从该CO2洗涤器中排出的装置；
用于将液体底部产物供应至中压预洗涤闪蒸容器的装置，用于将来自该中压预洗涤闪蒸容器的气态顶部产物供应至再压缩机的装置，用于将来自该中压预洗涤闪蒸容器的液体底部产物供应至低压预洗涤闪蒸容器的装置，用于将来自该低压预洗涤闪蒸容器的气态顶部产物供应至该再压缩机的装置，用于将来自该低压预洗涤闪蒸容器的液体底部产物供应至至少一个用于该洗涤介质的闪蒸再生和/或热再生的设备中的装置；
用于将来自该H2S洗涤器的液体底部产物供应至中压H2S闪蒸容器的装置，用于将来自该中压H2S闪蒸容器的气态顶部产物供应至多级再压缩机的第二级或后续级的装置，用于将来自该中压H2S闪蒸容器的液体底部产物供应至低压H2S闪蒸容器的装置，用于将来自该低压H2S闪蒸容器的气态顶部产物供应至该再压缩机的装置，用于将来自该低压H2S闪蒸容器的液体底部产物供应至至少一个用于该洗涤介质的闪蒸再生和/或热再生的设备中的装置；
用于将来自该CO2洗涤器的液体底部产物供应至中压CO2闪蒸容器的装置，用于将来自该中压CO2闪蒸容器的气态顶部产物供应至该再压缩机的装置，用于将来自该中压CO2闪蒸容器的液体底部产物供应至低压CO2闪蒸容器的装置，用于将来自该低压CO2闪蒸容器的气态顶部产物供应至该低压H2S闪蒸容器和/或该再压缩机的装置，用于将来自该低压CO2闪蒸容器的液体底部产物供应至至少一个用于该洗涤介质的闪蒸再生和/或热再生的设备中的装置；
用于将被该再压缩机压缩的气流再循环到用于该粗合成气的预洗涤器中的装置。
2.一种通过用洗涤介质进行气体洗涤来纯化粗合成气的设施，其特征在于，该设施包括以下构成部分和组件：
用于将该粗合成气提供并供应至预洗涤器以除去痕量组分的装置；
用于将来自该预洗涤器的气态顶部产物供应至H2S洗涤器以除去H2S的装置；
用于将来自该H2S洗涤器的气态顶部产物供应至CO2洗涤器以除去CO2的装置；
多级膨胀机，用于将来自该CO2洗涤器的气态顶部产物的至少一些引入到该多级膨胀机中以回收机械功和冷量的装置，以及用于从该膨胀机中排出膨胀的、纯化的合成气流的装置；
用于将液体底部产物供应至中压预洗涤闪蒸容器的装置，用于将来自该中压预洗涤闪蒸容器的气态顶部产物供应至再压缩机的装置，用于将来自该中压预洗涤闪蒸容器的液体底部产物供应至低压预洗涤闪蒸容器的装置，用于将来自该低压预洗涤闪蒸容器的气态顶部产物供应至该再压缩机的装置，用于将来自该低压预洗涤闪蒸容器的液体底部产物供应至至少一个用于该洗涤介质的闪蒸再生和/或热再生的设备中的装置；
用于将来自该H2S洗涤器的液体底部产物供应至中压H2S闪蒸容器的装置，用于将来自该中压H2S闪蒸容器的气态顶部产物供应至该多级膨胀机的第一级或后续级或者至该膨胀机下游的导管内的装置，用于将来自该中压H2S闪蒸容器的液体底部产物供应至低压H2S闪蒸容器的装置，用于将来自该低压H2S闪蒸容器的气态顶部产物供应至该再压缩机的装置，用于将来自该低压H2S闪蒸容器的液体底部产物供应至至少一个用于该洗涤介质的闪蒸再生和/或热再生的设备中的装置；
用于将来自该CO2洗涤器的液体底部产物供应至中压CO2闪蒸容器的装置，用于将来自该中压CO2闪蒸容器的气态顶部产物供应至该多级膨胀机的第一级或后续级或者至该膨胀机下游的导管内的装置，用于将来自该中压CO2闪蒸容器的液体底部产物供应至低压CO2闪蒸容器的装置，用于将来自该低压CO2闪蒸容器的气态顶部产物供应至该低压H2S闪蒸容器和/或该再压缩机的装置，用于将来自该低压CO2闪蒸容器的液体底部产物供应至至少一个用于该洗涤介质的闪蒸再生和/或热再生的设备中的装置；
用于将被该再压缩机压缩的气流再循环到用于该粗合成气的预洗涤器中的装置。
3.根据权利要求1或2所述的通过用洗涤介质进行气体洗涤来纯化粗合成气的设施，其特征在于，该洗涤介质包含一种或多种选自以下项的组的组分：甲醇，N-甲基吡咯烷酮(NMP)，仲胺，叔胺，聚乙二醇二烷基醚。
4.根据权利要求3所述的通过用洗涤介质进行气体洗涤来纯化粗合成气的设施，其特征在于，所述仲胺是二乙醇胺，所述叔胺是甲基二乙醇胺，或者所述聚乙二醇二烷基醚是聚乙二醇二甲醚。
5.根据权利要求1或2所述的通过用洗涤介质进行气体洗涤来纯化粗合成气的设施，其特征在于，该再压缩机是多级再压缩机，其中将来自这些低压闪蒸容器的气态顶部产物供应至该多级再压缩机的第一级，并且将来自这些中压闪蒸容器的气态顶部产物供应至该多级再压缩机的后续级。
6.根据权利要求1或2所述的通过用洗涤介质进行气体洗涤来纯化粗合成气的设施，其特征在于，所述痕量组分为NH3、HCN、硫醇或BTX芳香族化合物。
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