CN101830462A - 采用碳酸二甲酯吸收和膜解吸结合的co2捕集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属化学工程技术领域的一种采用碳酸二甲酯吸收和膜解吸结合的CO2捕集方法。首先将含有CO2的原料气经过碳酸二甲酯吸收脱碳，然后使吸收CO2后的吸收剂富液经过两级节流膨胀和膜解吸再生，节流膨胀以及膜解吸产生的CO2气体经过水洗后排出界区。本发明开发的碳酸二甲酯脱碳-膜解吸新工艺与本发明人的采用碳酸二甲酯作为吸收剂的脱碳工艺相比可降低综合能耗5％～20％。与目前工业上成熟应用的碳酸丙烯酯法相比，能耗可降低30％～40％，与聚乙二醇二甲醚法相比，溶剂价格更低，聚合损失降低40％～60％；与低温甲醇洗工艺相比，操作温度更加温和，设备投资降低30％～40％。CO2脱除效率可达到95％以上。

Description

采用碳酸二甲酯吸收和膜解吸结合的CO2捕集方法
技术领域
本发明属化学工程技术领域。特别涉及从合成气、变换气以及IGCC气体的中高压混合气体中吸收脱除CO2的一种采用碳酸二甲酯吸收和膜解吸结合的CO2捕集方法。
背景技术
全球气候变暖已经成为毫无争议的事实。温室气体CO2的排放是造成气候变暖的一个主要因素。从富含CO2的气体混合物中，包括合成气、变换气以及IGCC气体中捕集、分离CO2是应对全球气候变暖的重要措施。
根据不同的应用场合和原料气的压力高低，脱除CO2方法可分为干法和湿法。干法包括吸附法和膜法，一般适用于CO2浓度较低的场合；湿法可分为化学吸收法和物理吸收法，化学吸收法多用于原料气压力较低的场合。
本发明所针对的原料气，如合成气、变换气以及IGCC气体，含有30～50％的CO2，浓度较高，压力较高，一般大于2000KPa，适合采用物理吸收法吸收CO2气体。
目前国内外工业上较为成熟的物理吸收法脱碳工艺有低温甲醇洗法(国外称为Rectisol法，CN 94101447.9)、碳酸丙烯酯法(国外称为Flour法，CN91101928)和聚乙二醇二甲醚法(国外称为Selexol法，CN 200710015805)。
低温甲醇洗法具有吸收能力大、选择性好、气体净化度高、吸收剂稳定性好的特点，但是存在工艺流程长、设备投资大(需要耐-30℃以下的低温材质)、吸收剂毒性大和需要支付国外高额专利技术费等缺点；由于碳酸丙烯酯具有在较高的分压下能有效地吸收CO2，而在较低的压力下可以不需要热量而容易解吸的特点，其工艺流程，尤其是解吸工艺可以得到相当的简化，但是由于吸收容量有限，吸收剂循环量较大，能耗较大；聚乙二醇二甲醚法具有吸收能力强、吸收剂损失小(蒸汽压低)的特点，但是聚乙二醇二甲醚必须通过人工合成，吸收剂成本高，而且该吸收剂分子量较大，在再生过程容易发生聚合而造成损失。
针对现有低温甲醇洗法工艺流程长、设备投资大，碳酸丙烯酯法吸收剂吸收容量小、循环量大，以及聚乙二醇二甲醚法成本高、容易发生聚合损失的不足和缺陷，本发明人提出了一种采用碳酸二甲酯作为吸收剂的脱碳工艺(费维扬，汤志刚，陈健，骆广生，余立新，朱兵等.一种采用碳酸二甲酯作为吸收剂的脱碳工艺.申请号：200810103322.3)，可有效简化工艺，降低成本。但是在吸收剂的再生过程中使用氮气气提，一方面使用氮气增大成本，另一方面还需要增加一个尾气净化塔来回收解吸气中的碳酸二甲酯，设备投资增加，针对该工艺流程长、成本高、设备投资大的不足和缺陷，
发明内容
本发明的目的是针对上述采用碳酸二甲酯作为吸收剂的脱碳工艺.可有效简化工艺，降低成本。但是在吸收剂的再生过程中使用氮气气提，一方面使用氮气增大成本，另一方面还需要增加一个尾气净化塔来回收解吸气中的碳酸二甲酯，设备投资增加，针对该工艺流程长、成本高、设备投资大的不足和缺陷，而提供一种采用碳酸二甲酯吸收和膜解吸结合的CO2捕集方法，以进一步简化工艺，降低成本。
一种采用碳酸二甲酯吸收和膜解吸结合的CO2捕集方法，其特征在于，所述CO2捕集方法包括如下步骤：
1)碳酸二甲酯吸收
含有CO2的原料气与从吸收塔3顶部出来的净化气在第一换热器1中换热后，从吸收塔3下部进入吸收塔，来自储罐的碳酸二甲酯吸收剂与来自膜解吸器9底部的吸收剂贫液和二级气液分离罐8底部的吸收剂贫液在第二换热器2中换热后从吸收塔3上部进入吸收塔，原料气与吸收剂在吸收塔3内逆流接触并发生吸收传质；吸收塔温度控制在10～35℃，压力控制在2.5MPa～4.0MPa；脱除CO2后的净化气与原料气换热后降温至20～25℃后排出至下一工序，吸收了CO2的吸收剂富液经过一级节流阀5和二级节流阀7膨胀降压；
2)节流膨胀
吸收剂富液经过一级节流阀5膨胀降压至0.5MPa～1.2MPa，温度降至22～30℃，然后经过一级气液分离罐6进行气液分离，汽相经过压缩机4压缩后返回吸收塔3下部，液相经过二级节流阀7膨胀，压力降至0.11MPa～0.12MPa，温度降至12～21℃，然后经过二级气液分离罐8进行气液分离，气相送入水洗塔10，回收尾气中的碳酸二甲酯液相与来自吸收剂储罐的吸收剂经第二换热器2换热升至20～30℃后去换热器11；
3)膜解吸
来自换热器2的吸收剂贫液经过与换热器11换热后后温度升高至25～45℃，在解吸真空度0.09～0.095MPa、温度为25～60℃的条件下，经膜解吸器9的膜解吸后的解吸气送入水洗塔10回收其中的碳酸二甲酯；解吸器流出的吸收剂贫液与进入膜解吸器的液相换热后温度降低至20～30℃，然后再送回吸收剂储罐作为吸收剂循环使用；
4)水洗
来自二级气液分离罐8的气相和膜解吸器9的气相从水洗塔10下部进入水洗塔，与从水洗塔上部加入的洗涤水在塔内逆流接触，水洗塔温度控制在20～25℃，压力控制在0.105MPa～0.106MPa；洗涤水洗去气相中的碳酸二甲酯后，气相排出界区，液相送出界区后经过后续分离过程分离回收水洗液中的碳酸二甲酯。
所述吸收剂贫液是没有吸收CO2或脱除CO2后的碳酸二甲酯。
所述吸收剂富液是吸收了CO2后的碳酸二甲酯。
本发明的有益效果是本碳酸二甲酯脱碳-膜解吸新工艺与本发明人开发的现有工艺相比，可降低能耗10％以上。与目前工业上成熟应用的碳酸丙烯酯法相比，能耗可降低30％以上，与聚乙二醇二甲醚法相比，溶剂价格更低，聚合损失降低50％以上；与低温甲醇洗工艺相比，操作温度更加温和，设备投资降低30％以上。
附图说明
图1一种采用碳酸二甲酯吸收和膜解吸结合的CO2捕集新工艺原则流程图。
图中：1-第一换热器；2-第二换热器；3-吸收塔；4-压缩机；5-一级节流阀；6-一级气液分离罐；7-二级节流阀；8-二级气液分离罐；9-膜解吸器；10-水洗塔；
具体实施方式
下面结合图1和实施例对本发明提供的工艺作进一步的说明。
本发明提供的一种采用碳酸二甲酯作为吸收剂的脱碳工艺，包括如下步骤：
1)碳酸二甲酯吸收
含有CO2的原料气与从吸收塔3顶部出来的净化气在第一换热器1中换热后，从吸收塔3下部进入吸收塔，来自储罐的碳酸二甲酯吸收剂与来自膜解吸器9底部的吸收剂贫液和二级气液分离罐8底部的吸收剂贫液在第二换热器2中换热后从吸收塔3上部进入吸收塔，原料气与吸收剂在吸收塔3内逆流接触并发生吸收传质；吸收塔温度控制在10～35℃，压力控制在2.5MPa～4.0MPa；脱除CO2后的净化气与原料气换热后降温至20～25℃后排出至下一工序，吸收了CO2的吸收剂富液经过一级节流阀5和二级节流阀7膨胀降压；
2)节流膨胀
吸收剂富液经过一级节流阀5膨胀降压至0.5MPa～1.2MPa，温度降至22～30℃，然后经过一级气液分离罐6进行气液分离，汽相经过压缩机4压缩后返回吸收塔3下部，液相经过二级节流阀7膨胀，压力降至0.11MPa～0.12MPa，温度降至12～21℃，然后经过二级气液分离罐8进行气液分离，气相送入水洗塔10，回收尾气中的碳酸二甲酯液相与来自吸收剂储罐的吸收剂经第二换热器2换热升至20～30℃后去换热器11；
3)膜解吸
来自换热器2的吸收剂贫液经过与换热器11换热后后温度升高至25～45℃，在解吸真空度0.09～0.095MPa、温度为25～60℃的条件下，经膜解吸器9的膜解吸后的解吸气送入水洗塔10回收其中的碳酸二甲酯；解吸器流出的吸收剂贫液与进入膜解吸器的液相换热后温度降低至20～30℃，然后再送回吸收剂储罐作为吸收剂循环使用；
4)水洗
来自二级气液分离罐8的气相和膜解吸器9的气相从水洗塔10下部进入水洗塔，与从水洗塔上部加入的洗涤水在塔内逆流接触，水洗塔温度控制在20～25℃，压力控制在0.105MPa～0.106MPa；洗涤水洗去气相中的碳酸二甲酯后，气相排出系统，液相送出系统后经过后续分离过程分离回收水洗液中的碳酸二甲酯。
实施例1
含有CO2的混合气体组成(摩尔分率)如下：
CO2为0.4210；H2为0.5235；DMCARB为0；CO为0.0141；
Ar为6.8000E-03；METHANE为8.7000E-03；N2为0.0254；
H2S为4.60000E-04；H2O为0，
混合气体温度28℃，压力2.6MPa，；
混合气体与吸收塔塔顶除去CO2的净化气换热后降至23.2℃从下部进入吸收塔，来自吸收剂储罐25℃的碳酸二甲酯与二级解吸罐液相换热后至14.3℃后从上部进入吸收塔，两相在塔内逆流接触并发生吸收传质。气相流量为22121KG-MOL/HR，液相流量54323KG-MOL/HR。吸收塔塔顶温度15.5℃，压力2.55MPa；塔底温度28.4℃，压力2.58MPa。脱除CO2后的净化气与原料气换热后降温至19.2℃排出至下一工序，其组成(摩尔分率)如下：
CO2为4.4339E-04；H2为0.9310；DMCARB为1.1281E-03；CO为0.0232；Ar为0.0105；METHANE为5376E-04；N2为0.0337；H2S为1.3205E-10；H2O为0；
吸收CO2的吸收剂富液经过两级节流膨胀降压，一级节流膨胀降压至1.0MPa，温度降至24.2℃，然后经过气液分离。汽相经过压缩后返回吸收塔，液相进行二级节流膨胀，压力进一步降至0.2MPa，温度进一步降至12.7℃，然后经过气液分离。气相送入水洗塔回收尾气中的碳酸二甲酯，液相经换热后去解吸再生。
来自换热后的液相送入膜解吸器，在35℃，解吸真空度0.09MPa的条件下解吸。解吸气送入水洗塔，解吸器底部的吸收剂富液经换热后温度降至22.5℃送回吸收剂储罐循环使用。二级气液分离后气相和膜解吸气相从水洗塔下部进入水洗塔，与从塔顶加入的洗涤水在塔内逆流接触。洗涤水的流量为13810KG-MOL/HR，温度23℃，压力0.11MPa。水洗塔塔顶温度23.2℃，压力0.103MPa；塔底温度23.5℃，压力0.11MPa。水洗塔洗涤水洗去气相中的碳酸二甲酯，气相排出界区，其组成(摩尔分率)如下：
CO2为0.9533；H2为1.8324E-03；DMCARB为5.2701E-15；
CO为4.9806E-04；Ar为3.5237E-04；METHANE为9.0428E-05；
N2为3.7689E-04；H2S为8.0166E-04；H2O为0.0431；
液相送出系统后经过后续分离过程分离回收水洗液中的碳酸二甲酯，脱碳效率为97.25％。
实施例2：
含有CO2的混合气体，温度27℃，压力2.9MPa，组成(摩尔分率)如下：
CO2：0.4210；H2：0.5235：DMCARB：0；CO：0.0141；
Ar：6.8000E-03；METHANE：8.7000E-03：N2：0.0254；
H2S：4.60000E-04；H2O：0；
混合气体与吸收塔塔顶除去CO2的净化气换热后降至23.1℃从下部进入吸收塔，来自吸收剂储罐25℃的碳酸二甲酯与二级解吸罐液相换热后至15.1℃后从上部进入吸收塔，两相在塔内逆流接触并发生吸收传质。气相流量22117KG-MOL/HR，液相流量58611KG-MOL/HR。吸收塔塔顶温度15.8℃，压力2980KPa；塔底温度29.2℃，压力3.0MPa。脱除CO2后的净化气与原料气换热后降温至24.7℃排出至下一工序，其组成(摩尔分率)如下：
CO2：3.7720E-04；H2：0.9356；DMCARB：1.8810E-03；CO：0.0228；
Ar：0.0131；METHANE：4.4186E-04；N2：0.0258；H2S：1.4093E-10；
H2O：0：
吸收CO2的吸收剂富液经过两级节流膨胀降压，一级节流膨胀降压至0.9MPa，温度降至29.81℃，然后经过气液分离。汽相经过压缩后返回吸收塔，液相进行二级节流膨胀，压力进一步降至0.135MPa，温度进一步降至13.2℃，然后经过气液分离。气相送入水洗塔回收尾气中的碳酸二甲酯，液相经过换热解吸再生；
来自换热后的液相送入膜解吸器，温度32℃，压力0.13MPa。在40℃，解吸真空度0.092MPa的条件下解吸。解吸气送入水洗塔，解吸器底部的吸收剂贫液换热后温度降至23.5℃送回吸收剂储罐循环使用。
二级气液分离后气相和膜解吸气相从水洗塔下部进入水洗塔，与从塔顶加入的洗涤水在塔内逆流接触。洗涤水的流量为13508KG-MOL/HR，温度25℃，压力0.11MPa。水洗塔塔顶温度25.9℃，压力0.103MPa；塔底温度26.0℃，压力103.3KPa。水洗塔洗涤水洗去气相中的碳酸二甲酯，气相排出至下一工序，其组成(摩尔分率)如下：
CO2：0.9538：H2：2.2287E-03；DMCARB：1.1226E-14；CO：4.3456E-04；
Ar：3.2798E-04：METHANE：1.0033E-04：N2：4.1217E-04：
H2S：8.0033E-04：H2O：0.0442；
液相送出系统后经过后续分离过程分离回收水洗液中的碳酸二甲酯，脱碳效率为98.32％。

Claims (3)

1.一种采用碳酸二甲酯吸收和膜解吸结合的CO2捕集方法，首先将含有CO2的原料气经过碳酸二甲酯吸收脱碳，脱除CO2后的净化气与原料气换热后降至20～25℃后排出；其特征在于，所述CO2捕集方法包括如下步骤：
1)碳酸二甲酯吸收
含有CO2的原料气与从吸收塔(3)顶部出来的净化气在第一换热器(1)中换热后，从吸收塔(3)下部进入吸收塔，来自储罐的碳酸二甲酯吸收剂与来自膜解吸器(9)底部的吸收剂贫液和二级气液分离罐(8)底部的吸收剂贫液在第二换热器(2)中换热后从吸收塔(3)上部进入吸收塔，原料气与吸收剂在吸收塔(3)内逆流接触并发生吸收传质；吸收塔温度控制在10～35℃，压力控制在2.5MPa～4.0MPa；脱除CO2后的净化气与原料气换热后降温至20～25℃后排出至下一工序，吸收了CO2的吸收剂富液经过一级节流阀(5)和二级节流阀(7)膨胀降压；
2)节流膨胀
吸收剂富液经过一级节流阀(5)膨胀降压至0.5MPa～1.2MPa，温度降至22～30℃，然后经过一级气液分离罐(6)进行气液分离，汽相经过压缩机(4)压缩后返回吸收塔(3)下部，液相经过二级节流阀(7)膨胀，压力降至0.11MPa～0.12MPa，温度降至12～21℃，然后经过二级气液分离罐(8)进行气液分离，气相送入水洗塔(10)，回收尾气中的碳酸二甲酯液相与来自吸收剂储罐的吸收剂经第二换热器(2)换热升至20～30℃后去换热器(11)；
3)膜解吸
来自换热器2的吸收剂贫液经过与换热器(11)换热后后温度升高至25～45℃，在解吸真空度0.09～0.095MPa、温度为25～60℃的条件下，经膜解吸器(9)的膜解吸后的解吸气送入水洗塔(10)回收其中的碳酸二甲酯；解吸器流出的吸收剂贫液与进入膜解吸器的液相换热后温度降低至20～30℃，然后再送回吸收剂储罐作为吸收剂循环使用；
4)水洗
来自二级气液分离罐(8)的气相和膜解吸器(9)的气相从水洗塔(10)下部进入水洗塔，与从水洗塔上部加入的洗涤水在塔内逆流接触，水洗塔温度控制在20～25℃，压力控制在0.105MPa～0.106MPa；洗涤水洗去气相中的碳酸二甲酯后，气相排出系统至回收装置，液相送出系统后经过后续分离过程分离回收水洗液中的碳酸二甲酯。
2.根据权利要求1所述一种采用碳酸二甲酯吸收和膜解吸结合的CO2捕集方法，其特征在于，所述吸收剂贫液是没有吸收CO2或脱除CO2后的碳酸二甲酯。
3.根据权利要求1所述一种采用碳酸二甲酯吸收和膜解吸结合的CO2捕集方法，其特征在于，所述吸收剂富液是吸收了CO2后的碳酸二甲酯。
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