CN103357250A - 从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施和过程 - Google Patents

Abstract

本发明公开了从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施和过程。包括三个部分：一、由吸收塔及其塔顶冲洗设备组成的吸收系统；二、由两个并联或串联的解吸塔及其再沸器、塔顶回流设备组成的双塔解吸系统；三、由富吸收液和贫吸收液及贫富液换热器、冷却器、过滤器、增压泵、输送泵组成的吸收液循环系统。适用于该设施的过程中设置了由两个并联或串联的解吸塔组成的双塔解吸系统，不但可满足对不同浓度的二氧化碳产品气的要求，而且可采用一种或两种加热介质为再沸器加热，使吸收和解吸过程更灵活，能源利用更合理。本设施和过程属于气体净化和温室气体减排领域，不但减少了温室气体的排放，还可对能源的二次利用进行合理的配置，进而节省工厂的运行成本。

Description

从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施和过程

技术领域

本发明属于气体净化和温室气体减排领域，具体地，涉及对含有二氧化碳和/或硫化氢的气体混合物，如：天然气、煤层气、合成气、炼厂气、燃煤电厂烟气等进行脱除二氧化碳和/或硫化氢的设施和过程。

背景技术

天然气、煤层气、合成气、炼厂气、燃煤电厂烟气中通常会含有二氧化碳和/或硫化氢气体。二氧化碳和/或硫化氢被称为酸性组分，并且二氧化碳是一种温室气体。气体中含有酸性组分会在开采、储存和运输过程中造成设备和管道的腐蚀，尤其当二氧化碳、硫化氢与水同时存在时，会使钢材产生氢脆和应力开裂，对钢材的腐蚀会更加严重；如果把含有硫化氢的气体用作燃料则会对大气产生硫氧化物污染，危害人类健康；含有酸性组分的气体用作化工原料则会引起催化剂中毒，影响产品收率和质量；生产液化天然气的原料气中如果含有过高的二氧化碳则会引起下游冷箱等重要设备的冻堵。

同时，二氧化碳作为一种温室气体是引起全球变暖的主要因素之一，尤其是《京都议定书》的签订迫使我们要改变以往的能源利用效率低、以牺牲环境为代价的粗犷的生产方式。不仅如此，过高的二氧化碳浓度还会使农作物的营养价值降低。虽然如此，但如果将二氧化碳脱除并收集，其可在油气开采、食品加工等领域有着进一步的应用。世界上的许多国家都在开展脱除和收集二氧化碳的研究工作，因此，我们国家需要积极的投入到这一研究领域中。

对气体混合物中酸性组分的脱除有多种方式，包括物理吸收法、化学吸收法、物理化学吸收法、膜分离法等。物理吸收法的原理是利用酸性组分与其它组分在某些吸收液中的溶解度的不同而将酸性组分吸收。通常利用有机溶剂在高压、低温下使酸性组分被吸收，然后溶剂又在低压、高温下将吸收的酸性组分释放，使溶剂再生后循环利用。化学吸收法的原理是酸性组分与某些吸收液发生化学反应生成另一种化合物，然后再改变工艺条件使化学反应逆向进行，从而脱除被吸收的酸性组分，使吸收液再生后循环利用。物理化学吸收法是采用物理溶剂和化学溶剂组成吸收液，兼有物理吸收法和化学吸收法的性质。上述方式因都利用液体溶剂进行酸性组分的脱除，所以又称为湿法。膜分离法是利用不同的气体组分通过渗透膜时的不同的透过性能的差别使酸性组分分离出来。目前，湿法脱除酸性组分得到广泛关注。但普遍存在运行能耗偏高，运行成本偏高的现象。另外，如果原厂区存在多种加热介质，能否有效的利用多种加热介质，而不仅限于只利用其中的一种而导致能源浪费的问题也有待解决。而且，混合气体中不同的二氧化碳的含量可以影响到混合气体的热值，所以，对于同时生产不同浓度二氧化碳产品气的方式也有待解决。

发明内容

本发明提供一种从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施和过程，以避免上述提到的脱除酸性组分过程中能耗、成本偏高；能源利用不合理；以及需要同时生产不同浓度规格的二氧化碳产品的问题。

本发明的具体技术方案如下：

一种从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施，所述设施包括三个部分：一、由吸收塔及其塔顶冲洗设备组成的吸收系统；二、由两个并联或串联的解吸塔及其再沸器、塔顶回流设备组成的双塔解吸系统；三、由富吸收液和贫吸收液及贫富液换热器、冷却器、过滤器、增压泵、输送泵组成的吸收液循环系统。

含有二氧化碳或硫化氢或者同时含有两者的待处理气体混合物进入到吸收塔下部，贫吸收液进入到吸收塔上部，气体混合物在吸收塔中由下至上，贫吸收液由上至下，气液在吸收塔中进行物质交换和能量交换，被吸收了大部分二氧化碳和/或硫化氢的气体混合物从吸收塔顶排出成为净化气，而吸收了大部分二氧化碳和/或硫化氢的贫吸收液变为富吸收液从吸收塔底排出并经过增压泵、贫富液换热器进入到两个并联或串联的解吸塔上部，两个解吸塔分别设置有再沸器，解吸塔底部产生的汽提气由下至上对富吸收液进行解吸，富吸收液在解吸塔内解吸出二氧化碳和/或硫化氢后变为贫吸收液从解吸塔底部排出，而被解吸出的二氧化碳和/或硫化氢可分别从两个解吸塔顶排出(当两解吸塔为并联时)或只从一个解吸塔顶排出(当两解吸塔为串联时)，并经过塔顶回流设备后再进入到下一个处理单元，而贫吸收液经过贫富液换热器、输送泵、冷却器、过滤器后返回至吸收塔上部完成循环。

本发明由两个并联或串联的解吸塔组成双塔解吸系统。每个解吸塔分别设置再沸器和塔顶回流设备，并可根据待处理气体混合物负荷的变化同时运行或只运行其中一个塔，使装置运行更灵活，设置两个解吸塔还可以提高装置运行的可靠性，可以实现装置不停车情况下的在线检修；根据对所需产品气二氧化碳和/或硫化氢浓度的不同要求，两个解吸塔可以分别排出不同浓度的二氧化碳和/或硫化氢或者相同浓度的二氧化碳和/或硫化氢来满足要求，产生不同浓度的二氧化碳和/或硫化氢时需要对富吸收液进行再生的能耗是不相同的，通过合理配置两个解吸塔的再生量可以节省能源消耗、降低运行成本；根据原厂区所能提供的加热介质，两个解吸塔的再沸器可以分别由不同的加热介质加热或使用同一种加热介质加热，使能源的二次利用得到合理的配置。

本发明中，如果待处理气体混合物是高压气体，即吸收塔操作压力处在高压状态，则富吸收液进入解吸塔可以靠自身的压力而不经过增压泵。

本发明中两个解吸塔顶的回流设备由产品气冷却器、分离罐和回流泵组成。塔顶产生的气体经过产品气冷却器冷却后在分离罐中进行气液分离，气相产品进入到下一处理单元，而液相作为塔顶回流液经过回流泵被送回解吸塔。吸收塔塔顶需设置冲洗设备，此设备可设置成两种方式：1)由冲洗泵直接引入冲洗水至吸收塔上部进行冲洗；2)由冲洗冷凝器、冲洗缓冲罐、冲洗泵组成的冲洗设备进行冲洗。

本发明中吸收液的主要成分可采用以下四类中的一种：1)碳酸钾；2)氨；3)环丁砜；4)醇胺类，包括：伯胺、仲胺、叔胺，以及由这些醇胺类中的一种或多种作为主要成分而组成的吸收液。吸收液中的其他组分可以包括活化剂、防腐剂、抗氧剂、消泡剂和类似功能的添加剂，以提高吸收液的吸收效果。

一种适用于从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施的过程，所述过程如下：

1)含有二氧化碳或硫化氢或者同时含有两者的待处理气体混合物与贫吸收液首先在由吸收塔及其塔顶冲洗设备组成的吸收系统中进行吸收操作：气体混合物在吸收塔下部进入，贫吸收液在吸收塔上部进入，气液两相逆流接触，气体混合物中的大部分二氧化碳和/或硫化氢被贫吸收液吸收后成为净化气从吸收塔顶排出，而贫吸收液吸收了二氧化碳和/或硫化氢后成为富吸收液从吸收塔底排出；

2)从吸收塔底排出的富吸收液经过增压泵(如果待处理气体混合物是高压气体，即吸收塔操作压力处在高压状态，则富吸收液进入解吸塔前可不经过增压泵)和贫富液换热器进入到由两个并联或串联的解吸塔及其再沸器、塔顶回流设备组成的双塔解吸系统中进行解吸操作：两个解吸塔底部的再沸器在高温操作下产生汽提气并对富吸收液进行解吸，富吸收液中的二氧化碳和/或硫化氢从液相中转移到汽提气的气相中并随着汽提气从解吸塔顶排出(当两解吸塔为并联时从两个解吸塔顶排出；当两解吸塔为串联时只从一个解吸塔顶排出)，然后经过解吸塔顶的产品气冷却器、分离罐后气相二氧化碳和/或硫化氢排出，分离出的液相经过回流泵返回解吸塔，塔内的富吸收液被解吸出二氧化碳和/或硫化氢后成为贫吸收液从解吸塔底排出；

3)从解吸塔底排出的贫吸收液过贫富液换热器降温、输送泵增压、冷却器再降温、过滤器过滤杂质后返回至吸收塔上部与从吸收塔下部进入的气体混合物再次进行吸收操作，至此，完成了吸收液的循环过程。

本发明的技术效果是：

本发明从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施和过程可以有效的减少气体混合物中酸性组分以及温室气体向大气排放；采用两个并联或串联的解吸塔组成双塔解吸系统使装置运行更灵活、提高了装置运行的可靠性；同时，通过合理配置两个解吸塔的再生量可以节省能源消耗、降低运行成本；两个解吸塔的再沸器可以分别由不同的加热介质加热或使用同一种加热介质加热，使能源的二次利用得到合理的配置。

附图说明

图1作为本发明从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施和过程的原理示意图，但并不限制本发明的保护范围。同时，图1也作为具体实施本发明的实施例一和实施例二的流程示意图。

图1中，T1是吸收塔，T2、T3是解吸塔，M是吸收塔塔顶冲洗设备，N1、N2是由产品气冷却器、分离罐和回流泵组成的解吸塔塔顶回流设备，H1、H2是再沸器，P3、P4是增压泵，E1、E2是贫富液换热器，P1、P2是输送泵，G1、G2是冷却器，F1、F2是过滤器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不仅仅限于以下所阐述的实施例。

实施例一：

待处理气体混合物的压力为3.5～5.5MPaG，两个解吸塔并联运行，两个再沸器均采用蒸汽进行加热，吸收液的主要成分为N-甲基二乙醇胺(叔胺的一种)，浓度为35％～45％(质量百分比)：含有二氧化碳和/或硫化氢的气体混合物在3.5～5.5MPaG的压力下进入吸收塔T1的下部与从吸收塔上部进入的贫吸收液进行逆向接触，气液在吸收塔中进行物质交换和能量交换，二氧化碳和/或硫化氢被吸收液吸收，净化后的气体从吸收塔顶排入大气或进入下一处理单元，吸收了二氧化碳和/或硫化氢的贫吸收液变为富吸收液从吸收塔底排出并分成两支流股准备分别进入并联的两个解吸塔T2和T3。

由于来料气体混合物的压力比较高，所以富吸收液进入解吸塔前可不经过增压泵增压。两股富吸收液分别经过贫富液换热器E1和E2各自进入解吸塔T2和T3的顶部，再分别与塔底的再沸器H1和H2产生的汽提气进行气液交换，富吸收液中的二氧化碳和/或硫化氢随汽提气被带至解吸塔顶并经过塔顶回流设备后被排出然后进入下一处理单元，汽提过后的富吸收液脱除了二氧化碳和/或硫化氢变为贫吸收液并从解吸塔底排出。

从两个解吸塔T2和T3底排出的贫吸收液各自经过贫富液换热器E1和E2、输送泵P1和P2、冷却器G1和G2、过滤器F1和F2后被分别送回吸收塔T1，至此，完成了吸收液的循环过程。

在吸收塔上部设置由冲洗冷凝器、冲洗缓冲罐、冲洗泵组成的冲洗设备M进行冲洗。

在两个解吸塔T2和T3的顶部分别设置由产品气冷却器、分离罐和回流泵组成的塔顶回流设备N1和N2。被解吸出的二氧化碳和/或硫化氢经过产品气冷却器降温，并经过分离罐进行气液分离后，气相被排出，液相作为塔顶回流经过回流泵被分别送回解吸塔T2和T3。

实施例二：

待处理气体混合物的压力为0.05～0.15MPaG，两个解吸塔串联运行，再沸器H1采用蒸汽进行加热，再沸器H2采用导热油进行加热，吸收液的主要成分为一乙醇胺(伯胺的一种)，浓度为15％～25％(质量百分比)：含有二氧化碳和/或硫化氢的气体混合物在0.05～0.15MPaG的压力下进入吸收塔T1的下部与从吸收塔上部进入的贫吸收液进行逆向接触，气液在吸收塔中进行物质交换和能量交换，二氧化碳和/或硫化氢被吸收液吸收，净化后的气体从吸收塔顶排入大气或进入下一处理单元，吸收了二氧化碳和/或硫化氢的贫吸收液变为富吸收液从吸收塔底排出并准备进入解吸塔T2。

由于来料气体混合物的压力比较低，所以富吸收液进入解吸塔前需要经过增压泵增压。从吸收塔T1底部排出的富吸收液经过增压泵P3增压后进入解吸塔T2的顶部，再与塔底的再沸器H1产生的汽提气进行气液交换，富吸收液中被汽提出的部分二氧化碳和/或硫化氢随汽提气以及从T3顶部送来的二氧化碳和/或硫化氢一同被带至T2的顶部并经过T2塔顶回流设备N1后被排出然后进入下一处理单元，汽提过后的富吸收液脱除了部分二氧化碳和/或硫化氢并从解吸塔T2底排出。

从解吸塔T2底部排出的吸收液经过增压泵P4增压，然后经过贫富液换热器E2升温后，进入解吸塔T3的顶部，再与塔底的再沸器H2产生的汽提气进行气液交换，吸收液中的二氧化碳和/或硫化氢随汽提气被带至解吸塔T3顶并经过塔顶管线被输送至解吸塔T2的下部，与再沸器H1产生的汽提气以及二氧化碳和/或硫化氢一同被带至T2的顶部。T3中被脱除了二氧化碳和/或硫化氢的吸收液变为贫吸收液并从解吸塔T3底排出。

从解吸塔T3底排出的贫吸收液经过贫富液换热器E2、输送泵P2、冷却器G2、过滤器F2后被送回吸收塔T1，至此，完成了吸收液的循环过程。

在吸收塔上部设置由冲洗冷凝器、冲洗缓冲罐、冲洗泵组成的冲洗设备M进行冲洗。

在解吸塔T2顶部设置由产品气冷却器、分离罐和回流泵组成的塔顶回流设备N1。被解吸出的二氧化碳和/或硫化氢经过产品气冷却器降温，并经过分离罐进行气液分离后，气相被排出，液相作为塔顶回流经过回流泵被送回解吸塔T2。

Claims (9)

1.从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施，其特征在于所述设施包括三个部分：一、由吸收塔及其塔顶冲洗设备组成的吸收系统；二、由两个并联或串联的解吸塔及其再沸器、塔顶回流设备组成的双塔解吸系统；三、由富吸收液和贫吸收液及贫富液换热器、冷却器、过滤器、增压泵、输送泵组成的吸收液循环系统；

含有二氧化碳或硫化氢或者同时含有两者的待处理气体混合物进入到吸收塔下部，贫吸收液进入到吸收塔上部，气体混合物在吸收塔中由下至上，贫吸收液由上至下，气液在吸收塔中进行物质交换和能量交换，被吸收了大部分二氧化碳和/或硫化氢的气体混合物从吸收塔顶排出成为净化气，而吸收了大部分二氧化碳和/或硫化氢的贫吸收液变为富吸收液从吸收塔底排出并经过增压泵、贫富液换热器进入到两个并联或串联的解吸塔上部，两个解吸塔分别设置有再沸器，解吸塔底部产生的汽提气由下至上对富吸收液进行解吸，富吸收液在解吸塔内解吸出二氧化碳和/或硫化氢后变为贫吸收液从解吸塔底部排出，而被解吸出的二氧化碳和/或硫化氢可分别从两个解吸塔顶排出(当两解吸塔为并联时)或只从一个解吸塔顶排出(当两解吸塔为串联时)，并经过塔顶回流设备后再进入到下一个处理单元，而贫吸收液经过贫富液换热器、输送泵、冷却器、过滤器后返回至吸收塔上部完成循环。

2.根据权利要求1所述的从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施，其特征是：由两个并联或串联的解吸塔组成双塔解吸系统。

3.根据权利要求1或2所述的从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施，其特征是：

1)两个解吸塔可以同时运行或只运行其中一个塔；

2)根据对所需产品气二氧化碳和/或硫化氢浓度的不同要求，两个解吸塔可以分别排出不同浓度的二氧化碳和/或硫化氢或相同浓度的二氧化碳和/或硫化氢来满足要求；

3)两个解吸塔下部的再沸器可以分别由不同的加热介质加热或使用同一种加热介质加热。

4.根据权利要求1所述的从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施，其特征是：如果待处理气体混合物是高压气体，即吸收塔操作压力处在高压状态，则富吸收液进入解吸塔前可不经过增压泵。

5.根据权利要求1或2所述的从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施，其特征是：两个解吸塔顶端分别设置由产品气冷却器、分离罐和回流泵组成的塔顶回流设备。

6.根据权利要求1所述的从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施，其特征是：吸收塔塔顶需设置冲洗设备，此设备可设置成两种方式：

1)由冲洗泵直接引入冲洗水至吸收塔上部进行冲洗；

2)由冲洗冷凝器、冲洗缓冲罐、冲洗泵组成的冲洗设备进行冲洗。

7.根据权利要求1所述的从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施，其特征是：所述吸收液的主要成分为以下四类中的一种：

1)碳酸钾；

2)氨；

3)环丁砜；

4)醇胺类，包括：伯胺、仲胺、叔胺，以及由这些醇胺类中的一种或多种作为主要成分而组成的吸收液。

8.一种适用于权利要求1所述的从气体混合物中收集二氧化碳和/或硫化氢的设施的过程，其特征在于：

1)含有二氧化碳或硫化氢或者同时含有两者的待处理气体混合物与贫吸收液首先在由吸收塔及其塔顶冲洗设备组成的吸收系统中进行吸收操作：气体混合物在吸收塔下部进入，贫吸收液在吸收塔上部进入，气液两相逆流接触，气体混合物中的大部分二氧化碳和/或硫化氢被贫吸收液吸收后成为净化气从吸收塔顶排出，而贫吸收液吸收了二氧化碳和/或硫化氢后成为富吸收液从吸收塔底排出；

2)从吸收塔底排出的富吸收液经过增压泵(如果待处理气体混合物是高压气体，即吸收塔操作压力处在高压状态，则富吸收液进入解吸塔前可不经过增压泵)和贫富液换热器进入到由两个并联或串联的解吸塔及其再沸器、塔顶回流设备组成的双塔解吸系统中进行解吸操作：两个解吸塔底部的再沸器在高温操作下产生汽提气并对富吸收液进行解吸，富吸收液中的二氧化碳和/或硫化氢从液相中转移到汽提气的气相中并随着汽提气从解吸塔顶排出(当两解吸塔为并联时从两个解吸塔顶排出；当两解吸塔为串联时只从一个解吸塔顶排出)，然后经过解吸塔顶的产品气冷却器、分离罐后气相二氧化碳和/或硫化氢排出，分离出的液相经过回流泵返回解吸塔，塔内的富吸收液被解吸出二氧化碳和/或硫化氢后成为贫吸收液从解吸塔底排出；

3)从解吸塔底排出的贫吸收液过贫富液换热器降温、输送泵增压、冷却器再降温、过滤器过滤杂质后返回至吸收塔上部与从吸收塔下部进入的气体混合物再次进行吸收操作，至此，完成了吸收液的循环过程。

9.根据权利要求8所述的过程，其特征在于：由两个并联或串联的解吸塔组成双塔解吸系统；并且两个解吸塔可以同时运行或只运行其中一个塔。