CN103816767A

CN103816767A - 一种nhd溶液脱碳系统及其脱碳方法

Info

Publication number: CN103816767A
Application number: CN201410060886.9A
Authority: CN
Inventors: 邹亚卫
Original assignee: BEIJING ZTAIR GROUP Ltd
Current assignee: BEIJING ZTAIR GROUP Ltd
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2014-05-28

Abstract

本发明涉及NHD溶液脱碳系统及其脱碳溶液回收工艺，包括脱碳塔、高压利用装置、高压闪蒸槽、低压闪蒸槽、气提塔、氨冷器；所述高压利用装置包括透平泵、离合器、电机、贫液泵。低压闪蒸槽为立式填料式闪蒸槽，位于气提塔顶部，通过高、低压闪蒸槽之间的压差将脱碳富液从高压闪蒸槽压入低压闪蒸槽，脱碳塔的气体出口端连接气体冷凝脱水装置。本发明的NHD溶液脱碳系统可以对气体如沼气进行脱碳，并对利用透平泵对高压能量进行回收，而且对脱碳后的净化气体进行脱水，方便运输与存储，能够有效节约能源，降低生产成本。

Description

一种NHD溶液脱碳系统及其脱碳方法

技术领域

本发明涉及一种NHD溶液脱碳系统及其脱碳方法，尤其涉及一种具有能量回收装置的NHD溶液脱碳系统及其脱碳方法。

背景技术

NHD（聚乙烯二醇二甲醚）溶液是一种物理吸收剂，广泛用于沼气，合成气、天然气、燃料气和城市煤气等混合气体中H₂S、CO₂、COS、硫醇等的吸收。利用NHD溶液在-5℃至5℃左右时选择性吸收二氧化碳气体，使气体中的二氧化碳降低至0.2%以符合要求。待脱碳的气体从塔底进入脱碳塔，自下而上与从塔顶来的NHD贫液逆流接触，而脱碳富液经过气提解析二氧化碳，重新成为脱碳贫液，循环使用。

NHD脱碳中溶液循环再生是脱碳工艺中的关键步骤，脱碳塔通常在高压下操作，而气提塔则在常压下操作。因此，需要用贫液泵将气提塔塔底来的贫液加压至高压后进入脱碳塔，故而泵的扬程很高，电机功率很大，需要选用高压电动机驱动。另一方面，离开脱碳塔底部的高压富液通常流经液位调节阀节流至较低压力后进入闪蒸槽。这样，就造成了高压富液压力能的浪费。并且经过脱碳塔处理的净化气体中含有水分，不利于气体的输送，需做脱水处理。

发明内容

本发明旨在提供一种具有能量回收装置的NHD溶液脱碳系统及其脱碳方法，能够对气体如沼气进行脱碳，并对工艺过程中的能量进行回收，而且对脱碳后的净化气体进行脱水，方便运输与存储。

一种NHD溶液脱碳系统，包括脱碳塔、高压利用装置、高压闪蒸槽、低压闪蒸槽、气提塔、氨冷器；所述高压利用装置包括透平泵、离合器、电机、贫液泵，透平泵传动连接电机，离合器设置于透平泵与电机之间，电机传动连接贫液泵，其中透平泵进液端与脱碳塔底部管道连接，透平泵出液端连接高压闪蒸槽，贫液泵进液端管道连接气提塔底部，贫液泵出液端顺次连接氨冷器、脱碳塔顶部；所述低压闪蒸槽为立式填料式闪蒸槽，位于气提塔顶部，低压闪蒸槽进液端通过管道连接高压闪蒸槽，出液端连接气提塔顶部；脱碳塔的气体出口端连接气体冷凝脱水装置。

所述气提塔的直径为1400mm、高度为40000mm的填料塔，塔内四组高度6000mm填料层。所述高低压闪蒸槽体积均为18m³。

所述气体冷凝脱水装置，包括气体冷凝腔室、冷凝片、压缩机、热交换金属管、真空水泵、位于气体冷凝腔室前后两端的压力传感器；所述气体冷凝腔室为圆管形，底部具有导水槽，两端分别连接具有阀门的气体输送管道，所述导水槽连接有具有角阀的排出管，所述排出管连接真空水泵；所述冷凝片的平面形状为优弓形，所述优弓形为弓形的弧大于半圆的弓形，其圆弧边与气体冷凝腔室壁配合接触，冷凝片内盘绕热交换金属管，所述冷凝片为多个，相邻两个冷凝片上下对称将冷凝片分为两组，交错固定在气体冷凝腔室内；所述压缩机有两台，分别与上下对称的两组冷凝片的热交换金属管连接。

所述冷凝片的圆心与其直线边的垂直距离为其半径的1/2～1/4；优选为1/3。所述冷凝片的个数为8～12个；优选为10个。相邻冷凝片之间的距离为冷凝片半径的1/3～1/5；优选为1/4。

一种NHD溶液脱碳系统的脱碳溶液回收工艺，其特征在于，进入脱碳塔的气体由下而上与脱碳塔顶部喷淋的NHD溶液接触，并从脱碳塔顶部的气体出口端进入气体冷凝脱水装置脱水；其中NHD溶液循环流量为120m³/h，脱碳塔内压力为1.3～2.5MPa ；脱碳塔底部脱碳富液进入透平泵的透平壳体内，冲击透平叶轮高速旋转，驱动贫液泵；然后脱碳富液进入高压闪蒸槽内，高压闪蒸槽内的压力为0.55～0.65MPa；然后流经低压闪蒸槽、气提塔成为脱碳贫液，气提塔底部的脱碳贫液经贫液泵加压至高压后通过氨冷器冷却至–5℃～5℃，进入脱碳塔顶部喷淋对气体进行脱碳。高压闪蒸槽内的压力优选为0.6MPa；优选通过氨冷器冷却至0℃。

透平泵利用系统中稳定的压力能通过液力透平叶轮转换为机械能，再由透平泵主轴将能量传递到电机上，带动溶液循环泵，从而降低电耗，以实现系统余能的回收。液力透平泵的基本原理：透平是将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮或涡轮机。最主要的部件是叶轮，它安装在透平轴上，具有沿圆周均匀排列的叶片。流体所具有的能量在流动中，经过喷管时转换成动能，流过叶轮时流体冲击叶片，推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。透平轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。液力透平能量回收是利用生产装置中稳定的液力能（主要是压力能）通过液力透平叶轮发出功率驱动发电机，随着能源费用的上涨，有效地利用液力能已为人们所关注，一般认为可回收功率大于20KW时，就有经济效益。

本发明的有益效果：1、本发明通过高压利用装置对能量进行回收，用液力透平泵回收高压液体的压力能，降低装置能耗。高、低压闪蒸槽之间没有富液泵，仅通过高、低压闪蒸槽之间的压差将脱碳富液从高压闪蒸槽压入低压闪蒸槽。

2、本发明通过气体冷凝脱水装置将脱碳净化气体进行脱水，方便运输与存储。

3、从高压闪蒸槽底部出来的富液被氨冷器冷却，然后进入低压闪蒸槽，在气提塔内大部分溶解的CO₂气体解吸出来。

4、本发明对NHD溶液进行充分回收，取消高低压闪蒸槽之间富液泵，节约脱碳用电。

附图说明

图1为本发明NHD溶液脱碳系统结构示意图；

图2为本发明气体冷凝脱水装置示意图；

图3为本发明气体冷凝腔室截面结构示意图。

具体实施方式

如图1所示：本发明的NHD溶液脱碳系统包括透平泵1、电机2、贫液泵3、氨冷器4、脱碳塔5、高压闪蒸槽6、闸阀7、低压闪蒸槽8、气提塔9、气体冷凝脱水装置10。

如图2，3所示，本发明的气体冷凝脱水装置包括气体冷凝腔室11、冷凝片12、压缩机13、热交换金属管14、阀门15、角阀16、真空水泵17、导水槽18、压力传感器19。

沼气脱碳系统，NHD溶液循环流量为120m³/h，系统压力为1.5MPa ，配套2台贫液泵，型号为150AY150×2A-185/2，扬程260m，Q=120m³/h，配套电机功率185kw，正常生产开一备一。高低压闪蒸槽体积均为18m³，气提塔为直径为1400mm，高度为40000mm的填料塔，塔内四组高度为6000mm填料层，为了能充分利用高闪和低闪的压差，降低脱碳系统动力消耗，可将低压闪蒸移至气提塔顶部，由原来的卧式闪蒸槽改为立式填料式闪蒸槽。由于高压闪蒸槽余压为0.6MPa左右，与低压闪蒸槽之间存在压差（0.5MPa左右），依靠此压差将富液从高压闪蒸槽“压进”低压闪蒸槽，然后低压闪蒸槽中闪蒸后的溶液依靠液位差流人气提塔内。取消富液泵，节约脱碳用电，每月可减少电耗成本约2.6万元；避免离心泵造成的NHD溶剂的温升，减小脱碳系统冷负荷，降低冷冻机用电负荷；提高高压闪蒸效率和CO₂气体纯度。在脱碳塔与高压闪蒸槽之间设置闸阀7，当高压闪蒸槽压压力不足时，可以通过打开闸阀增大其压力。脱碳塔与透平泵之间、以及高低压闪蒸槽之间分别闸阀，用于调整管道及其部件的压力。

在脱碳塔的出气端设置气体冷凝脱水装置，其冷凝腔室两端连接气体输送管道以阀门截止，中部与真空水泵相通。制作冷凝片，冷凝片的平面形状为优弓形，其圆弧边与气体冷凝腔室壁配合接触，冷凝片内盘绕热交换金属管，冷凝片为多个，相邻两个冷凝片上下对称将冷凝片分为两组，交错固定在气体冷凝腔室内。用于热交换的金属管可以为钢管、铜或者铜合金管、铝或者铝合金管，如邦迪管盘等。热交换金属管与压缩机相连通，由压缩机调节温度。当冷凝片结霜达到一定厚度时，通气性降低，使气体冷凝腔室前后两端的压力差达到5%时，关闭脱水冷凝室两端阀门，压缩机反向运转，向冷凝板供热化霜，同时启动真空水泵抽出水分和残留气体。为了方便观察，可在气体冷凝腔室壁上设置观察孔。

一种NHD溶液脱碳系统，包括脱碳塔5、高压利用装置、高压闪蒸槽6、低压闪蒸槽8、气提塔9、氨冷器4；所述高压利用装置包括透平泵1、离合器、电机2、贫液泵3，透平泵1传动连接电机2，离合器设置于透平泵1与电机2之间，电机2传动连接贫液泵3，其中透平泵1进液端与脱碳塔5底部管道连接，透平泵1出液端连接高压闪蒸槽6，贫液泵3进液端管道连接气提塔9底部，贫液泵3出液端顺次连接氨冷器4、脱碳塔5顶部；所述低压闪蒸槽8为立式填料式闪蒸槽，位于气提塔顶部，低压闪蒸槽8进液端通过管道连接高压闪蒸槽6，出液端连接气提塔顶部；脱碳塔5的气体出口端连接气体冷凝脱水装置10。

一种NHD溶液脱碳系统的脱碳溶液回收工艺，其特征在于，进入脱碳塔的气体由下而上与脱碳塔顶部喷淋的NHD溶液接触，并从脱碳塔顶部的气体出口端进入气体冷凝脱水装置脱水；其中NHD溶液循环流量为120m³/h，脱碳塔内压力为1.3～2.5MPa ；脱碳塔底部脱碳富液进入透平泵的透平壳体内，冲击透平叶轮高速旋转，驱动贫液泵；脱碳富液减压至0.55～0.65MPa，并进入高压闪蒸槽内，流经低压闪蒸槽、气提塔成为脱碳贫液，气提塔底部的脱碳贫液经贫液泵加压至高压后通过氨冷器冷却至–5℃～5℃，进入脱碳塔顶部喷淋对气体进行脱碳。应用本发明的装置，沼气经过脱碳脱水后二氧化碳降低至0.2%。

透平泵的输出功率大小与流量、压差和转速有关，即N=f（H,Q,n），富液压力保持1.5MPa左右，流量在120m³/h，透平回收效率达到65%以上，可使贫液泵电流下降约50A，按电价0.8元/度计，每年可节电成本约：380×50×1.732×0.85×24×350×0.8=18.8万元。可见，该具有能量回收装置的NHD溶液脱碳系统能够有效节约能源，降低生产成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种NHD溶液脱碳系统，包括脱碳塔(5)、高压利用装置、高压闪蒸槽(6)、低压闪蒸槽(8)、气提塔(9)、氨冷器(4)；所述高压利用装置包括透平泵(1)、离合器、电机(2)、贫液泵(3)，透平泵传动连接电机，离合器设置于透平泵与电机之间，电机传动连接贫液泵，其中透平泵进液端与脱碳塔底部管道连接，透平泵出液端连接高压闪蒸槽，贫液泵进液端管道连接气提塔底部，贫液泵出液端顺次连接氨冷器、脱碳塔顶部；所述低压闪蒸槽为立式填料式闪蒸槽，位于气提塔顶部，低压闪蒸槽进液端通过管道连接高压闪蒸槽，出液端连接气提塔顶部；脱碳塔的气体出口端连接气体冷凝脱水装置(10)。

2.如权利要求1所述的NHD溶液脱碳系统，其特征在于，所述气提塔的直径为1400mm、高度为40000mm的填料塔，塔内具有四组高度6000mm填料层。

3.如权利要求1所述的NHD溶液脱碳系统，其特征在于，所述高、低压闪蒸槽体积均为18m³。

4.如权利要求1所述的NHD溶液脱碳系统，其特征在于，所述气体冷凝脱水装置(10)，包括气体冷凝腔室(11)、冷凝片(12)、压缩机(13)、热交换金属管(14)、真空水泵(17)、位于气体冷凝腔室前后两端的压力传感器(19)；所述气体冷凝腔室为圆管形，底部具有导水槽(18)，两端分别连接具有阀门的气体输送管道，所述导水槽连接有具有角阀的排出管，所述排出管连接真空水泵；所述冷凝片的平面形状为优弓形，所述优弓形为弓形的弧大于半圆的弓形，其圆弧边与气体冷凝腔室壁配合接触，冷凝片内盘绕热交换金属管，所述冷凝片为多个，相邻两个冷凝片上下对称将冷凝片分为两组，交错固定在气体冷凝腔室内；所述压缩机有两台，分别与上下对称的两组冷凝片的热交换金属管连接。

5.如权利要求4所述的NHD溶液脱碳系统，其特征在于，所述冷凝片的圆心与其直线边的垂直距离为其半径的1/2～1/4。

6.如权利要求4所述的NHD溶液脱碳系统，其特征在于，所述冷凝片的个数为8～12个。

7.如权利要求4所述的NHD溶液脱碳系统，其特征在于，相邻冷凝片之间的距离为冷凝片半径的1/3～1/5。

8.一种权利要求1-7任一项所述的NHD溶液脱碳系统的脱碳溶液回收工艺，其特征在于，进入脱碳塔的气体由下而上与脱碳塔顶部喷淋的NHD溶液接触，并从脱碳塔顶部的气体出口端进入气体冷凝脱水装置脱水；其中NHD溶液循环流量为120m³/h，脱碳塔内压力为1.3～2.5MPa ；脱碳塔底部脱碳富液进入透平泵的透平壳体内，冲击透平叶轮高速旋转，驱动贫液泵；然后脱碳富液进入高压闪蒸槽内，高压闪蒸槽内的压力为0.55～0.65MPa；然后流经低压闪蒸槽、气提塔成为脱碳贫液，气提塔底部的脱碳贫液经贫液泵加压至高压后通过氨冷器冷却至–5℃～5℃，进入脱碳塔顶部喷淋对气体进行脱碳。

9.如权利要求8所述的碳溶液回收工艺，其特征在于，所述高压闪蒸槽内的压力为0.6MPa。

10.如权利要求8所述的碳溶液回收工艺，其特征在于，气提塔底部的脱碳贫液经贫液泵加压至高压后通过氨冷器冷却至–0℃。