CN103991845B - 一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法 - Google Patents

一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于气体分离领域，涉及一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法。本发明采用的技术方案是：需要脱除CO2的制氢过程变换气先进入物理吸收塔的下部进行初步吸收后，进入化学吸收塔的下部进行二次吸收，吸收过的物理溶剂经富液泵送入低压闪蒸罐进行再生，再生后的物理溶剂贫液经物理溶剂贫液泵返回物理吸收塔；化学吸收液富液经化学吸收液富液泵送入再生塔进行再生，再生后的化学吸收液贫液经化学吸收液贫液泵返回化学吸收塔；再生塔塔顶CO2气体经再生塔冷凝器气液分离后和从闪蒸罐顶部分离出来的CO2一起经加压储存利用。本发明采用物理吸收和化学吸收相结合，在提高二氧化碳脱除效率的同时尽可能降低过程能耗。

Description

一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法
技术领域
本发明属于气体分离领域，具体涉及一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法。
背景技术
在制氢装置的生产过程中，所产生的中变气中含有约15-20％的CO2气体，常用变压吸附和化学吸收等方法除去以提高氢气的纯度至99％以上。变压吸附法在一定压力下利用CO2在吸附剂上的高吸附容量将其从混合气体中分离开来，再在低压下使CO2脱附从而实现吸附剂的再生，具有工艺流程简单、操作弹性大、装置可靠性高及能耗较低等特点。变压吸附法为达到要求的气体纯度，常采用6个或8个吸附塔，塔数较多，且虽然被认为过程不产生污染，环境效益好，但过程中升压降压同样是能量的消耗。化学吸收法常利用单一或复合的醇胺溶液作为吸收剂，在低温时吸收CO2，高温下解吸，具有吸收速率快、吸收容量大、CO2脱除程度高等优点，但同时存在能耗较高的问题，适用于系统压力低、CO2含量较低的情况。
CN201020142942介绍了一种富集回收CO2气体的装置，该装置以聚乙二醇二甲醚(NHD)为溶剂，主要由气体换热器、分水器、吸收塔、闪蒸塔、真空泵、贫液泵、氨冷器和压缩机等组成，该工艺仅利用物理吸收的原理，变换气净化后纯度难以达到要求。CN200810018343.5介绍了一种二氧化碳捕集的方法和装置，由预处理系统、吸收塔、再生塔、排气洗涤系统、溶液加热回收器和产品气处理系统等组成，系统比较复杂，适用于燃煤电厂烟气中二氧化碳的捕集，不适用于制氢过程二氧化碳的脱除。CN200310106567.9提出了一种采用复合胺吸收液作为溶剂从气体混合物中脱除CO2的方法，即采用两段吸收两段再生的工艺流程利用化学吸收法从混合气体中脱除CO2，该工艺适用于混合气中CO2分压较低的情况，不适用于CO2分压较高的情况，且过程能耗较高。
US6667022介绍了一种捕集合成气中CO2的方法，该工艺主要由两个流化床组成，一个用合成气流化，另一个用水蒸气和氧气流化，Fe2O3和CaO在两个流化床之间循环；当合成气经过床层时，其中的CO2与CaO反应生成CaCO3，CO通过水煤气变换反应生成CO2和H2，其余CO与Fe2O3生成FeO；CaCO3和FeO在第二个流化床进行再生，FeO氧化为Fe2O3，反应放出的热量使CaCO3分解成CaO，如此循环往复。该方法为干法脱碳，虽然工艺流程简单，但反应控制较难，反应温度远远高于湿法脱碳，如第一个流化床反应温度400～500℃，再生流化床800～1200℃，能耗高，CO2的脱除率难以达到工艺要求，且固体反应物易夹带到净化气中。
制氢过程变换气中CO2的分压较高，一般情况下为2～4MPa，充分利用这部分能量对减少整个分离系统的能耗具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种制氢过程中变换气二氧化碳脱除的新工艺，将物理吸收和化学吸收相结合，在提高二氧化碳脱除效率的同时尽可能降低过程能耗。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法，其特征在于所述方法包括以下几个步骤：
A、需要脱除CO2的制氢过程变换气先进入物理吸收塔的下部进行初步吸收后，从塔顶排出；
B、从A步骤来的部分脱除CO2的气体进入化学吸收塔的下部进行二次吸收，吸收过的物理溶剂经富液泵送入低压闪蒸罐进行再生，再生后的物理溶剂贫液经物理溶剂贫液泵返回物理吸收塔；
C、从B步骤过来脱除CO2后的变换气经吸收塔冷凝器气液分离后送入下一工序，化学吸收液富液经化学吸收液富液泵送入再生塔进行再生，再生后的化学吸收液贫液经化学吸收液贫液泵返回化学吸收塔；
D、再生塔塔顶CO2气体经再生塔冷凝器气液分离后和从闪蒸罐顶部分离出来的CO2一起经加压储存利用。
本发明一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法，采用物理吸收和化学吸收相结合的方法，制氢变换气先经物理吸收塔除去其中50～90％的CO2，再经过化学吸收塔充分除去剩余的CO2，可以使变换气中的CO2含量降至10ppm及以下。
本发明一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法，有关的工艺条件如下：
所述物理吸收塔压力为1.0～6.0MPa，吸收温度为40～60℃；
所述低压闪蒸罐的闪蒸温度为20～60℃，闪蒸后的气体压力为0.1～0.3MPa；
所述化学吸收塔的吸收温度为20～60℃，吸收压力为0.05～0.2MPa；
所述再生塔的再生温度为90～120℃。
物理吸收塔所采用的物理溶剂为：环丁砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜中的一种或一种以上；化学吸收塔所采用的化学吸收液为：单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、哌嗪、哌啶、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、2-氨基-2-甲基-1-丁醇和N-甲基二乙醇胺中的一种或一种以上。
本发明一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法，为了充分利用变换气中CO2分压较高的特点，采用物理吸收和化学吸收相结合的工艺，过程有物理吸收塔和化学吸收塔两个吸收塔，待分离气体先进入物理吸收塔，初步吸收后的气体再进入化学吸收塔进行二次吸收，这样既充分利用了系统压力，又减少化学吸收塔的处理量，在大大提高CO2脱除率的同时，提高了系统的气体处理能力；且本工艺中吸收液的循环量比单独采用物理吸收或化学吸收要少很多，化学吸收液的酸气负荷降低从而减少了再生能耗，在保证CO2脱除率的同时降低了整个体系的能耗。
本发明另一个特征在于：采用两个吸收塔，两塔串联运行，也可根据实际情况的变化通过管道配置与切换两塔单独运行，这样在设备检修时可以实现装置的不间断运行。
附图说明
图1是本发明一种制氢过程变换气脱除二氧化碳工艺的结构示意图。
图中所示附图标记为：1-物理吸收塔，2-低压闪蒸罐，3-化学吸收塔，4-吸收塔冷凝器；5-再生塔，6-再生塔冷凝器；7-气体换热器，8-物理溶剂富液泵，9-物理溶剂贫液泵，10-化学吸收液富液泵，11-化学吸收液贫液泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。
制氢变换气进入物理吸收塔1的下部进行第一次吸收，在较高压力下对二氧化碳具有高选择性和吸附力的物理溶剂吸收混合气中的二氧化碳，吸附饱和的溶剂经物理溶剂富液泵8送入低压闪蒸罐2进行闪蒸，从而实现物理溶剂的再生，再生后的物理溶剂经物理溶剂贫液泵9返回物理吸收塔1进行循环吸收；初步脱除二氧化碳的混合气从物理吸收塔1塔顶进入化学吸收塔3的下部，采用吸收速率快、吸收容量大的复合型化学吸收液对混合气中的二氧化碳进行二次吸收，使得混合气中二氧化碳的脱除率达到99％以上，脱除二氧化碳后的变换气从化学吸收塔3塔顶引出，经化学吸收塔冷凝器4进行气液分离后送入下一工序；吸收饱和后的吸收液从化学吸收塔底经化学吸收液富液泵10送到再生塔5的下部进行再生，吸收的二氧化碳在高温下从吸收液中释放出来从而实现化学吸收液的再生，再生后的化学吸收液贫液经化学吸收液贫液泵11返回到化学吸收塔3的上部进行循环吸收，二氧化碳从再生塔5塔顶经再生塔冷凝器6气液分离后，与从低压闪蒸罐2顶部出来的二氧化碳气体一起经加压储存利用。且由于从化学吸收塔3底部出来的富液与从再生塔5底部出来的贫液间存在着较大温差，所以此富液和贫液经气体换热器7进行换热，从而实现热量的充分利用，有利于降低体系的能耗。

Claims (4)

1.一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法，其特征在于所述方法包括以下几个步骤：
A、需要脱除CO2的制氢过程变换气先进入物理吸收塔的下部进行初步吸收后，从塔顶排出；
B、从A步骤来的部分脱除CO2的气体进入化学吸收塔的下部进行二次吸收，吸收过的物理溶剂经富液泵送入低压闪蒸罐进行再生，再生后的物理溶剂贫液经物理溶剂贫液泵返回物理吸收塔；
C、从B步骤过来脱除CO2后的变换气经吸收塔冷凝器气液分离后送入下一工序，化学吸收液富液经化学吸收液富液泵送入再生塔进行再生，再生后的化学吸收液贫液经化学吸收液贫液泵返回化学吸收塔；
D、再生塔塔顶CO2气体经再生塔冷凝器气液分离后和从闪蒸罐顶部分离出来的CO2一起经加压储存利用；
所述物理吸收塔压力为1.0-6.0MPa，吸收温度为40-60℃；所述物理吸收塔所采用的物理溶剂为环丁砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜中的一种或一种以上；所述化学吸收塔所采用的化学吸收液为单乙醇胺、二乙醇胺、哌嗪、哌啶、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-2-甲基-1-丁醇和N-甲基二乙醇胺中的一种或一种以上。
2.根据权利要求1所述的一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法，其特征在于：制氢变换气先经所述物理吸收塔除去其中50～90％的CO2，再经过化学吸收塔除去剩余的CO2，使变换气中的CO2含量降至10ppm以下。
3.根据权利要求1所述的一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法，其特征在于：所述低压闪蒸罐的闪蒸温度为20～60℃，闪蒸后的气体压力为0.1～0.3MPa。
4.根据权利要求1所述的一种制氢过程变换气脱除二氧化碳的方法，其特征在于：所述化学吸收塔的吸收温度为20～60℃，吸收压力为0.05～0.2MPa。
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