CN106268182A - 一种低温甲醇洗净化原料气中co2的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统,包括吸收塔、至少一个闪蒸塔、气提再生塔、甲醇循环泵、冷交换器及向冷交换器供应冷剂的配套制冷系统,原料气通过冷交换器冷却后进入吸收塔后被贫甲醇洗涤,得到净化气和富甲醇,富甲醇通过减压后进入闪蒸塔进行闪蒸得到闪蒸气与半贫甲醇,半贫甲醇进入气提再生塔中进行气提得到气提尾气与贫甲醇,净化气、闪蒸气及气提尾气都进入冷交换器进行冷交换。该系统增大了原料气的回收利用率,冷量可回收利用,降低系统需要的能耗。采用上述系统进行低温甲醇洗净化原料气中CO2的方法,包括上述系统,贫甲醇吸收原料气中的CO2后,通过减压、闪蒸、气提和冷交换再生。方法操作简单,基本冷量能自给自足。

Description

一种低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统及方法
技术领域
本发明涉及净化天然气领域,具体而言,涉及一种低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统及方法。
背景技术
天然气与煤炭、石油并称为世界一次能源的三大支柱,随着世界经济的发展,石油危机的冲击和煤、石油所带来的环境污染问题日益严重,能源结构逐步发生变化,天然气的消费量急剧增长。天然气作为优质干净的燃料和重要的化工原料,其应用越来越引起人们的重视,加快天然气工业的发展已成为当今世界的趋势。
天然气净化是天然气处理和加工的重要工序。其过程主要包括固体杂质及液相夹带的分离、水分的脱除、酸性气体的脱除及各种轻烃组分的分离。固体杂质及液相夹带的分离通过常规的分离器即可实现,过程比较简单。而各种轻烃组分的分离,石油工业上一般称为轻烃回收过程,因此天然气净化主要是指水分和酸性气体的脱除。天然气中的酸性气体主要是指CO2和H2S等杂质气体。气体净化方法有气液吸收、气固相催化转化、固体吸附、分子筛分离、膜分离等,但是用的最为广泛的还是气液吸收。
低温甲醇洗技术就是一种有效的气体净化的方法。自20世纪50年代由德国林德公司和鲁奇公司开发使用以来,以其优越的性能,在化肥工业、石油工业、城市煤气工业等领域的得到了广泛的应用。低温甲醇洗法用于天然气净化过程具有以下优点:
(1)溶解度高,甲醇在低温高压下,对CO2、H2S、COS和H2O有较大的溶解度,是热钾碱溶液的10倍。而且不用化学法再生时的大量热能,大大降低了净化成本,减少了设备投资。
(2)选择性强,甲醇对CO2、H2S、COS和H2O的溶解度大,但对其它组分的溶解度小,这样就可以同时将有害物质吸收分离掉。
(3)化学稳定性和热稳定性好,在吸收过程中不起泡,有利于生产。
(4)低温下甲醇粘度小,具有良好的传热、传质性能。
(5)腐蚀性小,不需要特殊的防腐材料,节省设备投资。
(6)甲醇价廉易得。
但是低温甲醇洗法用于天然气净化过程主要还有以下缺点:甲醇有毒,需要冷源,该冷源的温度很低,同时设备运行费用高。其次原料气的损失较大,回收利用率不大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统,其能够提高CO2净化度,增大原料气的回收率并降低系统需要的能耗。
本发明的另一目的在于提供一种低温甲醇洗净化原料气中CO2的方法,方法操作简单,其基本能够维持冷量自给自足。
本发明的实施例是这样实现的:
一种低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统,包括:吸收塔、至少一个闪蒸塔、气提再生塔、甲醇循环泵、冷交换器及向冷交换器供应冷剂的配套制冷系统,原料气通过冷交换器冷却后进入吸收塔后被贫甲醇洗涤,得到净化气和富甲醇,富甲醇通过减压后进入闪蒸塔进行闪蒸得到闪蒸气与半贫甲醇,半贫甲醇进入气提再生塔中进行气提得到气提尾气与贫甲醇,贫甲醇通过甲醇循环泵进入冷交换器后,再 进入吸收塔利用,净化气、闪蒸气及气提尾气都进入冷交换器进行冷交换。
在本发明较佳的实施例中,上述气提再生塔使用的气体为非酸性气体;优选地,气提再生塔使用的气体为非酸性气提为N2或净化气,气提再生塔的操作压力为0.01~1MPa。
在本发明较佳的实施例中,上述闪蒸塔为1~4个,闪蒸塔的操作压力为0.03~3MPa,优选地;闪蒸塔的操作压力为0.4~1MPa。
在本发明较佳的实施例中,上述系统还包括闪蒸气冷却器和闪蒸气压缩机,通过冷交换器的闪蒸气之后再进入闪蒸气压缩机增压、最后通过闪蒸气冷却器冷却后与原料气混合。
在本发明较佳的实施例中,上述吸收塔中喷淋贫甲醇为一股或多股进料,吸收塔的操作压力为0.5~10MPa,操作温度为-50℃~-10℃。
在本发明较佳的实施例中,上述贫甲醇通过甲醇循环泵增压进入冷交换器中进行冷交换后,再进入吸收塔。
在本发明较佳的实施例中,上述还包括补充的甲醇与贫甲醇一起通过甲醇循环泵进入冷交换器中进行冷交换后,再进入吸收塔。
一种采用上述低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统进行低温甲醇洗净化原料气中CO2的方法,其包括上述低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统,贫甲醇吸收原料气中的CO2后,通过减压、闪蒸、气提和冷交换再生。
在本发明较佳的实施例中,在吸收塔吸收CO2中还包括中间冷却步骤,从吸收塔中部抽出贫甲醇进行冷却后再返回吸收塔。
在本发明较佳的实施例中,还包括原料气中注入甲醇,将甲醇经冷交换进行脱水分离提纯后回收利用。
本发明实施例的有益效果是:原料气进入吸收塔后被贫甲醇洗涤后得到净化气和富甲醇,富甲醇再进入闪蒸塔,闪蒸后得到闪蒸气与 半贫甲醇,闪蒸气中的CH4可以继续得到利用,增大了CH4的回收利用率。其次,半贫甲醇进行气提后得到贫甲醇与气提尾气。贫甲醇通过甲醇循环泵增压后进入冷交换器中进行冷交换后,可再进入吸收塔、循环利用,提高了CO2的净化度。最后,在整个低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统中,净化气、闪蒸气及气提尾气都进入了冷交换器进行冷交换,实现了冷量回收利用,降低了制冷系统需要的能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统的示意图。
图标:100-低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统;1-冷交换器;2-吸收塔;3-闪蒸塔;4-气提再生塔;5-甲醇循环泵;6-减压阀;10-闪蒸气冷却器;11-闪蒸气压缩机;12-甲醇脱水装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“顶”、“底”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
请参照图1,本实施例提供一种低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统100及一种采用低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统100进行的低温甲醇洗净化原料气中CO2的方法。
如图1所示,低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统100包括吸收塔2、闪蒸塔3、气提再生塔4、甲醇循环泵5、冷交换器1及向冷交换器1供应冷剂的配套制冷系统(图未示)。
吸收塔2的进料端与冷交换器1连接,吸收塔2的出料端与闪蒸塔3的进料端连接,接着闪蒸塔3的出料端与气提塔4的进料端连接,接着气提塔4的出料端与甲醇循环泵5连接。同时,在本实施例中,需要说明的是,吸收塔2、闪蒸塔3及气提塔4都与冷交换器1连通。
原料气通过冷交换器1冷却后,从吸收塔2上端进入的贫甲醇逆流洗涤,吸收塔的操作温度为-50℃~-10℃,优选地,为-30℃;操作压力为0.5~10MPa,优选地,为4MPa;贫甲醇进塔温度为-32℃。洗涤后得到净化气(CO2含量为20ppm)与富甲醇,此外通过控制制冷系统来控制贫甲醇进塔温度波动。原料气包括天然气、合成气等。
需要说明的是,吸收塔2喷淋贫甲醇时可以是一股,或者是多股进料。净化气从吸收塔2的顶端出去后进入冷交换器1进行冷交换,复热后将冷量传递给原料原料气及贫甲醇。贫甲醇在吸收塔2中吸收CO2时会放热,使吸收塔2中的温度升高,因此在本实施例中,可以从吸收塔2中部抽出甲醇进行冷却后,再将冷却后的甲醇返回到吸收塔2,进一步地提高CO2的净化度。
再次参阅图1,在本实施例中的其他实施例中,若原料气中含有水分,可向原料气中注入甲醇后经冷交换冷却后,在吸收塔2和冷交换器1之间还包括将甲醇脱水装置12,具体地,先脱甲醇和水,再脱水并回收甲醇。
接着富甲醇从吸收塔2的底端经过减压阀6减压后,进入压强为0.03~3MPa,优选地为0.6MPa的闪蒸塔3中进行闪蒸,得到闪蒸气与半贫甲醇。闪蒸气从闪蒸塔3的顶端出去后进入冷交换器1进行冷交换复热,将冷量传递给贫甲醇和原料气。在本实施例的其他实施例 中,闪蒸塔3可以为多个,具体可为1~4个,通过多个且具有压强梯度的闪蒸塔3进行闪蒸,可以提高CO2的净化度,原料气的回收率也会相应的提高,同时通过分级得到的闪蒸气会多次进入冷交换器1中进行冷交换,会将更多的冷量留在冷交换器1中。
通过冷交换器1的复热后的闪蒸气之后再进入闪蒸气压缩机11增压、接着通过闪蒸气冷却器10冷却后与原料气混合后进入吸收塔1。此时闪蒸气中的CH4可以继续得到利用,增大了CH4的回收利用率。需要说明的是,通过冷交换器1的闪蒸气可以不继续进行闪蒸气压缩机11可直接作为燃料气使用。特别车间有需要加热的设备时,可通入燃料气作为燃料使用。这样不仅解决了其他需要加热的设备的燃料问题,还节约了成本。不需要使用燃料气时,可以对燃料气进行回收,做其他方面的使用。
其次,半贫甲醇从闪蒸塔3的底端进入气提再生塔4的顶端进行气提,此时气提的操作压力为0.01~1MPa;优选地为0.03MPa;同时气提再生塔4使用的气体为非酸性气体;优选地为N2。N2经冷交换器1冷却后进入气提再生塔4的底部,半贫甲醇经气提后得到贫甲醇与气提尾气。需要说明的是,气提时还可以使用其他非酸性气体,比如净化气等。
最后,贫甲醇通过甲醇循环泵5增压后进入冷交换器1中进行冷交换后,再进入吸收塔2循环利用。需要说明的是,补充的甲醇可以与贫甲醇一起通过甲醇循环泵5进入冷交换器1进行冷交换后,再进入吸收塔2。
在低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统100中,净化气、闪蒸气及气提尾气都进入了冷交换器1进行冷交换,冷量得到回收利用,降低了制冷系统的能耗。
下面结合表1(原料原料气和经该系统处理后的净化气组分变化表),对本实施例提供的低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统100及方法进行进一步说明。
表1
组分 原料气(摩尔分数) 产品气(摩尔分数)
C1 0.887574 0.938242
C2 0.019724 0.015279
C3 0.019724 0.011403
i-C4 0.002959 0.002486
n-C4 0.002959 0.001274
i-C5 0.003945 0.002154
n-C5 0.003945 0.000650
CO2 0.034517 0.000014
CH3OH 0.000000 0.000003
N2 0.024655 0.028495
表中摩尔分数即是摩尔百分比。从表1中可以看出,采用本发明提供的一种低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统100能够有效的脱除原料气中的CO2,CO2的净化度高,具有较好的脱除效果。在本发明提供的低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统100中,将净化气、闪蒸气及气提尾气进行了冷量集成,因此能耗和运行费用低,系统不需外部提供冷量,冷量基本可以维持自给自足。同时通过低压闪蒸回收了更多的原料气。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统,其特征在于,包括:吸收塔、至少一个闪蒸塔、气提再生塔、甲醇循环泵、冷交换器及向所述冷交换器供应冷剂的配套制冷系统,原料气通过所述冷交换器冷却后进入所述吸收塔后被贫甲醇洗涤,得到净化气和富甲醇,所述富甲醇通过减压后进入所述闪蒸塔进行闪蒸得到闪蒸气与半贫甲醇,所述半贫甲醇进入所述气提再生塔中进行气提得到气提尾气与所述贫甲醇,所述贫甲醇通过所述甲醇循环泵进入所述冷交换器后,再进入所述吸收塔利用,所述净化气、所述闪蒸气及所述气提尾气都进入所述冷交换器进行冷交换。
2.根据权利要求1所述的低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统,其特征在于,所述气提再生塔使用的气体为非酸性气体;优选地,所述气提再生塔使用的气体为非酸性气体为N2或净化气,所述气提再生塔的操作压力为0.01~1MPa。
3.根据权利要求2所述的低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统,其特征在于,所述闪蒸塔为1~4个,所述闪蒸塔的操作压力为0.03~3MPa;优选地,所述闪蒸塔的操作压力为0.4~1MPa。
4.根据权利要求3所述的低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统,其特征在于,所述系统还包括闪蒸气冷却器和闪蒸气压缩机,通过所述冷交换器的闪蒸气之后再进入所述闪蒸气压缩机增压、最后通过所述闪蒸气冷却器冷却后与原料气混合。
5.根据权利要求4所述的低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统,其特征在于,所述吸收塔中喷淋所述贫甲醇为一股或多股进料,所述吸收塔的操作压力为0.5~10MPa,操作温度为-50℃~-10℃。
6.根据权利要求5所述的低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统,其特征在于,所述贫甲醇通过所述甲醇循环泵增压进入所述冷交换器中进行冷交换后,再进入所述吸收塔。
7.根据权利要求6所述的低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统,其特征在于,还包括补充的甲醇与所述贫甲醇一起通过所述甲醇循环泵进入所述冷交换器中进行冷交换后,再进入所述吸收塔。
8.一种采用权利要求1~7任意一项所述的低温甲醇洗净化原料气中CO2的系统进行低温甲醇洗净化原料气中CO2的方法,其特征在于,所述贫甲醇吸收所述原料气中的CO2后,通过减压、闪蒸、气提和冷交换再生。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,在所述吸收塔吸收CO2中还包括中间冷却步骤,从所述吸收塔中部抽出所述贫甲醇进行冷却后再返回吸收塔。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,还包括在所述原料气中注入甲醇,将所述甲醇经冷交换进行脱水分离提纯后回收利用。
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CN113293034A (zh) * 2021-04-30 2021-08-24 南京工业大学 一种绿色环保且高co2产量的低温甲醇洗工艺

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