CN106334412A - 适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的方法和装置。该方法包括：将高含二氧化碳高压气体(原料气)和脱碳液贫液(贫液)输入超重力吸收机，使贫液吸收原料气中的CO₂而形成脱碳液富液(富液)，实现原料气的净化；富液经闪蒸减压后进入解析塔，并释放出CO₂及再生形成贫液，CO₂经气液分离器处理后进入后处理系统，再生的贫液被重新输入超重力吸收机循环利用；前述超重力吸收机等集成设置而组成可拆卸的撬装成套系统。本发明的装置采用橇装化设计，体积小、重量轻，适合在海上平台等空间受限场合应用，其结合本发明的方法，可低成本、低能耗，低排放，高效环保的实现天然气、油田伴生气等原料气中CO₂的脱除，并实现资源的合理利用。

Description

适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳的脱除方法，特别是一种适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的方法和装置。

背景技术

二氧化碳的捕集、利用和存储是当今国际社会研究的热点课题。天然气、油田伴生气和流程工业尾气中二氧化碳，是二氧化碳产生的主要来源。对这些气源中的二氧化碳进行脱除，可以达到的目的有：一是减少温室气体排放；二是回收CO₂资源；三是根据工艺过程需要，防止二氧化碳对管路的腐蚀、堵塞及对后续工艺中催化剂的毒害。

二氧化碳脱除、捕集方法包括吸收法、变压吸附法、膜分离法和低温分馏法等。其中吸收法是回收尾气中二氧化碳成本最低的方法。该方法以吸收塔为分离设备，气体从塔的底部进入，吸收液从塔顶进入，气液在填料层内逆流接触，进而达到脱除二氧化碳的目的。利用传统塔器进行气体处理目前在天然气及工业尾气脱碳领域占有主导地位，但塔器具有体积庞大、投资成本大、开停车困难、运行能耗高、脱碳效率低等缺点。

近年来，业界还提出了利用超重力技术捕捉分离二氧化碳的方法。例如，本案发明人所属研究团队在先提出的数个专利申请即涉及了这种技术，例如，ZL200810103231.X、ZL201110005334.4等，但其中采用的主体设备难以适应海洋平台等空间受限场合的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的方法和装置，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明的一实施例中提供了一种适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的方法，其包括：

将高含二氧化碳高压气体和脱碳液贫液输入超重力吸收机，使气液两相在超重力机内的超重力场中逆向接触，使所述脱碳液贫液吸收所述高含二氧化碳高压气体中的二氧化碳而形成脱碳液富液，同时使所述高含二氧化碳高压气体被净化，

将所述脱碳液富液先输入富液缓冲罐，而后再输至闪蒸罐，经闪蒸减压后再输入解析塔，从而释放出所述脱碳液富液中的二氧化碳，并形成再生的脱碳液贫液，其中被释放出的二氧化碳经气液分离器处理后进入后处理系统，而再生的脱碳液贫液被先输入贫液缓冲罐，而后被重新输入超重力吸收机循环利用；

其中，所述超重力吸收机、富液缓冲罐、闪蒸罐、解析塔、气液分离器和贫液缓冲罐集成设置而组成可拆卸的撬装成套系统。

进一步的，所述脱碳液贫液采用物理吸收剂，例如可优选自但不限于碳酸丙烯酯液、聚乙二醇二甲醚(NHD)、N-甲基吡咯烷酮、以氨基为功能基团的离子液体中的任一种。

在一较为优选的实施方案之中，所述超重力吸收机的重力水平为2～800g，优选为3～500g。

在一较为优选的实施方案之中，所述超重力机的超重力场内采用的高压吸收压力为1～12MPa。

在一较为优选的实施方案之中，所述解析塔内的真空度为0～0.09MPa。

本发明的一实施例中还提供了一种适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的装置，其主要由超重力吸收机、富液缓冲罐、闪蒸罐、解析塔、气液分离器和贫液缓冲罐集成设置而组成的可拆卸撬装成套系统，所述超重力吸收机上设有用以输入高含二氧化碳高压气体的气体入口、用于输入脱碳液贫液的的液体入口、用以输出脱除二氧化碳后的净化气体的气体出口和用以输出由所述贫液吸收二氧化碳后而形成的脱碳液富液的液体出口，所述超重力吸收机的液体出口依次经富液缓冲罐、闪蒸罐与解析塔连通，所述解析塔的气体出口和液体出口分别与气液分离器和贫液缓冲罐连通，所述贫液缓冲罐的液体出口与所述超重力吸收机的液体入口连通。

进一步的，所述超重力机至少可优选自但不限于旋转填充床、折流式、螺旋通道、定一转子、旋转碟片超重力旋转装置。这些超重力旋转床装置的结构等均可以是业界知悉的，例如可参阅本申请人在先提出的ZL95215430.7等发明专利。

进一步的，所述超重力机的气体入口和液体入口的相对分布位置能使输入超重力机的高含二氧化碳高压气体和脱碳液贫液于超重力机内的超重力场中逆向接触。

进一步的，本发明中的解析塔可以采用普通解析塔，也可以是真空解析塔，或者两者的组合，优选采用真空解析塔。若采用真空解析塔，显然的，其还应与真空系统连接。

进一步的，所述撬装成套系统还包括用以辅助液体和/或气体在组成所述撬装成套系统的各结构单元之间流通的连接组件，例如，设置在用以连通所述贫液缓冲罐和超重力吸收机的管路上的贫液泵、设置在用以连通所述超重力吸收机和富液缓冲罐和超重力吸收机的管路上的富液泵等等，但不限于此。

本发明采用超重力装置替代常规塔器等，利用比地球重力加速度大得多的超重力环境对传质、传热过程和微观混合过程进行强化，能够大幅度提高反应的转化率和选择性，显著地缩小反应器的体积，简化工艺、流程，实现过程的高效节能，减少污染排放。

特别是，本发明中采用撬装集成式的装置，利用二氧化碳在脱碳液中随压力增大溶解度增大的原理，在超重力装置中利用脱碳液高压吸收二氧化碳，解析塔中低压解析脱除再生的路线设计，能在实现设备小型化、轻量化的同时，更为安全、高效地脱除诸如天然气、油田伴生气等气体中的二氧化碳。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

(1)本发明通过采用前述的工艺设计，整个系统实现橇装化，占地面积小，主体设备体积小(约为常规塔设备的1/20～1/50)、重量轻，尤其适合在海上平台等空间受限场合应用；

(2)通过采用有机结合超重力高压吸收和解析塔低压解析再生的路线设计，能够更为高效、彻底的进行原料气中二氧化碳的有效分离，例如，原料气中CO₂的吸收率可达90％(体积)以上(达到同样分离要求常规塔设备体积为超重力脱碳装置的5～30倍)，且整体工艺对环境友好，流程简单，尤其适于海上平台的天然气、油田伴生气等中高压空间受限场合；

(3)本发明设备简单，能耗低、运行成本低，安全无泄漏，运行简单，易检修，合循环经济低消耗、低排放、高效率的特征，可满足工业生产长周期平稳运行的需要，同时可捕集回收丰富的二氧化碳原料气，达到资源的合理利用，并减少了二氧化碳温室气体的排放，具有显著经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明一实施方案之中一种适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的装置的结构框图；

图2是本发明一实施例中一种适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的装置的结构示意图；

附图标记说明：1、超重力吸收机2、富液缓冲罐3、闪蒸罐4、解析塔5、气液分离器6、贫液缓冲罐7、贫液泵。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更易于理解，如下结合附图及实施例对本发明进行更具体的解释说明。

本发明提供了一种利用超重力设备，例如超重力旋转床作为反应器，高压物理吸收液吸收、低压解析脱除分离混合气中二氧化碳的方法，其有效简化了脱碳工艺，降低了生产成本，可以用于气体净化及温室气体减排，特别是适用于天然气、油田伴生气和流程工业尾气中二氧化碳的分离，并且采用的装置可集成撬装化，特别适用于海水平台、空间受限等场合中的应用，在天然气、油田伴生气等气体净化领域及资源回收利用方面均可产生显著经济效益和环境效益。

请参阅图1，在本发明的一实施案例之中，一种适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的装置包括主要由超重力吸收机、富液缓冲罐、闪蒸罐、解析塔、气液分离器、贫液缓冲罐和贫液泵等集成形成的成套撬装装备。

在其工作时，高含二氧化碳气体经进口进入超重力吸收机，净化后的气体通过出口进入后续管网，吸收二氧化碳后的富液通过出口经初分离进入富液缓冲罐，富液缓冲罐出口与闪蒸罐相连，减压后再进入解析塔进一步释放出溶解的二氧化碳，由富液释放出的二氧化碳通过气液分离器分离，分离出的二氧化碳经出口进入后续系统或液化系统，分离出的再生贫液经出口进入贫液缓冲罐，进入贫液缓冲罐的贫液经贫液泵，降温后重新进入超重力吸收机循环利用。

该装置的工作过程大致如下：来自系统外的高含二氧化碳高压气体经进口进入超重力吸收机，同时贫液泵输送脱碳液贫液进入超重力机液相进口，气液两相在超重力机中内部超重力场中逆向接触，完成气液相的传质和传热，气体中的二氧化碳溶解进入脱碳液中，成为富液，净化后的气体通过出口进入后续管网，富液通过出口经初分离进入富液缓冲罐，富液缓冲罐出口与闪蒸罐相连，经闪蒸减压后再进入解析塔进一步释放出其中溶解的二氧化碳，由富液释放出的二氧化碳通过气液分离器分离，分离出的二氧化碳经出口进入二氧化碳后处理装置或液化系统，分离出的再生贫液经出口进入贫液缓冲罐，进入贫液缓冲罐的贫液经贫液泵重新进入超重力吸收机循环利用。

其中，于所述超重力机内进行的CO₂脱除过程为：气相经气体进口管引入转子外腔，在气体压力的作用下由转子外缘处进入填料。吸收液由液体进口管引入转子内腔，经喷头淋洒在转子内缘上。在比地球重力场大数百倍至千倍的超重力环境下的填料层等多孔介质中产生流动接触，巨大的剪切力使液体破碎成纳米级的膜、丝和滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使相间传质速率比传统的塔器中提高1～3个数量级，使传质过程得到极大强化。这样，在填料层内部形成了极好的传质与反应条件，从而完成气液相传质传热。吸收液被抛到外壳汇集后经液体出口管离开超重机。气体穿过转子填料层进入转子中心，由气体出口管引出，完成传质与反应过程。

再请参阅图2，当以该撬装式吸收二氧化碳气体的装置处理天然气时，待处理的天然气进入超重力反应器1，脱去CO₂后的天然气进入平台工艺系统，而吸收CO₂的富液进入平衡罐2，平衡罐输出的富液进入一级闪蒸塔3(操作压力1.0MPa)，一级闪蒸塔3输出的气体经过压缩机5压缩、冷却后进入超重力反应器1循环处理，一级闪蒸塔输出的液体经冷却后进入常解塔4(操作压力0.1MPa)，常解塔底部通入空气，进行汽提闪蒸，塔顶出来的CO₂气体放空，塔底的贫液经贫液泵加压至4.0MPa输入超重力反应器1循环利用。

优选的，对于富液还可以进一步解析，即经常解塔后的贫液再次经过真空解析塔进一步解析

需要说明的是，本发明所揭示的乃较佳实施例的多种，凡是局部的变更或修饰而源于本发明的技术思想而为熟习该项技术的人所易于推知的，俱不脱离本发明的专利权范围。

Claims (10)

1.一种适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的方法，其特征在于包括：

将高含二氧化碳高压气体和脱碳液贫液分别输入超重力吸收机，使气液两相在超重力机内的超重力场中逆向接触，使所述脱碳液贫液吸收所述高含二氧化碳高压气体中的二氧化碳而形成脱碳液富液，同时使所述高含二氧化碳高压气体被净化，

将所述脱碳液富液先输入富液缓冲罐，而后再输至闪蒸罐，经闪蒸减压后再输入解析塔，从而释放出所述脱碳液富液中吸收的二氧化碳，并再生形成脱碳液贫液，其中被释放出的二氧化碳经气液分离器处理后进入后处理系统，而再生的脱碳液贫液被先输入贫液缓冲罐，而后被重新输入超重力吸收机循环利用；

其中，所述超重力吸收机、富液缓冲罐、闪蒸罐、解析塔、气液分离器和贫液缓冲罐集成设置而组成可拆卸的撬装成套系统。

2.根据权利要求1所述的适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的方法，其特征在于所述脱碳液贫液采用物理吸收剂，所述物理吸收剂包括碳酸丙烯酯液、聚乙二醇二甲醚脱碳液、N-甲基吡咯烷酮、以氨基为功能基团的离子液体中的任一种。

3.根据权利要求1所述的适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的方法，其特征在于所述超重力吸收机的重力水平为2～800g。

4.根据权利要求1所述的适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的方法，其特征在于所述超重力机的超重力场内采用的高压吸收压力为1～12MPa。

5.根据权利要求1或4所述的适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的方法，其特征在于所述解析塔内的真空度为0～0.09MPa。

6.一种适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的装置，其特征在于包括主要由超重力吸收机、富液缓冲罐、闪蒸罐、解析塔、气液分离器和贫液缓冲罐集成设置而组成的可拆卸撬装成套系统，所述超重力吸收机上设有用以输入高含二氧化碳高压气体的气体入口、用于输入脱碳液贫液的的液体入口、用以输出脱除二氧化碳后的净化气体的气体出口和用以输出由所述贫液吸收二氧化碳后而形成的脱碳液富液的液体出口，所述超重力吸收机的液体出口依次经富液缓冲罐、闪蒸罐与解析塔连通，所述解析塔的气体出口和液体出口分别与气液分离器和贫液缓冲罐连通，所述贫液缓冲罐的液体出口与所述超重力吸收机的液体入口连通。

7.根据权利要求6所述的适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的装置，其特征在于所述超重力机至少选自旋转填充床、折流式、螺旋通道、定一转子、旋转碟片超重力旋转装置。

8.根据权利要求6所述的适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的装置，其特征在于所述超重力机的气体入口和液体入口的相对分布位置能使输入超重力机的高含二氧化碳高压气体和脱碳液贫液于超重力机内的超重力场中逆向接触。

9.根据权利要求6所述的适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的装置，其特征在于所述撬装成套系统还包括用以辅助液体和/或气体在组成所述撬装成套系统的各结构单元之间流通的连接组件，所述连接组件包括泵和/或阀门。

10.根据权利要求6所述的适用于海洋平台的撬装式吸收二氧化碳气体的装置，其特征在于所述贫液缓冲罐的液体出口与所述超重力吸收机的液体入口经贫液泵相连通。