CN114963692A - 基于低温甲醇洗工艺低能耗捕集二氧化碳装置和方法 - Google Patents

基于低温甲醇洗工艺低能耗捕集二氧化碳装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明的低温甲醇洗工艺的低能耗捕集二氧化碳装置和方法，包括冷冻单元、气液分离单元；具体方法，低温甲醇洗净化过程中高压、富含二氧化碳的工艺气经过降温冷冻，液化其中的部分二氧化碳、再行分离，完成低温甲醇洗净化过程中二氧化碳的捕集。过程中捕集液体二氧化碳，利用了工艺气中二氧化碳的高压态势，只消耗冷凝的冷量，从而达到低能耗捕集二氧化碳的目的。捕集的液态二氧化碳可以储存、作为原料、也可以回收低位热形成高压气体对外做功。

Description

基于低温甲醇洗工艺低能耗捕集二氧化碳装置和方法
技术领域
本发明属于气体净化领域，具体涉及低温甲醇洗净化工艺，特别涉及低温甲醇洗净化工艺中低能耗捕集液体二氧化碳。
背景技术
工业革命以来，人类能源利用越来越旺盛、加剧了地壳中富集含炭类物质的开发利用，导致大气中温室气体二氧化碳含量逐年上升，浓度由工业革命前的276ppm增加至如今的415ppm，长此以往地球上生命的生存环境将越来越恶劣。世界各国都在积极应对气候问题，提高能源利用率、减少二氧化碳排放的节能减排理念已经成为大家的共识。
低温甲醇洗净化工艺应用于净化水煤气、变换气等工业气体，所要净化的水煤气、变换气都具有相对高的压力、二氧化碳含量高、硫化氢含量低的特点，压力一般在3.0～8.7Mpa，二氧化碳含量在20～50%，硫化氢含量在0.1～1%。
我国当前煤制甲醇产能约1亿吨，排放的二氧化碳约2.4亿吨；煤制合成氨产能约6000万吨，排放二氧化碳约1亿吨；煤制天然气产能约5亿标方，排放二氧化碳约10亿标方、200万吨。
当前的低温甲醇洗工艺中捕集二氧化碳都是甲醇再生过程产生的低压二氧化碳，低压的二氧化碳经过压缩机升压、低温冷凝为液体二氧化碳。需要气体二氧化碳的升压过程的动力消耗、冷凝过程的冷量消耗。
二氧化碳的性质，临界温度30.6℃，三相点0.51795Mpa、-56.568℃，即气体二氧化碳只有降温至30.6℃以下、压力只有高于0.51795Mpa以上才能被冷凝为液体。气体二氧化碳的压力越高、被冷却后温度越低冷凝的液体二氧化碳量才会越多。混合气体中残留的气体二氧化碳分压对应于被冷却后温度下液体二氧化碳的饱和压力。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温甲醇洗净化工艺中低能耗捕集二氧化碳的装置和方法。具体的装置包括工艺气降温冷冻的换热器、气液分离罐；具体的方法是由外界冷源为通过换热器为二氧化碳冷凝提供冷量，工艺气经过换热器降温，使得工艺气中的部分二氧化碳冷凝、再行分离获取液体二氧化碳，分离的工艺气继续低温甲醇洗净化。
过程中利用了工艺气中气体二氧化碳的高压优势，只消耗二氧化碳冷凝的冷量、没有气体升压过程的动力消耗，从而达到低能耗捕集液体二氧化碳的目的。
本发明的技术构思是：
低温甲醇洗净化工艺所处理的水煤气、变换气都具有相对高的压力、且二氧化碳含量相对的高，即低温甲醇洗净化工艺所处理的水煤气、变换气都具有相对高的二氧化碳分压，简单地对低温甲醇洗净化过程中工艺气进行降温冷冻就能液化分离得到液体二氧化碳，省去了气体升压过程中的动力消耗，完成低能耗捕集二氧化碳的目的。
本发明的技术解决方案是(见附图1)：
低温甲醇洗净化工艺中所处理的水煤气、变换气，经过脱水、脱硫后还处于相对高的压力、高含二氧化碳的状态，对脱水或脱水脱硫后水煤气、变换气进行降温冷冻，液化其中的部分二氧化碳，完成液体二氧化碳的捕集。
具体如下：
基于低温甲醇洗工艺低能耗捕集二氧化碳装置装置，如附图1所示，来自上游的工艺气001#的管道与换热器E01相连，换热器E01与冷凝换热器E02通过工艺气002#的管道相连，冷凝换热器E02通过工艺气003#的管道相连与气液分离罐V相连，气液分离罐V顶部出口气体通过工艺气004#管道与换热器E01相连，换热器E01与送往下游的工艺气005#的管道相连；气液分离罐V底部出口的液体006#通过管道与二氧化碳产品管道相连。
冷凝换热器E02的冷源由外界提供。
过程中的工艺气具有0.8Mpa以上的二氧化碳分压，冷凝换热器E02出口工艺被降温至为-55～-58℃、在-56.5℃以下凝结工艺气中二氧化碳的同时防止二氧化碳固化堵塞。
气液分离罐V顶部出口的工艺气继续低温甲醇洗净化、底部出口的液体作为产品二氧化碳。
附图说明
图1为该发明专利装置图。E01：换热器，E02：冷凝换热器，V：气液分离罐。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，基于低温甲醇洗工艺低能耗捕集二氧化碳装置，所有的实施例都具有如下的连接：
来自上游的工艺气与换热器E01连接，换热器E01与冷凝换热器E02连接，冷凝换热器E02与气液分离罐连接，气液分离罐与换热器E01连接、与液体二氧化碳的管道连接。
换热器E01输出的工艺气送往下游继续低温甲醇洗净化，液体二氧化碳作为产品。
实施例2
以的水煤浆气化后水煤气的低温甲醇洗净化工艺为例，经过本发明的低能耗捕集二氧化碳装置捕集二氧化碳。
水煤气脱水后进行二氧化碳的捕集，脱水后的工艺气1000kmol/h、-12℃、5.6Mpa，36.46%的H2、43%的CO、19.25%的CO2、0.25%的H2S。
工艺气001#经过换热器E01、冷凝换热器E02降温至-54.5℃，经过气液分离罐分离，冷凝二氧化碳后的工艺气980.23kmol/h、-22℃、5.57Mpa，38.2%的H2、43.76%的CO、17.82%的CO2、0.22%的H2S送往下游机械低温甲醇洗净化；冷凝分离的粗液体二氧化碳产品19.7714kmol/h、-52℃、5.58Mpa，0.878%的H2、5.33%的CO、92.57%的CO2、1.22%的H2S；
工艺气中有18.3kmol/h的二氧化碳被捕集，占工艺气中二氧化碳总量的9.48%。
由于水煤气中二氧化碳含量低，脱水后含有硫化氢，所得的液体二氧化碳量占比较少，且含有硫化氢。
实施例3
以的水煤浆气化后水煤气的低温甲醇洗净化工艺为例，经过本发明的低能耗捕集二氧化碳装置捕集二氧化碳。
水煤气脱水、脱硫后进行二氧化碳的捕集，脱水后的工艺气1000kmol/h、-12℃、5.5Mpa，37.55%的H2、43.104%的CO、19.346%的CO2。
工艺气001#经过换热器E01、冷凝换热器E02降温至-52.8℃，经过气液分离罐分离，冷凝二氧化碳后的工艺气985.1kmol/h、-22℃、5.47Mpa，38.1%的H2、43.677%的CO、18.22%的CO2；冷凝分离的粗液体二氧化碳产品14.9kmol/h、-52℃、5.48Mpa，0.865%的H2、5.26%的CO、93.88%的CO2；
工艺气中有13.99kmol/h的二氧化碳被捕集，占工艺气中二氧化碳总量的9.17%。
实施例4
以水煤浆气化后变换气的低温甲醇洗净化工艺为例，经过本发明的低能耗捕集二氧化碳装置捕集二氧化碳。
变换气脱水后进行二氧化碳的捕集，脱水后的工艺气1000kmol/h、-12℃、5.6Mpa，56.1%的H2、0.38%的CO、43.35%的CO2、0.17%的H2S。
工艺气001#经过换热器E01、冷凝换热器E02降温至-56.9℃，经过气液分离罐分离，冷凝二氧化碳后的工艺气667.7kmol/h、-22℃、5.57Mpa，83.24%的H2、0.54%的CO、16.16%的CO2、0.06%的H2S送往下游机械低温甲醇洗净化；冷凝分离的粗液体二氧化碳产品332.303kmol/h、-52℃、5.58Mpa，1.567%的H2、0.06%的CO、97.98%的CO2、0.39%的H2S；
工艺气中有325.6kmol/h的二氧化碳被捕集，占工艺气中二氧化碳总量的75.1%。
实施例5
以水煤浆气化后变换气的低温甲醇洗净化工艺为例，经过本发明的低能耗捕集二氧化碳装置捕集二氧化碳。
变换气脱水、脱硫后进行二氧化碳的捕集，脱水后的工艺气1000kmol/h、-12℃、5.5Mpa，56.1913%的H2、0.3867%的CO、43.422%的CO2。
工艺气001#经过换热器E01、冷凝换热器E02降温至-57.5℃，经过气液分离罐分离，冷凝二氧化碳后的工艺气670.617kmol/h、-22℃、5.47Mpa，83.03%的H2、0.547%的CO、16.42%的CO2送往下游机械低温甲醇洗净化；冷凝分离的粗液体二氧化碳产品329.383kmol/h、-52℃、5.48Mpa，1.54%的H2、0.06%的CO、98.4%的CO2；
工艺气中有324.112kmol/h的二氧化碳被捕集，占工艺气中二氧化碳总量的74.64%。
实施例6
以粉煤气化后变换气的低温甲醇洗净化工艺为例，经过本发明的低能耗捕集二氧化碳装置捕集二氧化碳。
水煤气脱水后进行二氧化碳的捕集，脱水后的工艺气1000kmol/h、-22℃、3.5Mpa，42.069%的H2、0.42%的CO、57.261%的CO2、0.25%的H2S。
工艺气001#经过换热器E01、冷凝换热器E02降温至-58.1℃，经过气液分离罐分离，冷凝二氧化碳后的工艺气743.435kmol/h、-32℃、3.47Mpa，76.71%的H2、0.55%的CO、22.61%的CO2、0.13%的H2S送往下游机械低温甲醇洗净化；冷凝分离的粗液体二氧化碳产品256.565kmol/h、-52℃、3.48Mpa，0.9%的H2、0.04%的CO、98.45%的CO2、0.596%的H2S；
工艺气中有252.6kmol/h的二氧化碳被捕集，占工艺气中二氧化碳总量的60.4%。
实施例7
以粉煤气化后变换气的低温甲醇洗净化工艺为例，经过本发明的低能耗捕集二氧化碳装置捕集二氧化碳。
水煤气脱水、脱硫后进行二氧化碳的捕集，脱水后的工艺气1000kmol/h、-22℃、3.45Mpa，57.407%的H2、0.421%的CO、42.172%的CO2。
工艺气001#经过换热器E01、冷凝换热器E02降温至-57.2℃，经过气液分离罐分离，冷凝二氧化碳后的工艺气747.943kmol/h、-32℃、3.42Mpa，76.45%的H2、0.549%的CO、23%的CO2；冷凝分离的粗液体二氧化碳产品252.057kmol/h、-52℃、3.43Mpa，0.894%的H2、0.0396%的CO、99.066%的CO2；
工艺气中有249.702kmol/h的二氧化碳被捕集，占工艺气中二氧化碳总量的59.21%。

Claims (4)

1.低温甲醇洗工艺低能耗捕集二氧化碳装置，其特征在于，来自上游的工艺气管道与换热器（E01）相连，换热器（E01）与冷凝换热器（E02）通过工艺气管道相连，冷凝换热器（E02）通过工艺气管道与气液分离罐（V）相连，气液分离罐（V）底部出口的液体连接至液体二氧化碳管道。
2.根据权利要求1所述的低温甲醇洗工艺低能耗捕集二氧化碳装置，其特征在于，气液分离罐（V）顶部出口通过工艺气管道与换热器（E01）相连，换热器（E01）与送往下游的工艺气管道相连。
3.一种低温甲醇洗工艺低能耗捕集二氧化碳的工艺，其特征在于，
水煤气脱水后的工艺气经过换热器E01、冷凝换热器E02降温至-55～-58℃，降温后经过气液分离罐V分离，顶部气液分离罐V顶部出口捕集的二氧化碳气体机械低温甲醇洗净化，底部出口的液体作为产品二氧化碳。
4.根据权利要求3所述的低温甲醇洗工艺低能耗捕集二氧化碳的工艺，其特征在于，工艺气中的二氧化碳分压在0.8Mpa以上。
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