CN117887496A - 一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统及方法 - Google Patents
一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于天然气脱碳领域，公开了一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统及方法，系统包括依次连接的脱水单元、脱碳单元、甲醇再生单元和二氧化碳液化单元。本发明通过设计和优化天然气脱碳工艺和系统，解决现有技术溶剂再生能耗大，易变质发泡等问题，实现同时脱水脱碳，简化工艺流程，同时本工艺结合碳捕集工艺，可实现全流程零碳排。
Description
技术领域
本发明属于天然气脱碳领域，尤其涉及一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统及方法。
背景技术
天然气脱碳工艺主要有溶剂(物理、化学)吸收法、膜分离法、变压吸附法、低温分离法、分子筛吸附法等，针对不同的含CO2量、处理量和净化度，不同工艺具有不同的适应性。
目前天然气脱碳方法以化学溶剂吸收法为主，常用的化学吸收剂包括氨水、碳酸钾、乙醇胺(MEA)以及N-甲基乙醇胺(MDEA)，其中使用MEA、MDEA的醇胺法最为成熟，应用最广泛。典型的MDEA法碳捕集流程为：含有二氧化碳的原料气加压后从塔底进入吸收塔，冷却后的MDEA溶剂从塔顶进入吸收塔，二者在吸收塔内逆流接触，原料气中二氧化碳被MDEA溶剂吸收，吸收塔的塔顶获得脱碳净化气，充分吸收二氧化碳的富液由吸收塔的塔底流出，在闪蒸塔中解吸出部分二氧化碳，罐底富液进入闪蒸塔进一步解吸，获得二氧化碳气。闪蒸塔塔底半贫液一部分去吸收塔继续吸收二氧化碳，另一部分经换热升温，从塔顶进入再生塔进行热再生，再生后的贫液冷却后作为新鲜溶剂重新进入吸收塔顶循环使用。
然而化学溶剂吸收法存在脱碳工艺流程复杂，设备造价高，不便于安装和维修，溶剂对设备腐蚀严重、易变质、易起泡，介质再生温度高、能耗大等缺点，而且深层煤层气采用泡沫排采工艺，采出水矿化度高，生产运行过程中易携带一些泡沫液至下游，会影响化学溶剂的稳定性和吸收效果。经化学吸收法处理后的天然气和CO2尾气含饱和水，需要进一步脱水处理才可以控制水露点指标，以满足外输需求或下游工艺需要。
低温甲醇洗属于物理溶剂吸收法，主要用于含有CO2和硫化物等酸性气体的气源，例如大型煤化工煤气化产生的高压变换气。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统及方法，解决现有技术溶剂再生能耗大，易变质发泡等问题，实现同时脱水脱碳，简化工艺流程，同时本工艺结合碳捕集工艺，可实现全流程零碳排。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统，包括依次连接的脱水单元、脱碳单元、甲醇再生单元和二氧化碳液化单元，
脱水单元包括通过管道依次串联的原料气压缩机、空冷器、预冷换热器和低温分离器；
原料气压缩机的入口连接原料气供应系统；
连接空冷器和预冷换热器的管道与贫甲醇供应系统连通；
低温分离器的气体出口连接脱碳单元，低温分离器的污水出口连接排污系统；
脱碳单元的净化气出口连接净化气采集系统，脱碳单元的甲醇富液出口通过管道连接甲醇再生单元；
甲醇再生单元的甲醇出口连接脱碳单元的甲醇入口，甲醇再生单元的二氧化碳出口连接二氧化碳液化单元。
进一步地，脱碳单元包括脱碳塔，脱碳塔包括上部的吸收段和下部的预洗段，
净化气出口设置于吸收段的顶部，脱碳单元的气体入口设置于预洗段，脱碳单元的甲醇富液出口设置于吸收段的底部，
原料气经预洗段与吸收段底部的甲醇富液接触，脱除杂质和水后进入吸收段，低温甲醇从吸收段的顶部自上而下与原料气逆流接触，吸收原料气中的二氧化碳和水。
进一步地，连接净化气出口和净化气采集系统的管道经过预冷换热器。
进一步地，吸收段有多级，相邻吸收段之间并联有段间冷却器，段间冷却器用于冷却甲醇。
进一步地，连接预冷换热器和低温分离器的管道上设置有天然气冷却器。
进一步地，甲醇再生单元包括甲醇再生塔、甲醇冷凝罐和甲醇水分离塔，
甲醇再生塔包括三级闪蒸段，一级闪蒸段的入口连接吸收段的甲醇富液出口，一级闪蒸段的一级闪蒸气出口通过管道A连接原料气压缩机的入口，管道A经过预冷换热器，
一级闪蒸段的甲醇溶液出口连接二级闪蒸段的入口，二级闪蒸段的二级闪蒸气出口通过管道B连接原料气压缩机的入口，管道B依次经过预冷换热器和闪蒸气压缩机，
二级闪蒸段的甲醇溶液出口通过管道C连接三级闪蒸段的入口，管道C上依次设置有过滤器、甲醇预热器和甲醇复热换热器，甲醇复热换热器和原料气压缩机的出口管道并联，三级闪蒸段的三级闪蒸气出口通过管道D连接甲醇冷凝罐的入口，管道D经过甲醇预热器，三级闪蒸段的甲醇溶液出口连接管道E，管道E上设置有过滤器和贫甲醇循环泵，管道E的一端连接三级闪蒸段的甲醇溶液出口，另一端通过管道F连接吸収段，通过管道G连接甲醇水分离塔的入口，管道F依次经过甲醇预热器和甲醇冷却器，管道G还连接预洗段的甲醇出口；
甲醇冷凝罐连接新鲜甲醇供应系统，甲醇冷凝罐的二氧化碳出口通过管道H连接二氧化碳液化单元，甲醇冷凝罐的液体出口通过管道I连接管道F，管道I上设置有第二贫甲醇回收泵；
甲醇水分离塔用于加热甲醇和水实现分离，甲醇水分离塔的甲醇冷凝液出口连接管道I，甲醇水分离塔的甲醇冷凝液出口还连接甲醇水分离塔的回流液入口，甲醇水分离塔的污水出口连接排污系统。
进一步地，甲醇再生单元包括甲醇再生塔、甲醇冷凝罐和甲醇水分离塔，
甲醇再生塔包括两级闪蒸段，一级闪蒸段的入口连接吸收段的甲醇富液出口，一级闪蒸段的一级闪蒸气出口通过管道J连接原料气压缩机的入口，管道J经过预冷换热器，一级闪蒸段的甲醇溶液出口连接二级闪蒸段的入口，
二级闪蒸段的二级闪蒸气出口通过管道K连接原料气压缩机的入口，管道K依次经过预冷换热器和闪蒸气压缩机，二级闪蒸段的甲醇溶液出口通过管道L连接热再生塔的入口，管道L上依次设置有过滤器和换热器，
热再生塔的尾气出口连接多级甲醇冷凝罐，相邻甲醇冷凝罐之间设置有尾气冷却器，甲醇冷凝罐的甲醇出口通过管道M连接热再生塔，管道M上设置有第二贫甲醇回收泵，
最后一级甲醇冷凝罐的二氧化碳出口通过管道连接二氧化碳液化单元，
热再生塔的液体出口通过管道N连接吸収段，管道N依次经过换热器和甲醇冷却器，热再生塔的液体出口还通过管道O连接甲醇水分离塔的入口，管道O还连接预洗段的甲醇出口，
甲醇水分离塔用于加热甲醇和水实现分离，甲醇水分离塔的气体出口连接热再生塔，甲醇水分离塔的污水出口连接排污系统。
进一步地，甲醇再生单元包括甲醇再生塔、第一甲醇冷凝罐、第二甲醇冷凝罐和第二甲醇气提塔，
甲醇再生塔包括三级闪蒸段，一级闪蒸段的入口连接吸收段的甲醇富液出口，一级闪蒸段的一级闪蒸气出口通过管道A连接原料气压缩机的入口，管道A经过预冷换热器，
一级闪蒸段的甲醇溶液出口连接二级闪蒸段的入口，二级闪蒸段的二级闪蒸气出口通过管道B连接原料气压缩机的入口，管道B依次经过预冷换热器和闪蒸气压缩机，
二级闪蒸段的甲醇溶液出口通过管道C连接三级闪蒸段的入口，管道C上依次设置有过滤器、甲醇预热器和甲醇复热换热器，甲醇复热换热器和原料气压缩机的出口管道并联，三级闪蒸段的三级闪蒸气出口通过管道D连接第一甲醇冷凝罐的入口，管道D经过甲醇预热器，三级闪蒸段的甲醇溶液出口连接管道E，管道E上设置有过滤器和第一贫甲醇循环泵，管道E的一端连接三级闪蒸段的甲醇溶液出口，另一端通过管道F连接吸収段，通过管道G连接第二甲醇气提塔的甲醇入口，管道F依次经过甲醇预热器和甲醇冷却器，管道G还连接预洗段的甲醇出口，管道G上设置有甲醇循环泵；
第一甲醇冷凝罐连接新鲜甲醇供应系统，第一甲醇冷凝罐的二氧化碳出口通过管道H连接二氧化碳液化单元，第一甲醇冷凝罐的液体出口通过管道I连接管道F，管道I上设置有第二贫甲醇回收泵；
第二甲醇气提塔的气态甲醇出口依次连接连接甲醇冷却器和第二甲醇冷凝罐的入口，第一甲醇气提塔的污水出口连接排污系统；
第二甲醇冷凝罐的液体出口连接管道F，第二甲醇冷凝罐的液体出口连接预洗段的入口。
进一步地，二氧化碳液化单元包括二氧化碳换热器、二氧化碳压缩机、二氧化碳冷却器和二氧化碳提纯塔，
管道H依次经过二氧化碳换热器、二氧化碳压缩机、二氧化碳换热器和二氧化碳冷却器，连接甲醇冷凝罐的二氧化碳出口和二氧化碳提纯塔的入口，
二氧化碳提纯塔的气体出口连接原料气压缩机的入口，二氧化碳提纯塔液体出口设置有二氧化碳过冷器。
进一步地，连接低温分离器的污水出口和排污系统的管道依次经过过滤器、凝液提升泵和第一甲醇气提塔，
第一甲醇气提塔的液体入口连接低温分离器的污水出口，
第一甲醇气提塔的气体入口连接原料气压缩机的出口，
第一甲醇气提塔的污水出口连接排污系统。
另一方面，本发明公开了一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集方法，基于上述的装置。
本发明的技术效果和优点：
本发明利用系统余热实现甲醇再生，整体工艺不需要外加热源，实现了全流程二氧化碳零排放；
本发明采用甲醇气态回收工艺回收含甲醇污水中的甲醇，简化了工艺流程，有效的降低了能耗；
本发明采用单一溶剂同时实现脱水、脱碳、二氧化碳液化捕集，大大简化了碳捕集的工艺流程，在实现节能减排的同时降低了设备投资，且便于操作维护；
本发明的脱碳塔采用预洗工艺，可防止原料气中所携带杂质(粉尘、润滑油、烃类、泡排剂等)进入主循环系统，大大提高了工艺的适应性。
其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明实施例3的结构示意图；
图4为本发明实施例4的结构示意图。
附图标记：1、原料气压缩机；2、空冷器；3、预冷换热器；4、低温分离器；5、天然气冷却器；6、凝液提升泵；7、第一甲醇气提塔；8、脱碳塔；9、；10、甲醇冷却器；11、甲醇再生塔；12、第一贫甲醇循环泵；13、甲醇预热器；14、甲醇复热换热器；15、甲醇冷凝罐；16、第二贫甲醇回收泵；17、闪蒸气压缩机；18、甲醇水分离塔；19、二氧化碳换热器；20、二氧化碳压缩机；21、二氧化碳冷却器；22、二氧化碳提纯塔；23、二氧化碳过冷器；24、换热器；25、热再生塔；26、尾气冷却器；27、第二甲醇气提塔。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1所示，本发明提供了一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统，包括依次连接的脱水单元、脱碳单元、甲醇再生单元和二氧化碳液化单元，
脱水单元包括通过管道依次串联的原料气压缩机1、空冷器2、预冷换热器3和低温分离器4；
原料气压缩机1的入口连接原料气供应系统；
连接空冷器2和预冷换热器3的管道与贫甲醇供应系统连通；
低温分离器4的气体出口连接脱碳单元，低温分离器4的污水出口连接排污系统；
脱碳单元的净化气出口连接净化气采集系统，脱碳单元的甲醇富液出口通过管道连接甲醇再生单元；
甲醇再生单元的甲醇出口连接脱碳单元的甲醇入口，甲醇再生单元的二氧化碳出口连接二氧化碳液化单元。
在本发明的一些实施例中，脱碳单元包括脱碳塔8，脱碳塔8包括上部的吸收段和下部的预洗段，
净化气出口设置于吸收段的顶部，脱碳单元的气体入口设置于预洗段，脱碳单元的甲醇富液出口设置于吸收段的底部，
原料气经预洗段与吸收段底部的甲醇富液接触，脱除杂质和水后进入吸收段，低温甲醇从吸收段的顶部自上而下与原料气逆流接触，吸收原料气中的二氧化碳和水。
在本发明的一些实施例中，连接净化气出口和净化气采集系统的管道经过预冷换热器3。
在本发明的一些实施例中，吸收段有多级，相邻吸收段之间并联有段间冷却器9，段间冷却器9用于冷却甲醇。
在本发明的一些实施例中，连接预冷换热器3和低温分离器4的管道上设置有天然气冷却器5。
在本发明的一些实施例中，甲醇再生单元包括甲醇再生塔11、甲醇冷凝罐15和甲醇水分离塔18，
甲醇再生塔11包括三级闪蒸段，一级闪蒸段的入口连接吸收段的甲醇富液出口，一级闪蒸段的一级闪蒸气出口通过管道A连接原料气压缩机1的入口，管道A经过预冷换热器3，
一级闪蒸段的甲醇溶液出口连接二级闪蒸段的入口，二级闪蒸段的二级闪蒸气出口通过管道B连接原料气压缩机1的入口，管道B依次经过预冷换热器3和闪蒸气压缩机17，
二级闪蒸段的甲醇溶液出口通过管道C连接三级闪蒸段的入口，管道C上依次设置有过滤器、甲醇预热器13和甲醇复热换热器14，甲醇复热换热器14和原料气压缩机1的出口管道并联，三级闪蒸段的三级闪蒸气出口通过管道D连接甲醇冷凝罐15的入口，管道D经过甲醇预热器13，三级闪蒸段的甲醇溶液出口连接管道E，管道E上设置有过滤器和贫甲醇循环泵12，管道E的一端连接三级闪蒸段的甲醇溶液出口，另一端通过管道F连接吸収段，通过管道G连接甲醇水分离塔18的入口，管道F依次经过甲醇预热器13和甲醇冷却器10，管道G还连接预洗段的甲醇出口；
甲醇冷凝罐15连接新鲜甲醇供应系统，甲醇冷凝罐15的二氧化碳出口通过管道H连接二氧化碳液化单元，甲醇冷凝罐15的液体出口通过管道I连接管道F，管道I上设置有第二贫甲醇回收泵16；
甲醇水分离塔18用于加热甲醇和水实现分离，甲醇水分离塔18的甲醇冷凝液出口连接管道I，甲醇水分离塔18的甲醇冷凝液出口还连接甲醇水分离塔18的回流液入口，甲醇水分离塔18的污水出口连接排污系统。
在本发明的一些实施例中，甲醇再生单元包括甲醇再生塔11、甲醇冷凝罐15和甲醇水分离塔18，
甲醇再生塔11包括两级闪蒸段，一级闪蒸段的入口连接吸收段的甲醇富液出口，一级闪蒸段的一级闪蒸气出口通过管道J连接原料气压缩机1的入口，管道J经过预冷换热器3，一级闪蒸段的甲醇溶液出口连接二级闪蒸段的入口，
二级闪蒸段的二级闪蒸气出口通过管道K连接原料气压缩机1的入口，管道K依次经过预冷换热器3和闪蒸气压缩机17，二级闪蒸段的甲醇溶液出口通过管道L连接热再生塔25的入口，管道L上依次设置有过滤器和换热器24，
热再生塔25的尾气出口连接多级甲醇冷凝罐15，相邻甲醇冷凝罐15之间设置有尾气冷却器26，甲醇冷凝罐15的甲醇出口通过管道M连接热再生塔，管道M上设置有第二贫甲醇回收泵16，
最后一级甲醇冷凝罐15的二氧化碳出口通过管道连接二氧化碳液化单元，
热再生塔25的液体出口通过管道N连接吸収段，管道N依次经过换热器24和甲醇冷却器10，热再生塔25的液体出口还通过管道O连接甲醇水分离塔18的入口，管道O还连接预洗段的甲醇出口，
甲醇水分离塔18用于加热甲醇和水实现分离，甲醇水分离塔18的气体出口连接热再生塔25，甲醇水分离塔18的污水出口连接排污系统。
在本发明的一些实施例中，甲醇再生单元包括甲醇再生塔11、第一甲醇冷凝罐、第二甲醇冷凝罐和第二甲醇气提塔27，
甲醇再生塔11包括三级闪蒸段，一级闪蒸段的入口连接吸收段的甲醇富液出口，一级闪蒸段的一级闪蒸气出口通过管道A连接原料气压缩机1的入口，管道A经过预冷换热器3，
一级闪蒸段的甲醇溶液出口连接二级闪蒸段的入口，二级闪蒸段的二级闪蒸气出口通过管道B连接原料气压缩机1的入口，管道B依次经过预冷换热器3和闪蒸气压缩机17，
二级闪蒸段的甲醇溶液出口通过管道C连接三级闪蒸段的入口，管道C上依次设置有过滤器、甲醇预热器13和甲醇复热换热器14，甲醇复热换热器14和原料气压缩机1的出口管道并联，三级闪蒸段的三级闪蒸气出口通过管道D连接第一甲醇冷凝罐15的入口，管道D经过甲醇预热器13，三级闪蒸段的甲醇溶液出口连接管道E，管道E上设置有过滤器和第一贫甲醇循环泵12，管道E的一端连接三级闪蒸段的甲醇溶液出口，另一端通过管道F连接吸収段，通过管道G连接第二甲醇气提塔27的甲醇入口，管道F依次经过甲醇预热器13和甲醇冷却器10，管道G还连接预洗段的甲醇出口，管道G上设置有甲醇循环泵；
第一甲醇冷凝罐15连接新鲜甲醇供应系统，第一甲醇冷凝罐15的二氧化碳出口通过管道H连接二氧化碳液化单元，第一甲醇冷凝罐15的液体出口通过管道I连接管道F，管道I上设置有第二贫甲醇回收泵16；
第二甲醇气提塔27的气态甲醇出口依次连接连接甲醇冷却器和第二甲醇冷凝罐的入口，第二甲醇气提塔27的污水出口连接排污系统；
第二甲醇冷凝罐的液体出口连接管道F，第二甲醇冷凝罐的液体出口连接预洗段的入口。
在本发明的一些实施例中，二氧化碳液化单元包括二氧化碳换热器19、二氧化碳压缩机20、二氧化碳冷却器21和二氧化碳提纯塔22，
管道H依次经过二氧化碳换热器19、二氧化碳压缩机20、二氧化碳换热器19和二氧化碳冷却器21，连接甲醇冷凝罐15的二氧化碳出口和二氧化碳提纯塔22的入口，
二氧化碳提纯塔22的气体出口连接原料气压缩机1的入口，二氧化碳提纯塔22液体出口设置有二氧化碳过冷器23。
在本发明的一些实施例中，连接低温分离器4的污水出口和排污系统的管道依次经过过滤器、凝液提升泵6和第一甲醇气提塔7，
第一甲醇气提塔7的液体入口连接低温分离器4的污水出口，
第一甲醇气提塔7的气体入口连接原料气压缩机1的出口，
第一甲醇气提塔7的污水出口连接排污系统。
另一方面，本发明还公开了一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集方法，所述方法基于上述的装置。
为了更好的说明本方案，还提供了以下实施例。
实施例1
按图1组装系统，系统包括依次连接的脱水单元、脱碳单元、甲醇再生单元和二氧化碳液化单元，脱水单元包括通过管道依次串联的原料气压缩机1、空冷器2、预冷换热器3和低温分离器4；原料气压缩机1的入口连接原料气供应系统；连接空冷器2和预冷换热器3的管道与贫甲醇供应系统连通；低温分离器4的气体出口连接脱碳单元，低温分离器4的污水出口连接排污系统；脱碳单元的净化气出口连接净化气采集系统，脱碳单元的甲醇富液出口通过管道连接甲醇再生单元；甲醇再生单元的甲醇出口连接脱碳单元的甲醇入口，甲醇再生单元的二氧化碳出口连接二氧化碳液化单元。连接净化气出口和净化气采集系统的管道经过预冷换热器3。吸收段有多级，相邻吸收段之间并联有段间冷却器9，段间冷却器9用于冷却甲醇。
甲醇再生单元包括甲醇再生塔11、甲醇冷凝罐15和甲醇水分离塔18，甲醇再生塔11包括三级闪蒸段，一级闪蒸段的入口连接吸收段的甲醇富液出口，一级闪蒸段的一级闪蒸气出口通过管道A连接原料气压缩机1的入口，管道A经过预冷换热器3，一级闪蒸段的甲醇溶液出口连接二级闪蒸段的入口，二级闪蒸段的二级闪蒸气出口通过管道B连接原料气压缩机1的入口，管道B依次经过预冷换热器3和闪蒸气压缩机17，二级闪蒸段的甲醇溶液出口通过管道C连接三级闪蒸段的入口，管道C上依次设置有过滤器、甲醇预热器13和甲醇复热换热器14，甲醇复热换热器14和原料气压缩机1的出口管道并联，三级闪蒸段的三级闪蒸气出口通过管道D连接甲醇冷凝罐15的入口，管道D经过甲醇预热器13，三级闪蒸段的甲醇溶液出口连接管道E，管道E上设置有过滤器和贫甲醇循环泵12，管道E的一端连接三级闪蒸段的甲醇溶液出口，另一端通过管道F连接吸収段，通过管道G连接甲醇水分离塔18的入口，管道F依次经过甲醇预热器13和甲醇冷却器10，管道G还连接预洗段的甲醇出口；甲醇冷凝罐15连接新鲜甲醇供应系统，甲醇冷凝罐15的二氧化碳出口通过管道H连接二氧化碳液化单元，甲醇冷凝罐15的液体出口通过管道I连接管道F，管道I上设置有第二贫甲醇回收泵16；甲醇水分离塔18用于加热甲醇和水实现分离，甲醇水分离塔18的甲醇冷凝液出口连接管道I，甲醇水分离塔18的甲醇冷凝液出口还连接甲醇水分离塔18的回流液入口，甲醇水分离塔18的污水出口连接排污系统。
二氧化碳液化单元包括二氧化碳换热器19、二氧化碳压缩机20、二氧化碳冷却器21和二氧化碳提纯塔22，管道H依次经过二氧化碳换热器19、二氧化碳压缩机20、二氧化碳换热器19和二氧化碳冷却器21，连接甲醇冷凝罐15的二氧化碳出口和二氧化碳提纯塔22的入口，二氧化碳提纯塔22的气体出口连接原料气压缩机1的入口，二氧化碳提纯塔22液体出口设置有二氧化碳过冷器23。
连接低温分离器4的污水出口和排污系统的管道依次经过过滤器、凝液提升泵6和第一甲醇气提塔7，第一甲醇气提塔7的液体入口连接低温分离器4的污水出口，第一甲醇气提塔7的气体入口连接原料气压缩机1的出口，第一甲醇气提塔7的污水出口连接排污系统。
本系统的工作原理如下：
脱水阶段：低压原料气通过原料气压缩机1增压，增压后的高温气体经空冷器2冷却后进入预冷换热器3预冷，在进入预冷换热器3之前通过贫甲醇供应系统注入甲醇防止水合物的生成，预冷后的原料气进入低温分离器4，分离出的气相去脱碳塔8。低温分离器4分离出的含甲醇污水从塔底进入第一甲醇气提塔7，从原料气压缩机1增压后的气体中引出一部分高温气从底部进入第一甲醇气提塔7对含甲醇污水进行气提，气提后的气体返回到主流程中。
脱碳阶段：本实施例的脱碳塔8分为预洗段和吸收段，吸收段包含两级段间冷却器9，原料气经预洗段与一部分吸收段底部的甲醇富液接触，脱除携带的杂质和部分水后进入吸收段。低温甲醇从吸收段顶部自上而下与原料气逆流接触吸收原料气中的二氧化碳和水，脱碳塔8顶的净化气进入预冷换热器3复热后作为产品气外输到净化气采集系统。甲醇溶解吸收二氧化碳后温度会升高，影响其吸收效果，通过设置段间冷却器9来降低甲醇温度，保证吸收性能。
甲醇再生阶段：脱碳塔8底部的甲醇富液节流后进入甲醇再生塔11，甲醇再生塔11包含三级闪蒸段，甲醇富液首先进入一级闪蒸段，一级闪蒸气经预冷换热器3复热后回到原料气压缩机1入口；一级闪蒸段底部的甲醇溶液节流后再进入二级闪蒸段，二级闪蒸气经预冷换热器3复热后通过闪蒸气压缩机17增压后回到原料气压缩机1入口；二级闪蒸段底部的甲醇溶液进一步节流后通过甲醇预热器13和甲醇复热换热器14复热至一定温度后进入三级闪蒸段，三级闪蒸段底部的贫甲醇与二级闪蒸段底部的低温甲醇溶液换热冷却后进入甲醇冷却器10，最后返回至脱碳塔8循环使用。三级闪蒸段闪蒸出的二氧化碳经过甲醇预热器13，与二级闪蒸段底部的低温甲醇溶液换热冷却后进入甲醇冷凝罐15，回收闪蒸气中的甲醇，回收甲醇后的闪蒸气含90％以上二氧化碳。脱碳塔8预洗段底部的甲醇富液与一部分三级闪蒸后的甲醇贫液汇合后进入甲醇水分离塔18，通过塔釜的再沸器将溶液加热至沸点，实现甲醇和水的分离，气态甲醇经甲醇水分离塔18的塔顶冷凝器冷凝后一部分返回塔内，另一部分高纯度的甲醇贫液经贫甲醇回收泵16循环至系统内，分离出的污水排至排污系统。
二氧化碳液化阶段：甲醇冷凝罐15捕集出的二氧化碳经过二氧化碳换热器19进入二氧化碳压缩机20，经二氧化碳压缩机20增压后，再次经过二氧化碳换热器19预冷，然后进入二氧化碳冷却器21冷却，再进入二氧化碳提纯塔22稳定后，排出塔底液相经二氧化碳过冷器23过冷得到二氧化碳产品，二氧化碳提纯塔22的塔顶气返回原料气压缩机1入口进行增压。
实施例2
如图2所示，本实施例取消实施例1中的段间冷却器9，增加天然气冷却器5。替代的工艺部分如下：
低压原料气通过原料气压缩机1增压，增压后的高温气体经空冷器2冷却后进入预冷换热器3预冷，在进入预冷换热器3之前注入甲醇防止水合物的生成，预冷后的原料气进入天然气冷却器5冷却，冷却至一定温度后进入低温分离器4，分离出的气相进入脱碳塔8。
需要说明的是，系统中可同时存在天然气冷却器5和段间冷却器9。
实施例3
如附图3所示，取消实施例1中的甲醇预热器13、甲醇复热器14、甲醇再生塔11内的三级闪蒸段，增加热再生塔25、尾气冷却器26。替代的工艺部分如下：
脱碳塔8底部的甲醇富液节流后进入甲醇再生塔11，甲醇再生塔11包含两级闪蒸段，甲醇富液首先进入一级闪蒸段，一级闪蒸气经预冷换热器3复热后回到原料气压缩机1入口。一级闪蒸段底部的甲醇溶液节流后再进入二级闪蒸段，二级闪蒸气经预冷换热器3复热后通过闪蒸气压缩机17增压后回到原料气压缩机1入口。二级闪蒸段底部的甲醇溶液换热后进入热再生塔25，通过热再生塔25的塔釜再沸器将溶液加热至沸点，将溶液中二氧化碳酸气、烃类等尾气解吸出来，尾气经热再生塔25的塔顶冷凝器冷却后一部分回流，一部分经尾气冷却器26冷却后，进入甲醇冷凝罐15回收一部分甲醇，回收甲醇后的尾气含90％以上二氧化碳。热再生塔25的塔底贫甲醇换热预冷后经过甲醇冷却器10返回至系统。
将一部分热再生塔底的甲醇贫液引入甲醇水分离塔18，通过甲醇水分离塔18塔釜的再沸器将溶液加热至沸点，实现甲醇和水的分离，甲醇水分离塔18的塔顶气态甲醇返回至热再生塔25的中部回收，分离出的污水排至排污系统。
实施例4
如图4所示，取消实施例1中的甲醇水分离塔18，增加第二甲醇气提塔27。替代的工艺部分如下：
脱碳塔8的预洗段底部的甲醇富液与一部分三级闪蒸后的甲醇贫液汇合后进入第二甲醇气提塔27，取一部分原料气压缩机1压缩后的高温气与甲醇溶液在第二甲醇气提塔27中逆向接触，实现甲醇的气态回收，回收后的气态甲醇与低温分离器4分离出的气相汇合后返回至脱碳塔8的预洗段进一步处理，分离出的污水排至排污系统。
最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (11)
1.一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统，其特征在于，包括依次连接的脱水单元、脱碳单元、甲醇再生单元和二氧化碳液化单元，
所述脱水单元包括通过管道依次串联的原料气压缩机(1)、空冷器(2)、预冷换热器(3)和低温分离器(4)；
所述原料气压缩机(1)的入口连接原料气供应系统；
连接所述空冷器(2)和所述预冷换热器(3)的管道与贫甲醇供应系统连通；
所述低温分离器(4)的气体出口连接所述脱碳单元，所述低温分离器(4)的污水出口连接排污系统；
所述脱碳单元的净化气出口连接净化气采集系统，所述脱碳单元的甲醇富液出口通过管道连接所述甲醇再生单元；
所述甲醇再生单元的甲醇出口连接所述脱碳单元的甲醇入口，所述甲醇再生单元的二氧化碳出口连接所述二氧化碳液化单元。
2.根据权利要求1所述的一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统，其特征在于，
所述脱碳单元包括脱碳塔(8)，所述脱碳塔(8)包括上部的吸收段和下部的预洗段，
所述净化气出口设置于所述吸收段的顶部，所述脱碳单元的气体入口设置于所述预洗段，所述脱碳单元的甲醇富液出口设置于所述吸收段的底部，
原料气经所述预洗段与所述吸收段底部的甲醇富液接触，脱除杂质和水后进入所述吸收段，低温甲醇从所述吸收段的顶部自上而下与原料气逆流接触，吸收原料气中的二氧化碳和水。
3.根据权利要求2所述的一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统，其特征在于，
连接所述净化气出口和净化气采集系统的管道经过所述预冷换热器(3)。
4.根据权利要求3所述的一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统，其特征在于，
所述吸收段有多级，相邻所述吸收段之间并联有段间冷却器(9)，所述段间冷却器(9)用于冷却甲醇。
5.根据权利要求3所述的一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统，其特征在于，
连接所述预冷换热器(3)和所述低温分离器(4)的管道上设置有天然气冷却器(5)。
6.根据权利要求4或5所述的一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统，其征在于，
所述甲醇再生单元包括甲醇再生塔(11)、甲醇冷凝罐(15)和甲醇水分离塔(18)，
所述甲醇再生塔(11)包括三级闪蒸段，一级闪蒸段的入口连接所述吸收段的甲醇富液出口，一级闪蒸段的一级闪蒸气出口通过管道A连接原料气压缩机(1)的入口，所述管道A经过所述预冷换热器(3)，
一级闪蒸段的甲醇溶液出口连接二级闪蒸段的入口，二级闪蒸段的二级闪蒸气出口通过管道B连接原料气压缩机(1)的入口，所述管道B依次经过所述预冷换热器(3)和闪蒸气压缩机(17)，
二级闪蒸段的甲醇溶液出口通过管道C连接三级闪蒸段的入口，所述管道C上依次设置有过滤器、甲醇预热器(13)和甲醇复热换热器(14)，所述甲醇复热换热器(14)和所述原料气压缩机(1)的出口管道并联，三级闪蒸段的三级闪蒸气出口通过管道D连接所述甲醇冷凝罐(15)的入口，所述管道D经过所述甲醇预热器(13)，所述三级闪蒸段的甲醇溶液出口连接管道E，所述管道E上设置有过滤器和贫甲醇循环泵(12)，所述管道E的一端连接所述三级闪蒸段的甲醇溶液出口，另一端通过管道F连接所述吸収段，通过管道G连接所述甲醇水分离塔(18)的入口，所述管道F依次经过所述甲醇预热器(13)和甲醇冷却器(10)，所述管道G还连接所述预洗段的甲醇出口；
所述甲醇冷凝罐(15)连接新鲜甲醇供应系统，所述甲醇冷凝罐(15)的二氧化碳出口通过管道H连接所述二氧化碳液化单元，所述甲醇冷凝罐(15)的液体出口通过管道I连接管道F，所述管道I上设置有第二贫甲醇回收泵(16)；
所述甲醇水分离塔(18)用于加热甲醇和水实现分离，所述甲醇水分离塔(18)的甲醇冷凝液出口连接所述管道I，所述甲醇水分离塔(18)的甲醇冷凝液出口还连接所述甲醇水分离塔(18)的回流液入口，所述甲醇水分离塔(18)的污水出口连接排污系统。
7.根据权利要求4或5所述的一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统，其征在于，
所述甲醇再生单元包括甲醇再生塔(11)、甲醇冷凝罐(15)和甲醇水分离塔(18)，
所述甲醇再生塔(11)包括两级闪蒸段，一级闪蒸段的入口连接所述吸收段的甲醇富液出口，一级闪蒸段的一级闪蒸气出口通过管道J连接原料气压缩机(1)的入口，所述管道J经过所述预冷换热器(3)，一级闪蒸段的甲醇溶液出口连接二级闪蒸段的入口，
二级闪蒸段的二级闪蒸气出口通过管道K连接原料气压缩机(1)的入口，所述管道K依次经过所述预冷换热器(3)和闪蒸气压缩机(17)，二级闪蒸段的甲醇溶液出口通过管道L连接热再生塔(25)的入口，所述管道L上依次设置有过滤器和换热器(24)，
所述热再生塔(25)的尾气出口连接多级所述甲醇冷凝罐(15)，相邻所述甲醇冷凝罐(15)之间设置有尾气冷却器(26)，所述甲醇冷凝罐(15)的甲醇出口通过管道M连接所述热再生塔，所述管道M上设置有第二贫甲醇回收泵(16)，
最后一级所述甲醇冷凝罐(15)的二氧化碳出口通过管道连接所述二氧化碳液化单元，
所述热再生塔(25)的液体出口通过管道N连接所述吸収段，所述管道N依次经过所述换热器(24)和甲醇冷却器(10)，所述热再生塔(25)的液体出口还通过管道O连接所述甲醇水分离塔(18)的入口，所述管道O还连接所述预洗段的甲醇出口，
所述甲醇水分离塔(18)用于加热甲醇和水实现分离，所述甲醇水分离塔(18)的气体出口连接所述热再生塔(25)，所述甲醇水分离塔(18)的污水出口连接排污系统。
8.根据权利要求4或5所述的一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统，其征在于，
所述甲醇再生单元包括甲醇再生塔(11)、第一甲醇冷凝罐、第二甲醇冷凝罐和第二甲醇气提塔(27)，
所述甲醇再生塔(11)包括三级闪蒸段，一级闪蒸段的入口连接所述吸收段的甲醇富液出口，一级闪蒸段的一级闪蒸气出口通过管道A连接原料气压缩机(1)的入口，所述管道A经过所述预冷换热器(3)，
一级闪蒸段的甲醇溶液出口连接二级闪蒸段的入口，二级闪蒸段的二级闪蒸气出口通过管道B连接原料气压缩机(1)的入口，所述管道B依次经过所述预冷换热器(3)和闪蒸气压缩机(17)，
二级闪蒸段的甲醇溶液出口通过管道C连接三级闪蒸段的入口，所述管道C上依次设置有过滤器、甲醇预热器(13)和甲醇复热换热器(14)，所述甲醇复热换热器(14)和所述原料气压缩机(1)的出口管道并联，三级闪蒸段的三级闪蒸气出口通过管道D连接所述第一甲醇冷凝罐(15)的入口，所述管道D经过所述甲醇预热器(13)，所述三级闪蒸段的甲醇溶液出口连接管道E，所述管道E上设置有过滤器和第一贫甲醇循环泵(12)，所述管道E的一端连接所述三级闪蒸段的甲醇溶液出口，另一端通过管道F连接所述吸収段，通过管道G连接所述第二甲醇气提塔(27)的甲醇入口，所述管道F依次经过所述甲醇预热器(13)和甲醇冷却器(10)，所述管道G还连接所述预洗段的甲醇出口，所述管道G上设置有甲醇循环泵；
所述第一甲醇冷凝罐(15)连接新鲜甲醇供应系统，所述第一甲醇冷凝罐(15)的二氧化碳出口通过管道H连接所述二氧化碳液化单元，所述第一甲醇冷凝罐(15)的液体出口通过管道I连接管道F，所述管道I上设置有第二贫甲醇回收泵(16)；
所述第二甲醇气提塔(27)的气态甲醇出口依次连接连接甲醇冷却器和第二甲醇冷凝罐的入口，所述第一甲醇气提塔(7)的污水出口连接排污系统；
所述第二甲醇冷凝罐的液体出口连接所述管道F，所述第二甲醇冷凝罐的液体出口连接所述预洗段的入口。
9.根据权利要求6所述的一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统，其征在于，
所述二氧化碳液化单元包括二氧化碳换热器(19)、二氧化碳压缩机(20)、二氧化碳冷却器(21)和二氧化碳提纯塔(22)，
所述管道H依次经过所述二氧化碳换热器(19)、所述二氧化碳压缩机(20)、所述二氧化碳换热器(19)和所述二氧化碳冷却器(21)，连接所述甲醇冷凝罐(15)的二氧化碳出口和所述二氧化碳提纯塔(22)的入口，
所述二氧化碳提纯塔(22)的气体出口连接所述原料气压缩机(1)的入口，所述二氧化碳提纯塔(22)液体出口设置有二氧化碳过冷器(23)。
10.根据权利要求1所述的一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集系统，其特征在于，
连接所述低温分离器(4)的污水出口和排污系统的管道依次经过过滤器、凝液提升泵(6)和第一甲醇气提塔(7)，
所述第一甲醇气提塔(7)的液体入口连接所述低温分离器(4)的污水出口，
所述第一甲醇气提塔(7)的气体入口连接所述原料气压缩机(1)的出口，
所述第一甲醇气提塔(7)的污水出口连接排污系统。
11.一种低温甲醇洗一步法脱水脱碳耦合碳捕集方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-10任意一项所述的装置。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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