CN205011722U - 一种含高浓度co2天然气或合成气脱碳的装置 - Google Patents

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Abstract

一种含高浓度CO2天然气或合成气脱碳的装置，包括吸收塔、再生塔、净化气冷却器、贫/富胺液换热器、富胺液加热器、二氧化碳冷却器、胺液冷却器、胺液过滤器、吸收塔清洗泵、加料泵、再生塔回流泵、胺液增压泵、胺液循环泵、净化气气液分离器、加料罐、富胺液闪蒸罐、二氧化碳分液器、溶液缓冲罐、液封罐、调节阀。本实用新型适用于酸气含量高达35％(mole％)的高酸天然气或合成气脱碳，净化气含碳量<2.5％(mole％)。直接采取半贫液吸收脱除原料气中的CO2，相较于传统的脱酸装置，在减少传统再生塔底取热量的同时，降低了再生塔顶二氧化碳冷却器的冷媒用量，从而降低了装置能耗；采取半贫液有利于吸收塔温度的控制，防止吸收塔内飞温。

Description

一种含高浓度CO2天然气或合成气脱碳的装置
技术领域
本实用新型涉及一种含高浓度CO2天然气或合成气脱碳的装置，适用于天然气或合成气中CO2含量≤35％(mole％)的气体脱碳处理过程，处理后的净化气中CO2含量<2.5％(mole％)。
背景技术
合成气和由地层采出的天然气通常含有一些CO2等酸性气体。根据我国商品天然气指标要求，CO2含量需小于3％(mole％)才能外输给民用用户，因此高含CO2天然气需要进行脱碳处理。目前，国内外常用的脱碳方法有低温分离法、膜分离法、吸附分离法、溶剂吸收法，以及以上各方法的联合分离法等。
低温分离法适用酸气含量高但净化度要求不高的场合，且工艺复杂、大幅降温导致能耗较高。膜分离法适用于从高含碳天然气中粗脱酸气和水，一般工业上首先适用膜分离法对高含碳天然气进行粗脱，再应用化学溶剂法进行精脱，这样可以达到高净化度且较经济。膜分离法虽然具有能耗低、占地面积小、维修保养方便、高效环保节能等优点，但采用该法烃损失率较大。吸附分离法适用于处理量小、含碳量不大且净化度要求高的场合。
溶剂吸收法仍然是目前应用最成熟广泛的脱碳方法之一。溶剂吸收法又分为化学吸收法、物理吸收法和混合溶剂法。在各类溶剂吸收法中，醇胺法应用最为广泛。在各类醇胺法中，又以活化的MDEA(N-甲基二乙醇胺)工艺最受推崇，因具备高使用浓度、高酸气负荷、低腐蚀性、不易降解、挥发损失小等特性。
本实用新型针对MDEA再生时采取降压为主、升温为辅的特性，提出了一种高含CO2气体脱碳的装置，相较传统的活化MDEA脱碳装置，本实用新型提出的装置重点将再生流程进行了优化，采取的新装置具备能耗低、酸气负荷大的多重优势。
实用新型内容
本实用新型提供了一种含高浓度CO2天然气或合成气脱碳的装置，适用于天然气或合成气中CO2含量≤35％(mole％)(例如25-35mol％，优选30-35mol％)的高酸气含量的气体脱碳处理过程，净化气CO2含量<2.5％(mole％)。胺液再生塔无需设置再沸器。
所述含高浓度CO2天然气或合成气脱碳的装置包括：吸收塔、再生塔、净化气冷却器、贫/富胺液换热器、富胺液加热器、二氧化碳冷却器、胺液冷却器、胺液过滤器、吸收塔清洗泵、加料泵、再生塔回流泵、胺液增压泵、胺液循环泵、净化气气液分离器、加料罐、富胺液闪蒸罐、二氧化碳分液器、溶液缓冲罐、液封罐、多个调节阀，
高酸原料气进装置管线连接至吸收塔底部气相入口，吸收塔顶部气相出口依次连接净化气冷却器热通道、净化气气液分离器入口，净化气气液分离器罐顶气相出口经调节阀后连接至净化气出装置管线，净化气气液分离器罐底液相出口连接至吸收塔清洗泵入口，吸收塔清洗泵出口管线分两路，一路返回至净化气气液分离器，另一路经调节阀之后接至吸收塔上部；
吸收塔底部液相出口经调节阀后依次连接贫/富胺液换热器冷流通道和富胺液加热器冷流通道，然后连接至富胺液闪蒸罐入口，富胺液闪蒸罐底部液相出口连接调节阀之后连至再生塔上部液相入口，再生塔底液相出口依次连接贫/富胺液换热器热流通道和胺液冷却器热流通道，然后连接至溶液缓冲罐，加料罐底液相出口连接加料泵后连至溶液缓冲罐，溶液缓冲罐出口依次连接胺液增压泵和胺液循环泵，胺液循环泵出口管道经过再生塔回流泵之后分为两路，一路经调节阀和胺液过滤器后连接至胺液增压泵入口管线，第二路连接至吸收塔上部液相入口；
富胺液闪蒸罐顶部的气相出口经调节阀之后，与再生塔顶气相出口汇合并连接至二氧化碳冷却器热流通道，然后连接至二氧化碳气液分离器，二氧化碳气液分离器顶部气相经液封罐后高点放空，二氧化碳气液分离器底部液相出口管道经过再生塔回流泵之后分为两路，一路经调节阀后返回至二氧化碳气液分离器，另一路连接至再生塔液相入口管线。
优选地，净化气冷却器、二氧化碳冷却器、胺液冷却器采用循环水冷却系统或空冷冷却系统。
优选地，富胺液加热器采用导热油或蒸汽取热。
优选地，贫/富胺液换热器、二氧化碳冷却器、胺液冷却器采用板式或管壳式换热器。
优选地，加料泵采用气动隔膜泵。
优选地，在贫/富胺液换热器之后设置进一步给富液升温的富胺液加热器，再生塔不设置再沸器。
该装置适用于天然气或合成气中CO2含量≤35％(mole％)，例如25-35mol％，优选30-35mol％的高酸气含量气体脱碳处理过程，净化气CO2含量<2.5％(mole％)。
脱碳装置正常运行时，其工艺过程包括CO2吸收和胺液再生两大部分：
CO2吸收：含碳量≤35％(mole％)(例如20-35mol％)、温度为35～45℃，例如40℃左右的高酸原料气从吸收塔的底部进入，自下而上流动；45-50℃，优选47℃左右的胺液自吸收塔上部淋入，自上而下通过吸收塔。逆向流动的胺液和原料气在塔内充分接触传热传质后，原料气中的CO2被胺液吸收，CO2浓度降低到2.5％(mole％)以下，优选2.0％mol％以下。
净化气自吸收塔顶部去净化气冷却器冷却(至40-45℃，优选约45℃)后，进入净化气气液分离器分离出携带的游离水，自净化气气液分离器顶部出来的净化气作为产品送出装置。自净化气气液分离器底部分离得到的液相经吸收塔清洗泵增压后分为两路，一路返回至吸收塔顶部，另一路返回净化气气液分离器。
胺液再生：吸收了酸性气体的富胺液从吸收塔底部排出，节流降压(例如0.30～0.80MPa(G)，优选约0.55MPa(G))后，依次经过贫/富胺液换热器、富胺液加热器升温(至例如85～95℃，优选约90℃)，后进入富胺液闪蒸罐闪蒸出部分CO2气体。自富胺液闪蒸罐底出来的液体进一步减压后自再生塔上部进入进一步解吸出CO2气体，充分解吸之后的胺液自再生塔底部出来，依次经贫/富胺液换热器、胺液冷却器冷却至40～45℃，优选约45℃左右后送至溶液缓冲罐。
考虑到操作不当、胺液过滤不达标或原料气组分变化可能导致胺液发泡，为防止胺液发泡，并补充操作过程中的胺液损失，需通过加料罐、加料泵将消泡剂或吸收剂补入溶液缓冲罐。
自溶液缓冲罐底抽出的胺液依次经胺液增压泵、胺液循环泵增压后分两路，第一路即大部分胺液增压后直接泵送至吸收塔上部，另一路经过滤后返回胺液增压泵入口管线。
自再生塔顶部排出的富含CO2的解析气与富胺液闪蒸罐闪蒸出的CO2气体汇合后，经二氧化碳冷却器冷却和二氧化碳气液分离器分液，顶部气相经液封罐后高点放空；底部液相作为再生塔塔顶回流，经再生塔回流泵增压后送回再生塔胺液进口管线。
本实用新型的优点：
1、直接采取半贫液吸收脱除原料气中的CO2，相较于传统的脱酸工艺，在贫/富胺液换热器之后增设了富胺液加热器，再生塔塔底未设置再沸器，在减少传统再生塔底取热量的同时，降低了再生塔顶顶二氧化碳冷却器的冷媒用量，从而有效降低了装置能耗；
2、采取半贫液有利于吸收塔温度的控制，防止吸收塔内飞温。
3、适用于高酸气负荷的工况，原料气中最高含碳量可达35％(mole％)，净化气CO2含量<2.5％(mole％)。
附图说明
图1是本实用新型的装置图。
其中，T-1：吸收塔T-2：再生塔E-1：净化气冷却器E-2：贫/富胺液换热器E-3：富胺液加热器E-4：二氧化碳冷却器E-5：胺液冷却器F-1：胺液过滤器P-1A/B：吸收塔清洗泵P-2：加料泵P-3A/B：再生塔回流泵P-4A/B：胺液增压泵P-5A/B：胺液循环泵V-1：净化气气液分离器V-2：加料罐V-3：富胺液闪蒸罐V-4：二氧化碳分液器V-5：溶液缓冲罐V-6：液封罐X-1～11：控制阀。
具体实施方式
本实用新型提供了一种含高浓度CO2天然气或合成气脱碳的装置，适用于高酸气负荷的工况，原料气中最高含碳量可达35％(mole％)，净化气CO2含量<2.5％(mole％)。在贫/富胺液换热器之后增设了富胺液加热器，再生塔塔底未设置再沸器。
如图1所示，一种含高浓度CO2天然气或合成气脱碳的装置，其包括吸收塔(T-1)、再生塔(T-2)、净化气冷却器(E-1)、贫/富胺液换热器(E-2)、富胺液加热器(E-3)、二氧化碳冷却器(E-4)、胺液冷却器(E-5)、胺液过滤器(F-1)、吸收塔清洗泵(P-1A/B)、加料泵(P-2)、再生塔回流泵(P-3A/B)、胺液增压泵(P-4A/B)、胺液循环泵(P-5A/B)、净化气气液分离器(V-1)、加料罐(V-2)、富胺液闪蒸罐(V-3)、二氧化碳分液器(V-4)、溶液缓冲罐(V-5)、液封罐(V-6)、第一～第十一调节阀(X-1～11)。
高酸原料气进装置管线连接至吸收塔(T-1)底部气相入口，吸收塔(T-1)顶部气相出口依次连接净化气冷却器(E-1)热通道、净化气气液分离器(V-1)入口，净化气气液分离器(V-1)罐顶气相出口经第二调节阀(X-2)后连接至净化器出装置管线，净化气气液分离器(V-1)罐底液相出口连接至吸收塔清洗泵(P-1A/B)入口，吸收塔清洗泵(P-1A/B)出口管线分两路，一路返回至净化气气液分离器(V-1)，另一路经第三调节阀(X-3)之后接至吸收塔(T-1)上部；
吸收塔(T-1)底部液相出口经第四调节阀(X-4)后依次连接贫/富胺液换热器(E-2)冷流通道和富胺液加热器(E-3)冷流通道，后连接至富胺液闪蒸罐(V-3)入口，富胺液闪蒸罐(V-3)底部液相出口连接第六调节阀(X-6)之后连至再生塔(T-2)上部液相入口，再生塔(T-2)底液相出口依次连接贫/富胺液换热器(E-2)热流通道和胺液冷却器(E-5)热流通道，后连接至溶液缓冲罐(V-5)，加料罐(V-2)底液相出口连接加料泵(P-2)后连至溶液缓冲罐(V-5)，溶液缓冲罐(V-5)出口依次连接胺液增压泵(P-4A/B)和胺液循环泵(P-5A/B)，胺液循环泵(P-5A/B)出口管道分为两路，一路经第九调节阀(X-9)和胺液过滤器(F-1)后连接至胺液增压泵(P-4A/B)入口管线，第二路连接至吸收塔(T-1)上部液相入口；
富胺液闪蒸罐(V-3)顶部的气相出口经第七调节阀(X-7)之后，与再生塔(T-2)顶气相出口汇合并连接至二氧化碳冷却器(E-4)热流通道，后连接至二氧化碳气液分离器(V-4)，二氧化碳气液分离器(V-4)顶部气相经液封罐(V-6)后高点放空，二氧化碳气液分离器(V-4)底部液相出口管道分为两路，一路经第十调节阀(X-10)后返回至二氧化碳气液分离器(V-4)，另一路连接至再生塔(T-2)液相入口管线。
其中净化气冷却器(E-1)、二氧化碳冷却器(E-4)、胺液冷却器(E-5)采用循环水冷却系统或空冷冷却系统，且分别在冷流管线侧设置了第一调节阀X-1、第十一调节阀X-11和第八调节阀X-8；富胺液加热器(E-3)采用导热油或蒸汽取热，在热流入口管线侧设置了第五调节阀X-5。
下面结合附图进一步说明上述装置的工艺过程。
CO2吸收：CO2含量≤35％(mole％)、温度为40℃左右的高酸原料气从吸收塔(T-1)的底部进入，自下而上流动；47℃左右的胺液自吸收塔(T-1)上部淋入，自上而下通过吸收塔(T-1)。逆向流动的胺液和原料气在塔内充分接触传热传质后，原料气中的酸性气体(CO2、H2S等)被胺液吸收，CO2浓度降低到2.5％(mole％)以下。采用的吸收剂可以为新地能源工程技术有限公司生产的吸收剂或市售吸收剂。
净化气自吸收塔(T-1)顶部去净化气冷却器(E-1)冷却至45℃，后进入净化气气液分离器(V-1)分离出携带的游离水，自净化气气液分离器(V-1)顶部出来的净化气作为产品送出装置，净化气温度≤45℃、CO2含量<2.5％(mole％)。自净化气气液分离器(V-1)底部分离得到的液相经吸收塔清洗泵(P-1A/B)增压后返回至吸收塔顶部。
胺液再生：吸收了酸性气体的富胺液从吸收塔(T-1)底部排出，节流降压至0.55MPa(G)后，依次经过贫/富胺液换热器(E-2)、富胺液加热器(E-3)升温至90℃左右，后进入富胺液闪蒸罐(V-3)闪蒸出部分CO2气体。自富胺液闪蒸罐(V-3)底出来的液体进一步减压后进入再生塔(T-2)上部进一步解吸出CO2气体，再生塔(T-2)塔顶压力接近常压，充分解吸之后的胺液自再生塔底部出来，依次经贫/富胺液换热器(E-2)、胺液冷却器(E-5)冷却至47℃左右后送至溶液缓冲罐(V-5)。
考虑到操作不当、胺液过滤不达标或原料气组分变化可能导致胺液发泡，为防止胺液发泡，并补充操作过程中的胺液损失，需通过加料罐(V-2)、加料泵(P-2)将消泡剂或吸收剂补入溶液缓冲罐(V-5)。
自溶液缓冲罐(V-5)底抽出的胺液依次经胺液增压泵(P-4A/B)、胺液循环泵(P-5A/B)增压后分两路，第一路即大部分胺液增压后直接泵送至吸收塔(T-1)上部，另一路去胺液过滤器(F-1)，经过滤去除杂质后返回胺液增压泵(P-4A/B)入口。
自再生塔(T-2)顶部排出的富含CO2的解析气与富胺液闪蒸罐(V-3)闪蒸出的CO2气体汇合后，经二氧化碳冷却器(E-4)冷却至40℃左右，后经二氧化碳气液分离器(V-4)分液后，顶部气相经液封罐(V-6)后高点放空；底部液相作为再生塔(T-2)塔顶回流，经再生塔回流泵(P-3A/B)增压后送回再生塔(T-2)胺液进口管线。

Claims (5)

1.一种含高浓度CO2天然气或合成气脱碳的装置，其特征在于，所述装置包括吸收塔、再生塔、净化气冷却器、贫/富胺液换热器、富胺液加热器、二氧化碳冷却器、胺液冷却器、胺液过滤器、吸收塔清洗泵、加料泵、再生塔回流泵、胺液增压泵、胺液循环泵、净化气气液分离器、加料罐、富胺液闪蒸罐、二氧化碳分液器、溶液缓冲罐、液封罐、多个调节阀，
高酸原料气进装置管线连接至吸收塔底部气相入口，吸收塔顶部气相出口依次连接净化气冷却器热通道、净化气气液分离器入口，净化气气液分离器罐顶气相出口经调节阀后连接至净化气出装置管线，净化气气液分离器罐底液相出口连接至吸收塔清洗泵入口，吸收塔清洗泵出口管线分两路，一路返回至净化气气液分离器，另一路经调节阀后连接至吸收塔上部；
吸收塔底部液相出口经调节阀后依次连接贫/富胺液换热器冷流通道和富胺液加热器冷流通道，然后连接至富胺液闪蒸罐入口，富胺液闪蒸罐底部液相出口经调节阀后连接至再生塔上部液相入口，再生塔底液相出口依次连接贫/富胺液换热器热流通道和胺液冷却器热流通道，然后连接至溶液缓冲罐，加料罐底液相出口连接加料泵后连至溶液缓冲罐，溶液缓冲罐出口依次连接胺液增压泵和胺液循环泵，胺液循环泵出口管道分为两路，一路经调节阀和胺液过滤器后连接至胺液增压泵入口管线，第二路连接至吸收塔上部液相入口；
富胺液闪蒸罐顶部的气相出口经调节阀之后，与再生塔顶气相出口汇合并连接至二氧化碳冷却器热流通道，然后连接至二氧化碳气液分离器，二氧化碳气液分离器顶部气相经液封罐后高点放空，二氧化碳气液分离器底部液相出口管道经过再生塔回流泵之后分为两路，一路经调节阀后返回至二氧化碳气液分离器，另一路连接至再生塔液相入口管线。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，净化气冷却器、二氧化碳冷却器、胺液冷却器采用循环水冷却系统或空冷冷却系统。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，贫/富胺液换热器、二氧化碳冷却器、胺液冷却器采用板式或管壳式换热器。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，加料泵采用气动隔膜泵。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，在贫/富胺液换热器之后设置进一步给富液升温的富胺液加热器，再生塔不设置再沸器。
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