CN205598899U - 一种零碳排放工艺气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种零碳排放工艺气净化装置，属于混合气体净化领域。该方法是将低温甲醇吸收装置处理后的尾气输送至入口分离罐的下部，经分离后通过压缩机进行增压，增压后的尾气进入CO2再吸收塔的底部，与顶部的胺液逆流接触吸收，吸收后从CO2再吸收塔顶部输出的净化气输送至低温甲醇吸收装置的气提塔的底部，吸收后的吸收液通过换热器与解析塔中的吸收液进行换热，换热后的吸收液温度为75～85℃，将该温度的吸收液输送至解析塔的中部并进行减压，减压后的气体与底部蒸汽混合后在解析塔内向上流动，并从解析塔的顶部输出，输出后进行气液分离，从而得到浓度99％以上的CO2气体。本实用新型技术方案可以减少N2消耗、脱盐水消耗，降低能耗70％。

Description

一种零碳排放工艺气净化装置
技术领域
本实用新型属于混合气体净化领域，具体涉及一种零碳排放工艺气净化装置。
背景技术
煤气化工艺生产的粗煤气中除含CO、H2、CO2外，还有少量H2S和COS等成分。低温甲醇洗单元就是脱除CO2、H2S、COS等酸性气体，使CO2含量可降至20ppm、总硫含量降至0.1ppm以下，以满足后续生产工段的要求。现有低温甲醇吸收工艺是50年代初由德国林德公司和鲁奇公司联合开发的一种气体净化工艺。该工艺以低温甲醇为吸收剂，利用甲醇在低温下对CO2、H2S、COS等酸性气体溶解度极大的优良特性，采用物理吸收脱除原料气中的CO2、H2S、COS等酸性气体。低温甲醇吸收法工艺技术成熟，在工业上有着很好的应用业绩，被广泛应用于合成氨、合成甲醇和其它羰基合成、天然气、工业制氢和天然气脱硫等气体净化装置中。相关专利有ZL 94101447.9，ZL 01138812.9,G.Hochgesand,Rectol and Purisol,Industrial an Engineering Chemistry,Vol.62,No.7.37(1970)；Rainer Zeller,G.:Gasification of Coal and Rectisol-Wash Processes；Linde Reports on Science and Technology,30/1979。其过程为用甲醇吸收混合气中的酸性气，通常为CO2和H2S，再经减压解析，气提、加热使甲醇与酸性气分离，达到分离回收的目的，但气提后CO2尾气基本高空排放。
近年来随着石油、煤、天然气等化工原料的大量使用，使排放大气中CO2的含量逐年增加，不仅造成严重的环境污染，又浪费了碳资源。目前，对于大型煤制合成氨、合成甲醇、煤制气等项目配套的低温甲醇吸收工艺中CO2的回收率仅达65％左右，放空尾气中CO2含量仍高达70％以上。因此，低温甲醇吸收尾气中CO2回收利用倍受业界的关注。
实用新型内容
本实用新型是针对现有技术存在的缺陷提供一种零碳排放工艺气净化方法及装置，该方法采用低温甲醇吸收工艺气中CO2和H2S，用胺液吸收低温甲醇吸收装置排放尾气中的CO2，再经加热解析得到高纯度的CO2产品气，贫液回到CO2再吸收塔重新吸收CO2，尾 气经胺液吸收后的净化惰性气体回到低温甲醇吸收装置的气提塔循环利用。本实用新型成套技术可以净化工艺气、零碳排放，同时可循环利用气提惰性气、节约能源。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
一种零碳排放工艺气净化装置，该装置包括入口分离罐，CO2再吸收塔和解析塔，低温甲醇吸收装置处理后的尾气通过管道与入口分离罐的下部相连；所述的入口分离罐的顶部与CO2再吸收塔的下部相连，CO2再吸收塔的顶部与低温甲醇吸收装置的气提塔的底部相连，所述的CO2再吸收塔的底部通过贫富液换热器与解析塔的中部相连；所述解析塔的底部依次通过贫富液换热器和贫液冷却器和CO2再吸收塔的上部相连，所述的解析塔的顶部与冷凝器相连，冷凝器的输出端为CO2产品气。
在一些实施方案中：入口分离罐顶部通过压缩机与CO2再吸收塔的下部相连。
在一些实施方案中：解析塔的底部通过贫液泵与贫富液换热器相连。
本实用新型技术方案所述的低温甲醇吸收装置包括原料气冷却器、原料气缓冲罐、吸收塔、再吸收塔、热再生塔和甲醇水分离塔，所述原料气冷却器下部的输出端通过原料气缓冲罐与吸收塔的下部相连；
所述吸收塔底部的输出端与含硫甲醇闪蒸罐相连，吸收塔顶部的输出端通过原料气冷却器与净化气输出管道相连，吸收塔中部的一个输出端与富甲醇闪蒸罐的下部相连；所述含硫甲醇闪蒸罐底部的输出端与再吸收塔的中部相连，所述的富甲醇闪蒸罐底部的输出端与再吸收塔的上部相连；
所述再吸收塔顶部的输出端通过原料气冷却器与入口分离罐的下部相连，再吸收塔上部的输出端与吸收塔的上部相连，再吸收塔中部的输出端依次通过贫甲醇冷却器、甲醇/甲醇换热器I和再吸收塔中下部相连，再吸收塔底部的输出端通过甲醇/甲醇换热器II和气提塔的底部相连；
所述气提塔的上部与再吸收塔的下部相连，气提塔底部的输出端通过贫/富甲醇换热器与热再生塔的上部相连，热再生塔底端的输出端与贫甲醇泵相连，贫甲醇泵输出端分为两个支路，一个支路依次通过贫/富甲醇换热器、甲醇/甲醇换热器II、贫甲醇冷却器与吸收塔的上部相连，另一个支路通过甲醇/水分离塔换热器与甲醇水分离塔的上部相连。
在一些优选的技术方案中：低温甲醇吸收装置中吸收塔(3)中部的另一个输出端通过H2S吸收进料冷却器(8)与吸收塔(3)的中下部相连。
在一些优选的技术方案中：低温甲醇吸收装置中所述含硫甲醇闪蒸罐和富甲醇闪蒸罐顶部的输出端均与原料气的输入管道相连。
在一些优选的技术方案中：低温甲醇吸收装置中原料气缓冲罐底端的输出端通过甲醇/水分离塔换热器与甲醇水分离塔的中部相连；甲醇水分离塔顶部的输出端与热再生塔的中部相连。
一种利用上述装置实现零碳排放工艺气净化方法，该方法是将低温甲醇吸收装置处理后的尾气输送至入口分离罐的下部，经分离后通过压缩机进行增压，增压后的尾气进入CO2再吸收塔的底部，与顶部的胺液逆流接触吸收，吸收后从CO2再吸收塔顶部输出的净化气输送至低温甲醇吸收装置的气提塔的底部，吸收后的吸收液通过换热器与解析塔中的吸收液进行换热，换热后的吸收液温度为75～85℃，将该温度的吸收液输送至解析塔的中部并进行减压，减压后的气体与底部蒸汽混合后在解析塔内向上流动，并从解析塔的顶部输出，输出后进行冷凝气液分离，从而得到浓度99％以上的CO2气体。
上述所述的零碳排放工艺气净化方法中：低温甲醇吸收装置处理后的尾气温度为10～35℃，压力为0.04～0.15Mpa，且尾气中含有68～85％的CO2，15～30％的N2，0.01～0.05％的CH3OH。
上述所述的零碳排放工艺气净化方法中：增压后的尾气压力为0.2～0.4Mpa，温度为30～50℃。
本实用新型的有益效果：
本实用新型技术方案可以减少N2消耗、脱盐水消耗，降低能耗70％。有效回收了尾气中的CO2及N2，达到一个零碳排放，减少了环境污染，并将产生巨大的环境效益，带来可观的经济效益。将尾气中回收的CO2可用于原油生产中驱油技术，提高石油采收率；或固态CO2作为人工降雨剂应用于农业生产以解决干旱地区的农田灌溉问题，或作为焊接保护气应用于焊接工艺中来提高焊接质量等等。
附图说明
图1为本实用新型零碳排放工艺气净化的装置图。
其中：1-原料气冷却器，2-原料气缓冲罐，3-吸收塔，4-循环气压缩机，5-含硫甲醇闪蒸罐，6-富甲醇闪蒸罐，7-甲醇/甲醇换热器Ⅰ，8-H2S吸收进料冷却器，9-贫甲醇冷却器，10-再吸收塔，11-富甲醇泵Ⅰ，12-半贫甲醇泵，13-富甲醇泵II，14-甲醇/甲醇换热器II，15-富甲醇泵III，16-贫/富甲醇换热器，17-气提塔，18-热再生塔，19-贫甲醇泵，20-甲醇/水分离塔换热器，21-甲醇水分离塔，22-入口分离罐，23-压缩机，24-CO2 再吸收塔，25-贫液冷却器，26-贫富液换热器，27-解析塔，28-冷凝器，29-贫液泵。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步说明，但本实用新型的保护范围不限于此：
实施例1
一种零碳排放工艺气净化装置，该装置包括入口分离罐(22)，CO2再吸收塔(24)和解析塔(27)，低温甲醇吸收装置处理后的尾气通过管道与入口分离罐(22)的下部相连；所述的入口分离罐(22)的顶部通过压缩机(23)与CO2再吸收塔(24)的下部相连，CO2再吸收塔(24)的顶部与低温甲醇吸收装置的气提塔(17)的底部相连，所述的CO2再吸收塔(24)的底部通过贫富液换热器(26)与解析塔(27)的中部相连；所述解析塔(27)的底部依次通过贫液泵(29)、贫富液换热器(26)、贫液冷却器(25)和CO2再吸收塔(24)的上部相连，所述的解析塔(27)的顶部与冷凝器(28)相连，冷凝器(28)的输出端为CO2产品气。
所述的低温甲醇吸收装置包括原料气冷却器(1)、吸收塔(3)、再吸收塔(10)、热再生塔(18)和甲醇水分离塔(21)，所述的原料气冷却器(1)下部的输出端与吸收塔(3)的下部相连；
所述吸收塔(3)底部的输出端与含硫甲醇闪蒸罐(5)相连，吸收塔(3)顶部的输出端通过原料气冷却器(1)与净化气输出管道相连，吸收塔(3)中部的一个输出端通过甲醇/甲醇换热器(7)与富甲醇闪蒸罐(6)的下部相连；所述含硫甲醇闪蒸罐(5)底部的输出端与再吸收塔(10)的中部相连，所述的富甲醇闪蒸罐(6)底部的输出端与再吸收塔(10)的上部相连；
所述的再吸收塔(10)顶部的输出端通过原料气冷却器(1)与入口分离罐(22)的下部相连，再吸收塔(10)上部的输出端通过半贫甲醇泵(12)与吸收塔(3)的上部相连，再吸收塔(10)中部的输出端依次通过富甲醇泵Ⅰ(11)、贫甲醇冷却器(9)、甲醇/甲醇换热器I(7)和再吸收塔(10)中下部相连，再吸收塔(10)底部的输出端依次通过富甲醇泵Ⅱ(13)、甲醇/甲醇换热器II(14)和气提塔(17)的底部相连；
所述气提塔(17)的上部与再吸收塔(10)的下部相连，气提塔(17)底部的输出端依次通过富甲醇泵Ⅲ(15)、贫/富甲醇换热器(16)与热再生塔(18)的上部相连，热再生塔(18)底端的输出端与贫甲醇泵(19)相连，贫甲醇泵(19)输出端分为两个支路， 一个支路依次通过贫/富甲醇换热器(16)、甲醇/甲醇换热器II(14)、贫甲醇冷却器(9)后与吸收塔(3)顶部相连，另一个支路通过甲醇/水分离塔换热器(20)与甲醇水分离塔(21)的上部相连。
所述的吸收塔(3)中部的另一个输出端通过H2S吸收进料冷却器(8)与吸收塔(3)的中下部相连。
所述的所述含硫甲醇闪蒸罐(5)和富甲醇闪蒸罐(6)顶部的输出端均与原料气的输入管道相连。
所述的原料气缓冲罐(2)底端的输出端通过甲醇/水分离塔换热器(20)与甲醇水分离塔(21)的中部相连；甲醇水分离塔(21)顶部的输出端与热再生塔(18)的中部相连。
一种利用上述装置实现零碳排放工艺气净化方法，原料气温度为30℃，压力为4.1MPa，流量为234841Nm3/h；与来自循环气压缩机的循环气混合后经原料气冷却器Ⅰ冷却至-22℃左右、进原料气缓冲罐分离出冷凝水后进入吸收塔，吸收掉变换气中的H2S和CO2；最终从吸收塔顶部出来的净化气温度约为-46℃，H2S含量小于0.1PPM，CO2含量小于20PPM。净化气再经原料气冷却器Ⅰ复热后，出界区进下游单元。
吸收塔分为上下两段，上段为CO2吸收段，下段为H2S吸收段。来自再生部分热再生塔的冷贫甲醇液和来自再吸收塔的部分半贫甲醇液分别从CO2吸收段上部和中上部加入，吸收气体中绝大部分的CO2。由于贫甲醇吸收大量CO2后温度上升，为保持甲醇的低温吸收能力，从CO2吸收段中下部位抽出甲醇富液，经过冷却后，再返回CO2吸收段继续吸收。从CO2吸收段底部出来的富CO2甲醇液分成两股，一股进入富甲醇闪蒸罐进行闪蒸，另一股经H2S吸收进料冷却器冷却后，进入H2S吸收段去吸收H2S和其他硫化物。
H2S吸收段对H2S和其他有机硫化物的吸收在这里完成，同时部分CO2也被吸收；从H2S吸收段底部出来的富H2S甲醇进入含硫甲醇闪蒸罐进行闪蒸。
在富甲醇闪蒸罐和含硫甲醇闪蒸罐中，溶解于富CO2甲醇液和富H2S甲醇液中少量的H2、CO等有效气成份被闪蒸出来，闪蒸气经循环气压缩机加压后，返回到原料气入口侧加以回收。从富甲醇闪蒸罐底部出来的富CO2甲醇减压进入再吸收塔的顶部和中部解吸CO2；从含硫甲醇闪蒸罐底部出来的富H2S甲醇液减压后进入再吸收塔中部，进行CO2低压解吸。
在再吸收塔中，大部分CO2从此处被解吸出来，由于H2S的溶解度远大于CO2的溶解度，故解吸量很小，解吸出来的少量H2S也会被解吸的甲醇溶液再吸收而重新进入甲醇溶液中。从塔顶底部出来的半贫甲醇经泵加压被送到吸收塔的上部去吸收CO2和H2S；另外部分半贫甲醇液进入再吸收塔下部。再吸收塔底部出来的富甲醇经换热复热后进入N2气提塔，采用 低压N2进行气提，使CO2气体充分解吸并随N2以气提尾气形式一起排出。需要N2用量2为15690Nm3/h，闪蒸后的塔顶尾气经原料气冷却器Ⅰ等回收冷量后3的温度为30℃，压力为0.1MPag，流量为81075Nm3/h，其中含80.6％的CO2，19.3％的N2，0.019％的CH3OH。
在热再生塔中，富H2S甲醇液从顶部进塔，塔底再沸器为主加热器，产生上升蒸汽气提富H2S甲醇液，脱除溶液中的H2S和残留的CO2使甲醇再生。出塔的含H2S酸性气体依次被冷却分液和再热后，得到含H2S约30％(vol)左右的酸性气体送界外硫回收装置；再生的贫甲醇从热再生塔底部排出，经贫甲醇液泵加压和贫富甲醇换热器、甲醇/甲醇换热器II、贫甲醇冷却器冷却到-46℃左右，送往吸收塔塔顶部循环使用。从热再生塔底部来的含水甲醇经泵加压后及从原料气缓冲罐底部出来的含水甲醇分别进入甲醇/水分馏塔上部和中部。
从低温甲醇吸收装置气提闪蒸出来的尾气通过回收冷量后3的温度为30℃，压力为0.1MPag，流量为81075Nm3/h，其中含80.6％的CO2，19.3％的N2，0.019％的CH3OH。该尾气经分离器分离后进入压缩机增压至0.3MPag，增压后尾气约40℃，进入CO2再吸收塔，新型胺液(每小时约含460mol的胺液，40℃)从CO2再吸收塔顶部引入，自上而下连续流下，胺液和尾气逆流接触，气液两相在再吸收塔中进行传热传质，新型胺液吸收气体中的CO2成为富液，CO2再吸收塔顶部净化气中的N2的体积分数达到98％左右，送至低温甲醇吸收装置再吸收塔作为气提氮气。CO2被新型胺液吸收的过程为放热过程，吸收完CO2后富液温度升高，由原40℃升至58℃左右。CO2再吸收塔塔底富液经贫富液换热器与再生塔中出来的贫液换热后，温度由58℃左右升至80℃，进入CO2解析塔。在CO2解析塔内，富液经过减压，并通过再沸器提供热量，产生大量蒸汽起到气提的作用，降低了气相CO2的分压，促进了解析作用的进行；塔底贫液一部分被引出，由贫液泵送入贫富液换热器，温度降至75℃左右，再进入贫液冷却器进一步降温至40℃，送入CO2再吸收塔再次吸收尾气中的CO2。解析塔底蒸汽与CO2的混合气体在解析塔内向上流动，从塔顶引出后进入冷凝器，并进行气液分离，液相回流进入解析塔内，气相CO2浓度达到99％，与低温甲醇吸收装置的产品CO2一起干燥、压缩、输送和存储。

Claims (3)

1.一种零碳排放工艺气净化装置，其特征在于：该装置包括入口分离罐(22)，CO2再吸收塔(24)和解析塔(27)，低温甲醇吸收装置处理后的尾气通过管道与入口分离罐(22)的下部相连；所述的入口分离罐(22)的顶部与CO2再吸收塔(24)的下部相连，CO2再吸收塔(24)的顶部与低温甲醇吸收装置的气提塔(17)的底部相连，所述的CO2再吸收塔(24)的底部通过贫富液换热器(26)与解析塔(27)的中部相连；所述解析塔(27)的底部依次通过贫富液换热器(26)和贫液冷却器(25)和CO2再吸收塔(24)的上部相连，所述的解析塔(27)的顶部与冷凝器(28)相连，冷凝器(28)的输出端为CO2产品气。
2.根据权利要求1所述的零碳排放工艺气净化装置，其特征在于：入口分离罐(22)顶部通过压缩机(23)与CO2再吸收塔(24)的下部相连。
3.根据权利要求1所述的零碳排放工艺气净化装置，其特征在于：解析塔(27)的底部通过贫液泵(29)与贫富液换热器(26)相连。
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