CN220026552U - 水煤浆变换气psa脱碳及co2回收装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置。该装置包括冷却器(1)、气液分离器(2)、吸附器(3)、真空泵组(4)、回收气缓冲罐(5)、均压罐，其中，原料气输送管道依次与冷却器(1)和气液分离器(2)连接后再与吸附器(3)连接；氮气输送管道通过调节阀与吸附器(3)连接；吸附器(3)与真空泵组(4)连接；真空泵组(4)与回收气缓冲罐(5)连接；吸附器(3)的顶部通过管道与控制阀与均压罐连接。本装置采用抽空和氮气冲洗交替再生工艺，可选择性地回收CO2，并且产品气中CO2含量可根据后工段生产需求灵活调节，本装置结构简单、投资少、运行成本低、安全环保节能，能将水煤浆变换气中含量为35～50％的二氧化碳脱除及回收。
Description
技术领域
本实用新型属于化工气体处理设备技术领域，具体为水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置。
背景技术
目前，变换气脱碳主要采用低温甲醇洗气体净化工艺和常规PSA工艺。中国专利CN114788983A提供了一种低温甲醇洗净化方法及装置，该装置先通过冷凝分离部分的二氧化碳，再通过甲醇洗脱除剩余的二氧化碳。该发明在冷凝步骤和甲醇溶剂再生步骤都需要消耗较多冷量，且需要适时置换、补充高浓度新鲜甲醇溶液，运行成本高且工艺不易控制。
中国专利CN101108295B提供一种带置换和回收步骤的变压吸附脱除变换气中CO2的方法，该方法吸附剂再生采用抽空解吸的方法，需要配置较多真空泵，使其运行能耗高。其它常规PSA脱碳技术还有采用部分产品气反吹来再生吸附剂的方法，该方法需要消耗较多的产品气，造成产品气损失。
常规PSA脱碳的原料气中CO2浓度通常为20～30％，而目前水煤浆变换气中CO2浓度达到35～50％，所以常规PSA脱碳工艺已经不能满足目前水煤浆变换气脱碳工况的要求。
因此急需一种高效且低能耗的新装置来脱除水煤浆变换气中的高浓度二氧化碳。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对以上技术问题，提供一种水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，该装置结构简单、运行成本低、自动化程度高、安全性能高、投资少。
为了实现以上实用新型的目的，本实用新型的具体技术方案为：
水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，该装置包括冷却器、气液分离器、吸附器、真空泵组、回收气缓冲罐、均压罐；其中，原料气输送管道依次与冷却器和气液分离器连接后再与吸附器连接；氮气输送管道通过调节阀与吸附器连接，吸附器与真空泵组连接；真空泵组与回收气缓冲罐连接；吸附器的顶部通过管道与控制阀与均压罐连接。
所述的包括吸附器及其对应的管道，吸附器上设置有解吸气出口、逆放气出口、塔底进口、均压进口Ⅰ、均压进口Ⅱ、均压进口Ⅲ、氮气冲洗进口Ⅰ、氮气冲洗进口Ⅱ、终充进口和塔顶出口；其中，解吸气出口、逆放气出口和塔底进口均设置在吸附器的底端；均压进口Ⅰ、均压进口Ⅱ、均压进口Ⅲ、氮气冲洗进口Ⅰ、氮气冲洗进口Ⅱ、终充进口和塔顶出口均设置在吸附器的顶端。
作为本申请中一种较好的实施方式，氮气输送管道通过两个调节阀分别与氮气冲洗进口Ⅰ和氮气冲洗进口Ⅱ连接后再与吸附器连接。
作为本申请中一种较好的实施方式，在所述吸附器塔顶出口分别与终充进口之间设有调节阀；在所述的吸附器的进口管线和出口管线上均设置有程控阀，每个程控阀均与控制装置连接。
作为本申请中一种较好的实施方式，所述吸附器与真空泵组连接；真空泵组与回收气缓冲罐连接。
作为本申请中一种较好的实施方式，所述吸附器的数量均为4～20台(具体可为4台、5台、6台、7台、8台、9台、10台、11台、12台、13台、14台、15台、16台、17台、18台、19台、20台)，各个吸附器之间并列连接；更优选为10台。
作为本申请中一种较好的实施方式，所述均压罐的数量均为1～6台(具体可为1台、2台、3台、4台、5台、6台)。更优选为2台；当均压罐的数量为2台时，分别为均压罐Ⅰ和均压罐Ⅱ；所述的吸附器的顶部分别通过均压进口Ⅰ、均压进口Ⅱ与均压罐Ⅰ、均压罐Ⅱ连接。
作为本申请中一种较好的实施方式，所述的吸附器内均装填有由氧化铝、活性炭、硅胶等专用吸附剂组成的复合吸附剂填料。
本装置的工作原理为：
原料气在1.8MPa、40℃下进入本装置界区，原料气首先经过冷却器冷却至20～30℃，然后由气液分离器分离掉其中的液态水，然后进入PSA脱碳装置，原料气中所含的大量CO2被吸附剂吸附后，氢气、氮气、CO、CH4及少量CO2气体作为产品气从吸附器塔顶输出去界外。吸附结束后，被吸附的二氧化碳等杂质组份经逆放、抽空、冲洗等步骤解吸出来，作为排放气排出界区。通过调整吸附时间和氮气冲洗量，可灵活调整出口气体中CO2的纯度。
整个过程由至少4台吸附器循环工作，时间上均匀错开，全部切换过程由预先设置好的程序系统自动控制，保证装置连续、稳定、安全的运行。
在装置中所述的吸附器塔顶出口均设有调节阀来稳定装置的压力。该装置终充进口和氮气冲洗进口Ⅰ/Ⅱ与塔顶出口管道上均设有调节阀分别来控制终充和冲洗气量。
终充步骤的气来至回流部分产品气，冲洗步骤的气来至氮气系统。
与现有技术相比，本实用新型的积极效果体现在：
(一)、在该装置中，采用抽空加氮气冲洗交替再生工艺，可以减少真空泵的数量，减少动力消耗，从而降低运行能耗。
(二)、其他工艺利用产品气来反向冲洗，本装置利用氮气来冲洗，提高了产品气的收率。
(三)、再生过程中，先抽空得到高浓度的二氧化碳，这部分高浓度的二氧化碳可供给后工序生产尿素或者食品级的二氧化碳等，减少碳排放，达到节能减排、环保生产的目的。
(四)、再生过程中，后期使用氮气冲洗，强化再生效果，再生更加彻底，有利于控制产品气中CO2含量。同时，氮气冲洗后不需再次抽空，氮气随产品气输出用于合成氨等。
(五)、本装置对置换所用的氮气纯度要求不高，可利用其他工段放空的低纯度的氮气，达到废气综合利用目的。
(六)、原料气入口配置冷却器，降低原料气温度，增大吸附剂吸附量，强化吸附分离效果，产品气收率高。
(七)、原料气入口配置冷却器，减少原料气中水分含量，延长了吸附剂的使用寿命。
(八)、本装置工艺简单、自动化程度高、投资少、运行成本低、安全环保节能，能将水煤浆变换气中含量为35～50％的二氧化碳脱除及回收。
附图说明
图1为本实用新型中所述水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置中各部件的连接关系示意图。
其中，1——冷却器；2——气液分离器；3——吸附器；4——真空泵组；5——回收气缓冲罐；6——均压罐Ⅰ；7——均压罐Ⅱ；8——塔顶出口；9——程控阀；10——调节阀；11——解吸气出口；12——逆放气出口；13——塔底进口；14——均压进口Ⅰ；15——均压进口Ⅱ；16——均压进口Ⅲ；17——氮气冲洗进口Ⅰ、18——氮气冲洗进口Ⅱ、19——终充进口。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
另外，本实用新型要指出的是，本实用新型中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本实用新型涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
实施例1：
水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，其结构如图1所示，该装置包括冷却器1、气液分离器2、吸附器3、真空泵组4、回收气缓冲罐5、均压罐Ⅰ6、均压罐Ⅱ7、程控阀9、调节阀10；其中，原料气输送管道依次与冷却器1和气液分离器2连接后再与吸附器3连接；氮气输送通过调节阀与吸附器3连接，吸附器3与真空泵组4连接；真空泵组4与回收气缓冲罐5连接；吸附器3的顶部通过管道与控制阀与均压罐连接。
所述的包括吸附器3及其对应的管道，吸附器3上设置有解吸气出口11、逆放气出口12、塔底进口13、均压进口Ⅰ14、均压进口Ⅱ15、均压进口Ⅲ16、氮气冲洗进口Ⅰ17、氮气冲洗进口Ⅱ18、终充进口19和塔顶出口8；其中，解吸气出口11、逆放气出口12和塔底进口13均设置在吸附器3的底端；均压进口Ⅰ14、均压进口Ⅱ15、均压进口Ⅲ16、氮气冲洗进口Ⅰ17、氮气冲洗进口Ⅱ18、终充进口19和塔顶出口8均设置在吸附器3的顶端。
氮气输送管道通过两个调节阀10分别与氮气冲洗进口Ⅰ17和氮气冲洗进口Ⅱ18连接后再与吸附器3连接。
所述的吸附器3的数量均为10台，各个吸附器之间并列连接。
所述的均压罐的数量为2台。
吸附器3的顶部通过管道与控制阀，并通过均压进口Ⅰ14、均压进口Ⅱ15与均压罐Ⅰ6、均压罐Ⅱ7连接。
所述的吸附器3塔顶出口8分别与终充进口19之间设有调节阀；在所述的吸附器3上设置有程控阀，每个程控阀均与控制装置连接。
所述的吸附器3内均装填有由氧化铝、活性炭、硅胶等专用吸附剂组成的复合吸附剂填料。
运用该装置对水煤浆变换气进行脱碳及CO2回收的工艺步骤为：
水煤浆变换气的压力约1.8MPa，气量约为50000Nm3/h，组分如下表所示：
表1水煤浆变换气组成(V％)
原料气在1.8MPa、40℃下进入本装置界区，原料气首先经过冷却器冷却至20～30℃，然后由气液分离掉其中的液态水，然后进入PSA脱碳装置，原料气中所含的大量CO2被吸附剂吸附后，氢气、氮气、CO、CH4及少量CO2气体作为产品气从吸附器塔顶输出去界外。吸附结束后，被吸附的二氧化碳等杂质组份经逆放、抽空、冲洗等步骤解吸出来，作为排放气排出界区。通过调整吸附时间和氮气冲洗气量，可灵活调整出口气体中CO2的纯度。一个吸附器再生结束后，利用部分产品气对其升压至吸附压力，准备进入下一次吸附过程。
整个过程由至少3台吸附器循环工作，时间上均匀错开，全部切换过程由预先设置好的程序系统自动控制，保证装置连续、稳定、安全的运行。各吸附器或者吸附器的循环单元过程均为：A(吸附)-ED(均压降)-D(逆放)-V/PP(抽空及氮气冲洗)-ER(均压升)-FR(终升)。
在该装置中，采用抽空加氮气冲洗交替再生工艺，可以减少真空泵的数量，减少动力消耗，从而降低运行能耗。本装置利用氮气来冲洗，提高了产品气的收率。
再生过程中，先抽空得到高浓度的二氧化碳，这部分高浓度的二氧化碳可供给后工序生产尿素或者食品级的二氧化碳等，减少碳排放，达到节能减排、环保生产的目的。再生过程中，后期使用氮气冲洗，强化再生效果，再生更加彻底，有利于控制产品气中CO2含量。同时，氮气冲洗后不需再次抽空，氮气随产品气输出用于合成氨等。
本装置对置换所用的氮气纯度要求不高，可利用其他工段放空的低纯度的氮气，达到废气综合利用目的。
在原料气入口配置冷却器，降低原料气温度，增大吸附剂吸附量，强化吸附分离效果，产品气收率高。在原料气入口配置冷却器，还能减少原料气中水分含量，延长了吸附剂的使用寿命。
装置工艺简单、自动化程度高、投资少、运行成本低、安全环保节能，能将水煤浆变换气中含量为35～50％的二氧化碳脱除及回收。
实施例2：
水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，该装置与实施例1基本一致，仅将所述的吸附器3的数量均为12台，各个吸附器之间并列连接。所述的均压罐的数量可为3台。
该实施例也能实现与实施例1相接近的技术效果。
前述本实用新型中的基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本实用新型可采用并要求保护的实施例。本实用新型方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，该装置包括冷却器(1)、气液分离器(2)、吸附器(3)、真空泵组(4)、回收气缓冲罐(5)、均压罐，其特征在于：原料气输送管道依次与冷却器(1)和气液分离器(2)连接后再与吸附器(3)连接；氮气输送管道通过调节阀与吸附器(3)连接；吸附器(3)与真空泵组(4)连接；真空泵组(4)与回收气缓冲罐(5)连接；吸附器(3)的顶部通过管道与控制阀与均压罐连接。
2.如权利要求1所述的水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，其特征在于：所述吸附器(3)上设置有解吸气出口(11)、逆放气出口(12)、塔底进口(13)、均压进口Ⅰ(14)、均压进口Ⅱ(15)、均压进口Ⅲ(16)、氮气冲洗进口Ⅰ(17)、氮气冲洗进口Ⅱ(18)、终充进口(19)和塔顶出口(8)；其中，解吸气出口(11)、逆放气出口(12)和塔底进口(13)均设置在吸附器(3)的底端；均压进口Ⅰ(14)、均压进口Ⅱ(15)、均压进口Ⅲ(16)、氮气冲洗进口Ⅰ(17)、氮气冲洗进口Ⅱ(18)、终充进口(19)和塔顶出口(8)均设置在吸附器(3)的顶端。
3.如权利要求2所述的水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，其特征在于：氮气输送管道通过两个调节阀分别与氮气冲洗进口Ⅰ(17)和氮气冲洗进口Ⅱ(18)连接后再与吸附器(3)连接。
4.如权利要求2所述的水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，其特征在于：在所述塔顶出口(8)与终充进口(19)之间设有调节阀。
5.如权利要求2所述的水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，其特征在于：在吸附器(3)的进口管线和出口管线上均设置有程控阀，每个程控阀均与控制装置连接。
6.如权利要求1或2所述的水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，其特征在于：所述吸附器(3)的数量均为4～20台，各个吸附器(3)之间并列连接。
7.如权利要求1或2所述的水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，其特征在于：所述均压罐的数量均为1～6台。
8.如权利要求6所述的水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，其特征在于：所述吸附器(3)的数量均为10台。
9.如权利要求7所述的水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，其特征在于：所述均压罐的数量均为2台，分别为均压罐Ⅰ(6)和均压罐Ⅱ(7)。
10.如权利要求9所述的水煤浆变换气PSA脱碳及CO2回收装置，其特征在于：所述的吸附器(3)的顶部分别通过均压进口Ⅰ(14)、均压进口Ⅱ(15)与均压罐Ⅰ(6)、均压罐Ⅱ(7)连接。
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