EA032340B1 - Способ извлечения диоксида углерода из абсорбента с уменьшенной подачей отгоночного пара - Google Patents

Способ извлечения диоксида углерода из абсорбента с уменьшенной подачей отгоночного пара Download PDF

Info

Publication number
EA032340B1
EA032340B1 EA201791055A EA201791055A EA032340B1 EA 032340 B1 EA032340 B1 EA 032340B1 EA 201791055 A EA201791055 A EA 201791055A EA 201791055 A EA201791055 A EA 201791055A EA 032340 B1 EA032340 B1 EA 032340B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
stream
gas
absorbent
acid gas
carbon dioxide
Prior art date
Application number
EA201791055A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201791055A1 (ru
Inventor
Расмус Финд
Ян Фленстед Поулсен
Original Assignee
Юнион Инжиниринг А/С
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юнион Инжиниринг А/С filed Critical Юнион Инжиниринг А/С
Publication of EA201791055A1 publication Critical patent/EA201791055A1/ru
Publication of EA032340B1 publication Critical patent/EA032340B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1418—Recovery of products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/65—Employing advanced heat integration, e.g. Pinch technology
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу извлечения диоксида углерода из абсорбента, обогащенного газообразным диоксидом углерода, в котором потребление энергии, используемой для разделения абсорбента и диоксида углерода в отпарной колонне, сокращается путем использования двух отпарных колонн, имеющих разные рабочие давления, и рециркуляции теплоносителя из отходящего газа энергетически эффективным способом.

Description

Настоящее изобретение относится к способу извлечения диоксида углерода из абсорбента, обогащенного газообразным диоксидом углерода, в котором потребление энергии, используемой для разделения абсорбента и диоксида углерода в отпарной колонне, сокращается путем использования двух отпарных колонн, имеющих разные рабочие давления, и рециркуляции теплоносителя из отходящего газа энергетически эффективным способом.
032340 Β1
Настоящее изобретение относится к способу извлечения кислого газа и предпочтительно диоксида углерода из абсорбента, обогащенного газообразным кислым газом, при этом расход энергии, используемой для разделения абсорбента и кислого газа в процессе отгонки, сокращается путем использования по меньшей мере двух отпарных колонн, функционирующих при разных давлениях и, кроме того, путем повторного использования отгоночной среды.
Предпосылки создания изобретения
Установки для извлечения диоксида углерода широко используются для очистки и/или извлечения диоксида углерода, выделяющегося, например, при сгорании углеводородов, ферментации и переработке газа. Извлеченный диоксид углерода можно сжижать и реализовывать в качестве конечного продукта или использовать в процессе производства на данной установке.
В типичной системе абсорбер-регенератор извлечение/удаление диоксида углерода выполняют путем введения сырьевого газа в абсорбер, где газ контактирует с обедненным растворителем, стекающим по абсорберу. Диоксид углерода, по меньшей мере частично, поглощается обедненным растворителем, а истощенный диоксидом углерода газ покидает абсорбер для дальнейшей обработки или выгрузки.
Растворитель, содержащий диоксид углерода, затем обрабатывают для высвобождения диоксида углерода из абсорбента, чаще всего путем отгонки, и диоксид углерода может быть извлечен или дополнительно очищен, а абсорбент повторно использован для удаления дополнительного диоксида углерода из поступающего газа.
Общепринятые технологии, доступные для извлечения абсорбента и диоксида углерода, соответственно включают отгонку. Система абсорбер-регенератор обычно обеспечивает непрерывное функционирование для извлечения диоксида углерода.
При разработке процессов и определении параметров, позволяющих получить диоксид углерода требуемой высокой чистоты и в то же время с высоким показателем выхода продукта, дополнительные последующие стадии очистки часто включают системы с открытым и замкнутым контуром, в которых обедненные потоки абсорбента, возможно все еще содержащие остатки диоксида углерода, дополнительно обрабатывают и рециркулируют для извлечения из еще большего количества диоксида углерода из абсорбента. Внедрение таких контурных систем, таким образом, содействует извлечению и повторному использованию потоков, таких как абсорбент и/или вода, для снижения затрат и отходов.
Однако дальнейшая обработка для регенерации абсорбента или извлечения большего количества диоксида углерода из абсорбента также требует дополнительной энергии, например для охлаждения, нагрева и повышения давления. Как правило, расход энергии на единицу выхода возрастает с чистотой абсорбента, т.е. расход энергии, требуемой для извлечения последних остатков диоксида углерода из обедненного потока абсорбента, выше на единицу выхода по сравнению с извлечением первых единиц, например, обогащенного диоксидом углерода потока абсорбента.
Описано несколько установок для извлечения диоксида углерода, улучшенных в отношении общей энергоэффективности. Патент США 2013/0055756 относится к такой установке для извлечения, где обедненный абсорбент из колонны регенератора возвращают в верхнюю часть колонны регенератора с использованием обычного повторного испарения, и смешанный отходящий газ сжимают и конденсируют для рециркуляции растворителя в колонну регенератора для дальнейшего извлечения. Включена промежуточная стадия теплообмена при конденсации, в ходе которой обедненный абсорбент и смешанный газ подвергаются теплообмену. Однако эффективность использования энергии обеспечивается за счет теплонасосной установки 6, расположенной внутри и между абсорбционной колонной и колонной регенерации.
В \УО 2004/005818 описан способ регенерации абсорбента, в котором обедненный и полуобедненный абсорбенты получают путем пропускания загруженного абсорбента через первый регенератор, обеспечивая обедненный абсорбент, и второй регенератор, обеспечивая полуобедненный абсорбент, при этом поток с низким давлением, по меньшей мере, в первый регенератор обеспечивается потоком, генерированным в том же самом или в другом процессе.
В \УО 2008/063082 также описан способ регенерации абсорбированного диоксида углерода, в котором тепловая энергия извлекается из газа диоксида углерода. Поток абсорбированного диоксида углерода подвергают процедуре отгонки, получая таким образом нагретый газообразный поток, обогащенный диоксидом углерода, и поток жидкого абсорбента, обедненный диоксидом углерода. Нагретый газообразный поток, обогащенный диоксидом углерода, подвергают нескольким стадиям сжатия с периодическим добавлением охлаждающей воды, и тепло извлекают из сжатого газа с использованием теплообменника. Извлеченную энергию можно использовать для нагрева потока жидкого абсорбента, обедненного диоксидом углерода, в ребойлере колонны регенерации.
Таким образом, энергию извлекают из сжатого нагретого диоксида углерода, и это тепло может быть использовано для повторного испарения фракции обедненного абсорбента, чтобы уменьшить общее потребление энергии в процессе извлечения диоксида углерода.
Однако на крупных объектах даже незначительное снижение потребления энергии на единицу выхода диоксида углерода имеет большую экономическую выгоду. Таким образом, существует постоянная потребность в разработке процессов и параметров, обеспечивающих извлечение диоксида углерода с
- 1 032340 более низкими расходами энергии. Дополнительно к расходам энергии существует не менее важный экономический аспект, связанный с сокращением использования других ресурсов, потребляемых на единицу выхода диоксида углерода, таких как количество абсорбента и/или воды, требуемое для использования в процессе.
Таким образом, целью настоящего изобретения является дальнейшее сокращение общего потребления энергии в процессах извлечения кислого газа, а также сокращение потребления дополнительных ресурсов, таких как вода, и еще одной целью является обеспечение гибкого управления энергией, расходуемой в процессе отгонки.
Краткое описание изобретения
Вышеупомянутые цели достигаются с помощью способа согласно настоящему изобретению, который предназначен для извлечения кислого газа из жидкого абсорбента (Ь1), обогащенного кислым газом, при этом способ включает следующие стадии:
a) обеспечение жидкого абсорбента (Ь1), обогащенного кислым газом, содержащего абсорбированный в нем кислый газ;
b) разделение жидкого абсорбента (Ь1), обогащенного кислым газом, на первую жидкую фракцию (Ь1_1), обогащенную кислым газом, и вторую жидкую фракцию (Ь1_2), обогащенную кислым газом;
c) отделение кислого газа от первой фракции потока абсорбента (Ь1_1), обогащенного кислым газом, в первой отпарной колонне (А2_1), имеющей первое давление р1, с получением первого потока газа (61_1), содержащего кислый газ, и первого потока жидкого абсорбента (Ь2_2), обедненного кислым газом;
б) отделение кислого газа от второй фракции потока абсорбента (Ь1_2), обогащенного кислым газом, во второй отпарной колонне (А2), имеющей второе давление р2, с использованием газообразной отгоночной среды (62) с получением второго потока газа (61_2), содержащего кислый газ, и второго потока жидкого абсорбента (Ь2), обедненного кислым газом;
е) смешивание первого потока газа (61_1), содержащего кислый газ, и второго потока газа (61_2), содержащего кислый газ, с получением потока газа (61), содержащего кислый газ;
ί) передачу тепла от потока газа (61), содержащего кислый газ, к потоку теплоносителя (Ь4) с получением охлажденного потока (63), содержащего кислый газ, и нагретого потока (Ь4');
д) разделение нагретого потока (Ь4') на регенерированную газообразную отгоночную среду (64) и жидкий теплоноситель (Ь5);
11) подачу регенерированной отгоночной среды (64) напрямую или опосредованно в первую отпарную колонну (А2_1), имеющую первое давление р1, при этом первое давление р1 ниже, чем второе давление р2.
С помощью этого способа отгоночный пар циркулирует в контуре вместо теплоносителя, который, в свою очередь, циркулирует во втором контуре. Таким образом, отгоночный пар, регенерированный из объединенных отходящих газов, поступает, обеспечивая по меньшей мере часть процесса отгонки, т.е. в первую отпарную колонну, и тем самым сокращается подача тепла извне. Таким образом, общее потребление энергии сокращается, когда внешняя энергия заменяется на энергию пара, генерированную в результате теплообмена между отходящим газом и теплоносителем. Кислый газ в первой отпарной колонне эффективно отгоняется из абсорбента исключительно с использованием регенерированной отгоночной среды и, следовательно, количество тепла, требуемое для повторного испарения достаточного количества отгоночной среды во второй отпарной колонне, заметно снижается.
Использование двух отпарных колонн, функционирующих при разных давлениях, и рециркуляция отгоночного пара, частично регенерированного из содержащего кислый газ газового потока, обеспечивают экономию значительного количества внешней энергии по сравнению с процессами предшествующего уровня техники, где отгоночный пар получали путем обычного повторного испарения с использованием генерированного извне тепла.
Кроме того, поскольку первое давление р1 в первой отпарной колонне ниже, чем давление р2 во второй отпарной колонне, степень повышения давления отгоночной среды может быть снижена. Следовательно, общее потребление энергии в процессе может быть уменьшено.
Другим преимуществом способа согласно изобретению является то, что он обеспечивает гибкость в отношении направления фракций сырьевого потока (обогащенного кислым газом жидкого абсорбента) в одну или другую отпарную колонну, и регулирования давления соответствующих отпарных колонн. Это является полезным в зависимости от того, имеется ли спрос на пар по сравнению с электроэнергией и наоборот, т.е. может ли быть использован пар для производства электроэнергии.
Дополнительным преимуществом изобретения является то, что этот способ обеспечивает оптимальную регенерацию обедненного абсорбента.
В конкретном варианте осуществления соотношение расходов между первой фракцией потока абсорбента (Ь1_1), обогащенного кислым газом, и второй фракцией потока абсорбента (Ь1_2), обогащенного кислым газом, составляет от 1:1 до 1:4, предпочтительно от 1:2 до 1:3 в расчете на объем.
При этих установочных параметрах сырьевой поток (нагруженный кислым газом абсорбент) разделяют таким образом, чтобы обеспечить отгонку в первой отпарной колонне, имеющей более низкое дав
- 2 032340 ление, с использованием только регенерированной отгоночной среды. Таким образом, большая фракция отгоночного пара генерируется без обеспечения внешнего источника питания для ребойлера отпарной колонны. Следовательно, дополнительно к сокращению эксплуатационных расходов ребойлер отпарной колонны (т.е. соответствующий третьему теплообменнику А6, соединенному со второй отпарной колонной А2) может быть исключен из первой отпарной колонны А2_1. Наиболее предпочтительно, чтобы первая фракция потока абсорбента, обогащенного кислым газом, составляла 30% (об/об) сырьевого потока, т.е. в пределах от 1:1 до 1:3.
В другом конкретном варианте осуществления первое давление р1 находится в диапазоне от 0,6 до 1,5 бар абс, предпочтительно от 0,8 до 1,2 бар абс, например 0,9 бар абс, 1,0 бар абс или 1,1 бар абс.
В еще одном варианте осуществления второе давление р2 находится в диапазоне от 0,9 до 2,5 бар абс, предпочтительно от 1,2 до 2,0 бар абс, более предпочтительно от 1,6 до 2,0 бар абс, например 1,7, 1,8 или 1,9 бар абс.
В других вариантах осуществления первое давление составляет от 0,6 до 1,5 бар абс и второе давление составляет от 0,9 до 2,5 бар абс, и предпочтительно первое давление составляет 0,9 бар абс и второе давление составляет 1,8 бар абс.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения жидкий теплоноситель (Ь5) используют в качестве по меньшей мере части теплоносителя (Ь4), способствуя тем самым дополнительному извлечению жидкости в качестве теплоносителя путем обеспечения контура, например вода/пар, когда абсорбент является водным. Таким образом, значительная часть теплоносителя, используемого для обеспечения отгоночного пара из отходящего газа, поступает из внутреннего открытого цикла. Предполагается, что оставшаяся часть теплоносителя может поступать из других частей процесса или поставляться извне.
В предпочтительном варианте осуществления абсорбент является водным, таким как водный раствор аканоламина.
Предпочтительно, когда абсорбент является водным, он может представлять собой стерически затрудненный амин, такой как АМР, алканоламин, такой как алканоламин, имеющий от 1 до 3 алконольных радикалов, при этом каждый алканольный радикал имеет 1, 2 или 3 атома углерода, и воду. Примерами подходящих алканоламинов являются моноэтаноламин (МЕА), диэтаноламин (ΌΕΑ) и триэтаноламин (ТЕА), при этом МЕА является предпочтительным абсорбентом, поскольку является недорогим и доказал свою эффективности при испытании.
В случае водного теплоноситель, регенерированная отгоночная среда и т.д. будут состоять в основном из воды/пара. С помощью способа согласно настоящему изобретению оказалось возможным уменьшить количество энергии, требуемой в этом открытом контуре для извлечения кислого газа, а также добиться экономии воды, так как необходимость в добавочной воде является минимальной.
Таким образом, кислый газ, например диоксид углерода из сырьевого потока и оставшийся кислый газ в обедненном абсорбенте, частично извлекают с использованием пара, образующегося в процессе отгонки. Это экономит энергию, так как меньшее количество обедненного абсорбента необходимо подвергнуть повторному испарению для обеспечения достаточного количества отгоночной среды.
Рециркуляция пара из процесса сама по себе экономит энергию, так как меньше обедненного абсорбента необходимо подвергнуть повторному испарению общепринятым способом с использованием пара, генерированного под действием внешней энергии, для обеспечения достаточного количества отгоночной среды.
Кроме того, пар/воду из отгоночной среды, образовавшейся из водного абсорбента, рециркулируют и повторно используют. Таким образом, расход как воды, так и энергии, требуемых для поддержания теплоносителя при нужной температуре, которая значительно превышает температуру окружающей среды, может быть снижен.
В соответствии с настоящим изобретением воду и оставшийся кислый газ в обедненном потоке абсорбента (Ь2) извлекают путем нагревания и возвращают во вторую отпарную колонну (А2).
Энергию для нагревания потока жидкого абсорбента (Ь2), обедненного кислым газом, из второй отпарной колонны (А2) для получения газового/жидкого нагретого потока абсорбента (Ь2'), обедненного кислым газом, обеспечивают путем обычного нагревания. Однако в соответствии с настоящим изобретением требуется меньше тепловой энергии для повторного испарения потока жидкого абсорбента (Ь2), обедненного кислым газом, поскольку только часть сырьевого потока поступает во вторую отпарную колонну (А2).
В одном варианте осуществления регенерированную отгоночную среду (С4) сжимают с получением сжатой регенерированной отгоночной среды (С4'), направляемой непосредственно в первую отпарную колонну (А2_1). Это обеспечивает равномерную циркуляцию сжатой регенерированной отгоночной среды (04') в первую отпарную колонну без необходимости в дополнительном оборудовании. Таким образом, помимо использования теплоемкости рециркуляции отгоночной среды способствует разность давлений.
Таким образом, способ в соответствии с настоящим изобретением способствует использованию альтернативного источника тепловой энергии для обеспечения части отгоночной среды. Источник теп
- 3 032340 ловой энергии обеспечивается регенерированной отгоночной средой (С4), которая образуется в ходе объединенных процедур отгонки и извлекается вместе с извлечением тепловой энергии из газовых потоков (01 и С1_1), содержащих кислый газ, также образующихся в ходе процедур отгонки. Таким образом, способ согласно настоящему изобретению способствует эффективному с точки зрения энергии способу извлечения кислого газа из содержащего кислый газ жидкого абсорбента.
В соответствии с настоящим изобретением передаче тепла от газового потока (01), содержащего кислый газ, к потоку теплоносителя (Ь4) содействует теплообменник. В одном варианте осуществления передача тепла на стадии с) происходит путем приведения теплоносителя (Ь4) в непосредственный контакт с газовым потоком, содержащим кислый газ, т.е., например, как показано на фиг. 1, поток 01 (состоящий из 01_1 и 01_2) охлаждают с получением охлажденного потока 03, содержащего кислый газ, и нагретого потока (Ь4').
Непосредственный контакт двух потоков повышает расход тепла, содержащегося в газовом потоке (01), содержащем кислый газ, поскольку тепло не поглощается поверхностями оборудования, способствуя обмену. Таким образом, смешивающий охладитель является предпочтительной установкой для охлаждения на стадии с). Соответственно передачу тепла выполняют таким образом, чтобы температура нагретого потока (Ь4') была приблизительно равна температуре газового потока (01), содержащего кислый газ, и температура охлажденного потока (03), содержащего кислый газ, была приблизительно равна температуре теплоносителя (Ь4). Полная передача тепла в зависимости от разницы температур может быть достигнута путем регулирования размеров смешивающего охладителя и/или соотношения расходов соответствующих потоков. В целом специалист в данной области сможет определить подходящую высоту охладителя при заданном расходе и температурах и/или расходы при заданной высоте и температурах.
Также может быть использован косвенный теплообмен, и преимущества изобретения будут применяться в равной степени. Однако прямой теплообмен является предпочтительным.
В определенном варианте осуществления, когда кислый газ представляет собой диоксид углерода и расход газового потока (01), содержащего диоксид углерода, составляет 2400 кг/ч, температура равна 102°С, расход жидкого теплоносителя (Ь4) составляет 22000 кг/ч и температура теплоносителя (Ь4) равна 70°С, высота смешивающего охладителя составляет приблизительно 4 м и диаметр составляет приблизительно 0,7 м, когда насадочный материал представляет собой кольца Палля (нерегулярная насадка). Это обеспечит полную передачу тепла от газового потока, содержащего диоксид углерода, к теплоносителю, обеспечивая охлажденный поток (03), содержащий диоксид углерода, имеющий температуру приблизительно 70°С, и нагретый поток (Ь4'), имеющий температуру приблизительно 102°С.
В способах предшествующего уровня техники тепло обычно извлекают с использованием косвенных теплообменников, т.е. когда жидкости содержатся отдельно для предотвращения смешивания. При использовании непосредственного контакта передача тепла может привести к образованию нагретого потока (Ь4'), содержащего остатки растворенного в нем кислого газа.
Однако путем охлаждения с прямым контактом можно добиться более эффективного извлечения тепла, присутствующего в газовом потоке (01), содержащем кислый газ. Таким образом, значительная часть воды, присутствующей в газовом потоке (01), содержащем кислый газ, выходящем из отпарных колонн, возвращается в первую отпарную колонну, и поэтому общий расход воды в процессе извлечения кислого газа снижается, поскольку вода, используемая в форме пара в качестве отгоночной среды, рециркулируется с наибольшей эффективностью. Таким образом, требуется лишь незначительное количество добавочной воды, т.е. менее 1% (в расчете на массу) расхода сырьевого потока. Кроме того, растворение остатков кислого газа в теплоносителе (Ь4) в результате теплопередачи с прямым контактом не приводит к полной потере кислого газа. Растворенный кислый газ в регенерированной отгоночной среде (04) легко извлекается в процессе отгонки, так как необязательно сжатую регенерированную отгоночную среду (04') используют в первой отпарной колонне (А2_1), где кислый газ может быть извлечен.
Кроме того, при использовании прямого охлаждения падение давления в установке будет ниже, чем при использовании косвенного охлаждения, и поэтому давление охлажденного потока (03), содержащего кислый газ, будет выше, и конечный продукт, поток кислого газа (05), будет в конечном итоге нуждаться в меньшем повышении давления для обеспечения его в подходящей форме для дальнейшей обработки.
В одном варианте осуществления, который относится к использованию теплообмена с прямым контактом, содержащий диоксид углерода поток (01) сжимают до сжатого потока (01'), содержащего диоксид углерода, до стадии с) теплопередачи. В еще одном варианте осуществления с прямым теплообменом стадия б) подразделяется на следующие стадии:
ί) сброс давления нагретого потока (Ь4') с получением потока (Ь4) со сниженным давлением;
ίί) разделение потока (Ь4) со сниженным давлением путем мгновенного испарения в первой испарительной колонне (А9) с получением регенерированной отгоночной среды (04) и жидкого потока (Ь4');
ϊϊΐ) дальнейший сброс давления жидкого потока (Ь4') с получением второго потока (Ь4) со сниженным давлением, которое ниже, чем давление жидкого потока (Ь4');
ίν) разделение второго потока (Ь4) со сниженным давлением в третьем сепараторе (А10) с полу
- 4 032340 чением второго газа (а) и жидкого теплоносителя (Ь5);
ν) повторное сжатие второго газа (а) с получением повторно сжатого второго газа (Ь);
νί) подачу повторно сжатого второго газа (Ь) в первую испарительную колонну (А9), которую он покидает в виде части регенерированной отгоночной среды (С4).
С помощью предлагаемых стадий способ согласно изобретению обеспечивает средства для получения отгоночной среды при минимальном подводе энергии. Кроме того, с помощью циркуляции воды в системе в замкнутом контуре в прямом контакте с потоками, подлежащими обработке, сводится к минимуму подача добавочной воды и энергии, что в противном случае необходимо для повторного испарения обедненного диоксидом углерода абсорбента.
В определенном варианте осуществления все стадии 1-2 и ί)-νί) повторяют предпочтительно 2, 3 или 4 раза. В таком варианте осуществления повторения могут выполняться последовательно и/или параллельно. Включение большего числа повторений стадий ί)-νί) будет дополнительно увеличивать количество пара.
Также предполагается, что передача тепла на стадии с) может осуществляться путем косвенного теплообмена, и при этом до стадии с) передачи тепла давление теплоносителя (Ь4) сбрасывают до давления, которое ниже, чем давление жидкого теплоносителя (Ь5). Из указанного следует, что в определенном варианте осуществления с применением косвенного теплообмена стадия б) подразделяется на следующие стадии б-):
a) разделение нагретого потока (Ь4') путем мгновенного испарения в первой испарительной колонне (А9) с получением регенерированной отгоночной среды (04) и жидкого потока (Ь4');
b) дальнейший сброс давления жидкого потока (Ь4') с получением второго потока (Ь4) со сниженным давлением, которое ниже давления жидкого потока (Ь4');
c) разделение второго потока (Ь4) со сниженным давлением в третьем сепараторе (А10) с получением второго газа (а) и жидкого теплоносителя (Ь5);
б) повторное сжатие второго газа (а) с получением повторно сжатого второго газа (Ь);
е) подача повторно сжатого второго газа (Ь) в первую испарительную колонну (А9), откуда он выходит в качестве части регенерированной отгоночной среды (04).
В определенном варианте осуществления все вспомогательные стадии б.а)-б.е) повторяют предпочтительно 2, 3 или 4 раза. В таком варианте осуществления повторения могут проводиться последовательно и/или параллельно. Включение большего числа повторений стадий б.а)-б.е) будет дополнительно увеличивать количество пара.
Все следующие признаки и варианты относятся к общим стадиям и могут применяться в равной степени ко всем вариантам осуществления, т.е. независимо от прямой или косвенной передачи тепла. Соответственно в одном варианте осуществления любой или несколько из Ь4', Ь4, Ь4', Ь4, предпочтительно Ь4 и/или Ь4, нагревают с помощью источника тепла, предпочтительно источника тепла низкой стоимости. Подвод дополнительного тепла к любому из этих потоков будет обеспечивать повышенное давление пара этого конкретного потока и, следовательно, приведет к увеличению массового расхода 04. Теплота в одном варианте осуществления может быть взята из абсорбционной колонны, предшествующей стадии отгонки.
В еще одном варианте осуществления поток жидкого абсорбента (Ь2), обедненный кислым газом, нагревают с получением нагретого газового/жидкого абсорбента (Ь2'), обедненного кислым газом, который разделяют с получением газообразной отгоночной среды (02) и регенерированного потока жидкого абсорбента (Ь3). Регенерированный поток жидкого абсорбента (Ь3) затем в следующем варианте осуществления вместе со вторым потоком жидкого абсорбента (Ь2_2), обедненным кислым газом, охлаждают и рециркулируют в абсорбционную колонну (А17).
Благодаря этому в процессе абсорбции повторно используется максимальное количество абсорбента. Предпочтительно охлаждение потоков проводят отдельно, поскольку температура потоков различается. Это позволит сэкономить эксплуатационные расходы.
В еще одном варианте осуществления поток регенерированного жидкого абсорбента (Ь3) подают в верхнюю часть абсорбционной колонны (А17), и второй поток жидкого абсорбента (Ь2_2), обедненный кислым газом, подают в промежуточную часть абсорбционной колонны (А17). Этот вариант осуществления обеспечивает более эффективную абсорбцию, поскольку рециркулированный абсорбент подают в абсорбер в точке, где концентрация кислого газа в абсорбенте соответствует концентрации в абсорбенте внутри абсорбера. Рециркулированный абсорбент из второй отпарной колонны (А2), который является чистым регенерированным абсорбентом, подают в верхнюю часть абсорбера, тогда как регенерированный абсорбент из первой отпарной колонны (А2_1), полученный путем использования регенерированной отгоночной среды и поэтому содержащий незначительные количества кислого газа, подают в часть абсорбционной колонны, где абсорбент частично загружен кислым газом.
В предпочтительном варианте осуществления кислый газ представляет собой диоксид углерода.
- 5 032340
Фигуры
Примеры вариантов осуществления в соответствии с настоящим изобретением описаны ниже более подробно со ссылкой на схематические чертежи, из которых:
на фиг. 1 показан способ и установка для извлечения кислого газа в соответствии с изобретением; на фиг. 2 показан участок способа и установки с рециркуляцией в абсорбционную колонну. Потоки и входящие/выходящие потоки.
По всему описанию и формуле изобретения потоки и входящие/выходящие потоки обозначаются следующим образом: жидкий абсорбент Ь0, обогащенный кислым газом/диоксидом углерода; жидкий абсорбент Ь1, обогащенный кислым газом/диоксидом углерода; первая жидкая фракция Ь1_1, обогащенная кислым газом/диоксидом углерода; вторая жидкая фракция Ь1_2, обогащенная кислым газом/диоксидом углерода; поток жидкого абсорбента Ь2, обедненный кислым газом/диоксидом углерода; второй жидкий абсорбент Ь2_2, обедненный кислым газом/диоксидом углерода; газовый/жидкий нагретый абсорбент Ь2', обедненный кислым газом/диоксидом углерода; регенерированный поток жидкого абсорбента Ь3; теплоноситель Ь4; нагретый поток Ь4'; поток со сниженным давлением Ь4; жидкий поток Ь4'; второй поток со сниженным давлением Ь4; нагретый теплоноситель или конденсированная отгоночная среда Ь5; второй жидкий поток Ьб; исходный газ С0; газ С0_1. обедненный кислым газом/диоксидом углерода; газовый поток 61, содержащий кислый газ/диоксид углерода; газовый поток 61_1, содержащий кислый газ/диоксид углерода, первой фракции; сжатый газовый поток 61_1', содержащий кислый газ/диоксид углерода, первой фракции; газовый поток 61_2, содержащий кислый газ/диоксид углерода, второй фракции; отгоночная среда 62; охлажденный поток 63, содержащий кислый газ/диоксид углерода; регенерированная отгоночная среда 64; сжатая регенерированная отгоночная среда 64'; поток кислого газ/диоксида углерода 65 в качестве продукта; второй газ (а); сжатый второй газ (Ь).
Компоненты.
По всему описанию и формуле изобретения компоненты установки обозначаются следующим образом: первые теплообменники А1, А1_1, А1_2 и А1_3; первая отпарная колонна А2_1; вторая отпарная колонна А2; теплообменник А3; второй теплообменник А4; первый сепаратор А5; третий теплообменник Аб; второй сепаратор А7; первая установка для понижения давления А8; установка мгновенного разделения А9; третий сепаратор А10; первая установка для повышения давления А11; вторая установка для повышения давления А12; вторая установка для понижения давления А13; смеситель А14; третья установка для повышения давления А15; второй смеситель А1б; абсорбционная колонна А17; установка для расщепления А18.
Подробное описание изобретения
Иллюстрации, прилагаемые к настоящему описанию, следует понимать как часть более крупного объекта. Все признаки и варианты каждого из вариантов осуществления, описанных здесь, в равной степени применимы ко всем вариантам осуществления. Соответственно признаки, подробно описанные в отношении способа, могут в равной степени относиться к установке и наоборот. Для простоты дополнительное оборудование не включено в фигуры. Однако специалист в данной области легко поймет тип и положения такого оборудования. В качестве примеров вспомогательного оборудования можно упомянуть трубы (например, тройники при составлении смесительных узлов), насосы, клапаны (например, отводные клапаны при составлении расщепляющих узлов), конденсаторы для конденсации воды и/или химического абсорбента из отработавших газов, средства для пополнения воды и/или абсорбента и т.д.
По всему описанию и формуле изобретения термины обогащенный, обедненный и истощенный относятся к количеству, например диоксида углерода или абсорбента, содержащемуся в конкретном потоке, и обозначение может быть использовано для проведения различия между разными потоками, образующимися на разных стадиях разделения, и должны толковаться относительно друг друга на конкретной стадии разделения.
В следующем подробном описании изобретение будет описано со ссылкой на диоксид углерода в качестве примера кислого газа. Изобретение не должно им ограничиваться, и все варианты осуществления в равной степени применимы к кислым газам в целом, таким как СО2, Н2§, §О2 и т.п.
Таким образом, способ будет теперь описан более подробно со ссылкой на диоксид углерода в качестве кислого газа и водного абсорбента, но стадии и признаки будут в равной степени применимы к любому другому кислому газу и абсорбенту, пригодному для использования в способе согласно изобретению.
Способ в соответствии с изобретением проиллюстрирован более подробно со ссылкой на фиг. 1. Схематическое изображение следует рассматривать как участок, расположенный после абсорбции кислого газа из источника газа. В одном варианте осуществления показано нагревание абсорбента Ь0, обогащенного диоксидом углерода, в первом теплообменнике А1 с получением потока жидкого водного абсорбента Ь1, обогащенного диоксидом углерода, содержащего абсорбированный газообразный диоксид углерода.
Диоксид углерода, абсорбированный в жидком абсорбенте Ь1, обогащенном диоксидом углерода, может происходить из источника диоксида углерода любого типа. Источником может служить, напри мер, диоксид углерода, образующийся при сжигании ископаемого топлива, содержащийся в дымовых газах, образующийся при производстве синтетических газов или на производственной линии наполнения газированных напитков. Предпочтительным является дымовой газ.
Поглощение абсорбентом предпочтительно происходит химически. Таким образом, жидкий абсорбент Ь1, обогащенный диоксидом углерода, содержит подходящий абсорбирующий агент для диоксида углерода или других кислых газов. Абсорбирующим агентом, используемым для абсорбции газообразного диоксида углерода, может быть любой растворитель, который, как известно, способен поглощать диоксид углерода и/или кислые газы, например стерически затрудненный амин, такой как АМР, раствор алканоламина, более предпочтительно алканоламина, имеющего от 1 до 3 алканольных радикалов, более предпочтительно алканольных радикалов, имеющих 1, 2 или 3 атома углерода, в водном растворе. Примерами подходящих алканоламинов являются моноэтаноламин (МЕА), диэтаноламин (ΌΕΑ) и триэтаноламин (ΤΕΑ), при этом МЕА является предпочтительным абсорбентом, поскольку он является дешевым и оказался эффективным при тестировании. Концентрация абсорбента обычно находится в диапазоне 540% в воде. Примером является моноэтаноламин, представляющий собой 35%-й раствор МЕА в воде.
Известно, что диоксид углерода отделяется от алканоламиновых абсорбентов при нагревании предпочтительно до температуры 90°С и выше, предпочтительно выше 100°С, например в диапазоне от 102 до 112°С и обычно в диапазоне от 104 до 106°С, которая достигается с помощью первого теплообменника А1, показанного в этом варианте осуществления. Давление жидкого абсорбента Ь1, обогащенного диоксидом углерода, может быть увеличено (не показано на фигуре) до давления выше атмосферного, такого как 1-4 бар абс, предпочтительно 1-2 бар абс, или до давления, которое выше давления потока, выходящего из абсорбционной колонны. Сам процесс отгонки обычно протекает при атмосферном давлении или при давлении чуть выше атмосферного. В более высоком температурном диапазоне давление обычно будет выше атмосферного.
Жидкий абсорбент, обогащенный диоксидом углерода, разделяют на две фракции в установке для расщепления А18 с получением первой жидкой фракции Ь1_1. обогащенной диоксидом углерода, и второй жидкой фракции Ь1_2, обогащенной диоксидом углерода.
Первую жидкую фракцию Н1_1, обогащенную диоксидом углерода, отгоняют в первой отпарной колонне А2_1 с использованием сжатой регенерированной отгоночной среды 04', причем указанная отгоночная среда содержит, по существу, пар, т.е. водяной пар. Предпочтительно в соответствии с изобретением сжатая регенерированная отгоночная среда представляет собой рециркулированную воду, образовавшуюся в процессе отгонки (см. ниже).
Сжатая регенерированная отгоночная среда представляет собой поток 04', который, по существу, не содержит абсорбента и содержит водяной пар с низким содержанием диоксида углерода. В контексте настоящего изобретения очень низкое содержание означает менее 10 мол.%, более предпочтительно менее 5 мол.%. В предпочтительном варианте осуществления давление сжатой регенерированной отгоночной среды 04' выше, чем давление в первой отпарной колонне А2_1. В одном варианте осуществления температура сжатой регенерированной отгоночной среды 04' выше, чем температура нагретой первой фракции жидкого абсорбента Н1_1, обогащенной диоксидом углерода, и, в частности, выше 100°С, предпочтительно находится в диапазоне от 105 до 120°С, предпочтительно около 115°С. Это обеспечит более эффективную отгонку диоксида углерода из абсорбента.
В первой отпарной колонне А2_1 диоксид углерода отгоняют из абсорбента с получением первой фракции газового потока 01_1, содержащего диоксид углерода, и второго потока жидкого абсорбента Ь2_2, обедненного диоксидом углерода.
Первую фракцию газового потока 01_1, содержащего диоксид углерода, получают при температуре и давлении, которые выше температуры и давления, при которых происходит испарение воды. Таким образом, первая фракция газового потока 01_1, содержащего диоксид углерода, представляет собой смесь диоксида углерода и водяного пара.
Второй поток жидкого абсорбента Ь2_2, обедненный диоксидом углерода, как правило, выходит из нижней части первой отпарной колонны А2_1. Однако предполагается, что этот поток может вытекать из любого подходящего положения.
Вторую жидкую фракцию Ь1_2, обогащенную диоксидом углерода, отгоняют аналогичным образом во второй отпарной колонне А2 с использованием отгоночной среды 02. Таким образом, во второй отпарной колонне А2 диоксид углерода отгоняют из абсорбента с получением второй фракции газового потока 01_2, содержащего диоксид углерода, и второго потока жидкого абсорбента Ь2, обедненного диоксидом углерода. Вторая отпарная колонна А2 функционирует при более высоком давлении, чем первая отпарная колонна А2_1.
Второй поток жидкого абсорбента Ь2, обедненный диоксидом углерода, как правило, выходит из нижней части второй отпарной колонны А2. Однако предполагается, что этот поток может вытекать из любого подходящего положения. Затем поток жидкого абсорбента Ь2, обедненный диоксидом углерода, нагревают путем косвенного теплообмена в третьем теплообменнике А6 с получением нагретого газового/жидкого потока абсорбента Ь2', обедненного диоксидом углерода, который представляет собой смесь газ/жидкость. Повторное испарение обычно проводят путем использования замкнутого контура для ге
- 7 032340 нерации пара, но предусматриваются и другие средства. В показанном варианте осуществления смесь газ/жидкость разделяют во втором сепараторе А7 с получением испаренной отгоночной среды С2 и регенерированного жидкого абсорбента Ь3. Испаренную отгоночную среду 02 подают во вторую отгоночную колонну А2, и регенерированный поток жидкого абсорбента Ь3 возвращают в абсорбционную колонну А17 с предшествующим теплообменом с умеренным жидким абсорбентом Ь0, обогащенным диоксидом углерода, и второй жидкой фракцией Ь1_2, обогащенной диоксидом углерода, соответственно, т.е. как показано на множестве первых теплообменников А1, А1_1, А1_2. Также предполагается, что используется только один теплообменник, и теплообмен происходит с любым из потоков. В показанном варианте осуществления второй первый теплообменник А1_2 может охлаждаться водой.
В контексте настоящего изобретения термин обедненный или истощенный означает поток, содержащий некоторое количество абсорбированного диоксида углерода, которое ниже, чем количество диоксида углерода, содержащееся в жидком абсорбенте Ь1, обогащенном диоксидом углерода. Таким образом, жидкие потоки абсорбента Ь2 и Ь2_2, обедненные диоксидом углерода, содержат менее 10 мол.% диоксида углерода, обычно менее 5 мол.% диоксида углерода. Предпочтительно регенерированный жидкий абсорбент Ь3 содержит менее 3 мол.% диоксида углерода. Как правило, соотношение содержания диоксида углерода в Ь1 по сравнению с Ь2_2 и Ь3 (Ь1:Ь2_2 и Ь1:Ь3) составляет 2:1 и 3:1 соответственно.
Газовые потоки 01_1 и 01_2 первой и второй фракций, содержащие диоксид углерода, смешивают во втором смесителе А16 с получением газового потока 01, содержащего диоксид углерода. Кроме того, предполагается, что потоки смешивают в теплообменнике, т.е. смеситель А16 может быть исключен. В одном варианте осуществления показано, что газ первой фракции 01_1, содержащий диоксид углерода, сжимают в третьей установке для повышения давления А15 с получением сжатого газа первой фракции 01_1', содержащего диоксид углерода, при давлении, обеспечивающем возможность смешивания с газовым потоком второй фракции 01_2, содержащим диоксид углерода. Сжатие до смешивания на этой стадии является эффективным, так как объем, подлежащий сжатию, меньше по сравнению с сжатием до даже более высокого давления с использованием второй установки для повышения давления А12.
Также предполагается, что газовый поток 01, содержащий диоксид углерода, может быть сжат (не показано) до стадии передачи тепла в теплообменнике А3.
Часть тепловой энергии, содержащейся в газовом потоке 01, содержащем диоксид углерода, передается теплоносителю Ь4, обеспечивая тем самым охлажденный газовый поток 03, содержащий диоксид углерода, и нагретый поток Ь4'.
Передачу тепла выполняют в теплообменнике А3. Предпочтительно, чтобы теплообмен происходил с помощью непосредственного контакта, когда теплоноситель Ь4 и газовый поток 01, содержащий диоксид углерода, находятся в физическом контакте друг с другом.
Путем использования непосредственного контакта теплообмен будет более эффективным и может достигать почти 100% в зависимости от размера и/или расхода соответствующих потоков, т.е. температура теплоносителя Ь4 и потока 03, содержащего диоксид углерода, будет приблизительно одинаковой. Кроме того, вода, конденсированная из газового потока 01, содержащего диоксид углерода, и вода, используемая в качестве добавочной воды, будет смешиваться и может быть использована для рециркуляции в первую отпарную колонну А2_1.
Из этого неизбежно следует, что температура теплоносителя Ь4 будет ниже, чем температура газового потока 01, содержащего диоксид углерода. В одном варианте осуществления температура газового потока 01, содержащего диоксид углерода, находится в диапазоне от 90 до 115°С, а температура теплоносителя Ь4 находится в диапазоне от 65 до 95°С.
Таким образом, в иллюстративном варианте осуществления теплообменник представляет собой смешивающий охладитель, и температура теплоносителя Ь4 составляет приблизительно 70°С, температура газового потока 01, содержащего диоксид углерода, как правило, составляет 102°С, отношение массовых расходов соответствующих потоков 01:Ь4 составляет приблизительно 1:9 (кг/ч)/(кг/ч), высота теплопередачи смешивающего охладителя составляет приблизительно 4 м и диаметр составляет приблизительно 0,7 м, когда насадочным материалом являются кольца Палля (нерегулярная насадка).
При этих относительных значениях полная передача тепла будет происходит таким образом, что температура нагретого теплоносителя будет приблизительно такой же, как температура газового потока 01, содержащего диоксид углерода, и охлажденный поток 03, содержащий диоксид углерода, будет иметь такую же температуру, как и теплоноситель Ь4. Предполагается, что температура, расходы и размеры могут варьироваться. В зависимости от выбора конкретного параметра специалист сможет определить остальные параметры, например, используя любую программу моделирования, пригодную для термодинамических расчетов, такие программы хорошо известны в данной области.
Таким образом, эта стадия обеспечивает извлечение тепловой энергии из газового потока 01, содержащего диоксид углерода, в теплоноситель Ь4. Охлаждение также приводит к конденсации водяного пара, присутствующего в газе, содержащем диоксид углерода, обеспечивая нагретый поток Ь4', содержащий конденсированный водяной пар из газового потока 01, содержащего диоксид углерода, а также теплоноситель Ь4, теперь нагретый.
Это охлаждение газового потока 01, содержащего диоксид углерода, обеспечивает образование во
- 8 032340 ды в процессе, которая подлежит дальнейшей обработке и рециркуляции на стадию отгонки в первую отпарную колонну в качестве отгоночной среды. В конкретных вариантах осуществления это также обеспечивает теплоноситель. Теплоноситель Ь4 может поступать извне, получен во время процедуры абсорбции, предшествующей способу согласно изобретению, или получен в результате комбинации указанного выше.
Затем описанный выше охлажденный поток 63, содержащий диоксид углерода, подвергают теплообмену и разделяют в первом сепараторе А5 с получением потока диоксида углерода 65 в качестве продукта и второго жидкого потока Ьб. Это дополнительное охлаждение охлажденного потока 63, содержащего диоксид углерода, обеспечивает удаление еще большего количества воды (жидкости) из газа диоксида углерода. На данном этапе поток диоксида углерода 65 в качестве продукта, газа, будет содержать менее 5 мол.% воды, когда температура и давление составляют приблизительно 45°С и приблизительно 1,3 бар абс соответственно. По желанию поток диоксида углерода 65 в качестве продукта может быть подвергнут конечной стадии очистки, такой как конденсация, дистилляция, адсорбция или их комбинация.
Теплообменник А3 в показанном варианте осуществления представляет собой смешивающий охладитель, который предпочтительно представляет собой теплообменник. Нагретый поток Ь4', полученный на стадии охлаждения, затем подвергают сбросу давления с получением потока Ь4 со сниженным давлением. Сброс давления предпочтительно осуществляют с помощью клапана, в частности редукционного клапана А8. Поток со сниженным давлением Ь4 представляет собой смесь газ/жидкость. Поток подвергают сбросу давления до давления ниже, чем давление нагретого потока Ь4', и предпочтительно до давления ниже атмосферного для получения смеси жидкость/газ, т.е. ниже 1 бар абс/1 атм. Как правило, давление снижают примерно до половины давления предыдущего потока, например от около 1,4 до около 0,7 бар абс и т.д.
Контур теплопередачи включен для обеспечения жидкого теплоносителя Ь5. Мгновенное разделение потока Ь4 со сниженным давлением обеспечивает жидкий поток Ь4' и регенерированную отгоночную среду 64. Жидкий поток Ь4' конденсированной воды дополнительно подвергают снижению давления во второй установке для понижения давления А13 для обеспечения второго потока Ь4 со сниженным давлением, при этом указанный поток представляет собой смесь газ/жидкость. Давление аналогично предпочтительно снижено наполовину, например до 0,4 бар абс (при этом снижение первого давления составило до 0,7 бар абс). Затем второй поток Ь4 со сниженным давлением разделяют в третьем сепараторе А10 с получением жидкого теплоносителя Ь5, состоящего, по существу, из воды, который рециркулируют и смешивают с добавочной водой для обеспечения теплоносителя Ь4.
Перед смешиванием давление теплоносителя Ь4 может быть увеличено до соответствующего давления отгоночной системы во второй отпарной колонне А2, которое обычно составляет примерно от 0,9 до 2,5 бар абс, предпочтительно 1,8 бар абс.
Разделение в третьем сепараторе А10 также обеспечивает второй газ (а) водяным паром. Этот поток повторно сжимают до рабочего давления установки мгновенного разделения А9 с получением сжатого второго газа (Ь), который поступает в установку мгновенного разделения А9, где он мгновенно испаряется с потоком Ь4, подвергнутым сбросу давления, что обеспечивает получение регенерированной отгоночной среды 64.
Таким образом, с помощью циркуляции количество пара, извлеченного из жидкой фазы, который подлежит использованию в качестве отгоночной среды, увеличивается простым образом и с минимальным подводом энергии.
В одном варианте осуществления любой или все из Ь4', Ь4, Ь4', Ь4, предпочтительно Ь4 и/или Ь4, нагревают с помощью источника тепла, предпочтительно источника тепла низкой стоимости. Подвод дополнительного тепла в любой из этих потоков будет обеспечивать повышенное давление пара этого конкретного потока и, таким образом, приведет к увеличению массового расхода 64. Тепло может быть взято из любого подходящего места в самом процессе или из внешнего источника тепла. Например, тепло может быть взято из второго жидкого абсорбента Ь2_2, обедненного кислым газом/диоксидом углерода, или потока регенерированного жидкого абсорбента Ь3 при помощи теплообменника А1_п (т.е. А1_3 и/или А1_2). В другом варианте тепло может быть взято из абсорбционной колонны А17, где теплота абсорбции может передаваться к любому из указанных выше потоков. Еще одним преимуществом является то, что температура в абсорбере является не слишком высокой. С помощью этих установочных параметров использование охлаждающей воды будет дополнительно снижено.
Регенерированную отгоночную среду 64, обеспеченную мгновенным разделением, затем повторно сжимают во второй установке для повышения давления А12, в результате чего образуется сжатая регенерированная отгоночная среда 64'. Вторая установка для повышения давления может функционировать в условиях вакуума, но рассматриваются приемлемые альтернативы. Сжатая регенерированная отгоночная среда 64' имеет температуру, которая, по существу, выше, чем температура регенерированной отгоночной среды 64. Тепло образуется в результате повторного сжатия. Сжатую регенерированную отгоночную среду 64' затем подают в первую отпарную колонну А2_1 в качестве отгоночной среды.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, потоки и элементы, как также показано на фиг. 1,
- 9 032340 являются одинаковыми. Таким образом, для одних и тех же потоков и компонентов подробное описание можно найти в соответствии с фиг. 1.
В показанном варианте осуществления регенерированная отгоночная среда 04 может быть обеспечена с помощью стадий, показанных на фиг. 1, или она может поступать напрямую из установки мгновенного разделения А9 с предварительным сжатием (не показано) или без предварительного сжатия.
Вторую жидкую фракцию Ь2_2, обедненную диоксидом углерода, и регенерированный поток жидкого абсорбента Ь3 возвращают в абсорбер А17 в качестве части или значительной части абсорбента, который поглощает кислые газы из сырьевого газа 00. Регенерированный жидкий абсорбент Ь3, который представляет собой чистую фракцию, охлаждают и подают в верхнюю часть абсорбционной колонны А17. Вторую жидкую фракцию Ь2_2, обедненную диоксидом углерода, подают в промежуточную часть абсорбционной колонны. Вторая жидкая фракция Ь2_2, обедненная диоксидом углерода, может содержать немного более высокое количество кислого газа/диоксида углерода, так как она была отогнана с использованием рециркулированной отгоночной среды. Подача в разные части колонны обеспечивает высокоэффективную абсорбцию кислого газа из сырьевого газа. Стадия абсорбции сама по себе обеспечивает получение умеренного жидкого абсорбента Ь0, обогащенного диоксидом углерода, который нагревают вместо регенерированного потока абсорбента Ь3 с получением жидкого абсорбента Ь1, обогащенного диоксидом углерода, который обрабатывают, как описано выше, и газа О0_1, обедненного диоксидом углерода, который удаляют, рециркулируют в исходный источник или снова абсорбируют.
Термин сокращение общего потребления энергии следует понимать в широком смысле. В соответствии с настоящим изобретением сокращение общего потребления энергии означает, что фактически поставляемая энергия уменьшается и/или количество извлеченной утилизируемой энергии увеличивается. Сокращенное потребление энергии можно рассматривать изолированно для соответствующего участка более крупного объекта. Тем не менее, сокращенное потребление энергии для такого участка, рассматриваемого изолированно, не должно обеспечиваться за счет увеличенного потребления энергии в вышерасположенных и/или нижерасположенных участках более крупного объекта.
Кроме того, внешняя тепловая энергия, необходимая в процессе, может быть заменена на электрическую энергию, которая в некоторых местах может быть предпочтительней, если, например, генерируется альтернативными источниками энергии, такими как сила ветра.
Потребленная энергия может быть, например, в форме электричества, пара высокого давления, пара низкого давления и/или горячей воды для целей нагрева. Таким образом, с учетом соответствующих изменений уменьшение количества по меньшей мере одной из этих форм энергии в участке более крупного объекта следует понимать как сокращение общего потребления энергии.

Claims (16)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ извлечения кислого газа из обогащенного кислым газом жидкого абсорбента (Б1). включающий следующие стадии:
    a) обеспечение жидкого абсорбента (Ь1), обогащенного кислым газом, содержащего абсорбированный в нем кислый газ;
    b) разделение жидкого абсорбента (Ь1), обогащенного кислым газом, на первую жидкую фракцию (Ь1_1), обогащенную кислым газом, и вторую жидкую фракцию (Ь1_2), обогащенную кислым газом;
    c) отделение кислого газа от первой фракции потока абсорбента (Ь1_1), обогащенного кислым газом, в первой отпарной колонне (А2_1), функционирующей при первом давлении (р1), с получением первого потока газа (С1_1), содержащего кислый газ, и первого потока жидкого абсорбента (Ь2_2), обедненного кислым газом;
    ά) отделение кислого газа от второй фракции потока абсорбента (Ь1_2), обогащенного кислым газом, во второй отпарной колонне (А2), функционирующей при втором давлении (р2), с использованием газообразной отгоночной среды (02) с получением второго потока газа (01_2), содержащего кислый газ, и второго потока жидкого абсорбента (Ь2), обедненного кислым газом;
    е) смешивание первого потока газа (01_1), содержащего кислый газ, и второго потока газа (01_2), содержащего кислый газ, с получением потока газа (01), содержащего кислый газ;
    ί) передача тепла от потока газа (01), содержащего кислый газ, к потоку теплоносителя (Ь4) с получением охлажденного потока (03), содержащего кислый газ, и нагретого потока (Ь4');
    д) разделение нагретого потока (Ь4') на регенерированную газообразную отгоночную среду (04) и жидкий теплоноситель (Ь5);
    11) подача регенерированной отгоночной среды (04) напрямую или опосредованно в первую отпарную колонну (А2_1), причем упомянутое первое давление (р1) в первой отпарной колонне (А2_1) ниже, чем упомянутое второе давление (р2) во второй отпарной колонне (А2).
  2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение потоков между первой фракцией потока абсорбента (Ь1_1), обогащенного кислым газом, и второй фракцией потока абсорбента (Ь1_2), обогащенного кислым газом, составляет от 1:1 до 1:4, предпочтительно от 1:2 до 1:3 в расчете на объем.
  3. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что первое давление составляет от 0,6 до 1,5 бар абс и
    - 10 032340 второе давление составляет от 0,9 до 2,5 бар абс, при этом предпочтительно первое давление составляет 0,9 бар абс и второе давление составляет 1,8 бар абс.
  4. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что жидкий теплоноситель (Ь5) используют в качестве по меньшей мере части теплоносителя (Ь4).
  5. 5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что абсорбент является водным.
  6. 6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что регенерированную отгоночную среду (С4) сжимают с получением сжатой регенерированной отгоночной среды (С41), которую поставляют напрямую в первую отпарную колонну (А2_1).
  7. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что передачу тепла на стадии ί) осуществляют путем приведения теплоносителя (Ь4) в прямой контакт с газовым потоком (01), содержащим диоксид углерода, с получением нагретого потока (Ь4').
  8. 8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первый газовый поток (С1_1), содержащий кислый газ, сжимают с получением сжатого первого газового потока (С1_1'), содержащего кислый газ.
  9. 9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что стадия д) подразделяется на следующие стадии:
    ί) сброс давления нагретого потока (Ь4') с получением потока (Ь4) со сниженным давлением;
    ίί) разделение потока (Ь4) со сниженным давлением путем мгновенного испарения в первой испарительной колонне (А9) с получением регенерированной отгоночной среды (04) и жидкого потока (Ь4');
    ш) дальнейший сброс давления жидкого потока (Ь4') с получением второго потока (Ь4) со сниженным давлением, которое ниже, чем давление жидкого потока (Ь4');
    ίν) разделение второго потока (Ь4) со сниженным давлением в третьем сепараторе (А10) с получением второго газа (а) и жидкого теплоносителя (Ь5);
    ν) повторное сжатие второго газа (а) с получением повторно сжатого второго газа (Ь);
    νί) подача повторно сжатого второго газа (Ь) в первую испарительную колонну (А9), которую он покидает в виде части регенерированной отгоночной среды (04).
  10. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что все последовательные стадии ί)-νί) повторяют предпочтительно 2, 3 или 4 раза.
  11. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что повторения осуществляют последовательно и/или параллельно.
  12. 12. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поток жидкого абсорбента (Ь2), обедненный кислым газом, нагревают для обеспечения нагретого газового/жидкого абсорбента (Ь2'), обедненного кислым газом, который отделяют для обеспечения газообразной отгоночной среды (02) и регенерированного потока жидкого абсорбента (Ь3).
  13. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что регенерированный поток жидкого абсорбента (Ь3) и второй поток жидкого абсорбента (Ь2_2), обедненный кислым газом, охлаждают и возвращают в абсорбционную колонну (А17).
  14. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что регенерированный поток жидкого абсорбента (Ь3) подают в верхнюю часть абсорбционной колонны (А17) и второй поток жидкого абсорбента (Ь2_2), обедненный кислым газом, подают в среднюю часть абсорбционной колонны (А17).
  15. 15. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий стадии необязательного нагрева охлажденного потока (03), содержащего кислый газ, разделения потока (03), содержащего кислый газ, полученного на стадии ί), необязательно предварительно нагретого, на поток кислого газа (05) в качестве продукта и второй жидкий поток (Ь6), необязательно возращения второго жидкого потока (Ь6) в отпарную колонну (А2).
  16. 16. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что кислый газ представляет собой диоксид углерода.
    - 11 032340
EA201791055A 2014-12-11 2015-12-10 Способ извлечения диоксида углерода из абсорбента с уменьшенной подачей отгоночного пара EA032340B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14197385.9A EP3031510B1 (en) 2014-12-11 2014-12-11 A method for the recovery of carbon dioxide from an absorbent with reduced supply of stripping steam
PCT/DK2015/050389 WO2016091267A1 (en) 2014-12-11 2015-12-10 A method for the recovery of carbon dioxide from an absorbent with reduced supply of stripping steam

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201791055A1 EA201791055A1 (ru) 2017-12-29
EA032340B1 true EA032340B1 (ru) 2019-05-31

Family

ID=52015990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201791055A EA032340B1 (ru) 2014-12-11 2015-12-10 Способ извлечения диоксида углерода из абсорбента с уменьшенной подачей отгоночного пара

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10315154B2 (ru)
EP (1) EP3031510B1 (ru)
CN (1) CN107278167B (ru)
DK (1) DK3031510T3 (ru)
EA (1) EA032340B1 (ru)
ES (1) ES2639370T3 (ru)
WO (1) WO2016091267A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA023639B1 (ru) * 2010-07-02 2016-06-30 Юнион Инджиниринг А/С Выделение диоксида углерода из процесса брожения при высоком давлении

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3962404A (en) * 1973-02-16 1976-06-08 Giuseppe Giammarco Process for regenerating absorbent solutions used for removing gaseous impurities from gaseous mixtures by stripping with steam
US4146569A (en) * 1976-07-13 1979-03-27 Giuseppe Giammarco Process for removing gaseous impurities from a gaseous mixture containing the same
WO2004005818A2 (en) * 2002-07-03 2004-01-15 Fluor Corporation Improved split flow process and apparatus

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2588195B1 (fr) * 1985-10-04 1987-12-11 Elf Aquitaine Procede et dispositif pour l'extraction selective de l'h2s d'un gaz en contenant
FR2588196B1 (fr) * 1985-10-04 1989-10-27 Elf Aquitaine Procede et dispositif pour l'extraction selective de l'h2s d'un gaz en contenant
NO333144B1 (no) 2006-11-24 2013-03-18 Aker Clean Carbon As Fremgangsmåte og regenerator for regenerering av absorbent som har absorbert CO2
US8268050B2 (en) * 2007-02-16 2012-09-18 Air Liquide Process & Construction, Inc. CO2 separation apparatus and process for oxy-combustion coal power plants
JP5665022B2 (ja) 2010-03-31 2015-02-04 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 二酸化炭素ガス回収装置
US9919259B2 (en) * 2010-07-09 2018-03-20 Carbon Capture Scientific, Llc Gas pressurized separation column and process to generate a high pressure product gas
FR2988167B1 (fr) * 2012-03-13 2018-06-15 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede et appareil de separation d'un melange contenant du dioxyde de carbone par distillation
KR101421611B1 (ko) * 2013-06-04 2014-07-22 한국전력기술 주식회사 감압 및 상 분리를 이용하여 현열 회수 효율을 개선한 이산화탄소 분리장치
WO2015089446A1 (en) * 2013-12-12 2015-06-18 Fluor Technologies Corporation Configurations and methods of flexible co2 removal
EP3097068A4 (en) * 2014-01-09 2017-08-16 Siluria Technologies, Inc. Oxidative coupling of methane implementations for olefin production
RU2017121192A (ru) * 2014-12-05 2019-01-10 КАРБОН КАПЧЭ САЕНТИФИК, ЭлЭлСи Способ отделения газообразного продукта от газовой смеси
EP3031511B1 (en) * 2014-12-11 2018-03-07 Union Engineering A/S Method for energy efficient recovery of carbon dioxide from an absorbent
US10543452B2 (en) * 2015-04-30 2020-01-28 Prosernat Removal of aromatic hydrocarbons from lean acid gas feed for sulfur recovery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3962404A (en) * 1973-02-16 1976-06-08 Giuseppe Giammarco Process for regenerating absorbent solutions used for removing gaseous impurities from gaseous mixtures by stripping with steam
US4146569A (en) * 1976-07-13 1979-03-27 Giuseppe Giammarco Process for removing gaseous impurities from a gaseous mixture containing the same
WO2004005818A2 (en) * 2002-07-03 2004-01-15 Fluor Corporation Improved split flow process and apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016091267A1 (en) 2016-06-16
US20170361267A1 (en) 2017-12-21
ES2639370T3 (es) 2017-10-26
EP3031510B1 (en) 2017-05-31
CN107278167B (zh) 2020-09-25
DK3031510T3 (en) 2017-09-18
CN107278167A (zh) 2017-10-20
EP3031510A1 (en) 2016-06-15
EA201791055A1 (ru) 2017-12-29
US10315154B2 (en) 2019-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10384160B2 (en) Configurations and methods of high pressure acid gas removal in the production of ultra-low sulfur gas
AU2009311516B2 (en) Reabsorber for ammonia stripper offgas
US8529854B2 (en) Removal of carbon dioxide from a feed gas
EP3229940B1 (en) Method for energy efficient recovery of carbon dioxide from an absorbent and a plant suitable for operating the method
US7481988B2 (en) Method for obtaining a high pressure acid gas stream by removal of the acid gases from a fluid stream
US20210220771A1 (en) Post-combustion co2 capture with heat recovery and integration
US7276153B2 (en) Method for neutralising a stream of hydrocarbon fluid
AU2013213252B2 (en) Ammonia capturing by CO2 product liquid in water wash liquid
CN107073388B (zh) 用于二氧化碳捕集的节能溶剂的再生方法
EP3386609B1 (en) Process and system for the purification of a gas
US11291946B2 (en) Method for distilling a gas stream containing oxygen
EA032340B1 (ru) Способ извлечения диоксида углерода из абсорбента с уменьшенной подачей отгоночного пара
EA020743B1 (ru) Способ извлечения диоксида углерода из газа с использованием нагреваемого технологическим газом ребойлера для извлечения диоксида углерода в отпарном аппарате
RU2799584C2 (ru) Улавливание co2 после сгорания с регенерацией и интеграцией тепла
US20210087123A1 (en) Method for limiting the concentration of oxygen contained in a biomethane stream