低温甲醇洗过程中高压回收二氧化碳的方法及装置与流程

本发明涉及一种低温甲醇洗过程中高压回收二氧化碳的方法及装置，属于气体分离技术领域。

背景技术：

二氧化碳是空气中常见的温室气体，是一种气态化合物，密度比空气大，略溶于水，与水反应生成碳酸。

二氧化碳被广泛用于化工、机械、食品、农业、烟草等行业，由于二氧化碳是温室气体，将二氧化碳从气源地输送至合理的位置进行封存，能够减少碳排放，同时强化石油、页岩气等的采收率。因此，二氧化碳在工业上具有很高的应用价值，目前在二氧化碳的生产中，得到的往往都是压力低、杂质成分复杂的二氧化碳。在氨合成、甲醇合成、羰基合成、制氢、天然气等工业领域，往往使用吸收解吸方法脱除二氧化碳以满足后序工艺要求，同时得到压力极低的二氧化碳，再通过压缩机加压的方式得到高压二氧化碳，送往下游装置利用或液化后输送至下游用户，低压二氧化碳压缩过程所需设备体积庞大，压缩功高，动力消耗大。同时，工厂通常会存在大量的40~140℃左右物料需要用循环水冷却，造成能量的浪费。

低温甲醇洗工艺是利用低温甲醇将原料气中的h2s、co2等气体脱除，由于甲醇在低温下对二氧化碳的吸收容量大，可以得到净化程度高的气体产品，在氨合成、甲醇合成、城市煤气、工业制氢等多个领域均有广泛的应用，特别是以煤为原料的煤化工领域中应用广泛。目前的低温甲醇洗工艺中通常使二氧化碳在低压下解吸，再通过压缩机获得高压二氧化碳，消耗大量电能和循环冷却水，设备投资大。利用工厂低温余热升温强化和惰性气体气提使二氧化碳在高压下解吸，二氧化碳在高压下解吸可节约后续二氧化碳所需的压缩动力，减少设备尺寸，但是目前二氧化碳高压解吸回收的工艺主要适用于常温或高温吸收的系统，如用甲基二乙醇胺水溶液等胺液来吸收原料气体中的二氧化碳，工作容量低，循环量大，如果在上述工艺中采用甲醇作为吸收剂，所需甲醇循环量大，解吸塔顶解吸气会带走大量的甲醇，甲醇损失量大，半贫液和贫液冷却需要大量的深冷冷源，能耗非常高；而且上述方法未考虑原料含硫的情况，不适合于含硫原料气的处理。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种新的低温甲醇洗过程中高压回收二氧化碳的方法及装置。该方法及装置通过甲醇吸收原料气体中的硫化氢和二氧化碳，能够解吸出高压二氧化碳。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种低温甲醇洗过程中高压回收二氧化碳的方法，包括以下步骤：

吸收塔通过贫液吸收原料气中的二氧化碳得第一富液，吸收塔通过第一富液吸收原料气中的硫化氢得第一含硫富液；

将第一富液依次进行两次不同压力的二氧化碳解吸；以及

将第一含硫富液进行硫化氢浓缩解吸和甲醇再生与回收。

作为优选，将第一富液依次进行两次不同压力的二氧化碳解吸的具体步骤为：

吸收塔中的部分第一富液进入到高压解吸塔进行第一次解吸二氧化碳，将解吸出的二氧化碳气体引入到洗涤塔脱去甲醇后得二氧化碳，同时得解吸后的第二富液；第二富液一部分用于硫化氢浓缩解吸；另一部分第二富液冷却后引入到低压解吸塔进行第二次解吸二氧化碳，同时得解吸后的贫液，贫液返回到吸收塔进行循环利用。

作为优选，将第一含硫富液进行硫化氢浓缩解吸和甲醇再生与回收的具体步骤为：

将吸收塔塔底的第一含硫富液引入到闪蒸塔内得闪蒸气体，闪蒸后液体进入浓缩塔进一步解吸二氧化碳得解吸气，用冷却降压后的第二富液吸收闪蒸气体和浓缩塔得到的解吸气中的硫化氢；浓缩塔上段吸收液返回到闪蒸塔吸收硫化氢；浓缩塔下段吸收液进入再生塔进行二氧化碳和硫化氢的气提；再生塔中的部分釜液进入甲醇水分离塔进行甲醇回收，回收的甲醇返回再生塔。

作为优选，高压解吸塔在加热和惰性气体气提的共同作用下解吸出二氧化碳。

作为优选，高压解吸塔的解吸压力为0.5mpa(a)～10mpa(a)，高压解吸塔的出口温度为-10～140℃，惰性气体气提量与高压解吸二氧化碳的比例为0.001～0.3，气提气进入高压解吸塔的温度为-10～140℃。

作为优选，低压解吸塔的解吸压力为0.01mpa(a)～0.3mpa(a)，惰性气体气提量与解吸二氧化碳的比例为0.001～0.42，第二富液进入低压解吸塔的温度为-55℃~0℃，气提气进入低压解吸塔的温度为-55~0℃。

作为优选，闪蒸塔的塔釜液进入浓缩塔后在0.01mpa(a)～0.3mpa(a)的压力下进行解吸二氧化碳。

一种低温甲醇洗过程中高压回收二氧化碳的装置，包括吸收塔、高压解吸塔、洗涤塔、低压解吸塔、闪蒸塔、浓缩塔、再生塔以及甲醇水分离塔；

吸收塔包括脱硫段、中段以及脱碳段，中段上设置有冷却器，吸收塔分别与高压解吸塔、洗涤塔、低压解吸塔、闪蒸塔、再生塔以及甲醇水分离塔连通；

高压解吸塔还分别与低压解吸塔、洗涤塔连通；

低压解吸塔还分别与闪蒸塔、浓缩塔连通；

闪蒸塔还与浓缩塔连通；

浓缩塔还与再生塔连通；

再生塔还与甲醇水分离塔连通；

吸收塔设置有原料气体管道，原料气体管道上设置有气液分离罐ⅰ，再生塔的上部设置有气液分离罐ⅱ，气液分离罐ⅱ通过气液分离罐ⅲ与浓缩塔连通，还包括设置在吸收塔、高压解吸塔、洗涤塔、低压解吸塔、闪蒸塔、浓缩塔、再生塔以及甲醇水分离塔上均设置有换热器。

作为优选，甲醇水分离塔的上部设置有冷凝器，冷凝器用于与高压解吸塔进行热量耦合。

本发明的有益效果是：

（1）本发明使用甲醇同步脱除原料气体中的硫化氢和二氧化碳并获得高压二氧化碳，可广泛应用于脱硫和脱碳场合，本发明采用低温甲醇洗工艺，由于甲醇在低温下对硫化氢和二氧化碳的吸收容量大，循环量小，可以得到净化程度高的脱硫、脱碳气体，可利用工厂余热得到高压二氧化碳，节省大量动力费用。

（2）本发明采用冷却后的第一富液吸收硫化氢，增加了可用于高压解吸二氧化碳无硫富甲醇的量，提高了高压二氧化碳的收率。

（3）本发明对高压解吸的二氧化碳进行了甲醇回收，解决了高压解吸塔在解吸二氧化碳时带走大量甲醇的问题，大大减小了甲醇的损失。

（4）本发明在低温甲醇洗过程中进行二氧化碳高压解吸，吸收和高压解吸温差大，升压高，在一些应用场合不需复杂、昂贵压缩机，或大幅减少压缩机级数、占地和投资。

（5）本发明的方法与mdea等可实现二氧化碳高压解吸的脱碳溶剂相比，本发明使用的甲醇性质稳定，廉价易得，溶剂投资成本低。

附图说明

图1是本发明低温甲醇洗过程中高压回收二氧化碳的装置实施例一的结构及方法流程图。

图2是本发明低温甲醇洗过程中高压回收二氧化碳的装置实施例二的结构及方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

以165万吨/年甲醇装置为例，年操作时间为8000h，煤经过气化、变换、脱氨后进入低温甲醇洗工段，压力为3.14mpa(a)，净化工段原料气处理量为776720nm3/h，原料气体主要组分浓度为氢气为45.9%，一氧化碳20.4%，二氧化碳为32.9%，氮气为0.3%，水为0.3%，硫化氢为0.2%。

如图1所示，一种低温甲醇洗过程中高压回收二氧化碳的方法，包括以下步骤：吸收塔通过贫液吸收原料气中的二氧化碳得第一富液，吸收塔通过第一富液吸收原料气中的硫化氢得第一含硫富液；将第一富液依次进行两次不同压力的二氧化碳解吸；以及将第一含硫富液进行硫化氢浓缩解吸和甲醇再生与回收。还公开了一种低温甲醇洗过程中高压回收二氧化碳的装置，包括吸收塔1、高压解吸塔2、洗涤塔4、低压解吸塔3、闪蒸塔5、浓缩塔6、再生塔7以及甲醇水分离塔8；吸收塔1包括脱硫段、脱碳段，脱碳段的中段上设置有冷却器9，吸收塔1分别与高压解吸塔2、洗涤塔4、低压解吸塔3、闪蒸塔5、再生塔7以及甲醇水分离塔8连通；高压解吸塔2还分别与低压解吸塔3、洗涤塔4连通；低压解吸塔3还分别与闪蒸塔5、浓缩塔6连通；闪蒸塔5还与浓缩塔6连通；浓缩塔6还与再生塔7连通；再生塔7还与甲醇水分离塔8连通；吸收塔1设置有原料气体管道，原料气体管道上设置有气液分离罐ⅰ21，再生塔的上部设置有气液分离罐ⅱ22，气液分离罐ⅱ22通过气液分离罐ⅲ23与浓缩塔6连通，吸收塔1、高压解吸塔2、洗涤塔4、低压解吸塔3、闪蒸塔5、浓缩塔6、再生塔7以及甲醇水分离塔8上均设置有换热器10，塔与塔之间的连通管道上也设置有换热器10，根据需要，连通管道上还设置有多个泵11。

继续参见图1，吸收塔通过贫液吸收原料气中的二氧化碳得第一富液，吸收塔通过所述第一富液吸收原料气中的硫化氢得第一含硫富液的具体步骤为：脱氨后的原料气101喷甲醇除水、冷却后进入气液分离罐ⅰ21得气相102，气相102进入吸收塔1，吸收塔1包括上下设置的脱碳段和脱硫段，脱硫段位于脱碳段的下方，在脱碳段的上部通入贫液，该贫液包括-45℃的精贫液105和-46℃的半贫液106，贫液吸收二氧化碳后得第一富液，吸收塔1脱碳段得到的第一富液一部分进入脱硫段吸收原料气中的硫化氢，吸收原料气中的硫化氢之后得第一含硫富液，脱碳段其余部分的第一富液进入高压解吸塔2。吸收塔1的中段设置有冷却器9，该冷却器9是为了增加吸收效果，经过脱硫脱碳之后，吸收塔1在脱硫脱碳后得到的净化气104达到甲醇合成要求后排出。

继续参见图1，将所述第一富液依次进行两次不同压力的二氧化碳解吸的具体步骤为：首先是高压解吸，吸收塔1脱碳段底部的部分第一富液用作脱硫段的吸收液，其余部分的第一富液升压换热后在高压解吸塔2中通过加热、氮气气提的方式使二氧化碳在5.8mpa(a)压力下进行解吸，解吸气冷却后进入洗涤塔4并在洗涤塔4中用水将解吸气中的甲醇吸收下来，得到5.8mpa(a)的高压二氧化碳72500nm³/h，该高压二氧化碳可用于煤气化装置的粉煤气化炉载气；然后进行低压解吸，高压解吸塔2解吸后得到第二富液，第二富液冷却至-30℃后，一部分用于硫化氢浓缩，另一部分第二富液114作为低压解吸塔3的进料在0.13mpa(a)压力下进行解吸，得到0.13mpa(a)的二氧化碳，同时，塔底用低压氮气进行气提，得到-48℃的半贫液，得到的半贫液106经泵加压后返回吸收塔1作为吸收液继续使用。

继续参见图1，将所述第一含硫富液进行硫化氢浓缩解吸和甲醇再生与回收的具体步骤为：吸收塔1脱硫段第一含硫富液冷却至-33℃后进入闪蒸塔5，将其中的二氧化碳闪蒸出来，闪蒸后得到闪蒸气体，闪蒸气体中含有少量的硫化氢，闪蒸气体中的硫化氢用用冷却降压后的第二富液115吸收。闪蒸塔5内闪蒸后的液体则进入浓缩塔6的下段，在0.13mpa(a)压力下进一步将二氧化碳解吸，浓缩塔6用低压氮气122气提，解吸气中的硫化氢用闪蒸塔5上段液体120和用冷却降压后的第二富液116进行吸收，闪蒸塔5的塔顶尾气119和浓缩塔6的塔顶尾气123中的硫化氢含量均低于环保标准规定值。浓缩塔6的上段吸收液124冷量利用后返回闪蒸塔5吸收硫化氢。浓缩塔6的下段釜液125冷量利用后进入再生塔7，将二氧化碳和硫化氢通过再生塔7内的塔釜再沸器气提出来，再生塔7的塔顶气体通过冷却回收甲醇后硫化氢的浓度为29.9%，将再生塔7的塔顶气体送至硫回收工段回收硫化氢，塔釜液大部分作为精贫甲醇105加压、冷却、换热至-45℃后返回到吸收塔1，其余釜液进入甲醇水分离塔8与原料气除水甲醇、洗涤塔釜含醇水在甲醇水分离塔8回收甲醇，回收的甲醇返回再生塔7，甲醇水分离塔8的塔釜污水则至污水处理厂。

实施例二：

以50万吨/年合成氨装置为例，年操作时间为8000h，经过煤气化、变换、脱氨后进入低温甲醇洗装置原料气处理量为245000nm3/h，压力为5.87mpa(a)。高压回收二氧化碳的方法如图2所示。原料气101主要组分浓度为氢气为54.2%，一氧化碳为1.0%，二氧化碳为43.7%，氮气为0.3%，硫化氢为0.5%，氩气为0.09%，甲烷为0.02%，水为0.19%。

如图2所示，一种低温甲醇洗过程中高压回收二氧化碳的方法，包括以下步骤：吸收塔通过贫液吸收原料气中的二氧化碳得第一富液，吸收塔通过第一富液吸收原料气中的硫化氢得第一含硫富液；将第一富液依次进行两次不同压力的二氧化碳解吸；以及将第一含硫富液进行硫化氢浓缩解吸和甲醇再生与回收。还公开了一种低温甲醇洗过程中高压回收二氧化碳的装置，包括吸收塔1、高压解吸塔2、洗涤塔4、低压解吸塔3、闪蒸塔5、浓缩塔6、再生塔7以及甲醇水分离塔8；吸收塔1包括脱硫段、脱碳段，脱碳段的中段上设置有冷却器，吸收塔1分别与高压解吸塔2、洗涤塔4、低压解吸塔3、闪蒸塔5、再生塔7以及甲醇水分离塔8连通；高压解吸塔2还分别与低压解吸塔3、洗涤塔4连通；低压解吸塔3还分别与闪蒸塔5、浓缩塔6连通；闪蒸塔5还与浓缩塔6连通；浓缩塔6还与再生塔7连通；再生塔7还与甲醇水分离塔8连通；吸收塔1设置有原料气体管道，原料气体管道上设置有气液分离罐ⅰ21，再生塔7的上部设置有气液分离罐ⅱ22，气液分离罐ⅱ22通过气液分离罐ⅲ23与浓缩塔6连通，吸收塔1、高压解吸塔2、洗涤塔4、低压解吸塔3、闪蒸塔5、浓缩塔6、再生塔7以及甲醇水分离塔8上均设置有换热器10，塔与塔之间的连通管道上也设置有换热器10，根据需要，连通管道上还设置有多个泵11。本实施例中，甲醇水分离塔8的上部设置有冷凝器91，冷凝器91用于与所述高压解吸塔2进行热量耦合。

继续参见图2，吸收塔通过贫液吸收原料气中的二氧化碳得第一富液，吸收塔通过所述第一富液吸收原料气中的硫化氢得第一含硫富液的具体步骤为：脱氨后的原料气101喷甲醇除水、冷却后进入气液分离罐ⅰ21得气相102，气相102进入吸收塔1，吸收塔1包括上下设置的脱碳段和脱硫段，脱硫段位于脱碳段的下方，在脱碳段的上部通入贫液，该贫液包括-62℃的精贫液105和-65℃的半贫液106，贫液吸收二氧化碳后得第一富液，吸收塔1脱碳段得到的第一富液一部分进入脱硫段作为吸收液吸收原料气中的硫化氢，第一富液吸收原料气中的硫化氢之后得第一含硫富液，脱碳段其余部分的第一富液进入高压解吸塔2。吸收塔1的中段设置有冷却器9，该冷却器9可以增加吸收效果，经过脱硫脱碳之后，吸收塔1在脱硫脱碳后得到的净化气104达到甲醇合成要求后排出。

继续参见图2，将所述第一富液依次进行两次不同压力的二氧化碳解吸的具体步骤为：首先是高压解吸，吸收塔1脱碳段底部的部分第一富液用作脱硫段的吸收液，其余部分第一富液升压换热后在高压解吸塔2中通过换热器9和加热器38使二氧化碳在5.5mpa(a)的压力下进行解吸，解吸气冷却至40℃后在洗涤塔4中用水将其中甲醇吸收下来，得到的5.5mpa(a)高压二氧化碳91.7t/h，得到的高压二氧化碳可直接送往尿素工段压缩，也可以液化后用泵升压至尿素工段所需压力；然后进行低压解吸，高压解吸塔2解吸后得到第二富液，第二富液冷却至-40℃后，一部分用于硫化氢浓缩，另一部分第二富液114作为低压解吸塔3的进料在0.13mpa(a)压力下进行解吸，塔底用低压氮气进行气提，得到-65℃的半贫液，得到的半贫液106经泵加压后返回吸收塔1作为吸收液继续使用。

继续参见图2，将所述第一含硫富液进行硫化氢浓缩解吸和甲醇再生与回收的具体步骤为：吸收塔1脱硫段第一含硫富液冷却至-33℃后进入闪蒸塔5，将其中的二氧化碳闪蒸出来，闪蒸气体中含有少量的硫化氢，闪蒸气体中的硫化氢用用冷却降压后的第二富液115吸收，闪蒸塔5内闪蒸后的液体则进入浓缩塔6的下段，在0.13mpa(a)压力下进一步将二氧化碳解吸，浓缩塔6用低压氮气122气提，解吸气中的硫化氢用闪蒸塔5上段液体120和用冷却降压后的第二富液116进行吸收，闪蒸塔5的塔顶尾气119和浓缩塔6的塔顶尾气123中的硫化氢含量均低于环保标准规定值。浓缩塔6的上段吸收液124冷量利用后返回闪蒸塔5吸收硫化氢。浓缩塔6的下段釜液125冷量利用后进入再生塔7，将二氧化碳和硫化氢通过再生塔7内的塔釜再沸器气提出来，再生塔7的塔顶气体通过冷却回收甲醇后硫化氢的浓度为29.9%，将再生塔7的塔顶气体送至硫回收工段回收硫化氢，塔釜液大部分作为精贫甲醇105加压、冷却、换热至-45℃后返回到吸收塔1，其余釜液进入甲醇水分离塔8与原料气除水甲醇、洗涤塔釜含醇水在甲醇水分离塔8回收甲醇，甲醇水分离塔8的上部设置有冷凝器91，冷凝器91用于与高压解吸塔2进行热量耦合。冷凝的甲醇一部分作为回流，未冷凝的气相和一部分液相甲醇返回再生塔7，甲醇水分离塔8的塔釜污水则至污水处理厂。

本发明使用甲醇同步脱除原料气体中的硫化氢和二氧化碳并获得高压二氧化碳，可广泛应用于脱硫和脱碳场合，本发明采用低温甲醇洗工艺，由于甲醇在低温下对硫化氢和二氧化碳的吸收容量大，循环量小，可以得到净化程度高的脱硫、脱碳气体，可利用工厂余热得到高压二氧化碳，节省大量动力费用。本发明采用冷却后的第一富液吸收硫化氢，增加了可用于高压解吸二氧化碳无硫富甲醇的量，提高了高压二氧化碳的收率。本发明对高压解吸的二氧化碳进行了甲醇回收，解决了高压解吸塔在解吸二氧化碳时带走大量甲醇的问题，大大减小了甲醇的损失。本发明在低温甲醇洗过程中进行二氧化碳高压解吸，吸收和高压解吸温差大，升压高，在一些应用场合不需复杂、昂贵压缩机，或大幅减少压缩机级数、占地和投资。

本发明的方法与mdea等可实现二氧化碳高压解吸的脱碳溶剂相比，本发明使用的甲醇性质稳定，廉价易得，溶剂投资成本低。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。