CN101637694A - 一种从含co2混合气中分离回收co2的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从含CO2混合气中分离回收CO2的方法，包括气体吸收工艺、四级闪蒸解吸工艺和N2气提吸收剂再生工艺组成的CO2分离流程；以及由正构或异构的丙醚、丁醚、戊醚、或任意两者的混合物构成的新型吸收剂。采用本发明的吸收剂和工艺方法，净化气的CO2含量可以达到0.4％以下，采出CO2的纯度可以达到96.5％以上，原料混合气的CO2回收率可以达到86％以上。本发明工艺方法操作压力通常为2.0MPa～4.0MPa，一般无需对原料气加压，可节省压缩功耗。本发明对采出气流进行冷量回收和余压动力回收，节省了CO2分离能耗，实现了低能耗气体净化和CO2液化捕集。

Description

一种从含CO2混合气中分离回收CO2的方法
技术领域：
本发明提出了一种从混合气中分离CO2的工艺方法。适于对含有CO2、CO、氢气和氮气等组分的混合气，进行CO2分离，以获得不含CO2的净化气，或获得液体CO2；或者同时满足。既是一种脱除CO2的混合气净化工艺方法，也是一种CO2捕集工艺方法。
背景技术：
与本发明相关的技术主要有：
1、CN 1218711A，1999，该发明采用正甲酰基吗啉和正乙酰基吗啉的混合物作为吸收剂，在操作压力为1MPa～15MPa的吸收器中，脱去CO2和硫化合物等酸性气体组分。该法用于从工业气体，特别是从天然气和粗合成气中除去CO2和硫化合物。
2、CN 1356158A，2002，该发明采用聚乙二醇二甲醚为吸收剂；吸收温度-5℃～40℃，吸收压力1.4MPa～6.0MPa。该法适用于以煤为原料，硫化物和CO2含量高的氨合成气、甲醇合成气、羰基合成气等气体净化工艺。
3、CN 1546206A，2004，该发明的主体吸收剂是聚乙二醇二甲醚，采用6MPa～8MPa的高吸收压力。该法特别适用于具有高压力的天然气、油田气、炼厂气、城市煤气的硫化物和CO2等酸性气体的脱除。
以上专利主要着眼于CO2的混合气净化，均需要较高的操作压力，混合气进入吸收塔之前需要进行加压操作，增加了分离CO2的能耗；另外，脱除CO2的净化气和闪蒸出的CO2气流都是直接离开工艺。
发明内容：
本发明提出了一种从混合气中分离CO2的工艺方法。采用高效吸收CO2的醚类物质为吸收剂，同时采用回收气流余压和冷量的能量集成流程工艺，以及利用回收能量液化CO2的工艺。
本发明提出的方法包括吸收工艺、解吸工艺、吸收剂再生工艺；其特征在于：在吸收工艺中，含CO2的原料气经冷却进入吸收塔底部，吸收剂进入吸收塔塔顶；吸收剂为醚类物质，在吸收塔内气液逆流接触，吸收CO2；净化气从吸收塔顶分出，经换热器回收冷量，经膨胀机回收动力后离开本工艺。
富CO2液流离开吸收塔塔底，进入解吸工艺。解吸工艺主要由四级闪蒸罐构成。从一级闪蒸罐闪蒸出的混合气经过压缩机加压，与含CO2的原料气混合再次进入吸收塔。一级闪蒸后的液体依次进入二级闪蒸罐、三级闪蒸罐和四级闪蒸罐。二级闪蒸罐、三级闪蒸罐和四级闪蒸罐闪蒸出的富CO2气流经膨胀机回收动力后，以气相采出；或经压缩机和冷凝器液化，以液相采出。
在吸收剂再生工艺，含有少量CO2的吸收剂液流离开四级闪蒸罐底，进入气提塔的顶部，N2从气提塔底部进入，再生吸收剂离开气提塔底部，经泵增压后循环使用。
本发明所述醚类物质的吸收剂为正构或异构的丙醚、丁醚、戊醚、或任意两者的混合物。优选正丁醚、异丙醚，或两者的混合物。
本发明的CO2分离工艺的压力、温度等操作参数，根据混合气的工艺条件及分离要求确定。如本发明应用于合成气，一般含有大部分的H2、CO2，还含有少量CO和N2等组分。例如，煤基合成气的CO2含量为35％～45％(本专利的组成表示均为摩尔分数)，压力为3.0MPa。此时吸收塔的操作条件为，压力2.0MPa～4.0MPa，塔顶温度为-20℃～-0℃，塔釜温度为0℃～20℃，液气摩尔比0.5～2.0。
本发明的效果：
1、本发明的吸收剂对CO2的溶解性优良。例如在0℃时，丁醚对CO2的溶解度比甲醇等吸收剂的溶解度高出一倍以上；另一方面，它与CO2易于分离(即易于解吸)。采用本发明的吸收剂和工艺方法，净化气的CO2含量可以达到0.4％以下，采出CO2的纯度可以达到96％以上，原料混合气的CO2回收率可以达到86％以上。
2、本发明工艺方法操作压力比较低，通常为2.0MPa～4.0MPa。无需对原料气加压，节省了压缩功耗。
3、本发明采用气流冷量回收和余压膨胀机动力回收、制冷等措施，节省了CO2分离能耗。例如对于整体煤气化联合循环的气体分离，可以实现低能耗燃气气体净化和CO2液化捕集。
附图说明：
图1为本发明实施例1的回收流程示意图。
图2为本发明实施例2的回收流程示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明的实施方案进一步说明。但是，本发明不限于所列出的实施例。还应包括对本发明所保护方案的其他任何公知的改变。
实施例1：本实施例是以丁醚为吸收剂的合成气CO2气体回收工艺。原料混合气为合成气，温度和压力分别为40℃和3MPa；主要含有CO2(42.69％)和H2，同时含有少量N2和CO。工艺流程如图1描述：
(1)吸收工艺：流量为48.46kmol/h的原料气经换热器I2和换热器II4冷却至10℃，进入吸收塔5的底部。在3MPa的操作压力下，流量为48.12kmol/h的吸收剂丁醚从吸收塔5的塔顶进入；从吸收塔5顶分出的净化气，经过换热器I2回收冷量；从吸收塔5塔底得到富CO2液流。
(2)解析工艺：富CO2液流经过换热器III7和冷却器6，降温后进入CO2一级闪蒸罐I8。冷却器6的冷量由低温冷源提供。一级闪蒸罐I8顶部闪蒸出的气流经压缩机3加压，与原料气混合后再次进入吸收塔5。一级闪蒸罐I8底部得到的富CO2液流依次进入二级闪蒸罐II9、三级闪蒸罐III10和四级闪蒸罐IV11。二级闪蒸罐II9顶部的CO2气流经过膨胀机III14回收动力后，与三级闪蒸罐III10顶部的CO2气流混合，再次经过膨胀机IV15回收动力，最后与四级闪蒸罐IV11顶部的CO2气流混合经换热器II4回收冷量后采出。四级闪蒸罐IV11底部的低温液流，经换热器III7回收冷量后进入气提塔12。
(3)吸收剂再生工艺：N2从气提塔的底部进入，与上部进入的液流逆流接触，带走CO2。从气提塔的底部得到99.5％的高纯吸收剂循环液经泵13加压后循环使用。吸收剂的循环损失率为0.016％。
本实施例的工艺物料平衡如表1所示。此工艺的净化气CO2含量为0.40％，采出CO2纯度为96.57％，CO2的回收率为87.67％。实现上述工艺目标，分离每kgCO2的冷量(约-15℃)消耗为36kJ，功量消耗为10kJ。
表1：实施例1工艺的物料平衡
Figure G2009100836934D00041
实施例2：本实施例是以异丙醚与丁醚的混合物(摩尔比1∶9)作为吸收剂的整体煤气化联合循环的燃气气体净化工艺，并进行燃烧前CO2捕集。原料混合气为合成气，温度和压力分别为40℃和3MPa；主要含有CO2(42.69％)和H2，同时含有少量N2和CO。工艺流程如图2描述：
(1)吸收工艺：流量为48.46kmol/h的原料气经换热器I2和换热器II4冷却至10℃，进入吸收塔5的底部。在3MPa的操作压力下，流量为39.34kmol/h吸收剂从吸收塔5的塔顶进入；从吸收塔5顶分出的净化气，经过换热器I2一次回收冷量，经膨胀机I14回收动力、制冷，再经换热器II4、换热器IV18再次回收冷量后采出；从吸收塔5塔底得到富CO2液流。
(2)解吸工艺：富CO2液流经过换热器III7和冷却器I6降温后进入CO2一级闪蒸罐I8。冷却器I6的冷量由低温冷源提供。一级闪蒸罐I8顶部闪蒸出的气流经压缩机I3加压，与原料气混合后再次进入吸收塔5。一级闪蒸罐I8底部得到的富CO2液流依次进入二级闪蒸罐II9、三级闪蒸罐III10和四级闪蒸罐IV11。四级闪蒸罐IV11顶部的CO2气流经压缩机II15增压，与三级闪蒸罐III10顶部的气流混合；再经压缩机III16增压，与二级闪蒸罐II9顶部的气流混合；最后经压缩机IV17增压，经换热器IV18、冷却器II19降温后，得到液态CO2采出。冷却冷凝器II19的冷量由低温冷源提供。四级闪蒸罐IV11底部的低温液流，经过换热器III7回收冷量后进入气提塔12。
(3)吸收剂再生工艺：N2从气提塔的底部进入，与上部进入的液流逆流接触，带走CO2。从气提塔的底部得到99.5％的高纯吸收剂循环液经泵13加压后循环使用。吸收剂的循环损失率为0.05％。
本实施例的工艺物料平衡表如表2所示。此工艺的采出CO2纯度为96.89％，CO2的回收率为71.75％。实现上述工艺目标，从混合气中分离每kgCO2并液化至-29℃和4MPa的状态，消耗-15℃冷量为74kJ，消耗-30℃冷量为506kJ；功量消耗为220kJ。
表2：实施例2工艺的物料平衡
Figure G2009100836934D00051

Claims (4)

1、一种从含CO2混合气中分离回收CO2的方法，包括吸收工艺、解吸工艺和吸收剂再生工艺；其特征在于：在吸收工艺中，含CO2的原料气经冷却进入吸收塔底部，吸收剂进入吸收塔塔顶；吸收剂为醚类物质，在吸收塔内气液逆流接触，吸收CO2；净化气从吸收塔顶分出，经换热器回收冷量，经膨胀机回收动力后采出；
富CO2液流离开吸收塔塔底，进入解吸工艺；解吸工艺包括四级闪蒸罐；从一级闪蒸罐闪蒸出的混合气经过压缩机加压，与含CO2的原料气混合再次进入吸收塔；一级闪蒸后的液体依次进入二级闪蒸罐、三级闪蒸罐和四级闪蒸罐；二级闪蒸罐、三级闪蒸罐和四级闪蒸罐闪蒸出的富CO2气流经膨胀机回收动力后，以气相采出；或经压缩机和冷凝器液化，以液相采出；
在吸收剂再生工艺，含有少量CO2的吸收剂液流离开四级闪蒸罐底，进入气提塔的顶部，N2从气提塔底部进入，再生吸收剂离开气提塔底部，经泵增压后循环使用。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的吸收剂为正构或异构的丙醚、丁醚、戊醚、或任意两者的混合物。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：吸收塔的操作条件为，压力2.0MPa～4.0MPa，塔顶温度为-20℃～-0℃，塔釜温度为0℃～20℃，液气摩尔比0.5～2.0。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：吸收工艺中设置了吸收塔塔顶净化气和原料气的换热器；解吸工艺中设置了四级闪蒸的液流和吸收塔塔底液流的换热器。
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