CN102489119A - 低温甲醇洗与co2捕集耦合方法 - Google Patents

低温甲醇洗与co2捕集耦合方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法。该方法依次包括气体吸收步骤、气体解吸步骤、甲醇再生步骤，富含CO2的尾气直接进入CO2捕集装置进行CO2捕集提纯；或将富含CO2的尾气进行部分冷量回收后输送至CO2捕集装置以进行CO2捕集提纯。应用本发明的低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法，使CO2尾气所含冷量得到充分有效利用，克服了现有技术中气体解吸装置排出的尾气要先将全部冷量传给其它气体，而进入CO2捕集装置进行CO2捕集提纯时又需要重新吸收更多冷量的缺点，从而减少整个CO2捕集中液化步骤所需冷量，不但缩短了工艺流程，提高了CO2捕集的效率，而且达到了节能的效果。

Description

低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法
技术领域
本发明涉及气体净化回收领域，具体而言，涉及一种低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法。
背景技术
化石能源的利用过程会排放出大量的温室气体CO2，这是导致全球气候变暖的主要因素之一。因此，减少CO2排放就成为了全球的共识。我国是以煤炭这种高碳化石燃料为主要能源的国家，煤炭的清洁高效低碳转化利用势在必行，而煤制油化工是最主要途径之一。如将CO2捕集及封存(Carbon Capture and Storage，简称CCS)技术、CO2的利用技术(Utilization)与现代煤制油化工结合起来，就将实现真正意义上的煤炭资源的低碳化利用。
要实现CO2的封存和利用，CO2捕集是最重要的环节之一。目前煤炭直接燃烧如发电或工业锅炉排放的烟气是最大的CO2排放源，但一般烟气中CO2含量只有4％-15％，且烟气中存在多种杂质，因此CO2的捕集成本很高。
在煤炭气化制合成气过程的酸性气体脱除工段，会排放一定数量的富含高浓度CO2的尾气，相对而言，这些高浓度CO2的捕集成本要低的多，因此可作为CO2捕集、利用与封存(CarbonCapture，Utilization and Storage简称CCUS)的重要碳源。
低温甲醇洗技术以其技术成熟、净化程度高、运行成本低等特点被广泛地用于现代煤制油化工过程除尘冷却后粗合成气的脱硫脱碳。通过合理设计，在低温甲醇洗工段，有约近一半的CO2可以以含CO2浓度大于98％的方式排放；其余部分排放尾气中CO2浓度大致为70％-90％，这部分尾气除了CO2外，主要包含N2以及少量H2、CO、硫化物、H2O及微量甲醇等。现有技术中，也有部分低温甲醇洗工艺因不设CO2产品塔，所以排放的所有CO2尾气中CO2含量均低于90％。然而，国内外CCUS经验分析表明，CO2封存和利用时需要的CO2浓度一般要大于95％，有的如食品级要大于99.9％，因此对那部分浓度低于90％的CO2，需要增加额外的工艺进行CO2捕集提纯。
目前，低温甲醇洗工艺大致包括粗合成气中H2S及CO2等酸性气体的吸收脱除、H2S及CO2的解吸、甲醇再生等阶段。如图1所示为现有技术中的一种典型的低温甲醇洗部分工艺与CO2捕集工艺的流程示意图，来自气化工段的除尘、除氨后的合成气先喷入少量甲醇再经第一换热器61’吸收冷量降温随后分离出所含的少量甲醇和水，合成气进入甲醇洗涤塔10’，通过与低温甲醇逆流接触依次脱除所含的H2S及CO2等酸性气体。净化气从塔顶排出经回收冷量后进入后续工段；吸收了CO2的甲醇经第二换热器62’吸收冷量降温及后续降压闪蒸后进入H2S浓缩塔20’，另一路吸收了H2S的甲醇经第三换热器63’吸收冷量降温及后续降压闪蒸后进入H2S浓缩塔20’。富含H2S的甲醇由塔底排出，经第四换热器64’加热升温后进入甲醇再生装置30’进行除硫脱水再生，再生后的甲醇循环使用。而由H2S浓缩塔20’顶部排放出高浓度CO2尾气经第二换热器62’及第一换热器61’释放全部冷量并吸热达到常温后依次进入气体压缩机40’、液化分离装置50’，最终得到CO2含量大于95％的气体并用于CO2封存或利用。
从上述工艺流程看，H2S浓缩塔20’排放的CO2尾气温度一般为-40℃左右，经过多次回收冷量后达到常温约20℃。如仅从低温甲醇洗过程考虑，无疑回收CO2尾气所含冷量是合理的；但如考虑后续CO2的捕集提浓，后续过程还需要再重新吸收冷量降低温度以使CO2液化，因此该工艺存在流程长，能源消耗多等缺点。
发明内容
本发明在提供一种低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法，以解决现有技术中低温甲醇洗与CO2捕集工艺流程长，能源消耗多的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法，依次包括如下步骤：气体吸收步骤，将除尘、除氨后的合成气降温并输送至气体吸收装置，使其与低温甲醇接触以脱除所含的酸性气体；气体解吸步骤，将脱除酸性气体后的低温甲醇输送至气体解吸装置，分离出富含CO2的尾气及富含H2S的低温甲醇；甲醇再生步骤，将富含H2S的低温甲醇输送至甲醇再生装置进行甲醇除硫脱水再生；将富含CO2的尾气输送至CO2捕集装置以进行CO2捕集提纯的步骤中，富含CO2的尾气直接输送至CO2捕集装置以进行CO2捕集提纯；或富含CO2的尾气进行部分冷量回收后输送至CO2捕集装置以进行CO2捕集提纯。
进一步地，气体解吸装置是H2S浓缩塔。
进一步地，富含CO2的尾气从H2S浓缩塔顶部的排气口排出后依次进入气体压缩机及CO2液化分离装置以进行CO2纯化浓缩。
进一步地，气体解吸装置包括CO2产品塔和H2S浓缩塔。
进一步地，来自气体吸收装置的富含CO2的低温甲醇经换热降温降压后进入CO2产品塔，来自气体吸收装置的富含H2S的低温甲醇经换热降温降压后进入H2S浓缩塔。
进一步地，从CO2产品塔排出的低温甲醇减压后进入H2S浓缩塔。
进一步地，富含CO2的尾气包括CO2产品塔尾气及H2S浓缩塔尾气，CO2产品塔尾气依次进入第一气体压缩机及CO2液化装置进行CO2液化浓缩，H2S浓缩塔尾气依次进入第二气体压缩机及CO2液化分离装置进行CO2纯化浓缩。
进一步地，控制富含CO2尾气的温度为-20～-50℃。
进一步地，气体压缩机将富含CO2的尾气加压至2.0～8.0MPa。
进一步地，气体吸收装置是吸收塔。
应用本发明的低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法，将富含CO2的尾气直接输送至CO2捕集装置以进行CO2捕集提纯；或将富含CO2的尾气进行部分冷量回收后输送至CO2捕集装置以进行CO2捕集提纯，使CO2尾气所含冷量得到充分有效利用，克服了现有技术中气体解吸装置排出的尾气要先将全部冷量传给其它气体，而进入CO2捕集装置进行CO2捕集提纯时又需要重新吸收更多冷量的缺点，从而减少整个CO2捕集中液化步骤所需冷量，不但缩短了工艺流程，提高了CO2捕集的效率，而且达到了节能的效果。
附图说明
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据现有技术的低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法的示意图；
图2示出了根据本发明实施例的低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法的示意图；
图3示出了根据本发明另一实施例的低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法的示意图；以及
图4示出了根据本发明再一实施例的低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
根据本发明的一种典型的实施方式，低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法，依次包括如下步骤：气体吸收步骤，将除尘、除氨后的合成气降温并输送至气体吸收装置，使其与低温甲醇接触以脱除所含的酸性气体；气体解吸步骤，将脱除酸性气体后的低温甲醇输送至气体解吸装置，分离出富含CO2的尾气及富含H2S的低温甲醇；甲醇再生步骤，将富含H2S的低温甲醇输送至甲醇再生装置进行甲醇再生；将富含CO2的尾气输送至CO2捕集装置以进行CO2捕集提纯的步骤中，富含CO2的尾气直接输送至CO2捕集装置以进行CO2捕集提纯；或富含CO2的尾气进行部分冷量回收后输送至CO2捕集装置以进行CO2捕集提纯。使CO2尾气所含冷量得到充分有效利用，克服了现有技术中气体解吸装置排出的尾气要先将全部冷量传给其它气体，而进入CO2捕集装置进行CO2捕集提纯时又需要重新吸收更多冷量的缺点，从而减少整个CO2捕集中液化步骤所需冷量，不但缩短了工艺流程，提高了CO2捕集的效率，而且达到了节能的效果。
根据本发明的一种典型的实施方式，气体解吸装置是H2S浓缩塔，在H2S浓缩塔通过降压膨胀及N2气提的作用将富含CO2及H2S的低温甲醇进行选择性解吸，分离出富含CO2的尾气及富含H2S的低温甲醇。优选地，富含CO2的尾气从H2S浓缩塔顶部排气口排出后依次进入气体压缩机及CO2液化分离装置进行CO2纯化浓缩。
根据本发明的一种典型的实施方式，气体解吸装置是H2S浓缩塔，在H2S浓缩塔通过降压膨胀及N2气提的作用将内富含CO2及H2S的低温甲醇进行选择性解吸，分离出富含CO2的尾气及富含H2S的低温甲醇。优选地，富含CO2的尾气从H2S浓缩塔顶部排气口排出后依次进入一级换热器、气体压缩机及CO2液化分离装置进行CO2纯化浓缩。
根据本发明的一种典型的实施方式，气体解吸装置包括CO2产品塔和H2S浓缩塔，来自气体吸收装置的富含CO2的低温甲醇经换热降温降压后进入CO2产品塔，来自气体吸收装置的富含H2S的低温甲醇经换热降温降压后进入H2S浓缩塔。其中，从气体吸收装置中部排出的富含CO2的低温甲醇大部分进入CO2产品塔降压解吸及加热，排出的尾气中CO2浓度＞98％，依次进入气体压缩机及CO2液化装置进行CO2液化即可获得高浓度CO2。从气体吸收装置底部排出的富含H2S的甲醇及CO2产品塔底部排出的低温甲醇进入H2S浓缩塔进一步降压解吸分离，顶部排出的富含CO2尾气依次进入气体压缩机及CO2液化分离装置进行CO2液化分离后获得高浓度CO2。优选地，从CO2产品塔排出的低温甲醇减压后进入H2S浓缩塔，而从吸收塔底部排出的富含H2S的甲醇经换热器吸收冷量及闪蒸后再减压进入H2S浓缩塔，从气体吸收装置中部排出的富含CO2的低温甲醇部分进入H2S浓缩塔顶部，在该塔将甲醇中的CO2解析出来，同时浓缩提高甲醇的H2S浓度，以提高后续H2S气体浓度。优选地，气体压缩机将富含CO2的尾气加压至2.0～8.0MPa，以利于CO2液化和输送。
根据本发明的一种典型的实施方式，气体吸收装置是吸收塔。
下面将结合实施例详细说明本发明的有益效果。
实施例1
采用本发明的低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法对来自气化工段的除尘、除氨后的合成气进行低温甲醇洗及CO2捕集提纯。如图2所示，低温甲醇洗与CO2捕集的耦合***包括低温甲醇洗装置和CO2捕集装置，低温甲醇洗装置包括依次连通的甲醇洗涤塔10、H2S浓缩塔20以及甲醇再生装置30，洗涤塔10、H2S浓缩塔20以及甲醇再生装置30的入口端分别设置有第一换热器61，第二换热器62和第三换热器63，第四换热器64。CO2捕集装置包括气体压缩机40及与之相连通的CO2液化分离装置50，H2S浓缩塔20的气体出口端与气体压缩机40的入口端相连通。
除尘、除氨后的合成气经第一换热器61吸收外部冷量降温除水，进入甲醇洗涤塔10，合成气通过与低温甲醇逆流接触脱除所含的H2S及CO2等酸性气体。净化气从塔顶排出经回收冷量后进入后续工段；吸收了CO2和H2S的甲醇分别经第二换热器62和第三换热器63吸收外部冷量降温及降压闪蒸后分别进入H2S浓缩塔20，在此甲醇膨胀气提解吸将CO2析出，同时浓缩H2S。富含H2S的甲醇由塔底排出，经第四换热器64换热升温后进入甲醇再生装置30进行除硫脱水再生，再生后的甲醇循环使用。而由H2S浓缩塔20顶部排放出温度为-20～-50℃的高浓度CO2尾气依次进入气体压缩机40升压至2.0～8.0MPa、液化分离装置50吸收少量冷量液化提纯，最终得到CO2含量大于95％的液体并用于CO2封存或利用。
实施例2
如图3所示，低温甲醇洗与CO2捕集的耦合***包括低温甲醇洗装置和CO2捕集装置，低温甲醇洗装置包括依次连通的洗涤塔10、CO2产品塔70、H2S浓缩塔20以及甲醇再生装置30，洗涤塔10、CO2产品塔70、H2S浓缩塔20以及甲醇再生装置30的入口端分别设置有第一换热器61，第二换热器62和第三换热器63，第四换热器64。CO2捕集装置包括第一CO2捕集装置和第二CO2捕集装置，其中第一CO2捕集装置包括第一气体压缩机41及与之相连通的CO2液化装置80，第一气体压缩机41与CO2产品塔70的气体出口端相连通；第二CO2捕集装置包括第二气体压缩机42及与之相连通的CO2液化分离装置50，第二气体压缩机42与H2S浓缩塔20的气体出口端相连通。
除尘、除氨后的合成气经第一换热器61吸收外部冷量降温除水，进入洗涤塔10，合成气通过与低温甲醇逆流接触脱除所含的H2S及CO2等酸性气体。净化气从塔顶排出经回收冷量后进入后续工段；从气体吸收装置中部排出的富含CO2的低温甲醇经第二换热器62吸收冷量降温及随后降压闪蒸后大部分进入CO2产品塔70降压解吸，少部分进入H2S浓缩塔20顶部，CO2产品塔70顶部排出高浓度CO2尾气。从气体吸收装置底部排出的富含H2S的甲醇经第三换热器63吸收冷量降温并随后降压闪蒸后及CO2产品塔底部排出的低温甲醇分别进入H2S浓缩塔20进一步降压解吸分离，富含H2S的甲醇由H2S浓缩塔20底部排出，经第四换热器64换热升温后进入甲醇再生装置30进行除硫脱水再生，再生后的甲醇循环使用。由CO2产品塔70顶部排放出温度为-20～-50℃的高浓度CO2尾气进入第一CO2捕集装置，即依次通过第一气体压缩机41升压至2.0～8.0MPa及与之相连通的吸收少量冷量的液化装置80。因为来自CO2产品塔70的尾气CO2浓度＞98％，则经压缩后再液化即可获得高浓度CO2液体，而不需进行分离。而由H2S浓缩塔20顶部排放出温度为-20～-50℃的高浓度CO2尾气进入第二CO2捕集装置，即依次进入气体压缩机40升压至2.0～8.0MPa及液化分离装置50吸收少量冷量液化提纯，最终得到CO2含量大于95％的液体并用于CO2封存或利用。
实施例3
采用本发明的低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法对来自气化工段的除尘、除氨后的合成气进行低温甲醇洗及CO2捕集提纯。如图4所示，低温甲醇洗与CO2捕集的耦合***包括低温甲醇洗装置和CO2捕集装置，低温甲醇洗装置包括依次连通的甲醇洗涤塔10、H2S浓缩塔20以及甲醇再生装置30，洗涤塔10、H2S浓缩塔20以及甲醇再生装置30的入口端分别设置有第一换热器61、第二换热器62、第三换热器63和第四换热器64。CO2捕集装置包括气体压缩机40及与之相连通的CO2液化分离装置50，H2S浓缩塔20的气体出口端与气体压缩机40的入口端相连通。
除尘、除氨后的合成气经第一换热器61吸收外部冷量降温除水，进入甲醇洗涤塔10，合成气通过与低温甲醇逆流接触脱除所含的H2S及CO2等酸性气体。净化气从塔顶排出经回收冷量后进入后续工段；吸收了CO2和H2S的甲醇分别经第二换热器62和第三换热器63吸收外部冷量降温及降压闪蒸后分别进入H2S浓缩塔20，在此甲醇膨胀气提解吸将CO2析出，同时浓缩H2S。富含H2S的甲醇由塔底排出，经第四换热器64换热升温后进入甲醇再生装置30进行除硫脱水再生，再生后的甲醇循环使用。而由H2S浓缩塔20顶部排放出温度为-40～-50℃的高浓度CO2尾气先进入第二换热器62将温度提高至约-20℃，然后依次进入气体压缩机40升压至2.0～8.0MPa、液化分离装置50吸收一些冷量液化提纯，最终得到CO2含量大于95％的液体并用于CO2封存或利用。
该实施例与例1相比，由于进入压缩机的CO2温度有所提高，可相对降低设备投资。
综上，本发明的低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法，具有以下优点：
(1)利用低温甲醇洗单元排放出的CO2所含冷量，从而减少后续CO2液化所需冷量，达到整个***节能的目的；
(2)由于富含CO2的尾气从气体解吸装置排出后直接进入CO2捕集装置进行CO2捕集，使CO2尾气所含冷量得到充分有效利用，克服了现有技术中气体解吸装置排出的尾气要先将全部冷量传给其它气体，而进入CO2捕集装置进行CO2捕集提纯时又需要重新吸收更多冷量的缺点，从而减少整个CO2捕集中液化步骤所需冷量，工艺更加优化和紧凑，节约占地和降低投资；
(3)工艺规模调节灵活。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温甲醇洗与CO2捕集耦合方法，依次包括如下步骤：
气体吸收步骤，将除尘、除氨后的合成气降温并输送至气体吸收装置，使其与低温甲醇接触以脱除所含的酸性气体；
气体解吸步骤，将脱除酸性气体后的所述低温甲醇输送至气体解吸装置，分离出富含CO2的尾气及富含H2S的低温甲醇；
甲醇再生步骤，将所述富含H2S的低温甲醇输送至甲醇再生装置进行甲醇再生；
其特征在于，将所述富含CO2的尾气输送至CO2捕集装置以进行CO2捕集提纯的步骤中，所述富含CO2的尾气直接输送至CO2捕集装置，或所述富含CO2的尾气进行部分冷量回收后输送至CO2捕集装置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体解吸装置是H2S浓缩塔(20)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述富含CO2的尾气从所述H2S浓缩塔(20)顶部的排气口排出后依次进入气体压缩机(40)及CO2液化分离装置(50)以进行CO2纯化浓缩。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体解吸装置包括CO2产品塔(70)和H2S浓缩塔(20)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，来自所述气体吸收装置的富含CO2的低温甲醇经换热降温降压后进入所述CO2产品塔(70)，来自所述气体吸收装置的富含H2S的低温甲醇经换热降温降压后进入所述H2S浓缩塔(20)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，从所述CO2产品塔(70)排出的低温甲醇减压后进入所述H2S浓缩塔(20)。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述富含CO2的尾气包括CO2产品塔尾气及H2S浓缩塔尾气，所述CO2产品塔尾气依次进入第一气体压缩机(41)及CO2液化装置(80)进行CO2液化浓缩，所述H2S浓缩塔尾气依次进入第二气体压缩机(42)及CO2液化分离装置(50)进行CO2纯化浓缩。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述富含CO2尾气的温度为-20～-50℃。
9.根据权利要求3或7所述的方法，其特征在于，所述气体压缩机将所述富含CO2的尾气加压至2.0～8.0MPa。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体吸收装置是吸收塔(10)。
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