CN117619110A - 一种用于天然气净化的烟气脱碳***及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于天然气净化的烟气脱碳***及工艺，包括天然气脱硫单元、硫磺回收单元、尾气处理单元、酸气提浓单元；尾气处理单元包括尾气加氢反应器、尾气吸收塔、尾气再生塔；酸气提浓单元包括酸气吸收塔、酸气再生塔；尾气吸收塔利用全脱型溶剂对尾气中的二氧化碳和少量硫化物进行脱除，然后富液再生得到高碳硫比酸气气流；酸气吸收塔利用选吸型脱硫溶剂脱除高碳硫比酸气的硫化氢，得到高浓度二氧化碳气流。本发明利用原有的尾气处理单元，对吸收塔改造后采用全脱型溶剂脱除硫磺回收尾气中的二氧化碳和少量硫化氢，再生得到小流量的高碳硫比酸气，再利用酸气提浓装置对酸气进行选吸后得到高浓度的二氧化碳气流，完成脱碳处理和高效碳捕集。
Description
技术领域
本发明涉及天然气净化技术领域，具体而言，涉及一种用于天然气净化的烟气脱碳***及工艺。
背景技术
醇胺法是目前燃烧后烟气碳捕集的主流技术，其中脱碳装置主要由吸收单元，再生单元、换热单元几部分组成，常规的工艺流程如下：烟气经过预处理除尘降温后，在吸收塔内与脱碳溶液接触，脱除其中的CO2气体后经过净化气分离器后进入排放烟囱。脱碳吸收塔塔底富胺液通过换热升温后，进入再生塔中再生成高温脱硫贫液，贫液经过换热、冷却后到脱碳吸收塔循环使用。富液再生所得的酸气冷却后送至后续的脱水、压缩装置进行CO2存储和利用。
对于天然气净化厂，烟气是通过脱硫、硫磺回收和尾气处理后的排放气体。目前国内天然气净化厂的烟气都是尾气脱硫后直接排放未进行碳捕集。目前针对天然气净化后的烟气脱碳处理，通常是在尾气处理单元将尾气中残余的硫化物进一步脱除回收后，进入脱碳装置中进行脱碳处理。对于200万方/天规模以上的天然气净化厂来说，其烟气流量大，为20000～40000方/时；其压力较低，接近于大气压。因此为了确保有较高的CO2脱除率，需要较高的溶液循环量，因此脱碳装置规模和投资较大，碳捕集经济性较差。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种用于天然气净化的烟气脱碳***及工艺，对原有天然气尾气处理单元中吸收塔的吸收工艺进行改进，采用全脱型溶剂脱除硫磺回收尾气中大部分的二氧化碳和少量硫化氢，再生得到小流量的高碳硫比酸气，再利用额外增加的酸气提浓单元对酸气进行选吸后得到高浓度的二氧化碳气流，相比传统的尾气硫回收+脱碳装置尾气碳捕集的方式，无需新建一套大规模的醇胺法脱碳装置，只需建设一套小型的酸气提浓单元即可满足现有天然气净化厂尾气的碳捕集，工艺简单，占地面积小，可以大幅度降低烟气碳捕集的建设投资。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于天然气净化的脱碳***，包括依次连接的天然气脱硫单元、硫磺回收单元、尾气处理单元、酸气提浓单元；
所述天然气脱硫单元包括天然气吸收塔、闪蒸塔、再生塔、净化气分离器、酸气分离器、贫富液换热器、贫液冷却器、酸气空冷器、贫液泵；
所述硫磺回收单元包括：燃烧炉、克劳斯反应器、硫磺冷凝器；
所述尾气处理单元包括：尾气加氢反应器、尾气急冷塔、尾气吸收塔、尾气再生塔、净化气分离器、酸气分离器、贫富液换热器、贫液冷却器、酸气空冷器、贫液泵、富液泵、尾气焚烧炉；
所述酸气提浓单元包括：酸气吸收塔、酸气再生塔、贫富液换热器、重沸器、酸气冷却器、贫液泵、富液泵；
其中，所述天然气脱硫单元采用醇胺法工艺或其衍生工艺进行脱硫，并可采用多级进料、双塔吸收方式；
所述硫磺回收单元采用常规克劳斯工艺及其衍生工艺，并采用两级或三级克劳斯反应器；
所述尾气处理单元采用SCOT加氢还原吸收工艺或其衍生工艺与醇胺法工艺或其衍生工艺相结合的方式，实现尾气中的二氧化碳和少量硫化物脱除，以及富液再生高碳硫比酸气气流，尾气处理单元也采用多级进料、双塔吸收；
所述酸气提浓单元采用醇胺法工艺或其衍生工艺，脱除高碳硫比酸气气流中硫化氢，得到高浓度二氧化碳气流，酸气提浓单元可采用多级进料、双塔吸收；
其中，所述硫磺回收单元的末级克劳斯反应器的气体出口管线与尾气处理单元的尾气加氢反应器入口管线相连；
所述尾气处理单元尾气再生塔的酸气出口管线与酸气提浓单元中酸气吸收塔的气体入口管线相连；
酸气提浓单元的酸气再生塔气体出口管线与硫磺回收单元的燃烧炉入口管线相连。
本发明还提供一种用于天然气净化的脱碳工艺，具体步骤如下所示：
1)将天然气从天然气吸收塔底部通入，与从天然气吸收塔顶部进入的脱硫贫液进行逆流接触，出塔气体脱水后进入产品天然气管线输送；天然气吸收塔底部的富液通过闪蒸塔、贫富液换热器后进入再生塔顶部，再生塔底部的高温贫液经过贫富液换热器、贫液冷却器降温后由贫液泵泵入吸收塔顶部循环使用，而再生塔产生的酸气经过酸气冷却器、酸气分离器后进入硫磺回收单元的燃烧炉；
2)来自天然气脱硫单元酸气分离器的酸气进入燃烧炉燃烧发生克劳斯反应，然后再进入克劳斯反应器进一步反应，将酸气中的99％以上的硫化氢转化产品成硫磺，得到高温液硫，进入硫磺冷凝器冷却后得到工业硫磺产品，剩余的尾气主要含氮气、二氧化碳和少量硫化物；
3)来自硫磺回收单元克劳斯反应器的尾气进入尾气加氢反应器，将尾气中的硫化物全部转化为硫化氢后进入尾气急冷塔进行冷却降温，再进入尾气吸收塔底部与尾气吸收塔顶部进入的贫液进行逆流接触，出塔气体以氮气为主含有少量二氧化碳和微量硫化氢的气体，然后进入尾气焚烧炉燃烧排放；吸收塔底部的富液通过富液泵泵入贫富液换热器后进入尾气再生塔顶部，尾气再生塔底部的高温贫液经过贫富液换热器、贫液冷却器降温后进入尾气吸收塔顶部循环使用，而再生塔产生的高碳硫比的酸气气流经过酸气冷却器、酸气分离器后进入酸气提浓单元；
4)来自尾气处理单元的再生高碳硫比的酸气气流，经过降温后进入酸气吸收塔底部与酸气吸收塔顶部进入的贫液进行逆流接触，出塔气体得到高浓度的二氧化碳气流，进入二氧化碳预处理单元进行脱水和压缩，完成脱碳及碳捕集；酸气吸收塔底部的富液通过富液泵泵入贫富液换热器后进入再生塔顶部，再生塔底部的高温贫液经过贫富液换热器、贫液冷却器降温后进入酸气吸收塔顶部循环使用，再生塔产生的酸气经过酸气冷却器、酸气分离器后返回硫磺回收单元燃烧炉入口管线，进行硫回收。
其中，所述尾气处理单元中进入尾气吸收塔的贫液为全脱型溶剂，包括MEA(乙醇胺)、 DEA(二乙醇胺)等分子中至少含有一个-NH2或-NH-的伯仲胺型水溶液以及全脱型配方溶剂水溶液；所述酸气提浓单元中进入酸气吸收塔的贫液为选吸型溶剂，包括MDEA(甲基二乙醇胺)或氨基上没有氢原子的叔胺、位阻胺以及具有选择性脱除硫化氢的配方溶剂水溶液。
本发明的脱碳***和工艺，通过对现有尾气处理单元中的吸收塔进行改造或者新建，将吸收塔改造或新建成塔板数大于20层的板式塔，同时对吸收塔的吸收工艺进行改进，采用全脱型溶剂脱除硫磺回收尾气中大部分的二氧化碳和少量硫化氢，再生得到小流量的高碳硫比酸气，再利用额外增加的酸气提浓单元对酸气进行选吸后得到高浓度的二氧化碳气流，完成脱碳和碳捕集，相比传统的尾气硫回收+脱碳装置尾气碳捕集方式，无需新建一套大规模的醇胺法脱碳装置，只需建设一套小型的酸气提浓单元，与现有天然气净化尾气处理单元相结合，即可满足现有天然气净化厂尾气的碳捕集，工艺简单，占地面积小，可以大幅度降低烟气碳捕集的建设投资。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明实施例提供的一种用于天然气净化的烟气脱碳***及工艺，利用原有的尾气处理单元，对吸收塔改造后采用全脱型溶剂脱除硫磺回收尾气中大部分的二氧化碳和少量硫化氢，再生得到小流量的高碳硫比酸气，再利用酸气提浓装置对酸气进行选吸后得到高浓度的二氧化碳气流，完成脱碳处理和高效碳捕集；
2、本发明实施例提供的一种用于天然气净化的烟气脱碳***及工艺，无需新建一套大规模的醇胺法脱碳装置，只需建设一套小型的酸气提浓单元，与现有天然气净化的尾气处理单元相结合，即可满足现有天然气净化厂尾气的碳捕集；
3、本发明实施例提供的一种用于天然气净化的烟气脱碳***及工艺，新增的酸气提浓单元占地小，工艺简单，能够可以大幅度降低烟气碳捕集建设投资。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的天然气净化的烟气脱碳工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明保护范围的限制。
实施例1
本发明实施例提供的一种用于天然气净化的脱碳工艺，如图1所示，具体步骤如下所示：
1)将天然气从天然气吸收塔底部通入，与从天然气吸收塔顶部进入的脱硫贫液进行逆流接触，出塔气体脱水后进入产品天然气管线输送；天然气吸收塔底部的富液通过闪蒸塔、贫富液换热器后进入再生塔顶部，再生塔底部的高温贫液经过贫富液换热器、贫液冷却器降温后由贫液泵泵入吸收塔顶部循环使用，而再生塔产生的酸气经过酸气冷却器、酸气分离器后进入硫磺回收单元的燃烧炉；
2)来自天然气脱硫单元酸气分离器的酸气进入燃烧炉燃烧发生克劳斯反应，然后再进入克劳斯反应器进一步反应，将酸气中的99％以上的硫化氢转化产品成硫磺，得到高温液硫，进入硫磺冷凝器冷却后得到工业硫磺产品，剩余的尾气主要含氮气、二氧化碳和少量硫化物；
3)来自硫磺回收单元克劳斯反应器的尾气进入尾气加氢反应器，将尾气中的硫化物全部转化为硫化氢后进入尾气急冷塔进行冷却降温，再进入尾气吸收塔底部与尾气吸收塔顶部进入的贫液(MEA30％)进行逆流接触，出塔气体全脱尾气以氮气为主含有少量二氧化碳和微量硫化氢的气体，然后进入尾气焚烧炉燃烧排放；吸收塔底部的富液通过富液泵泵入贫富液换热器后进入尾气再生塔顶部，尾气再生塔底部的高温贫液经过贫富液换热器、贫液冷却器降温后进入尾气吸收塔顶部循环使用，而再生塔产生的高碳硫比的再生酸气1经过酸气冷却器、酸气分离器后进入酸气提浓单元；
4)来自尾气处理单元的再生高碳硫比的再生酸气1，经过降温后进入酸气吸收塔底部与酸气吸收塔顶部进入的贫液(45％MDEA)进行逆流接触，出塔气体提浓尾气为高浓度的二氧化碳气流，进入二氧化碳预处理单元进行脱水和压缩，完成脱碳及碳捕集；酸气吸收塔底部的富液通过富液泵泵入贫富液换热器后进入再生塔顶部，再生塔底部的高温贫液经过贫富液换热器、贫液冷却器降温后进入酸气吸收塔顶部循环使用，再生塔产生的再生酸气2经过酸气冷却器、酸气分离器后返回硫磺回收单元燃烧炉入口管线，进行硫回收。
实施例2
传统的尾气处理装置SOCT脱硫+尾气碳捕集路线，如下所述：
1)采用与实施例相同工艺天然气脱硫、硫磺回收，得到尾气，然后采用尾气处理装置 SOCT进行脱硫，得到脱硫尾气；
2)将脱硫尾气通入醇胺法脱碳装置中，出塔气体得到脱碳尾气，富液再生后得到再生酸气。
采用实施例1提供的本发明工艺路线(实施例1中步骤3和步骤4))和本实施例的传统路线对同一组分含量的尾气进行脱硫脱碳处理，尾气在进入加氢反应器前的组成主要为H2S 2.22％、CO2 26.73％、流量12374Nm3/h，进入加氢反应器并进行脱硫脱碳后具体参数如下表 1所示。
表1尾气处理过程中各阶段气体参数值
实施例3
传统的尾气处理装置SOCT脱硫+尾气碳捕集路线，如下所述：
1)采用与实施例相同工艺天然气脱硫、硫磺回收，得到尾气，然后采用尾气处理装置 SOCT进行脱硫，得到脱硫尾气；
2)将脱硫尾气通入醇胺法脱碳装置中，出塔气体得到脱碳尾气，富液再生后得到的再生酸气为高浓度二氧化碳气流。
采用实施例1提供的本发明工艺路线(实施例1中步骤3和步骤4))和本实施例的传统路线对同一组分含量的尾气进行脱硫脱碳处理，尾气在进入加氢反应器前的组成主要为H2S 1.03％、CO2 32.23％、流量12403Nm3/h，进入加氢反应器并进行脱硫脱碳后具体参数如下表 1所示。
表2尾气处理过程中各阶段气体参数值
从表1和表2数据可以看出，如采用传统的SCOT脱硫+胺法脱碳工艺，为了获得较高的 CO2回收率，脱碳溶液循环量需要达到100m3/h以上，装置能耗及投资非常大，而采用本发明的工艺路线，只需将SCOT工艺中的吸收塔稍加改造并更换为全脱型溶剂，再对酸气进行提浓，间接得到小流量高浓度的CO2，提浓时溶液循环量仅需30m3/h左右，所处理的酸气量仅为原脱碳尾气量的34％，可以大大减少装置建设投资和运行成本。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于天然气净化的烟气脱碳***，其特征在于，包括依次连接的天然气脱硫单元、硫磺回收单元、尾气处理单元、酸气提浓单元；
所述天然气脱硫单元包括天然气吸收塔、闪蒸塔、再生塔；
所述硫磺回收单元包括燃烧炉、克劳斯反应器；
所述尾气处理单元包括尾气加氢反应器、急冷塔、尾气吸收塔、尾气再生塔、尾气焚烧炉；
所述酸气提浓单元包括酸气吸收塔、酸气再生塔；
尾气处理单元中，尾气吸收塔利用全脱型溶剂对尾气中的二氧化碳和少量硫化物进行脱除，然后通入尾气再生塔富液再生得到高碳硫比酸气气流；
酸气提浓单元中，酸气吸收塔利用选吸型脱硫溶剂脱除高碳硫比酸气气流中硫化氢，得到高浓度二氧化碳气流。
2.根据权利要求1所述的一种用于天然气净化的烟气脱碳***，其特征在于，所述天然气脱硫单元还包括净化气分离器、酸气分离器、贫富液换热器、贫液冷却器、酸气空冷器、贫液泵。
3.根据权利要求1所述的一种用于天然气净化的烟气脱碳***，其特征在于，所述尾气处理单元还包括净化气分离器、酸气分离器、贫富液换热器、贫液冷却器、酸气空冷器、贫液泵、富液泵。
4.根据权利要求1所述的一种用于天然气净化的烟气脱碳***，其特征在于，所述酸气提浓单元包括贫富液换热器、重沸器、酸气冷却器、贫液泵、富液泵。
5.根据权利要求1所述的一种用于天然气净化的烟气脱碳***，其特征在于，所述全脱型溶剂采用MEA(乙醇胺)、DEA(二乙醇胺)或分子中至少含有一个-NH2或-NH-的伯仲胺型水溶液或全脱型配方溶剂水溶液。
6.根据权利要求1所述的一种用于天然气净化的烟气脱碳***，其特征在于，所述选吸型脱硫溶剂采用MDEA(甲基二乙醇胺)、氨基上没有氢原子的叔胺或位阻胺或者具有选择性脱除硫化氢的配方溶剂水溶液。
7.根据权利要求1所述的一种用于天然气净化的烟气脱碳***，其特征在于，所述硫磺回收单元末级克劳斯反应器的气体出口管线与尾气处理单元中尾气加氢反应器入口管线相连；尾气处理单元尾气再生塔的酸气出口管线与酸气提浓单元中酸气吸收塔的气体入口管线相连；酸气提浓单元的酸气再生塔气体出口管线与硫磺回收单元的燃烧炉入口管线相连。
8.根据权利要求3所述的一种用于天然气净化的烟气脱碳***，其特征在于，所述天然气脱硫单元中采用醇胺法工艺或其衍生工艺进行脱硫脱碳。
9.根据权利要求3所述的一种用于天然气净化的烟气脱碳***，其特征在于，所述尾气处理单元中采用SCOT加氢还原吸收工艺或其衍生工艺和醇胺法工艺或其衍生工艺进行脱硫脱碳。
10.一种用于天然气净化的烟气脱碳工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)天然气脱硫脱碳：将天然气通入天然气脱硫单元中利用脱硫溶液吸收天然气中的硫化氢和二氧化碳酸性气体，然后在再生塔富液并加热将吸收的酸性气体释放；
2)硫磺回收：将步骤1)的酸性气体通入硫磺回收单元，通过克劳斯反应将酸气中99％以上的硫化氢转化成产品硫磺，剩余含有氮气、二氧化碳和少量硫化物的尾气；
3)尾气脱硫脱碳：将步骤2)的尾气通入尾气吸收塔中利用全脱型溶剂对尾气中的二氧化碳和少量硫化物进行脱除，然后在尾气再生塔中富液再生得到高碳硫比酸气气流；
4)酸气提浓：将步骤3)的高碳硫比酸气气流在通过酸气提浓单元中，在酸气吸收塔中通过选吸性脱硫溶剂脱除全部的硫化氢和少部分二氧化碳，得到高浓度的二氧化碳气流，完成天然气净化烟气脱碳。
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