一種低能耗熱鉀鹼脫除二氧化碳的方法
2023-04-25 05:08:01
一種低能耗熱鉀鹼脫除二氧化碳的方法
【專利摘要】本發明屬氣體淨化領域，尤其涉及一種低能耗熱鉀鹼脫除二氧化碳方法，在熱鉀鹼脫除二氧化碳系統達到水平衡的情況下降低脫碳能耗。採用三段吸收，脫碳溶液在高、低壓力不同的兩個再生塔中進行不同程度的再生。低壓再生塔再生所得的溶液為半貧液，進入吸收塔中部對原料氣進行初步吸收；高壓再生塔中再生所得的溶液為貧液，進入吸收塔上部進一步脫除氣體中的二氧化碳。再生氣經冷卻至低溫20℃~60℃後進入再生氣分離器，分離出來的冷卻水、在考慮系統水平衡的條件下所需的補充水一起作為冷貧液的冷卻介質。整個脫除二氧化碳系統熱耗可降低3%左右，冷卻量可降低2%左右，淨化氣的淨化度提高2.5%左右。
【專利說明】一種低能耗熱鉀鹼脫除二氧化碳的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬氣體淨化領域，尤其涉及一種低能耗熱鉀鹼脫除二氧化碳方法，是對催化熱鉀鹼溶液從工業原料混合氣體中脫除二氧化碳工藝流程的改進。
【背景技術】
[0002]加入各種催化劑的碳酸鉀溶液被廣泛地應用合成氨和制氫工業原料氣、煤氣和天然氣、循環氣等混合氣體中脫除二氧化碳的生產過程。其工藝流程通常為:氣體混合物與催化熱鉀鹼溶液在吸收塔中逆流接觸，二氧化碳及其他酸性雜質氣體被溶液吸收，達到工藝其允許的雜質殘留量後送往下道工序。吸收了二氧化碳的富液則進入再生塔頂部，由於該溶液中的二氧化碳分壓高於氣相二氧化碳分壓而發生閃蒸，閃蒸後的溶液在再生塔中蒸汽汽提作用下進一步釋放出二氧化碳達到工藝指標後由溶液泵打入吸收塔循環使用。由於此流程能耗高，國內外針對不同溫度、壓力和組成的混合氣體發明了各種工藝流程來降低催化熱鉀鹼脫碳能耗。
[0003]南化集團研究院ZL98100929.8 「低供熱原的變壓再生工藝」使溶液再生熱耗降低至70(T800kcal/Nm3C02，但專利未在工藝流程中考慮到冷凝回水和補充水的加入對脫碳能耗的影響。
【發明內容】
[0004]本發明目的是針對南化集團研究院ZL98100929.8 「低供熱源的變壓再生工藝」的改進，提供一種在熱鉀鹼脫除二氧化碳系統達到水平衡的情況下降低脫碳能耗的方法。
[0005]本發明的主要技術方案是:熱鉀鹼脫碳工藝採用三段吸收，脫碳溶液在高、低壓力不同的兩個再生塔中進行不同程度的再生。低壓再生塔再生所得的溶液為半貧液，進入吸收塔中部對原料氣進行初 步吸收；高壓再生塔中再生所得的溶液為貧液，進入吸收塔上部進一步脫除氣體中的二氧化碳，保證脫除二氧化碳後的淨化氣中二氧化碳的含量達到要求。其特點是:
1、貧液經貧液泵加壓後，分為冷、熱貧液兩部分，10%飛0%的冷貧液經貧液冷卻器降溫到60°C~90°C後進入吸收塔頂部，40%~90%的熱貧液直接進入吸收塔中上部第二段填料上，半貧液經半貧液泵送入吸收塔中部；將少量溶液降低溫度來降低液相二氧化碳分壓，減少吸收塔頂出塔淨化氣中二氧化碳含量，同時降低淨化氣中水汽含量，降低脫碳系統的水損失。
[0006]2、低壓再生塔壓力為0.1OMPa^0.19 MPa (絕壓)，高壓再生塔頂壓力為
0.14MPa^0.24MPa (絕壓)；從低壓再生塔底出來的半貧液溫度為95°C~115°C，半貧液量為脫碳溶液的20%~80% ;從高壓再生塔出來的貧液溫度為115°C~145°C，經過貧液閃蒸槽閃蒸後溫度為95°C~115°C，高壓再生塔底溶液沸點與常壓塔底溶液沸點相差8°C~20°C。
[0007]3、低壓再生塔頂再生氣溫度為85°C ^lOO0C,高壓再生塔頂再生氣溫度為900C~110°C。低壓再生塔和高壓再生塔出來的再生氣經冷卻至低溫20°C飛(TC後進入再生氣分離器。
[0008]4、冷卻後的再生氣在再生氣分離器中分離出來的冷卻水、在考慮系統水平衡的條件下所需的補充水一起作為冷貧液的冷卻介質，充分利用冷卻水與補充水的低溫，降低貧液的冷卻量，同時，由於整個脫除二氧化碳系統冷卻量降低，溶液再生熱耗也會隨之降低，並提高淨化氣的淨化度。
[0009]本發明的整個脫除二氧化碳系統，熱耗可降低3%左右，冷卻量可降低2%左右，同時淨化氣淨化度提高2.5%左右。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]附圖為本發明實施例方法的工藝流程簡圖。
[0011]附圖1中，1:吸收塔；2:常壓再生塔；3:加壓再生塔；4:常壓再生塔蒸汽煮沸器；
5:加壓再生塔蒸汽煮沸器；6:貧液閃蒸槽；7:噴射器；8:貧液冷卻器；9:再生氣冷卻器；10:再生氣分離器；11:貧液泵；12:半貧液泵；13:補充水泵。
【具體實施方式】
[0012]下面結合實施例和附圖對本發明加以詳細描述。
[0013]本發明實施例的【具體實施方式】:如附圖1，富含二氧化碳的原料氣進入吸收塔(I)的底部，在吸收塔內部與塔頂、塔中上部與塔中部下來的吸收溶液逆流接觸脫除二氧化碳，出口淨化氣中二氧化碳含量降到指標以下後經冷卻分離後出脫碳單元。
[0014]從吸收塔底出來的富液進入加壓再生塔(3)上部閃蒸後的溶液分為兩部分，一部分經管線進入常壓再生塔(2)汽提段和塔底煮沸器(4)進一步解析再生形成半貧液，然後經半貧液泵(12)進入吸收塔中部；另一部分溶液則從集液盤降液管流入加壓再生塔中部的汽提段和塔底煮沸器(5)煮沸再生形成貧液，貧液在貧液閃蒸槽(6)閃蒸，貧液閃蒸槽閃蒸出來的蒸汽經管線進入常壓再生塔底部供半貧液汽提再生，閃蒸後的貧液經貧液泵(11)打入吸收塔，一部分貧液經貧液冷卻器冷卻(8)至低溫後進入吸收塔頂部，一部分貧液則直接進入吸收塔中上部。
[0015]從加壓再生塔頂部出來的高壓再生氣作為動力氣進入噴射器(7)，抽吸常壓再生塔頂部出來的再生氣，噴射出來的全部再生氣經再生氣冷卻器(9)冷卻至低溫後進入再生氣分離器(10)，分離後的再生氣出脫碳單元，分離出來的冷卻水和補充水經補充水泵(13)作為冷卻介質直接進入冷貧液。
[0016]實施例1
某合成氨廠工藝氣壓力2.85MPa (絕壓)；溫度127.(TC，氣量7043kmol/h，其中二氧化碳摩爾分數16.04%。脫碳熱鉀鹼溶液組分為:水67% (wt)，碳酸鉀30% (wt),DEA3% (wt),溶液循環量為47355kmol/h，其中半貧液為23880 kmol/h、熱貧液為9390 kmol/h、冷貧液為14085 kmol/h ο要求:淨化氣中二氧化碳摩爾分數小於1%。
[0017]採用本發明工藝流程:吸收塔頂採取三段吸收，塔底進入的工藝氣與塔頂部、中上部和中部進來的冷、熱貧液和半貧液逆流接觸脫除二氧化碳，進入吸收塔頂部冷貧液溫度為6 (TC，進入吸收塔中上部的熱貧液溫度IO 6.4 °C，進入吸收塔中部的半貧液溫度為111.3°C。採用雙塔變壓再生，加壓再生塔頂壓力為0.2 MPa (絕壓)，塔頂溫度為110.9°C，塔底熱鉀鹼脫碳溶液沸點提高至129°C，加壓再生塔底出來的貧液在0.105 MPa (絕壓)閃蒸，閃蒸後貧液溫度降低至106.4°C，閃蒸出來的蒸汽作為常壓再生塔熱源供半貧液汽提再生。利用加壓再生塔頂出來的再生氣作為動力氣抽提常壓再生塔，常壓再生塔頂溫度為91.9°C。從噴射器出來的的全部再生氣經冷卻至45°C後進行氣液分離，分離後的冷卻水與需要的補充水一起作為冷卻介質直接加入冷貧液中，為使脫碳系統達到水平衡，需要加入1203kmol/h低溫水。採用本發明工藝與南化集團研究院ZL98100929.8 「低供熱源的變壓再生工藝」的能耗比較詳見表I。
[0018]實施例2
某合成氨廠工藝氣壓力2.85MPa (絕壓)；溫度127.(TC，氣量7043kmol/h，其中二氧化碳摩爾分數16.04%。脫碳熱鉀鹼溶液組分為:水67% (wt)，碳酸鉀30% (wt),DEA3% (wt),溶液循環量為47355kmol/h，其中半貧液為23880 kmol/h、熱貧液為9390 kmol/h、冷貧液為14085 kmol/h ο要求:淨化氣中二氧化碳摩爾分數小於1%。
[0019]採用本發明工藝流程:吸收塔頂採取三段吸收，塔底進入的工藝氣與塔頂部、中上部和中部進來的冷、熱貧液和半貧液逆流接觸脫除二氧化碳，進入吸收塔頂部冷貧液溫度為70°C，進入吸收塔中上部的熱貧液溫度106.4°C，進入吸收塔中部的半貧液溫度為111.3°C。採用雙塔變壓再生，加壓再生塔頂壓力為0.2 MPa (絕壓)，塔頂溫度為110.9°C，塔底熱鉀鹼脫碳溶液沸點提高至129°C，加壓再生塔底出來的貧液在0.105 MPa (絕壓)閃蒸，閃蒸後貧液溫度降低至106.4°C，閃蒸出來的蒸汽作為常壓再生塔熱源供半貧液汽提再生。利用加壓再生塔頂出來的再生氣作為動力氣抽提常壓再生塔，常壓再生塔頂溫度為91.9°C。從噴射器出來的的全部再生氣經冷卻至45°C後進行氣液分離，分離後的冷卻水與需要的補充水一起作為冷卻介質直接加入冷貧液中，為使脫碳系統達到水平衡，需要加入1203kmol/h低溫水。採用本發明工藝與南化集團研究院ZL98100929.8 「低供熱源的變壓再生工藝」的能耗比較詳見表I。
[0020]實施例3
某合成氨廠工藝氣壓力2.85MPa (絕壓)；溫度127.(TC，氣量7043kmol/h，其中二氧化碳摩爾分數16.04%。脫碳熱鉀鹼溶液組分為:水67% (wt)，碳酸鉀30% (wt),DEA3% (wt),溶液循環量為47355kmol/h，其中半貧液為23880 kmol/h、熱貧液為9390 kmol/h、冷貧液為14085 kmol/h ο要求:淨化氣中二氧化碳摩爾分數小於1%。
[0021]採用本發明工藝流程:吸收塔頂採取三段吸收，塔底進入的工藝氣與塔頂部、中上部和中部進來的冷、熱貧液和半貧液逆流接觸脫除二氧化碳，進入吸收塔頂部冷貧液溫度為90°C，進入吸收塔中上部的熱貧液溫度106.4°C，進入吸收塔中部的半貧液溫度為111.3°C。採用雙塔變壓再生，加壓再生塔頂壓力為0.2 MPa (絕壓)，塔頂溫度為110.9°C，塔底熱鉀鹼脫碳溶液沸點提高至129°C，加壓再生塔底出來的貧液在0.105 MPa (絕壓)閃蒸，閃蒸後貧液溫度降低至106.4°C，閃蒸出來的蒸汽作為常壓再生塔熱源供半貧液汽提再生。利用加壓再生塔頂出來的再生氣作為動力氣抽提常壓再生塔，常壓再生塔頂溫度為91.9°C。從噴射器出來的的全部再生氣經冷卻至45°C後進行氣液分離，分離後的冷卻水與需要的補充水一起作為冷卻介質直接加入冷貧液中，為使脫碳系統達到水平衡，需要加入1203kmol/h低溫水。採用本發明工藝與南化集團研究院ZL98100929.8 「低供熱源的變壓再生工藝」的能耗比較詳見表I。[0022]實施例4
某合成氨廠工藝氣壓力2.85MPa (絕壓)；溫度127.(TC，氣量7043kmol/h，其中二氧化碳摩爾分數16.04%。脫碳熱鉀鹼溶液組分為:水67% (wt)，碳酸鉀30% (wt),DEA3% (wt),溶液循環量為47355kmol/h，其中半貧液為23880 kmol/h、熱貧液為9390 kmol/h、冷貧液為14085 kmol/h ο要求:淨化氣中二氧化碳摩爾分數小於1%。
[0023]採用本發明工藝流程:吸收塔頂採取三段吸收，塔底進入的工藝氣與塔頂部、中上部和中部進來的冷、熱貧液和半貧液逆流接觸脫除二氧化碳，進入吸收塔頂部冷貧液溫度為70°C，進入吸收塔中上部的熱貧液溫度106.4°C，進入吸收塔中部的半貧液溫度為111.3°C。採用雙塔變壓再生，加壓再生塔頂壓力為0.2 MPa (絕壓)，塔頂溫度為110.9°C，塔底熱鉀鹼脫碳溶液沸點提高至129°C，加壓再生塔底出來的貧液在0.105 MPa (絕壓)閃蒸，閃蒸後貧液溫度降低至106.4°C，閃蒸出來的蒸汽作為常壓再生塔熱源供半貧液汽提再生。利用加壓再生塔頂出來的再生氣作為動力氣抽提常壓再生塔，常壓再生塔頂溫度為91.9°C。從噴射器出來的的全部再生氣經冷卻至20°C後進行氣液分離，分離後的冷卻水與需要的補充水一起作為冷卻介質直接加入冷貧液中，為使脫碳系統達到水平衡，需要加入1203kmol/h低溫水。採用本發明工藝與南化集團研究院ZL98100929.8 「低供熱源的變壓再生工藝」的能耗比較詳見表I。
[0024]實施例5
某合成氨廠工藝氣壓力2.85MPa (絕壓)；溫度127.(TC，氣量7043kmol/h，其中二氧化碳摩爾分數16.04%。脫碳熱鉀鹼溶液組分為:水67% (wt)，碳酸鉀30% (wt),DEA3% (wt),溶液循環量為47355kmol/h，其中半貧液為23880 kmol/h、熱貧液為9390 kmol/h、冷貧液為14085 kmol/h ο要求:淨化氣中二氧化碳摩爾分數小於1%。
[0025]採用本發明工藝流程:吸收塔頂採取三段吸收，塔底進入的工藝氣與塔頂部、中上部和中部進來的冷、熱貧液和半貧液逆流接觸脫除二氧化碳，進入吸收塔頂部冷貧液溫度為70°C，進入吸收塔中上部的熱貧液溫度106.4°C，進入吸收塔中部的半貧液溫度為111.3°C。採用雙塔變壓再生，加壓再生塔頂壓力為0.2 MPa (絕壓)，塔頂溫度為110.9°C，塔底熱鉀鹼脫碳溶液沸點提高至129°C，加壓再生塔底出來的貧液在0.105 MPa (絕壓)閃蒸，閃蒸後貧液溫度降低至106.4°C，閃蒸出來的蒸汽作為常壓再生塔熱源供半貧液汽提再生。利用加壓再生塔頂出來的再生氣作為動力氣抽提常壓再生塔，常壓再生塔頂溫度為91.9°C。從噴射器出來的的全部再生氣經冷卻至60°C後進行氣液分離，分離後的冷卻水與需要的補充水一起作為冷卻介質直接加入冷貧液中，為使脫碳系統達到水平衡，需要加入1203kmol/h低溫水。採用本發明工藝與南化集團研究院ZL98100929.8 「低供熱源的變壓再生工藝」的能耗比較詳見表I。
[0026]表I實施例與低供熱源變壓再生工藝能耗比較表
【權利要求】
1.一種低能耗熱鉀鹼脫除二氧化碳的方法，其特徵是熱鉀鹼脫碳工藝採用三段吸收，脫碳溶液在高、低壓力不同的兩個再生塔中進行不同程度的再生，低壓再生塔再生所得的溶液為半貧液，進入吸收塔中部對原料氣進行初步吸收；高壓再生塔中再生所得的溶液為貧液，進入吸收塔上部進一步脫除氣體中的二氧化碳，保證脫除二氧化碳後的淨化氣中二氧化碳的含量達到要求。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵是採用三段吸收:貧液經貧液泵加壓後，分為冷、熱貧液兩部分，10%飛0%的冷貧液經貧液冷卻器降溫到60°C~90°C後進入吸收塔頂部，40%~90%的熱貧液直接進入吸收塔中上部第二段填料上，半貧液經半貧液泵送入吸收塔中部；將少量溶液降低溫度來降低液相二氧化碳分壓，減少吸收塔頂出塔淨化氣中二氧化碳含量，同時降低淨化氣中水汽含量，降低脫碳系統的水損失。
3.如權利要求1所述的方法，低壓再生塔壓力為0.1OMPa^0.19 MPa(絕壓)，高壓再生塔頂壓力為0.14MPa^0.24MPa(絕壓);從低壓再生塔底出來的半貧液溫度為95°C~115°C，半貧液量為脫碳溶液的20%~80% ;從高壓再生塔出來的貧液溫度為115°C~145°C，經過貧液閃蒸槽閃蒸後溫度為95°C ^115°C，高壓再生塔底溶液沸點與常壓塔底溶液沸點相差8°C ^20°C。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵是低壓再生塔頂再生氣溫度為85°C~10(TC，高壓再生塔頂再生氣溫度為90°C ~110°C;低壓再生塔和高壓再生塔出來的再生氣經冷卻至低溫200C~60°C後進入再生氣分離器。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵是冷卻後的再生氣在再生氣分離器中分離出來的冷卻水、在考慮系統水平衡的條件下所需的補充水一起作為冷貧液的冷卻介質，充分利用冷卻水與補充水的低溫，降低貧液的冷卻量，同時，由於整個脫除二氧化碳系統冷卻量降低，溶液再生熱耗也會隨之降低，並提`高淨化氣的淨化度。
【文檔編號】B01D53/14GK103768895SQ201210405126
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月23日 優先權日:2012年10月23日
【發明者】景強, 孔凡敏, 蘇豪 申請人:中國石油化工股份有限公司, 南化集團研究院