一種改進碳酸鉀的節能捕集CO₂新工藝的製作方法

2023-05-28 11:44:31

專利名稱：一種改進碳酸鉀的節能捕集CO2新工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬化學工程技術領域。特別涉及從合成氣、變換氣以及IGCC氣體混合的中 高壓氣體吸收脫除co2的一種改進碳酸鉀的節能捕集co2新工藝。
背景技術：
工業革命以來，尤其是20世紀50年代以來，人為產生的溫室氣體排放量不斷增 加，導致溫度升高、冰川融化，海平面上升等一系列災害，已引起世界範圍的廣泛關注。目前 可知的溫室氣體，主要有二氧化碳、甲烷、氧化亞氮，氫氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫，其 中co2的含量最高，壽命長，對溫室氣體影響最大，也是是造成地球氣候變暖的根源。減少 碳基燃料、增加低談燃料和無碳燃料的使用是未來全球可持續發展的希望，但是距離實際 碳減排操作尚有不小的距離，從技術的成熟性和可行性分析，未來幾十年內，co2的捕集技 術將是應對全球氣候變暖和溫室氣體減排的重要措施。尤其是基於煤基的化工過程和發電 過程的co2捕集將是碳捕集的重點。減少電廠C02排放就極為重要。整體煤氣聯合循環 (IGCC-IntegratedGasification Combined Cycle)發電系統具有高發電效率，又對環境有 極好的親和力，是一種有前景的潔淨煤發電技術。煤基化工過程總體可分為氣化、液化和固化(焦化或乾餾)三種加工方式，其中煤 氣化是煤基化工的龍頭，佔煤炭用量的3 5%，是僅次於火力發電和煤焦化的第三用途， 隨著我國煤炭替代石油趨勢的進一步加劇，預計到2020年將佔煤炭用量的15% 20%。綜上所述，中高壓C02捕集是基於煤基工業過程碳減排的共性問題，是煤基工業過 程碳減排的關鍵問題。本發明所針對的原料氣，如煤化工合成氣、變換氣以及IGCC氣體，含有30 50% 的C02，濃度較高，壓力較高，一般大於2000KPa，適合採用物理吸收法吸收C02氣體。目前國內外工業上較為成熟的物理吸收法脫碳工藝有低溫甲醇洗法(國外稱為 Rectisol法，CN 94101447. 9)、碳酸丙烯酯法(國外稱為Flour法，CN 91101928)和聚乙二 醇二甲醚法(國外稱為Selexol法，CN 200710015805)和碳酸鉀法(國外稱Benfield法， CN 1089263C)。低溫甲醇洗法具有吸收能力大、選擇性好、氣體淨化度高、吸收劑穩定性好的特 點，但是存在工藝流程長、設備投資大(需要耐-30°C以下的低溫材質)、吸收劑毒性大和 需要支付國外高額專利技術費等缺點；由於碳酸丙烯酯具有在較高的分壓下能有效地吸收 C02，而在較低的壓力下可以不需要熱量而容易解吸的特點，其工藝流程，尤其是解吸工藝 可以得到相當的簡化，但是由於吸收容量有限，吸收劑循環量較大，能耗較大；聚乙二醇二 甲醚法具有吸收能力強、吸收劑損失小(蒸汽壓低)的特點，但是聚乙二醇二甲醚必須通 過人工合成，吸收劑成本高，而且該吸收劑分子量較大，在再生過程容易發生聚合而造成損 失。碳酸鉀法最早開發的工藝(US. 2886405)採用單塔解吸，吸收能耗大。後來在此基礎上 改進形成了雙塔解吸、並且添加哌嗪等活化劑的節能流程，能耗有所降低，但是脫碳的成本仍然較高。，針對現有低溫甲醇洗法工藝流程長、設備投資大，碳酸丙烯酯法吸收劑吸收容量 小、循環量大，以及聚乙二醇二甲醚法溶劑容易發生聚合損失、碳酸鉀法解吸能耗偏高的不 足和缺陷，本發明人提出了一種採用添加促進劑羥乙基哌嗪和硼酸鉀改進傳統碳酸鉀溶液 作為吸收劑的脫碳工藝，並且在工藝中採用熱耦合解吸進一步降低整體捕集能耗。

發明內容
本發明的目的是提供一種採用改進碳酸鉀吸收co2捕集新工藝，其特徵在於該工 藝包括如下步驟1)採用碳酸鉀水溶液添加促進劑羥乙基哌嗪、硼酸鉀吸收co2，含有C02的原料氣與從吸收塔3頂部出來的淨化氣在氣體換熱器1中被預熱後， 從吸收塔3下部進入吸收塔；來自吸收劑儲罐的含有促進劑羥乙基哌嗪、硼酸鉀的碳酸鉀 溶液與來自解吸塔6底部的吸收劑貧液，在液體換熱器2中換熱後從吸收塔3上部進入吸 收塔，原料氣與吸收劑在吸收塔3內逆流接觸，C02被吸收劑吸收；吸收塔溫度控制在70 115°C，壓力控制在2. 5MPa 3. 5MPa ；在吸收塔中，脫除C02的淨化氣與原料氣換熱後溫度 降至40 65°C後從吸收塔往下一個工序，吸收了 C02的吸收劑富液送入預解吸塔4進行預 解吸；2)吸收劑富液的熱耦合解吸再生來自吸收塔釜的吸收劑富液從中部送入預解吸塔4，塔釜用預解吸再沸器5加熱， 預解吸再沸器採用來自系統公用工程提供的8 lOkg/cm2的蒸汽作為加熱熱源，預解吸塔 溫度控制在110 180°C，壓力控制在0. 2MPa 0. 5MPa,預解吸塔頂的蒸汽作為加熱熱源 送入解吸塔再沸器7 ；來自預解吸塔4的液相從中部加入解吸塔6，塔釜用解吸再沸器7加熱，該再沸器 的熱源用來自預解吸塔頂的蒸汽，解吸塔溫度控制在80 130°C，壓力控制在0. OlMPa 0. IMPa，解吸塔6的解吸貧液與進入吸收塔的吸收劑換熱後送吸收劑儲罐。解吸塔4頂部的氣相和來自預解吸塔頂部的蒸汽冷凝液汽混合物一併送汽液分 離器8中分離C02和水，其中C02排往回收工序，水返回吸收劑儲罐作為補充水使用。所述吸收劑為碳酸鉀水溶液，其中碳酸鉀的含量為20 35wt%，促進劑羥乙基哌 嗪含量在1 3wt%，硼酸鉀含量在0. 1 0. 8wt%，餘量為水。


圖1 一種採用改進碳酸鉀吸收C02捕集新工藝原則流程圖。圖中1氣體換熱器2液體換熱器3吸收塔4預解吸塔5預解吸再沸器6解吸塔7 解吸再沸器8氣液分離器罐
具體實施例方式本發明提供一種採用改進碳酸鉀吸收C02捕集新工藝，該工藝包括1)採用碳酸鉀水溶液添加促進劑羥乙基哌嗪、硼酸鉀吸收C02 ；2)吸收劑富液的熱耦合解吸再生。
下面結合附圖和實施例對本發明提供的工藝作進一步的說明。實施例1在圖1中，以表1所示的混合氣體作為原料氣與吸收塔塔頂除去C02的淨化氣在氣 體換熱器1中進行換熱，換熱後，原料氣溫度升至70°C，從下部進入吸收塔3，來自吸收劑儲 罐的30°C吸收劑，其中吸收劑為碳酸鉀含量為25wt%、促進劑羥乙基哌嗪含量為1. 2wt%, 硼酸鉀含量為0. 22wt %，其餘為水。與解吸塔釜貧液換熱後，溫度為30°C，從上部進入吸收 塔，原料氣與吸收劑在塔內逆流接觸並發生吸收傳質，吸收劑流量為257821KG-M0L/HR。吸 收塔塔頂溫度86°C，壓力2. 84MPa ；塔底溫度91°C，壓力2. 85MPa。脫除C02後的淨化氣與 原料氣換熱後降溫至50°C送往下一個工序，其組成(摩爾分率)如表2所示。來自吸收塔3的吸收劑富液從中部送入預解吸塔4，預解吸再沸器5採用來自界 區外的8kg/cm2的蒸汽作為加熱熱源。預解吸塔塔頂溫度117°C，壓力0. 16MPa ；塔底溫度 122°C，壓力0. 17MPa。預解吸塔頂的蒸汽作為加熱熱源送入解吸塔再沸器7。來自預解吸塔4的液相(吸收劑富液)從中部加入解吸塔6，解吸塔塔釜用解吸 再沸器7加熱，該再沸器的熱源用來自預解吸塔頂的蒸汽。解吸塔塔頂溫度103°C，壓力 0. llMPa ；塔底溫度106°C，壓力0. 12MPa。解吸塔釜的解吸貧液與進入吸收塔的吸收劑換熱 後送吸收劑儲罐。解吸塔頂氣相和來自解吸塔再沸器的預解吸塔頂蒸汽冷凝液汽混合物一併送汽 液分離器中分離C02和水，溫度30°C，壓力0. 1說 ^0)2排往回收工序，其組成(摩爾分率) 如表3所示。其中水返回吸收劑儲罐作為補充水使用。表1含有C02的混合氣體初始條件 表2吸收劑富液成分(摩爾分率)
5 表3汽液分離混合物 實施例2 在圖1中，以表4所示的混合氣體作為原料氣與吸收塔塔頂除去CO2的淨化氣在氣 體換熱器1中進行換熱，換熱後，原料氣溫度升至72°C，從下部進入吸收塔3，來自吸收劑儲 罐的30°C吸收劑，其中吸收劑為碳酸鉀含量為25wt%、促進劑羥乙基哌嗪含量為2. Iwt 硼酸鉀含量為0. 66wt%，餘量為水。與解吸塔釜貧液換熱後，溫度為30°C，從上部進入吸收 塔，原料氣與吸收劑在塔內逆流接觸並發生吸收傳質，吸收劑流量為236155KG-M0L/HR。吸 收塔塔頂溫度89°C，壓力2. 84MPa ；塔底溫度94°C，壓力2. 85MPa。脫除CO2後的淨化氣與 原料氣換熱後降溫至45°C排往下工序，其組成(摩爾分率)如表5所示。來自吸收塔3的吸收劑富液從中部送入預解吸塔4，預解吸再沸器5採用來自界 區外的8kg/cm2的蒸汽作為加熱熱源。預解吸塔塔頂溫度118°C，壓力0. 16MPa ；塔底溫度 124°C，壓力0. 17MPa。預解吸塔頂的蒸汽作為加熱熱源送入解吸塔再沸器7。來自預解吸塔4的液相(吸收劑富液)從中部加入解吸塔6，解吸塔塔釜用解吸 再沸器7加熱，該再沸器的熱源用來自預解吸塔頂的蒸汽。解吸塔塔頂溫度104°C，壓力 0. IlMPa ；塔底溫度108°C，壓力0. 12MPa。解吸塔釜的解吸貧液與進入吸收塔的吸收劑換熱 後送吸收劑儲罐。解吸塔頂氣相和來自解吸塔再沸器的預解吸塔頂蒸汽冷凝液汽混合物一併送汽 液分離器中分離CO2和水，溫度30°C，壓力0. 1說 ^0)2排往回收工序，其組成(摩爾分率) 如表6所示。其中水返回吸收劑儲罐作為補充水使用。表4 含有CO2的混合氣體初始條件 表5吸收劑富液成分(摩爾分率) 表6汽液分離混合物
權利要求
一種採用改進碳酸鉀吸收CO2捕集新工藝，其特徵在於該工藝包括如下步驟1)採用碳酸鉀水溶液添加促進劑羥乙基哌嗪、硼酸鉀吸收CO2，含有CO2的原料氣與從吸收塔(3)頂部出來的淨化氣在氣體換熱器(1)中被預熱後，從吸收塔(3)下部進入吸收塔；來自吸收劑儲罐的含有促進劑羥乙基哌嗪、硼酸鉀的碳酸鉀溶液與來自解吸塔(6)底部的吸收劑貧液，在液體換熱器(2)中換熱後從吸收塔(3)上部進入吸收塔，原料氣與吸收劑在吸收塔內逆流接觸，CO2被吸收劑吸收；吸收塔溫度控制在70～115℃，壓力控制在2.5MPa～3.5MPa；在吸收塔中，脫除CO2的淨化氣與原料氣換熱後溫度降至40～65℃後從吸收塔排往下一個工序，吸收了CO2的吸收劑富液送入預解吸塔(4)進行預解吸；2)吸收劑富液的熱耦合解吸再生來自吸收塔(3)的吸收劑富液從中部送入預解吸塔(4)，塔釜用預解吸再沸器(5)加熱，預解吸再沸器(7)採用來自系統公用工程提供的8～10kg/cm2的蒸汽作為加熱熱源，預解吸塔溫度控制在110～180℃，壓力控制在0.2MPa～0.5MPa，預解吸塔頂的蒸汽作為加熱熱源送入解吸塔再沸器(7)；來自預解吸塔(4)的液相從中部加入解吸塔(6)，塔釜用解吸再沸器(7)加熱，該再沸器的熱源用來自預解吸塔頂的蒸汽，解吸塔溫度控制在80～130℃，壓力控制在0.01MPa～0.1MPa，解吸塔(6)的解吸貧液與進入吸收塔的吸收劑換熱後送吸收劑儲罐。解吸塔4頂部的氣相和來自預解吸塔頂部的蒸汽冷凝液汽混合物一併送汽液分離器(8)中分離CO2和水，其中CO2送至回收工序，水返回吸收劑儲罐作為補充水使用。
2.根據權利要求1所述採用改進碳酸鉀吸收C02捕集新工藝，其特徵在於所述吸收劑 為碳酸鉀水溶液，其中碳酸鉀的含量為20 35wt%，促進劑羥乙基哌嗪含量在1 3wt%， 硼酸鉀含量在0. 1 0. 8wt%，餘量為水。
全文摘要
本發明公開了屬化學工程技術領域的涉及從合成氣、變換氣以及IGCC氣體混合的中高壓氣體中吸收、脫除CO2的一種改進碳酸鉀的節能捕集CO2新工藝。該工藝包括1)採用碳酸鉀水溶液添加促進劑羥乙基哌嗪、硼酸鉀吸收CO2；2)吸收劑富液的熱耦合解吸再生。採用碳酸鉀水溶液添加促進劑羥乙基哌嗪、硼酸鉀吸收捕集CO2的新工藝。在此工藝中，含有CO2的原料氣經過添加促進劑羥乙基哌嗪、硼酸鉀的碳酸鉀溶液吸收脫碳，吸收CO2後的吸收富液經過熱耦合解吸再生，解吸得到的CO2排出界區。本發明與現有技術相比，可降低綜合能耗20％～30％。
文檔編號B01D53/14GK101856579SQ20101019667
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月2日 優先權日2010年6月2日
發明者湯志剛, 費維揚, 陳健, 駱廣生 申請人:清華大學