使用溶剂吸收法捕集气体混合物中酸性气体的方法和设备技术

本发明专利技术提供了一种使用溶剂吸收法捕集气体混合物中酸性气体的方法及设备，该方法包括如下步骤：将解吸塔的底部流出的高温贫液在换热前或换热中进行分流，分别与所述溶剂吸收法过程中的内部液体以及所述溶剂吸收法过程外的冷流体进行换热。本发明专利技术这种将溶剂吸收法中的高温贫液在换热前或换热中进行分流的工艺，称为贫液分流，可使得二氧化碳等酸性气体的吸收法捕集分离的综合能耗降低5‑10％左右。

Method and Equipment for Capturing Acidic Gases in Gas Mixtures by Solvent Absorption Method

【技术实现步骤摘要】
使用溶剂吸收法捕集气体混合物中酸性气体的方法和设备
本专利技术涉及气体分离
，更具体地，涉及一种使用溶剂吸收法捕集气体混合物中酸性气体的方法和设备。
技术介绍
二氧化碳(CO2)等温室气体的排放是造成气候变化的一个主要因素，如何从富含CO2的气体混合物或液化气中，低能耗和低成本地捕集或分离CO2就显得极为重要。这些混合物包括烟道气、炼厂气、天然气、液化气、合成气、变换气和制氢气等等。气体混合物中含有5％～50％的CO2，其它酸性气体包括SO2、H2S以及有机硫CH3S、COS等，其它气体组成有N2、O2、Ar、CO、H2、CH4、C2H6。气体的压力变化范围大(0.5～90bar)，适合采用化学吸收法、物理吸收法或化学物理复合吸收的方法捕集和分离CO2等酸性气体组分。目前国内外工业上较为成熟的捕集分离CO2等酸性气体的溶剂主要有机胺和无机盐等化学吸收溶剂，以及醇类、酯类、醚类等物理吸收溶剂。单乙醇胺法(MEA)、二乙醇胺法(DEA)、2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、二异丙醇胺法(DIPA)和甲基二乙醇胺法(MDEA)等有机胺类溶剂主要适用于中低压气体中的酸性气体的捕集分离。而甲醇、碳酸丙烯酯、聚醚醇等物理溶剂主要适用于高压体系的高浓度酸性气体的分离。为了提高吸收溶液对酸性气体CO2的吸收速度，在吸收速度较慢的溶剂中，加入吸收速度较快的溶剂如MEA和哌嗪(PZ)等，形成吸收溶解度高、吸收速度快的混合溶剂，可大幅度降低酸性气体的捕集分离的能耗和成本。除了吸收溶剂，吸收过程的工艺流程也是降低CO2等酸性气体的捕集和分离能耗和成本的关键。常规的吸收工艺流程包含原料气预处理、吸收、净化气冷却和气液分离、贫液和富液换热、加热解吸、再生气冷却和分离、以及贫液冷却等。在常规的工艺流程基础上，下列的工艺流程的改进，使得捕集分离的能耗得到不同程度的降低。吸收塔内冷是一个在众多文献中被广泛研究的改进流程(Woertz,B.B.,1966.Processforremovingacidicconstituentsfromgaseousmixtures.PatentNo.US3266220A1,UnionOilCo.)。吸收塔内冷是指从吸收塔的中间，取出一部分或全部的液相物料，将取出的液相通过换热设备进行冷却，再将冷却后的物流送回吸收塔中。也可以采用在吸收塔中部直接加冷却装置。由于CO2等酸性气体的吸收过程是放热的，所以在吸收过程中，吸收塔内的温度的上升不利于吸收，降低了溶剂对CO2的吸收效果，增加了溶剂的循环量，继而增加了解吸塔再沸器的能耗。而通过吸收塔内冷的流程改进，吸收塔中部的溶剂温度下降，提高了溶剂吸收CO2的能力，最终减少了溶剂的循环量，降低了再沸器的能耗。针对不同溶剂，再沸器能耗可下降3-7％。对富液分流过程的研究最早可追溯至Eisenberg和Johnson的研究(EisenbergandJohnson,1979.Amineregenerationprocess.PatentNo.US4152217A1,ExxonResearchandEngineeringCompany.)。这个简单的改进流程是将吸收塔塔底取出的富液分为两股，其中一股不经过换热器加热，直接注入解吸塔的顶部，而另一股则先通过换热器进行加热后再进入解吸塔的顶部偏下的部位。通过应用富液分流这个改进流程，解吸塔再沸器能耗能够有很明显的下降。由于未被加热的冷富液从解吸塔塔顶进入，遇到塔顶处的高温气相(主要成分为气态H2O和CO2)后，吸收高温气相的热量，并释放出CO2，而高温气相中的部分水蒸气被冷却液化，CO2则继续从塔顶排出。塔顶采出的气相温度更低，减少了气相带走的热量，降低了再沸器能耗。同时，另一股冷富液由于量的减少，通过换热器时能够被加热到一个更高的温度，更容易在解吸塔中释放出CO2，减小了再沸器需要的能耗。针对不同溶剂，采用富液分流的工艺流程，再沸器能耗可下降8-15％。另一种类似的利用解吸气热量的方法，是采用富液和解吸气的换热的方法(Herrin,1989.Processsequencingforamineregeneration.PatentNo.US4798910A1.)，其原理实际上和富液分流的一样，但是富液和解吸气之间没有物质交换，只有热量交换。半贫液分流技术，也可以被称为溶液分流，首先由Shoeld提出(Shoeld,1934.Purificationandseparationofgaseousmixtures.PatentNo.US1971798,TheKoppersCo.)。吸收塔和解吸塔都分成上下两部分，在吸收下部中吸收较多气体的液体在解吸塔的上部解吸，而在吸收塔上部中吸收较少气体的溶液在解吸塔的下部进行解吸。另一种改进的方法，在使用单个吸收塔和单个解吸塔的情况下，在解吸塔中部采出一部分溶液，经过换热和冷却后，送入吸收塔的中部(Reddy,etal.,2004.Improvedsplitflowprocessandapparatus.PatentNo.WO2004005818A2,FluorCorporation.)。该技术利用了高负荷的溶液中CO2解吸热较低的优点，可节能7-10％左右。贫液闪蒸压缩是被研究的最广泛的改进流程之一(BensonandMcRea,1979.Removalofacidgasesfromhotgasmixtures.PatentNo.US4160810A1,BenfieldCorporation.)(Reddyetal.,2007.Integratedcompressor/stripperconfigurationsandmethods.PatentNo.WO2007075466A2,FluorTechnologiesCorporation)。从解吸塔塔底采出的热贫液首先被通入一个低压闪蒸罐中进行闪蒸，闪蒸得到的气相再经压缩机压缩后通入解吸塔塔底以上的部位，而闪蒸后的液相仍经过换热和冷却后进入吸收塔。从闪蒸罐中得到的气相经压缩机做功，可以达到较高的温度，通入解吸塔后，可以为解吸过程提供一部分热量，降低解吸塔再沸器的热负荷。针对不同溶剂，采用贫液闪蒸压缩的工艺流程，再沸器能耗可下降10-13％。由于流程中引入了压缩机，考虑其电耗后，总体能耗下降了3-5％。将上述的工艺流程的改进，进行组合，可进一步降低捕集分离过程的能耗。例如吸收塔内冷+富液分流、吸收塔内冷+贫液闪蒸压缩等，总体可降低能耗10-20％。而在分离捕集过程和燃煤发电等其他工业过程进行能量集成方面，主要的工艺流程有烟气能量的利用和解吸气能量的利用等。利用高温烟气的能量的方法有两种，一种是利用高温烟气加热富液(BensonHomerandMccreaDonald,1979.Removalofacidgasesfromhotgasmixtures.PatentNo.US4160810.BenfieldCorp.)。另一种是利用高温烟气加热解吸塔中部液体(TAKASHIetal.,2006.ApparatusandmethodforCO2recovery.JP20050047857.MitsubishiHeavyIndLtd本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用溶剂吸收法捕集气体混合物中酸性气体的方法，其特征在于，包括如下步骤：将解吸塔的底部流出的高温贫液在换热前或换热中进行分流，分别与所述溶剂吸收法过程中的内部液体以及所述溶剂吸收法过程外的冷流体进行换热。

【技术特征摘要】
1.一种使用溶剂吸收法捕集气体混合物中酸性气体的方法，其特征在于，包括如下步骤：将解吸塔的底部流出的高温贫液在换热前或换热中进行分流，分别与所述溶剂吸收法过程中的内部液体以及所述溶剂吸收法过程外的冷流体进行换热。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将所述高温贫液直接分成至少两股的液体，其中至少一股用于与所述溶剂吸收法过程中的内部液体进行换热，至少另一股用于与所述溶剂吸收法过程外的冷流体进行换热。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将所述高温贫液与所述溶剂吸收法过程中的内部液体进行部分换热后，再进行分流，一部分用于与所述溶剂吸收法过程中的内部液体进行二次换热，另一部分用于与所述溶剂吸收法过程外的冷流体进行换热。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将所述高温贫液与至少一股所述溶剂吸收法过程中的内部液体以及至少一股所述溶剂吸收法过程外的冷流体，在一个多股流换热器中进行换热。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，还包括，将换热后的贫液进一步冷却后进入与所述解吸塔对应的吸收塔中，用于循环吸收酸性气体。6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，于燕梅，费维扬，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11