用于通过蒸馏和气提来分离溶解的气体的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于通过蒸馏和气提来分离溶解的气体的系统和方法。提供了用于从工艺流中分离气体的系统，包括分离单元，配置为接收化学工艺的工艺流并分离工艺流的至少一种组分，分离单元包括位于分离单元的顶部并从分离单元的顶部接收工艺流的顶部流的换热器，换热器冷凝工艺流的顶部流；以及气提单元，配置为从换热器接收冷凝的工艺流的顶部流，并配置为通过向其中引入至少一种气提流体来从冷凝的工艺流的顶部流中分离气体。还提供了用于从工艺流中分离气体的方法，包括提供如上所述的分离单元、换热器以及气提单元。换热器以及气提单元。换热器以及气提单元。

【技术实现步骤摘要】
用于通过蒸馏和气提来分离溶解的气体的系统和方法
[0001]本申请是申请日为2018年12月4日专利技术名称为“用于通过蒸馏和气提来分离溶解的气体的系统”申请号为2018800286594(国际申请号为PCT/IB2018/059633)的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本公开涉及用于从料流中分离气体，用于从甲醇合成产物流中去除CO2的改进系统。该系统可包括用于从蒸馏塔的塔顶料流中去除CO2的气提部分。该系统可还包括用于具有集成的蒸汽冷凝器的蒸馏塔的分流塔设计，并可利用机械蒸汽再压缩。

技术介绍

[0003]全球气候变化已被认为是“我们这个时代最紧迫的环境挑战”。美国国家航空航天局(NASA)称“气候系统变暖的科学证据是明确的。”气候变化是由诸如水蒸气、氧化亚氮、甲烷和二氧化碳的温室气体的变暖效应造成的。其中，二氧化碳排放是关键元凶，因为自工业革命开始以来，全球大气CO2浓度已经增加了三分之一。CO2排放主要来自人类活动，诸如化石燃料的消耗，其副产品被排放到大气中。
[0004]各国尝试应对气候变化的方法之一是通过讨论并实施碳排放限制和交易政策，其限制碳排放总量并允许企业对产生排放的配额进行交易。这种政策为诸如公用设施和化学公司的净碳排放体创造了减少碳排放的强大需求，这是出于向其他净碳排放体交易减排信用和避免支付额外的配额的两个目的。
[0005]为进一步回应对气候变化的担忧，太阳能和风能产量近年来已显著增加，但仍然受到许多基础工程限制：大多数太阳能和风能主要从远离消耗电力的人口和工业区域的地区获得，并因此主要在这些地区生产；例如，美国的大部分风能潜能在大平原地区，且大部分太阳能潜能在西南部，而人口中心主要集中在沿海地区。在这些偏远地区产生可再生电力，由于太阳能和风能在长距离上传输，会导致成本高昂且功耗巨大。此外，提供给消费者的大部分能量并非为电力形式，而是运输燃料、加热气体或其他的形式。仅有小百分比的运输能量是由可再生电力提供的。
[0006]可再生电力也不能以工业上大的量或以经济上可行的成本存储，这导致当太阳能和风能产量高但栅极电容已经达到最大值时，或者当电力需求低时，许多太阳能和风能电力被浪费或接地。因此，通常由诸如煤炭和天然气的化石燃料来源发电厂向太阳能和风能提供保障，当太阳能和风能不足以满足需求时，其可提供基线电力或备用电力。因此，需要能克服可再生电力的不足的可再生形式的能量，以通过存储能量和促进将能量更有效地运输到市场来满足能量需求。
[0007]甲醇是运输燃料、诸如甲醛的化工原料以及塑料、油漆、织物、和其他处置方式的重要前体，将CO2转化为甲醇是CO2的有效替代的处置方式以及用于存储诸如来自可再生源的能量的改进方法，因为甲醇可以将可再生能量存储在其化学键中，并克服了可再生电力的众多与运输相关的问题。例如，甲醇的良好的能量密度和液态，其与运输燃料的相容性，
以及运输期间的较低损耗，使甲醇成为一种有利的储能介质。
[0008]此外，考虑到全球范围对甲醇的巨大需求——每天200,000吨且在不断增长——将二氧化碳从大气中转移并转化成甲醇，有回收造成气候变化的大量温室气体的潜力。甲醇作为运输燃料发展也具有很大的潜力。甲醇的另一日益增加的处置方式包括甲醇制烯烃工艺，其将甲醇转化成聚烯烃的结构单元，聚烯烃是全球需求日益增长的最常见的塑料产品。
[0009]甲醇通常在工业环境中由合成气(“合成气”)生产，合成气是各种量的H2、CO和CO2的组合，通常来源于气化煤。由合成气合成甲醇的工艺通常夹带有与甲醇产物一起的CO和CO2副产物。在产物的最后处置之前，这些副产品必须与甲醇产品分离。
[0010]用于去除气体(诸如CO和CO2)的典型工艺包括专用的轻馏分分离工艺，这通常涉及单独的且资本密集的分馏塔(一个或多个)和相关的分离设备，以及除初级蒸馏塔之外的能量消耗。能量在所述分馏操作的再沸器和冷凝器中消耗。由于CO2在甲醇中的溶解度高，其因而不能通过简单的闪蒸操作充分分离，所以轻馏分分馏工艺是必要的。结果，从所需甲醇产品中分离夹带的CO和CO2副产物是非常昂贵和低效的。
[0011]在由合成气合成甲醇中使用的反应器通常限于沸水反应器，因为典型的反应套件具有高的热特性，其包括大量的CO。BWR是一种复杂且昂贵的设备，但通常是必要的，以减轻在由合成气放热生产甲醇中产生的热量，从而保护反应产物、反应器和催化剂。
[0012]用于从产物流中分离诸如CO和CO2的气体的其他工艺可包括在蒸馏之前的闪蒸分离，但这是不足够的且是不期望的，因为其本质上是不完整的一级平衡分离，将产物浪费至废气流且不能去除所有溶解的副产物。
[0013]其他分离工艺包括膜分离和溶剂分离(诸如氨纯化)，但这些工艺成本高、效率低且不适合甲醇生产。因此，蒸馏仍然是用于纯化许多化学产品的主要方法，且是化工过程工业中应用最广泛的操作之一。
[0014]塔式蒸馏或分馏是高度能量密集型操作(由于蒸馏使用热量作为分离介质)，占由化工过程工业使用的能量的40％
‑
60％，相当于每天至少120万桶原油。仅蒸馏就占美国能量使用总量的6％和全球能量使用量的3％。蒸馏操作的巨大能量消耗至少部分是由于现有蒸馏工艺的低效率(通常5％
‑
10％)。因此，改进的分离工艺有可能大大减少与能量有关的排放。
[0015]综上所述，需要用于从产物流特别是甲醇产物中分离气体特别是CO2的改进系统。

技术实现思路

[0016]通过本公开的用于分离气体的系统的实施方式来解决在可再生运输燃料背景下包括的蒸馏工艺的能源密集型和排放密集型问题。通过提供产生较少的轻馏分副产物的有利的反应套件，和用气提气去除诸如CO2的轻馏分副产物的分离部分，而不需要专门的轻馏分蒸馏塔，从而可以省略整个蒸馏阶段，并避免相关的能量消耗和排放。
[0017]本文所述的分离实施方式不限于甲醇纯化工艺，而是可用于其中要求或需要改进的系统和/或方法来从工艺流中分离气体的任何化学工艺。
[0018]优选地，用于分离气体的系统的实施方式包括产生粗产物流的反应器和在塔顶部分与换热器(诸如冷凝器)连接的分馏塔以及气提(汽提、脱气、stripping)单元。当塔顶料
流在换热器中冷凝之后，气提流体流流经气提单元以选择性地从分馏塔的塔顶料流中除去杂质，诸如CO2。该反应器可以有利地利用主要消耗CO2(而非CO)作为甲醇合成的原料的反应套件，从而为CO2排放提供可行的替代处置方式，并进一步简化分离部分，如下所述。
[0019]该反应套件还可产生基本上仅包括甲醇、水和CO2的粗甲醇产物流。现有的反应套件产生与甲醇形成共沸混合物的轻馏分杂质，诸如丙酮、甲酸乙酯、乙酸甲酯和丙酸甲酯，其中主要观察到的共沸杂质为丙酮。共沸混合物的分离极其困难，且通常需要特殊的分离技术和设备，诸如变压蒸馏或添加其他化学物质。
[0020]通过本公开的实施方式的反应套件有利地避免了诸如这些的轻馏分杂质，从而可以通过单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于从工艺流中分离气体的系统，所述系统包括：分离单元，配置为接收化学工艺的工艺流，并分离所述工艺流的至少一种组分，所述分离单元包括换热器，所述换热器位于所述分离单元的顶部并从所述分离单元的顶部接收所述工艺流的顶部流，所述换热器配置为冷凝所述工艺流的顶部流；以及气提单元，配置为从所述换热器接收冷凝的所述工艺流的顶部流，并配置为通过向其中引入至少一种气提流体来从所述冷凝的工艺流的顶部流中分离所述气体。2.根据权利要求1所述的用于从工艺流中分离气体的系统，其中，所述工艺流包括CO2、水和甲醇。3.根据权利要求1所述的用于从工艺流中分离气体的系统，其中，所述化学工艺是甲醇合成工艺。4.根据权利要求1所述的用于从工艺流中分离气体的系统，其中，所述至少一种气提流体包括气态N2或H2。5.根据权利要求1所述的用于从工艺流中分离气体的系统，其中，生成了包括一部分所述至少一种气提流体和一部分所述分离的气体的至少一种废气流。6.根据权利要求5所述的用于从工艺流中分离气体的系统，其中，所述至少一种废气流从所述气提单元生成，并被再循环至所述化学工艺的上游。7.根据权利要求5所述的用于从工艺流中分离气体的系统，其中，所述至少一种废气流在排放到大气中之前被洗涤掉夹带的甲醇。8.根据权利要求5所述的用于从工艺流中分离气体的系统，其中，所述至少一种气提流体是所述化学工艺的反应物。9.根据权利要求1所述的用于从工艺流中分离气体的系统，其中，所述气提单元包括气体分布器。10.根据权利要求1所述的用于从工艺流中分离气体的系统，还包括鼓，所述鼓配置为从所述气提单元上游的所述换热器接收所述冷凝的顶部流。11.根据权利要求10所述的用于从工艺流中分离气体的系统，其中，所述鼓是连接到所述分离单元的回流鼓，并配置为积聚所述冷凝的工艺流的部分。12.根据权利要求11所述的用于从工艺流中分离气体的系统，还包括在所述气提单元处生成的第二废气流。13.根据权利要求11所述的用于从工艺流中分离气体的系统，其中，所述气提单元与所述回流鼓构成整体，所述至少一种气提流体被引入到所述回流鼓内的所述冷凝的顶部流中。14.根据权利要求11所述的用于从工...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃默里克，
申请(专利权)人：碳回收国际公司，
类型：发明
国别省市：