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回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法以及回收系统
技术领域
本申请涉及一种回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法以及回收系统，属于气体净化领域。
背景技术
低温甲醇洗工艺是一种物理吸收法气体净化工艺，该工艺以低温甲醇作溶剂脱除原料气中的酸性气体。低温甲醇洗净化工艺能脱除原料气中的H2S、COS、RSH、CO2、HCN、NH3、NO以及石腊烃、芳香烃、粗气油等多种组分。
当采用低温甲醇洗工艺吸收来自原料气中的H2S、CO2等组分时，需要对溶解在甲醇液中的CO2进行解吸，因为富甲醇中CO2在低温低压的状态下闪蒸出来，会因解吸过程吸热而产生大量的冷量，可以平衡在高压下甲醇液吸收原料气中的CO2时所放出的热量，从而保证系统冷量平衡。因此，富甲醇液中的CO2在低温区充分解吸，才能保证整个装置冷耗最低。现有技术中，为保证CO2在低温区充分解吸往往需要对富甲醇液进行气提，即用低压氮气对富甲醇液进行气提，如CN1451602A中公开了一种用甲醇吸收回收混合气中酸性气CO2的工艺，该工艺包括步骤：用甲醇吸收CO2，再经减压解吸、真空解吸、气提、加热，从而分离出CO2。
在该工艺中，氮气消耗量较高，同时气提出的CO2气中氮气含量在较高，不能再做为产品气加以应用，只能做为尾气向大气排放，纯CO2产品气的回收率只能做到83％左右，在某些装置中CO2产量不满足下游生产要求，同时未能回收的CO2也增加了温室气体排放量，对环境造成污染。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法，该方法对富含CO2的甲醇液依次进行减压闪蒸处理、换热闪蒸处理、真空闪蒸处理，省去了利用低压氮气对富甲醇液进行气提的步骤，简化了CO2的回收过程，无尾气排放、无低压氮气消耗，且CO2的回收率达90％以上。
一种回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法，至少包括步骤：
将富含CO2的甲醇液进行减压闪蒸处理，并将减压闪蒸处理后得到的CO2解吸气作为产品气输出；
将经过减压闪蒸处理后得到的第一甲醇处理液进行换热闪蒸处理，并将换热闪蒸处理后得到的CO2解吸气作为产品气输出；
将经过换热闪蒸处理后得到的第二甲醇处理液进行真空闪蒸处理，并将真空闪蒸处理后得到的CO2解吸气作为产品气输出。
可选地，所述富含CO2的甲醇液包括富含CO2的无硫甲醇液和富含CO2的含硫甲醇液，且对所述无硫甲醇液和含硫甲醇液分别进行减压闪蒸处理。
可选地，还包括对含硫甲醇液进行减压闪蒸处理得到的CO2解吸气中的H2S进行脱除，并将脱除H2S后的CO2解吸气作为产品气输出。
可选地，将所述无硫甲醇液的第一甲醇处理液用于洗涤含硫甲醇液进行减压闪蒸处理后得到的CO2解吸气以使所述CO2解吸气中的H2S被所述无硫甲醇液的第一甲醇处理液吸收。
可选地，将所述无硫甲醇液和含硫甲醇液经过减压闪蒸处理后得到的第一甲醇处理液进行换热闪蒸处理。
可选地，将经过换热闪蒸处理后得到的第二甲醇处理液通入真空解吸罐中，控制所述真空解吸罐的闪蒸压力以使所述第二甲醇处理液中的CO2充分解吸。
可选地，真空闪蒸处理后得到的CO2解吸气经换热处理、无硫甲醇液的第一甲醇处理液洗涤后，作为产品气输出。
可选地，还包括：将经过真空闪蒸处理后的剩余甲醇液送去热再生系统以对所述剩余甲醇液进行再生处理。
根据本申请的另一方面，还提供了一种用于实现上述任一项所述回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法的回收系统，包括CO2解吸塔、第一换热器以及真空解吸罐；
所述CO2解吸塔用于对富含CO2的甲醇液进行减压闪蒸处理；
所述第一换热器与所述CO2解吸塔的连通用于对经减压闪蒸处理后的甲醇液进行换热闪蒸处理；
所述真空解吸罐与所述CO2解吸塔的连通用于对经换热闪蒸处理后的甲醇液进行真空闪蒸处理。
可选地，所述CO2解吸塔包括上段、中段和下段；
所述CO2解吸塔的上段用于对富含CO2甲醇液中的无硫甲醇液进行减压闪蒸处理；
所述CO2解吸塔的中段用于对富含CO2甲醇液中的含硫甲醇液进行减压闪蒸处理；
所述第一换热器的进液端与CO2解吸塔中段的下部连通，所述第一换热器的出液端与CO2解吸塔下段的上部连通。
可选地，所述真空解吸罐的进液口与CO2解吸塔下段的底部连通，所述真空解吸罐的出气口通过真空泵与CO2解吸塔中段的连通，以使所述真空解吸罐中产生的解吸气作为产品气经过CO2解吸塔排出。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法，通过对富含CO2的甲醇液依次进行减压闪蒸处理、换热闪蒸处理、真空闪蒸处理，使得溶解在甲醇液中的CO2逐步被解吸出来，CO2的回收率达90％左右。
2)本申请所提供的回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法，减少了利用氮气进行气提的步骤，无低压氮气消耗，无尾气排放，节省了能源且保护了环境。
3)本申请所提供的用于回收低温甲醇洗工艺中CO2的回收系统，简化了CO2解吸塔的结构，并且省去了CO2气提结构，使得回收系统结构简单，且使CO2的回收流程短，有利于提高回收效率。
附图说明
图1为实施例1提供的回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法的流程图；
图2为实施例2提供的用于实现回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法的回收系统的结构示意图。
部件和附图标记列表：
100 CO2解吸塔；101上段； 102中段；
103下段；1021第一抽液泵；1022第二抽液泵；
200第一换热器；300真空解吸罐； 301真空泵；
302第二换热器；303第三换热器； 304第三抽液泵。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
图1为本实施例提供的回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法的流程图，下面结合图1具体对本实施例进行说明。
如图1所示，本实施例提供的回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法，至少包括步骤：
S101：将富含CO2的甲醇液进行减压闪蒸处理，并将减压闪蒸处理后得到的CO2解吸气作为产品气输出；
S102：将经过减压闪蒸处理后得到的第一甲醇处理液进行换热闪蒸处理，并将换热闪蒸处理后得到的CO2解吸气作为产品气输出；
S103：将经过换热闪蒸处理后得到的第二甲醇处理液进行真空闪蒸处理，并将真空闪蒸处理后得到的CO2解吸气作为产品气输出。
在本实施例中，通过对富含CO2的甲醇液依次进行减压闪蒸处理、换热闪蒸处理、真空闪蒸处理，使得溶解在甲醇液中的CO2逐步被解吸出来，CO2的回收率达95％左右。通过减压闪蒸处理和换热闪蒸处理将溶解在甲醇液中的大部分CO2解吸出来，再通过真空闪蒸处理进一步将CO2解吸出来，从而实现了CO2的充分解吸。在本实施例提供的回收方法中，无需设计氮气气提步骤即可保证CO2的高回收率，因此无低压氮气消耗，无尾气排放，节省了能源且保护了环境。
可选地，富含CO2的甲醇液包括富含CO2的无硫甲醇液和富含CO2的含硫甲醇液，且对无硫甲醇液和含硫甲醇液分别进行减压闪蒸处理。
在低温甲醇洗装置中，用甲醇洗涤原料气后得到两股富甲醇液，分别为富含CO2的无硫甲醇液和富含CO2的含硫甲醇液。
对无硫甲醇液和含硫甲醇液进行减压闪蒸处理前还包括对其进行中压闪蒸处理，以回收有效气体。
将经过中压闪蒸处理后的无硫甲醇液和含硫甲醇液分别进行减压闪蒸处理。
无硫甲醇液进行减压闪蒸处理后得到的CO2解吸气可以直接作为产品气输出。无硫甲醇液进行减压闪蒸处理后得到的第一甲醇处理液可以进行换热闪蒸处理，或者也可以一部分进行换热闪蒸处理、另一部分作为半贫液送回至洗涤装置中用于洗涤原料气。
可选地，还包括对含硫甲醇液进行减压闪蒸处理得到的CO2解吸气中的H2S进行脱除，并将脱除H2S后的CO2解吸气作为产品气输出。
含硫甲醇液进行减压闪蒸处理后得到的CO2解吸气中含有H2S，需要对H2S进行脱除，脱除H2S后，将CO2解吸气作为产品气输出。
优选地，利用无硫甲醇液的第一甲醇处理液对含硫甲醇液减压闪蒸出来的H2S进行脱除。具体地，将无硫甲醇液的第一甲醇处理液用于洗涤含硫甲醇液进行减压闪蒸处理后得到的CO2解吸气以使该CO2解吸气中的H2S被无硫甲醇液的第一甲醇处理液吸收。
在此过程中，利用无硫甲醇液的第一甲醇处理液对含硫甲醇液减压闪蒸出来的H2S进行吸附，即利用现成的溶液对H2S进行吸附，从而使得该第一甲醇处理液得到有效利用，而且也省去了需额外配制的H2S吸附液。
可选地，将无硫甲醇液和含硫甲醇液经过减压闪蒸处理后得到的第一甲醇处理液进行换热闪蒸处理。例如，将无硫甲醇液的第一甲醇处理液在吸收H2S后与含硫甲醇液的第一甲醇处理液一同进行换热闪蒸处理。
具体地，可以将第一甲醇处理液通入第一换热器中，利用第一换热器对第一甲醇处理液进行换热闪蒸处理。经换热闪蒸处理后得到的CO2解吸气可以作为产品气直接输出。
可选地，将经过换热闪蒸处理后得到的第二甲醇处理液通入真空解吸罐中，控制所述真空解吸罐的闪蒸压力以使所述第二甲醇处理液中的CO2充分解吸。
具体地，控制真空解吸罐中的闪蒸压力降低至常压或者有一定的真空度。
可选地，真空闪蒸处理后得到的CO2解吸气经换热处理、无硫甲醇液的第一甲醇处理液洗涤后，作为产品气输出。
具体地，第二甲醇处理液经真空闪蒸处理后得到的CO2解吸气经过加热、升压、冷却处理后，再经过无硫甲醇液经减压闪蒸处理后得到的第一甲醇处理液洗涤后作为产品气输出。
可选地，还包括将经过真空闪蒸处理后的剩余甲醇液送去热再生系统以对所述剩余甲醇液进行再生处理。真空闪蒸处理后的剩余甲醇液为含硫的甲醇溶液，且该甲醇溶液中的CO2含量很低，可以直接进行再生处理。
本实施例提供了一种用于实现实施例1中回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法的回收系统，图2为本实施例所提供的回收系统的结构示意图，下面结合图2对本实施例进行具体说明。
本实施例提供的回收系统，包括CO2解吸塔100、第一换热器200以及真空解吸罐300；
CO2解吸塔100用于对富含CO2的甲醇液进行减压闪蒸处理；
第一换热器200与CO2解吸塔100连通，用于对经减压闪蒸处理后的甲醇液进行换热闪蒸处理；
真空解吸罐300与CO2解吸塔100连通，用于对经换热闪蒸处理后的甲醇液进行真空闪蒸处理。
本实施例提供的用于回收低温甲醇洗工艺中CO2的回收系统，简化了CO2解吸塔的结构，并且省去了CO2气提结构，使得回收系统结构简单，且使CO2的回收流程短，有利于提高回收效率。
可选地，如图2所示，CO2解吸塔100包括上段101、中段102和下段103；
CO2解吸塔100的上段101用于对富含CO2甲醇液中的无硫甲醇液进行减压闪蒸处理；
CO2解吸塔100的中段102用于对富含CO2甲醇液中的含硫甲醇液进行减压闪蒸处理；
第一换热器200的进液端与CO2解吸塔100中段102的下部连通，第一换热器200的出液端与CO2解吸塔100下段103的上部连通。
可选地，请继续参考图2，真空解吸罐300的进液口与CO2解吸塔100下段的底部连通，真空解吸罐300的出气口通过真空泵301与CO2解吸塔100中段102的连通，以使真空解吸罐300中产生的解吸气作为产品气经过CO2解吸塔100排出。
真空解吸罐300的出气口与真空泵301一端之间安装有第二换热器302用于对从真空解吸罐300中输出的CO2解吸气加热，真空泵301的另一端与第三换热器303连通用以对CO2解吸气进行冷却处理，第三换热器303与第二换热器302连通，该第二换热器302还用于对CO2解吸气进行二次冷却处理。
真空解吸罐300的底部开设有出液口，用于将经过真空闪蒸处理后的剩余甲醇液送去热再生系统以对所述剩余甲醇液进行再生处理。
下面结合图2中所示的回收系统的结构示意图，具体介绍回收低温甲醇洗工艺中CO2的方法。
无硫甲醇液进入CO2解吸塔100的上段101，经过减压闪蒸处理后，所得到的CO2解吸气作为产品气直接从上段101的顶部输出，利用第一抽液泵1021将无硫甲醇液经减压闪蒸处理后得到的第一甲醇处理液的一部分作为半贫液送回至洗涤塔用于对原料气洗涤，第一甲醇处理液的另一部分则进入解吸塔100的中段102上部。
含硫甲醇液进入CO2解吸塔100的中段102，经过减压闪蒸处理后，所得到的CO2解吸气(含有H2S)经进入解吸塔100中段102上部的无硫甲醇液的第一甲醇处理液洗涤处理后作为产品气排出，而吸收H2S后的无硫甲醇液的第一甲醇处理液则流入中段102的底部，含硫甲醇液经过减压闪蒸处理后得到的第一甲醇处理液也同样流入中段102的底部。
将位于CO2解吸塔100的中段102底部的第一甲醇处理液利用第二抽液泵1022抽入第一换热器200中，经第一换热器200处理后的第一甲醇处理液温度升高会有部分CO2再解吸出来。换热解吸出来的CO2由CO2解吸塔100下段103的上部进入中段102直接作为产品气排出。换热后得到的第二甲醇处理液则进入CO2解吸塔100下段103的底部。
位于CO2解吸塔100下段103底部的第二甲醇处理液经位于真空解吸罐300上部的进液口进入到真空解吸罐300中，在真空泵301的作用下对第二甲醇处理液进行真空解吸，CO2真空解吸气经过第二换热器302加热后进入真空泵301，此时，真空泵301用于对CO2真空解吸气进行升压，再经第三换热器303和第二换热器302冷却处理后进入CO2解吸塔100的中段102，作为产品气输出。
经真空闪蒸处理后的剩余甲醇液位于真空解吸罐300的底部，在第四抽液泵304的作用下送去热再生系统中以对剩余甲醇液进行再生处理。
实施例1 CO2回收率测试
测试方法：
原料变换气(13174.38kmol/h，CO2含量41.66％mol)在洗涤塔进行洗涤处理后，原料气中CO2溶解在甲醇液中，得到富含CO2的无硫甲醇液和含硫甲醇液。
将富含CO2的无硫甲醇液通入CO2解吸塔100的上段101进行减压闪蒸处理，其中无硫甲醇液中的CO2含量为27％mol左右，具体的减压闪蒸条件为：闪蒸压力为0.19MPaG，并收集减压闪蒸出来的CO2解吸气。无硫甲醇液经减压闪蒸处理后得到的第一甲醇处理液的一部分作为半贫液送回至洗涤塔，而另一部分则进入解吸塔100的中段102上部。
将富含CO2的含硫甲醇液通入CO2解吸塔100的中段102进行减压闪蒸处理，并且利用无硫甲醇液的第一甲醇处理液洗涤以脱除解吸气中的H2S，其中含硫甲醇液中的CO2含量为27％mol左右，具体的减压闪蒸条件为：闪蒸压力为0.23MPaG，并收集减压闪蒸出来的CO2解吸气。
将经过减压闪蒸处理后得到的无硫甲醇液和含硫甲醇液的第一甲醇处理液通入第一换热器200中，具体的换热条件为：将减压闪蒸后的低温富甲醇液(即第一甲醇处理液，温度-55～-60℃)升温至-30℃。
经过换热处理温度升高的富甲醇液(即第一甲醇处理液)会有一部分CO2在103解吸出来，剩余液体形成第二甲醇处理液。
将换热闪蒸后得到的第二甲醇处理液通入真空解吸罐300中进行真空解吸，真空解吸罐300中的真空度为-0.01MPaG。对真空解吸后得到的CO2真空解吸气通过压缩机进出口换热器回收冷量，升压至0.23MPaG，然后通入CO2解吸塔100的中段102并用无硫甲醇液的第一甲醇处理液洗涤，然后收集真空CO2解吸气。
测试结果：
进低温甲醇洗原料气中CO2总量为：
M＝13174.38kmol/h×41.66％mol＝5488.447kmol/h；
经低温甲醇洗收集CO2解吸气的量为5349.47kmol/h，其中CO2浓度为99.5204％mol，则回收CO2总量为：
m＝5349.47kmol/h×99.5204％mol＝5323.814kmol/h；
所以计算CO2的回收率为：
m÷M＝97％。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
