CN114367171B - 一种高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置，涉及煤化工装置技术领域，高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置，包括无硫闪蒸罐、含硫闪蒸罐、硫化氢浓缩塔、低温真空闪蒸罐、低温增压泵、第一级甲醇换热器、甲醇循环泵、第二级甲醇换热器、循环甲醇闪蒸罐、常温真空闪蒸罐、热再生塔、贫甲醇增压泵、1#二氧化碳压缩膨胀一体机、2#二氧化碳压缩膨胀一体机、常温增压泵。本发明提供的高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置，通过回收中压二氧化碳气体的压力势能，节省了传统的电力消耗，取消了氮气气提，能够得到纯度很高的二氧化碳产品。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工装置技术领域，尤其是涉及一种高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置。
背景技术
低温甲醇洗工艺利用甲醇在低温高压下对酸性气体二氧化碳溶解度极大的优良特点，可选择性脱除原料气中的二氧化碳，是应用较为广泛的经济且净化度高的气体净化技术。低温甲醇吸收了大量被溶解的二氧化碳气体后需要通过减压闪蒸、氮气气提、加热等工艺实现再生。在现有技术中，一方面，压力高的溶解在低温甲醇中的二氧化碳气体作为尾气直接减压送往下游设备，压力势能没有被充分利用；另一方面，氮气气提导致二氧化碳气体中混入了大量的氮气，纯度急剧降低，不能作为二氧化碳产品再利用，只能作为尾气外排。
发明内容
本发明提供一种高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置，解决了现有技术中溶解于低温甲醇中二氧化碳压力势能未充分利用，二氧化碳产品再利用率低的问题，通过回收溶解在低温甲醇中的二氧化碳气体的压力势能，驱动二氧化碳压缩膨胀一体机的压缩端产生真空，使富甲醇获得进一步的再生，释放出溶解于其中剩余二氧化碳气体的绝大部分。
本发明提供一种高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置，包括无硫闪蒸罐、含硫闪蒸罐、硫化氢浓缩塔、低温真空闪蒸罐、低温增压泵、第一级甲醇换热器、甲醇循环泵、第二级甲醇换热器、循环甲醇闪蒸罐、常温真空闪蒸罐、热再生塔、贫甲醇增压泵、1#二氧化碳压缩膨胀一体机、2#二氧化碳压缩膨胀一体机、常温增压泵；
无硫闪蒸罐的进料口管道连接无硫甲醇管道，底部液相出口管道连接硫化氢浓缩塔的上塔顶部进料口，顶部气相出口分别管道连接集气管道、1#二氧化碳压缩膨胀一体机的膨胀端入口和2#二氧化碳压缩膨胀一体机的膨胀端入口；
含硫闪蒸罐的进料口管道连接含硫甲醇管道，底部液相出口管道连接硫化氢浓缩塔的上塔中部进料口，顶部气相出口分别管道连接集气管道、1#二氧化碳压缩膨胀一体机的膨胀端入口和2#二氧化碳压缩膨胀一体机的膨胀端入口；
硫化氢浓缩塔的上塔顶部气相出口管道连接二氧化碳产品管道，上塔底部液相出口依次管道连接甲醇循环泵、第二级甲醇换热器冷侧及循环甲醇闪蒸罐的进料口，下塔底部出料口管道连接低温真空闪蒸罐，下塔底部进料口管道连接循环甲醇闪蒸罐的底部；
循环甲醇闪蒸罐的顶部气相出口依次连接集气管道、1#二氧化碳压缩膨胀一体机的膨胀端入口和2#二氧化碳压缩膨胀一体机的膨胀端入口；
低温真空闪蒸罐的顶部气相出口管道连接1#二氧化碳压缩膨胀一体机的压缩端入口，底部液相出口依次管道连接低温增压泵和第一级甲醇换热器的冷侧入口；
常温真空闪蒸罐管道连接第一级甲醇换热器的冷侧出料口连接，底部液相出口依次管道连接常温增压泵和热再生塔的进料口，顶部气相出口管道连接2#二氧化碳压缩膨胀一体机的压缩端入口；
热再生塔的底部液相出口依次管道连接贫甲醇增压泵、第一级甲醇换热器的热侧、第二级甲醇换热器的热侧以及低温贫甲醇管道；
1#二氧化碳压缩膨胀一体机的压缩端出口和膨胀端出口均依次通过管道连接进气管道和硫化氢浓缩塔的上塔底部气相进料口，2#二氧化碳压缩膨胀一体机的压缩端出口和膨胀端出口也均依次通过管道连接进气管道和硫化氢浓缩塔的上塔底部气相进料口。
优选的，无硫闪蒸罐的进料口与无硫甲醇管道的连接管道上设有第一减压阀，无硫闪蒸罐的底部液相出口与硫化氢浓缩塔的上塔顶部进料口的连接管道上设有第二减压阀。
优选的，含硫闪蒸罐的进料口与含硫甲醇管道的连接管道上设有第三减压阀，含硫闪蒸罐的底部液相出口与硫化氢浓缩塔的上塔中部进料口的连接管道上设有第四减压阀。
优选的，硫化氢浓缩塔的下塔底部出料口与低温真空闪蒸罐的连接管道上设有第五减压阀。
优选的，常温真空闪蒸罐与第一级甲醇换热器的冷侧出料口的连接管道上设有第六减压阀。
优选的，二级甲醇换热器冷侧与循环甲醇闪蒸罐的进料口的连接管道上设有第七减压阀。
本发明高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置，具有以下显著优点：
1、通过1、2#二氧化碳压缩膨胀一体机的膨胀端回收中压二氧化碳气体的压力势能，驱动上述压缩膨胀一体机的压缩端工作，实现对低、常温真空闪蒸罐的抽真空，无需设置专门的真空泵，节省了传统的电力消耗；
2、通过低、常温真空闪蒸罐建立起了两级温度梯级和两级真空梯级的二氧化碳再生环境，取代了传统的氮气气提工艺，使得低温甲醇洗装置将不再消耗大量宝贵的洁净氮气资源；
3、由于取消了氮气气提，硫化氢浓缩塔顶部排出的气体为纯度很高的二氧化碳产品，而非传统工艺的含有大量氮气成分的尾气，从而节省了下游二氧化碳提取设备的投资及其电量消耗；
4、装置设计巧妙，结构简单，占地小，且操作简单、弹性大，不依赖于外供电力供应，除了新建装置外，也可以应用在已有低温甲醇洗装置的改造中，能对其原有尾气中二氧化碳进行分离和回收。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置结构示意图。
附图标记说明：
1-无硫甲醇管道，2-第一减压阀，3-无硫闪蒸罐，4-第二减压阀，5-含硫甲醇管道，6-第三减压阀，7-含硫闪蒸罐，8-第四减压阀，9-硫化氢浓缩塔，10-低温真空闪蒸罐，11-低温增压泵，12-第一级甲醇换热器，13-甲醇循环泵，14-第二级甲醇换热器，15-循环甲醇闪蒸罐，16-第六减压阀，17-常温真空闪蒸罐，18-热再生塔，19-贫甲醇增压泵，20-1#二氧化碳压缩膨胀一体机，21-2#二氧化碳压缩膨胀一体机，22-低温贫甲醇管道，23-二氧化碳产品管道，24-第五减压阀，25-常温增压泵，26-集气管道，27-进气管道，28-第七减压阀。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
结合图1所示，本发明提供了一种高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置，包括无硫闪蒸罐3、含硫闪蒸罐7、硫化氢浓缩塔9、低温真空闪蒸罐10、低温增压泵11、第一级甲醇换热器12、甲醇循环泵13、第二级甲醇换热器14、循环甲醇闪蒸罐15、常温真空闪蒸罐17、热再生塔18、贫甲醇增压泵19、1#二氧化碳压缩膨胀一体机20、2#二氧化碳压缩膨胀一体机21、常温增压泵25。
无硫闪蒸罐3的进料口管道连接无硫甲醇管道1，其中，无硫闪蒸罐3的进料口与无硫甲醇管道1的连接管道上设有第一减压阀2，底部液相出口管道连接硫化氢浓缩塔9的上塔顶部进料口，其中，无硫闪蒸罐3的底部液相出口与硫化氢浓缩塔9的上塔顶部进料口的连接管道上设有第二减压阀4，顶部气相出口分别管道连接集气管道26、1#二氧化碳压缩膨胀一体机20的膨胀端入口和2#二氧化碳压缩膨胀一体机21的膨胀端入口，驱动膨胀端做功。
含硫闪蒸罐7的进料口管道连接含硫甲醇管道5，其中，含硫闪蒸罐7的进料口与含硫甲醇管道5的连接管道上设有第三减压阀6，底部液相出口管道连接硫化氢浓缩塔9的上塔中部进料口，其中，含硫闪蒸罐7的底部液相出口与硫化氢浓缩塔9的上塔中部进料口的连接管道上设有第四减压阀8，顶部气相出口分别管道连接集气管道26、1#二氧化碳压缩膨胀一体机20的膨胀端入口和2#二氧化碳压缩膨胀一体机21的膨胀端入口，驱动膨胀端做功。
硫化氢浓缩塔9的上塔顶部气相出口管道连接二氧化碳产品管道23，得到合格的二氧化碳产品，上塔底部液相出口依次管道连接甲醇循环泵13、第二级甲醇换热器14冷侧及循环甲醇闪蒸罐15的进料口，其中，第二级甲醇换热器14冷侧与循环甲醇闪蒸罐15的进料口的连接管道上设有第七减压阀28，下塔底部出料口管道连接低温真空闪蒸罐10，其中，硫化氢浓缩塔9的下塔底部出料口与低温真空闪蒸罐10的连接管道上设有第五减压阀24，下塔底部进料口管道连接循环甲醇闪蒸罐15的底部。
循环甲醇闪蒸罐15的顶部气相出口依次连接集气管道26、1#二氧化碳压缩膨胀一体机20的膨胀端入口和2#二氧化碳压缩膨胀一体机21的膨胀端入口。
低温真空闪蒸罐10的顶部气相出口管道连接1#二氧化碳压缩膨胀一体机20的压缩端入口，底部液相出口依次管道连接低温增压泵11和第一级甲醇换热器12的冷侧入口，压缩端入口吸气产生低温真空闪蒸罐10正常运行需要的真空。
常温真空闪蒸罐17管道连接第一级甲醇换热器12的冷侧出料口连接，其中，常温真空闪蒸罐17与第一级甲醇换热器12的冷侧出料口的连接管道上设有第六减压阀16，底部液相出口依次管道连接常温增压泵25和热再生塔18的进料口，顶部气相出口管道连接2#二氧化碳压缩膨胀一体机21的压缩端入口，压缩端入口吸气产生常温真空闪蒸罐17正常运行需要的真空。
热再生塔18的底部液相出口依次管道连接贫甲醇增压泵19、第一级甲醇换热器12的热侧、第二级甲醇换热器14的热侧以及低温贫甲醇管道22，得到下游工艺所需要低温贫甲醇溶剂。
1#二氧化碳压缩膨胀一体机20的压缩端出口和膨胀端出口均依次通过管道连接进气管道27和硫化氢浓缩塔9的上塔底部气相进料口，2#二氧化碳压缩膨胀一体机21的压缩端出口和膨胀端出口也均依次通过管道连接进气管道27和硫化氢浓缩塔9的上塔底部气相进料口。
实施例2
来自中压闪蒸的无硫甲醇管道1的无硫甲醇，其压力为1.7MPaA、温度为-32.8℃、流量为2925kmol/h、组成(甲醇为79.05％、H2S为0％、CO2为20.95％)，经由第一减压阀2减压至0.6MpaA，无硫闪蒸罐3闪蒸，顶部产生压力为0.6MPaA、温度为-37.7℃、流量为76.2kmol/h的二氧化碳气体，底部液体经过第二减压阀4减压至0.2MPaA后，进入硫化氢浓缩塔9上塔顶部；
来自中压闪蒸的含硫甲醇管道5的无硫甲醇，其压力为1.7MPaA、温度为-33.1℃、流量为3179kmol/h、组成(甲醇为77.68％、H2S为0.12％、CO2为22.20％)，经由第三减压阀6减压至0.6MpaA，无硫闪蒸罐3闪蒸，顶部产生压力为0.6MPaA、温度为-39.4℃、流量为107.6kmol/h的二氧化碳气体，底部液体经过第四减压阀8减压至0.2MPaA后，进入硫化氢浓缩塔9上塔中部，与来自塔顶而向下流动的甲醇混合自上而下流动到硫化氢浓缩塔9上段底部，吸收塔内自下而上流动气体中含有的少量硫化氢气体成分，最后用甲醇循环泵13将硫化氢浓缩塔9上段底部的甲醇抽出，并经与再生后的贫甲醇在第二级甲醇换热器14中进行换热，温度升高至-25.4℃，再经由第七减压阀28减压至0.6MPaA，使溶解于甲醇中的CO2气体解吸，之后进入循环甲醇闪蒸罐15，将气液两相分开，其顶部二氧化碳气体的压力为0.6MPaA、温度为-25.4℃、流量为481.9kmol/h，底部的液相返回到硫化氢浓缩塔9下塔的顶部进料口。
上述获得的三股二氧化碳气体汇合后，其压力为0.6MPaA、温度为-28.6℃、流量为665.7kmol/h，再经由集气管道26，被分别送至1#二氧化碳压缩膨胀一体机20的膨胀端入口和2#二氧化碳压缩膨胀一体机21的膨胀端入口，驱动同轴的1#二氧化碳压缩膨胀一体机20的压缩端入口产生0.04MPaA的低压，2#二氧化碳压缩膨胀一体机20压缩端入口产生0.08MPaA的低压。硫化氢浓缩塔9下塔底部的液相出料，经由第五减压阀24减压至0.04MPaA后，进入低温真空闪蒸罐10，其顶部二氧化碳气体为压力为0.04MPaA、温度为-30.2℃、流量为128.3kmol/h，底部液体经由低温增压泵11进入第一级甲醇换热器12中，被热再生后的贫甲醇加热至40.8℃，再经由第六减压阀16减压至0.08MPaA后，进入常温真空闪蒸罐17，其顶部获得的二氧化碳气体的压力为0.08MPaA、温度为28.9℃、流量为26.6kmol/h，底部的液相经由常温增压泵25送入热再生塔18内，进行热再生。
上述的1#二氧化碳压缩膨胀一体机20的压缩端和膨胀端的出口气体和2#二氧化碳压缩膨胀一体机21的压缩端和膨胀端的出口气体，全部汇入到硫化氢浓缩塔9上塔底部的进气管道27中，作为硫化氢浓缩塔9上塔的底部气相进料，该股二氧化碳进料气的压力为0.21MPaA、温度为-27.1℃、流量为820.6kmol/h。最终，硫化氢浓缩塔9上塔顶部经由二氧化碳产品管道23获得到合格的二氧化碳产品，其摩尔浓度大于99％，产量为1314kmol/h，回收率达到了98.5％。
本发明实施例提供的一种高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置，利用二氧化碳压缩膨胀一体机产生的真空，进行低压闪蒸再生，以替代传统的氮气气提工艺，分级利用了低温甲醇洗二氧化碳气体压力中的压力势能，同时实现了节能降耗和二氧化碳增产的目的，为低温甲醇洗二氧化碳回收以及温室气体减排装置技术领域，提供了一个新的优化解决结构。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置，其特征在于，包括无硫闪蒸罐（3）、含硫闪蒸罐（7）、硫化氢浓缩塔（9）、低温真空闪蒸罐（10）、低温增压泵（11）、第一级甲醇换热器（12）、甲醇循环泵（13）、第二级甲醇换热器（14）、循环甲醇闪蒸罐（15）、常温真空闪蒸罐（17）、热再生塔（18）、贫甲醇增压泵（19）、1#二氧化碳压缩膨胀一体机（20）、2#二氧化碳压缩膨胀一体机（21）、常温增压泵（25）；
所述无硫闪蒸罐（3）的进料口管道连接无硫甲醇管道（1），底部液相出口管道连接所述硫化氢浓缩塔（9）的上塔顶部进料口，顶部气相出口分别管道连接集气管道（26）、1#二氧化碳压缩膨胀一体机（20）的膨胀端入口和2#二氧化碳压缩膨胀一体机（21）的膨胀端入口；
所述含硫闪蒸罐（7）的进料口管道连接含硫甲醇管道（5），底部液相出口管道连接所述硫化氢浓缩塔（9）的上塔中部进料口，顶部气相出口分别管道连接所述集气管道（26）、所述1#二氧化碳压缩膨胀一体机（20）的膨胀端入口和所述2#二氧化碳压缩膨胀一体机（21）的膨胀端入口；
所述硫化氢浓缩塔（9）的上塔顶部气相出口管道连接二氧化碳产品管道（23），上塔底部液相出口依次管道连接所述甲醇循环泵（13）、第二级甲醇换热器（14）冷侧及所述循环甲醇闪蒸罐（15）的进料口，下塔底部出料口管道连接所述低温真空闪蒸罐（10），下塔底部进料口管道连接所述循环甲醇闪蒸罐（15）的底部；
所述循环甲醇闪蒸罐（15）的顶部气相出口依次连接所述集气管道（26）、所述1#二氧化碳压缩膨胀一体机（20）的膨胀端入口和所述2#二氧化碳压缩膨胀一体机（21）的膨胀端入口；
所述低温真空闪蒸罐（10）的顶部气相出口管道连接所述1#二氧化碳压缩膨胀一体机（20）的压缩端入口，底部液相出口依次管道连接所述低温增压泵（11）和所述第一级甲醇换热器（12）的冷侧入口；
所述常温真空闪蒸罐（17）管道连接所述第一级甲醇换热器（12）的冷侧出料口连接，底部液相出口依次管道连接所述常温增压泵（25）和所述热再生塔（18）的进料口，顶部气相出口管道连接所述2#二氧化碳压缩膨胀一体机（21）的压缩端入口；
所述热再生塔（18）的底部液相出口依次管道连接所述贫甲醇增压泵（19）、所述第一级甲醇换热器（12）的热侧、所述第二级甲醇换热器（14）的热侧以及低温贫甲醇管道（22）；
所述1#二氧化碳压缩膨胀一体机（20）的压缩端出口和膨胀端出口均依次通过管道连接进气管道（27）和所述硫化氢浓缩塔（9）的上塔底部气相进料口，所述2#二氧化碳压缩膨胀一体机（21）的压缩端出口和膨胀端出口也均依次通过管道连接进气管道（27）和所述硫化氢浓缩塔（9）的上塔底部气相进料口；
所述无硫闪蒸罐（3）的进料口与所述无硫甲醇管道（1）的连接管道上设有第一减压阀（2），所述无硫闪蒸罐（3）的底部液相出口与所述硫化氢浓缩塔（9）的上塔顶部进料口的连接管道上设有第二减压阀（4）；
所述含硫闪蒸罐（7）的进料口与所述含硫甲醇管道（5）的连接管道上设有第三减压阀（6），所述含硫闪蒸罐（7）的底部液相出口与所述硫化氢浓缩塔（9）的上塔中部进料口的连接管道上设有第四减压阀（8）。
2.根据权利要求1所述的一种高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置，其特征在于，所述硫化氢浓缩塔（9）的下塔底部出料口与所述低温真空闪蒸罐（10）的连接管道上设有第五减压阀（24）。
3.根据权利要求1所述的一种高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置，其特征在于，所述常温真空闪蒸罐（17）与所述第一级甲醇换热器（12）的冷侧出料口的连接管道上设有第六减压阀（16）。
4.根据权利要求1所述的一种高效节能型分级回收低温甲醇洗二氧化碳的再生装置，其特征在于，所述第二级甲醇换热器（14）冷侧与所述循环甲醇闪蒸罐（15）的进料口的连接管道上设有第七减压阀（28）。
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