本發(fā)明涉及凈化天然氣領(lǐng)域，具體而言，涉及一種低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：天然氣與煤炭、石油并稱為世界一次能源的三大支柱，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油危機(jī)的沖擊和煤、石油所帶來的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，能源結(jié)構(gòu)逐步發(fā)生變化，天然氣的消費(fèi)量急劇增長。天然氣作為優(yōu)質(zhì)干凈的燃料和重要的化工原料，其應(yīng)用越來越引起人們的重視，加快天然氣工業(yè)的發(fā)展已成為當(dāng)今世界的趨勢。天然氣凈化是天然氣處理和加工的重要工序。其過程主要包括固體雜質(zhì)及液相夾帶的分離、水分的脫除、酸性氣體的脫除及各種輕烴組分的分離。固體雜質(zhì)及液相夾帶的分離通過常規(guī)的分離器即可實(shí)現(xiàn)，過程比較簡單。而各種輕烴組分的分離，石油工業(yè)上一般稱為輕烴回收過程，因此天然氣凈化主要是指水分和酸性氣體的脫除。天然氣中的酸性氣體主要是指CO2和H2S等雜質(zhì)氣體。氣體凈化方法有氣液吸收、氣固相催化轉(zhuǎn)化、固體吸附、分子篩分離、膜分離等，但是用的最為廣泛的還是氣液吸收。低溫甲醇洗技術(shù)就是一種有效的氣體凈化的方法。自20世紀(jì)50年代由德國林德公司和魯奇公司開發(fā)使用以來，以其優(yōu)越的性能，在化肥工業(yè)、石油工業(yè)、城市煤氣工業(yè)等領(lǐng)域的得到了廣泛的應(yīng)用。低溫甲醇洗法用于天然氣凈化過程具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)溶解度高，甲醇在低溫高壓下，對CO2、H2S、COS和H2O有較大的溶解度，是熱鉀堿溶液的10倍。而且不用化學(xué)法再生時的大量熱能，大大降低了凈化成本，減少了設(shè)備投資。(2)選擇性強(qiáng)，甲醇對CO2、H2S、COS和H2O的溶解度大，但對其它組分的溶解度小，這樣就可以同時將有害物質(zhì)吸收分離掉。(3)化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，在吸收過程中不起泡，有利于生產(chǎn)。(4)低溫下甲醇粘度小，具有良好的傳熱、傳質(zhì)性能。(5)腐蝕性小，不需要特殊的防腐材料，節(jié)省設(shè)備投資。(6)甲醇價廉易得。但是低溫甲醇洗法用于天然氣凈化過程主要還有以下缺點(diǎn)：甲醇有毒，需要冷源，該冷源的溫度很低，同時設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用高。其次原料氣的損失較大，回收利用率不大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)，其能夠提高CO2凈化度，增大原料氣的回收率并降低系統(tǒng)需要的能耗。本發(fā)明的另一目的在于提供一種低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的方法，方法操作簡單，其基本能夠維持冷量自給自足。本發(fā)明的實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)，包括：吸收塔、至少一個閃蒸塔、氣提再生塔、甲醇循環(huán)泵、冷交換器及向冷交換器供應(yīng)冷劑的配套制冷系統(tǒng)，原料氣通過冷交換器冷卻后進(jìn)入吸收塔后被貧甲醇洗滌，得到凈化氣和富甲醇，富甲醇通過減壓后進(jìn)入閃蒸塔進(jìn)行閃蒸得到閃蒸氣與半貧甲醇，半貧甲醇進(jìn)入氣提再生塔中進(jìn)行氣提得到氣提尾氣與貧甲醇，貧甲醇通過甲醇循環(huán)泵進(jìn)入冷交換器后，再進(jìn)入吸收塔利用，凈化氣、閃蒸氣及氣提尾氣都進(jìn)入冷交換器進(jìn)行冷交換。在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述氣提再生塔使用的氣體為非酸性氣體；優(yōu)選地，氣提再生塔使用的氣體為非酸性氣提為N2或凈化氣，氣提再生塔的操作壓力為0.01～1MPa。在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述閃蒸塔為1～4個，閃蒸塔的操作壓力為0.03～3MPa，優(yōu)選地；閃蒸塔的操作壓力為0.4～1MPa。在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述系統(tǒng)還包括閃蒸氣冷卻器和閃蒸氣壓縮機(jī)，通過冷交換器的閃蒸氣之后再進(jìn)入閃蒸氣壓縮機(jī)增壓、最后通過閃蒸氣冷卻器冷卻后與原料氣混合。在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述吸收塔中噴淋貧甲醇為一股或多股進(jìn)料，吸收塔的操作壓力為0.5～10MPa，操作溫度為-50℃～-10℃。在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述貧甲醇通過甲醇循環(huán)泵增壓進(jìn)入冷交換器中進(jìn)行冷交換后，再進(jìn)入吸收塔。在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，上述還包括補(bǔ)充的甲醇與貧甲醇一起通過甲醇循環(huán)泵進(jìn)入冷交換器中進(jìn)行冷交換后，再進(jìn)入吸收塔。一種采用上述低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)進(jìn)行低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的方法，其包括上述低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)，貧甲醇吸收原料氣中的CO2后，通過減壓、閃蒸、氣提和冷交換再生。在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，在吸收塔吸收CO2中還包括中間冷卻步驟，從吸收塔中部抽出貧甲醇進(jìn)行冷卻后再返回吸收塔。在本發(fā)明較佳的實(shí)施例中，還包括原料氣中注入甲醇，將甲醇經(jīng)冷交換進(jìn)行脫水分離提純后回收利用。本發(fā)明實(shí)施例的有益效果是：原料氣進(jìn)入吸收塔后被貧甲醇洗滌后得到凈化氣和富甲醇，富甲醇再進(jìn)入閃蒸塔，閃蒸后得到閃蒸氣與半貧甲醇，閃蒸氣中的CH4可以繼續(xù)得到利用，增大了CH4的回收利用率。其次，半貧甲醇進(jìn)行氣提后得到貧甲醇與氣提尾氣。貧甲醇通過甲醇循環(huán)泵增壓后進(jìn)入冷交換器中進(jìn)行冷交換后，可再進(jìn)入吸收塔、循環(huán)利用，提高了CO2的凈化度。最后，在整個低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)中，凈化氣、閃蒸氣及氣提尾氣都進(jìn)入了冷交換器進(jìn)行冷交換，實(shí)現(xiàn)了冷量回收利用，降低了制冷系統(tǒng)需要的能耗。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)的示意圖。圖標(biāo)：100-低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)；1-冷交換器；2-吸收塔；3-閃蒸塔；4-氣提再生塔；5-甲醇循環(huán)泵；6-減壓閥；10-閃蒸氣冷卻器；11-閃蒸氣壓縮機(jī)；12-甲醇脫水裝置。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”、“頂”、“底”、等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。實(shí)施例請參照圖1，本實(shí)施例提供一種低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)100及一種采用低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)100進(jìn)行的低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的方法。如圖1所示，低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)100包括吸收塔2、閃蒸塔3、氣提再生塔4、甲醇循環(huán)泵5、冷交換器1及向冷交換器1供應(yīng)冷劑的配套制冷系統(tǒng)(圖未示)。吸收塔2的進(jìn)料端與冷交換器1連接，吸收塔2的出料端與閃蒸塔3的進(jìn)料端連接，接著閃蒸塔3的出料端與氣提塔4的進(jìn)料端連接，接著氣提塔4的出料端與甲醇循環(huán)泵5連接。同時，在本實(shí)施例中，需要說明的是，吸收塔2、閃蒸塔3及氣提塔4都與冷交換器1連通。原料氣通過冷交換器1冷卻后，從吸收塔2上端進(jìn)入的貧甲醇逆流洗滌，吸收塔的操作溫度為-50℃～-10℃，優(yōu)選地，為-30℃；操作壓力為0.5～10MPa，優(yōu)選地，為4MPa；貧甲醇進(jìn)塔溫度為-32℃。洗滌后得到凈化氣(CO2含量為20ppm)與富甲醇，此外通過控制制冷系統(tǒng)來控制貧甲醇進(jìn)塔溫度波動。原料氣包括天然氣、合成氣等。需要說明的是，吸收塔2噴淋貧甲醇時可以是一股，或者是多股進(jìn)料。凈化氣從吸收塔2的頂端出去后進(jìn)入冷交換器1進(jìn)行冷交換，復(fù)熱后將冷量傳遞給原料原料氣及貧甲醇。貧甲醇在吸收塔2中吸收CO2時會放熱，使吸收塔2中的溫度升高，因此在本實(shí)施例中，可以從吸收塔2中部抽出甲醇進(jìn)行冷卻后，再將冷卻后的甲醇返回到吸收塔2，進(jìn)一步地提高CO2的凈化度。再次參閱圖1，在本實(shí)施例中的其他實(shí)施例中，若原料氣中含有水分，可向原料氣中注入甲醇后經(jīng)冷交換冷卻后，在吸收塔2和冷交換器1之間還包括將甲醇脫水裝置12，具體地，先脫甲醇和水，再脫水并回收甲醇。接著富甲醇從吸收塔2的底端經(jīng)過減壓閥6減壓后，進(jìn)入壓強(qiáng)為0.03～3MPa，優(yōu)選地為0.6MPa的閃蒸塔3中進(jìn)行閃蒸，得到閃蒸氣與半貧甲醇。閃蒸氣從閃蒸塔3的頂端出去后進(jìn)入冷交換器1進(jìn)行冷交換復(fù)熱，將冷量傳遞給貧甲醇和原料氣。在本實(shí)施例的其他實(shí)施例中，閃蒸塔3可以為多個，具體可為1～4個，通過多個且具有壓強(qiáng)梯度的閃蒸塔3進(jìn)行閃蒸，可以提高CO2的凈化度，原料氣的回收率也會相應(yīng)的提高，同時通過分級得到的閃蒸氣會多次進(jìn)入冷交換器1中進(jìn)行冷交換，會將更多的冷量留在冷交換器1中。通過冷交換器1的復(fù)熱后的閃蒸氣之后再進(jìn)入閃蒸氣壓縮機(jī)11增壓、接著通過閃蒸氣冷卻器10冷卻后與原料氣混合后進(jìn)入吸收塔1。此時閃蒸氣中的CH4可以繼續(xù)得到利用，增大了CH4的回收利用率。需要說明的是，通過冷交換器1的閃蒸氣可以不繼續(xù)進(jìn)行閃蒸氣壓縮機(jī)11可直接作為燃料氣使用。特別車間有需要加熱的設(shè)備時，可通入燃料氣作為燃料使用。這樣不僅解決了其他需要加熱的設(shè)備的燃料問題，還節(jié)約了成本。不需要使用燃料氣時，可以對燃料氣進(jìn)行回收，做其他方面的使用。其次，半貧甲醇從閃蒸塔3的底端進(jìn)入氣提再生塔4的頂端進(jìn)行氣提，此時氣提的操作壓力為0.01～1MPa；優(yōu)選地為0.03MPa；同時氣提再生塔4使用的氣體為非酸性氣體；優(yōu)選地為N2。N2經(jīng)冷交換器1冷卻后進(jìn)入氣提再生塔4的底部，半貧甲醇經(jīng)氣提后得到貧甲醇與氣提尾氣。需要說明的是，氣提時還可以使用其他非酸性氣體，比如凈化氣等。最后，貧甲醇通過甲醇循環(huán)泵5增壓后進(jìn)入冷交換器1中進(jìn)行冷交換后，再進(jìn)入吸收塔2循環(huán)利用。需要說明的是，補(bǔ)充的甲醇可以與貧甲醇一起通過甲醇循環(huán)泵5進(jìn)入冷交換器1進(jìn)行冷交換后，再進(jìn)入吸收塔2。在低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)100中，凈化氣、閃蒸氣及氣提尾氣都進(jìn)入了冷交換器1進(jìn)行冷交換，冷量得到回收利用，降低了制冷系統(tǒng)的能耗。下面結(jié)合表1(原料原料氣和經(jīng)該系統(tǒng)處理后的凈化氣組分變化表)，對本實(shí)施例提供的低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)100及方法進(jìn)行進(jìn)一步說明。表1組分原料氣(摩爾分?jǐn)?shù))產(chǎn)品氣(摩爾分?jǐn)?shù))C10.8875740.938242C20.0197240.015279C30.0197240.011403i-C40.0029590.002486n-C40.0029590.001274i-C50.0039450.002154n-C50.0039450.000650CO20.0345170.000014CH3OH0.0000000.000003N20.0246550.028495表中摩爾分?jǐn)?shù)即是摩爾百分比。從表1中可以看出，采用本發(fā)明提供的一種低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)100能夠有效的脫除原料氣中的CO2，CO2的凈化度高，具有較好的脫除效果。在本發(fā)明提供的低溫甲醇洗凈化原料氣中CO2的系統(tǒng)100中，將凈化氣、閃蒸氣及氣提尾氣進(jìn)行了冷量集成，因此能耗和運(yùn)行費(fèi)用低，系統(tǒng)不需外部提供冷量，冷量基本可以維持自給自足。同時通過低壓閃蒸回收了更多的原料氣。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3