CO₂吸收塔及包括其的低温甲醇洗设备的制作方法

专利名称：CO₂吸收塔及包括其的低温甲醇洗设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤制气体、天然气以及其他羰基气体净化、处理和回收的领域，尤其是涉及一种CO2吸收塔及包括其的低温甲醇洗设备。
背景技术：
低温甲醇洗工艺是上 世纪50年代开发并投入行业生产的净化工艺，主要是用于净化以煤、水煤浆、渣、或重油为原料所制取的合成气。目前，低温甲醇洗工艺已被广泛用于生产合成氨、合成甲醇、煤制天然气、城市煤气、工业制氢等的气体净化工艺过程中。在图I中给出了一种现有的低温甲醇洗工艺流程，包括吸收、解吸以及甲醇热再生的步骤，以下将参照图I进一步说明现有技术中低温甲醇洗工艺的情况。步骤(一)、吸收步骤采用气体吸收装置对对原料气28进行气体吸收并释放净化气，一种较为具体的步骤如下如图I所示，采用第一贫甲醇溶液30对原料气28进行第一次吸收，形成气液混合物，该气液混合物经过冷却器I冷却至预定温度后，形成第一富甲醇溶液34，该第一富甲醇溶液34进入气液分离器2，在气液分离器2中分离脱水后，生成第一气体和第一液体36。第一液体36通过甲醇热再生步骤中的甲醇-水分离塔27脱出水，生成甲醇蒸汽后回收。第一气体进入甲醇洗涤塔4，甲醇洗涤塔4包括位于塔的上段的脱碳段4a和位于塔的下段脱硫段4b。第一气体进入甲醇洗涤塔4后与自甲醇洗涤塔4塔顶流下的第二贫甲醇溶液51逆向对流接触，该第一气体在脱硫段4b经脱硫处理后进入塔的上段脱碳段4a，并在脱碳段4a经脱碳处理后形成净化气39，净化气39冷凝后回收。在上述甲醇洗涤塔4中，第二贫甲醇溶液51在脱碳段4a经脱碳处理后形成第二富甲醇溶液，第二富甲醇溶液中的第一部分43在脱硫段4b中经脱硫处理后形成第三富甲醇溶液38。第二富甲醇溶液的第二部分42流入到第一闪蒸罐8内，经气液相分离，形成A部分第二气体31和A部分闪蒸富甲醇溶液45 (即无硫富甲醇溶液45)。第三富甲醇溶液38流入到第二闪蒸罐7内，经气液相分离，形成B部分第二气体和B部分闪蒸富甲醇溶液46 (即含硫富甲醇溶液46)。A部分第二气体31和B部分第二气体汇合成第二气体37经循环气压缩机3压缩增压作为循环气29回流至气液混合物中。步骤(二)、解吸步骤利用解吸装置解吸无硫富甲醇溶液45和含硫富甲醇溶液46中气体，一种较为具体的步骤如下无硫富甲醇溶液45 (即A部分闪蒸富甲醇溶液45)被分成无硫富甲醇溶液Al股49和无硫富甲醇溶液A2股48，无硫富甲醇溶液Al股49流入CO2产品塔9的顶部，无硫富甲醇溶液A2股48流入H2S浓缩塔10的顶部，同样的，含硫富甲醇溶液46(即B部分闪蒸富甲醇溶液45)分为含硫富甲醇溶液BI股47和含硫富甲醇溶液B2股50，含硫富甲醇溶液BI股47流入CO2产品塔9的中部，含硫富甲醇溶液B2股50流入H2S浓缩塔10的中部。流入H2S浓缩塔10中的无硫富甲醇溶液A2股48和含硫富甲醇溶液B2股50进一步膨胀，解吸出气体后生成第四富甲醇溶液53，第四富甲醇溶液53经泵15抽取，升温后流入到CO2产品塔9的下端，在CO2产品塔9解吸出溶液内溶解的大量CO2气体后，与经CO2产品塔9解吸后的无硫富甲醇溶液Al股49和含硫富甲醇溶液BI股47汇合形成第五富甲醇溶液57，第五富甲醇溶液57流入到H2S浓缩塔10下段，在H2S浓缩塔10的下端通入低压氮气59气提使CO2脱吸，达到H2S被浓缩的目的后生成第六富甲醇溶液58。在CO2产品塔9中解吸出的C0240从CO2产品塔9的顶部排出后冷却、回收。在H2S浓缩塔10中解 吸出的气体与低压氮气59经升气板进入H2S浓缩塔上段，用塔顶的无硫无硫富甲醇溶液A248脱硫后，形成尾气41从H2S浓缩塔塔顶流出，冷凝后排入大气。上述第四富甲醇溶液53可以通过与再生后的贫甲醇溶液52、第二部分的第二富甲醇液42进行换热升温后进入CO2产品塔9底部。步骤(三)、甲醇热再生步骤，利用甲醇热再生装置再生贫甲醇一种较为具体的步骤如下上述第六富甲醇溶液58从H2S浓缩塔10底部流出后，经加压、加温后流入到甲醇热再生塔19中，在图I中加压的步骤通过第一进料泵11和第二进料泵17完成，加温的步骤可以通过在第一贫甲醇冷却器12和第二贫甲醇冷却器14中与贫甲醇溶液68进行温度置换。上述第六富甲醇溶液58流入到甲醇热再生塔19后，通过塔底再沸器产生的甲醇蒸汽，以及来自甲醇-水分离塔27的甲醇蒸汽汽提，对第六富甲醇溶液58中所含的H2S及CO2进行完全解吸，生成回流气体和冷甲醇溶液68。上述回流气体经冷却、气液分离、再冷却、再气液分离后一部分经复热后作为酸性气65送往克劳斯硫回收工段，一部分作为循环气通入H2S浓缩塔10的底部。在图I中回流气体经冷凝器20冷却后在分离罐21中形成第一回流气体63和第一回流液体69，第一回流液体69经泵22抽送流回到甲醇热再生塔19中，第一回流气体63经冷交换器23和氨冷器24再次冷却后，流入气液分离器25，分离形成第二回流气体64和第二回流液体154。第二回流液体154回流到H2S浓缩塔10的底部，第二回流气体64分为两部分，一部分65送往克劳斯硫回收工段，一部分155作为循环气通入H2S浓缩塔10的底部。从甲醇热再生塔19底部流出的贫甲醇溶液一部分经泵18抽取，在第二贫甲醇冷却器14、第一贫甲醇冷却器12以及第三贫甲醇冷却器5冷却后回流到甲醇洗涤塔4的顶部作为贫甲醇使用，另一部分流入到甲醇-水分离塔27中，进行气液分离，在甲醇-水分离塔27中所产生的甲醇蒸汽62回流到甲醇热再生塔19中，对甲醇热再生塔19中第六富甲醇58进行气提，剩余的水分66排除。从上述低温甲醇洗工艺流程中可以看出，一般情况下，甲醇洗工艺包括以下三部分，即吸收、解吸和甲醇热再生。其中，吸收的主要目的是将COS、CO2和H2S溶解在甲醇中，在此过程中，相当数量的h2、CO也会同时被吸收。因此，可通过中压闪蒸将部分溶解的h2、CO，从吸收液中释放出来。通常情况下，中压闪蒸7、8中压力越低，H2、CO的回收率也越高，但是，压力越低富甲醇溶液中所释放出来的CO2的量也剧增，因而循环气压缩机3的能耗，也将剧增。与此同时，所释放出来的大量CO2增压后再次汇入到原料气中，在主吸收塔4内被重新吸收，这也就增加了主吸收塔4的气相负荷，以及与之相适应的贫甲醇51循环量的增加。因此，为了不进一步增加装置的能耗，经过经济核算和优化以后，现有的低温甲醇洗工艺，不得不放弃通过进一步降低中压闪蒸压力的手段，来提高h2、CO回收率的打算，否则的话，回收有效气体所带来的效益，都会抵不上因此而增加的能量消耗的代价。现有的闪蒸罐中压力一般控制在I. 7MPa左右。故而，净化气，特别是CO的回收率，一般只能到98%左右。

实用新型内容本实用新型的目的在于提供CO2吸收塔及包括其的低温甲醇洗设备，以提高净化气的回收率。为此，本实用新型提供了一种CO2吸收塔，包括闪蒸罐,包括罐体,罐体上设有位于顶端的第一出口、位于底端的第二出口，以及位于侧壁上的第一入口 ；填料塔，安装在闪蒸罐的上方，包括塔体和位于塔体内部的填料堆，塔体上设有位于塔底的第一气体入口，位于塔顶的第一气体出口，位于第一气体入口和填料堆之间的第一液体出口，以及位于第一气体出口和填料堆之间的第一液体入口 ；升气帽安装在闪蒸罐和填料塔之间，气相连通闪蒸罐的第一出口和填料塔的第一气体入口。进一步地，上述填料塔中还包括液体分布器，液体分布器设置在塔体的内部，位于第一气体出口和填料堆之间，且与第一液体入口相连通。进一步地，上述填料塔中还设有除沫器，除沫器设置塔体的内部，位于液体分布器靠近第一气体出口的一侧。进一步地，上述填料塔中还包括第二气体入口，第二气体入口设置在第一气体入口与填料堆之间。进一步地，上述填料塔中第二气体入口和第一液体出口分别设置在填料塔的侧壁上，且位于第一气体入口 73a所在垂直面的两侧。同时，在本实用新型中还提供了一种低温甲醇洗设备，包括顺序连接的气体吸收装置、气体解吸装置以及甲醇热再生装置，气体吸收装置包括冷却器，用于冷却第一贫甲醇溶液和原料气的混合物形成第一富甲醇溶液；第一气液分离器，用于对第一富甲醇溶液进行气液分离处理，形成第一气体和第一液体；甲醇洗涤塔，用于采用第二贫甲醇溶液对第一气体进行脱硫、脱碳处理，形成净化气和二次吸收富甲醇溶液；气体吸收装置还包括上述CO2吸收塔，设置在甲醇洗涤塔和气体解吸装置之间，CO2吸收塔中的闪蒸罐上的第一入口与甲醇洗涤塔的出口相连，第二出口与气体解吸装置相连，CO2吸收塔中的填料塔的第一液体入口与贫甲醇溶液投放装置相连，所述CO2吸收塔中的填料塔的第一液体出口与甲醇洗涤塔的入口相连。进一步地，上述甲醇洗涤塔中具有的脱碳段和位于脱碳段下方的脱硫段；C02吸收塔中闪蒸罐上的第一入口与脱硫段相连通，且填料塔上设置有位于第一气体入口与填料堆之间的第二气体入口 ；第二闪蒸罐设置在脱碳段和气体解吸装置之间，第二闪蒸罐的气体出口与填料塔的第二气体入口相连，第二闪蒸罐的液体出口与气体解吸装置相连。进一步地，上述吸收塔的第一液体入口与脱硫段的入口之间设有第一增压装置。进一步地，上述贫甲醇溶液投放装置为甲醇热再生装置中的甲醇热再生塔。进一步地，上述CO2吸收塔中填料塔的第一液体入口与甲醇热再生塔的液体出口之间设有第二增压装置以及至少一个冷却器。[0030]本实用新型的有益效果本实用新型所提供的CO2吸收塔结构简单，容易制备，包括其的再生低温甲醇洗设备，通过添加CO2吸收塔，增加了采用低温贫甲醇吸收经闪蒸后所得到的循环气中的大量CO2气体的步骤，使得该低温甲醇洗设备实现了高效、灵活、安全、节能地处理不同压力、温度、含水量，以及硫成分浓度的羰基气体的目的，该设备可以制得总硫< O. lppm、CO2 < IOppm依净化气的用途而定的净化气。同时在大幅降低设备功耗的的前提下，大大地增加了有效气的回收率，其中CO的回收率也可以达到99. 5%以上。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明

附图构成本说明书的一部分、用于进一步理解本实用新型，附图示出了本实用新型的优选实施例，并与说明书一起用来说明本实用新型的原理。图中图I示出了根据现有技术的低温甲醇洗工艺流程图，其中示出了现有技术的低温甲醇洗设备；图2示出了根据本实用新型实施例的CO2吸收塔结构简示图；以及图3示出了根据本实用新型实施例的低温甲醇洗工艺流程图，其中示出了本发明实施例的低温甲醇洗设备。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但如下实施例以及附图仅是用以理解本实用新型，而不能限制本实用新型，本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本实用新型的目的在于提供一种节能高效型中压再生低温甲醇洗设备，该设备通过增加一个可以利用低温贫甲醇吸收经闪蒸后所得到的循环气中的大量CO2气体的设备，进而能够高效、灵活、安全、节能地处理不同压力、温度、含水量，以及硫成分浓度不限的羰基气体，生成净化气。为了达到上述目的，在本实用新型中提供了一种CO2吸收塔70。以下将进一步说明该CO2吸收塔70。如图2所示，在本实用新型的一种典型实施方式中，该CO2吸收塔70，包括闪蒸罐、填料塔以及升气帽75。闪蒸罐包括罐体71，罐体71上设有位于顶端的第一出口 71a、位于底端的第二出口 71b，以及位于侧壁上的第一入口 71c。填料塔，安装在所述闪蒸罐的上方，包括塔体73和位于塔体73内部的填料堆，塔体73上设有位于塔底的第一气体入口73a，位于塔顶的第一气体出口 73b，位于第一气体入口 73a和填料堆之间的第一液体出口73c,以及位于第一气体出口 73b和填料堆之间的第一液体入口 73d。升气帽75，安装在闪蒸罐和填料塔之间，气相连通闪蒸罐的第一出口和填料塔的第一气体入口。这种CO2吸收塔70结构简单，容易制备，且占地面积小，可以直接应用到现有的再生甲醇洗系统中，在不增加额外费用的基础上，就能够制备出能够高效、灵活、安全、节能地处理不同压力、温度、含水量，以及硫成分浓度不限的羰基气体的新型再生甲醇洗系统。同时，该CO2吸收塔70将闪蒸罐和填料塔通过升气帽75连接在一起，使得在闪蒸罐中生成的气体流入到填料塔中与由填料塔顶端流入到贫甲醇进行接触，使得贫甲醇吸收闪蒸罐中生成的气体中的大部分CO2，以解决由于闪蒸的操作压力降低，而导致CO2大量逸出，进而导致循环气压缩机3和贫甲醇循环泵18的功耗，以及主吸收塔4气相负荷增加的问题，进而有利于甲醇洗设备的长期使用。同时，在增加该CO2吸收塔70，在甲醇洗生产工程中可以增加闪蒸罐70的闪蒸压力，更有利于增加有效气的回收率。在上述的填料塔中填料堆采用有利于贫甲醇与闪蒸罐中生成的气体相接处的物质即可，本领域技术人员在本实用新型的教导下，能够合理地选择填料堆的材料，在此不再赘述。优选地，上述CO2吸收塔的填料塔中还包括液体分布器77，液体分布器77设置在塔体73的内部，位于第一气体出口 73b和填料堆之间，且与第一液体入口 73d相连通。液体分布器的设置有利于促使贫甲醇在填料塔中均匀地流动，进而有利于贫甲醇与闪蒸罐中生成的气体充分接触，充分吸收闪蒸罐中生成的气体中的CO2。优选地，上述CO2吸收塔的填料塔中还设有除沫器，该除沫器设置塔体73的内部，位于液体分布器靠近第一气体出口 73b的一侧。该除沫器用以清楚液体分布器上可能堆积的泡沫，以便于所产生的净化气从填料塔的塔顶排除，避免因泡沫堆积所造成的净化气外排吃力对CO2吸收塔产生的气相负荷。在传统的甲醇洗装置中，甲醇洗涤塔4包括上段的脱碳段4a和位于塔的下段脱硫段4b，该甲醇洗涤塔4也可以是由两个独立的洗涤塔相连形成，此时成为脱碳洗涤塔4a和脱硫洗涤塔4b。脱碳段4a对原料气进行脱碳处理，脱硫段4b对原料气进行脱硫处理。为了减少对设备的投资，在本实用新型的一种具体的实施例中，上述CO2吸收塔的填料塔中还包括第二气体入口 73e，第二气体入口 73e设置在第一气体入口 73a与填料堆之间。此时，该CO2吸收塔与脱碳段4a或脱硫段4b相连，未与CO2吸收塔相连的脱碳段4a或脱硫段4b连接一个第二闪蒸罐8，该第二闪蒸罐8的气体出口与CO2吸收塔的填料塔中的第二气体入口 73e相连。这样的设计可以减少设备投资，同时还能够实现稳定应用。优选地，上述CO2吸收塔，填料塔中第二气体入口 73e和第一液体出口 73c分别设置在填料塔73的侧壁上，且位于第一气体入口 73a所在垂直面两侧。这种结构有利于由第二入口 73e所流入的经闪蒸罐中生成的气体更好地与贫甲醇进行接触，以便更好地脱除闪蒸罐中生成的气体中的C02。如图3所示，在本实用新型的一种典型实施方式中，一种低温甲醇洗设备，包括顺序连接气体吸收装置、气体解吸装置以及甲醇热再生装置，气体吸收装置包括冷却器I、第一气液分离器2、甲醇洗涤塔4以及上述CO2吸收塔70。其中冷却器用于冷却第一贫甲醇溶液30和原料气28的混合物形成第一富甲醇溶液34。第一气液分离器2用于对第一富甲醇溶液34进行气液分离处理，形成第一气体和第一液体36。甲醇洗涤塔4用于采用第二贫甲醇溶液51对第一气体进行第二次吸收，形成净化气和二次吸收富甲醇溶液。其中CO2吸收塔70，设置在甲醇洗涤塔4和气体解吸装置之间，CO2吸收塔70中闪蒸罐上的第一入口 71c与甲醇洗涤塔4的出口相连，第二出口 71b与气体解吸装置相连，CO2吸收塔中填料塔的第一液体入口 73d与贫甲醇投放装置相连，CO2吸收塔中的填料塔的第一液体出口 73c与甲醇洗涤塔4的入口相连。 这种甲醇洗设备与现有技术中甲醇洗设备相比，采用CO2吸收塔70代替了旧有的闪蒸罐7’，通过这种CO2吸收塔70中设有的填料塔对闪蒸所得到的气体进一步释放CO2气体，进而减少循 环气回流中所使用的循环气压缩机3的能耗以及甲醇洗涤塔4气相负荷，更有利于甲醇洗设备的长期使用。同时，在增加该CO2吸收塔70后，在甲醇洗生产工程中可以增加闪蒸罐70的闪蒸压力，更有利于增加有效净化气的回收率。在一种较为具体的实施方式中，该低温甲醇洗设备的气体吸收装置中甲醇洗涤塔4包括具有的脱碳段4a和位于洗涤塔4下方的脱硫段4b ;此时，CO2吸收塔70中闪蒸罐上的第一入口 71c与脱硫段4b相连通，且的填料塔设置有位于在第一气体入口 73a与填料堆之间的第二气体入口 73e ;第二闪蒸罐8设置在脱碳段4a和气体解吸装置之间，第二闪蒸罐8的气体出口与设置在填料塔的第二气体入口 73e相连，第二闪蒸罐8的液体出口与气体解吸装置相连。在这种实施方式中，该甲醇洗系统的吸收装置中包括两条流路，其中一条是第二贫甲醇溶液51自甲醇洗系统的上端流入，经过脱碳洗涤塔4a、脱硫洗漆塔4b后流入CO2吸收塔70，在CO2吸收塔70进行闪蒸以及CO2回流的步骤，第二条流路是第二贫甲醇溶液51自甲醇洗装置4的上端流入，经过脱碳段4a后流入第二闪蒸罐8，闪蒸生成的气体第二气体入口 73e流入CO2吸收塔70中填料塔进行CO2回流的步骤。这种方式可以减少CO2吸收塔70的使用数量，减少设备投资，同时保证了 CO2回流的步骤的稳定进行。优选地，上述甲醇洗系统中CO2吸收塔70的第一液体入口 73d与脱硫段4b的入口之间设有第一增压装置101。该第一增压装置101用以将CO2吸收塔70的第一液体入口73d留出的回流富甲醇106增压至2. 5 8. 5MPa，以克服来自下游的位差、管路等带来的阻力。优选地，上述甲醇洗设备中贫甲醇投放装置为甲醇热再生装置中的甲醇热再生塔19，CO2吸收塔中填料塔的第一液体入口 73d与甲醇热再生塔19的液体出口相连。优选地，上述甲醇洗设备中CO2吸收塔中填料塔的第一液体入口 73d与甲醇热再生塔19的液体出口之间设有第二增压装置100以及至少一个贫甲醇冷却器14、12、5。第二增压装置100用以将由甲醇热再生塔19的液体出口流出的贫甲醇进行增压，增压至I. 2
2.OMPa，以克服下流的压力，贫甲醇冷却器14、12、5用以将由甲醇热再生塔19的液体出口流出的贫甲醇进行降温，降温至-45 _65°C以便吸收经闪蒸处理得到的气体中的C02。同时，在本实用新型的一种典型的方式中，一种低温甲醇洗方法，包括吸收、解吸以及甲醇热再生的步骤，其中吸收的步骤进一步包括采用第一贫甲醇溶液30对原料气28进行第一次吸收，形成气液混合物，经降温形成第一富甲醇溶液34 ;对第一富甲醇溶液34进行气液分离处理，形成第一气体和第一液体36 ;第一液体36回流至甲醇热再生步骤中的甲醇-水分离塔27脱出水，生成甲醇蒸汽后回收。采用第二贫甲醇溶液51对第一气体进行第二次吸收，第一气体经第二次吸收后形成净化气39，冷却后回收，第二贫甲醇溶液51经第二次吸收后形成二次吸收富甲醇溶液；对二次吸收富甲醇溶液进行闪蒸，形成第二气体和闪蒸富甲醇溶液；将闪蒸富甲醇溶液输送到解吸设备以及甲醇热再生设备进行解吸以及甲醇热再生的处理；采用第三贫甲醇溶液104对第二气体进行第三次吸收，生成第三气体37和回流富甲醇溶液，第三气体37作为循环气流入到气液混合物中，循环再利用；回流富甲醇溶液回流至第二次吸收的步骤中与第二贫甲醇溶液51 —起对第一气体进行第二次吸收，循环再利用。在本实用新型中通过增加采用低温贫甲醇吸收经闪蒸后所得到的循环气中的大量CO2气体的步骤，实现了高效、灵活、安全、节能地处理不同压力、温度、含水量，以及硫成分浓度的羰基气体，可以制得总硫< O. I ppm > CO2 < IOppm依净化气的用途而定的净化气。同时在大幅降低设备功耗的前提下，大大地增加了有效气的回收率，其中C0的回收率也可以达到99. 5%以上。在本实用新型的一种具体的实施例中，上述低温甲醇洗方法中采用第二贫甲醇溶液51对第一气体进行第二次吸收的步骤进一步包括采用第二贫甲醇溶液51对第一气体逆向对流，对第一气体进行脱硫、脱碳处理后生成净化气。第二贫甲醇溶液51在流过脱硫段4b经脱硫处理后形成第二富甲醇溶液。第二富甲醇溶液的第一部分43流过脱碳段4a经脱碳处理后形成第三富甲醇溶液38，对二次吸收富甲醇溶液进行闪蒸的步骤进一步包括对第二富甲醇溶液的第二部分42进行闪蒸，形成A部分第二气体31和A部分闪蒸富甲醇溶液；对第三富甲醇38进行闪蒸，形成B部分第二气体和B部分闪蒸富甲醇溶液JfA部分闪蒸富甲醇溶液和B部分闪蒸富甲醇溶液输送到解吸设备以及甲醇热再生设备进行解吸以及甲醇热再生的处理，并汇合A部分第二气体31和B部分第二气体形成第二气体。 这种方式适应于现有技术中甲醇洗涤塔4包括位于洗涤塔4上段的脱碳段4a和位于洗涤塔4下段的脱硫段4b的情况，此时，用于该甲醇洗方法中吸收的步骤的系统包括两条回路，回路I为第二贫甲醇溶液51吸收第一气体中CO2生成第二富甲醇溶液，对第二富甲醇第二部分42进行闪蒸，形成A部分第二气体31和A部分闪蒸富甲醇溶液；第二富甲醇溶液的第一部分43进一步吸收第一气体中酸性气体后生成第三富甲醇38进行闪蒸，形成B部分第二气体和B部分闪蒸富甲醇溶液;A部分第二气体31和B部分第二气体汇合后流入气液混合物中循环使用，A部分闪蒸富甲醇溶液和B部分闪蒸富甲醇溶液回合后回流至脱硫处理步骤中循环使用。优选地，采用第三贫甲醇溶液104对第二气体进行第三次吸收的步骤进一步包括采用温度为-45 -65°C、压力为I. 2 2. OMPa的第三贫甲醇溶液104与第二气体进行气体吸收，生成第三气体和回流富甲醇溶液。在该温度范围内，可以有效地溶液CO2,避免因由于操作压力的降低，而导致的由于甲醇对CO2溶解能力的降低，而不得不通过增加的甲醇溶液(102)的量而补偿其溶解能力下降的量的情况。在该压力范围内，有利于增加第三贫甲醇104的流动性以及有利于第三贫甲醇104吸收第二气体中的C02。优选地，将回流富甲醇溶液输送到甲醇洗涤塔4中，循环再利用的步骤进一步包括对回流富甲醇溶液进行增压，增压至2. 8 8. 5MPa后回流至脱硫段4b的步骤中。对回流富甲醇溶液进行增压，有利于克服下游的阻力，便于回流富甲醇溶液回流至脱硫段，用以对所述第二气体脱硫。优选地，上述第一贫甲醇溶液30、第二贫甲醇溶液51以及第三贫甲醇溶液104均采用经增压及降温后的甲醇热再生的步骤中生成的贫甲醇。这种方式能够实现循环利用，减少消耗。优选地，上述第三贫甲醇溶液104是由甲醇热再生的步骤中所生成的贫甲醇溶液68经第一增压装置100增压至I. 2 2. OMPa,同时，经至少一个贫甲醇冷却器14、12、5降温至-45 -65°C形成。将由甲醇热再生的步骤中所生成的贫甲醇增压并降温至所需条件后直接应用，有利于操作的稳定运行。贫甲醇冷却器14、12、5可以是贫甲醇换热器，该贫甲醇换热器可以将甲醇热再生的步骤中所生成的贫甲醇溶液与解吸步骤中所生成的富甲醇溶液进行换热。这样利用系统热量多次自升温的方式，能够大幅度减少能耗。优选地，上述第三贫甲醇溶液104的投入量为第一、第二、第三贫甲醇溶液总投入量的O. 5 4. 3%。该第三贫甲醇溶液的投入量并不限于该范围内，该第三贫甲醇的投入量过高会增加第二次吸收时所采用的设备，也就是甲醇洗涤塔4的负担，投入量过低，会降低第三次吸收过程中CO2的吸收量，将第三贫甲醇溶液的投入量控制为第一、第二、第三贫甲醇溶液总投入量的O. 5 4. 3%，有利于该甲醇洗方法的稳定运行。优选地，上述回流富甲醇溶液106中CO2的摩尔浓度为O. I O. 60%。该回流富甲醇溶液106中CO2的摩尔浓度并不限于此，但将CO2的摩尔浓度设定在该范围内，有利于使得该甲醇洗方法的稳定运行。优选地，上述对第二部分第二富甲醇42和/或第三富甲醇38进行闪蒸的步骤中，闪蒸压力为I. 2-1. 7MPa。该甲醇洗方法中闪蒸压力并不限定于该范围内，高于I. 7MPa时也能够得到良好的应用，但是将闪蒸压力为I. 2-1. 7MPa范围内有利于提高有效净化气的回收率，特别是CO的回收率可以达到99. 5%以上。如图3所示，以下将给出一种本实用新型低温甲醇洗装置的具体操作方法。从甲醇热再生塔19底部的液体贫甲醇溶液68中，分出一部分贫甲醇溶液，作为第二贫甲醇溶液前体102，其用量为第一、第二、第三贫甲醇溶液总投入量的O. 5 4. 3%，通过第一增压泵100增压，形成第二贫甲醇溶液中间体103，增压后，第二贫甲醇溶液中间体103的压力，可以由O. 4MPa左右，增加到I. 2 I. 6MPa。对增压后的贫甲醇中间体溶液103，同甲醇热再生塔19底部的液体贫甲醇溶液68中分出第二部分，第一贫甲醇前体81 —起，依次经过三个双管程的绕管换热器，与反应过程中所生成的富甲醇进行温度交换，降温降至适于吸收CO2的温度。经过降温处理后，第二贫甲醇溶液104的温度可以由100°C以上降到-45 -65°C。经过增压和降温以后的甲醇溶液104，从CO2吸收装置70的顶部喷入，在填料吸收塔中，闪蒸罐70和8中，经节流降压后所产生的大量循环闪蒸汽中的CO2气体，生成回流富甲醇106。经过第三次吸收后，进入循环气压缩机3中第三气体37中的CO2的摩尔浓度为O. 10 O. 60。而从CO2吸收装置70中采出的，已吸收了 CO2气体的回流富甲醇溶液106，通过第二增压泵101打入到主吸收塔4的脱硫段4b，继续吸收粗煤气中的酸性气体组分。在本实用新型中，甲醇热再生塔19底部的液体贫甲醇68中的一部分，作为第二贫甲醇前体102经过第二增压装置100增压后流入到CO2吸收装置70中，这种方式就减轻了甲醇热再生装置中连接在甲醇热再生塔19和甲醇-水分离塔27之间的贫甲醇溶液循环泵18的功耗，降低了对贫甲醇溶液循环泵18的损耗，延长了使用年限。其次，在本实用新型中，甲醇热再生塔19底部的液体贫甲醇68中的一部分，作为第二贫甲醇前体102与作为第一贫甲醇前体81 —起经过冷却器14、12、5的降温，可降至相同的温度。而且低的贫甲醇溶液104温度，可以减少由于操作压力降低，而导致的甲醇溶液对CO2溶解能力的降低的程度，相应地，也就减少了贫甲醇溶液104的流量，进而也就进一步降低了第一、二级增压泵100、101的能耗。再次，冷却器14、12、5可以采用换热器，例如通过将现有技术中的，用于低温甲醇洗工艺中的三个绕管换热器由单管程变成双管程而成，这种绕管换热器的设备投资，仅和其重量成正比，而本实用新型中绕管换热器的热负荷，同现有低温甲醇洗工艺比较，并没有增加，变化的仅是增加了一个很小的管程，而这一变化，对设备重量几乎没有影响，也就是说，本实用新型并不会对绕管换热器的设备投资带来多少影响。并且，在本实用新型中，由于第二贫甲醇104在CO2吸收装置70中吸收了压力较现有低温甲醇洗工艺低得多的闪蒸循环气中的CO2气体。使得本实用新型所提供的低温甲醇洗方法在有效气回收率显著提高的前提下，循环气的总量并没有多大的变化，而循环气压缩机3的功耗，是与循环气的气量密切相关的，也就是说本实用新型并没有对循环气压缩机3的运行成本或投资带来多大的影响。同时，对主吸收塔4的气相负荷也几乎没有任何影响。另外，在本实用新型中，当操作负荷降低时，可以通过调节中压闪蒸的操作压力，或者第二贫甲醇溶液前体102的流量，来灵活调节CO2吸收装置70的气、液相负荷，进而保证该填料塔的高效操作。同时，由于，即使中压闪蒸的操作压力降低，其总气量也相对较小，以及并不需要将中压闪蒸循环气中的CO2完全脱除，所以CO2吸收装置70的塔径和塔高都相对较小，相应的其设备费用也将会非常低。由此可见，在本实用新型所提供的低温甲醇洗设备，可以在降低循环气体压缩机3以及甲醇热再生装置中连接在甲醇热再生塔19和甲醇-水分离塔27之间的贫甲醇溶液循环泵18的功耗的前提下，通过进一步降低闪蒸的压力，来显著提高低温甲醇洗装置的有效气体回收率，其中，最难回收的CO的回收率也在99. 5%以上。以下将结合具体实施例，进一步说明本实用新型的有益效果实施例I设备采用附图3中设备制备方法
以下结合附图2和3，对本实用新型低温甲醇洗方法进一步描述将第一贫甲醇溶液30与喷淋甲醇30和循环气29汇合，进行第一次吸收，形成气液混合物，该气液混合物经过原料气冷却器I冷却至-12. (TC左右，形成第一富甲醇溶液34，该第一富甲醇溶液34进入气液分离器2，分离脱水后，生成第一气体和第一液体36。第一液体36通过甲醇-水分离塔27脱出水，生成甲醇蒸汽后回收。第一气体进入甲醇洗涤塔4，用自塔顶流下的第二贫甲醇溶液51，在塔的上段脱碳段中完成脱碳处理，生成第二富甲醇溶液，并用第一部分第二富甲醇43在塔的下段脱硫段完成脱硫处理，生成第三富甲醇溶液38，第一气体经脱硫脱碳处理后生成净化气39回收冷凝后出界区，第二部分第二富甲醇溶液42在第二闪蒸罐8中进行气液相分离，生成A部分第二气体31和A部分闪蒸富甲醇溶液45。第三富甲醇38，在CO2吸收装置70底部的闪蒸罐71内，进行气液相分离，B部分第二气体和B部分闪蒸富甲醇溶液46。其中，A部分第二气体31和B部分第二气体相汇合形成第二气体，第二气体通过升气帽75进入到CO2吸收装置70的填料塔内，被从塔顶喷入的第二贫甲醇溶液104吸收酸性气体后，形成第三气体37，第三气体37相对于第二气体的气体总量将大大降低。之后，再经循环气压缩机3压缩增压为循环气29使用。A部分闪蒸富甲醇溶液45和B部分闪蒸富甲醇溶液46都分别进入CO2产品塔9和H2S浓缩塔10的中部。无硫富甲醇溶液45(即A部分闪蒸富甲醇溶液)进CO2产品塔9顶部后分为无硫富甲醇溶液Al股49和无硫富甲醇溶液A2股48，无硫富甲醇溶液Al股49流入CO2产品塔9的顶部，无硫富甲醇溶液A2股48流入H2S浓缩塔10的顶部，同样的，含硫富甲醇溶液、46 (即B部分闪蒸富甲醇溶液)分为含硫富甲醇溶液BI股47和含硫富甲醇溶液B2股50，含硫富甲醇溶液BI股47流入CO2产品塔9的中部，含硫富甲醇溶液B2股50流入H2S浓缩塔10的中部。流入H2S浓缩塔10中的无硫富甲醇溶液B2股48和含硫富甲醇溶液A2股50进一步膨胀，解吸出气体后生成第四富甲醇溶液53，第四富甲醇溶液53经泵15抽取，经与由甲醇热再生塔19底部的液体贫甲醇溶液68作为第一贫甲醇使用的部分，第一贫甲醇中间体52、以及第二部分第二富甲醇42换热，升温后流入到CO2产品塔9的下端，在CO2产品塔9解吸出溶液内溶解的大量CO2气体后，与经CO2产品塔9解吸后的无硫富甲醇流股Al股49和含硫富甲醇流股BI股47汇合形成第五富甲醇溶液57，第五富甲醇溶液57流入到H2S浓缩塔10下段，在H2S浓缩塔10的下端通入低压氮气59气提使CO2脱吸，达到H2S被浓缩的目的后生成第六富甲醇58。在CO2产品塔9中解吸出的C0240从CO2产品塔9的顶部排出后冷却、回收。在H2S浓缩塔10中解吸出的气体与低压氮气59经升气板进入H2S浓缩塔上段，用塔顶的无硫富甲醇溶液A2脱硫后，形成尾气41从H2S浓缩塔塔顶流出，冷凝后排入大气。 上述第六富甲醇58从H2S浓缩塔10底部流出后，经加压、加温后流入到甲醇热再生塔19中，在图3中加压的步骤通过第一进料泵11和第二进料泵17完成，加温的步骤通过在第一贫甲醇冷却器12和第二贫甲醇冷却器14中与贫甲醇溶液68进行温度置换。上述第六富甲醇58流入到甲醇热再生塔19后，通过塔底再沸器产生的甲醇蒸汽，以及来自甲醇-水分离塔27的甲醇蒸汽汽提，对第六富甲醇58中所含的H2S及CO2进行完全解吸，生成回流气体和贫甲醇溶液68。上述回流气体经冷却、气液分离、再冷却、再气液分离后一部分经复热后作为酸性气72送往克劳斯硫回收工段，一部分作为循环气通入H2S浓缩塔10的底部。在图I中回流气体经冷凝器20冷却后在分离罐21中形成第一回流气体63和第一回流液体69，第一回流液体69经泵22抽送流回到甲醇热再生塔19中，第一回流气体63经冷交换器23和氨冷器24再次冷却后，流入气液分离器25，分离形成第二回流气体64和第二回流液体154。第二回流液体154回流到H2S浓缩塔10的底部，第二回流气体71分为两部分，一部分65送往克劳斯硫回收工段，一部分155作为循环气通入H2S浓缩塔10的底部。从甲醇热再生塔19底部流出的贫甲醇溶液一部分经泵18抽取，在第二贫甲醇冷却器14、第一贫甲醇冷却器12以及第三贫甲醇冷却器5冷却后回流到甲醇洗涤塔4的顶部作为第二贫甲醇使用，另一部分经泵18抽取后流入到甲醇-水分离塔27中，进行气液分离，在甲醇-水分离塔27中所产生的甲醇蒸汽回流到甲醇热再生塔19中，对甲醇热再生塔19中第六富甲醇58进行气提，剩余的水分77排除。第三部分102经第二增压装置100第二贫甲醇冷却器14、第一贫甲醇冷却器12以及第三贫甲醇冷却器5冷却后回流CO2吸收装置70的顶部作为第三贫甲醇溶液106使用，第三贫甲醇溶液106的用量为第一、第二、第三贫甲醇溶液总量的O. 5 4. 2%，第二增压装置100将贫甲醇由O. 4MPa增加到了 I. 2MPa。对比例采用附图I所示的现有低温甲醇洗装置工艺流程。利用实施例I和对比例生产净化气原料以年产40亿立方米煤制天然气工程为例，原料气(28)的温度为40°C，压力为5. 3MPa，流量为308500X 10Nm3/hr。在实施例、对比例都为由6. 5MPa上述水煤浆气化所得到的煤制气的原料气，其气相组成数据(体积)，干基如表I所示表I
权利要求1.一种CO2吸收塔(70)，其特征在于，包括 闪蒸罐，包括罐体(71)，所述罐体(71)上设有位于顶端的第一出口(71a)、位于底端的第二出口(71b)，以及位于侧壁上的第一入口(71c)； 填料塔，安装在所述闪蒸罐的上方，包括塔体(73)和位于所述塔体(73)内部的填料堆，所述塔体(73)上设有位于塔底的第一气体入口(73a)，位于塔顶的第一气体出口(73b)，位于所述第一气体入口(73a)和所述填料堆之间的第一液体出口(73c)，以及位于所述第一气体出口(73b)和所述填料堆之间的第一液体入口(73d)； 升气帽(75)，安装在所述闪蒸罐和所述填料塔之间，气相连通所述闪蒸罐(71)的第一出口(71a)和所述填料塔(73)的第一气体入口(73a)。
2.根据权利要求I所述的CO2吸收塔，其特征在于，所述填料塔中还包括液体分布器(77)，所述液体分布器(77)设置在所述塔体(73)的内部，位于所述第一气体出口(73b)和所述填料堆之间，且与所述第一液体入口(73d)相连通。
3.根据权利要求2所述的CO2吸收塔，其特征在于，所述填料塔中还设有除沫器，所述除沫器设置所述塔体(73)的内部，位于所述液体分布器靠近所述第一气体出口(73b)的一侧。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的CO2吸收塔，其特征在于，所述填料塔中还包括第二气体入口(73e)，所述第二气体入口(73e)设置在所述第一气体入口(73a)与所述填料堆之间。
5.根据权利要求4所述的CO2吸收塔，其特征在于，所述填料塔中所述第二气体入口(73e)和所述第一液体出口(73c)分别设置在所述填料塔的侧壁上，且位于所述第一气体入口(73a)所在垂直面两侧。
6.一种低温甲醇洗设备，包括顺序连接的气体吸收装置、气体解吸装置以及甲醇热再生装置，所述气体吸收装置包括 冷却器(I)，用于冷却第一贫甲醇溶液(30)和原料气(28)的混合物形成第一富甲醇溶液(34)； 第一气液分离器(2)，用于对所述第一富甲醇溶液(34)进行气液分离处理，形成第一气体和第一液体(36)； 甲醇洗涤塔(4)，用于采用第二贫甲醇溶液(51)对所述第一气体进行第二次吸收，形成净化气和二次吸收富甲醇溶液； 其特征在于，所述气体吸收装置还包括 权利要求1-5中任一项所述的CO2吸收塔(70)，设置在所述甲醇洗涤塔(4)和所述气体解吸装置之间，所述CO2吸收塔(70)中的闪蒸罐上的第一入口(71c)与所述甲醇洗涤塔(4)的出口相连，第二出口(71b)与所述气体解吸装置相连，所述CO2吸收塔中的填料塔的第一液体入口(73d)与贫甲醇溶液投放装置相连，所述CO2吸收塔中的填料塔的第一液体出口(73c)与所述甲醇洗涤塔(4)的入口相连。
7.根据权利要求6所述的甲醇洗设备，其特征在于 所述甲醇洗涤塔(4)中具有脱碳段(4a)和位于所述脱碳段(4a)下方的脱硫段(4b)； 所述CO2吸收塔(70)中闪蒸罐上的第一入口(71c)与所述脱硫段(4b)相连通，且所述填料塔上设置有位于所述第一气体入口(73a)与所述填料堆之间的所述第二气体入口(75e)；第二闪蒸罐(8)，设置在所述脱碳段(4a)和所述气体解吸装置之间，所述第二闪蒸罐(8)的气体出口与所述填料塔的第二气体入口(73e)相连，所述第二闪蒸罐的液体出口与所述气体解吸装置相连。
8.根据权利要求6或7所述的甲醇洗设备，其特征在于，所述吸收塔(70)的第一液体入口(73d)与所述脱硫段(4b)的入口之间设有第一增压装置(101)。
9.根据权利要求6或7所述的甲醇洗设备，其特征在于，所述贫甲醇溶液投放装置为所述甲醇热再生装置中的甲醇热再生塔(19)。
10.根据权利要求9所述的甲醇洗设备，其特征在于，所述CO2吸收塔中的所述填料塔的第一液体入口(73d)与所述甲醇热再生塔(19)的液体出口之间设有第二增压装置(100)以及至少一个冷却器(14、12、5)。
专利摘要本实用新型公开了一种CO2吸收塔及包括其的低温甲醇洗设备，该CO2吸收塔包括闪蒸罐，包括罐体，罐体上设有位于顶端的第一出口、位于底端的第二出口，以及位于侧壁上的第一入口；填料塔，包括塔体和位于塔体内部的填料堆，塔体上设有位于塔底的第一气体入口，位于塔顶的第一气体出口，位于第一气体入口和填料堆之间的第一液体出口，以及位于第一气体出口和填料堆之间的第一液体入口；升气帽，分别与第一出口和第一气体入口相连，气相连通闪蒸罐和填料塔。该CO2吸收塔结构简单，容易制备，包括其的再生低温甲醇洗设备，能够高效、灵活、安全、节能地处理不同压力、温度、含水量，以及硫成分浓度的羰基气体。
文档编号C01B3/50GK202355997SQ201120507219
公开日2012年8月1日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者王保民, 许世森, 郜时旺 申请人:中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司