本发明涉及一种二氧化碳分离方法及分离系统，属于煤化工厂工艺气净化领域。
背景技术：
如今，清洁能源快速发展，各地先后投产了多套以煤为源头的大型甲醇、二甲醚、烯烃装置，并有多套特大型装置处于筹建阶段，这些工程大部分煤气净化工艺路线选择了低温甲醇洗工艺。但是在低温甲醇洗工艺中，尤其是气体净化分离工艺中存在着设备尺寸大、吸收剂循环量大，后续再生系统能耗高、投资和运行成本高的缺点。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种二氧化碳分离方法，采用本方法可减少进入净化装置的工艺气的量和吸收剂的量，从而可使气体净化分离工序的管道和设备尺寸减小，后续再生系统能耗低、投资运行成本低，同时，本发明还提供了一种实现前述方法的分离系统。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种二氧化碳分离方法，包括以下步骤：S1：提供包含有二氧化碳气体的工艺气，降低工艺气中水的冰点，包括向工艺气中加入甲醇，使水的冰点降至-49℃～-52℃之间；降低工艺气中水的冰点，以防止工艺气在冷却装置内降温的过程中，工艺气中的水因结冰而堵塞冷却装置；S2：液化工艺气中的部分二氧化碳，包括将降低水冰点的工艺气引入冷却装置，冷却装置实现工艺气中二氧化碳气体的部分液化；S3：分离混有甲醇的液态二氧化碳与工艺气，包括将液态二氧化碳与工艺气引入分离装置，第一分离装置实现含醇液态二氧化碳与工艺气的分离；S4：分离工艺气中残存的二氧化碳并气化含醇液态二氧化碳，包括将分离出液态二氧化碳的工艺气引入净化装置，净化装置实现工艺气中未被液化的二氧化碳与工艺气的分离；还包括加热经步骤S3分离出的含醇液态二氧化碳，使液态二氧化碳气化，将加热后的气液混合物引入第二分离罐，第二分离罐实现气态二氧化碳与甲醇的分离。
前述的一种二氧化碳分离方法中，所述步骤S4还包括向净化装置中加入吸收剂，吸收工艺气中残存的二氧化碳。由于工艺气中部分二氧化碳已经被液化分离，故残存二氧化碳含量较少，因此加入吸收剂的量可相对减少，该吸收剂可为甲醇、甲基二乙醇胺或NHD脱硫脱碳溶剂。
一种二氧化碳分离系统，包括工艺气输入装置、冷却装置、第一分离装置、第二分离装置和净化装置，工艺气输入装置通过a管道与冷却装置连通，冷却装置通过b管道与第一分离装置连通，第一分离装置通过c管道与净化装置连通，第一分离装置还通过d管道与第二分离装置连通，d管道上设置有加热装置，第二分离装置分别与输气管和输液管连接，工艺气输入装置与冷却装置之间设置有喷淋装置。
工艺气输入装置将含有二氧化碳的工艺气通过a管道输送至冷却装置，液化部分二氧化碳，进入冷却装置前通过喷淋装置向工艺气中加入甲醇以降低工艺气中水的冰点，防止水结冰堵塞冷却装置，随后通过b管道将混有液态二氧化碳及甲醇的工艺气通入第一分离装置进行分离处理，将分离出的工艺气通过c管道输送至净化装置，同时，通过循环装置向净化装置中加入吸收剂，以吸收净化装置中残存的二氧化碳，被吸收掉二氧化碳的工艺气则通过净化气输送管送至后续工序使用；吸收二氧化碳的吸收剂送入后续循环装置的再生系统进行再生；将分离出的液体二氧化碳和甲醇混合物通过d管道输送至加热装置进行反应，然后通过第二分离装置将经加热反应后生成的解吸气与含醇水分离，使解吸气通过输气管输送至后续工段回收二氧化碳，并使含醇水通过输液管送至后续工艺回收甲醇。
使用冷却装置液化二氧化碳时，需在操作控制中严格控制工艺气，不允许其低于二氧化碳三相温度点，保证工艺气冷却到-40℃～-45℃。
前述的一种二氧化碳分离系统中，所述d管道和输液管上均设置有液位控制阀。该液位控制阀用于控制从第一分离装置通入加热装置的含醇水的液位，该含醇水为被分离出的液态二氧化碳与甲醇混合物。
前述的一种二氧化碳分离系统中，所述输气管上设置有压力阀。压力阀用于调节控制从第二分离装置中分离出的解吸气，使该解吸气通过输气管通向后续工段回收二氧化碳。
前述的一种二氧化碳分离系统中，所述净化装置分别与循环装置、净化气输送管连接。通过循环装置的输送管向净化装置中加入吸收剂，吸收二氧化碳的吸收剂通过循环装置的再生系统进行回收，通过净化装置净化的工艺气，则经净化气输送管送至后续工序以供使用。
前述的一种二氧化碳分离系统中，所述冷却装置为冷却器或者激冷器。使用冷却器或者激冷器作为液化二氧化碳的冷却装置，可有效保证在不低于二氧化碳三相温度点的条件下，使工艺气中部分二氧化碳液化而不固化。
前述的一种二氧化碳分离系统中，所述加热装置为换热器，通过换热器加热混有甲醇的液态二氧化碳，使二氧化碳气化，以便于回收甲醇和二氧化碳。
前述的一种二氧化碳分离系统中，所述第一分离装置和第二分离装置均为气液分离罐。
本发明的方法和系统还可用于分离工艺气中的硫化物等其它杂质。
与现有技术相比，本发明提供的方法将进入气体净化分离工序的工艺气中的二氧化碳通过冷却装置降温，使得部分二氧化碳液化，然后经过分离将液化的二氧化碳由工艺气中分离，由此可减少进入净化装置的工艺气的量和吸收剂的量，从而可减小气体净化分离工序的管道和设备尺寸；工艺气中未被液化的二氧化碳气体通过净化装置与工艺气分离，使工艺气更加纯净，可有效降低后续再生系统的能耗，采用本发明提供的方法和系统，可使低温甲醇洗的甲醇循环量降低约30％～40％，净化设备和管道尺寸降低30％～40％，相应的低温甲醇洗工艺的总体投资和运行费用也会降低。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的结构示意图。
附图标记：1-工艺气输入装置，2-冷却装置，3-第一分离装置，4-第二分离装置，5-净化装置，6-a管道，7-b管道，8-c管道，9-d管道，10-输气管，11-输液管，12-喷淋装置，13-加热装置，14-液位控制阀，15-压力阀，16-循环装置，17-净化气输送管。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例1：一种二氧化碳分离方法，包括以下步骤：
S1：提供包含有二氧化碳气体的工艺气，降低工艺气中水的冰点，包括向工艺气中加入甲醇，使水的冰点降至-50℃；
S2：液化工艺气中的部分二氧化碳，包括将降低水冰点的工艺气引入冷却装置，却装置实现工艺气中二氧化碳气体的部分液化；
S3：分离混有甲醇的液态二氧化碳与工艺气，包括将液态二氧化碳与工艺气引入分离装置，第一分离装置实现含醇液态二氧化碳与工艺气的分离；
S4：分离工艺气中残存的二氧化碳并气化含醇液态二氧化碳，包括将分离出液态二氧化碳的工艺气引入净化装置，净化装置实现工艺气中未被液化的二氧化碳与工艺气的分离；还包括加热经步骤S3分离出的含醇液态二氧化碳，使液态二氧化碳气化，将加热后的气液混合物引入第二分离罐，第二分离罐实现气态二氧化碳与甲醇的分离，还包括向净化装置中加入吸收剂，以吸收工艺气中残存的二氧化碳，该吸收剂为甲醇溶剂。
本发明的实施例2：一种二氧化碳分离方法，包括以下步骤：
S1：提供包含有二氧化碳气体的工艺气，降低工艺气中水的冰点，包括向工艺气中加入甲醇，使水的冰点降至-48℃；
S2：液化工艺气中的部分二氧化碳，包括将降低水冰点的工艺气引入冷却装置，却装置实现工艺气中二氧化碳气体的部分液化；
S3：分离混有甲醇的液态二氧化碳与工艺气，包括将液态二氧化碳与工艺气引入分离装置，第一分离装置实现含醇液态二氧化碳与工艺气的分离；
S4：分离工艺气中残存的二氧化碳并气化含醇液态二氧化碳，包括将分离出液态二氧化碳的工艺气引入净化装置，净化装置实现工艺气中未被液化的二氧化碳与工艺气的分离；还包括加热经步骤S3分离出的含醇液态二氧化碳，使液态二氧化碳气化，将加热后的气液混合物引入第二分离罐，第二分离罐实现气态二氧化碳与甲醇的分离，还包括向净化装置中加入吸收剂，以吸收工艺气中残存的二氧化碳。该吸收剂为甲基二乙醇胺溶剂。
本发明的实施例3：一种二氧化碳分离系统，包括工艺气输入装置1、冷却装置2、第一分离装置3、第二分离装置4和净化装置5，工艺气输入装置1通过a管道6与冷却装置2连通，冷却装置2通过b管道7与第一分离装置3连通，第一分离装置3通过c管道8与净化装置5连通，第一分离装置3还通过d管道9与第二分离装置4连通，d管道9上设置有加热装置13，第二分离装置4分别与输气管10和输液管11连接，工艺气输入装置1与冷却装置2之间设置有喷淋装置12。通过喷淋装置12向工艺气中加入甲醇，使工艺气中水的冰点降至-50℃。d管道9和输液管11上均设置有液位控制阀14。输气管10上设置有压力阀15。冷却装置2为冷却器，加热装置13为换热器。第一分离装置3和第二分离装置4均为气液分离罐。净化装置5为吸收塔，分别与循环装置16、净化气输送管17连接。
本发明的实施例4：一种二氧化碳分离系统，包括工艺气输入装置1、冷却装置2、第一分离装置3、第二分离装置4和净化装置5，工艺气输入装置1通过a管道6与冷却装置2连通，冷却装置2通过b管道7与第一分离装置3连通，第一分离装置3通过c管道8与净化装置5连通，第一分离装置3还通过d管道9与第二分离装置4连通，d管道9上设置有加热装置13，第二分离装置4分别与输气管10和输液管11连接，工艺气输入装置1与冷却装置2之间设置有喷淋装置12。通过喷淋装置12向工艺气中加入甲醇，使工艺气中水的冰点降至-49℃。d管道9和输液管11上均设置有液位控制阀14。输气管10上设置有压力阀15。冷却装置2为激冷器，加热装置13为换热器。第一分离装置3和第二分离装置4均为气液分离罐。净化装置5分别与循环装置16、净化气输送管17连接。通过循环装置16的输送管向净化装置5中加入吸收剂，吸收二氧化碳的吸收剂通过循环装置16的再生系统回收，通过净化装置5净化的工艺气则经净化气输送管17送至后续工序以供使用。净化装置5为吸收塔。
本发明的工作原理：
在工艺气中加入甲醇降低工艺气中水的冰点，使水的冰点降至-50℃左右。工艺气与甲醇混合后通过a管道6进入到冷却装置2，在冷却装置2内将工艺气冷却到-40～-45℃，从而使工艺气中二氧化碳部分液化，随后混有的工艺气通过b管道7进入第一分离装置3，在第一分离装置3中将液态二氧化碳与甲醇的混合物与工艺气分离，工艺气通过c管道8进入到净化装置5，在净化装置5中通过吸收剂将工艺气中残存的二氧化碳吸收，经第一分离装置3分离下来的液态二氧化碳与甲醇的混合物通过液位控制阀14控制液位后，经加热装置13加热后送入到第二分离装置4进行气液分离，将解吸气和含醇水分离。解吸气经过压力阀15控制压力后，通过输气管10送往后续工段回收二氧化碳。含醇水8经过液位控制阀14控制液位后，通过输液管11送往后续工艺回收甲醇。