一种分离合成气中co2的方法及设备
阅读说明：本技术 一种分离合成气中co2的方法及设备 (Separating CO from synthetic gas2Method and apparatus of ) 是由 林迥 李思华 李强 孙健 王绪春 刘兴平 董兴会 于 2021-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明属于工业节能技术领域,提供了一种分离合成气中CO-(2)的方法,合成原料气经气态CO-(2)冷却、富CO-(2)甲醇脱硫、低温解析气态CO-(2)冷却、液态CO-(2)蒸发冷却、气液分离、含CO-(2)甲醇液脱CO-(2)、贫甲醇液再次脱CO-(2),获得净化合成气。本发明提供了一种分离合成气中CO-(2)的方法,综合利用了系统内的能量：利用液态二氧化碳蒸发和解析二氧化碳作为冷源,对合成气脱碳过程中各步骤进行冷却节省了冷却能源；同时产生一部分高压气态二氧化碳,能够节省后续的压缩功耗；脱碳和脱硫甲醇依次使用,能够减少甲醇循环动力消耗。该方法能够有效降低分离合成气中CO-(2)的动力消耗,更加节能环保、经济性高。(The invention belongs to the technical field of industrial energy conservation, and provides a method for separating CO from synthesis gas 2 The synthesis feed gas is passed through gaseous CO 2 Cooling, rich in CO 2 Methanol desulfurization and low-temperature desorption of gaseous CO 2 Cooled, liquid CO 2 Evaporative cooling, gas-liquid separation, CO content 2 CO removal from methanol liquid 2 And removing CO again from the methanol-poor liquid 2 And obtaining the purified synthesis gas. The invention provides a method for separating CO from synthesis gas 2 The method comprehensively utilizes the energy in the system: the liquid carbon dioxide is used for evaporating and resolving carbon dioxide as a cold source, and cooling steps in the synthetic gas decarburization process saves cooling energy; meanwhile, a part of high-pressure gaseous carbon dioxide is generated, so that the subsequent compression power consumption can be saved; the decarbonization and the desulfurization of the methanol are used in sequence, so that the methanol circulating power consumption can be reduced. The method can effectively reduce and separate CO in the synthesis gas 2 The power consumption of the power supply system is reduced,more energy-saving and environment-friendly and has high economical efficiency.)
技术领域
本发明涉及一种工业节能技术领域，具体涉及一种利用低温闪蒸气冷凝分离合成气中CO2的方法。
背景技术
合成气经变换后CO2含量43%，H2S含量0.05-0.15%，目前常用的脱硫脱碳工艺为低温甲醇洗，合成气通过低温甲醇洗H2S、CO2依次被低温甲醇吸收，合成气得以净化，吸收H2S、CO2的富甲醇液经闪蒸解析出CO2，压力为0.25MPa，由二氧化碳压缩机经四级压缩加压至15MPa去尿素工序。由于压缩比大，动力消耗高，因此，研究一种低能耗分离合成气CO2的方法是十分必要的。
发明内容
针对目前合成气CO2分离能耗高的问题，本发明提供一种分离合成气CO2的方法，利用低温闪蒸气冷凝富CO2合成气从而将CO2变为液体实现分离，节省大量动力消耗。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种分离合成气中CO2的方法，包括以下步骤：
（1）高压合成原料气经高压气态CO2和低压气态CO2冷却至-15~-20℃，得到低温高压合成原料气，产生的高温低压CO2和高温高压CO2去往尿素工序；
（2）低温高压合成原料气以富CO2甲醇脱硫，获得脱硫合成气，产生富甲醇液；富甲醇液依次解析H2S和CO2并通过再生工序，获得贫甲醇液，产生低温解析气态CO2和H2S；
（3）脱硫合成气经低温解析气态CO2冷却至-40~-45℃，获得夹液态CO2的脱硫合成气，产生低压气态CO2返回步骤（1）；
（4）夹液态CO2的脱硫合成气经液态CO2蒸发冷却至-45~-50℃，获得气液混合物，产生低温高压气态CO2返回步骤（1）；
（5）气液混合物进行气液分离，获得一次脱碳合成气，产生液态CO2返回步骤（4）；
（6）一次脱碳合成气经含CO2甲醇液脱CO2，获得二次脱碳合成气，产生富CO2甲醇返回步骤（2）；
（7）二次脱碳合成气经贫甲醇液-56—-60℃再次脱CO2，获得净化合成气，产生含CO2甲醇液返回步骤（6）。
所述合成原料气中，CO2含量为35%-45%v/v，H2S含量为0.05%-0.15%v/v。
所述合成原料气的压力为5.9-6.2MPa。
步骤（1）中，所述高压气态CO2的温度为-45~-53℃；所述低压气态CO2的温度为-53℃~-55℃。所述高温低压CO2的压力为0.21-0.25MPa，所述高温高压CO2的压力为0.62-0.65MPa。
步骤（3）中，所述脱硫合成气的压力为2.1-2.58MPa。
所述净化合成气中，CO2含量为5ppm，H2S含量为0.1ppm。
一种分离合成气中CO2的装置，包括：
通过管道依次连接的第一冷却器，洗涤塔，H2S闪蒸塔，CO2闪蒸塔，第二冷却器，CO2蒸发器和CO2分离器；
所述洗涤塔由上到下依次设置上封头、中封头、下封头，由下到上依次被分隔为第一洗涤区、第二洗涤区、第三洗涤区和第四洗涤区；所述下封头呈倒U形，所述上封头和中封头为平板并在中心设置出气口，所述出气口上方设置导流板；所述第三洗涤区通过管道与第一洗涤区连接；所述下封头顶部设管道与第二冷却器连接；所述第一洗涤区下部设管道与第一冷却器连接；所述第二洗涤区下部设管道与CO2分离器连接；所述第四洗涤区上部设置管道；所述洗涤塔底部设管道与H2S闪蒸塔连接；所述洗涤塔顶部设出气管；
所述H2S闪蒸塔顶部设置出气管，底部设置管道与CO2闪蒸塔连接；
所述CO2闪蒸塔顶部设置出气管与第二冷却器连接，底部设置出料管；
所述第二冷却器通过管道分别与CO2蒸发器和第一冷却器连接；
所述CO2蒸发器设置出气管和出料管，所述出气管与第一冷却器连接，所述出料管与CO2分离器连接；
所述CO2分离器底部设置出料口，顶部设置出气管，所述出料口连接CO2蒸发器，所述出气管连接洗涤塔的第二洗涤区。
本发明具有以下优点：
本发明提供了一种分离合成气中CO2的方法，综合利用了系统内的能量：利用液态二氧化碳蒸发和解析二氧化碳作为冷源，对合成气脱碳过程中各步骤进行冷却节省了冷却能源；同时产生一部分高压气态二氧化碳，能够节省后续的压缩功耗；脱碳和脱硫甲醇依次使用，能够减少甲醇循环动力消耗。该方法能够有效降低分离合成气中CO2的动力消耗，更加节能环保、经济性高。
本发明的装置将冷却器与二氧化碳连接，充分利用了系统内的能量；该设备中将脱硫和脱碳设备整合在同一洗涤塔，使甲醇的循环流程缩短，减少甲醇的循环动力。该装置减少了合成气脱碳工序的设备数量，降低了动力消耗。
本发明的方法和装置可减少75%以上的低温甲醇循环量，降低了循环泵的动力消耗。分离出的CO2含有气压高的部分，使每压缩1Nm3 CO2可节省压缩功55w，每吨尿素至少可节约电能22kW·h。
附图说明
图1为分离合成气中CO2的流程示意图；
图2为分离合成气中CO2的设备示意图；其中，1-洗涤塔，2-第二冷却器，3-CO2蒸发器，4-第一冷却器，5-CO2分离器，6-H2S闪蒸塔，7-CO2闪蒸塔。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但本发明不受下述实施例的限制。
实施例1 合成气中CO2的分离
如图1所示，的设备分离合成气中CO2的工艺，流程如图2所示，包括以下步骤：
（1）压力为5.9-6.2MPa的高压合成原料气（其中，CO2含量为35%-45%v/v，H2S含量为0.05%-0.15%v/v）经-45~-53℃的高压气态CO2和-53℃~-55℃的低压气态CO2冷却至-14.9℃，得到低温高压合成原料气，产生的0.21-0.25MPa的高温低压CO2和0.62-0.65MPa的高温高压CO2均压缩至15MPa后去往尿素工序；
（2）低温高压合成原料气以富CO2甲醇脱硫，获得脱硫合成气，产生富甲醇液；富甲醇液依次解析H2S和CO2并通过再生工序，获得贫甲醇液，产生低温解析气态CO2和H2S，H2S进行吸收回收S；
（3）将压力为2.1-2.58MPa的脱硫合成气经低温解析气态CO2冷却至-40~-45℃，获得夹液态CO2的脱硫合成气，产生低压气态CO2返回步骤（1）；
（4）夹液态CO2的脱硫合成气经液态CO2蒸发冷却至-45~-50℃，获得气液混合物，产生低温高压气态CO2返回步骤（1）；
（5）气液混合物进行气液分离，获得一次脱碳合成气，产生液态CO2返回步骤（4）；
（6）一次脱碳合成气经含CO2甲醇液脱CO2，获得二次脱碳合成气，产生富CO2甲醇返回步骤（2）；
（7）二次脱碳合成气经贫甲醇液、新甲醇或添加新甲醇的贫甲醇液再次脱CO2，获得净化合成气，产生含CO2甲醇液返回步骤（6）；净化合成气中。
实施例2 分离合成气中CO2的设备
如图1所示的分离合成气中CO2的设备，包括
通过管道依次连接的第一冷却器4，洗涤塔1，H2S闪蒸塔6，CO2闪蒸塔7，第二冷却器2，CO2蒸发器7和CO2分离器3；
所述洗涤塔1由上到下依次设置上封头、中封头、下封头，由下到上依次被分隔为第一洗涤区、第二洗涤区、第三洗涤区和第四洗涤区；所述下封头呈倒U形，所述上封头1-1和中封头为平板并在中心设置出气口，所述出气口上方设置导流板；所述第三洗涤区通过管道与第一洗涤区连接；所述下封头顶部设管道与第二冷却器2连接；所述第一洗涤区下部设管道与第一冷却器4连接；所述第二洗涤区下部设管道与CO2分离器5连接；所述第四洗涤区上部设置管道用于进甲醇；所述洗涤塔1底部设管道与H2S闪蒸塔6连接；所述洗涤塔1顶部设出气管用于出净化合成气；
所述H2S闪蒸塔6顶部设置出气管，底部设置管道与CO2闪蒸塔7连接；
所述CO2闪蒸塔7顶部设置出气管与第二冷却器2连接，底部设置出料管用于出贫液；
所述第二冷却器2通过管道分别与CO2蒸发器3和第一冷却器4连接；
所述CO2蒸发器7设置出气管和出料管，所述出气管与第一冷却器4连接，所述出料管与CO2分离器5连接；
所述CO2分离器5底部设置出料口，顶部设置出气管，所述出料口连接CO2蒸发器3，所述出气管连接洗涤塔1的第二洗涤区。
使用该设备分离合成气中CO2时流程如下：
（1）高压合成原料气在第一冷却器4中经高压气态CO2和低压气态CO2冷却至约-15℃，得到低温高压合成原料气，产生的高温低压CO2和高温高压CO2去往尿素工序；
（2）低温高压合成原料气在洗涤塔1的第一洗涤区以富CO2甲醇脱硫，获得脱硫合成气，产生富甲醇液；富甲醇液依次通过H2S闪蒸塔6和CO2闪蒸塔7分别解析出H2S和CO2并通过再生工序，获得贫甲醇液，产生低温解析气态CO2和H2S，H2S进入硫回收工序；
（3）脱硫合成气在第二冷却器2中经低温解析气态CO2冷却至-40~-45℃，获得夹液态CO2的脱硫合成气，产生低压气态CO2通过管道流经第一冷却器4；
（4）夹液态CO2的脱硫合成气在CO2蒸发器3中经液态CO2蒸发冷却至-45~-50℃，获得气液混合物，产生低温高压气态CO2通过管道流经第一冷却器4；
（5）气液混合物在CO2分离器5进行气液分离，获得一次脱碳合成气，产生的液态CO2流入CO2蒸发器3中；
（6）一次脱碳合成气由下至上流经洗涤塔1的第二、三洗涤区通过由上到下流动的冷的含CO2甲醇液脱CO2，获得二次脱碳合成气，产生富CO2甲醇通过管道流入洗涤塔1的第一洗涤区；
（7）二次脱碳合成气由下至上流经洗涤塔1的第一洗涤区通过由上到下流动的冷的贫甲醇液、新甲醇或添加新甲醇的贫甲醇液再次脱CO2，获得净化合成气由顶部出气进入氨合成工序，产生的含CO2甲醇液向下流经洗涤塔1的第二、三洗涤区。