[发明专利]一种低温甲醇洗工艺和CO2压缩工艺的耦合方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及气体净化领域及温室气体减排领域，具体涉及一种低温甲醇洗工艺和CO₂压缩工艺的耦合方法及系统。

背景技术

CO₂的排放总量在过去100年中大幅增长，导致全球的平均气温明显上升，温室效应已经成为21世纪人类面临的最严峻的环境问题之一。将煤、石油等矿物燃料利用过程中产生并排放的CO₂进行分离与回收，封存及利用（CCS&CCUS）已经引起世界各国的普遍重视。

以煤气化为龙头的现代煤化工技术已经成为煤炭清洁利用的一个重要方向，具有煤的热利用效率高，操作费用低，粉尘、NO_x、SO₂等污染物接近零排放的特点。现代煤气化过程具有不仅原料来源广，热利用效率高，同时可以实现燃烧前CO₂的脱除及捕集，以较低的能耗和经济成本实现CO₂的减排。在未来的CO₂减排过程中，煤气化与燃烧前CO₂捕集技术的结合将具有广泛的应用。

低温甲醇洗工艺是一种成熟商业化应用的CO₂、H₂S气体脱除技术，也是极具代表性的燃烧前CO₂分离技术。利用甲醇在低温条件下对酸性气体溶解度大的物理特性，可以有效的从粗合成气中脱除H₂S、CO₂等酸性气体，使合成气达到很高的净化度。

在以煤为原料，气化工艺采用激冷流程的工艺过程之后，低温甲醇洗可以有效的同时脱除粗变换气中的CO₂和H₂S等杂质。低温甲醇洗气体净化工艺，在得到净化合成气的同时，能够副产品气：富H₂S产品气和CO₂产品气。高浓度CO₂产品气在工艺中的回收率一般60%左右。剩余CO₂大部分在排放尾气中，浓度大致为60～85%，这部分CO₂因浓度较低，得到高浓度CO₂的能耗及费用高，多数处理方式为直接排空。还有少量CO₂在富H₂S产品气，随产品气进入克劳斯硫回收过程。

工艺产生的高浓度CO₂产品气进行入管输送前需进行压缩处理。CO₂产品气的压缩工段可分两步进行：首先用压缩机将CO₂气体压缩为具有一定压力的液态，然后利用泵来进一步将其提压至规定的压力值。工程中常将（60bar，23℃）作为泵和压缩机工作区间的分界点，低于60bar时采用压缩机压缩，高于60bar后采用泵来压缩。经过压缩机压缩后，CO₂温度会超过23℃，为了确保通过泵时的CO₂处于液态，必须对CO₂进行冷却处理，使其温度不超过23℃。

出于对管道安全、可靠运行及可比经济性的考虑，CO₂管道输送设计和操作的压力约在8.27-17.23MPa范围内，温度范围从地表温度至最高约48.9℃。这样的设计与操作条件下可以使高纯度的CO₂产品气保持稳定的超临界或致密相态下，从而消除了潜在的两相运输的不稳定性。表1为大量CO₂产品气管道输送要求。低温甲醇洗捕集系统所捕集的CO₂能够满足以上要求，无需进一步净化。这种浓度的CO₂可以用于地质封存或者强化石油开采。

表1典型的CO₂管道输送要求

申请号为201310247525.0的发明专利申请中公开了一种高CO₂收率的低温甲醇洗方法及装置，如图1所示。在CO₂解吸塔底与H₂S浓缩塔之间增加CO₂闪蒸塔，通过对CO₂解吸塔底的甲醇富液的升温、降压强化达到CO₂强化解吸，具有提高CO₂产品收率的效果，其CO₂产品气收率可以有效提高至91.2%。工艺中得到的高收率的CO₂产品气通过多级间接冷却压缩，得到液化CO₂产品，用于化工生产、强化石油开采或地质封存。但上述技术中存在以下不足：