[实用新型]深冷分离二氧化碳和甲烷的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及分离二氧化碳（CO₂）和甲烷（H₂）的装置，尤其涉及了一种深冷分离二氧化碳和甲烷的装置。

背景技术

二氧化碳是一种非常宝贵的碳资源，可以被广泛应用于多种领域。我国二氧化碳的气体来源非常丰富，尤其是有些天然气田中含有大量二氧化碳气。但非常可惜的是，由于回收二氧化碳的措施不力，每年回收再利用的二氧化碳量很少，既造成了严重的大气污染，形成可怕的温室效应，又浪费了宝贵的碳资源。

目前分离天然气气田中二氧化碳气方法主要有活化MDEA法、深冷分离法。

活化MDEA法是德国BASF公司的专利，从1970年开始应用于工业生产，目前世上有90多套装置，此法的吸收剂为MDEA水溶液，含量为45~50%，并添加3%的活化剂以增加二氧化碳的吸收速率。MDEA水溶液吸收二氧化碳过程具有物理吸收和化学吸收之特点，吸收二氧化碳后生成的碳酸氢盐，可加热再生。此法之操作条件为：吸收压力<12MPa；二氧化碳分压>0.05MPa；吸收温度50~90°C；再生压力0.05~0.19MPa。此法能达到二氧化碳纯度>99.5%；二氧化碳回收率>99%；净化气中二氧化碳含量最低可至5ppm。

甲烷和二氧化碳沸点相差较大，原理上来说利用深冷法应该比较好分离，但是由于二氧化碳容易冻结，在深冷分离中往往容易阻塞精馏塔，使分离不能连续进行。为了防止精馏过程中出现二氧化碳固体，在精馏塔顶加入液体C3、C4烃，这样就不会出现固体二氧化碳凝结现象，因为低温下二氧化碳更易溶于C3、C4烃中。

CFZ法是美国美孚公司开发出来的一种处理含酸性气体量高的天然气的新工艺。其优点在于结构结单，能耗和投资低。在温度低于-100华摄氏度，甲烷含量大于80%时，二氧化碳不会凝结成固体，所以该工艺采用两段塔，分别在两个不出现二氧化碳固体区间中进行精馏。这样既可以避免二氧化碳固体堵塞塔板，又可以获得纯的产品。

活化MDEA法和C3、C4溶剂吸收法都要通过溶剂的吸收和再生的循环过程，而溶剂再生时能耗较高。CFZ法通过设一个二氧化碳固体熔化区，有效的解决了二氧化碳固体堵塞塔板的情况，但是由于要在CFZ塔固体融化区引入一股热流来融化固态二氧化碳，因此不可避免的造成不可逆损失。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构紧凑，能够简化工艺流程，降低运行成本和设备投资成本的深冷分离二氧化碳和甲烷的装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

深冷分离二氧化碳和甲烷的装置，包括用于冷却二氧化碳和甲烷混合气体的板翅式换热器、高压精馏塔、分离装置、低压精馏塔，板翅式换热器、高压精馏塔、分离装置、低压精馏塔依次通过管道连接，低压精馏塔塔底通过管道与高压精馏塔相连。

作为优选，所述的高压精馏塔包括设置于塔底的热虹吸式再沸器和设置于塔顶的浸没式板翅换热器。

作为优选，所述的分离装置包括气液分离装置                                                和气液分离装置，气液分离装置的气相出口与气液分离装置的气相出口通过管道相连，气液分离装置的液相出口与气液分离装置的液相出口通过管道相连，管道与管道分别连入低压精馏塔。两套分离装置切换使用，当一台由于析出的CO2固体堵塞时，切换至另一台使用，同时清除堵塞的装置。

作为优选，所述的低压精馏塔与高压精馏塔之间的管道上设置有泵。

二氧化碳和甲烷混合气通过板翅式换热器冷却并部分液化后，进入高压精馏塔，在高压精馏塔内，塔顶得到纯度较低的甲烷液体，塔底得到CO2较高的液体。然后将塔顶液体节流减压后进入气液分离装置，这时会有部分CO2固体析出，滤出固体部分，将分离装置底部液体及顶部气体进入低压精馏塔内继续分离，在塔顶得到纯度较高的甲烷气体，在塔底得到甲烷和CO2混合液体，然后将低压的甲烷和CO2混合液体用泵加压到高压塔塔顶压力，并回流到高压塔顶处。

本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本实用新型结构紧凑，能够简化工艺流程，降低运行成本和设备投资成本，同时降低了能耗，避免了吸收溶剂再生所需的大量能量消耗，采用过滤法除去大量析出的CO2固体，避免了为融化CO2固体而加入的热量，减少了系统的不可逆损失。

附图说明

图1是本实用新型的连接结构示意图。

具体实施方式