[发明专利]一种常温脱除天然气中二氧化碳的方法

说明书

本发明公开了一种常温脱除天然气中二氧化碳的方法，属于气体净化技术领域，具体步骤为：1.天然气通过原料气缓冲罐进入脱碳吸收塔，常温下与脱碳溶液接触，气体中的二氧化碳被脱碳液吸收，脱碳后气体由塔顶引出，经脱碳气气液分离器分离达标的二氧化碳后进入后续工序；2.脱碳富液进入两级闪蒸罐减压闪蒸，气液分离后得到大部分为甲烷和二氧化碳的闪蒸气；3.闪蒸器内的富液进入解吸再生塔，在常温常压下进行气提解吸，二氧化碳等气体从液相中解吸，与汽提气一起从解吸塔顶部出来，经过气液分离器分离液滴后进入后续工艺。本发明脱碳液碳负荷高，富液解析不需要蒸汽，能耗低，运行费用低，工艺流程短，投资省，收率高。

技术领域

本发明具体涉及天然气中二氧化碳常温脱除的方法。属于天然气净化技术领域。

背景技术

天然气脱碳技术主要有常用的方法如物理吸附法、膜分离法、低温分馏法、化学吸收法和超重力分离法等。

吸附法分离是利用固体吸附剂对混合气体中CO₂的选择性吸附能力，并在一定的再生条件下将CO₂解吸下来的过程，一般是通过减压或升温的方式将CO₂解吸出来，从而达到分离CO₂的目的。为了达到良好的CO₂吸附效果，吸附材料在工作环境下对CO₂要有较高的选择性和吸附容量，良好的动力学性能，在吸附解吸多次循环后，吸附剂仍有较高的吸附能力并且易于解吸，而且吸附剂在较大的压差下要具有足够的机械强度。根据不同的吸附原理，吸附法分为变温吸附法(TSA)和变压吸附法(PSA)。吸附法虽然工艺流程简单、无设备腐蚀和二次污染、操作稳定、适应能力强、能耗较低、吸附剂寿命长，但是吸附量有限，对烟气吸附前还需对烟气进行预处理，以避免烟气中的SO₂、水蒸气等杂质使吸附剂中毒。该技术在低压、低浓度烟道气中CO₂的分离上有两个尚未解决的关键技术问题：一是现有吸附剂材料比表面积较低，对CO₂的吸附量有限；二是吸附捕集过程中运行费用和能耗过高，CO₂的回收率也不高，一般只能达到50％-60％，吸附法适合CO₂浓度相对较高的场合。

膜分离技术是在薄膜两侧压力差的驱动下，依靠气体中各组分在膜表面上的吸附能力以及在膜内溶解和扩散上的差异(渗透速率差)来进行分离的。膜本身对气体没有选择性，只起隔离气体和吸收液的作用，气液不直接接触，分别在膜两侧流动，气液两相互不串扰。膜分离技术克服了传统气体吸收塔等吸收方法的一些缺陷，在CO₂分压过低的情况下具有较高的选择性和较大的分离驱动力，而且能进行模块化设计。但由于烟气杂质一般较多，存在固体颗粒，但是膜孔又较小，因此膜比较容易堵塞。膜孔堵塞会导致气液接触面积减少，影响传质能力和吸收效果。另外，烟气中CO₂分压较低，能够提供的压力差也相对较小，因此会造成较大的能耗。而且CO₂的吸收液一般是具有强碱性的溶液，物料损耗大，CO₂的整体脱除成本较高。

低温分馏法是一种物理分离方法，该方法利用不同组分的露点差异通过低温冷凝液化分离CO₂。低温分馏法只能用于伴生气分离等CO₂组分含量较高的混合气体分离场景。但低温分馏法工艺有很多缺点：操作压力高，温度低，流程运行能耗高，能耗随产品纯度的提高大幅增加；低温分馏法的应用受到原料气组分要求高和能耗量大等现实因素的限制，目前该技术没有得到较大的关注和发展。CO₂含量达到一定程度时，可以采用低温分馏工艺对CO₂进行分离。

化学吸收法是利用弱碱性吸收剂与CO₂反应生成不稳定的盐类，然后盐类在一定的条件下(如加热)又逆向分解释放出CO₂，从而达到富集烟气中CO₂的目的。化学吸收法吸收量大、吸收效果好、吸收剂循环利用并能得到高纯CO₂。化学吸收剂分为液体吸收剂和固体吸收剂，其中采用液体吸收剂的热钾碱法、有机胺吸收法和氨水法等发展比较成熟，应用相对广泛。