用于通过蒸馏和气提来分离溶解的气体的系统技术方案

用于从工艺流(12)中分离气体的系统(10)，包括配置为进行产生工艺流(12)的化学工艺的反应器；分离单元(14)，配置为接收来自反应器的工艺流(12)，并配置为分离工艺流(12)，分离单元(14)包括位于分离单元(14)的顶部并从分离单元(14)的顶部接收工艺流(12)的一部分的至少一个换热器(16)，至少一个换热器(16)冷凝工艺流(12)的一部分；以及至少一个气提单元(22)，配置为从至少一个换热器(16)接收一部分冷凝的工艺流，并配置为通过向其中引入至少一种气提流体来从冷凝的工艺流中移除气体。

System for separating dissolved gases by distillation and stripping

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过蒸馏和气提来分离溶解的气体的系统
本公开涉及用于从料流中分离气体，用于从甲醇合成产物流中去除CO2的改进系统。该系统可包括用于从蒸馏塔的塔顶料流中去除CO2的气提部分。该系统可还包括用于具有集成的蒸汽冷凝器的蒸馏塔的分流塔设计，并可利用机械蒸汽再压缩。
技术介绍
全球气候变化已被认为是“我们这个时代最紧迫的环境挑战”。美国国家航空航天局(NASA)称“气候系统变暖的科学证据是明确的。”气候变化是由诸如水蒸气、氧化亚氮、甲烷和二氧化碳的温室气体的变暖效应造成的。其中，二氧化碳排放是关键元凶，因为自工业革命开始以来，全球大气CO2浓度已经增加了三分之一。CO2排放主要来自人类活动，诸如化石燃料的消耗，其副产品被排放到大气中。各国尝试应对气候变化的方法之一是通过讨论并实施碳排放限制和交易政策，其限制碳排放总量并允许企业对产生排放的配额进行交易。这种政策为诸如公用设施和化学公司的净碳排放体创造了减少碳排放的强大需求，这是出于向其他净碳排放体交易减排信用和避免支付额外的配额的两个目的。为进一步回应对气候变化的担忧，太阳能和风能产量近年来已显著增加，但仍然受到许多基础工程限制：大多数太阳能和风能主要从远离消耗电力的人口和工业区域的地区获得，并因此主要在这些地区生产；例如，美国的大部分风能潜能在大平原地区，且大部分太阳能潜能在西南部，而人口中心主要集中在沿海地区。在这些偏远地区产生可再生电力，由于太阳能和风能在长距离上传输，会导致成本高昂且功耗巨大。此外，提供给消费者的大部分能量并非为电力形式，而是运输燃料、加热气体或其他的形式。仅有小百分比的运输能量是由可再生电力提供的。可再生电力也不能以工业上大的量或以经济上可行的成本存储，这导致当太阳能和风能产量高但栅极电容已经达到最大值时，或者当电力需求低时，许多太阳能和风能电力被浪费或接地。因此，通常由诸如煤炭和天然气的化石燃料来源发电厂向太阳能和风能提供保障，当太阳能和风能不足以满足需求时，其可提供基线电力或备用电力。因此，需要能克服可再生电力的不足的可再生形式的能量，以通过存储能量和促进将能量更有效地运输到市场来满足能量需求。甲醇是运输燃料、诸如甲醛的化工原料以及塑料、油漆、织物、和其他处置方式的重要前体，将CO2转化为甲醇是CO2的有效替代的处置方式以及用于存储诸如来自可再生源的能量的改进方法，因为甲醇可以将可再生能量存储在其化学键中，并克服了可再生电力的众多与运输相关的问题。例如，甲醇的良好的能量密度和液态，其与运输燃料的相容性，以及运输期间的较低损耗，使甲醇成为一种有利的储能介质。此外，考虑到全球范围对甲醇的巨大需求——每天200,000吨且在不断增长——将二氧化碳从大气中转移并转化成甲醇，有回收造成气候变化的大量温室气体的潜力。甲醇作为运输燃料发展也具有很大的潜力。甲醇的另一日益增加的处置方式包括甲醇制烯烃工艺，其将甲醇转化成聚烯烃的结构单元，聚烯烃是全球需求日益增长的最常见的塑料产品。甲醇通常在工业环境中由合成气(“合成气”)生产，合成气是各种量的H2、CO和CO2的组合，通常来源于气化煤。由合成气合成甲醇的工艺通常夹带有与甲醇产物一起的CO和CO2副产物。在产物的最后处置之前，这些副产品必须与甲醇产品分离。用于去除气体(诸如CO和CO2)的典型工艺包括专用的轻馏分分离工艺，这通常涉及单独的且资本密集的分馏塔(一个或多个)和相关的分离设备，以及除初级蒸馏塔之外的能量消耗。能量在所述分馏操作的再沸器和冷凝器中消耗。由于CO2在甲醇中的溶解度高，其因而不能通过简单的闪蒸操作充分分离，所以轻馏分分馏工艺是必要的。结果，从所需甲醇产品中分离夹带的CO和CO2副产物是非常昂贵和低效的。在由合成气合成甲醇中使用的反应器通常限于沸水反应器，因为典型的反应套件具有高的热特性，其包括大量的CO。BWR是一种复杂且昂贵的设备，但通常是必要的，以减轻在由合成气放热生产甲醇中产生的热量，从而保护反应产物、反应器和催化剂。用于从产物流中分离诸如CO和CO2的气体的其他工艺可包括在蒸馏之前的闪蒸分离，但这是不足够的且是不期望的，因为其本质上是不完整的一级平衡分离，将产物浪费至废气流且不能去除所有溶解的副产物。其他分离工艺包括膜分离和溶剂分离(诸如氨纯化)，但这些工艺成本高、效率低且不适合甲醇生产。因此，蒸馏仍然是用于纯化许多化学产品的主要方法，且是化工过程工业中应用最广泛的操作之一。塔式蒸馏或分馏是高度能量密集型操作(由于蒸馏使用热量作为分离介质)，占由化工过程工业使用的能量的40％-60％，相当于每天至少120万桶原油。仅蒸馏就占美国能量使用总量的6％和全球能量使用量的3％。蒸馏操作的巨大能量消耗至少部分是由于现有蒸馏工艺的低效率(通常5％-10％)。因此，改进的分离工艺有可能大大减少与能量有关的排放。综上所述，需要用于从产物流特别是甲醇产物中分离气体特别是CO2的改进系统。
技术实现思路
通过本公开的用于分离气体的系统的实施方式来解决在可再生运输燃料背景下包括的蒸馏工艺的能源密集型和排放密集型问题。通过提供产生较少的轻馏分副产物的有利的反应套件，和用气提气去除诸如CO2的轻馏分副产物的分离部分，而不需要专门的轻馏分蒸馏塔，从而可以省略整个蒸馏阶段，并避免相关的能量消耗和排放。本文所述的分离实施方式不限于甲醇纯化工艺，而是可用于其中要求或需要改进的系统和/或方法来从工艺流中分离气体的任何化学工艺。优选地，用于分离气体的系统的实施方式包括产生粗产物流的反应器和在塔顶部分与换热器(诸如冷凝器)连接的分馏塔以及气提(汽提、脱气、stripping)单元。当塔顶料流在换热器中冷凝之后，气提流体流流经气提单元以选择性地从分馏塔的塔顶料流中除去杂质，诸如CO2。该反应器可以有利地利用主要消耗CO2(而非CO)作为甲醇合成的原料的反应套件，从而为CO2排放提供可行的替代处置方式，并进一步简化分离部分，如下所述。该反应套件还可产生基本上仅包括甲醇、水和CO2的粗甲醇产物流。现有的反应套件产生与甲醇形成共沸混合物的轻馏分杂质，诸如丙酮、甲酸乙酯、乙酸甲酯和丙酸甲酯，其中主要观察到的共沸杂质为丙酮。共沸混合物的分离极其困难，且通常需要特殊的分离技术和设备，诸如变压蒸馏或添加其他化学物质。通过本公开的实施方式的反应套件有利地避免了诸如这些的轻馏分杂质，从而可以通过单塔分离后接气提操作来实现粗甲醇产物的有效纯化，而不需要用于进一步将冷凝的塔顶料流中的所需产物与杂质分离的专门的轻馏分塔，或者用于移除重油杂质的重物质塔，或者其他特殊分离技术。这种布置减少了所需的分馏负荷、操作复杂性和相关的资本成本。在用于分离气体的系统的变体中，气提单元是与回流鼓集成的气体分布单元，回流鼓被配置为从换热器中接收冷凝的塔顶料流。该气体分布单元使诸如N2或H2气体的气提流体流动或传导通过回流鼓中的冷凝的塔顶料流以选择性地从甲醇产物中去除CO2，而无需使用专门的分离塔来去除CO2。粗甲醇组合物和气提单元有利地允许本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从工艺流(12)中分离气体的系统(10)，所述系统(10)包括：/n反应器，配置为进行产生所述工艺流(12)的化学工艺；/n分离单元(14)，配置为接收来自所述化学工艺的所述工艺流(12)，并配置为分离所述工艺流(12)，所述分离单元(14)包括至少一个换热器(16)，所述至少一个换热器(16)位于所述分离单元(14)的顶部并从所述分离单元(14)的顶部接收所述工艺流(12)的一部分，所述至少一个换热器(16)配置为冷凝所述工艺流(12)的该一部分；以及/n至少一个气提单元(22)，位于所述分离单元(14)的顶部，并配置为从所述至少一个换热器(16)接收冷凝的所述工艺流的该一部分，并配置为通过向其中引入至少一种气提流体来从所述冷凝的工艺流中移除所述气体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171204 US 62/594,3201.一种用于从工艺流(12)中分离气体的系统(10)，所述系统(10)包括：
反应器，配置为进行产生所述工艺流(12)的化学工艺；
分离单元(14)，配置为接收来自所述化学工艺的所述工艺流(12)，并配置为分离所述工艺流(12)，所述分离单元(14)包括至少一个换热器(16)，所述至少一个换热器(16)位于所述分离单元(14)的顶部并从所述分离单元(14)的顶部接收所述工艺流(12)的一部分，所述至少一个换热器(16)配置为冷凝所述工艺流(12)的该一部分；以及
至少一个气提单元(22)，位于所述分离单元(14)的顶部，并配置为从所述至少一个换热器(16)接收冷凝的所述工艺流的该一部分，并配置为通过向其中引入至少一种气提流体来从所述冷凝的工艺流中移除所述气体。


2.根据权利要求1所述的用于从工艺流(12)中分离气体的系统(10)，其中，所述工艺流(12)基本上只包括CO2、水和甲醇。


3.根据权利要求1所述的用于从工艺流(12)中分离气体的系统(10)，其中，所述工艺流(12)从仅将H2和CO2作为新鲜原料进行反应的甲醇合成反应化学工艺中生成。


4.根据权利要求1所述的用于从工艺流(12)中分离气体的系统(10)，其中，所述至少一种气提流体是气态N2。


5.根据权利要求1所述的用于从工艺流(12)中分离气体的系统(10)，其中，所述至少一种气提流体是H2。


6.根据权利要求1所述的用于从工艺流(12)中分离气体的系统(10)，其中，所述至少一种气提流体和分离的气体被再循环至所述反应器的前端。


7.根据权利要求1所述的用于从工艺流(12)中分离气体的系统(10)，其中，所述至少一种气提流体是单独的化学工艺的再循环流。


8.根据权利要求1所述的用于从工艺流(12)中分离气体的系统(10)，其中，所述分离单元(14)是分馏单元。


9.根据权利要求2所述的用于从工艺流(12)中分离气体的系统(10)，其中，所述至少一个气提单元(22)是气体分布器单元。


10.根据权利要求1所述的用于从工艺流(52)中分离气体的系统(50)，还包括至少一个鼓(62)，所述至少一个鼓(62)配置为在所述工艺流(52)已被所述至少一个气提单元(60)接收之后接收所述冷凝的工艺流。


11.根据权利要求10所述的用于从工艺流(52)中分离气体的系统(50)，其中，所述至少一个鼓(62)是连接到分离单元(54)的回流鼓，并配置为积聚所述冷凝的工艺流。


12.根据权利要求10所述的用于从工艺流(52)中分离气体的系统(50)，其中，所述至少一个气提单元(60)和所述至少一个鼓(62)是整体连接的。


13.根据权利要求10所述的用于从工艺流中分离气体的系统，其中，所述至少一个气提单元(60)...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃默里克·萨龙，于尼·赛瓦特斯桑，艾思格·伊瓦森，
申请(专利权)人：碳回收国际公司，
类型：发明
国别省市：冰岛;IS