一种耦合热泵的胺液高效再生的方法及其装置与流程

1.本发明涉及能源化工技术领域，特别涉及一种耦合热泵的胺液高效再生的方法及其装置。


背景技术：

2.随着随着全球天然气需求量的逐渐增长，lng(液化天然气，liquefied natural gas)产业迎来良好的前景。由于天然气中含有co2、h2s以及有机硫等酸气气体杂质，在低温环境下，这些杂质对设备产生腐蚀作用以及由于低温而冻结堵塞管道、设备及阀门。在进入lng液化之前必须经过深度的净化处理，尤其是co2气体，杂质预处理是否能达到具体深度净化指标将对液化系统产生直接影响，因此，天然气深度脱碳净化的工艺尤为重要。
3.目前，天然气深度脱碳工艺主要以溶剂(物理或化学)吸收法为主，在溶剂吸收法中，贫液在吸收塔中与气体逆流吸收co2成为富液，富液通过在解吸塔内高温脱除吸收的co2以实现再生，所以，富液的解吸再生过程是溶剂吸收法中胺液循环工艺方法中极为重要的一环；常规天然气深度脱碳工艺能耗大，具体表现在再生塔温度高，重沸器负荷过大，工艺流程换热简单，换热网络集成度小，热量损失多，同时常规解吸塔具有气液传质弱，填料易发生堵塞，效率低的问题。
4.因此，研究一种新型工艺及其装置克服以上问题，以降低富液再生装置能耗。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种耦合热泵的胺液高效再生的方法及其装置，以解决现有胺液再生的方法及其装置中脱碳工艺能耗大的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耦合热泵的胺液高效再生的方法，将一股富胺液通过液体换热器进行换热，然后通入再生塔进行再生，对该股富胺液中吸收的二氧化碳进行解吸分离，得到二氧化碳和贫胺液；将另一股富胺液通过气液换热器进行换热，然后通入再生塔进行再生，对该股富胺液中吸收的二氧化碳进行解吸分离，得到二氧化碳和贫胺液；其中，再生塔解吸分离的贫胺液至少被通入液体换热器内参与富胺液的换热；再生塔解吸分离出的二氧化碳至少被通入气液换热器内参与富胺液的换热。
7.在其中一个实施例中，在再生塔中，对换热后的富胺液进行解吸分离，包括以下步骤，换热后的富胺液通过螺旋内筒进行旋流解吸，以分离出胺液和二氧化碳；旋流解吸后的胺液通过再热内筒进行二次加热；二次加热后的胺液通过再生内筒进行再热解吸，以分离出贫胺液和二氧化碳。
8.在其中一个实施例中，再生塔解吸分离出的二氧化碳通入压缩机进行压缩，并将压缩后的二氧化碳通入气液换热器参与换热。
9.在其中一个实施例中，在再生塔中，进行解吸分离的温度为100～120℃。
10.在其中一个实施例中，贫富胺液换热器中换热介质的温度为90～120℃。
11.在其中一个实施例中，气液换热器中换热介质的温度为90～120℃。
12.在其中一个实施例中，在气液换热器内参与换热后的二氧化碳通入酸气冷却器，然后排出。
13.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耦合热泵的胺液高效再生的装置，应用上述的耦合热泵的胺液高效再生的方法；包括液体换热器、再生塔和气液换热器；液体换热器与再生塔接通，再生塔还与气液换热器接通；再生塔用于对富胺液进行旋流解吸和再热解吸，以分离出贫液和二氧化碳。
14.在其中一个实施例中，再生塔的顶部设有多个进液口和出气口，再生塔的底部设有出液口，再生塔的侧壁设有多个第一安装孔，多个第一安装孔安装有蒸汽管路；再生塔的内部沿液体流出方向依次连接有螺旋内筒、再热内筒和再生内筒；螺旋筒的筒径沿液体流出方向线性变窄，螺旋筒的内壁上表面抵接有肋条，肋条沿螺旋筒内壁螺旋布置，螺旋筒用于将富胺液进行旋流解吸，以分离出胺液和二氧化碳；再热内筒的内部设有多层的斜流层，多层斜流层交错布置，相邻的斜流层间留有第一间隙；每层斜流层包括多个斜流板，多个斜流板均匀布置，相邻的斜流板间留有第二间隙；再热内筒的侧壁上设有第二安装孔，第二安装孔安装有蒸汽管路；再生内筒的筒径沿液体流出方向线性变宽，再生内筒用于将再热后的胺液进行再热解吸，以分离出贫液和二氧化碳。
15.在其中一个实施例中，再生内筒的内部设有多个折流板，多个折流板均匀布置，相邻的折流板间留有第三间隙。
16.在其中一个实施例中，耦合热泵的胺液高效再生的装置还包括压缩机，压缩机的进气口接通再生塔，压缩机的出气口接通气液换热器。
17.在其中一个实施例中，耦合热泵的胺液高效再生的装置还包括酸气冷却器，酸气冷却器与气液换热器的出气口接通。
18.本发明的有益效果如下：
19.由于一股富胺液与液体换热器进行换热，然后通入再生塔进行再生，对该股富胺液中吸收的二氧化碳进行解吸分离，得到二氧化碳和贫胺液，并且再生塔解吸分离的贫胺液至少被通入液体换热器内参与富胺液的换热，所以在进行应用时，该股富胺液在进入再生塔前，与再生塔内解吸分离的贫胺液热源进行换热，以达到富胺液预热的目的，即使得该股富胺液在通入再生塔前已留有一定的温度，节省了富胺液在再生塔内的加热能耗。
20.由于另一股富胺液通过气液换热器进行换热，然后通入再生塔进行再生，对该股富胺液中吸收的二氧化碳进行解吸分离，得到二氧化碳和贫胺液，并且再生塔解吸分离出的二氧化碳至少被通入气液换热器内参与富胺液的换热，所以在进行应用时，该股富胺液在进入再生塔前，与再生塔内解吸分离的二氧化碳热源进行换热，以达到富胺液预热的目的，同样使得该股富胺液在通入再生塔前已留有一定的温度，节省了再生塔塔顶冷凝器、冷却水和再沸器加热蒸汽的用量，降低了再生塔的热量损耗。
21.由于再生塔用于对富胺液进行旋流解吸和再热解吸，所以在进行应用时，富胺液在再生塔内进行旋流解吸，旋流解吸后的胺液可再热，形成二次再生，增加了再生的强度，提高了再生塔的再生效果。
22.综上所述，富胺液进入再生塔前进行换热，提升了富胺液进入再生塔前的温度，富胺液进入再生塔加热至所需温度的能耗降低，并且再生塔内设有旋流解吸和再热解吸功能，增加了再生的强度，有效提高了再生塔的再生效果，彻底解决了现有胺液再生的方法及
其装置中脱碳工艺能耗大的问题。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明优选实施方式提供的整体结构示意图；
25.图2是本发明优选实施方式提供的再生塔结构示意图；
26.图3是本发明优选实施方式提供的再生塔内部结构示意图。
27.附图标记如下：
28.1、液体换热器；
29.2、再生塔；20、进液口；21、出气口；22、出液口；23、蒸汽管路；24、螺旋内筒；240、肋条；25、再热内筒；250、斜流层；2500、斜流板；2501、第二间隙；251、第一间隙；26、再生内筒；260、折流板；261、第三间隙；
30.3、气液换热器；
31.4、压缩机；
32.5、酸气冷却器。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
34.现有技术中，再生工艺耗能大，主要表现在两大问题中，一是对富胺液的换热存在换热效率不高的问题，具体的说，现有低温的富胺液的换热仅与再生后的高温贫胺液，所有低温富胺液均与高温的贫胺液换热，导致换热的效率不高；二是再生胺液时需要额外对胺液进行再热，具体的说，现有再生工艺需在再生塔外利用再沸器对一次再生后的胺液进行再热，需额外消耗能量。
35.为了解决上述问题，本发明将通过两个方向技术特征对工艺进行改进；一是富胺液进入再生塔前分为两股，一股与再生塔分离出的贫胺液换热，另一股与再生塔分离出的二氧化碳换热；二是再生塔内设有带再热功能的装置。
36.具体的，如图1所示，本发明提供了一种耦合热泵的胺液高效再生的方法，其包括以下步骤：
37.步骤s1，吸收完二氧化碳的富胺液分离成两股；
38.步骤s2，一股富胺液与液体换热器1换热，换热后的富胺液通入再生塔2，对该股富胺液吸收的二氧化碳进行解吸分离，得到二氧化碳和贫胺液；另一股与气液换热器3换热，换热后的富胺液通入再生塔2，对该股富胺液吸收的二氧化碳进行解吸分离，得到二氧化碳和贫胺液；
39.其中，再生塔2解析分离后的贫胺液至少被通入液体换热器1内参与富胺液的换热，再生塔2解析分离后的二氧化碳至少被通入气液换热器3内参与富胺液的化热。
40.步骤s3，分离出的二氧化碳在气液换热器3换热后排出，分离出的贫胺液在液体换
热器1换热后排出。
41.通过这样的方法，再生塔2解析分离后的贫胺液被通入液体换热器1内参与换热，再生塔2解析分离后的二氧化碳被通入气液换热器3内参与换热，除了将解吸后的贫胺液的热量用于换热外，还将解吸后的二氧化碳的热量也用于换热，即将再生塔2的塔体潜热用于系统本身，节省了再生塔2塔顶冷凝器、冷却水和再沸器加热蒸汽的用量，使得该工艺的能耗明显降低，避免了现有工艺中富胺液仅被通入液体换热器1中与生塔解析分离后的贫胺液，换热量大导致换热不充分的问题。
42.有关步骤s1，如图1至图3所示，吸收完二氧化碳的富胺液通过三通管分离成两股，以使两股富胺液可以与不同的换热介质进行换热，提高单股的换热效率，避免现有技术中所有富胺液均与同一换热介质进行换热，存在换热效率不高的问题。
43.需要说明的是，吸收完二氧化碳的富胺液不单可分为两股，可通过多通管分为多股，只要满足多股富胺液可以与不同的换热介质进行换热，即符合本发明的思路，本领域技术人员可根据自身实际需求进行选择。
44.有关步骤s2，如图1至图3所示，在再生塔2中，对换热后的富胺液进行解吸分离，还包括以下步骤：
45.步骤s2-1，换热后的富胺液通过螺旋内筒24进行旋流解吸，以分离出胺液和二氧化碳；
46.步骤s2-2，旋流解吸后的胺液通过再热内筒25进行二次加热；
47.步骤s2-3，二次加热后的胺液通过再生内筒26进行再热解吸，以分离出贫胺液和二氧化碳。
48.通过这样的方法，富胺液进入再生塔2后，首先进行旋流解析，富胺液在离心力作用下，富胺液内的二氧化碳与胺液进行气液分离，富胺液在此过程完成第一次再生，随后富胺液在再生塔2内被二次加热，第一次再生后的胺液重新达到再生温度，二氧化碳与胺液再次进行气液分离，以达到二次再生效果，避免了现有技术中需要额外在再生塔2外布置再沸器对第一次再生后的胺液进行再热，不仅减少了占地面积，还提高了再生效率，增加了整体经济效益。
49.进一步的，为了实现再生塔2内的解吸分离需求，如图1至图3所示，在再生塔2中进行解吸分离的温度为100～120℃。
50.其中，换热后的富胺液进入再生塔内的温度为100℃，并在该温度下进行旋流解析分离，随后再生后的富胺液通入螺旋内筒24进行二次加热，第二次加热后的富胺液在蒸汽管路23的加热下，加热至110℃，随后进行二次再生。
51.通过这样的设置，进入再生塔2内的富胺液可在该温度下进行胺液再生，以解吸分离出二氧化碳和贫胺液。
52.有关步骤s3，如图1至图3所示，再生塔2解吸分离出的二氧化碳通入压缩机4进行压缩，并将压缩后的二氧化碳通入气液换热器3参与换热。
53.通过这样的方法，分离出的二氧化碳通过压缩机4压缩做功以提升热能品质，即利用压缩机4为该工艺方法提供一定的机械功，机械功转换成热能，可有效提高再生塔2顶气相的热能品质，作为再生塔2换热的一股热源介质。
54.进一步的，为了提高富胺液在液体换热器1中的换热效率，如图1至图3所示，分离
后的贫胺液被通入液体换热器1内，作为换热介质的温度为90～120℃。
55.进一步的，为了提高富胺液在气液换热器3中的换热效率，如图1至图3所示，分离后的二氧化碳被通入气液换热器3内，作为换热介质的温度为90～120
°
56.通过这样的设置，富胺液在液体换热器1中换热效率有较高的效率。
57.进一步的，为了降低含氨二氧化碳对环境的影响，如图1至图3所示，气液换热器3内参与换热后的二氧化碳通入酸气冷却器5，然后排出。
58.通过这样的设置，二氧化碳在排出前通过酸气冷却器5进行除氨操作，降低排出的二氧化碳对环境的影响。
59.由上文可知本发明提供的一种耦合热泵的胺液高效再生的方法，下文将详细描述一种耦合热泵的胺液高效再生的装置，以应用于该方法上。
60.具体的，如图1至图3所示，一种耦合热泵的胺液高效再生的装置，包括液体换热器1、再生塔2、气液换热器3、压缩机4和酸气冷却器5；液体换热器1与再生塔2接通，再生塔2还与压缩机4和气液换热器3接通，压缩机4与气液换热器3接通，气液换热器3还与酸气冷却器5接通。
61.其中，液体换热器1的进液口20分别接通有富胺液进液通道和再生塔2出液口22，液体换热器1的出液口22分别接通贫胺液出液通道和再生塔2进液口20，再生塔2的出气口21接通压缩机4进气口接通，压缩机4出气口21接通气液换热器3的进气口，气液换热器3的进液口20接通富胺液进液通道，气液换热器3的出气口21接通酸气冷却器5然后排出。
62.在进行应用时，富胺液分为两股，一股通入液体换热器1进行换热，另一股通入气液换热器3进行换热，换热后的富胺液通入再生塔2内，富胺液在再生塔2内进行旋流解吸和再热解吸，将富胺液吸收的二氧化碳分离，并形成二氧化碳和不含二氧化碳的贫胺液，分离出的贫胺液通入液体换热器1内参与换热，随后吸收下一循环的二氧化碳，分离出的二氧化碳先通入压缩机4内进行压缩做功以提升热能品质，随后将二氧化碳通入气液换热器3内参与换热，并通过酸气冷却器5排出。
63.有关上述再生塔2，如图1至图3所示，再生塔2的顶部设有两个进液口20和出气口21，再生塔2的底部设有出液口22，再生塔2的侧壁设有两个第一安装孔，两个第一安装孔安装有蒸汽管路23；再生塔2的内部沿液体流出方向依次连接有螺旋内筒24、再热内筒25和再生内筒26；所述螺旋筒用于将富胺液进行旋流解吸，以分离出胺液和二氧化碳；再热内筒25内设有蒸汽管路23，再热内筒25用于将富胺液进行再次加热，以到达再生所需的温度；再生内筒26用于将再热后的胺液进行再热解吸，以分离出贫胺液和二氧化碳。
64.其中，两个进液口20均与再生塔2内壁形成切向布置，使得从进液口20进入的富胺液可以沿切线方向形成旋流；分离出的二氧化碳从塔体顶部的出气口21通出再生塔2；并且螺旋内筒24的顶部与再生塔2的内壁抵接，再生内筒26的底部与再生塔2的内壁抵接。
65.在进行应用时，富胺液进入再生塔2后，在螺旋内筒24内形成旋流，在离心的作用下达到气液分离的作用，气液分离后的富胺液通过再热内筒25的蒸汽管路23进行再热以达到再生温度，达到温度后的富胺液进入再生内筒26内进行充分再生，以分离出二氧化碳和贫胺液，分离出的二氧化碳通过塔顶的出气口21排出，分离出的贫胺液通过塔底的出液口22排出。
66.对于螺旋内筒24而言，如图3所示，螺旋筒的筒径沿液体流出方向线性变窄，形成
倒圆台状结构，螺旋内筒24设有的肋条240，使得富胺液在肋条240上进行旋流，以完成旋流解吸。
67.在进行应用时，螺旋解吸的方式可使富胺液充分将吸收的二氧化碳旋解分流出来。
68.对于再热内筒25而言，如图3所示，再热内筒25的内部设有三层斜流层250，三层所述斜流层250交错布置，相邻的斜流层250间留有第一间隙251；每层斜流层250包括六个斜流板2500，六个斜流板2500均匀布置，相邻的斜流板2500间留有第二间隙2501。
69.其中，再热内筒25的内壁上还设有两个第二安装孔，两个第二安装孔内安装有蒸汽管路23，蒸汽管路23穿过三层斜流层250，使得流过不同斜流层250的胺液都会与蒸汽管路23进行换热，胺液每流过斜流层250均会与蒸汽管路23进行换热，可将胺液加热至所需的温度。
70.需要指出的是，蒸汽管路23的结构优选为u型结构，其他可穿过三层斜流层250的结构均可进行应用，本领域技术人员可根据自身实际需求进行选择。
71.在进行应用时，上段再生的胺液通过第一层斜流层250进入与蒸汽管路23进行第一次接触，流至第二层斜流层250中与蒸汽管路23进行第二次接触，随后通过第三层斜流层250与蒸汽管路23进行第三次接触并进入再生内筒26，以重新到达胺液的再生温度，避免了现有技术需要额外在再生塔2外布置再沸器对第一次再生后的胺液进行再热的问题。
72.对于再生内筒26而言，如图3所示，再生内筒26的筒径沿液体流出方向线性变宽，形成圆台状结构，再生内筒26的内部设有多个折流板260，多个折流板260均匀布置，相邻的折流板260间留有第三间隙261。
73.其中，每个折流板260均竖向布置，每个折流板260的竖向剖面均为“z”型首尾相连接结构。
74.在进行应用时，再热后的胺液通过进入折流板260，在折流板260的作用下，胺液会分成多股流，以达到充分再生的效果。
75.下文将以该装置应用该方法时的具体过程进行描述。
76.充分吸收二氧化碳后的富胺液分为两股；第一股富胺液通过液体换热器1进行换热，第二股富液经过气液换热器3进行换热；经过换热后的富胺液从塔顶进入再生塔2，对富胺液中吸收的二氧化碳进行解吸分离；富胺液从塔顶的两进液口20切向进入再生塔2内，首先富胺液流入螺旋内筒24，在螺旋状肋条240的作用下形成旋流，并通过离心力将富胺液吸收的二氧化碳解吸出来，解吸后的胺液通过斜流板2500进入再热内筒25，再热内筒25内设有蒸汽管路23以对胺液进行再热，再热后的胺液通过折流板260，并在折流板260的作用下，胺液分成多股流达到充分再生效果，充分再生后的胺液通过由再生塔2底部流出，随后贫胺液进入液体换热器1中与第一股富胺液换热，随后排出；二氧化碳从再生塔2顶部流出，二氧化碳经压缩机4后进入气液换热器3中与第二股富胺液换热，随后经酸气冷却器5冷却排出。
77.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种耦合热泵的胺液高效再生的方法，其特征在于，包括以下步骤，将一股富胺液通过液体换热器进行换热，然后通入再生塔进行再生，对该股富胺液中吸收的二氧化碳进行解吸分离，得到二氧化碳和贫胺液；将另一股富胺液通过气液换热器进行换热，然后通入再生塔进行再生，对该股富胺液中吸收的二氧化碳进行解吸分离，得到二氧化碳和贫胺液；其中，再生塔解吸分离的贫胺液至少被通入液体换热器内参与富胺液的换热；再生塔解吸分离出的二氧化碳至少被通入气液换热器内参与富胺液的换热。2.根据权利要求1所述的耦合热泵的胺液高效再生的方法，其特征在于，在再生塔中，对换热后的富胺液进行解吸分离，包括以下步骤，换热后的富胺液通过螺旋内筒进行旋流解吸，以分离出胺液和二氧化碳；旋流解吸后的胺液通过再热内筒进行二次加热；二次加热后的胺液通过再生内筒进行再热解吸，以分离出贫胺液和二氧化碳。3.根据权利要求1所述的耦合热泵的胺液高效再生的装置，其特征在于，再生塔解吸分离出的二氧化碳通入压缩机进行压缩，并将压缩后的二氧化碳通入气液换热器参与换热。4.根据权利要求1所述的耦合热泵的胺液高效再生的方法，其特征在于，在再生塔中，进行解吸分离的温度为100～120℃。5.根据权利要求1所述的耦合热泵的胺液高效再生的方法，其特征在于，所述贫富胺液换热器中换热介质的温度为90～120℃。6.根据权利要求1所述的耦合热泵的胺液高效再生的方法，其特征在于，所述气液换热器中换热介质的温度为90～120℃。7.一种耦合热泵的胺液高效再生的装置，其特征在于，应用如权利要求1至6中任一项所述的耦合热泵的胺液高效再生的方法；所述耦合热泵的胺液高效再生的装置包括液体换热器、再生塔和气液换热器；所述液体换热器与所述再生塔接通，所述再生塔还与所述气液换热器接通；所述再生塔用于对富胺液进行旋流解吸和再热解吸，以分离出贫液和二氧化碳。8.根据权利要求7所述的一种耦合热泵的胺液高效再生的装置，其特征在于，所述再生塔的顶部设有多个进液口和出气口，所述再生塔的底部设有出液口，所述再生塔的侧壁设有多个第一安装孔，多个所述第一安装孔安装有蒸汽管路；所述再生塔的内部沿液体流出方向依次连接有螺旋内筒、再热内筒和再生内筒；所述螺旋筒的筒径沿液体流出方向线性变窄，所述螺旋筒的内壁上表面抵接有肋条，所述肋条沿所述螺旋筒内壁螺旋布置，所述螺旋筒用于将富胺液进行旋流解吸，以分离出胺液和二氧化碳；所述再热内筒的内部设有多层的斜流层，多层所述斜流层交错布置，相邻的所述斜流层间留有第一间隙；每层所述斜流层包括多个斜流板，多个所述斜流板均匀布置，相邻的所述斜流板间留有第二间隙；所述再热内筒的侧壁上设有第二安装孔，所述第二安装孔安装有所述蒸汽管路；所述再生内筒的筒径沿液体流出方向线性变宽，所述再生内筒用于将再热后的胺液进
行再热解吸，以分离出贫液和二氧化碳。9.根据权利要求8所述的一种耦合热泵的胺液高效再生的装置，其特征在于，所述再生内筒的内部设有多个折流板，多个所述折流板均匀布置，相邻的所述折流板间留有第三间隙。10.根据权利要求7所述的一种耦合热泵的胺液高效再生的装置，其特征在于，所述耦合热泵的胺液高效再生的装置还包括压缩机，所述压缩机的进气口接通所述再生塔，所述压缩机的出气口接通所述气液换热器。

技术总结
本发明涉及能源化工技术领域，特别公开了一种耦合热泵的胺液高效再生的方法及其装置，具体方法如下，将一股富胺液通过液体换热器进行换热，然后通入再生塔进行再生，对该股富胺液中吸收的二氧化碳进行解吸分离，得到二氧化碳和贫胺液；将另一股富胺液通过气液换热器进行换热，然后通入再生塔进行再生，对该股富胺液中吸收的二氧化碳进行解吸分离，得到二氧化碳和贫胺液；其中，再生塔解吸分离的贫胺液至少被通入液体换热器内参与富胺液的换热；再生塔解吸分离出的二氧化碳至少被通入气液换热器内参与富胺液的换热。彻底解决了现有胺液再生的方法及其装置中脱碳工艺能耗大的问题。生的方法及其装置中脱碳工艺能耗大的问题。生的方法及其装置中脱碳工艺能耗大的问题。


技术研发人员：柯文周 齐勇 代洪国 廖昌荣 符勤剑 申昌明 陈文桥 陈明辉 袁永杰
受保护的技术使用者：广州兴丰能源科技有限公司
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/20