[发明专利]一种低温变压吸附工艺净化天然气中CO2的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于气体分离净化技术领域，具体涉及到一种低温变压吸附工艺净化天然气中CO₂的装置及其方法。

背景技术

天然气因清洁无污染、安全性高以及能量密度大而逐渐被广泛使用，在能源的利用领域越来越被各个国家所重视。天然气易于管线运输，因此可通过管网将边远地区油气田中的天然气运输到人口密集的大城市，解决城市中的燃料问题。对于更远距离的输送，最近一些年倾向于先将天然气液化处理后，再通过LNG(液化天然气)船及低温槽车输送到工厂或者气化站。

当然，无论是何种输送，都涉及到对开采出的天然气进行净化处理的问题。油气田中的天然气往往含有一些酸性气体，含量较高的为CO₂气体，由于CO₂不能燃烧，降低了天然气的能量密度，并增加了天然气的存储与运输成本。在有水存在的情况下，CO₂对管道有强烈的腐蚀作用，极易造成管道泄露，因此 CO₂的存在具有极大的安全隐患。同时，天然气中的CO₂在运输管网经过寒冷地区时，会析出干冰，造成管道堵塞，给天然气的运输带来极大的不便。

因此，脱除天然气中的CO₂是一项有着重要经济价值与现实意义的研究。天然气脱除CO₂技术的发展，将对天然气的大范围利用做出推动作用。

天然气中的主要有效成分为CH₄，因此，对天然气中CO₂的脱除工艺过程主要考虑的是CH₄与CO₂的分离工艺。目前，国内外分离CH₄/CO₂主要工艺有：膜分离法、溶液吸收法、深冷分离法及吸附法等，分述如下：

(1)膜分离法，是利用不同气体分子的大小不同而具备不同的渗透率的特点来实现气体的分离。当膜的两侧存在压强差时，具有高渗透率的气体分子优先透过膜，而具有低渗透率的分子被截留在进气的一侧成为截留气体，正是利用此原理实现对混合气体的分离。利用膜分离法实现对CO₂的分离正是使CO₂气体成为渗透气体，透过膜然后达到富集。用于CH₄/CO₂的膜分离法具有分离设备简单、占地面积小、过程无相变、无污染等优点，但膜分离法产品气的损失以及膜的使用寿命问题使其还需更进一步的研究。

(2)溶液吸收法，是利用不同气体在溶液中溶解度不同或是否与溶液反应来实现气体混合物的分离的一种方法。利用溶液对CO₂吸收而对CH₄不吸收或者少吸附的特性来实现CH₄与CO₂的分离。该方法具有适用范围广泛、能耗低、处理量大等优点，但其工艺复杂、设备庞大、且吸收效率不高。

(3)深冷分离法，是根据气体组分不同的液化温度，使气体的温度降低到露点以下，使气体液化。然后通过精馏将各组分进行分离的方法。运用该方法对 CH₄/CO₂进行分离，是利用CH₄与CO₂的沸点差来实现的。该方法具有技术成熟、产品浓度高的优点，但设备复杂、装置庞大、能耗较大。

(4)吸附法，是利用固体吸附剂对混合气体各组分的吸附能力不同来实现对混合气体的分离。一般的固体吸附剂对CO₂的吸附容量比较大而对CH₄几乎不吸附，根据此特性来实现对CH₄与CO₂混合气体的分离。其中变压吸附法与变温吸附法是较为成熟的吸附分离法，已广泛应用与石油化工、钢铁、冶金等领域，但用于天然气净化领域的研究还较少。