[发明专利]用于通过蒸馏和气提来分离溶解的气体的系统和方法

说明书

本发明涉及用于通过蒸馏和气提来分离溶解的气体的系统和方法。提供了用于从工艺流中分离气体的系统，包括分离单元，配置为接收化学工艺的工艺流并分离工艺流的至少一种组分，分离单元包括位于分离单元的顶部并从分离单元的顶部接收工艺流的顶部流的换热器，换热器冷凝工艺流的顶部流；以及气提单元，配置为从换热器接收冷凝的工艺流的顶部流，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的顶部流中分离气体。还提供了用于从工艺流中分离气体的方法，包括提供如上所述的分离单元、换热器以及气提单元。

本申请是申请日为2018年12月4日发明名称为“用于通过蒸馏和气提来分离溶解的气体的系统”申请号为2018800286594(国际申请号为PCT/IB2018/059633)的发明专利申请的分案申请。

技术领域

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。

背景技术

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。