CN101234281A - 利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统 - Google Patents

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Abstract

利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统，涉及烟气中脱除二氧化碳的设备。该系统包括一个用于吸收烟气中二氧化碳的吸收装置、内部换热装置、外部换热装置、再生装置和太阳能集热器。本发明通过在二氧化碳分离过程中使用太阳能，为吸收剂再生提供所需要的热能。烟气进入吸收装置，其中的二氧化碳被吸收剂吸收，去除了二氧化碳的烟气进入烟囱排走；富二氧化碳吸收剂经过内部换热器换热之后，进入再生装置进行再生，释放出二氧化碳气体，而再生后的吸收剂再经过内部换热器和外部换热器换热之后回到吸收装置。本发明能够有效降低电厂烟气分离二氧化碳系统的能耗，减少从电厂抽取的蒸汽量，从而节约能源。

Description

利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统
技术领域
本发明涉及一种脱除烟气中二氧化碳的装置，属于污染物控制和二氧化碳减排技术领域。
背景技术
由于人类活动排放的二氧化碳，对全球气候造成了严重的影响，因此，减少向大气中的二氧化碳排放，是世界各国都关心的问题。目前二氧化碳排放控制技术主要可以分为三类，一类是燃烧后控制技术，包括化学吸收法、物理吸收法、低温法、膜分离法等；一类是燃烧前控制技术，主要是煤气化技术；一类是富氧燃烧技术。
各种CO2分离回收方法存在的主要问题是能耗很高，会大幅度降低电厂的发电效率。燃烧前技术会使电厂效率下降7个百分点左右，富氧燃烧技术会使电厂效率下降10个百分点左右，燃烧后控制技术依方法的不同，效率下降的幅度也不同，如表1所示，在8.8-11.4％左右。
表1各种分离方法经济性比较
    分离方法   发电效率％   电力生产成本$/kWh   CO2脱除费用$/tCO2
    PF+FGD+膜分离法+MEA+膜+MEA+PSA+TSA   39.931.129.129.728.529.5   0.0490.0780.0770.0750.1140.117   -47354584-
因此，降低二氧化碳分离的能耗，已经成为各种分离技术的关键。
现有的二氧化碳的燃烧后分离方法，如化学吸收法、物理吸收方法、膜吸收方法等，一般是利用吸收剂吸收烟气中的二氧化碳，生成富二氧化碳吸收剂；富二氧化碳吸收剂要进入再生装置进行再生，再生后的吸收剂进行循环利用。再生的过程需要吸收一定的热量，以使富二氧化碳吸收剂达到一定的温度并为反应提供反应热，这是二氧化碳分离方法最主要的能量消耗。现有的提供热量的方法主要有两种，一是从电厂抽取蒸汽，该方法会降低系统的发电效率；二是通过燃烧煤或天然气来提供，而煤或天然气的燃烧增加了系统的化石燃料的消耗，也会降低整个系统的发电效率，而且还会排放额外的二氧化碳。
发明内容
针对分离烟气中的二氧化碳的过程中需要消耗大量能量的问题，本发明设计了新的二氧化碳分离系统，通过在系统中利用太阳能，为吸收剂再生提供所需要的热能，从而降低了系统的总能耗。
本发明的技术方案如下：
一种利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统，该系统包括：
a.一个二氧化碳吸收装置，用于吸收烟气中的二氧化碳；该二氧化碳吸收装置是采用液体吸收剂的吸收装置；
b.一个内部换热装置，用于从吸收装置出来的吸收了二氧化碳的富液与从再生装置出来的贫液进行热交换；
c.一个外部换热装置，用于将从内部换热器换热后的贫液进一步降低温度；
d.一个再生装置，用于将从内部换热器出来的富液分解，产生二氧化碳气体和贫液；
e.一个用于给再生装置提供热量的热源，所述的热源采用太阳能集热器。
本发明所述的太阳能集热器采用非聚光型太阳能集热器，通过换热器为再生装置提供能量。或采用聚光型的太阳能集热器，使用中将再生装置置于太阳能集热器的焦点或焦线处，直接利用太阳光对吸收剂进行再生。
本发明提供的利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统，其中所述的液体吸收剂的吸收装置采用吸收塔或膜吸收装置。
本发明提供的另一种利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统，该系统包括：
a.一个采用固体吸收剂的二氧化碳吸收装置，用于吸收烟气中的二氧化碳；
b.一个外部换热装置，用于降低从再生装置出来的吸收剂温度；
c.一个再生装置，用于将从吸收装置出来的吸收剂分解，产生二氧化碳气体和再生后的吸收剂；
d.一个用于给再生装置提供热量的热源；所述的热源采用太阳能集热器。
本发明所述的太阳能集热器采用非聚光型太阳能集热器，通过换热器为再生装置提供能量。或采用聚光型的太阳能集热器，将再生装置置于太阳能集热器的焦点或焦线处，直接利用太阳光对吸收剂进行再生。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：能够降低电厂烟气分离二氧化碳系统的能耗，减少从电厂抽取的蒸汽量，从而减少电厂效率的降低值，从而节约能源。
图的说明
图1利用非聚光型太阳能集热器的二氧化碳分离系统示意图。
图2利用聚光型太阳能集热器的二氧化碳分离系统示意图。
图3利用太阳能的液体吸收法系统图。
图4利用太阳能的膜吸收方法系统图。
图5利用太阳能的固体吸收法系统图。
图中：
1-吸收装置；2-外部换热器；3-内部换热器；4-再生装置；5-非聚光型太阳能集热器；6-泵；7-烟囱；8-太阳能换热器；9-聚光型太阳能集热器；10-冷凝器；11-吸收塔；12-膜吸收装置；13-利用固体吸收剂的吸收装置；14-固体吸收剂的再生装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构和工作原理作进一步的说明。
图1和图2为本发明提供的分别利用非聚光型和聚光型太阳能集热器的二氧化碳分离系统示意图。该系统包括一个用于吸收烟气中的二氧化碳的二氧化碳吸收装置1，一个内部换热装置3，一个外部换热装置2，一个再生装置4，和太阳能集热器。电厂烟气进入吸收装置1，其中的二氧化碳被吸收剂吸收，去除了二氧化碳的烟气进入烟囱7排走。富二氧化碳吸收剂经过内部换热器3换热之后，进入再生装置4进行再生，释放出二氧化碳气体，而再生后的吸收剂再经过内部换热器3和外部换热器2换热之后回到吸收装置1。图1中采用非聚光型太阳能集热器5，通过太阳能换热器8为再生装置提供能量。图2中采用聚光型太阳能集热器9，将再生装置置于太阳能集热器焦点或焦线处，直接利用太阳光对吸收剂进行再生。该系统可以用于吸收剂再生温度较高的情况，或者可以用于较高的压力下。太阳能提供能量如果不能满足全部能量要求，则采用常规方法补充，在图中不再单独画出。吸收剂循环的动力由泵6来提供。
图1和图2中所述的二氧化碳吸收装置，可以是利用液体吸收剂的吸收塔11，如图3所示。含有一定浓度二氧化碳的烟气通入吸收塔11，其中的二氧化碳被吸收塔内的吸收剂吸收，而氮气则可以排入烟囱7；吸收了二氧化碳的富液通过内部换热器3吸收一定的热量，进入再生装置4进行再生，再生装置所需的热量部分由太阳能集热器5提供，不足部分由电厂抽取蒸汽提供。再生后产生的二氧化碳气体经过冷凝器10去除水分后得到纯净的二氧化碳，可以用于埋存或工业应用。再生后得到的贫液经过内部换热器3和外部换热器2换热之后，回到吸收塔11进行循环利用。
图1和图2中所述的二氧化碳吸收装置，也可以采用膜吸收装置12，如图4所示。含有一定浓度二氧化碳的烟气通入膜吸收装置12，其中的二氧化碳被膜吸收装置中流过的吸收剂吸收，而氮气则可以排入烟囱7；吸收了二氧化碳的富液通过内部换热器3吸收一定的热量，进入再生装置4进行再生，再生装置所需的热量部分由太阳能集热器5提供，不足部分由电厂抽取蒸汽提供。再生后产生的二氧化碳气体经过冷凝器10去除水分后得到纯净的二氧化碳，可以用于埋存或工业应用。再生后得到的贫液经过内部换热器3和外部换热器2换热之后，回到膜吸收装置12进行循环利用。
图1和图2中所述的二氧化碳吸收装置，也可以是利用固体吸收剂的吸收装置，如图5所示。烟气通入吸收装置13中，二氧化碳被吸收，氮气排入烟囱7，形成的产物运送到再生装置14，利用聚光型太阳能集热器9提供的热量进行再生，产生的二氧化碳可以用于埋存或工业应用，再生后的吸收剂经过换热器2换热后回到吸收装置13进行循环利用。

Claims (7)

1.一种利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统，该系统包括：
a.一个二氧化碳吸收装置(1)，用于吸收烟气中的二氧化碳；该二氧化碳吸收装置是采用液体吸收剂的吸收装置；
b.一个内部换热装置(3)，用于从吸收装置出来的吸收了二氧化碳的富液与从再生装置出来的贫液进行热交换；
c.一个外部换热装置(2)，用于将从内部换热器(3)换热后的贫液进一步降低温度；
d.一个再生装置，用于将从内部换热器出来的富液分解，产生二氧化碳气体和贫液；
e.一个用于给再生装置提供热量的热源；
其特征在于：所述的热源采用太阳能集热器。
2.按照权利要求1所述的利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统，其特征在于：所述的太阳能集热器采用非聚光型太阳能集热器，通过换热器为再生装置提供能量。
3.按照权利要求1所述的利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统，其特征在于：所述的太阳能集热器采用聚光型的太阳能集热器，所述的再生装置置于太阳能集热器的焦点或焦线处，直接利用太阳光对吸收剂进行再生。
4.按照权利要求1、2或3所述的利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统，其特征在于：所述的液体吸收剂的吸收装置采用吸收塔或膜吸收装置。
5.一种利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统，该系统包括：
a.一个采用固体吸收剂的二氧化碳吸收装置，用于吸收烟气中的二氧化碳；
b.一个外部换热装置(2)，用于降低从再生装置出来的吸收剂温度；
c.一个再生装置，用于将从吸收装置出来的吸收剂分解，产生二氧化碳气体和再生后的吸收剂；
d.一个用于给再生装置提供热量的热源；
其特征在于：所述的热源采用太阳能集热器。
6.按照权利要求4所述的利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统，其特征在于：所述的太阳能集热器采用非聚光型太阳能集热器，通过换热器为再生装置提供能量。
7.按照权利要求4所述的利用太阳能脱除烟气中二氧化碳的系统，其特征在于：所述的太阳能集热器采用聚光型的太阳能集热器，所述的再生装置置于太阳能集热器的焦点或焦线处，直接利用太阳光对吸收剂进行再生。
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