CN101822931B - 富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生系统及方法 - Google Patents

富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生系统及方法。它是将富二氧化碳吸收剂溶液经加热器加热，并通过增压泵、液相流量计使增压的富二氧化碳吸收剂溶液进入中空纤维膜接触器的管程进行再生，再生后得到的吸收剂贫液从中空纤维膜接触器的管程下端输出；在真空泵的作用下，由吹扫蒸汽发生器产生的低温吹扫蒸汽，由中空纤维膜接触器的壳程下端进入进行协助再生，再生后的CO2在低温蒸汽的吹扫和真空泵的抽吸作用下，经冷凝器除水后得到高浓度的CO2气体。本发明通过在膜接触器内降压操作代替传统加热再生的方法，降低吸收剂富CO2溶液的再生能耗，可以解决化学吸收法分离燃煤烟气中CO2的高能耗问题。

Description

富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生系统及方法
技术领域
本发明涉及再生富CO2碱性吸收剂的系统及方法，更具体的说，本发明涉及一种富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生系统及方法。
背景技术
基于化学吸收的烟气CO2分离技术是目前主流的电站烟气中CO2捕获技术，但其难以大规模推广的主要原因在于系统运行能耗太高，尤其是吸收剂富液的再生能耗巨大。传统的化学吸收法分离CO2工艺采用蒸汽加热的方法对富液进行再生并完成对CO2的富集，而该部分热再生的能耗占据整个工艺能耗的80％以上。以典型的MEA吸收剂为例，再生塔内MEA富液要加热到120℃，其热再生的能耗大约为4MJ/kgCO2。虽然很多研究者寻找或开发新型的吸收剂来降低再生能耗，但是仅仅从吸收剂的研究出发降耗潜能有限，为了获得更大的再生能耗较低幅度，有必要开发全新的再生工艺。例如国内专利(专利申请号：200680052594.4)公开了一种二氧化碳回收中的胺类再生方法，该工艺通过在递减压力下进行两阶段或更多阶段的汽化来再生用于从原料气中回收二氧化碳的链烷醇胺吸收剂溶液。此外，专利CN200810168382.3公开了一种再生二氧化碳吸收剂的方法，该方法是在已使用的吸收剂被输送至再生塔之前，使用在压缩机中压缩分离二氧化碳的过程中产生的热预先加热吸收剂，并且预热的吸收剂被输送至吸收剂流量控制罐中，由此提高了能量效率。虽然以上专利对再生的工艺和加热源进行了优化和改进，但是这些方法依旧是基于加热吸收剂富液的方法达到吸收剂的再生，降耗幅度不明显，同时热再生伴随着吸收剂的降解问题。
发明内容
本发明的目的是为避免上述现有技术所存在的不足，提供了一种富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生系统及方法。
富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生系统包括加热器、富液增压泵、液相流量计、中空纤维膜接触器、吹扫蒸汽发生器、冷凝器、真空泵；加热器、富液增压泵、液相流量计与中空纤维膜接触器的管程上端依次相连，吹扫蒸汽发生器与中空纤维膜接触器的壳程下端相连，中空纤维膜接触器的壳程上端与冷凝器、真空泵依次相连。
富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生方法是将富二氧化碳吸收剂溶液经加热器加热升温至60～80℃，并通过增压泵、液相流量计使增压至0.12～0.2MPa的富二氧化碳吸收剂溶液自上而下进入中空纤维膜接触器的管程进行再生，富二氧化碳吸收剂溶液在中空纤维膜接触器停留时间为120～240秒，再生后得到的吸收剂贫液从中空纤维膜接触器的管程下端输出；在真空泵的作用下，由吹扫蒸汽发生器产生的温度为60～80℃的低温吹扫蒸汽，由中空纤维膜接触器的壳程下端进入进行协助再生，中空纤维膜接触器的壳程的压力控制在10～30KPa，再生后的CO2在低温蒸汽的吹扫和真空泵的抽吸作用下，经冷凝器除水后得到浓度为95％以上的CO2气体，最后经真空泵后进行进一步压缩处理。
所述的中空纤维膜接触器壳程再生压力为15～25KPa，膜接触器内的膜材料为疏水性中空纤维膜。所述的吹扫蒸汽发生器产生的低温蒸汽温度为70～80℃。所述的富二氧化碳吸收剂溶液在中空纤维膜接触器停留时间为140～200秒。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明系统中采用膜接触器内减压再生结合低温吹扫蒸汽技术来达到CO2的再生目的，因而吸收剂富液不需要提升到很高的温度，其总体再生能耗较热再生能降低30％-50％。
2、本发明方法中由于吸收剂富液只需加热到60～80℃，因而富液升温所需的该部分热量可采用余热或其它低品位能源，故能进一步降低再生能耗。
3、本发明方法中由于再生过程中吸收剂富液维持在降低的再生温度，因而避免了吸收剂的挥发损耗及氧化降解损失，同时避免了高温下吸收剂对设备的腐蚀问题。
附图说明
图1为富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生系统结构示意图。
图中：加热器1、富液增压泵2、液相流量计3、中空纤维膜接触器4、吹扫蒸汽发生器5、冷凝器6、真空泵7。
以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
如图所示，富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生系统包括加热器1、富液增压泵2、液相流量计3、中空纤维膜接触器4、吹扫蒸汽发生器5、冷凝器6、真空泵7；加热器1、富液增压泵2、液相流量计3与中空纤维膜接触器4的管程上端依次相连，吹扫蒸汽发生器5与中空纤维膜接触器4的壳程下端相连，中空纤维膜接触器4的壳程上端与冷凝器6、真空泵7依次相连。
富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生方法是将富二氧化碳吸收剂溶液经加热器1加热升温至60～80℃，并通过增压泵2、液相流量计3使增压至0.12～0.2MPa的富二氧化碳吸收剂溶液自上而下进入中空纤维膜接触器4的管程进行再生，富二氧化碳吸收剂溶液在中空纤维膜接触器停留时间为120～240秒，再生后得到的吸收剂贫液从中空纤维膜接触器4的管程下端输出；在真空泵7的作用下，由吹扫蒸汽发生器5产生的温度为60～80℃的低温吹扫蒸汽，由中空纤维膜接触器4的壳程下端进入进行协助再生，中空纤维膜接触器4的壳程的压力控制在10～30KPa，再生后的CO2在低温蒸汽的吹扫和真空泵7的抽吸作用下，经冷凝器6除水后得到浓度为95％以上的CO2气体，最后经真空泵7后进行进一步压缩处理。
所述的中空纤维膜接触器4壳程再生压力为15～25KPa，膜接触器内的膜材料为疏水性中空纤维膜。所述的吹扫蒸汽发生器5产生的低温蒸汽温度为70～80℃。所述的富二氧化碳吸收剂溶液在中空纤维膜接触器停留时间为140～200秒。
吸收剂在吸收塔内完成对烟气中CO2组分的吸收后，富二氧化碳吸收剂溶液先进入加热器中加热到所设定的温度。富液的温度由温度控制器设定并控制，根据吸收剂种类的不同控制在60℃到80℃之间。当富液温度达到设定值后，进入富液增压泵，富液的流量由液相流量计调节，流量的大小由其在所述的中空纤维膜接触器内的停留时间决定，停留时间为120～240s。且在所有的管路系统外壁均包裹保温材料，以降低富液在管路运行中的热量损失，同时保证富液在到达膜接触器入口时的温度恒定。在增压泵的作用下，富液有中空纤维膜接触器的顶部自上而下进入膜管程，沿管程向下运动。
在膜接触器的壳程，吹扫蒸汽发生器产生的低温吹扫蒸汽在真空泵的作用下自下而上进入膜接触器壳程，其蒸汽设定温度与膜接触器内富液温度一致或稍高。同时由于真空泵的抽吸作用，在膜接触器的壳程将会保持一定的真空度，其压力的大小可通过调节真空泵的抽力而改变，设定在10～30KPa左右。此时，在降压和外部低温蒸汽的吹扫作用下，气相侧的CO2分压将会低于富液中的CO2平衡分压，富液中CO2平衡被打破，反应逆向进行，有利于富液的再生。而富液中被再生出来的CO2在浓度梯度的作用下，透过膜孔进入壳程，并在真空泵的抽吸下，与低温蒸汽一同离开膜接触器。接着，在冷凝系统内，低温蒸汽将会冷凝而与再生出的CO2分离，从而达到CO2富集的目的。富集的CO2将由真空泵排气口排出，可进行进一步的压缩处理。
富CO2吸收液经过膜接触器的再生过程后，在膜接触器的底部收集，将泵入吸收塔内用于下一次的烟气中CO2循环吸收。

Claims (5)

1.一种富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生系统，其特征在于包括加热器(1)、富液增压泵(2)、液相流量计(3)、中空纤维膜接触器(4)、吹扫蒸汽发生器(5)、冷凝器(6)、真空泵(7)；加热器(1)、富液增压泵(2)、液相流量计(3)与中空纤维膜接触器(4)的管程上端依次相连，吹扫蒸汽发生器(5)与中空纤维膜接触器(4)的壳程下端相连，中空纤维膜接触器(4)的壳程上端与冷凝器(6)、真空泵(7)依次相连。
2.一种使用如权利要求1所述系统的富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生方法，其特征在于富二氧化碳吸收剂溶液经加热器(1)加热升温至60～80℃，并通过增压泵(2)、液相流量计(3)使增压至0.12～0.2MPa的富二氧化碳吸收剂溶液自上而下进入中空纤维膜接触器(4)的管程进行再生，富二氧化碳吸收剂溶液在中空纤维膜接触器停留时间为120～240秒，再生后得到的吸收剂贫液从中空纤维膜接触器(4)的管程下端输出；在真空泵(7)的作用下，由吹扫蒸汽发生器(5)产生的温度为60～80℃的低温吹扫蒸汽，由中空纤维膜接触器(4)的壳程下端进入进行协助再生，中空纤维膜接触器(4)的壳程的压力控制在10～30KPa，再生后的CO2在低温蒸汽的吹扫和真空泵(7)的抽吸作用下，经冷凝器(6)除水后得到浓度为95％以上的CO2气体，最后经真空泵(7)后进行进一步压缩处理。
3.根据权利要求2所述的一种富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生方法，其特征在于所述的中空纤维膜接触器(4)壳程再生压力为15～25KPa，膜接触器内的膜材料为疏水性中空纤维膜。
4.根据权利要求2所述的一种富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生方法，其特征在于所述的吹扫蒸汽发生器(5)产生的低温蒸汽温度为70～80℃。
5.根据权利要求2所述的一种富二氧化碳吸收剂溶液中空纤维膜接触器减压再生方法，其特征在于所述的富二氧化碳吸收剂溶液在中空纤维膜接触器停留时间为140～200秒。
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