CN102050447A - 燃烧尾气提纯二氧化碳的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃烧尾气提纯二氧化碳的系统，该系统由气液交换器（1）、引风机（2）、洗涤塔（3）、吸收塔（4）、再生塔（5）、缓冲罐（6）、压缩机（7）、水分器（8）、干燥器（9）、吸附器（10）、液化器（11）和CO₂贮罐（12）依次串联构成。本发明系统能将天然气充分燃烧后尾气中的CO₂气体、纯化和液化储存在钢瓶内直接出售。在整个系统中，贫富液换热器很好地利用了贫富液的热量和需要进行有效换热，气液换热器充分利用了尾气中的热量，使得整个系统不用消耗外在的能源，大大降低了整个生产成本。

Description

燃烧尾气提纯二氧化碳的系统

技术领域

本发明属于二氧化碳液化领域，具体的说，涉及一种天然气燃烧后尾气进行二氧化碳提纯、液化的统统。

背景技术

目前，很多企业在生产过程中都要燃烧天然气用来进行加热，或者以实现其他一些工艺需要。天然气燃烧后会产生大量的CO₂以及高温废气，这些企业大都未经过处理或利用将这些CO₂以及高温废气直接排放到空气中。如此一来对于企业来说既是一种浪费，同样也对环境造成了污染。

另一方面，二氧化碳在工业上的应用也是很广泛的，气体二氧化碳可用于制碱工业、制糖工业，并用于钢铸件的淬火和铅白的制造等； 二氧化碳在焊接领域应用也非常广泛. 如：二氧化碳气体保护焊，是目前生产中应用最多的方法。固态二氧化碳俗称干冰，升华时可吸收大量热，因而用作制冷剂，如人工降雨，也常在舞台中用于制造烟雾。大量需要CO₂气体，价格也不菲。特别是石油公司在钻探石油的过程中，大量用到CO₂气体，将CO₂气体输入地下将石油压出来。  

如果能将企业燃烧天然气的产生的CO₂气体回收、纯化及液化，同时很好的利用高温废气的热量，简直就是一具多得的事情，还能大大增加企业的收益。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种天然气燃烧所产生二氧化碳的回收、纯化及液化的系统。

本发明目的是这样实现的：

一种燃烧尾气提纯二氧化碳的系统，其关键在于：该系统由气液交换器、引风机、洗涤塔、吸收塔、再生塔、缓冲罐、压缩机、水分器、干燥器、吸附器、液化机和CO2贮罐依次串联构成；所述吸收塔与再生塔之间设置有贫富液交换器，该吸收塔和再生塔均通过带真空泵的管道与贫富液交换器两个进口连通，所述贫富液交换器两个出口中一个与气液交换器进液端连通，另一个通过管道连接有贫液冷却器，该贫液冷却器通过管道再与吸收塔连通；该吸收塔内的液体在贫富液交换器换热后直接进入气液交换器继续换热，所述再生塔内的液体在贫富液交换器换热后进入贫液冷却器冷却后直接返回吸收塔。通过整个系统将天然气充分燃烧后尾气中的CO₂气体、经纯化和液化储存在钢瓶内直接可以出售。设计中贫液冷却器、贫富液交换器就是常规的液液交换器。

整个工作过程如下：

天然气窑炉和天然气锅炉燃烧天然气后排放的尾气温度约为：220℃左右，在引风机的作用下首先经过吸能器，在吸能器内释放热量，温度从220℃左右降至80℃左右，然后经水洗塔水洗，降温40℃左右；经水洗后的尾气然后进入吸收塔，在吸收塔内与MEA溶液（贫液）反应，二氧化碳被MEA溶液吸收（此时溶液称为富液），未被吸收的气体（主要成份为氮气）由吸收塔顶部排出。二氧化碳被MEA溶液吸收的过程为放热过程，MEA吸收液吸收二氧化碳后温度将升高，由原40℃升至55℃左右，同时被吸收后的二氧化碳气体溶解于MEA吸收液（富液）中。在泵的作用下，富液首先经贫富液换热器与贫液换热，温度由55℃左右升高至80℃左右，然后进入吸能器与尾气换热，温度由80℃左右升高至113℃左右，达到工艺要求的温度，最后进入再生塔；在再生塔内，富液经过扩容、减压，二氧化碳将从吸收液中释放出来，释放二氧化碳后的溶液称为贫液；二氧化碳将从再生塔的顶部排出，此时二氧化碳的浓度将达到99%；MEA溶液释放二氧化碳的过程为吸热过程，富液释放二氧化碳变成贫液的过程中，温度将从113℃左右降至95℃左右。浓度将达到99%的二氧化碳再经过压缩、分水、干燥、液化后储存在钢瓶内。

从再生塔流出的吸收液（贫液）在泵的作用下，首先经贫富液换热器与富液换热，温度由95℃左右降至70℃左右，然后在贫液冷却器内与水换热，温度由70℃左右降至40℃，最后进入吸收塔与尾气反应，吸收尾气中的二氧化碳，变成富液。

天然气充分燃烧，生成的气体中含有71%的氮气、18%的水气、9.4%的CO₂气体，因工艺需要，一般在220℃左右进行排放。其实220℃左右尾气中含有大量的热量，它包含不凝气体从220℃至90℃的显热和水气的凝结潜热，它的热量足以将CO₂的吸收剂（MEA溶液）加热，达到工艺要求，而不再消耗另外的能源。整个系统能充分利用尾气的热量，大大降低了生产成本。

上述水分器经管道并联有两个干燥器；两个干燥器通过管道连接有电加热器，该电加热器经管道分别与CO₂贮罐和液化机顶部连接，一个干燥器与水分器连通进行干燥时，另一个干燥器电加热器连通。

所述电加热器，包括一个筒体，所述筒体的上部设置进气口，下部设置出气口，在筒体内轴向布置有电加热管和拉杆，所述筒体的底部安装支架，所述筒体由底端封闭的承压外壳和固定在顶端的密封端盖组成，所述电加热管和拉杆的一端固定在密封端盖上，另一端悬空，所述电加热管穿出密封端盖后连接在接线盒底板上，在接线盒底板上表面安装接线盒，所述筒体内设置至少两块折流板，所述拉杆上套有定距管，所述筒体内位于进气口上端的位置径向装有隔热板。

采用上述技术方案，将管体密封，并将外壳设计成承压外壳，这样进入管体内的气体在管体内自身形成一定的压力，在压力的作用下，二氧化碳的吸热效果好，缩短了二氧化碳在筒体内加热的时间，节省了能源；设置折流板，气体在管体内折流，增加了与电加热管的接触，加热效果更好。

为了密封效果更好，并使得密封端盖能承受一定的压力，密封端盖通过吊环螺栓固定在承压外壳上；所述进气口和出气口的管口均设置法兰，所述密封端盖上也设置有法兰。

上述液化器为卧式液化器，包括一个纵向倒置的筒体，在筒体的左右两端分别设置左管盖和右管盖，在左管盖上设置冷媒进口和冷媒出口，在右管盖上设置排气口和排净口，所述筒体内密布有数排换热管，所述筒体的上部壁面上设置有气体进口和气体平衡接管，所述筒体的上部壁面上还安装有压力表和温度表，在筒体底部壁面远离气体进口的一端设置液体出口，所述气体平衡接管与液体出口对称设置在筒体的上、下壁面上，所述换热管的底部壁面设置成锯齿形状。

采用上述技术方案，将换热管的底部壁面设置成锯齿形状，气体经冷凝后得到液体，液体顺着锯齿的斜面往下流，而不会聚集在换热管的底部壁面上，另一方面，聚集在锯齿尖部的液体也会被沿斜面流下来的液体所带走，防止了液体在尖部聚集。

为了方便安装，上述筒体的底部的两端各设置一个马鞍式支座。

上述左、右管盖通过等长双头螺柱固定在筒体上。

上述气液换热器，包括箱体，所述箱体前后开有烟气接口，该箱体内装有散热管，该散热管沿箱体左右两侧呈蛇形排布，所述散热管的进液端和出液端均从箱体侧面穿出。运行过程中，废气通过箱体前后敞口经过箱体，CO₂吸收液经散热管流过，废气与箱体内散热管进行换热，散热管内的CO₂吸收液吸收热量后，温度升高达到工艺要求。

上述箱体内装有散热管和翅片，所述翅片在箱体内纵向分布。翅片设置增大了换热面积，设置中考虑尾气中含有酸性物质，对钢材有腐蚀，所以换热管材料选用不锈钢。换热管采用多层交叉排列，进液端靠尾气的出口，出液端靠尾气的进口，采用逆向换热，以增大传热温差。

上述箱体侧壁为里外两层钢板及中间设置的隔热板组成。使箱体具有节能保温的效果。

上述箱体底部装有接水盘，该接水盘底部设置有排水管。以便于在热交换过程中，尾气产生的大量水蒸气凝结成水，汇集在接水盘顺利排出。设计中水盘的材料选用不锈钢板制作。

有益效果：本发明系统能将天然气充分燃烧后尾气中的CO₂气体、纯化和液化储存在真空夹套式低温压力容器内，通过充流排在充装至钢瓶后出售。在整个系统中，贫富液换热器很好地利用了贫富液的热量和需要进行有效换热，气液换热器充分利用了尾气中的热量，使得整个系统不用消耗外在的能源，大大降低了整个生产成本。

附图说明

图1是本发明工艺流程图；

图2是本发明中电加热器的结构示意图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图4是为图3中的B-B剖视图；

图5是本发明中卧式液化器的结构示意图；

图6是图5中B处的局部放大图；

图7是本发明中气液换热器的结构示意图；

图8是图7的仰视图。

 

具体实施方式

实施例1 

如图1所示，一种燃烧尾气提纯二氧化碳的系统，该系统由气液交换器1、引风机2、洗涤塔3、吸收塔4、再生塔5、缓冲罐6、压缩机7、水分器8、干燥器9、吸附器10、液化器11和CO₂贮罐12依次串联构成；锅炉15排出的尾气先进入气液交换器1。所述吸收塔4与再生塔5之间设置有贫富液交换器13，该吸收塔4和再生塔5均通过带真空泵17的管道与贫富液交换器13两个进口连通，所述贫富液交换器13两个出口中一个与气液交换器1进液端连通，另一个通过管道连接有贫液冷却器14，该贫液冷却器14通过管道再与吸收塔4连通；该吸收塔4内的液体在贫富液交换器13换热后直接进入气液交换器1继续换热，所述再生塔5内的液体在贫富液交换器13换热后进入贫液冷却器14冷却后直接返回吸收塔4。

水分器8经管道并联有两个干燥器9；两个干燥器9通过管道连接有电加热器16，该电加热器16经管道分别与CO₂贮罐12和液化机11顶部连接，收集排除的尾气。水分器8与每个干燥器9之间的连接管路上连接有闸阀，每个干燥器9与电加热器16之间的连接管路上也安装有闸阀，通过闸阀开关的切换。一个干燥器9与水分器8连通进行干燥时，另一个干燥器9与电加热器16连通。电加热器16加热尾气对干燥器9内的干燥剂进行再生。干燥用的干燥器9吸收水分达到饱和后，再次进行切换让经过再生的干燥器9进行干燥，吸收水分达到饱和后的干燥器9电加热器16连通进行重生。

如图2、3、4所示，电加热器16由筒体、拉杆16-13、电加热管16-11、安装支架16-2、定距管16-10、折流板16-9、隔热板16-12和法兰组成，所述筒体由按照《钢制压力容器》规定的标准制成的承压外壳1和密封端盖16-5组成，所述密封端盖16-5上设置有法兰，所述密封端盖16-5通过吊环螺栓16-8固定在承压外壳16-1上，所述承压外壳16-1的底端封闭，且在承压外壳16-1的底部设置安装支架16-2，所述安装支架16-2由角钢制成，所述承压外壳16-1的上部设置进气口16-3，下部设置出气口16-4，在筒体内轴向布置有电加热管16-11和拉杆16-13，所述电加热管16-11和拉杆16-13为多组，所述电加热管16-11和拉杆16-13的一端固定在密封端盖16-5上，另一端悬空，所述电加热管16-11为U型，所述电加热管16-11上端穿出密封端盖16-5后连接在接线盒底板16-6上，其下端位于出气口16-4的下方，在接线盒底板16-6上表面安装接线盒16-7，所述筒体内设置四块折流板16-9，所述拉杆16-13上套有定距管16-10，在进气口16-3、出气口16-4上均设置法兰，所述筒体内位于进气口16-3上端的位置径向装有隔热板12。

如图5、图6所示，液化器11由一个水平布置的筒体11-1构成整体骨架，所述筒体11-1的底部的两端各设置一马鞍式支座11-14，在筒体11-1的左右两端分别设置左管盖11-2和右管盖11-3，所述左、右管盖11-2、11-3通过等长双头螺柱11-15固定在筒体11-1上，在左管盖11-2上设置冷媒进口11-8和冷媒出口11-9，在右管盖11-3上设置排气口11-10和排净口11-11，所述筒体11-1内密布有数排换热管11-12，所述换热管11-12的底部壁面设置成锯齿形状；所述筒体1内设置有三块支撑板11-16，在设有支撑板11-16的地方的换热管11-12固定在支撑板11-16上，其中一块支撑板11-16上固定有铭牌，所述筒体11-1的上部壁面上设置有气体进口11-4和气体平衡接管11-13，所述筒体11-1的上部壁面上还安装有压力表11-5和温度表11-6，在筒体11-1底部壁面远离气体进口11-4的一端设置液体出口11-7，所述气体平衡接管11-13与液体出口11-7对称设置在筒体11-1的上、下壁面上。

使用时，气体由气体进口11-4进入筒体11-1，冷媒由冷媒进口11-8进入，气体在筒体11-1内被冷媒所冷却，变为液体后由液体出口11-7排出，冷媒再由冷媒出口11-9排除。

如图7、图8一种气液交换器1，主要由箱体1-1、散热管1-2、翅片1-3、接水盘1-4和排水管1-5组成，箱体1-1前后为敞口状，形成接口，箱体1-1内设置有散热管1-2、翅片1-3、接水盘1-4和排水管1-5。该散热管1-2沿箱体1-1左右两侧呈蛇形排布，所述散热管1-2的进液端和出液端均从箱体1-1左侧面穿出。所述翅片1-3在箱体1-1内纵向分布。箱体1-1底部装有接水盘1-4，该接水盘1-4底部设置有排水管1-5。所述箱体1-1侧壁为里外两层钢板及中间设置的隔热板组成。

尽管以上结构结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明不限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，如更改散热通道形状方式，更改冷却剂的型号种类等等，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃烧尾气提纯二氧化碳的系统，其特征在于：该系统由气液交换器（1）、引风机（2）、洗涤塔（3）、吸收塔（4）、再生塔（5）、缓冲罐（6）、压缩机（7）、水分器（8）、干燥器（9）、吸附器（10）、液化器（11）和CO₂贮罐（12）依次串联构成；所述吸收塔（4）与再生塔（5）之间设置有贫富液交换器（13），该吸收塔（4）和再生塔（5）均通过带真空泵（17）的管道与贫富液交换器（13）两个进口连通，所述贫富液交换器（13）两个出口中一个与气液交换器（1）进液端连通，另一个通过管道连接有贫液冷却器（14），该贫液冷却器（14）通过管道再与吸收塔（4）连通；该吸收塔（4）内的液体在贫富液交换器（13）换热后直接进入气液交换器（1）继续换热，所述再生塔（5）内的液体在贫富液交换器（13）换热后进入贫液冷却器（14）冷却后直接返回吸收塔（4）。

2.根据权利要求1所述燃烧尾气提纯二氧化碳的系统，其特征在于：所述水分器（8）经管道并联有两个干燥器（9）；两个干燥器（9）通过管道连接有电加热器（16），该电加热器（16）经管道分别与CO₂贮罐（12）和液化机（11）顶部连接，一个干燥器（9）与水分器（8）连通进行干燥时，另一个干燥器（9）电加热器（16）连通。

3.根据权利要求2所述燃烧尾气提纯二氧化碳的系统，其特征在于：所述电加热器（16），包括一个筒体，所述筒体的上部设置进气口（16-3），下部设置出气口（16-4），在筒体内轴向布置有电加热管（16-11）和拉杆（16-13），所述筒体的底部安装支架（16-2），所述筒体由底端封闭的承压外壳（16-1）和固定在顶端的密封端盖（16-5）组成，所述电加热管（16-11）和拉杆（16-13）的一端固定在密封端盖（16-5）上，另一端悬空，所述电加热管（16-11）穿出密封端盖（16-5）后连接在接线盒底板（16-6）上，在接线盒底板（16-6）上表面安装接线盒（16-7），所述筒体内设置至少两块折流板（16-9），所述拉杆（16-13）上套有定距管（16-10），所述筒体内位于进气口（16-3）上端的位置径向装有隔热板（16-12）。

4.根据权利要求3燃烧尾气提纯二氧化碳的系统, 其特征在于：所述密封端盖（16-5）通过吊环螺栓（16-8）固定在承压外壳（16-1）上；所述进气口（16-3）和出气管（16-4）的管口均设置法兰，所述密封端盖（16-5）上也设置有法兰。

5.根据权利要求1所述燃烧尾气提纯二氧化碳的系统，其特征在于：所述液化器（11）为卧式液化器，包括一个纵向倒置筒体（11-1），在筒体（11-1）的左右两端分别设置左管盖（11-2）和右管盖（11-3），在左管盖（11-2）上设置冷媒进口（11-8）和冷媒出口（11-9），在右管盖（11-3）上设置排气口（11-10）和排净口（11-11），所述筒体（11-1）内密布有数排换热管（11-12），所述筒体（11-1）的上部壁面上设置有气体进口（11-4）和气体平衡接管（11-13），所述筒体（11-1）的上部壁面上还安装有压力表（11-5）和温度表（11-6），在筒体（11-1）底部壁面远离气体进口（11-4）的一端设置液体出口（11-7），所述气体平衡接管（11-13）与液体出口（11-7）对称设置在筒体（11-1）的上、下壁面上，所述换热管（11-12）的底部壁面设置成锯齿形状。

6.根据权利要求5所述燃烧尾气提纯二氧化碳的系统，其特征在于：所述筒体（11-1）的底部的两端各设置一马鞍式支座（11-14）。

7.根据权利要求5所述燃烧尾气提纯二氧化碳的系统，其特征在于：所述左、右管盖（11-2、11-3）通过等长双头螺柱（11-15）固定在筒体（11-1）上。

8.根据权利要求1所述燃烧尾气提纯二氧化碳的系统，其特征在于：所述气液交换器（1）包括箱体（1-1），所述箱体（1-1）前后开有烟气接口（1-1a），该箱体（1-1）内装有散热管（1-2），该散热管（1-2）沿箱体（1-1）左右两侧呈蛇形排布，所述散热管（1-2）的进液端和出液端均从箱体（1-1）侧面穿出。

9.根据权利要求8所述燃烧尾气提纯二氧化碳的系统，其特征在于：所述箱体（1-1）内装有散热管（1-2）和翅片（1-3），所述翅片（1-3）在箱体（1-1）内纵向分布。

10.根据权利要求8所述燃烧尾气提纯二氧化碳的系统，其特征在于：所述箱体（1-1）侧壁为里外两层钢板及中间设置的隔热板组成；该箱体（1-1）底部装有接水盘（1-4），该接水盘（1-4）底部设置有排水管（1-5）。

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