CN102476020A - 用于再生二氧化碳吸收溶液的装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于再生二氧化碳吸收溶液的装置,其再生的吸收溶液用于吸收在车辆燃烧过程中排放的燃烧废气中所包含的二氧化碳,从而降低能耗同时简化结构。该装置包括用于储存含有被吸收的CO2的吸收溶液的第一储罐;用于生成通过加热吸收溶液以释放出CO2而再生的吸收溶液的再生塔;用于分离再生期间释放出的CO2的分离滚筒;用于压缩分离出的CO2的多级压缩机;用于执行从第一储罐排出的吸收溶液与在多级压缩机中压缩的CO2之间的热交换的热交换器;用于检测在热交换器中的热交换之后的吸收溶液的温度的温度传感器;以及用于根据由温度传感器检测的吸收溶液的温度来控制经过热交换器的吸收溶液的流量的流量计。

Description

用于再生二氧化碳吸收溶液的装置
技术领域
本发明涉及一种用于再生二氧化碳吸收溶液的装置。更具体地,本发明涉及一种能够再生吸收溶液的二氧化碳吸收溶液再生装置,该吸收溶液吸收在车辆燃烧过程中排放的燃烧废气中所包含的二氧化碳(以下称为CO2)。
背景技术
在1992年,认识到全球变暖的严重性的来自全世界的代表们聚集在巴西的里约热内卢签署《气候变化框架公约》,其目标是制定对于至2000年的一段时期的治理方案,由此使引起全球变暖的CO2的排放降低至1990年的水平以下。该公约在根据1997年的《京都议定书》的实施方案中得以细化,并且在2001年11月的第7届会议上直接参与国最终通过了《京都议定书》的实施方案。因此,领先国家(《京都议定书》的附件1中的国家)接受并已执行强制性的温室气体减排计划。根据直接参与国在2007年12月13日的讨论结果,期望韩国在2012年之后自愿地执行强制性的温室气体减排计划。在1990年至2004年之间温室气体排放增长率最快的国家当中韩国名列前茅,而且其温室气体排放仍然具有最快的增长率。考虑到排放的温室气体总量的25%是在制造过程中排放的,急需制定温室气体减排计划来应对该问题。
减少占温室气体排放量的大部分的CO2排放量的方法通常可分为减少能源消耗、CO2回收/储存、使用替代能源等。其中,CO2回收/储存法处于积极发展中,特别是因为其具有对工业活动影响小同时使回收的CO2能够再利用的优势。
在CO2吸收技术当中,化学吸收法已引起很大关注,特别是因为该方法去除CO2高效,而且因为该方法还使得即使在约百分之8至15的较低的CO2浓度下也能够进行大流量的废气的处理,即在大多数制造过程中排放的燃烧废气中所包含的CO2。因此,化学吸收法在成本效益和工艺适用性方面提供了超越吸收法和膜分离法等常规回收技术的优点。
为了执行这种化学吸收法,使用作为CO2吸收溶液再生装置的常规装置已非常普遍。通常,在常规装置中从吸收塔吸收CO2的吸收溶液被加热至预定温度,使得CO2能够与吸收溶液分离,从而再生吸收溶液,同时分离并回收CO2
韩国专利第0962871号提供了一种改进常规装置的CO2吸收溶液再生装置的实例。具体地,改进的装置被配置成利用在高压压缩CO2时生成的热量预热吸收溶液。图1是示出根据韩国专利第0962871号的说明性实施例的用于再生CO2吸收溶液的装置的结构示意图。
如图1中所示的这种CO2吸收溶液再生装置被配置成执行利用余热附加地预热吸收溶液,该余热是在CO2压缩期间从压缩机产生的热以及在再生塔的分离滚筒中冷凝的吸收溶液回流至再生塔时产生的热,从而提高了再生塔上部的热效率。
具体地,在如图1中所示的CO2吸收溶液再生装置中,以大气压供应至吸收塔的吸收溶液与在制造过程中排放的含有CO2的燃烧废气进行接触从而吸收CO2。然后,吸收了CO2的吸收溶液被储存在储罐10中(例如,在90℃左右)并被再输送至CO2压缩机11进行预热。
被输送的吸收溶液利用安装在CO2压缩机中的热交换器(例如,在90℃左右)回收(交换)在CO2压缩机11中压缩CO2时产生的热量,从而被输送至高温吸收溶液流量控制罐12。
被输送至高温吸收溶液流量控制罐12的吸收溶液在其中储存预定的时间,并提供流量控制,之后流入第一热交换器13中。流入第一热交换器13中的吸收溶液在其中与通过位于再生塔15的下部位置的吸收溶液加热器17在相对于吸收溶液的较高温度(例如,100℃左右)排出的已再生吸收溶液交换热量。结果,吸收溶液因此温度升高(例如,至97℃左右)并流入再生塔15的上部。
随着吸收溶液流入再生塔15的上部并经过再生塔15中的储存站流入其下部,吸收溶液被进一步加热以使CO2与吸收溶液分离,且最终被再生。这里,被加热和蒸发的吸收溶液向再生塔15的上部上升,与分离出的CO2一起被排出,然后经过冷却器被CO2压缩机11压缩并储存在储罐20中。
如上所述且如图1中所示,成为大于99%的高浓度CO2状态的分离出的CO2和被蒸发的吸收溶液在冷却器16中被冷却并输送至分离滚筒18,随后在分离滚筒18中被冷凝,从而降低温度(例如,至6℃左右)。在分离滚筒18中被冷凝的吸收溶液与在经第二热交换器14流向第一热交换器13期间被再生的吸收溶液(例如,在92℃左右)交换热量。吸收溶液因而温度升高(例如,至82℃左右)并回流至再生塔15的上部。该装置被进一步配置成使得在第二热交换器14中再生的吸收溶液被输送至吸收塔。
然而,即使当使用这种常规的CO2吸收溶液再生装置时,吸收溶液的再生仍然需要大量的能量。因此,存在对于开发能够降低处理成本的用于再生CO2吸收溶液的系统的期待已久的需求。
此外,这种常规的CO2吸收溶液再生装置被配置成具有在高压下压缩CO2的多级压缩机。然而,使用这种多级压缩机存在吸收溶液在温度和热交换量上变化的问题。
在本背景技术部分中所公开的上述信息仅用于增强对发明背景的理解,因此其可能包含不构成本国内已为本领域的普通技术人员所公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明涉及一种能够降低能耗并简化结构的CO2吸收溶液再生装置。
在一方面,本发明提供了一种用于再生CO2吸收溶液的装置,包括用于储存含有被吸收的CO2的吸收溶液的第一储罐;用于生成通过加热吸收溶液以释放CO2而再生的吸收溶液的再生塔;用于分离在再生期间释放出的CO2的分离滚筒;用于压缩已分离出的CO2的多级压缩机;用于执行从第一储罐排出的吸收溶液与在多级压缩机的各级中压缩的CO2之间的热交换的热交换器;用于检测在热交换器中执行热交换之后的吸收溶液的温度的温度传感器;以及用于根据由温度传感器检测的吸收溶液的温度来控制经过热交换器的吸收溶液的流量的流量计。
在一个优选实施例中,本发明提供了一种用于再生CO2吸收溶液的装置,还包括用于储存高温下的吸收溶液的第二储罐,该吸收溶液已经过热交换器,并且将在第二储罐中释放出的CO2输送至压缩机。
在另一个优选实施例中,本发明提供了一种用于再生CO2吸收溶液的装置,其中从第二储罐排出的吸收溶液与从再生塔再生的吸收溶液交换热量。
在再一个优选实施例中,本发明提供了一种用于再生CO2吸收溶液的装置,还包括用于储存从第二储罐排出的吸收溶液的第三储罐,并且将在第三储罐中释放出的CO2输送至压缩机。
在又一个优选实施例中,本发明提供了一种用于再生CO2吸收溶液的装置,其中从分离滚筒分离出的吸收溶液被输送至第一储罐。
在又另一个优选实施例中,本发明提供了一种用于再生CO2吸收溶液的装置,其中流量计根据由温度传感器检测的吸收溶液的温度来控制经过热交换器的CO2的流量。
在另外的优选实施例中,本发明提供了一种用于再生CO2吸收溶液的装置,还包括用于储存由压缩机压缩的高压CO2的CO2储罐。
根据本发明,如上所述,诸如温度传感器和流量计等的简单装置可安装在用于与压缩机管线进行热交换的吸收剂管线上,从而使得能够控制高温的压缩CO2的冷却和低温的吸收剂的预热,从而降低能耗。
另外,本发明的装置不需要用于冷却所获得的CO2和用于预热吸收剂的任何附加结构,从而简化了CO2吸收溶液再生装置的结构并降低了设备的投资成本。
此外,本发明的装置使得在预热期间释放出的CO2能够与吸收溶液分离并通过压缩机回收分离出的CO2。结果,可以省略释放出的CO2经过再生塔的处理,并可降低再生处理的成本。
应该理解的是,本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它类似术语包括一般的机动车辆,例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车在内的载客车辆,包括各种艇和船在内的水运工具、以及飞行器,等等,并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车和其它替代燃料车(例如,从石油之外的资源取得的燃料)。如本文所提及的,混合动力车是具有两种或更多种动力源的车辆,例如同时具有汽油动力和电动力的车辆。
以下论述本发明的上述和其它特征。
附图说明
现在将参照附图中示出的某些示例性实施例详细说明本发明的上述和其它特征,附图在下文中仅以例示的方式给出且因此不会限制本发明,并且其中:
图1是示出根据常规技术,利用热交换器对含有被吸收的、包含在燃烧废气中的CO2的吸收溶液进行再生的CO2吸收溶液再生装置的示意图;并且
图2是示出根据本发明的示例性实施例的用于再生CO2吸收溶液的装置的示意图。
在附图中给出的附图标记包括对以下进一步论述的下列元件的参照:
110:第一储罐         120:流量计
130:温度传感器       140:第二储罐
150:第三储罐         160:分离滚筒
170:CO2压缩机        180:CO2储罐
应该理解的是,附图不一定按比例绘制,而是呈现出说明本发明的基本原理的各种优选特征的某种程度的简化表示。文中所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征将部分地由具体期望的应用和使用环境来确定。
在图中,贯穿附图的多幅图中相同的附图标记表示本发明的相同或等效的部分。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各种实施例,其实例在附图中示出并在下面予以说明。虽然将结合示例性实施例说明本发明,但是将会理解的是,本说明并非意在将本发明限制于这些示例性实施例。相反,本发明的意图在于不仅涵盖这些示例性实施例,而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替换形式、改型、等效形式和其它实施例。
本文所使用的术语仅为了说明特定实施例的目的,而非意在限制示例性实施例。
如文中所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”意在同样包括复数形式,除非上下文清楚地指明之外。
还将理解的是,术语“包含”和/或“包括”,当在文中使用时,是指所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在,但是并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或附加。
本发明总体涉及用于再生CO2吸收溶液的装置。更具体地,本发明涉及一种用于再生CO2吸收溶液的装置,其能够在高温的压缩CO2气体与吸收剂之间进行热交换的压缩机的区域内,通过安装在吸收剂管线上的温度传感器和流量计控制流入一个或多个压缩机的吸收剂的流量。
以下,将参照附图进一步详细说明根据本发明的示例性实施例的用于再生CO2吸收溶液的装置。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的CO2吸收溶液再生装置中的吸收溶液和CO2气体的主要流动路径,以及使吸收剂和CO2气体能够在其中流动的部件的示意图。
如图2中所示,根据本发明的示例性实施例的CO2吸收溶液再生装置包括吸收塔、储罐、再生塔、分离滚筒、多级压缩机和CO2储罐。
参照这种结构中的吸收剂和CO2气体的流动,在分离滚筒160的前面的热交换器A中,已在吸收塔内吸收了CO2的吸收剂溶液(例如,在适当温度下,例如50℃左右)与来自再生塔的在高温下(例如,120℃左右)的CO2相接触从而被预热。该吸收剂溶液随后被储存在第一储罐110内(例如,在60℃左右)用于控制其流量。之后,吸收剂溶液被输送至CO2压缩机170侧的热交换器。
同时,如图2中所示,由于热交换量随着配置成压缩CO2气体至高压的多级压缩机170的每一级而变化,因此将流量计120和温度传感器130设置在吸收剂管线上,使得经过多级压缩机的每一级的吸收剂溶液(以下,称为吸收溶液)能够稳定在一致的温度。
流量计120和温度传感器130被配置成防止吸收溶液不在最佳温度下再生,因为难以通过随着多级压缩机170的每一级进行变化而不同地控制吸收溶液的温度。
因此,根据本发明的示例性实施例,为了对于压缩机效率提高压缩CO2的冷却效果和均匀地保持热交换后的吸收溶液的预热温度,对从流量计120和温度传感器130流入热交换器B中的吸收溶液的流量进行控制。
如图2中所示,流量计120和温度传感器130排列在热交换器B的前侧和后侧,以测量在热交换器中热交换后的吸收溶液的温度,并进一步控制经过热交换器B的吸收溶液的流量。如此,使吸收溶液均匀地保持在预定温度。
可选地,通过在CO2的压缩管线上安装流量计,使得在经过压缩机170时被压缩的CO2的流量可根据吸收溶液管线上的温度传感器所检测的各个值而进行控制,可获得同样的目标。
在通过流量计最优化的流量和温度下与CO2压缩机170热交换后在适当的高温下(例如,大约90℃)的吸收溶液被储存在第二储罐140内一段时间。
同时,根据本发明的示例性实施例,在第二储罐140中释放出的CO2气体被输送至分离滚筒160与压缩机170之间的位置。之后,CO2气体不经过再生塔而被压缩和储存。
流量控制罐中的吸收溶液再次通过热交换器C与由再生塔的下部排出并再生的吸收溶液进行热交换。被排出/再生的吸收溶液处于比流量控制罐中的吸收溶液更高的温度(例如,100℃左右),因此流量控制罐中的吸收溶液的温度通过热交换进一步升高(例如,至97℃左右)。经热交换且温度升高的吸收溶液随后被储存在作为附加储罐的第三储罐150中成为高温吸收溶液。此外,释放出的CO2被输送至分离滚筒160与压缩机170之间,在此与在第二储罐140中释放出的CO2一起被压缩和储存。
因此,根据本发明的示例性实施例,CO2吸收溶液再生装置使在第二储罐140和第三储罐150中释放出的CO2被直接送往压缩机170侧而不经过再生塔。如此,可消除再生塔中的吸收溶液的相应处理并可降低能耗。
同时,储存在第三储罐150内的吸收溶液再次流入再生塔的上部并在再生塔内被处理。
随着流入再生塔的上部的吸收溶液经过储存站并流入再生塔的下部,吸收溶液被进一步加热从而从吸收溶液中释放出CO2。同时,吸收溶液被再生。释放出的CO2与被蒸发的吸收溶液一起被排放至再生塔的上部,并在热交换器A中被冷却。随后,经冷却的CO2被CO2压缩机170压缩至高压且储存在CO2储罐180中。
与释放出的CO2一起排出的被蒸发的吸收溶液在热交换器中被冷却且在分离滚筒160中被冷凝,从而降低温度(例如,至60℃左右)。随后吸收溶液在到达再生塔之前被输送至储罐并被预热,之后流入再生塔的上部。
具体地,如图2中所示,从分离滚筒160排出的吸收溶液与从热交换器A侧的吸收塔到第一储罐110的范围内的吸收剂管线相关。因此,排出的吸收溶液可通过与吸收塔内的吸收溶液相同的预热过程被处理,之后可流入再生塔的上部。
需要注意的是,虽然考虑到被压缩的CO2气体具有最大100个大气压而在图2中仅例示出4级压缩机,但是本发明不限于能够应用于根据本发明的示例性实施例的CO2吸收溶液再生方法的4级压缩机。相反地,压缩机可设置成任何级数并且还可为任何种类的压缩机。例如,本发明甚至允许任何类型的压缩机,只要该压缩机可用于回收在用压缩机压缩CO2气体期间产生的热量即可。
而且,根据本发明再生的吸收溶液不特别限制其成分,而可以是能够在化学吸收法中使用的任何适合的吸收溶液。
已参照其优选实施例详细说明了本发明。然而,本领域技术人员将会理解的是,在不脱离本发明的原理和精神的情况下,可对这些实施例做出改变,本发明的范围限定在所附权利要求及其等效形式中。

Claims (7)

1.一种用于再生CO2吸收溶液的装置,包括:
第一储罐,用于储存含有被吸收的CO2的吸收溶液;
再生塔,用于生成通过加热吸收溶液以释放CO2而再生的吸收溶液;
分离滚筒,用于使再生期间释放出的CO2与吸收溶液分离;
多级压缩机,用于压缩由所述分离滚筒分离出的CO2
热交换器,用于执行从所述第一储罐排出的吸收溶液与在所述多级压缩机中压缩的CO2之间的热交换;
温度传感器,用于检测在所述热交换器中的热交换之后的吸收溶液的温度;以及
流量计,用于根据由所述温度传感器检测的吸收溶液的温度来控制经过所述热交换器的吸收溶液的流量。
2.根据权利要求1所述的用于再生CO2吸收溶液的装置,还包括用于储存高温下的吸收溶液的第二储罐,其中高温下的吸收溶液已经过所述热交换器,并且其中在所述第二储罐中释放出的CO2被输送至所述压缩机。
3.根据权利要求2所述的用于再生CO2吸收溶液的装置,其中从所述第二储罐排出的吸收溶液与从所述再生塔再生的吸收溶液交换热量。
4.根据权利要求3所述的用于再生CO2吸收溶液的装置,还包括用于储存从所述第二储罐排出的吸收溶液的第三储罐,并且其中在所述第三储罐中释放出的CO2被输送至所述压缩机。
5.根据权利要求1所述的用于再生CO2吸收溶液的装置,其中在所述分离滚筒中与释放出的CO2分离的吸收溶液被输送至所述第一储罐。
6.根据权利要求1所述的用于再生CO2吸收溶液的装置,其中所述流量计根据由所述温度传感器检测的吸收溶液的温度来控制经过所述热交换器的CO2的流量。
7.根据权利要求1所述的用于再生CO2吸收溶液的装置,还包括用于储存由所述压缩机压缩的高压CO2的CO2储罐。
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