CN102500195A - 一种两相二氧化碳捕集装置 - Google Patents

一种两相二氧化碳捕集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于烟气净化处理技术领域的一种两相二氧化碳捕集装置。本发明的装置比传统捕集装置多了一个分离器,分离器内装有的吸收剂溶液将分为两个二氧化碳含量有显著差异的液相,通过静置,旋转离心分离或者过滤实现上下层液体的分离,将上层液体直接循环利用,下层液体送往解析塔再生。本发明的装置大幅度降低了化学吸收法捕集二氧化碳的能耗,进而降低了该技术大规模应用的成本。

Description

一种两相二氧化碳捕集装置
技术领域
[0001] 本发明属于烟气净化处理技术领域,具体涉及一种两相二氧化碳捕集装置。 背景技术
[0002] 由于二氧化碳排放量的急剧增加,温室效应加剧,导致地球表面温度上升、冰川融化、海平面升高、极端天气事件的频繁出现,因此,控制二氧化碳的排放量是势在必行。
[0003] 现有的捕集技术主要有燃烧前捕集、燃烧后捕集以及富氧燃烧技术。其中,燃烧后捕集又包括化学吸收、物理吸附、膜分离以及低温分离等技术。综合考虑现有各种技术的成熟度、经济性和商业化水平,化学吸收法是较为常用的一种选择。
[0004] 对于现有的化学吸收法捕集二氧化碳的技术,一般而言仅限于采用单相的液体作为溶剂吸收。混合气体通过解析塔内的溶剂后被其吸收,吸收气体后的单相溶剂被送往解析塔解析再生,再生后的溶剂再送回吸收塔进行下一个循环。但目前的化学吸收技术面临的一个普遍问题就是能耗高,尤其是吸收剂的再生过程。以最常用和最成熟的一乙醇胺 (MEA)吸收二氧化碳而言,捕集能耗大约为3. 7GJ/t C02。本发明通过参照已有的系统,在他们的基础上提出了一种节省再生能耗的二氧化碳捕集技术和吸收剂,将再生能耗降为约 2. 3GJ/tC02。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种两相二氧化碳捕集装置,降低二氧化碳捕集的再生能
^^ ο
[0006] 一种两相二氧化碳捕集装置,吸收塔2的底部与分离器4相连,分离器4的中部或上部与第一循环泵6相连,分离器4的底部与第二循环泵7相连,第一循环泵6依次与第一换热器5、吸收塔2的上部相连,第二循环泵7与贫富液热交换器8相连,富液热交换器8分别与第一换热器5、解析塔10的上部、第三循环泵9相连,第三循环泵9与解析塔10的底部相连,再生装置14连接在解析塔10的底部,解析塔10的上部分别连接第二换热器11和第四循环泵12,第二换热器11和第四循环泵12与回收器13相连。
[0007] 所述分离器内装有吸收剂,吸收剂用于吸收二氧化碳并使之分为上下两层,
上层含有低浓度二氧化碳,下层含有高浓度二氧化碳。
[0008] 所述吸收剂为具有溶液下临界温度的有机胺与水组成的溶液,有机胺为N,N- 二甲基丁胺,正己胺,二正丙胺,N- 丁基乙胺,三乙胺或N,N-二甲基环己胺;或者具有溶液下临界温度的有机胺、水和添加剂组成的溶液,有机胺为N,N-二甲基丁胺,正己胺,二正丙胺,N- 丁基乙胺,三乙胺或N,N-二甲基环己胺,添加剂为哌嗪,N-甲基环己胺,一乙醇胺, 乙二胺,1,3-丙二胺,1,4- 丁二胺,1,5-戊二胺,1,6-己二胺,N,N- 二甲基-1,3- 二氨基丙烷,N-甲基-1,3-丙二胺,N-乙基乙二胺,N,N,-二甲基乙二胺,N,N,N,-三甲基乙二胺, N,N-二乙基乙醇胺,三乙醇胺,碳酸丙烯酯中的一种或多种;或者由下面的两种有机胺与水组成的的溶液:第一种有机胺为N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷,N-甲基-1,3-丙二胺,N-乙基乙二胺,N, N,-二甲基乙二胺,N, N, N,-三甲基乙二胺,1,4_ 丁二胺,1,5_戊二胺或1,6_己二胺,第二种有机胺为N,N- 二乙基乙醇胺或三乙醇胺。
[0009] 一种两相二氧化碳捕集装置,吸收塔16的底部依次与第一循环泵21、贫富液热交换器22相连,贫富液热交换器22分别与第一换热器19、分离器18、第二循环泵23相连,第三循环泵20与第一热换器19相连,分离器18分别与第三循环泵20和第四循环泵四相连, 第二循环泵23与解析塔M的底部连接,第四循环泵四与解析塔M的上部相连,再生装置 28连接在解析塔M的底部,解析塔M的上部分别连接第二换热器25和第五循环泵沈,第二换热器25和第五循环泵沈与回收器27相连。
[0010] 所述分离器(18)内装有吸收剂,吸收剂用于吸收二氧化碳并使之分为上下两层,
上层含有低浓度二氧化碳,下层含有高浓度二氧化碳。
[0011] 所述吸收剂为二仲丁胺、水和添加剂组成的溶液,添加剂为哌嗪,N-甲基环己胺, 一乙醇胺,乙二胺,1,3-丙二胺,1,4-丁二胺,1,5-戊二胺,1,6-己二胺,N,N-二甲基-1, 3-二氨基丙烷,N-甲基-1,3-丙二胺,N-乙基乙二胺,N,N,-二甲基乙二胺,N,N,N,-三甲基乙二胺,N, N-二乙基乙醇胺,三乙醇胺,碳酸丙烯酯中的一种或多种;或者由下面的两种有机胺与水组成的的溶液:第一种有机胺为N,N- 二甲基-1,3- 二氨基丙烷,N-甲基-1, 3-丙二胺,N-乙基乙二胺,N,N,- 二甲基乙二胺,N,N,N,-三甲基乙二胺,1,4-丁二胺,1, 5-戊二胺或1,6_己二胺,第二种有机胺为N,N- 二乙基乙醇胺或三乙醇胺。
[0012] 本发明的有益效果:本发明的装置比传统装置多了一个分离器,分离器内装有的吸收剂溶液将分为两个二氧化碳含量有显著差异的液相,通过静置,旋转离心分离或者过滤实现上下层液体的分离,将上层液体直接循环利用,下层液体送往解析塔再生。由于现有的分离技术已经非常成熟,加上由于所用吸收剂的吸收能力强,所以液体循环泵的功率、换热器的尺寸以及吸收塔的直径均可降低,这部分降低的成本基本相当于加装分离器的额外成本。因此,与传统的装置捕集二氧化碳相比,本装置的结构和分离能耗造成的附加成本基本可以忽略。相同的边界条件下,根据模拟结果,相比于传统MEA吸收装置约75欧元/吨二氧化碳的捕集成本,应用本发明所述装置可将成本降低到约56欧元/吨。
附图说明
[0013] 图1为本发明实施例1 二氧化碳捕集装置示意图;
[0014] 图中,1-进入的烟气、2-吸收塔、3-排出的烟气、4-分离器、5-第一换热器、6_第一循环泵、7-第二循环泵、8-贫富液热交换器、9-第三循环泵、10-解析塔、11-第二换热器、 12-第四循环泵、13-回收器、14-再生装置。
[0015] 图2为本发明实施例2 二氧化碳捕集装置示意图;
[0016] 图中,15-进入的烟气、16-吸收塔、17-排出的烟气、18-分离器、19-第一换热器、 20-第三循环泵、21-第一循环泵、22-贫富液热交换器、23-第二循环泵、24-解析塔、25-第二换热器、26-第五循环泵、27-回收器、28-再生装置、29-第四循环泵。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0018] 实施例1[0019] 一种两相二氧化碳捕集装置(如图1所示),吸收塔2的底部与分离器4相连,分离器4的中部或上部与第一循环泵6相连,分离器4的底部与第二循环泵7相连,第一循环泵6依次与第一换热器5、吸收塔2的上部相连,第二循环泵7与贫富液热交换器8相连, 富液热交换器8分别与第一换热器5、解析塔10的上部、第三循环泵9相连,第三循环泵9 与解析塔10的底部相连,再生装置14连接在解析塔10的底部,解析塔10的上部分别连接第二换热器11和第四循环泵12,第二换热器11和第四循环泵12与回收器13相连;分离器4内装有吸收剂,吸收剂为具有溶液下临界温度的有机胺与水组成的溶液,有机胺为N, N- 二甲基丁胺,正己胺,二正丙胺,N- 丁基乙胺,三乙胺或N,N- 二甲基环己胺;或者具有溶液下临界温度的有机胺、水和添加剂组成的溶液,有机胺为N,N-二甲基丁胺,正己胺,二正丙胺,N-丁基乙胺,三乙胺或N,N-二甲基环己胺,添加剂为哌嗪,N-甲基环己胺,一乙醇胺, 乙二胺,1,3-丙二胺,1,4- 丁二胺,1,5-戊二胺,1,6-己二胺,N,N- 二甲基-1,3- 二氨基丙烷,N-甲基-1,3-丙二胺,N-乙基乙二胺,N,N,-二甲基乙二胺,N,N,N,-三甲基乙二胺, N,N-二乙基乙醇胺,三乙醇胺,碳酸丙烯酯中的一种或多种;或者由下面的两种有机胺与水组成的的溶液:第一种有机胺为N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷,N-甲基-1,3-丙二胺, N-乙基乙二胺,N, N,- 二甲基乙二胺,N, N, N,-三甲基乙二胺,1,4_ 丁二胺,1,5_戊二胺或1,6_己二胺,第二种有机胺为N,N-二乙基乙醇胺或三乙醇胺。
[0020] 本实施例捕集二氧化碳时的工作过程如下:
[0021] 烟气1进入吸收塔2,经过处理的烟气3随后从吸收塔顶部排出;处理了烟气之后的吸收剂变为富液,从解析塔底部出来后进入分离器4实现分离,分离后的上层二氧化碳担载量较小的液体通过第一循环泵6和第一换热器5直接回到吸收塔,再次进行吸收,而下层二氧化碳担载量较大的液体则通过第二循环泵7和贫富液热交换器8升温,随后从上部进入解析塔10,解析塔通过下部的再生装置14来对溶液进行再生,再生后的溶液通过第三循环泵9和贫富液热交换器8后回到吸收塔,进行下一次的吸收;溶液再生后释放的高浓度二氧化碳经过回收器13后进入压缩单元进行压缩后进行利用,回收器13的作用是回收高温气体带出的水蒸气和吸收剂;第二换热器11将解析塔出来的混合气体,包括水蒸汽,二氧化碳以及吸收剂冷却;第四循环泵12将分离出来的水蒸汽和吸收剂再次打入解析塔进行循环。
[0022] 实施例2
[0023] 一种两相二氧化碳捕集装置(如图2所示),吸收塔16的底部依次与第一循环泵 21、贫富液热交换器22相连,贫富液热交换器22分别与第一换热器19、分离器18、第二循环泵23相连,第三循环泵20与第一热换器19相连,分离器18分别与第三循环泵20和第四循环泵四相连,第二循环泵23与解析塔M的底部连接,第四循环泵四与解析塔M的上部相连,再生装置观连接在解析塔M的底部,解析塔M的上部分别连接第二换热器25 和第五循环泵沈,第二换热器25和第五循环泵沈与回收器27相连;分离器18内装有吸收剂,所述吸收剂为二仲丁胺、水和添加剂组成的溶液,添加剂为哌嗪,N-甲基环己胺,一乙醇胺,乙二胺,1,3-丙二胺,1,4-丁二胺,1,5-戊二胺,1,6-己二胺,N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷,N-甲基-1,3-丙二胺,N-乙基乙二胺,N, N,-二甲基乙二胺,N, N, N,-三甲基乙二胺,N, N-二乙基乙醇胺,三乙醇胺,碳酸丙烯酯中的一种或多种;或者由下面的两种有机胺与水组成的的溶液:第一种有机胺为N,N- 二甲基-1,3- 二氨基丙烷,N-甲基-1,3-丙二胺,N-乙基乙二胺,N,N,- 二甲基乙二胺,N,N,N,-三甲基乙二胺,1,4_ 丁二胺,1,5_戊二胺或1,6_己二胺,第二种有机胺为N,N- 二乙基乙醇胺或三乙醇胺。
[0024] 本实施例捕集二氧化碳时的工作过程如下:
[0025] 烟气15进入吸收塔16,经过处理的烟气17随后从吸收塔顶部排出;处理了烟气之后的吸收剂变为富液,吸收二氧化碳之后的富液首先通过第一循环泵21之后进入贫富液热交换器22,富液温度升高,随后富液进入分离器18实现分层,上层二氧化碳担载量较小的液体通过第三循环泵20和第一换热器19直接回到吸收塔,再次进行吸收,而下层二氧化碳担载量较大的液体则通过第四循环泵四后进入解析塔M解析,解析塔通过下部的再生装置观来对溶液进行再生,再生后的溶液通过第二循环泵23和贫富液热交换器22后回到吸收塔,进行下一次的吸收;溶液再生后释放的高浓度二氧化碳经过回收器27后进入压缩单元进行压缩后进行利用,回收器27的作用是回收高温气体带出的水蒸气和吸收剂;第二换热器25将解析塔出来的混合气体,包括水蒸汽,二氧化碳以及吸收剂冷却;第二循环泵沈将分离出来的水蒸汽和吸收剂再次打入解析塔进行循环。
6

Claims (6)

1. 一种两相二氧化碳捕集装置,其特征在于,吸收塔O)的底部与分离器(4)相连,分离器(4)的中部或上部与第一循环泵(6)相连,分离器(4)的底部与第二循环泵(7)相连, 第一循环泵(6)依次与第一换热器(5)、吸收塔O)的上部相连,第二循环泵(7)与贫富液热交换器(8)相连,富液热交换器(8)分别与第一换热器(5)、解析塔(10)的上部、第三循环泵(9)相连,第三循环泵(9)与解析塔(10)的底部相连,再生装置(14)连接在解析塔 (10)的底部,解析塔(10)的上部分别连接第二换热器(11)和第四循环泵(12),第二换热器(11)和第四循环泵(12)与回收器(13)相连。
2.根据权利要求1所述一种两相二氧化碳捕集装置,其特征在于,所述分离器(4)内装有吸收剂,吸收剂用于吸收二氧化碳并使之分为上下两层,上层含有低浓度二氧化碳,下层含有高浓度二氧化碳。
3.根据权利要求2所述一种两相二氧化碳捕集装置,其特征在于,所述吸收剂为具有溶液下临界温度的有机胺与水组成的溶液,有机胺为N,N-二甲基丁胺,正己胺,二正丙胺, N-丁基乙胺,三乙胺或N,N-二甲基环己胺;或者具有溶液下临界温度的有机胺、水和添加剂组成的溶液,有机胺为N,N- 二甲基丁胺,正己胺,二正丙胺,N- 丁基乙胺,三乙胺或N, N-二甲基环己胺,添加剂为哌嗪,N-甲基环己胺,一乙醇胺,乙二胺,1,3_丙二胺,1,4_丁二胺,1,5-戊二胺,1,6-己二胺,N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷,N-甲基_1,3-丙二胺,N-乙基乙二胺,N, N’ -二甲基乙二胺,N, N, N’ -三甲基乙二胺,N, N- 二乙基乙醇胺,三乙醇胺, 碳酸丙烯酯中的一种或多种;或者由下面的两种有机胺与水组成的的溶液:第一种有机胺为N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷,N-甲基-1,3-丙二胺,N-乙基乙二胺,N,N’ -二甲基乙二胺,N, N, N,-三甲基乙二胺,1,4_ 丁二胺,1,5_戊二胺或1,6_己二胺,第二种有机胺为 N,N- 二乙基乙醇胺或三乙醇胺。
4. 一种两相二氧化碳捕集装置,其特征在于,吸收塔(16)的底部依次与第一循环泵 (21)、贫富液热交换器0¾相连,贫富液热交换器0¾分别与第一换热器(19)、分离器 (18)、第二循环泵相连,第三循环泵00)与第一热换器(19)相连,分离器(18)分别与第三循环泵00)和第四循环泵09)相连,第二循环泵与解析塔04)的底部连接, 第四循环泵09)与解析塔04)的上部相连,再生装置08)连接在解析塔04)的底部,解析塔04)的上部分别连接第二换热器0¾和第五循环泵(¾),第二换热器0¾和第五循环泵06)与回收器(XT)相连。
5.根据权利要求4所述一种两相二氧化碳捕集装置,其特征在于,所述分离器(18)内装有吸收剂,吸收剂用于吸收二氧化碳并使之分为上下两层,上层含有低浓度二氧化碳,下层含有高浓度二氧化碳。
6.根据权利要求5所述一种两相二氧化碳捕集装置,其特征在于,所述吸收剂为二仲丁胺、水和添加剂组成的溶液,添加剂为哌嗪,N-甲基环己胺,一乙醇胺,乙二胺,1,3_丙二胺,1,4-丁二胺,1,5-戊二胺,1,6-己二胺,N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷,N-甲基-1, 3-丙二胺,N-乙基乙二胺,N,N,-二甲基乙二胺,N,N,N,-三甲基乙二胺,N,N-二乙基乙醇胺,三乙醇胺,碳酸丙烯酯中的一种或多种;或者由下面的两种有机胺与水组成的的溶液: 第一种有机胺为N,N- 二甲基-1,3- 二氨基丙烷,N-甲基-1,3-丙二胺,N-乙基乙二胺,N, N,- 二甲基乙二胺,N, N, N,-三甲基乙二胺,1,4_ 丁二胺,1,5_戊二胺或1,6_己二胺,第二种有机胺为N,N- 二乙基乙醇胺或三乙醇胺。
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