CN103638780A - 一种二氧化碳捕集溶液强化再生系统与方法 - Google Patents

一种二氧化碳捕集溶液强化再生系统与方法 Download PDF

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Abstract

一种二氧化碳捕集溶液强化再生系统，包括再生塔、再沸器、超声波发生器面板、超声波控制器、压力传感器、液位传感器和温度传感器，来自吸收塔的富液自再生塔顶部进入流向底部，在下部进入再沸器吸收热量后返回再生塔，溶液浸没超声波发生器面板，根据液位传感器检测到的液位信息，启动超声波发生器面板位于液位以下的振子工作，通过超声波空化作用促进二氧化碳从液相中的逸出，升至再生塔上部，形成压力，根据压力传感器和温度传感器所检测的压力与温度值，超声波控制器调制超声波发生器面板上振子的输出频率和功率，本发明可加速溶液中二氧化塔的逸出，降低解吸温度，减少外部蒸汽消耗，提高二氧化碳的解吸率和溶液的再生度，减少单位二氧化碳的能耗。

Description

一种二氧化碳捕集溶液强化再生系统与方法
技术领域
本发明属于烟气二氧化碳捕集技术领域，特别涉及一种二氧化碳捕集溶液强化再生系统与方法。
背景技术
由于工业生产而带来的温室气体大规模排放是造成极端天气频发的重要原因，因此减少以二氧化碳为代表的温室气体排放日益引起国际社会的普遍关注。电厂的化石燃料燃烧是工业二氧化碳排放的主要来源，在我国，来自于电厂排放的二氧化碳占总排放量的一半左右，相关研究表明在应对气候变化的各类减排技术组合方案中，基于电厂烟气的二氧化碳捕集技术是必不可少的组成部分。
现有的二氧化碳捕集技术主要分为燃烧前、燃烧后、富氧燃烧和压缩冷却分离等方式，其中燃烧后捕集装配、操作灵活度最大，对原有发电体系继承性最好，而且技术发展也最为成熟，是目前的主流技术。以碱性有机醇胺吸收剂为基础的化学吸收法是燃烧后捕集中应用最广的一种，利用化学吸收法脱碳的工艺最早应用于天然气净化领域，然而在电厂烟气碳捕集领域中应用，由于烟气中二氧化碳的分压较低，成分复杂因此还存在能耗高，蒸汽消耗量大等问题。
以乙醇胺为代表的化学吸收法中，二氧化碳与醇胺溶液在吸收塔中反应，从气相中被分离出来随富液离开吸收塔。在再生塔中富液受热，二氧化碳与醇胺形成的化合物发生分解释放二氧化碳并实现醇胺再生。再生过程中需要消耗大量的蒸汽，相关研究表明这部分消耗热能占捕集（含压缩）总能耗的60%以上。为了维持再生塔底吸收溶液的温度，需要保持再生塔维持一定内压运行，这样会提高再生塔底气相二氧化碳分压，通常造成约40%的二氧化碳得不到释放而随贫液循环回吸收塔，不但降低了吸收液在吸收塔中的吸收负荷，而且由于贫液中含有二氧化碳还会降低在换热器中热交换的效率。
为了使吸收溶液解吸充分，通常需要提高再沸器的温度，由于超过临界温度以后，二氧化碳的边际产率随温度成反比，因此单位二氧化碳消耗的热量会显著提升。另一方面，过高温度会导致醇胺吸收剂的加速降解，降解过程会产生氨气、聚合物等副产物，甚至是强致癌性物质亚硝胺，降解后的产物失去了捕集二氧化碳的能力，如果继续在系统中循环，不但会增加系统的负担，部分产物还会加重设备的腐蚀。高温再生是吸收剂加速损耗的重要原因之一。有研究表明吸收溶液温度提高15℃，降解速率提高近4倍。常规的以一乙醇胺为基础的捕集系统中吸收剂的降解引发的成本在系统总成本的5%以上，在系统的运行成本中占10%以上，降解产生的副产物相关安全环保问题的处置也会增加技术应用的成本。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种二氧化碳捕集溶液强化再生系统与方法，该再生系统可在较低温度下使二氧化碳由富液中分离出来，温度范围70～110℃，较常规再生设备工作温度（110～130℃）有大幅降低，从而可以有效地降低吸收剂的降解；在相同温度压力的条件下，较常规技术可实现二氧化碳更快更彻底地分离，从而提高吸收溶液的再生度和循环效率，减少二氧化碳的能耗和成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种二氧化碳捕集溶液强化再生系统，包括：
与吸收塔连接的再生塔1；
与再生塔1底部一侧连通形成回路的再沸器2；
设置于再生塔1底部的超声波发生器面板3；
设置于再生塔1内的压力传感器5、液位传感器6和温度传感器7，所述液位传感器6的输出端连接超声波发生器面板3；
以及连接所述压力传感器5和温度传感器7数据输出端的超声波控制器4，所述超声波控制器4的控制端连接超声波发生器面板3。
所述再生塔1为填料塔或喷淋塔，底部温度70～110℃。
所述再沸器2为立式或卧式热虹吸再沸器，由外部蒸汽提供热源，冷端出口的温度70～110℃。
所述超声波发生器面板3内部由多组位于不同高度的超声波振子组成，振子输出连续或脉冲超声波，输出的频率和功率可调。
所述压力传感器5设置于再生塔1的上部，所述液位传感器6和温度传感器7设置于再生塔1的下部。
本发明还提供了基于所述系统的二氧化碳捕集溶液强化再生方法，来自吸收塔的富液自再生塔1顶部进入流向底部，在再生塔1下部进入再沸器2，在再沸器2中吸收热量后返回再生塔1，溶液浸没超声波发生器面板3，根据液位传感器6检测到的液位信息，启动超声波发生器面板3位于液位以下的振子工作，通过超声波空化作用促进二氧化碳从液相中的逸出，升至再生塔1上部，形成压力，根据压力传感器5和温度传感器7所检测的压力与温度值，超声波控制器4调制超声波发生器面板3上振子的输出频率和功率，当压力、温度值超过预设值且提升速度大于预设速度时，降低振子输出能量，缓和再生反应；当调制频率和功率范围低于限值，由上至下依次关闭声波发生器面板3上的振子。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过超声波发生器面板将超声波输出到再生塔底部的溶液中，可以使溶液内部产生高频振动，在溶液内部产生大量小气泡，加速溶液中二氧化塔的逸出。小气泡形成的原因之一是液体内局部出现由于振动拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于溶液中的二氧化碳过饱和，而从溶液逸出，成为小气泡。利用这种超声波的空化作用，可以在液体内部形成有利于二氧化碳逸出的局部环境，在空化作用下，气化泡会继续聚集、生长并最终使吸收溶液中的二氧化碳快速逸出，可以降低解吸温度，降低相同温度下二氧化碳在溶液中的溶解度，从而减少外部蒸汽的消耗，提高二氧化碳的解吸率和溶液的再生度，减少单位二氧化碳的能耗。离开吸收塔的贫液中二氧化碳负荷降低，避免了后续换热器换热效率的损失。由于再生温度的降低，还可以有效减少吸收剂的降解损耗。
附图说明
图1为本发明二氧化碳捕集溶液强化再生装置结构示意图。
图2为图1中部件3超声波发生器面板结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。但本领域技术人员了解，下述实施例不是对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进和变化都在本发明的保护范围之内。
实施例1
如附图1，再生塔1与吸收塔相连，吸收溶液在吸收塔中与二氧化碳反应后形成富液离开吸收塔，由再生塔1顶部进入再生塔1流向下部，溶液进入和再生塔1一侧下部相连的立式或卧式热虹吸再沸器2，再沸器2由外部蒸汽提供热源，吸收溶液吸收热量后返回再生塔1内，维持再生塔1内的温度和压力。
两个超声波发生器面板3平行等高立于再生塔1底部侧壁两侧，如图2所示，超声波发生器面板3内部由多组位于不同高度的超声波振子组成，振子输出连续或脉冲超声波，输出的频率和功率可调。由再沸器2流入再生塔1中的溶液部分浸没超声波发生器面板3，根据液位传感器6反馈的再生塔1底部的液位信息，超声波发生器面板3位于液位以下的振子开启工作，通过超声波空化作用促进二氧化碳从液相中的逸出。二氧化碳与水蒸气、吸收剂蒸汽上升至再生塔1上部，形成一定压力。超声波控制器4根据压力传感器5和温度传感器7的反馈值，调制超声波发生器面板3上振子的输出频率和功率，当压力、温度值超过预设值且提升速度较快时，超声波控制器4降低振子输出能量，从而缓和再生塔1底部溶液内的再生反应，使其进行得更为平稳。当调制频率和功率范围低于限值，超声波控制器4将由上至下依次关闭声波发生器面板3上的振子。经过强化再生，二氧化碳已充分解吸的溶液从底部离开再生塔1，被送回吸收塔继续进行二氧化碳吸收反应。
实施例2
再生塔1，再沸器2结构与实例1一致，超声波发生器面板3平置于再生塔1底部，由底部向溶液输出超声波，由再沸器2流入再生塔1中的溶液完全浸没超声波发生器面板3，根据液位传感器6反馈的再生塔底液位信息，液位达到一定数值以后，超声波发生器面板3的振子开启工作，根据液位变化，调整工作振子数量。超声波控制器4根据压力传感器5和温度传感器7的反馈值，调制超声波发生器面板3上振子的输出频率和功率，当调制频率和功率范围低于限值，超声波发生器上的振子依次停止工作。经过强化再生，二氧化碳已充分解吸的溶液从底部离开再生塔1，被送回吸收塔继续进行二氧化碳吸收反应。

Claims (6)

1.一种二氧化碳捕集溶液强化再生系统，其特征在于，包括：
与吸收塔连接的再生塔（1）；
与再生塔（1）底部一侧连通形成回路的再沸器（2）；
设置于再生塔（1）底部的超声波发生器面板（3）；
设置于再生塔（1）内的压力传感器（5）、液位传感器（6）和温度传感器（7），所述液位传感器（6）的输出端连接超声波发生器面板（3）；
以及连接所述压力传感器（5）和温度传感器（7）数据输出端的超声波控制器（4），所述超声波控制器（4）的控制端连接超声波发生器面板（3）。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集溶液强化再生系统，其特征在于，所述再生塔（1）为填料塔或喷淋塔，底部温度70～110℃。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集溶液强化再生系统，其特征在于，所述再沸器（2）为立式或卧式热虹吸再沸器，由外部蒸汽提供热源，冷端出口的温度70～110℃。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集溶液强化再生系统，其特征在于，所述超声波发生器面板（3）内部由多组位于不同高度的超声波振子组成，振子输出连续或脉冲超声波，输出的频率和功率可调。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集溶液强化再生系统，其特征在于，所述压力传感器（5）设置于再生塔（1）的上部，所述液位传感器（6）和温度传感器（7）设置于再生塔（1）的下部。
6.基于权利要求1所述系统的二氧化碳捕集溶液强化再生方法，其特征在于，来自吸收塔的富液自再生塔（1）顶部进入流向底部，在再生塔（1）下部进入再沸器（2），在再沸器（2）中吸收热量后返回再生塔（1），溶液浸没超声波发生器面板（3），根据液位传感器（6）检测到的液位信息，启动超声波发生器面板（3）位于液位以下的振子工作，通过超声波空化作用促进二氧化碳从液相中的逸出，升至再生塔（1）上部，形成压力，根据压力传感器（5）和温度传感器（7）所检测的压力与温度值，超声波控制器（4）调制超声波发生器面板（3）上振子的输出频率和功率，当压力、温度值超过预设值且提升速度大于预设速度时，降低振子输出能量，缓和再生反应；当调制频率和功率范围低于限值，由上至下依次关闭声波发生器面板（3）上的振子。
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