CN103657381A - 烟气的预处理及二氧化碳捕集纯化回收装置 - Google Patents

烟气的预处理及二氧化碳捕集纯化回收装置 Download PDF

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Abstract

一种烟气的预处理及二氧化碳捕集纯化回收装置，包括吸收器、贫富液换热器、热泵系统、加热器、再生器、闪蒸器、蒸汽压缩机、旋流分离器，吸收式热泵有效地将吸收器的反应热转化为再生器所需热量；蒸汽再压缩热量回收系统能降低贫液温度，产生的闪蒸蒸汽通过蒸汽压缩机升温后，返回再生器底部；加热器产生的高温蒸汽从其顶部引入再生器底，产生的高温富液可分别从再生器上部及中部引入再生器。该装置具有能量消耗低，处理效果好，二氧化碳捕集纯度高及捕集效率高的优点，是一种独特的烟气预处理及二氧化碳捕集与纯化方式。在压力0.1-1MPa压力范围内，可获得CO2的纯度达到99.9%，较传统工艺节约能耗30%以上。

Description

烟气的预处理及二氧化碳捕集纯化回收装置
技术领域
本发明涉及二氧化碳捕集回收领域，特别涉及燃煤电厂烟气的预处理及二氧化碳捕集纯化回收装置。 
背景技术
二氧化碳是全球变暖，产生极端气候灾害的主要原因之一。近年来二氧化碳的碳捕集与纯化成为热点研究课题。燃煤电厂是中国主要的电力与热量供应源，也是最大的二氧化碳排放源。将捕集、纯化后的二氧化碳用以驱油并将其封存在废弃油层中，具有重要的经济和社会效益。 
现有的二氧化碳捕集纯化工艺主要依靠乙醇胺（MEA）作为吸收剂，经过化学吸收解吸过程，得到高浓度的二氧化碳。化学吸收解吸过程的能耗是由于再沸器中利用低压蒸汽对富液进行加热，使得二氧化碳从溶液中解吸出来，这样的加热模式使得蒸汽的热能利用不够充分，整体能量利用率较低，所以寻求其他高效率的加热工艺模式尤为重要。 
同时对于常规工艺流程，贫富液换热后贫液进贫液水冷器降温至适当的反应温度，在贫液冷却过程中很大一部分热量被冷却水带走，没有实现热能的综合利用。如果添加热泵系统，可以将贫液热量回收至富液，有效降低系统能耗。 
发明内容
本发明的目的提供了一种烟气二氧化碳的预处理及捕集纯化回收装置。克服传统的二氧化碳化学吸收解吸工艺存在能量利用率低、能耗大等问题。本发明的目的在于减少外部热量输入、谋求节能化的二氧化碳气体捕集回收，有效地降低了捕集纯化系统的能耗。 
本发明包括吸收器、贫富液换热器、热泵系统、加热器、再生器、闪蒸器、蒸汽压缩机、旋流分离器，其特征在于烟气经烟气入口流量调节阀调节烟气流量进入脱硫脱硝处理器，脱硫脱硝预处理后的烟气从吸收器底部进入吸收二氧化碳，烟气经吸收器底部隔栅型气体分布器分布上升，二氧化碳被吸收液吸收变为富液；剩余气体经顶部设有的高密度除沫网除沫，进入旋流分离器，进行气液分离，气体从旋流分离器顶部出去，进入后续处理流程，旋流分离器底部液体经旋流分离器液位控制阀进入补液池，吸收液经贫液泵连续从吸收器顶部进入，对烟气中的二氧化碳进行吸收；吸收了二氧化碳的富液从吸收器底部出来经吸收器液位调节阀进行塔内液位调节进入富液泵泵入贫富液换热器，经过贫富液换热器升温后的富液进入吸收式热泵系统进行加热，再进入加热器进行继续进行升温，经加热器加热的富液变为二氧化碳气体和富含二氧化碳的液体，二氧化碳气体从加热器顶部出来从再生器底部进入进行再生，富含二氧化碳的液体从加热器底部出来分两路经富液流量调节阀调节从再生器的中部和上部进入进行再生，再生的二氧化碳气体从再生器顶部出来进入冷水器降温，降温后进入旋流分离器分离，分离后的二氧化碳气体从旋流分离器顶部出来进入分子筛脱水器进行脱水，脱水后的二氧化碳气体从分子筛顶部出来进入二氧化碳气体储罐，旋流分离器底部和分子筛底部的水经旋流分离器液位控制阀进入补液池；再生器底部的贫液进入通过补液池和补液泵给闪蒸器补水管路，通过再生液位调节阀控制进入闪蒸器；闪蒸器闪蒸的蒸汽经变频控制器控制、蒸汽压缩机压缩从再生器底部进入，给再生器加热，闪蒸出来的贫液从闪蒸器底部出来经贫富液换热器进入热泵系统的蒸发室，从蒸汽蒸发室出来进入贫液冷却器，冷却后通过贫液泵增压和贫液流量调节阀调节进入吸收器上部对进来的烟气烟气中的二氧化碳气体循环吸收。 
加热器设为电加热器，对富液进行加热，电加热器产生的高温蒸汽从顶部引入再生器底部的填料的下端面，为再生器提供蒸汽热源，电加热器所产生的高温富液分别从再生器上部填料的上端面及底部填料的上端面引入再生器进行再生。 
本发明适用的压力范围为0.1-1MPa， 
吸收器底部富液温度为45℃-47℃，进入贫富液换热器换热后升为65℃-68℃， 进入热泵系统的温度升至85℃-88℃，富液进入电加热器加热温度为105℃-108℃。
在再生塔的再生作用下，富液产生的二氧化碳依次通过水冷器降温、旋流分离器除去液体及分子筛脱水器干燥。生成的高纯度二氧化碳气体从分子筛脱水器顶部出去，并进入后续处理流程。旋流分离器和分子筛脱水器底部产生的液体通过旋流分离器液位控制阀2汇入补液池。 
补液池的液体通过补液泵16再生塔底部产生的再生贫液一同进入闪蒸器29，在低压下闪蒸器产生的蒸汽通过蒸汽压缩机26进行压缩后进入再生器底部，闪蒸器底部产生的贫液则进入贫富液换热器与富液进行热量交换，以降低温度。闪蒸器与蒸汽压缩机之间设有变频控制器27以实现闪蒸器内压力与进入蒸汽压缩机蒸汽流量的联动控制。 
本发明为将吸收了二氧化碳的富液于再生之前进行升温，提高解吸效果，吸收器底部产生的富液在进入再生器之前，依次通过贫富液换热器、热泵系统和加热器进行加热。本发明为降低贫液的吸收温度，提高贫液吸收能力，将再生器底再生出的贫液依次经过闪蒸器、贫富液换热器、热泵系统及贫液冷却器进行冷却。 
本发明工艺流程中运用吸收式热泵系统，有效利用贫液余热对富液进行加热，将吸收器的反应热转化为再生器所需热量，实现贫液温度的降低及富液温度的升高。 
加热器产生的高温蒸汽从其顶部引入再生器底部，为再生器提供蒸汽及热源，加热器所产生的高温富液可分别从再生器上部及中部引入再生器进行再生。 
再生器底部的高温贫液引入闪蒸器，在低压下进行闪蒸，并降低温度，产生的闪蒸蒸汽进入蒸汽压缩机进行压缩升温后，返回再生器底部。闪蒸器和蒸汽压缩机之间设有变频控制器，以实现闪蒸器压力及其出口蒸汽流量的联动控制。 
该装置适用的压力范围为0.1-1MPa，可获得CO2的纯度达到99.9%，较传统工艺节约能耗30%以上。 
本发明的优点是：为提高富液再生效果，吸收器底部富液在进入再生器之前，依次通过贫富液换热器、热泵系统和加热器进行加热。为提高贫液吸收能力，将再生器底再生出的贫液依次经过闪蒸器、贫富液换热器、热泵系统及贫液冷却器进行冷却。具有能量消耗低，处理效果好，二氧化碳捕集纯度高及捕集效率高的优点，是一种独特的烟气预处理及二氧化碳捕集与纯化方式。在压力0.1-1MPa压力范围内，可获得CO2的纯度达到99.9%，较传统工艺节约能耗30%以上。 
附图说明
附图1为本发明的流程示意图。 
附图1标记说明：1－烟气入口流量调节阀、2－脱硫脱硝预处理器、3—吸收器、4－吸收器压力调节阀、5－旋流分离器1、6－旋流分离器液位控制阀1、7－贫液吸收温度调节阀、8－贫液冷却器、9－贫液流量调节阀、10－贫液泵、11—吸收器液位调节阀、12－富液泵、13－补液池、14-热泵系统、15—贫富液换热器、16—补液泵、17—加热器、18—富液流量调节阀1、19—富液流量调节阀2、20—水冷器、21—再生器、22—再生器压力调节阀、23—分子筛脱水器、24—旋流分离器2、25—旋流分离器液位控制阀2、26—蒸汽压缩机、27—变频控制器、28—再生器液位调节阀、29—闪蒸器。 
具体实施方式
为进一步公开本发明的技术方案，以下结合附图和具体实施方案对本发明作更详细的说明： 
烟气在进入吸收器3之前，经过脱硫脱硝处理器2除去可能含有的硫氧化物、氮氧化物，以减少吸收剂的中毒和降解。经脱硫脱硝预处理装置之后，烟气从吸收器3底部进入吸收器内进行吸收，采用烟气入口流量调节阀1调节烟气流量。吸收器底部设有隔栅型气体分布器，以促进烟气在吸收器内的均匀分布；吸收器顶设有高密度除沫网，防止气流将吸收器内液体从塔顶带出。吸收剂在贫液泵10的作用下从吸收器顶部进入，对烟气中的二氧化碳进行吸收。脱除了二氧化碳的烟气从吸收器顶部引出，进入旋流分离器5进行气液分离，气体从旋流分离器顶部出去，进入后续处理流程；旋流分离器底部液体管路设有旋流分离器液位控制阀6，液体由此进入补液池13。吸收了CO2的富液在富液泵12的作用下进入贫富液换热器15，采用吸收器液位调节阀11进行对吸收器内的液位调节。贫富液换热器的入口贫液来自闪蒸器29底部。贫富液换热器15的出口贫液进入吸收式热泵系统14的蒸发室，在低压下利用贫液热量对室内水分进行加热蒸发，同时实现贫液温度的降低。经过贫富液换热器升温后的富液进入吸收式热泵系统进行加热，经过热泵系统加热升温后的富液进入电加热器17进行继续进行加热，加热产生的高温蒸汽从顶部引入再生器21底部，为再生器提供蒸汽热源，加热器所产生的高温富液可分别从再生器上部及中部引入再生器进行再生。
本发明适用的压力范围为0.1-1MPa， 
吸收器底部富液温度为45℃-47℃，进入贫富液换热器换热后升为65℃-68℃， 进入热泵系统的温度升至85℃-88℃，富液进入电加热器加热温度为105℃-108℃。
在再生塔的再生作用下，富液产生的二氧化碳依次通过水冷器20降温、旋流分离器24除去液体，再经分子筛脱水器23干燥，生成的高纯度二氧化碳气体从分子筛脱水器顶部的再生器调节阀22出去，进入二氧化碳储罐。旋流分离器24和分子筛脱水器23底部产生的液体通过旋流分离器液位控制阀25进入补液池13。 
补液池的液体通过补液泵16与再生塔底部产生的再生贫液一同进入闪蒸器29，在低压下闪蒸器产生的蒸汽通过蒸汽压缩机26进行压缩后进入再生器底部，闪蒸器底部产生的贫液则进入贫富液换热器与富液进行热量交换，以降低温度。闪蒸器与蒸汽压缩机之间设有变频控制器27以实现闪蒸器内压力与进入蒸汽压缩机蒸汽流量的联动控制。 
本发明为将吸收二氧化碳了的富液于再生之前进行升温，提高解吸效果，吸收器底部产生的富液在进入再生器之前，依次通过贫富液换热器、热泵系统和加热器进行加热。本发明为降低贫液的吸收温度，提高贫液吸收能力，将再生器底再生出的贫液依次经过闪蒸器、贫富液换热器、热泵系统及贫液冷却器进行冷却。 
本发明运用吸收式热泵系统，有效利用贫液余热对富液进行加热，将吸收器的反应热转化为再生器所需热量，实现贫液温度的降低及富液温度的升高。 
加热器产生的高温蒸汽从其顶部引入再生器底部，为再生器提供蒸汽热源，加热器所产生的高温富液可分别从再生器上部及中部引入再生器进行再生。 
再生器底部的高温贫液引入闪蒸器，于低压下进行闪蒸，并降低温度，产生的闪蒸蒸汽进入蒸汽压缩机进行压缩升温后，返回再生器底部。闪蒸器和蒸汽压缩机之间设有变频控制器27，以实现闪蒸器压力及其出口蒸汽流量的联动控制。 
 实施案例： 
装置及规模：10NM3/h烟气CO2捕集回收实验装置
气体组成：
表1 进气组分表
Figure 950009DEST_PATH_IMAGE001
进气量：10NM3/h  进气温度：40℃
表2 进液组分表
组分 质量数（%）
MEA 20
H2O 80
溶液循环量：60-80L/h   进液温度：40℃
吸收器底部富液温度为45℃，进入贫富液换热器换热后升为65℃， 之后进行吸收式热泵系统后回收贫液中低品位热量，温度升至85℃。之后富液进入电加热器加温至105℃，电加热器顶部105℃蒸汽进入填料层底端，电加热器底部105℃富液进入再生器填料层上端，两者逆向接触，蒸汽起到气提与分压作用，有利于再生气二氧化碳的快速分解逸出。
再生器底部再生出贫液温度为105℃，进入闪蒸器闪蒸出蒸汽85℃，能量回收率达到29%，经蒸汽压缩机加压至110℃（约140KpaA）返回到再生器填料层底端；闪蒸器底部贫液温度为85℃，该贫液随后进入贫富液换热器进行降温至70℃。再生器顶部气体经水冷器处理后降温至45℃，随后进入后续流程。贫液随后经过吸收式热泵系统处理后，温度降至50℃，并继续通过贫液换热器降至40℃，之后进入吸收器进行吸收操作。 
表3  闪蒸蒸汽量及能量回收率表 
Figure 2013105996781100002DEST_PATH_IMAGE001

Claims (3)

1.一种烟气的预处理及二氧化碳捕集纯化回收装置，包括吸收器、贫富液换热器、热泵系统、加热器、再生器、闪蒸器、蒸汽压缩机、旋流分离器，其特征在于烟气经烟气入口流量调节阀调节烟气流量进入脱硫脱硝处理器，脱硫脱硝预处理后的烟气从吸收器底部进入吸收二氧化碳，烟气经吸收器底部隔栅型气体分布器分布上升，二氧化碳被吸收液吸收变为富液；剩余气体经顶部设有的高密度除沫网除沫，进入旋流分离器，进行气液分离，气体从旋流分离器顶部出去，进入后续处理流程，旋流分离器底部液体经旋流分离器液位控制阀进入补液池，吸收液经贫液泵连续从吸收器顶部进入，对烟气中的CO2进行吸收；吸收了CO2的富液从吸收器底部出来经吸收器液位调节阀进行塔内液位调节进入富液泵泵入贫富液换热器，经过贫富液换热器升温后的富液进入吸收式热泵系统进行加热，再进入加热器进行继续进行升温，经加热器加热的富液变为二氧化碳气体和富含二氧化碳的液体，二氧化碳气体从加热器顶部出来从再生器底部进入进行再生，富含二氧化碳的液体从加热器底部出来分两路经富液流量调节阀调节从再生器的中部和上部进入进行再生，再生的二氧化碳气体从再生器顶部出来进入冷水器降温，降温后进入旋流分离器分离，分离后的二氧化碳气体从旋流分离器顶部出来进入分子筛脱水器进行脱水，脱水后的二氧化碳气体从分子筛顶部出来进入二氧化碳气体储罐，旋流分离器底部和分子筛底部的水经旋流分离器液位控制阀进入补液池；再生器底部的贫液进入通过补液池和补液泵给闪蒸器补水管路，通过再生液位调节阀控制进入闪蒸器；闪蒸器闪蒸的蒸汽经变频控制器控制、蒸汽压缩机压缩从再生器底部进入，给再生器加热，闪蒸出来的贫液从闪蒸器底部出来经贫富液换热器进入热泵系统的蒸发室，从蒸蒸发室出来进入贫液冷却器，冷却后通过贫液泵增压和贫液流量调节阀调节进入吸收器上部对进来的烟气烟气中的二氧化碳气体循环吸收。
2.根据权利要求1所述的烟气的预处理及二氧化碳捕集纯化回收装置，加热器设为电加热器，对富液进行加热，电加热器产生的高温蒸汽从顶部引入再生器底部的填料的下端面，为再生器提供蒸汽热源，电加热器所产生的高温富液分别从再生器上部填料的上端面和底部填料的上端面引入再生器进行再生。
3.根据权利要求1所述的烟气的预处理及二氧化碳捕集纯化回收装置，吸收器底部富液温度为45℃-47℃，进入贫富液换热器换热后升为65℃-68℃， 进入热泵系统的温度升至85℃-88℃，富液进入电加热器加热温度为105℃-108℃。
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