CN103977683A - 降低脱碳吸收液再生能耗的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及降低脱碳吸收液再生能耗的方法及装置；对从吸收塔底排出的吸收了二氧化碳的富液进行加热再生过程，利用热泵从再生塔顶排出的气体或塔底排出的经换热降温后的贫液的热量或两者并用回收热量，对再生塔底的液体及换热后富液加热提供热量。本发明应用热泵提升富液温度，大大降低了加热能耗，并进一步提高再生塔内酸气解析效率。大部分富液经降压至常压闪蒸后，闪蒸液不经加热再生，直接回流至再生塔中部用于吸收高浓度CO2，可以在保证吸收效果的同时大大降低富液再生量，从而降低再生能耗，节约脱碳运行成本。应用超声波解吸闪蒸后的溶液中CO2，可以进一步提高CO2解吸率。

Description

降低脱碳吸收液再生能耗的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种降低化学吸收法脱碳吸收液再生能耗的方法及装置，属于节能环保领域。
背景技术
化学吸收脱碳法是以弱碱性溶液作为吸收剂，二氧化碳与溶剂在吸收塔内发生化学反应，二氧化碳进入溶剂形成富液，然后富液进入脱吸塔加热分解二氧化碳，吸收与脱吸交替进行，从而实现二氧化碳的分离回收。常用的化学吸收法有活化热钾碱法、醇胺法等，目前工业中广泛采用的是醇胺法脱碳。
醇胺法脱硫脱碳工艺目前广泛应用于天然气和炼厂气的净化。在合成氨工业以及通过合成气制备下游产品的工业中也经常使用。对天然气净化而言，醇胺法迄今仍处于主导地位。特别对于需要通过后续的克劳斯装置大量回收硫磺的净化装置，使用醇胺法可认为是最有效的工艺。
所有醇胺法都采用基本类似的工艺流程和设备。该方法的流程由吸收、闪蒸、换热和再生(汽提)四部分组成。CO2解吸过程保证了吸收剂有效地重复再生利用及吸收过程的持续高效率进行。但传统的碳捕集过程CO2解吸的传质效率低，解吸过程能耗约为整个脱碳系统能耗的80％以上。因此,发展高效低能耗的CO2解吸技术已成为目前CO2捕集技术的难点之一。
其中吸收液吸在吸收塔内吸收酸气后需要再生循环使用，而再生温度较高。采用合适的MDEA配方溶液脱硫脱碳可明显降低溶液循环量和能耗，然而在溶液循环一定的条件下，需要从其他方面考虑降低能耗。
富液换热后需继续加热至再生塔内操作温度。再生模块的重沸器的热负荷包括：①将醇胺溶液加热至所需温度的热量；②将醇胺与酸性组分反应生成的化合物逆向分解的热量；③将回流液(冷凝水)汽化的热量；④加热补充水(如果采用的话)的热量；⑤重沸器和再生塔的散热损失。通常，还要考虑15％～20％的安全裕量。然而，离开再生塔顶部的是含饱和水的湿酸气，温度较高，另外换热后的贫液温度仍高于常温，这些余热能量若合理利用，将进一步降低吸收液再生能耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低脱碳吸收液再生能耗及再生过程运行成本的方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种降低醇胺法脱碳吸收液再生能耗的方法：对从吸收塔底排出的吸收了二氧化碳的富液进行加热再生过程，利用热泵从再生塔顶排出的气体或塔底排出的经换热降温后的贫液的热量或两者并用回收热量，对再生塔底的液体及换热后富液加热提供热量。
本发明所述的降低脱碳吸收液再生能耗的方法：热泵由冷凝器、蒸发器、压缩机和膨胀阀组成一个循环回路。热泵的一级蒸发器置于吸收塔顶端入口与贫富液换热器之间，二级蒸发器置于再生塔顶端再生气冷凝路径；一级冷凝器置于再生塔底部用于溶液再沸的回路中，二级冷凝器置于贫富液换热器与再生塔顶部入口之间。
热泵工作回路中可以选用冷凝器与蒸发器各一个或两个串联使用；如果选用两个蒸发器或两个冷凝器，则一级蒸发器工作介质出口14与二级蒸发器工作介质入口15相连，一级冷凝器的工作介质出口18与二级冷凝器工作介质入口19相连。
本发明所述的降低脱碳吸收液再生能耗的流程：从脱碳吸收塔底排出的富液分两个路径：一部分富液进入第一闪蒸罐，闪蒸罐内操作压力与当地的大气压力相同，闪蒸解吸二氧化碳后的溶液回流入吸收塔中部循环，于吸收塔下段吸收较高浓度的CO2；另一部分富液进入第二闪蒸罐，闪蒸罐内操作压力为0.15～3MPa，闪蒸解吸二氧化碳后的溶液经换热器后进入再生塔顶，或者另一部分富液经换热器后直接进入部设置的解吸装置，在该装置内解吸部分CO2后，向下进入再生塔下端加热汽提再生为贫液后循环至吸收塔顶部，用于吸收已经经过一段吸收的较低浓度的CO2。
本发明所述的降低脱碳吸收液再生能耗装置，其特征是：再生塔顶部设置的解吸装置，该装置为直径比再生塔塔径大，为再生塔塔径的1.1～1.5倍，该装置底部与再生塔主体连通。
本发明所述的降低脱碳吸收液再生能耗的方法：将低密度超声波施加于闪蒸罐出口溶液解吸二氧化碳，超声工作时间在2分钟之内。吸收饱和的富液经减压解吸后还含有大量CO2，如自然解吸则会时间很长才能达到与大气中CO2浓度相平衡的水平，通过超声波作用则可在数秒钟之内迅速释放。
本发明的有益效果：
(1)本发明应用热泵提升富液温度，大大降低了加热能耗，并进一步提高再生塔内酸气解析效率。
(2)大部分富液经降压至常压闪蒸后，闪蒸液不经加热再生，直接回流至再生塔中部用于吸收高浓度CO2，可以在保证吸收效果的同时大大降低富液再生量，从而降低再生能耗，节约脱碳运行成本。
(3)应用超声波解吸闪蒸后的溶液中CO2，可以进一步提高CO2解吸率。
附图说明
图1脱碳吸收液再生流程示意图
图2脱碳吸收液再生流程示意图
图3两蒸发器-两冷凝器热泵工作介质回路组成示意图
图4一蒸发器-两冷凝器热泵工作介质回路组成示意图
图5两蒸发器-一冷凝器热泵工作介质回路组成示意图
图6一蒸发器-一冷凝器热泵工作介质回路组成示意图
图中：1-吸收塔；2-第一闪蒸罐；3-第二闪蒸罐；4-换热器；5-再生塔；6-
一级蒸发器；7-二级蒸发器；8-一级冷凝器；9-二级冷凝器；10-待净化气体
入口；11-净化气出口；12-再生气出口；13-一级冷凝器工作介质入口；14-
一级冷凝器工作介质出口；15-二级冷凝器工作介质入；16-二级冷凝器工作
介质出口；17一级蒸发器工作介质入口；18一级蒸发器工作介质出口；19-
二级蒸发器工作介质入口；20-二级蒸发器工作介质出口；21-解吸装置；22-
解吸气出口；23-压缩机；24-膨胀阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
实施例1
如图1所示的本发明的降低脱碳吸收液再生能耗的方法及装置，待净化气体从待净化气体入口11进入吸收塔1，塔内操作压力4MPa，气体经净化后从净化气出口11排出，活化MDEA法脱碳吸收塔内与充分接触吸收了CO2的活化MDEA溶液(富液)从塔底流出，富液流量的3/5(富液A)进入第一闪蒸罐2，在常压(当地大气压)下溶液中吸收的CO2解吸出来，闪蒸解吸后闪蒸液在第一闪蒸罐出口施加低密度超声波，超声工作时间2秒钟，之后闪蒸液经循环泵输送至吸收塔中部，用于吸收塔下段吸收CO2。剩余2/5富液(富液B)进入第二闪蒸罐3，在3MPa的压力下解吸CO2后，经过换热器4、热泵升温后进入再生塔5。从再生塔底流出的贫液经换热器、热泵降温后，送至吸收塔顶用于吸收塔上段吸收CO2。热泵的一级蒸发器6置于吸收塔顶端入口与贫富液换热器之间用于从换热后的贫液中提取能量，二级蒸发器7置于再生塔顶端再生气冷凝路径，进一步从再生气中提取热量；一级冷凝器8置于再生塔底部用于胺液再沸的回路中，先将高品位热能供给再生塔底溶液再沸，二级冷凝器9置于贫富液换热器与再生塔顶部入口之间，用于给进入再生塔前的富液加热。一级蒸发器工作介质出口14与二级蒸发器工作介质入口15相连，一级冷凝器的工作介质出口18与二级冷凝器工作介质入口19相连。如图3，所述热泵由两个串联的冷凝器、两个串联的蒸发器、压缩机23和膨胀阀24组成一个循环回路。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，所不同的是：如图2，1/3富液(富液A)在第一闪蒸罐闪蒸解吸后对闪蒸液施加低密度超声波，超声工作时间30秒钟；2/3富液(富液C)不经过第二闪蒸罐降压闪蒸，而直接经换热器、热泵升温后进入再生塔顶部设置的解吸装置21，在该装置内富液释放出大量酸气经解吸气出口22外排。该装置为直径为再生塔塔径的1.1倍，该装置底部与再生塔主体连通。
实施例3
本实施例与实施例2基本相同，所不同的是：再生塔顶部设置的解吸装置，直径为再生塔塔径的1.5倍。
实施例4
如图1所示的本发明的降低脱碳吸收液再生能耗的方法及装置，活化热钾碱法脱碳吸收塔内与充分接触吸收了CO2的活化热钾碱液(富液)从塔底流出，富液流量的1/8(富液A)进入第一闪蒸罐，在常压(当地大气压)下溶液中吸收的CO2解吸出来，闪蒸解吸后闪蒸液在第一闪蒸罐出口施加低密度超声波，超声工作时间1分钟，之后闪蒸液经循环泵输送至吸收塔中部，用于吸收塔下段吸收CO2。剩余7/8富液(富液B)进入第二闪蒸罐，在0.2MPa的压力下解吸CO2后，经过换热器升温后进入再生塔。从再生塔底流出的贫液经换热器、热泵降温后，送至吸收塔顶用于吸收塔上段吸收CO2。蒸发器置于再生塔顶端再生气冷凝路径，从再生气中提取热量；一级冷凝器置于再生塔底部用于溶液再沸的回路中，二级冷凝器置于贫富液换热器与再生塔顶部入口之间。一级冷凝器的工作介质出口18与二级冷凝器工作介质入口19相连。如图4，所述热泵由两个串联的冷凝器、一个蒸发器、压缩机和膨胀阀组成一个循环回路。
实施例5
本实施例与实施例4基本相同，所不同的是：超声工作时间2分钟；一级蒸发器6置于吸收塔顶端入口与贫富液换热器之间，二级蒸发器7置于再生塔顶端再生气冷凝路径，从再生气中提取热量；冷凝器8置于再生塔底部用于溶液再沸的回路中。如图5，所述热泵由一个冷凝器、两个蒸发器、压缩机和膨胀阀组成一个循环回路。
实施例6
本实施例与实施例4基本相同，所不同的是：蒸发器7置于再生塔顶端再生气冷凝路径，从再生气中提取热量；冷凝器8置于再生塔底部用于溶液再沸的回路中。如图6，所述热泵由一个冷凝器、一个蒸发器、压缩机和膨胀阀组成一个循环回路。

Claims (5)

1.一种降低脱碳吸收液再生能耗的方法，其特征在于：对吸收了二氧化碳的富液进行加热再生过程，利用热泵从再生塔顶排出的气体或再生塔塔底排出的经换热降温后的贫液的热量或两者并用回收热量，对再生塔底的液体及换热后富液加热提供热量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：热泵的一级蒸发器置于吸收塔顶端入口与贫富液换热器之间，二级蒸发器置于再生塔顶端再生气冷凝路径；一级冷凝器置于再生塔底部用于溶液再沸的回路中，二级冷凝器置于贫富液换热器与再生塔顶部入口之间；热泵工作回路中可以选用冷凝器与蒸发器各一个或两个串联使用；如果选用两个蒸发器或两个冷凝器，则一级蒸发器工作介质出口与二级蒸发器工作介质入口相连，一级冷凝器工作介质出口与二级冷凝器工作介质入口相连。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：从脱碳吸收塔出来的富液分两个路径：一部分富液进入第一闪蒸罐，闪蒸罐内操作压力与当地的大气压力相同，闪蒸解吸二氧化碳后的溶液回流入吸收塔中部循环；另一部分富液进入第二闪蒸罐，第二闪蒸罐内操作压力为0.15～3MPa，闪蒸解吸二氧化碳后的溶液经换热器后进入再生塔顶，或者另一部分富液经换热器后直接进入再生塔顶部，再生塔顶部设置一个解吸装置。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将低密度超声波施加于闪蒸罐出口溶液解吸二氧化碳，超声工作时间在2分钟之内。
5.如权利要求1所述的降低脱碳吸收液再生能耗的装置，其特征在于：再生塔顶部设置的解吸装置，该装置为直径比再生塔塔径大，为再生塔塔径的1.1～1.5倍，该装置底部与再生塔主体连通。
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