CN104107629B - 一种烟气二氧化碳捕集系统及捕集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气二氧化碳捕集系统及捕集方法，所述系统包括二氧化碳吸收塔、氨检测及回收集成结构、吸收剂制备装置、换热及再生结构以及多级压缩‑分段取热结构。所述方法包括：采用氨水脱碳技术捕集烟气中的二氧化碳；对脱碳后烟气中的氨气浓度进行检测，低于预设浓度时烟气直接排放，高于预设浓度时进行氨回收处理；对碳捕集富液进行加热再生并回用吸收剂，同时产生高浓度二氧化碳；采取分级压缩‑分段取热工艺浓缩再生二氧化碳，并有效回用余热。本发明的碳捕集能力强，吸收剂价格低廉，投资成本低。不仅能有效回收利用余热，降低吸收剂再生能耗，解决氨水捕集二氧化碳的氨挥发损失问题，降低了运行成本，而且不产生二次污染。

Description

一种烟气二氧化碳捕集系统及捕集方法

技术领域

本发明涉及烟气治理工艺的技术领域，尤指一种烟气二氧化碳捕集系统及捕集方法。

背景技术

化石燃料燃烧是产生大量二氧化碳的主要原因，这些二氧化碳被排放到大气中，导致大气中的二氧化碳浓度自工业革命以来大幅升高，并带来了诸多危害。科学家通过研究表明，二氧化碳是造成温室效应和导致全球气候异常的主要因素。温室效应致使气候变暖，极地及高山冰川融化，从而使海平面上升，观测表明，近100余年海平面上升了14-15cm，并将持续上升，这样会导致低地被淹、排洪不畅和海水倒灌等问题。此外，气候变暖也将导致许多物种濒临灭绝，加剧洪涝灾害，危害人类健康。因此，在全球范围内减少二氧化碳排放量已迫在眉睫。

我国高度重视二氧化碳减排与控制，《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中将“主要行业二氧化碳、甲烷等温室气体的排放控制与处置利用技术”列入环境领域优先主题，并在先进能源技术方向提出“开发高效、清洁和二氧化碳近零排放的化石能源开发利用技术”。同时，《国家“十二五”科学和技术发展规划》提出“发展二氧化碳捕集利用与封存等技术”。《中国应对气候变化科技专项行动》、《国家“十二五”应对气候变化科技发展专项规划》均将“二氧化碳捕集、利用与封存技术”列为重点支持、集中攻关和示范的重点技术领域。

碳捕集、利用与封存技术是一项新兴的、具有大规模二氧化碳减排潜力的技术，有望实现化石能源的低碳利用，被广泛认为是应对全球气候变化、控制温室气体排放的重要技术之一。

目前已有的二氧化碳捕集方法主要有富氧燃烧捕集、燃烧前捕集和燃烧后捕集三种，其中，燃烧后捕集是应用较为普遍的方法。燃烧后捕集是系统从一次燃料在空气中燃烧所产生的烟道气体中分离CO₂。这些系统通常使用液态溶剂，从主要成分为氮(来自空气)的烟气中捕获少量的CO₂成分(一般占体积的3-15％)，其中，化学溶剂作为液态溶剂的吸收法应用最为普遍。

目前来讲，利用MEA(乙醇胺)溶液化学吸收分离烟气中的二氧化碳在国内外已逐渐投入工业应用，然而MEA溶液自身存在着一些固有缺陷，其中较为突出的有MEA自身价格较高，再生温度过高，所需能耗大，投资运行成本高，且容易造成设备腐蚀。

因此，研究一种新的二氧化碳捕集工艺，在降低能耗和成本的基础上，提高脱碳能力并避免腐蚀和再次污染，是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种烟气二氧化碳捕集系统及捕集方法，能够有效提高脱碳能力，降低成本，避免设备的腐蚀和再次污染。

本发明提供的技术方案如下：

一种烟气二氧化碳捕集系统，包括：

用于捕集烟气中二氧化碳的二氧化碳吸收塔，其下部设有原烟气进口和碳捕集富液出口，其顶部设有烟气出口，且所述二氧化碳吸收塔的内部设有自上向下喷淋氨水吸收剂的喷淋层；

用于制备氨水的吸收剂制备装置，其出液口与所述氨水吸收剂的喷淋层连通；

氨检测及回收集成结构，其包括氨浓度检测仪、脱碳烟气排放支路管道、氨回收支路管道、氨回收塔和解吸塔；其中，所述二氧化碳吸收塔的烟气出口管道同时与所述脱碳烟气排放支路管道和所述氨回收支路管道连接，所述氨浓度检测仪设置于所述二氧化碳吸收塔烟气出口管道上；所述脱碳烟气排放支路管道上设有第一阀门，所述氨回收支路管道处设有第二阀门，所述第一阀门与所述第二阀门分别与所述氨浓度检测仪连接；当所述氨浓度检测仪检测到所述二氧化碳吸收塔烟气出口处的氨气浓度小于预设浓度时，所述第一阀门开启，所述第二阀门关闭，所述二氧化碳吸收塔的烟气出口与所述脱碳烟气排放支路管道导通；当所述氨浓度检测仪检测到所述二氧化碳吸收塔烟气出口处的氨气浓度高于或等于预设浓度时，所述第二阀门开启，所述第一阀门关闭，所述二氧化碳吸收塔的烟气出口与所述氨回收支路管道导通；其中，所述氨回收支路管道依次连通所述氨回收塔和所述解吸塔，所述氨回收塔内设有用于回收氨的喷淋管，所述氨回收塔的底部出液口与所述解吸塔的上部进液口连通，所述解吸塔的底部出液口与所述氨回收塔内用于回收氨的喷淋管连通，所述解吸塔的顶部出气口与所述吸收剂制备装置连通；

再生塔，其顶部设有出气口，上部设有脱碳富液进口，底部设有再生贫液出口；所述再生塔的脱碳富液进口与所述二氧化碳吸收塔的所述碳捕集富液出口相连通；

多级压缩-分段取热结构，其包括依次连接的多级压缩机，每级压缩机各对应设置一冷凝器，各级冷凝器分别与同级压缩机的出口和下一级压缩机的入口连通，第一级所述压缩机的气体入口与所述再生塔的出气口相连通。

进一步优选地，所述二氧化碳吸收塔的原烟气进口前设有增压风机和冷却器，所述增压风机的出气口与所述冷却器的进气口连通，所述冷却器的出气口与所述二氧化碳吸收塔的原烟气进口连通。

进一步优选地，所述氨回收塔为卧式填料塔，所述氨回收塔根据烟气流动方向依次设置有烟气进口、烟气均布器、氨回收段、除雾器以及净烟气出口；其中，所述氨回收段从上至下依次设有水喷淋层、填料层和塔底出液口，所述水喷淋层处设有所述用于回收氨的喷淋管。

进一步优选地，所述再生塔的底部贫液出口与所述吸收剂制备装置相连通。

进一步优选地，所述的烟气二氧化碳捕集系统进一步包括：

换热系统，其包括第一换热器和第二换热器；

所述第一换热器设置在所述氨回收塔和所述解吸塔之间，所述氨回收塔的底部出液口、所述解吸塔的上部进液口、所述解吸塔的底部出液口、所述用于回收氨的喷淋管分别与所述第一换热器连通；所述氨回收塔的底部出液口与所述解吸塔的上部进液口之间的连通管道，和，所述解吸塔的底部出液口与所述用于回收氨的喷淋管之间的连通管道，分别流通过所述第一换热器并在所述第一换热器内进行换热；

其中，所述氨回收塔的底部出液口与所述第一换热器之间设置第一离心泵；

所述第二换热器设置在所述二氧化碳吸收塔和所述再生塔之间，所述二氧化碳吸收塔的碳捕集富液出口、所述再生塔的脱碳富液进口、所述各级冷凝器分别与所述第二换热器连通；所述二氧化碳吸收塔的碳捕集富液出口与所述再生塔的脱碳富液进口之间的连通管道，和，所述冷凝器的余热回收通道，分别流通过所述第二换热器并在所述第二换热器内进行换热；

其中，所述二氧化碳吸收塔的碳捕集富液出口与所述第二换热器之间设置第二离心泵。

本发明还提供了一种烟气二氧化碳捕集方法，其采用如前述的烟气二氧化碳捕集系统，包括以下步骤：

二氧化碳捕集阶段：原烟气在所述二氧化碳吸收塔内与氨水吸收剂进行气液逆流接触并反应，原烟气中的二氧化碳被捕集脱除，脱碳后的烟气从所述二氧化碳吸收塔的顶部烟气出口排出，捕集二氧化碳后的富液从所述二氧化碳吸收塔下部的碳捕集富液出口排出；

氨气检测及回收阶段：采用所述氨浓度检测仪实时监测从所述二氧化碳吸收塔排出的脱碳后烟气中的氨浓度；当检测到的氨气浓度低于预设浓度时，所述二氧化碳吸收塔的烟气出口与所述脱碳烟气排放支路管道连通，净烟气排放；当检测到的氨浓度高于或等于预设浓度时，所述二氧化碳吸收塔的烟气出口与所述氨回收支路管道连通，对脱碳后烟气中的氨进行喷淋回收，并对氨的喷淋回收产生的洗氨液进行解吸处理，得到的氨回用于碳捕集吸收剂的制备；

二氧化碳再生阶段：将捕集二氧化碳后的富液加热后引入再生塔，在所述再生塔内发生热解反应，释放出二氧化碳，同时用于捕集二氧化碳的氨水吸收剂得以再生；

再生二氧化碳浓缩取热阶段：采取分级压缩-分段取热工艺对再生的高浓度二氧化碳进行分级压缩及冷凝，并将各级压缩和冷凝过程中产生的余热回收，后得到液态二氧化碳。

进一步优选地，在所述氨气检测及回收阶段，所述氨的喷淋回收处理产生的洗氨液与所述解吸处理排出的解吸液进行热交换；

进一步优选地，在所述再生二氧化碳浓缩阶段，将各级压缩和冷凝过程中产生的余热进行回收，并用于对进入再生阶段前的碳捕集富液进行加热。

进一步优选地，在所述二氧化碳捕集阶段，烟气进入所述二氧化碳吸收塔之前，对其进行冷却；

进一步优选地，在所述氨气检测及回收阶段，脱碳后的烟气经过均布后进行喷淋水洗回收氨，后进行除雾处理，之后净烟气排空；

进一步优选地，在所述二氧化碳再生阶段，将再生后的氨水吸收剂重复用于所述二氧化碳捕集阶段中。

通过本发明提供的烟气二氧化碳捕集系统及捕集方法，能够带来以下至少一种有益效果：

1.能有效降低二氧化碳捕集成本，节约能源，避免设备腐蚀。本发明使用氨水作为一种捕集二氧化碳的较佳吸收剂，具备良好的二氧化碳反应速率和相对较低的再生能耗，吸收能力是MEA溶液的数倍。且氨水作为一种常见原料，成本也较MEA溶液降低许多，极大地减少了运行成本。同时氨水由于其自身特性，有效避免了设备腐蚀和氧化降解等问题，应用范围极广。

2.有效解决氨水的挥发损失问题，有效避免氨的浪费和二次污染。本发明先通过氨水吸收剂捕集烟气中的二氧化碳，得到脱碳后烟气和捕集有二氧化碳的吸收富液；对脱碳后烟气中的氨浓度进行实时检测，如低于预设值，则直接排放脱碳后烟气，而当等于或大于预设值时，则表示脱碳后烟气中的含氨量较高，需进行回收处理，进而及时对挥发氨进行回收处理(可通过喷淋水洗回收方式配合解吸处理得到氨)，有效避免了氨的损失和再次污染；对捕集有二氧化碳的吸收富液通过再生塔的热解作用再生产生高浓度二氧化碳和氨水吸收剂。上述过程通过对氨的回收可有效解决氨水的高挥发损失问题，有效避免氨的浪费。同时，回收的氨可重复制备捕集烟气中二氧化碳的氨水吸收剂，不仅提高了氨的利用率，同时能够进一步有效降低成本。

3.有效降低系统运行过程中的能耗，节约能源。本发明可在对脱碳烟气中的挥发氨进行回收的阶段，将喷淋式氨回收处的洗氨液与对该洗氨液进行解吸处理得到的解吸液进行换热，由于洗氨液需要在解吸塔中以更高温度被解吸，而解吸液需要以低温状态回流至氨回收处的喷淋管进行二次利用，因而为了有效利用洗氨液和解吸液的热量，平衡其热量，所以使二者同时流过一换热器进行热交换，得到较优的工作状态温度，提高能量利用率，有效降低能耗。同时，在对再生后的二氧化碳进行多级压缩多级冷凝的过程中，不仅可以得到液态的二氧化碳，便于运输和其他操作，同时还可将每级压缩冷凝产生的热量进行回收，并应用于对二氧化碳捕集富液进入再生塔前的加热，有效利用了系统运行过程中的能量，降低了能耗。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的烟气二氧化碳捕集系统的一种实施例的结构示意图。

附图标号说明：

1、增压风机；2、冷却器；3、二氧化碳吸收塔；4、氨浓度检测仪；5、第一阀门；6、第二阀门；7、氨回收塔；701、烟气均布器；702、氨回收段；703、除雾器；8、第一离心泵；9、第一换热器；10、解吸塔；11、吸收剂制备装置；12、第二离心泵；13、第二换热器；14、再生塔；15、一级压缩机；16、一级冷凝器；17、二级压缩机；18、二级冷凝器；19、三级压缩机；20、三级冷凝器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在本发明的实施例一中，一种烟气二氧化碳捕集系统包括：

(1)二氧化碳吸收塔，其底部设有原烟气进口和碳捕集富液出口，其顶部设有烟气出口，且所述二氧化碳吸收塔的内部设有自上向下喷淋氨水吸收剂的喷淋层，所述喷淋层的位置高于所述原烟气进口的位置。本发明使用氨水作为吸收剂与通入二氧化碳吸收塔内的烟气进行逆流并反应，捕集烟气中的二氧化碳。其中，用于喷淋氨水吸收剂的喷淋层的位置要高于原烟气进口的位置，这样才可形成烟气与吸收剂之间的逆流。同时，烟气出口的位置可以设置为高于原烟气进口和出液口就可实现本发明的内容，设置于顶部更易于排出。

(2)用于制备氨水的吸收剂制备装置，其出液口与所述二氧化碳吸收塔喷淋层连通。吸收剂制备装置用于为二氧化碳吸收塔提供氨水吸收剂，制备的氨水吸收剂被引入喷淋层进行喷淋，可通过水泵等动力装置实现这一过程。

(3)氨检测及回收集成结构，其包括氨浓度检测仪、脱碳烟气排放支路管道、氨回收支路管道、氨回收塔和解吸塔。其中，所述二氧化碳吸收塔的烟气出口管道同时与所述脱碳烟气排放支路管道和所述氨回收支路管道连接，所述氨浓度检测仪设置于烟气出口管道上；所述脱碳烟气排放支路管道上设有第一阀门，所述氨回收支路管道处设有第二阀门，所述第一阀门与第二阀门分别与所述氨浓度检测仪连接(可以为电连接)。当所述氨浓度检测仪检测到所述二氧化碳吸收塔烟气出口处的氨浓度小于预设浓度时，所述第一阀门开启，所述第二阀门关闭，所述二氧化碳吸收塔烟气出口与所述脱碳烟气排放支路管道导通；当所述氨浓度检测仪检测到所述二氧化碳吸收塔烟气出口处的氨浓度高于或等于预设浓度时，所述第二阀门开启，所述第一阀门关闭，所述二氧化碳吸收塔烟气出口与所述氨回收支路管道导通；其中，所述氨回收支路管道依次连通氨回收塔和解吸塔，所述氨回收塔设有烟气进口、烟气出口和出液口，且所述氨回收塔内设有用于氨回收的喷淋管，所述解吸塔上部分别设有进液口、出气口，其下部设有出液口，解吸塔的出液口与用于氨回收的喷淋管连通。由于烟气经二氧化碳吸收塔脱碳后，会得到脱碳后烟气和捕集有二氧化碳的吸收液，即脱碳富液。由于氨水易挥发，所以待排出的脱碳后烟气常混有一定量的氨，当脱碳后烟气中的含氨量较低时(可用低于某一预设值来判断)，烟气直接排放；而当脱碳后烟气中的含氨量较高时(可用等于或高于某一预设值来判断)，需进行回收，避免二次污染和浪费。可在二氧化碳吸收塔的烟气出口通道上设置一氨浓度检测仪来实时检测出口烟气中的含氨量。二氧化碳吸收塔的烟气出口每次只与脱碳烟气排放支路管道或氨回收支路管道的其中一个连通，不同时与两个支路管道连通。(a)当检测到的含氨量低于某一预设浓度时，脱碳烟气出口与脱碳烟气排放支路管道连通，不与氨回收支路管道连通，脱碳后烟气从脱碳烟气排放支路管道排出。(b)而当检测到的含氨量等于或高于某一预设浓度时，脱碳烟气出口与氨回收支路管道连通，不与脱碳烟气排放支路管道连通，脱碳后烟气进入氨回收支路管道，并引入与氨回收支路管道连通的氨回收塔进行氨的回收。在本实施例中，氨回收塔采用喷淋方式对氨进行回收，氨回收塔内设置了用于喷淋该处吸收剂的喷淋管，喷淋后得到除氨后的净烟气和捕集有氨的洗氨液，净烟气直接从氨回收塔的出气口排放，洗氨液通过氨回收塔的出液口被导入一解吸塔内并被加热解吸得到氨，氨可收集并进一步利用；所得解吸液从解吸塔的出液口排出并流回至氨回收塔处(可以流回至氨回收塔处储存喷淋吸收剂的装置处，也可与第二喷淋管连通)，进行再次利用。这样就完成了氨的回收，有效解决了氨的高挥发性问题，避免了二次污染。

(4)再生塔，其顶部设有出气口，上部设有脱碳富液进口，底部设有再生贫液出口；其中，脱碳富液进口与所述二氧化碳吸收塔塔底的碳捕集富液出口相连通。烟气经二氧化碳吸收塔脱碳后，得到的捕集有二氧化碳的吸收富液需要进行二氧化碳的再生处理，才能得到纯度较高的二氧化碳并加以利用；同时再生后的处理液可制备氨水吸收剂，再次应用于二氧化碳吸收塔处。

(5)多级压缩-分段取热结构，其包括依次连接的多级压缩机，每级压缩机各设置一冷凝器，各级冷凝器分别与同级压缩机出口和下一级压缩机入口连通，在多级所述压缩机中，第一级所述压缩机的气体入口与所述再生塔出气口相连通。再生塔处再生的二氧化碳为气态，需经过多级压缩-分段取热结构得到液态的二氧化碳才能够便于存储和运输。

在本发明的实施例二中，对实施例一进行改进。在二氧化碳吸收塔的烟气进口前设置增压风机和冷却器，其中，所述增压风机的出气口与所述冷却器的进气口连通，所述冷却器的出气口与所述二氧化碳吸收塔的原烟气进口连通。烟气依次流过增压风机和冷却器，后被引入二氧化碳吸收塔。由于烟气一般温度较高，冷却器可使烟气冷却，满足氨水捕集二氧化碳的反应温度。

在本发明的实施例三中，对实施例一进行改进。可将氨回收塔设置为卧式填料塔，且在所述氨回收塔内，根据烟气流动方向依次设置有烟气进口、烟气均布器、氨回收段、除雾器和净烟气出口；其中，所述氨回收段从上至下依次设有水喷淋层、填料层和塔底出液口，所述水喷淋层处设有所述用于回收氨的喷淋管。填料塔是塔设备的一种，塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。本实施例中的氨回收塔设置为卧式填料塔，进气口设置在塔的左端，出气口设置在塔的右端，且在塔内从左至右依次设置烟气均布器、氨回收段和除雾器，其中，烟气均布器能够使脱碳烟气在氨回收塔内均布，增加回收效率；氨回收段采用喷淋式回收，通过喷淋管喷淋水洗液，吸收脱碳烟气中的氨，并得到脱氨后的烟气和洗氨液，烟气流经除雾器被除去雾滴后经右端的出气口排出，洗氨液经出液口排出。卧式填料塔结构的填料层设置在氨回收段处，并设置在水喷淋层的下方，出液口的上方。

在本发明的实施例四中，对实施例一进行改进，可将解吸塔的出气口与吸收剂制备装置连通，由于解吸气为气态氨，可重复用于制备二氧化碳吸收塔的氨水吸收剂，有效提高了氨在本发明中的利用率。相同地，由于再生塔再生得到二氧化碳和含有氨水的处理液，因而可将再生塔的出液口与吸收剂制备装置连通，将再生塔得到的处理液再次用于制备二氧化碳吸收塔的吸收剂。

在本发明的实施例五中，对实施例一进行改进，由于本发明的多段运行中分别存在需要加热或冷却后再进行反应的情况，出于降低能耗的考虑，可在本发明中设置多个换热器，以进行能量的有效交互利用。在本实施例中，系统进一步包括：换热系统，其包括第一换热器和第二换热器，具体应用如下：

由于氨回收塔处的出液口流出的洗氨液需加热才可满足解吸塔内部的反应温度要求，而同时从解吸塔的出液口流出的解吸液需冷却后才能更好地满足氨回收塔处的喷淋液的温度要求，这样洗氨液和解吸液之间就可实现热量交换。因而在所述氨回收塔和所述解吸塔之间设置第一换热器，氨回收塔出液口、解吸塔进液口、解吸塔出液口、用于回收氨的喷淋管分别与第一换热器连通。具体地，氨回收塔的出液口与解吸塔的进液口之间的连通管道(洗氨液)，和，解吸塔的出液口与用于回收氨的喷淋管之间的连通管道(解吸液)，分别流经所述第一换热器并在所述第一换热器内进行换热。

相同地，由于捕集二氧化碳的吸收液需要在再生塔内加热再生，而多级冷凝器提取的热量恰好可用于该吸收液的加热，提高了能量的利用率。因而在所述二氧化碳吸收塔和所述再生塔之间设置第二换热器，该第二换热器同时与所述二氧化碳吸收塔的碳捕集富液出口、所述再生塔的脱碳富液进口、冷凝器的余热回收通道连通；具体地，所述二氧化碳吸收塔的碳捕集富液出口与所述再生塔的脱碳富液进口之间的连通管道(捕集二氧化碳的吸收液)，和，冷凝器的余热回收通道，分别流过所述第二换热器并在所述第二换热器内进行换热。

在本发明的实施例六中，对上述实施例一进行改进，在上述换热器处分别设置离心泵，具体地，在氨回收出液口与第一换热器之间设置第一离心泵；二氧化碳吸收塔出液口与第二换热器之间设置第二离心泵，能够更好地输送液体。

在本发明的一个完整实施例中，参照图1，本实施例的烟气二氧化碳捕集系统的结构，包括：二氧化碳吸收塔3、氨检测及回收集成结构(4～10)、吸收剂制备装置11、换热及再生结构(12～14)以及多级压缩-分段取热结构(15～20)。二氧化碳吸收塔3的烟气入口前设置有增压风机1和冷却器2。氨检测及回收集成结构(4～10)依照烟气流动方向依次设置有氨浓度检测仪4、脱碳烟气排放支路管道和氨回收支路管道，以及设置在脱碳烟气排放支路管道处的第一阀门5和设置在氨回收支路管道处的第二阀门6、氨回收塔7、第一离心泵8、第一换热器9以及解吸塔10。其中，氨回收塔7为卧式填料塔，塔内根据烟气流动方向依次设置有烟气进口、烟气均布器701、氨回收段702、除雾器703以及净烟气出口，所述氨回收段702从上至下依次设有水喷淋层、填料层和出液口。

换热及再生结构(12～14)依次包括第二离心泵12、第二换热器13和再生塔14。

所述多级压缩-分段取热结构(15～20)包括一级压缩机15、一级冷凝器16、二级压缩机17、二级冷凝器18、三级压缩机19和三级冷凝器20。一级压缩机15出口与一级冷凝器16进口连通，一级冷凝器16出口与二级压缩机17进口连通，二级压缩机17出口与二级冷凝器18进口连通，二级冷凝器18出口与三级压缩机19的进口连通，三级压缩机19的出口与三级冷凝器20进口连通，冷凝二氧化碳由三级冷凝器20引出。各级压缩-冷凝所产生的余热通道与第二换热器13连通。

氨浓度检测仪4设置在二氧化碳吸收塔3的烟气出口烟道上，氨浓度检测仪4连接两条烟气支路，一条为脱碳烟气排放支路管道，另一条为氨回收支路管道，所述两条烟气支路管道上分别设置第一阀门5和第二阀门6。

氨回收支路上的阀门6与氨回收塔7烟气进口连通，所述氨回收塔7的出液口与第一离心泵8和第一换热器9依次连通，且所述第一换热器9还与解吸塔10进液口、解吸塔10底部出液口以及氨回收段702的水喷淋层分别相连通，使从氨回收塔7的出液口与解吸塔10的进液口之间流通的洗氨液，与，解吸塔10底部出液口与氨回收段702的水喷淋层之间流通的解吸液在第一换热器9处进行热量交换。

解吸塔10顶部的气体出口与吸收剂制备装置11相连通，用于将解吸气氨作为吸收剂制备装置11处的原料。

二氧化碳吸收塔3的塔顶设置烟气出口，塔上部设置有吸收剂进口，塔下部设置有原烟气进口，塔底部设置有捕集二氧化碳的富液出口，所述捕集二氧化碳的富液出口依次与第二离心泵12、第二换热器13和再生塔14的上部进液口相连。所述再生塔14的顶部气体出口与一级压缩机15连通，再生塔14的下部出液口与吸收剂制备装置11连通。

本发明还提出了一种烟气二氧化碳捕集方法，在方法的实施例一中，采用如前述的烟气二氧化碳捕集系统，包括以下步骤：

二氧化碳捕集阶段：原烟气在所述二氧化碳吸收塔内与氨水吸收剂进行气液逆流接触并反应，烟气中的二氧化碳被捕集脱除，脱碳后的烟气从所述二氧化碳吸收塔的顶部烟气出口排出，捕集二氧化碳后的富液从所述二氧化碳吸收塔下部的碳捕集富液出口排出；

氨气检测及回收阶段：采用所述氨浓度检测仪实时监测从所述二氧化碳吸收塔排出的脱碳后烟气中的氨浓度；当检测到的氨气浓度低于预设浓度时，所述二氧化碳吸收塔烟气出口与所述脱碳烟气排放支路管道连通，净烟气排放；当检测到的氨浓度高于或等于预设浓度时，所述二氧化碳吸收塔烟气出口与所述氨回收支路管道连通，对脱碳后烟气中的氨进行喷淋回收，并对氨的喷淋回收产生的洗氨液进行解吸处理，得到的氨回用于碳捕集吸收剂制备；

二氧化碳再生阶段：将捕集二氧化碳后的富液加热后引入再生塔，在所述再生塔内发生热解反应，释放出二氧化碳，同时用于捕集二氧化碳的氨水吸收剂得以再生；

再生二氧化碳浓缩取热阶段：采取分级压缩-分段取热工艺对再生的高浓度二氧化碳进行分级压缩及冷凝，并将各级压缩和冷凝过程中产生的余热回收，后得到液态二氧化碳。

应当说明的是，不限定上述各步骤的顺序，只要能够实现本发明应用都可。

在方法的实施例二中，对方法的实施例一进行改进。在所述氨气检测及回收阶段，所述氨回收处理产生的洗氨液与所述解吸处理排出的解吸液进行热交换，可通过设置换热器(系统中的第一换热器)实现。相同地，在所述再生二氧化碳浓缩阶段，将各级压缩和冷凝过程中产生的余热进行利用，对所述二氧化碳再生阶段中的进入所述再生塔之前的碳捕集富液进行加热。通过本实施例的改进，有效提高了本发明的能量利用率，降低了能耗。

在方法的实施例三中，对方法的实施例一进行改进。在所述二氧化碳捕集阶段，烟气进入所述二氧化碳吸收塔之前，对其进行冷却，可通过设置冷却器或其他方式实现。

在方法的实施例四中，对方法的实施例一进行改进。在所述氨气检测及回收阶段，脱碳后的烟气经过均布后进行喷淋水洗回收氨，可通过设置烟气均布器实现，使烟气均布后再进行回收，可使烟气与喷淋水均匀接触；并在所述氨回收处理后进行除雾处理，可通过设置除雾器实现，对烟气进行除雾并得到可排放的净烟气。

在方法的实施例五中，对方法的实施例一进行改进。在所述氨检测及回收阶段，将对所述氨回收阶段的排出液进行解吸处理得到的氨用于制备二氧化碳吸收阶段的氨水吸收剂，可通过设置管道将氨回收阶段的排出液引入氨水吸收剂的制备装置，提高氨的利用率。

在方法的实施例六中，对方法的实施例一进行改进。在所述二氧化碳再生阶段，将再生后的氨水吸收剂重复用于所述二氧化碳吸收阶段中，可通过设置管道将再生后得到的含有氨水的处理液引入制备氨水吸收剂的装置处，提高氨的利用率。

在本发明方法的一个完整实施例中，采用前述的烟气二氧化碳捕集系统进行碳捕集净化，由图1所示，具体方法及其主要步骤如下：

经过除尘、脱硝和FGD脱硫等工艺之后的燃煤烟气由增压风机1引入二氧化碳捕集系统，先经冷却器2冷却，再导入二氧化碳吸收塔3，二氧化碳吸收塔3为填料塔，原烟气在二氧化碳吸收塔3内与氨水吸收剂逆流接触并发生反应，原烟气中的二氧化碳被捕集除去，脱碳后烟气由二氧化碳吸收塔3塔顶引出，吸收剂捕集二氧化碳后的富液从二氧化碳吸收塔3的底部排出。

二氧化碳吸收塔3的塔顶出口烟道上设置有氨浓度检测仪4，在线实时监测出口烟气中氨气的浓度，当氨气浓度低于预设值时，第一阀门5打开，第二阀门6关闭，出口烟气直接排放；当氨气浓度高于(或等于)预设值时，第一阀门5关闭，第二阀门6打开，出口烟气被输入氨回收塔7。

出口烟气进入氨回收塔7后，首先经过烟气均布器701令烟气在氨回收塔内均匀分布，随后烟气进入氨回收段702，氨回收段702从上至下设置有水喷淋层、填料层和出液口，烟气在填料层与喷淋水接触，烟气中携带的挥发氨被水洗除去，洗氨液由氨回收段702的出液口排出，净烟气经除雾器703除去雾滴后从氨回收塔7右侧出口烟道排空。

洗氨液自氨回收段7底部排出后，由第一离心泵8输送至第一换热器9，在此与来自解吸塔10底部的解吸液进行热交换，升温之后进入解吸塔10，在解吸塔10内洗氨液可实现气水分离，脱水后的氨气从塔顶引出并输送至吸收剂制备装置11，解吸后的水从塔底排出，先经第一换热器9与洗氨液换热，后送至氨回收塔7内氨回收段702的喷淋层。

碳捕集富液从二氧化碳吸收塔3底部排出，由第二离心泵12输送至第二换热器13被加热，后被输送至再生塔14，碳捕集富液在再生塔14内发生热解反应释放出二氧化碳，碳捕集富液得以再生，再生后的贫液从再生塔14底部排出并送回吸收剂制备装置11，释放出的高浓度二氧化碳从再生塔14塔顶引出。

来自再生塔14的高浓度二氧化碳先后依次经过一级压缩机15和一级冷凝器16、二级压缩机17和二级冷凝器18、三级压缩机19和三级冷凝器20，经过多级压缩及冷凝，每级压缩冷凝所产生的余热均被回收至第二换热器13，用于碳捕集富液加热再生，压缩冷凝后的液态二氧化碳将作为工业原料或者被封存处理。

本发明的烟气二氧化碳捕集方法，利用氨水捕获烟气中的CO₂，脱除效率可达99％以上，CO₂吸收能力可达到1.2kgCO₂/kgNH₃，吸收能力强，且吸收剂价格低廉，投资成本低。

此外，本发明的方法能够有效回收利用气体浓缩余热，降低了吸收剂再生能耗，提高了资源利用率，降低了运行成本，且有效解决了氨水捕集二氧化碳的氨挥发损失问题，避免了二次污染。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种烟气二氧化碳捕集系统，其特征在于，包括：

用于捕集烟气中二氧化碳的二氧化碳吸收塔，其下部设有原烟气进口和碳捕集富液出口，其顶部设有烟气出口，且所述二氧化碳吸收塔的内部设有自上向下喷淋氨水吸收剂的喷淋层；

用于制备氨水的吸收剂制备装置，其出液口与所述氨水吸收剂的喷淋层连通；

氨检测及回收集成结构，其包括氨浓度检测仪、脱碳烟气排放支路管道、氨回收支路管道、氨回收塔和解吸塔；其中，所述二氧化碳吸收塔的烟气出口管道同时与所述脱碳烟气排放支路管道和所述氨回收支路管道连接，所述氨浓度检测仪设置于所述二氧化碳吸收塔烟气出口管道上；所述脱碳烟气排放支路管道上设有第一阀门，所述氨回收支路管道处设有第二阀门，所述第一阀门与所述第二阀门分别与所述氨浓度检测仪连接；当所述氨浓度检测仪检测到所述二氧化碳吸收塔烟气出口处的氨气浓度小于预设浓度时，所述第一阀门开启，所述第二阀门关闭，所述二氧化碳吸收塔的烟气出口与所述脱碳烟气排放支路管道导通；当所述氨浓度检测仪检测到所述二氧化碳吸收塔烟气出口处的氨气浓度高于或等于预设浓度时，所述第二阀门开启，所述第一阀门关闭，所述二氧化碳吸收塔的烟气出口与所述氨回收支路管道导通；其中，所述氨回收支路管道依次连通所述氨回收塔和所述解吸塔，所述氨回收塔内设有用于回收氨的喷淋管，所述氨回收塔的底部出液口与所述解吸塔的上部进液口连通，所述解吸塔的底部出液口与所述氨回收塔内用于回收氨的喷淋管连通，所述解吸塔的顶部出气口与所述吸收剂制备装置连通；

再生塔，其顶部设有出气口，上部设有脱碳富液进口，底部设有再生贫液出口；所述再生塔的脱碳富液进口与所述二氧化碳吸收塔的所述碳捕集富液出口相连通；

多级压缩-分段取热结构，其包括依次连接的多级压缩机，每级压缩机各对应设置一冷凝器，各级冷凝器分别与同级压缩机的出口和下一级压缩机的入口连通，第一级所述压缩机的气体入口与所述再生塔的出气口相连通；

所述氨回收塔为卧式填料塔，所述氨回收塔根据烟气流动方向依次设置有烟气进口、烟气均布器、氨回收段、除雾器以及净烟气出口；其中，所述氨回收段从上至下依次设有水喷淋层、填料层和塔底出液口，所述水喷淋层处设有所述用于回收氨的喷淋管；

换热系统，其包括第一换热器和第二换热器；

所述第一换热器设置在所述氨回收塔和所述解吸塔之间，所述氨回收塔的底部出液口、所述解吸塔的上部进液口、所述解吸塔的底部出液口、所述用于回收氨的喷淋管分别与所述第一换热器连通；所述氨回收塔的底部出液口与所述解吸塔的上部进液口之间的连通管道，和，所述解吸塔的底部出液口与所述用于回收氨的喷淋管之间的连通管道，分别流通过所述第一换热器并在所述第一换热器内进行换热；

其中，所述氨回收塔的底部出液口与所述第一换热器之间设置第一离心泵；

所述第二换热器设置在所述二氧化碳吸收塔和所述再生塔之间，所述二氧化碳吸收塔的碳捕集富液出口、所述再生塔的脱碳富液进口、所述各级冷凝器分别与所述第二换热器连通；所述二氧化碳吸收塔的碳捕集富液出口与所述再生塔的脱碳富液进口之间的连通管道，和，所述冷凝器的余热回收通道，分别流通过所述第二换热器并在所述第二换热器内进行换热；

其中，所述二氧化碳吸收塔的碳捕集富液出口与所述第二换热器之间设置第二离心泵。

2.根据权利要求1所述的烟气二氧化碳捕集系统，其特征在于：

所述二氧化碳吸收塔的原烟气进口前设有增压风机和冷却器，所述增压风机的出气口与所述冷却器的进气口连通，所述冷却器的出气口与所述二氧化碳吸收塔的原烟气进口连通。

3.根据权利要求1-2任一项所述的烟气二氧化碳捕集系统，其特征在于：

所述再生塔的底部贫液出口与所述吸收剂制备装置相连通。

4.一种烟气二氧化碳捕集方法，其特征在于：

采用如权利要求1-3任意一项的烟气二氧化碳捕集系统，包括以下步骤：

二氧化碳捕集阶段：原烟气在所述二氧化碳吸收塔内与氨水吸收剂进行气液逆流接触并反应，原烟气中的二氧化碳被捕集脱除，脱碳后的烟气从所述二氧化碳吸收塔的顶部烟气出口排出，捕集二氧化碳后的富液从所述二氧化碳吸收塔下部的碳捕集富液出口排出；

氨气检测及回收阶段：采用所述氨浓度检测仪实时监测从所述二氧化碳吸收塔排出的脱碳后烟气中的氨浓度；当检测到的氨气浓度低于预设浓度时，所述二氧化碳吸收塔的烟气出口与所述脱碳烟气排放支路管道连通，净烟气排放；当检测到的氨浓度高于或等于预设浓度时，所述二氧化碳吸收塔的烟气出口与所述氨回收支路管道连通，对脱碳后烟气中的氨进行喷淋回收，并对氨的喷淋回收产生的洗氨液进行解吸处理，得到的氨回用于碳捕集吸收剂的制备；

二氧化碳再生阶段：将捕集二氧化碳后的富液加热后引入再生塔，在所述再生塔内发生热解反应，释放出二氧化碳，同时用于捕集二氧化碳的氨水吸收剂得以再生；

再生二氧化碳浓缩取热阶段：采取分级压缩-分段取热工艺对再生的高浓度二氧化碳进行分级压缩及冷凝，并将各级压缩和冷凝过程中产生的余热回收，后得到液态二氧化碳。

5.根据权利要求4所述的烟气二氧化碳捕集方法，其特征在于：

在所述氨气检测及回收阶段，所述氨的喷淋回收处理产生的洗氨液与所述解吸处理排出的解吸液进行热交换；

和/或；

在所述再生二氧化碳浓缩阶段，将各级压缩和冷凝过程中产生的余热进行回收，并用于对进入再生阶段前的碳捕集富液进行加热。

6.根据权利要求4-5任一项所述的烟气二氧化碳捕集方法，其特征在于：

在所述二氧化碳捕集阶段，烟气进入所述二氧化碳吸收塔之前，对其进行冷却；

和/或；

在所述氨气检测及回收阶段，脱碳后的烟气经过均布后进行喷淋水洗回收氨，后进行除雾处理，之后净烟气排空；

和/或；

在所述二氧化碳再生阶段，将再生后的氨水吸收剂重复用于所述二氧化碳捕集阶段中。