CN105771559A - 一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置，包括依次串联的第一吸收再生塔、第二吸收再生塔，依次串联的第三吸收再生塔、第四吸收再生塔，所述吸收再生塔的顶部有气体泄放管线与富二氧化碳出口连接，吸收再生塔顶部设置溶液入口管线，并与立式沉降罐相连接，底部的液相出口与立式沉降罐连接，顶部的气相出口与卧式两相分离器相连接，卧式两相分离器与立式沉降罐相连接和富H2出口管线相连接。本发明还公开了二氧化碳的捕获方法，采用双塔模型，切换流程，依次循环，保证生产上的连续性问题，通过喷淋装置往吸收塔内喷淋，混合气体从塔底以鼓泡的形式通过吸收床层，水合物的生成和分解速度快，选择性好，四氢呋喃水溶液得到了循环利用。

Description

一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置及方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，特别涉及一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置及方法。
背景技术
随着工业化发展和人们生活水平的提高，生活和生产中人们对电力的需求越来越高，一种高效的发电系统IGCC一经提出，受到国内外广泛的关注，随着研究的深入，其中减少碳的排放是研究的一个重点和难点。煤气化后产生H2和二氧化碳的混合气体，有效的捕获二氧化碳获得较为纯净的H2成为关键，现在应用比较广泛的有化学物质吸收法，固体物质吸附法。化学物质吸收法选择性差且处理成本较高，固体物质吸附法虽然吸附效率高但其能量消耗大。而水合物结晶法应用到实际生产中会遇到生产上的不连续，水合物生成和分解的速度较慢，水溶液损失过多，选择性差等技术问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置及方法，将在理论上可行的水合物结晶法应用于生产实践中，高效地捕获煤气化燃烧前产生的混合气体中的二氧化碳气体，从而减少碳的排放，符合环境保护的要求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置，包括依次串联的第一吸收再生塔、第二吸收再生塔，依次串联的第三吸收再生塔、第四吸收再生塔，所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的顶部设置有气体泄放管线，其与富二氧化碳出口连接，所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的顶部设置溶液入口管线，并与立式沉降罐相连接，所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的底部的液相出口与立式沉降罐连接，所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔顶部的气相出口与卧式两相分离器相连接，所述卧式两相分离器与立式沉降罐相连接，所述卧式两相分离器与富H2出口管线相连接。
优选的，所述适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置，包括第一冷凝器、压缩机、第一吸收再生塔，第二吸收再生塔，第三吸收再生塔和第四吸收再生塔；所述第一冷凝器一端通过第一管线连接混合器进气口，所述第一管线上设置第一减压阀，所述第一冷凝器另一端通过第二管线连接压缩机，所述压缩机依次通过第三管线、第四管线和第五管线与第一吸收再生塔底部相连，所述第四管线上设置第二减压阀，所述第五管线上设置第一阀门，所述压缩机依次通过第三管线、第六管线和第七管线与第四吸收再生塔底部相连，所述第六管线上设置第三减压阀，所述第七管线上设置第二阀门；所述第一吸收再生塔上端通过第八管线与第二吸收再生塔下端相连，所述第八管线上设置第四减压阀和第三阀门，所述第四吸收再生塔上端通过第九管线与第三吸收再生塔下端相连，所述第九管线上设置第五减压阀和第四阀门；所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的底端分别通过第十管线、第十一管线、第十二管线、第十三管线与第十四管线相连，所述第十管线、第十一管线、第十二管线和第十三管线上分别设置第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门，所述第十四管线的一端与立式沉降罐的上端相连，所述第十四管线的一端上设置第九阀门；所述立式沉降罐的下端通过第十五管线与第二冷凝器相连，所述第十五管线上设置第十阀门；所述第二冷凝器通过第十六管线和第十七管线与第一吸收再生塔上端相连，所述第二冷凝器通过第十六管线和第十八管线与第二吸收再生塔上端相连，所述第二冷凝器通过第十六管线和第十九管线与第三吸收再生塔上端相连，所述第二冷凝器通过第十六管线和第二十管线与第四吸收再生塔上端相连，所述第十六管线上设置第一泵和第十一阀门，所述第十七管线上设置第十二阀门，所述第十八管线上设置第十三阀门，所述第十九管线上设置第十四阀门，所述第二十管线上设置第十五阀门；所述第二吸收再生塔和第三吸收再生塔上端分别通过第二十一管线和第二十二管线与第二十三管线相连，所述第二十一管线上设置第六减压阀，所述第二十二管线上设置第七减压阀，所述第二十三管线的一端与卧式两相分离器相连，所述第二十三管线的一端设置二氧化碳浓度检测仪和第十六阀门，所述卧式两相分离器的上端通过第二十四管线连接富氢气出口，所述第二十四管线上设置第十七阀门；所述卧式两相分离器的下端通过第二十五管线与立式沉降罐的上端相连，所述第二十五管线上设置第十八阀门；所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的分别通过第二十六管线、第二十七管线、第二十八管线和第二十九管线与第三十管线相连，所述第二十六管线、第二十七管线、第二十八管线和第二十九管线上分别设置第十九阀门、第二十阀门、第二十一阀门和第二十二阀门，所述第三十管线的一端与加热炉相连，所述第三十管线的一端设置第二十三阀门；所述加热炉通过第三十一管线和第三十二管线与第一吸收再生塔相连，所述第三十二管线上设置第二十四阀门，所述加热炉通过第三十一管线和第三十三管线与第二吸收再生塔相连，所述第三十三管线上设置第二十五阀门，所述加热炉通过第三十一管线和第三十四管线与第三吸收再生塔相连，所述第三十四管线上设置第二十六阀门，所述加热炉通过第三十一管线和第三十五管线与第四吸收再生塔相连，所述第三十五管线上设置第二十七阀门，所述第三十一管线上设置第二十八阀门、第二十九阀门和第二泵；所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的上端分别通过第三十二管线、第三十三管线、第三十四管线和第三十五管线与第三十六管线相连，所述第三十六管线连接富二氧化碳出口，所述第三十二管线上设置第八减压阀，所述第三十三管线上设置第九减压阀，所述第三十四管线上设置第十减压阀，所述第三十五管线上设置第十一减压阀。
优选的，所述第一吸收再生塔，第二吸收再生塔，第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的结构相同，吸收再生塔的塔顶内部设置有喷淋装置，所述喷淋装置通过管道与吸收再生塔外部的立式沉降罐相连，所述吸收再生塔的上部分别设置二氧化碳出口和H2出口，所述二氧化碳出口通过管线与富二氧化碳出口相连，所述H2出口通过管线与卧式两相分离器相连；所述吸收再生塔的塔内中部设置两个支撑格栅，所述支撑格栅上面由下至上分别设置浮动丝网和若干瓷球，所述两个支撑格栅之间设置多空隙硅胶结构吸收床，所述吸收再生塔的下部设置加热盘管，所述吸收再生塔的底部设置通过管线设置气体入口，所述吸收再生塔的底部通过管道与吸收再生塔外部的立式沉降罐相连。
优选的，所述多空隙硅胶结构吸收床为工作温度为2℃，压力为1MPa，含四氢呋喃的体积分数为4.35％。
优选的，所述加热盘管的两端分别设置热水进口与热水出口，所述热水进口与热水出口均通过管线与加热炉相连接，所述加热盘在吸收再生塔内成S型盘绕。
本发明还公开了一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获方法，包括以下步骤：
(1)在第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔内均放置设定量的四氢呋喃水溶液。
(2)依次开启第一减压阀、第一冷凝器、压缩机、第二减压阀、第一阀门、第四减压阀和第三阀门，使混合气体从塔底以鼓泡的形式进入吸收再生塔，并调整第一吸收再生塔和第二吸收再生塔的塔内气体压力及温度至设定值。
(3)依次开启第十阀门、第二冷凝器、第十二阀门、第十三阀门和第一泵，并开启第十一阀门，将立式沉降罐的四氢呋喃水溶液冷却到设定温度后，通过喷淋装置，以喷雾的形式泵入第一吸收再生塔和第二吸收再生塔中。
(4)打开第六减压阀、第十六阀门和第十七阀门，使气体进入卧式两相分离器，分离出的H2通过富氢气出口排出，用于发电，当卧式两相分离器中的的四氢呋喃水溶液积累到设定液位高度后，打开第十八阀门，使卧式两相分离器中的四氢呋喃水溶液进入立式沉降罐，调整第二减压阀的开度，使塔内的气体压力维持在设定值。此时，通过第六减压阀释放出的气体为携带少量溶液的高浓度的H2气体。
(5)当第二十三管线上的二氧化碳浓度检测仪显示二氧化碳的浓度大大升高的时候，关闭第二减压阀，打开第三减压阀，依次关闭第一阀门、第十二阀门、第十三阀门、第六减压阀，依次打开第二十四阀门、第十九阀门、第二十五阀门、第二十阀门、第二十八阀门、第二十三阀门，启动加热炉，开启第二泵，缓慢打开第二十九阀门，使用加热炉对第一吸收再生塔和第二吸收再生塔加热再生，同时打开第八减压阀和第九减压阀，使富含二氧化碳的气体流至富二氧化碳出口。
(6)当第一吸收再生塔和第二吸收再生塔处于加热再生流程时，关闭第二减压阀，同时开启第三减压阀，依次开启第二阀门、第五减压阀、第四阀门，使混合气体从塔底以鼓泡的形式进入第三吸收再生塔和第四吸收再生塔，并调整第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的塔内气体压力及温度至设定值。
(7)关闭第十二阀门、第十三阀门的同时，开启第十四阀门和第十五阀门，将立式沉降罐的四氢呋喃水溶液冷却到设定温度后，通过喷淋装置，以喷雾的形式泵入第三吸收再生塔和第四吸收再生塔中。
(8)打开第七减压阀、第十六阀门和第十七阀门，使气体进入卧式两相分离器，分离出的H2通过富氢气出口排出，用于发电，当卧式两相分离器中的四氢呋喃水溶液积累到设定液位高度后，打开第十八阀门，使卧式两相分离器中的四氢呋喃水溶液进入立式沉降罐7，调节第三减压阀的开度，使塔内的气体压力维持在设定值。此时，通过第七减压阀28释放出的气体为携带少量溶液的高浓度的H2气体。
(9)当第二十三管线上的二氧化碳浓度检测仪显示二氧化碳的浓度大大升高的时候，依次关闭第七减压阀，第三减压阀，第十四阀门，第十五阀门，第二十四阀门，第十九阀门，第二十五阀门，第二十阀门，依次打开第二减压阀，第二十六阀门，第二十一阀门，第二十七阀门，第二十二阀门，第十二阀门，第十三阀门，第六减压阀，启动加热炉，开启第二泵，使用加热炉对第三吸收再生塔和第四吸收再生塔加热再生，同时打开第十减压阀和第十一减压阀，使富含二氧化碳的气体流至富二氧化碳出口。
(10)当第一吸收再生塔和第二吸收再生塔的再生流程结束后，打开第五阀门、第六阀门和第九阀门，使第一吸收再生塔和第二吸收再生塔内的四氢呋喃水溶液流入立式沉降罐中，重复步骤(3)，实现四氢呋喃水溶液的循环利用。
(11)当第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的再生流程结束后，打开第七阀门、第八阀门和第九阀门，使第三吸收再生塔和第四吸收再生塔内的四氢呋喃水溶液流入立式沉降罐中，重复步骤(7)，实现四氢呋喃水溶液的循环利用。
优选的，所述步骤(2)和步骤(6)中，第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔、第四吸收再生塔的塔内气体压力设定值为1MPa，温度设定值为2℃
优选的，所述步骤(3)和步骤(7)中，立式沉降罐的四氢呋喃水溶液冷却到设定温度为2℃。
优选的，所述步骤(4)和步骤(8)中，塔内的气体压力维持在1MPa。
优选的，所述立式沉降罐7中的四氢呋喃水溶液的体积分数维持在4.35％，从而保证设备高效的运行。
本发明提供了整体煤气化联合循环发电系统产生的H2和二氧化碳的混合气体在燃烧前用水合物结晶法捕获二氧化碳的方法和装置，从而减少碳的排放量。该发明为双塔模型，再生和吸收依次进行，从而保证生产上的连续性。吸收再生塔内的吸收床层为含有四氢呋喃水溶液多孔隙的硅胶结构，促进二氧化碳水合物的生成，混合气体经过加压和冷却处理后从塔底以鼓泡的形式通过串联的吸收塔生成二氧化碳水合物从而选择性的吸收二氧化碳，获得较为纯净的H2。当吸收塔吸收饱和时将混合气切换到另一个串联吸收系统，原先的吸收塔通过加热和降压的方法释放二氧化碳气体使系统再生，依次循环进行。二氧化碳气体通过塔顶的减压阀放出集中处理，H2气体通过塔顶的减压阀去往卧式两相分离器，分离出溶液进入立式沉降罐、H2作为燃料发电，再生过程中水合物晶体分解产生的四氢呋喃水溶液通往立式沉降罐，再将立式沉降罐中的四氢呋喃水溶液经过冷凝器冷却到1℃通过泵以喷雾的形式进入吸收塔，实现了四氢呋喃水溶液的循环利用，且通过喷淋形成的四氢呋喃水合物，在一定温度和压力条件下能形成半笼状水合物，不参与竞争，使水合物的储气量大大提高。采用冷凝器进行预冷，减少冷量的损失，提高了能量的利用率。本发明装置适用于需要处理的混合气体的量不大的条件下，并且节能环保、结构紧凑，体积小，安装和维护方便，运行过程稳定可靠。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用双塔模型，混合气先通往一侧的吸收再生塔，待吸收饱和时关闭混合气入口阀门进行再生流程，同时将混合气通往另一侧的吸收再生塔，待另一侧吸收塔吸收饱和时一侧再生塔已再生完成，切换流程，依次循环，保证生产上的连续性问题。
2、为了加快水合物的生成速度，吸收塔内的床层为多孔隙硅胶结构，增大了接触面积，使气体分子与水溶液能进行有效地传质，体积分数为4.35％的四氢呋喃水溶液在2℃，1MPa左右的条件下，通过喷淋装置往吸收塔内喷淋，混合气体从塔底以鼓泡的形式通过吸收床层，大大加快了水合物的生成速度。
3、为了加快水合物的分解速度，吸收再生塔的塔顶设有减压阀释放二氧化碳，从而降低塔内的压力，同时通过加热炉往塔内的加热盘管提供热量来升高塔内的温度，促进水合物的分解。
4、本发明将再生过程中产生的四氢呋喃水溶液通往立式沉降罐中，再由泵泵入到吸收再生塔中循环使用，吸收塔内出来的H2通入卧式两相分离器，使H2携带的溶液沉降下来，通入立式沉降罐中来循环使用。
5、与化学物质吸收法，固体物质吸附法相比，压力损失小，对二氧化碳的分离效果好，可以保证生产的连续性。与现有的在理论上提出的水合物结晶法的装置相比，水合物的生成和分解速度快，选择性好，且四氢呋喃水溶液得到了循环利用，成本低廉，节能环保。
附图说明
图1是本发明适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置示意图；
图2是吸收再生塔的内部结构示意图；
图3是吸收再生塔塔内加热管盘俯视图；
其中1.第一吸收再生塔，2.第二吸收再生塔，3.第三吸收再生塔，4.第四吸收再生塔，5.加热炉，6.卧式两相分离器，7.立式沉降罐，8.第二冷凝器，9.第一冷凝器，10.第二十四阀门，11.第一减压阀，12.第八减压阀，13.第十二阀门，14.第四减压阀，15.第一阀门，16.第五阀门，17.第十九阀门，18.第九减压阀，19.第十三阀门，20.第六减压阀，21.第二十五阀门，22.第三阀门，23.第六阀门，24.第二十阀门，25.第二减压阀，26.压缩机，27.第三减压阀，28.第七减压阀，29.第十四阀门，30.第十减压阀，31.第二十六阀门，32.第七阀门，33.第二十一阀门，34.第四阀门，35.第五减压阀，36.第十五阀门，37.第十一减压阀，38.第二十七阀门，39.第八阀门，40.第二阀门，41.第二十二阀门，42.二氧化碳浓度检测仪，43.第二十八阀门，44.第二十三阀门，45.第二十九阀门，46.第二泵，47.第十六阀门，48.第十七阀门，49.第十八阀门，50.第九阀门，51.第十阀门，52.第十一阀门，53.第一泵，101.喷淋装置，102.二氧化碳出口，103.H2出口，104.支撑格栅，105.浮动丝网，106.瓷球，107.多空隙硅胶结构吸收床，108.加热盘管，109.气体入口，110.热水进口，111.热水出口。
具体实施方式
一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置，包括第一冷凝器9、压缩机26、第一吸收再生塔1，第二吸收再生塔2，第三吸收再生塔3和第四吸收再生塔4；所述第一冷凝器9一端通过第一管线连接混合器进气口，所述第一管线上设置第一减压阀11，所述第一冷凝器9另一端通过第二管线连接压缩机26，所述压缩机26依次通过第三管线、第四管线和第五管线与第一吸收再生塔1底部相连，所述第四管线上设置第二减压阀25，所述第五管线上设置第一阀门15，所述压缩机26依次通过第三管线、第六管线和第七管线与第四吸收再生塔4底部相连，所述第六管线上设置第三减压阀27，所述第七管线上设置第二阀门40；所述第一吸收再生塔1上端通过第八管线与第二吸收再生塔2下端相连，所述第八管线上设置第四减压阀14和第三阀门22，所述第四吸收再生塔4上端通过第九管线与第三吸收再生塔3下端相连，所述第九管线上设置第五减压阀35和第四阀门34；所述第一吸收再生塔1、第二吸收再生塔2、第三吸收再生塔3和第四吸收再生塔4的底端分别通过第十管线、第十一管线、第十二管线、第十三管线与第十四管线相连，所述第十管线、第十一管线、第十二管线和第十三管线上分别设置第五阀门16、第六阀门23、第七阀门32和第八阀门39，所述第十四管线的一端与立式沉降罐7的上端相连，所述第十四管线的一端上设置第九阀门50；所述立式沉降罐7的下端通过第十五管线与第二冷凝器8相连，所述第十五管线上设置第十阀门51；所述第二冷凝器8通过第十六管线和第十七管线与第一吸收再生塔1上端相连，所述第二冷凝器8通过第十六管线和第十八管线与第二吸收再生塔2上端相连，所述第二冷凝器8通过第十六管线和第十九管线与第三吸收再生塔3上端相连，所述第二冷凝器8通过第十六管线和第二十管线与第四吸收再生塔4上端相连，所述第十六管线上设置第一泵53和第十一阀门52，所述第十七管线上设置第十二阀门13，所述第十八管线上设置第十三阀门19，所述第十九管线上设置第十四阀门29，所述第二十管线上设置第十五阀门36；所述第二吸收再生塔2和第三吸收再生塔3上端分别通过第二十一管线和第二十二管线与第二十三管线相连，所述第二十一管线上设置第六减压阀20，所述第二十二管线上设置第七减压阀28，所述第二十三管线的一端与卧式两相分离器6相连，所述第二十三管线的一端设置二氧化碳浓度检测仪42和第十六阀门47，所述卧式两相分离器6的上端通过第二十四管线连接富氢气出口，所述第二十四管线上设置第十七阀门48；所述卧式两相分离器6的下端通过第二十五管线与立式沉降罐7的上端相连，所述第二十五管线上设置第十八阀门49；所述第一吸收再生塔1、第二吸收再生塔2、第三吸收再生塔3和第四吸收再生塔4的分别通过第二十六管线、第二十七管线、第二十八管线和第二十九管线与第三十管线相连，所述第二十六管线、第二十七管线、第二十八管线和第二十九管线上分别设置第十九阀门17、第二十阀门24、第二十一阀门33和第二十二阀门41，所述第三十管线的一端与加热炉5相连，所述第三十管线的一端设置第二十三阀门44；所述加热炉5通过第三十一管线和第三十二管线与第一吸收再生塔1相连，所述第三十二管线上设置第二十四阀门10，所述加热炉5通过第三十一管线和第三十三管线与第二吸收再生塔2相连，所述第三十三管线上设置第二十五阀门21，所述加热炉5通过第三十一管线和第三十四管线与第三吸收再生塔3相连，所述第三十四管线上设置第二十六阀门31，所述加热炉5通过第三十一管线和第三十五管线与第四吸收再生塔4相连，所述第三十五管线上设置第二十七阀门38，所述第三十一管线上设置第二十八阀门43、第二十九阀门45和第二泵46；所述第一吸收再生塔1、第二吸收再生塔2、第三吸收再生塔3和第四吸收再生塔4的上端分别通过第三十二管线、第三十三管线、第三十四管线和第三十五管线与第三十六管线相连，所述第三十六管线连接富二氧化碳出口，所述第三十二管线上设置第八减压阀12，所述第三十三管线上设置第九减压阀18，所述第三十四管线上设置第十减压阀30，所述第三十五管线上设置第十一减压阀37。
所述第一吸收再生塔1，第二吸收再生塔2，第三吸收再生塔3和第四吸收再生塔4的结构相同，吸收再生塔的塔顶内部设置有喷淋装置101，所述喷淋装置101通过管道与吸收再生塔外部的立式沉降罐7相连，所述吸收再生塔的上部分别设置二氧化碳出口102和H2出口103，所述二氧化碳出口102通过管线与富二氧化碳出口相连，所述H2出口103通过管线与卧式两相分离器6相连；所述吸收再生塔的塔内中部设置两个支撑格栅104，所述支撑格栅上面由下至上分别设置浮动丝网105和若干瓷球106，所述两个支撑格栅之间设置含四氢呋喃的多空隙硅胶结构吸收床107，所述多空隙硅胶结构吸收床为工作温度为2℃，压力为1MPa，含四氢呋喃的体积分数为4.35％；所述吸收再生塔的下部设置加热盘管108，所述加热盘管108的两端分别设置热水进口110与热水出口111，所述热水进口110与热水出口111均通过管线与加热炉5相连接，所述加热盘在吸收再生塔内成S型盘绕，所述吸收再生塔的底部设置通过管线设置气体入口109，所述吸收再生塔的底部通过管道与吸收再生塔外部的立式沉降罐7相连。
本发明还公开了一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获方法，包括以下步骤：
(1)在第一吸收再生塔1、第二吸收再生塔2、第三吸收再生塔3和第四吸收再生塔4内均放置设定量的四氢呋喃水溶液。
(2)依次开启第一减压阀11、第一冷凝器9、压缩机26、第二减压阀25、第一阀门15、第四减压阀14和第三阀门22，使混合气体从塔底以鼓泡的形式进入吸收再生塔，并调整第一吸收再生塔1和第二吸收再生塔2的塔内气体压力为1MPa及温度为2℃。
(3)依次开启第十阀门51、第二冷凝器8、第十二阀门13、第十三阀门19和第一泵53，并开启第十一阀门52，将立式沉降罐7的四氢呋喃水溶液冷却到2℃，通过喷淋装置101，以喷雾的形式泵入第一吸收再生塔1和第二吸收再生塔2中。
(4)打开第六减压阀20、第十六阀门47和第十七阀门48，使气体进入卧式两相分离器6，分离出的H2通过富氢气出口排出，用于发电，当卧式两相分离器6中的的四氢呋喃水溶液积累到设定液位高度后，打开第十八阀门49，使卧式两相分离器6中的四氢呋喃水溶液进入立式沉降罐7，调整第二减压阀25的开度，使塔内的气体压力维持在1MPa。此时，通过第六减压阀20释放出的气体为携带少量溶液的高浓度的H2气体。
(5)当第二十三管线上的二氧化碳浓度检测仪42显示二氧化碳的浓度大大升高的时候，关闭第二减压阀25，打开第三减压阀27，依次关闭第一阀门15、第十二阀门13、第十三阀门19、第六减压阀20，依次打开第二十四阀门10、第十九阀门17、第二十五阀门21、第二十阀门24、第二十八阀门43、第二十三阀门44，启动加热炉5，开启第二泵46，缓慢打开第二十九阀门45，使用加热炉5对第一吸收再生塔1和第二吸收再生塔2加热再生，同时打开第八减压阀12和第九减压阀18，使富含二氧化碳的气体流至富二氧化碳出口。
(6)当第一吸收再生塔1和第二吸收再生塔2处于加热再生流程时，关闭第二减压阀25，同时开启第三减压阀27，依次开启第二阀门40、第五减压阀35、第四阀门34，使混合气体从塔底以鼓泡的形式进入第三吸收再生塔3和第四吸收再生塔4，并调整第三吸收再生塔3和第四吸收再生塔4的塔内气体压力为1MPa及温度为2℃。
(7)关闭第十二阀门13、第十三阀门19的同时，开启第十四阀门29和第十五阀门36，将立式沉降罐7的四氢呋喃水溶液冷却到2℃，通过喷淋装置101，以喷雾的形式泵入第三吸收再生塔3和第四吸收再生塔4中。
(8)打开第七减压阀28、第十六阀门47和第十七阀门48，使气体进入卧式两相分离器6，分离出的H2通过富氢气出口排出，用于发电，当卧式两相分离器6中的四氢呋喃水溶液积累到设定液位高度后，打开第十八阀门49，使卧式两相分离器6中的四氢呋喃水溶液进入立式沉降罐7，调节第三减压阀27的开度，使塔内的气体压力维持在1MPa。此时，通过第七减压阀28释放出的气体为携带少量溶液的高浓度的H2气体。
(9)当第二十三管线上的二氧化碳浓度检测仪42显示二氧化碳的浓度大大升高的时候，依次关闭第七减压阀28，第三减压阀27，第十四阀门29，第十五阀门36，第二十四阀门10，第十九阀门17，第二十五阀门21，第二十阀门24，依次打开第二减压阀25，第二十六阀门31，第二十一阀门33，第二十七阀门38，第二十二阀门41，第十二阀门13，第十三阀门19，第六减压阀20，启动加热炉5，开启第二泵46，使用加热炉5对第三吸收再生塔3和第四吸收再生塔4加热再生，同时打开第十减压阀30和第十一减压阀37，使富含二氧化碳的气体流至富二氧化碳出口。
(10)当第一吸收再生塔1和第二吸收再生塔2的再生流程结束后，打开第五阀门16、第六阀门23和第九阀门50，使第一吸收再生塔1和第二吸收再生塔2内的四氢呋喃水溶液流入立式沉降罐7中，重复步骤(3)，实现四氢呋喃水溶液的循环利用。
(11)当第三吸收再生塔3和第四吸收再生塔4的再生流程结束后，打开第七阀门32、第八阀门39和第九阀门50，使第三吸收再生塔3和第四吸收再生塔4内的四氢呋喃水溶液流入立式沉降罐7中，重复步骤(7)，实现四氢呋喃水溶液的循环利用。
所述立式沉降罐7中的四氢呋喃水溶液的体积分数维持在4.35％，从而保证设备高效的运行。
本发明捕获二氧化碳的装置，是通过水合物结晶法实现的，再生和吸收交替进行从而保证生产上的连续性。为了增加混合气体处理量，方便安装与维修，再生吸收塔是由两个串联的塔组合在一起，塔内床层为多孔隙的硅胶结构用以增大接触面积，体积分数为4.35％的四氢呋喃水溶液通过塔顶内部的喷淋装置以喷雾的形式进入塔内，混合气由塔底以鼓泡的形式进入塔内，从而提高水合物生成速率和转化效率。当吸收饱和时，切换再生流程，再生时打开塔上的减压阀使塔内压力降低，同时通过加热炉使塔内温度升高，提高水合物的分解速度。再生时水合物颗粒结构崩解，打开相关的阀门使四氢呋喃水溶液进入立式沉降罐，再泵入吸收塔内从而实现了四氢呋喃水溶液的循环利用。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置，其特征在于，包括依次串联的第一吸收再生塔、第二吸收再生塔，依次串联的第三吸收再生塔、第四吸收再生塔，所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的顶部设置有气体泄放管线，其与富二氧化碳出口连接，所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的顶部设置溶液入口管线，并与立式沉降罐相连接，所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的底部的液相出口与立式沉降罐连接，所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔顶部的气相出口与卧式两相分离器相连接，所述卧式两相分离器与立式沉降罐相连接，所述卧式两相分离器与富H2出口管线相连接。
2.如权利要求1所述的一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置，其特征在于，包括第一冷凝器、压缩机、第一吸收再生塔，第二吸收再生塔，第三吸收再生塔和第四吸收再生塔；所述第一冷凝器一端通过第一管线连接混合器进气口，所述第一管线上设置第一减压阀，所述第一冷凝器另一端通过第二管线连接压缩机，所述压缩机依次通过第三管线、第四管线和第五管线与第一吸收再生塔底部相连，所述第四管线上设置第二减压阀，所述第五管线上设置第一阀门，所述压缩机依次通过第三管线、第六管线和第七管线与第四吸收再生塔底部相连，所述第六管线上设置第三减压阀，所述第七管线上设置第二阀门；所述第一吸收再生塔上端通过第八管线与第二吸收再生塔下端相连，所述第八管线上设置第四减压阀和第三阀门，所述第四吸收再生塔上端通过第九管线与第三吸收再生塔下端相连，所述第九管线上设置第五减压阀和第四阀门；所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的底端分别通过第十管线、第十一管线、第十二管线、第十三管线与第十四管线相连，所述第十管线、第十一管线、第十二管线和第十三管线上分别设置第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门，所述第十四管线的一端与立式沉降罐的上端相连，所述第十四管线的一端上设置第九阀门；所述立式沉降罐的下端通过第十五管线与第二冷凝器相连，所述第十五管线上设置第十阀门；所述第二冷凝器8通过第十六管线和第十七管线与第一吸收再生塔上端相连，所述第二冷凝器通过第十六管线和第十八管线与第二吸收再生塔上端相连，所述第二冷凝器通过第十六管线和第十九管线与第三吸收再生塔上端相连，所述第二冷凝器通过第十六管线和第二十管线与第四吸收再生塔上端相连，所述第十六管线上设置第一泵和第十一阀门，所述第十七管线上设置第十二阀门，所述第十八管线上设置第十三阀门，所述第十九管线上设置第十四阀门，所述第二十管线上设置第十五阀门；所述第二吸收再生塔和第三吸收再生塔上端分别通过第二十一管线和第二十二管线与第二十三管线相连，所述第二十一管线上设置第六减压阀，所述第二十二管线上设置第七减压阀，所述第二十三管线的一端与卧式两相分离器相连，所述第二十三管线的一端设置二氧化碳浓度检测仪和第十六阀门，所述卧式两相分离器的上端通过第二十四管线连接富氢气出口，所述第二十四管线上设置第十七阀门；所述卧式两相分离器的下端通过第二十五管线与立式沉降罐的上端相连，所述第二十五管线上设置第十八阀门；所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的分别通过第二十六管线、第二十七管线、第二十八管线和第二十九管线与第三十管线相连，所述第二十六管线、第二十七管线、第二十八管线和第二十九管线上分别设置第十九阀门、第二十阀门、第二十一阀门和第二十二阀门，所述第三十管线的一端与加热炉相连，所述第三十管线的一端设置第二十三阀门；所述加热炉通过第三十一管线和第三十二管线与第一吸收再生塔相连，所述第三十二管线上设置第二十四阀门，所述加热炉通过第三十一管线和第三十三管线与第二吸收再生塔相连，所述第三十三管线上设置第二十五阀门，所述加热炉通过第三十一管线和第三十四管线与第三吸收再生塔相连，所述第三十四管线上设置第二十六阀门，所述加热炉通过第三十一管线和第三十五管线与第四吸收再生塔相连，所述第三十五管线上设置第二十七阀门，所述第三十一管线上设置第二十八阀门、第二十九阀门和第二泵；所述第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的上端分别通过第三十二管线、第三十三管线、第三十四管线和第三十五管线与第三十六管线相连，所述第三十六管线连接富二氧化碳出口，所述第三十二管线上设置第八减压阀，所述第三十三管线上设置第九减压阀，所述第三十四管线上设置第十减压阀，所述第三十五管线上设置第十一减压阀。
3.如权利要求1或2任一项所述的一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置，其特征在于，所述第一吸收再生塔，第二吸收再生塔，第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的结构相同，吸收再生塔的塔顶内部设置有喷淋装置，所述喷淋装置通过管道与吸收再生塔外部的立式沉降罐相连，所述吸收再生塔的上部分别设置二氧化碳出口和H2出口，所述二氧化碳出口通过管线与富二氧化碳出口相连，所述H2出口通过管线与卧式两相分离器相连；所述吸收再生塔的塔内中部设置两个支撑格栅，所述支撑格栅上面由下至上分别设置浮动丝网和若干瓷球，所述两个支撑格栅之间设置多空隙硅胶结构吸收床，所述吸收再生塔的下部设置加热盘管，所述吸收再生塔的底部设置通过管线设置气体入口，所述吸收再生塔的底部通过管道与吸收再生塔外部的立式沉降罐相连。
4.如权利要求3所述的一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置，其特征在于，所述多空隙硅胶结构吸收床为工作温度为2℃，压力为1MPa，含四氢呋喃的体积分数为4.35％。
5.如权利要求3所述的一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获装置，其特征在于，所述加热盘管的两端分别设置热水进口与热水出口，所述热水进口与热水出口均通过管线与加热炉相连接，所述加热盘在吸收再生塔内成S型盘绕。
6.如权利要求2所述的二氧化碳捕获装置的捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔和第四吸收再生塔内均放置设定量的四氢呋喃水溶液；
(2)依次开启第一减压阀、第一冷凝器、压缩机、第二减压阀、第一阀门、第四减压阀和第三阀门，使混合气体进入吸收再生塔，并调整第一吸收再生塔和第二吸收再生塔的塔内气体压力及温度至设定值；
(3)依次开启第十阀门、第二冷凝器、第十二阀门、第十三阀门和第一泵，并开启第十一阀门，将立式沉降罐的四氢呋喃水溶液冷却到设定温度后，通过喷淋装置，泵入第一吸收再生塔和第二吸收再生塔中；
(4)打开第六减压阀、第十六阀门和第十七阀门，使气体进入卧式两相分离器，分离出的H2通过富氢气出口排出，用于发电，当卧式两相分离器中的的四氢呋喃水溶液积累到设定液位高度后，打开第十八阀门，使卧式两相分离器中的四氢呋喃水溶液进入立式沉降罐，调整第二减压阀的开度，使塔内的气体压力维持在设定值；
(5)当第二十三管线上的二氧化碳浓度检测仪显示二氧化碳的浓度大大升高的时候，关闭第二减压阀，打开第三减压阀，依次关闭第一阀门、第十二阀门、第十三阀门、第六减压阀，依次打开第二十四阀门、第十九阀门、第二十五阀门、第二十阀门、第二十八阀门、第二十三阀门，启动加热炉，开启第二泵，缓慢打开第二十九阀门，使用加热炉对第一吸收再生塔和第二吸收再生塔加热再生，同时打开第八减压阀和第九减压阀，使富含二氧化碳的气体流至富二氧化碳出口；
(6)当第一吸收再生塔和第二吸收再生塔处于加热再生流程时，关闭第二减压阀，同时开启第三减压阀，依次开启第二阀门、第五减压阀、第四阀门，使混合气体进入第三吸收再生塔和第四吸收再生塔，并调整第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的塔内气体压力及温度至设定值；
(7)关闭第十二阀门、第十三阀门的同时，开启第十四阀门和第十五阀门，将立式沉降罐的四氢呋喃水溶液冷却到设定温度后，通过喷淋装置，泵入第三吸收再生塔和第四吸收再生塔中；
(8)打开第七减压阀、第十六阀门和第十七阀门，使气体进入卧式两相分离器，分离出的H2通过富氢气出口排出，当卧式两相分离器中的四氢呋喃水溶液积累到设定液位高度后，打开第十八阀门，使卧式两相分离器中的四氢呋喃水溶液进入立式沉降罐，调节第三减压阀的开度，使塔内的气体压力维持在设定值；
(9)当第二十三管线上的二氧化碳浓度检测仪显示二氧化碳的浓度大大升高的时候，依次关闭第七减压阀，第三减压阀，第十四阀门，第十五阀门，第二十四阀门，第十九阀门，第二十五阀门，第二十阀门，依次打开第二减压阀，第二十六阀门，第二十一阀门，第二十七阀门，第二十二阀门，第十二阀门，第十三阀门，第六减压阀，启动加热炉，开启第二泵，使用加热炉对第三吸收再生塔和第四吸收再生塔加热再生，同时打开第十减压阀和第十一减压阀，使富含二氧化碳的气体流至富二氧化碳出口；
(10)当第一吸收再生塔和第二吸收再生塔的再生流程结束后，打开第五阀门、第六阀门和第九阀门，使第一吸收再生塔和第二吸收再生塔内的四氢呋喃水溶液流入立式沉降罐中，重复步骤(3)，实现四氢呋喃水溶液的循环利用；
(11)当第三吸收再生塔和第四吸收再生塔的再生流程结束后，打开第七阀门、第八阀门和第九阀门，使第三吸收再生塔和第四吸收再生塔内的四氢呋喃水溶液流入立式沉降罐中，重复步骤(7)，实现四氢呋喃水溶液的循环利用。
7.如权利要求5所述的一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(6)中，第一吸收再生塔、第二吸收再生塔、第三吸收再生塔、第四吸收再生塔的塔内气体压力设定值为1MPa，温度设定值为2℃。
8.如权利要求5所述的一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获方法，其特征在于，所述步骤(3)和步骤(7)中，立式沉降罐的四氢呋喃水溶液冷却到设定温度为2℃。
9.如权利要求5所述的一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获方法，其特征在于，所述步骤(4)和步骤(8)中，塔内的气体压力维持在1MPa。
10.如权利要求5所述的一种适用于煤气化燃烧前的二氧化碳捕获方法，其特征在于，所述立式沉降罐7中的四氢呋喃水溶液的体积分数维持在4.35％。
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