CN106390690B - 二氧化碳回收系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，二氧化碳回收系统包括被配置用于使包含二氧化碳的处理目标气体与吸收液相接触并且排出吸收了二氧化碳的吸收液的吸收塔。该系统还包括被配置用于使从吸收塔排出的吸收液散逸二氧化碳并且排出散逸了二氧化碳的吸收液的再生塔。该系统还包括被配置用于将处理目标气体引入到吸收塔内的处理目标气体管线，被配置用于将二氧化碳浓度高于处理目标气体中的二氧化碳浓度的第一气体引入到处理目标气体管线内的第一引入模块，和被配置用于将二氧化碳浓度低于处理目标气体中的二氧化碳浓度的第二气体引入到处理目标气体管线内的第二引入模块。

Description

二氧化碳回收系统及其操作方法
本申请是申请日为2014年04月03日、申请号为201410133615.1、发明名称为“二氧化碳回收系统及其操作方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
这里描述的实施例涉及二氧化碳回收系统及其操作方法。
背景技术
近年来，作为全球变暖问题的有效措施，二氧化碳回收和存储(CCS)技术已受到关注。例如，对通过利用吸收液从热电站或铁工厂的燃烧锅炉等产生的过程排气(处理目标气体)中回收二氧化碳的二氧化碳回收系统进行研究。
在这种二氧化碳回收系统中，当由于热电站或铁工厂的操作变化而产生锅炉的载荷变化或空气或燃料的供应量变化时，被供应的过程排气的二氧化碳浓度和气体流速快速变化。然而，传统的二氧化碳回收系统不能通过改变二氧化碳回收系统的过程条件来应对这些快速变化。因此，二氧化碳回收系统变得不稳定并且产生异常热量。
另外，希望这种二氧化碳回收系统快速启动到额定工作点。然而，当二氧化碳回收系统的工作条件被设定为高效时，吸收液的循环流速很低并且每单位时间被投入到再沸器内的热量很少。因此，二氧化碳回收系统需要很长时间才能启动。
此外，对于排放大量过程排气的厂站(plant)来说，二氧化碳回收系统盛装着大量吸收液。因此，吸收液在二氧化碳回收系统内的循环需要很长时间。因此，当二氧化碳回收系统的工作处于不稳定状态时，需要很长时间从不稳定状态变化到稳定状态。此外，当二氧化碳回收系统的工作条件连同燃烧锅炉载荷等的变化一起变化时，也需要很长时间才能将二氧化碳回收系统的运转从不稳定状态变化到稳定状态。
附图说明
图1是示意出第一实施例的二氧化碳回收系统的结构的示意图；
图2是示意出第二实施例的二氧化碳回收系统的结构的示意图；
图3是示意出第三实施例的二氧化碳回收系统的结构的示意图；
图4是描述操作第三实施例的二氧化碳回收系统的方法的图示；以及
图5是示意出第四实施例的二氧化碳回收系统的结构的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图解释实施例。
在一个实施例中，二氧化碳回收系统包括吸收塔，其被配置用于使包含二氧化碳的处理目标气体与用于吸收二氧化碳的吸收液接触，并且排出吸收了二氧化碳的吸收液和包含已经去除了二氧化碳的处理目标气体的吸收塔排气。该系统还包括再生塔，其被配置用于使从吸收塔排出的吸收液散逸二氧化碳，并且排出已经散逸了二氧化碳的吸收液和包含二氧化碳的再生塔排气。该系统还包括处理目标气体管线，其被配置用于将处理目标气体引入到吸收塔内。该系统还包括第一引入模块，其被配置用于将其二氧化碳浓度比处理目标气体高的第一气体引入到处理目标气体管线内。该系统还包括第二引入模块，其被配置用于将二氧化碳浓度比处理目标气体低的第二气体引入到处理目标气体管线内。
(第一实施例)
图1是示意出第一实施例的二氧化碳回收系统的结构的示意图。
图1的二氧化碳回收系统包括吸收塔11、作为处理目标气体管线的例子的过程排气管线12、鼓风机13、富液泵14、再生热交换器15、再生塔16、再沸器17、贫液泵18和冷却器19。
吸收塔11例如被构造成逆流型气液接触设备。吸收塔11从其下部分引入包含二氧化碳的过程排气1，并且从其上部分引入用于吸收二氧化碳的吸收液(贫液)2。
然后，吸收塔11使过程排气1与吸收液2气液接触，从其下部分排出吸收了二氧化碳的吸收液(富液)2，并且从其上部分排出包含去除了二氧化碳的过程排气1的吸收塔排气3。
本实施例的吸收塔11具有其中设置了一层或多层填料(filler)或托架(tray)以有效地进行气液接触的结构。
过程排气1被通过过程排气管线12引入吸收塔11内。此时，过程排气1被过程排气管线12上的鼓风机13加压至任意压力。过程排气1是本公开的处理目标气体的例子。例如，过程排气1被从热电站或铁工厂供应。
例如，吸收液2包括诸如一乙醇胺或二乙醇胺的胺基水溶液、碱性水溶液、离子溶液或其水溶液，但吸收液2不被限制于这些液体。
从吸收塔11排出的吸收液2被富液泵14通过再生热交换器15传递至再生塔16。此时，从吸收塔11前往再生塔16的吸收液2在再生热交换器15内通过热交换而被加热。
再生塔16加热被引入的吸收液2，从而使吸收液2的大部分二氧化碳与蒸汽一起散逸，并且从吸收液2中分离二氧化碳。再生塔16例如被构造成逆流型气液接触设备。再生塔16通过在再沸器17中产生的作为外部供热的高温蒸汽和吸收液2之间进行交换热来加热吸收液2。
然后，再生塔16从其上部分排出包含所散逸的二氧化碳和蒸汽的再生塔排气4，并且从其下部分排出已经散逸了二氧化碳的吸收液(贫液)2。
本实施例的再生塔16具有其中设置了一层或多层填料或托架以有效地进行气液接触的结构。
从再生塔16排出的吸收液2被贫液泵18通过再生热交换器15和冷却器19返回到吸收塔11。此时，从再生塔16前往吸收塔11的吸收液2在再生热交换器15中通过热交换并且在冷却器19中通过冷却作用进行冷却。
已经从再生塔16排出的再生塔排气4的随后处理过程依照使用目的而不同，但通常，该排气中的水分被通过冷却而凝缩并且被除去。之后，已经去除了水分的再生塔排气4依照使用目的被压缩泵转变为诸如超临界状态和液体状态的状态，并且通过储罐、卡车、管线和类似方法进行存储和运输。
图1的二氧化碳回收系统还包括测量仪器21、控制器22、再生塔排气阀23、供气模块24和供气阀25。
测量仪器21监测流经过程排气管线12的过程排气1的二氧化碳浓度或/或气体流速。在图1中，测量仪器21测量在鼓风机13和吸收塔11之间流动的过程排气1的二氧化碳浓度或/或气体流速。
控制器22根据测量仪器21测量的值(二氧化碳浓度或/或气体流速)控制再生塔排气阀23的打开、供气模块24的动作和供气阀25的打开。
例如，控制器22打开再生塔排气阀23，从而将来自再生塔16的再生塔排气4引入过程排气管线12内，并且能够将再生塔排气4混合到过程排气1内。此时，控制器22调节再生塔排气阀23的打开和打开时间(open period)，并且因此能够控制被引入的再生塔排气4的量。再生塔排气阀23和再生塔16是本公开的第一引入模块的例子。另外，再生塔排气4是二氧化碳浓度比处理目标气体高的第一气体的例子。
另外，控制器22打开供气阀25，从而将来自供气模块24的供应气体5引入过程排气管线12内，并且能够将供应气体5混合到过程排气1内。此时，控制器22调节供气阀25的打开和打开时间，并且因此能够控制被引入的供应气体5的量。供气阀25和供气模块24是本公开的第二引入模块的例子。另外，供应气体5是二氧化碳浓度比处理目标气体低的第二气体的例子。
供应气体5例如是空气、惰性气体或通过混合空气与惰性气体而到的混合气体。惰性气体的例子包括氮气、氦气和氩气。
(1)过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速的控制
随后，参考图1，下面描述过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速的控制。
过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速依附于排出源的锅炉(boiler)的工作状态，但是如果锅炉在稳定状态下操作，则显示稳定行为(stable behavior)。然而，如果锅炉的载荷有变化、被供应的空气的量和被供应的燃料的量有变化，以及吹灰(soot blow)有剧烈快速变化以及类似情况，过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速快速升高或降低。
传统的二氧化碳回收系统可以通过鼓风机的设置、调节阀的调节以及类似措施减少引入到系统的气体的量来应对气体流速的升高，但不能通过二氧化碳回收系统一方应对二氧化碳浓度的升高或降低或气体流速的降低。
在传统的二氧化碳回收系统中，当二氧化碳浓度的急速升高和降低以及气体流速的急速降低已经发生时，需要很长时间厂站才能稳定下来，即使二氧化碳回收系统响应于所发生的事情而快速变化过程条件。
由此，异常行为发生，比如，其中二氧化碳散逸和散逸停止在再生塔中重复进行的震荡现象，这源自吸收塔的异常加热、吸收塔或再生塔中液体水平的急速变化、再生塔中压力的急速变化和/或类似情况，并且二氧化碳回收系统可能落入不可控状态中。另外，所述过程条件的快速变化同样也可能是诱发诸如震荡的异常行为的原因。
然后，本实施例的二氧化碳回收系统感测到过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速已经变化到被任意设置的容许范围之外，并且将再生塔排气4和供应气体5引入到过程排气管线12内。此时，本实施例的二氧化碳回收系统调节再生塔排气阀23和供气阀25的打开和打开时间，使过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速返回到容许范围并且被保持在此范围内。这样，在本实施例中，即使在过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速快速变化时，二氧化碳回收系统仍可以继续稳定工作。
特别地，当测量仪器21感测到过程排气1的二氧化碳浓度低于浓度容许范围下限时，控制器22使再生塔排气阀23打开。这样，再生塔排气4被引入到过程排气管线12内并且与过程排气1混合，并且因此过程排气1的二氧化碳浓度升高。
另一方面，当测量仪器21感测到过程排气1的二氧化碳浓度高于浓度容许范围上限时，控制器22使供气阀25打开。这样，供应气体5被引入到过程排气管线12内并且与过程排气1混合，并且因此过程排气1的二氧化碳浓度降低。
另外，当测量仪器21感测到过程排气1的气体流速低于流速容许范围下限时，控制器22使再生塔排气阀23和供气阀25都打开。这样，再生塔排气4和供应气体5被引入到过程排气管线12内并且与过程排气1混合，并且因此过程排气1的气体流速升高。
此时，再生塔排气4和供应气体5的引入量之间的比被设置为使得与这些气体混合的过程排气1的二氧化碳浓度落在浓度的容许范围内。这样，在本实施例中，过程排气1的气体流速可以被升高，同时过程排气1的二氧化碳浓度不会大大改变。再生塔排气4和供应气体5的引入量之间的比可以通过前面已经准备的功能进行设置，例如。
之后，在过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速的变化已经安稳并且变成稳定状态的阶段中，控制器22温和地改变二氧化碳回收系统的各条件至适应该时刻的状态的条件。这样，在本实施例中，在诸如二氧化碳回收系统的热产生和震荡的异常行为得到抑制的同时，该系统的稳定工作可以是继续的。
(2)再生塔排气4和供应气体5的细节
随后，参考图1，下面将详细描述再生塔排气4和供应气体5。
在本实施例中，在任何阶段中，被引入到过程排气管线12内的再生塔排气4可以是气体。例如，再生塔排气4可以是诸如水分的杂质被去除之前或杂质被去除之后的气体，可以是从超临界状态或液体状态返回到气体的气体，或者可以是通过储罐、卡车、吸附剂和类似存储之前的气体，或者可以是已经那样存储过的气体。
另外，在本实施例中，再生塔排气4被用作用于升高过程排气1的二氧化碳浓度的气体，但二氧化碳浓度比过程排气1高的其它气体也可以使用。在这种情况下，此气体可以被从气弹、储罐、来自二氧化碳回收系统外面的气体管线以及类似设备供应。
类似地，本实施例的供应气体5可通过任何方法引入到过程排气管线12内。供应气体5可以被从气弹、储罐、来自二氧化碳回收系统外面的气体管线以及类似设备引入。
供应气体5的例子包括包含任意浓度惰性气体的气体。在这种情况下，只要供应气体5中的气体成分和惰性气体浓度是当供应气体5与过程排气1混合时能够在容许范围内调节过程排气1的二氧化碳浓度的成分和浓度，任何成分和浓度都可以使用。供应气体5的另一个例子包括空气。
当惰性气体用作供应气体5时，具有可以抑制气体管道及类似设备腐蚀的优势。另外，当空气用作供应气体5时，具有可以便宜地制备供应气体5的优势。本实施例的供应气体5可包含二氧化碳，只要二氧化碳浓度低于过程排气1的二氧化碳浓度。
如上所描述的，本实施例的二氧化碳回收系统包括将二氧化碳浓度高于气体1的二氧化碳浓度的第一气体(再生塔排气4，例如)引入处理目标气体的管线12内的第一引入模块，和将二氧化碳浓度低于气体1的二氧化碳浓度的第二气体(供应气体5，例如)引入处理目标气体的管线12的第二引入模块。
因此，根据本实施例，使二氧化碳回收系统的稳定工作连续变得可能，即使在将被处理的气体1的二氧化碳浓度和气体流速快速变化时。
(第二实施例)
图2是示意出第二实施例的二氧化碳回收系统的结构的示意图。
图2的二氧化碳回收系统包括测量吸收塔排气3的二氧化碳浓度的测量仪器31，和用于吸收塔排气的阀32，其将通过其的吸收塔排气3引入到过程排气管线12内，来代替图1中示意出的供气模块24和供气阀25。用于吸收塔排气的阀32以及吸收塔11是本公开第二引入模块的例子。另外，吸收塔排气3是其中二氧化碳浓度比处理目标气体的二氧化碳浓度低的第二气体的例子。
在下面的描述中，为了彼此区分测量仪器21和测量仪器31，测量仪器21被称为第一测量仪器，并且测量仪器31被称为第二测量仪器。
本实施例的二氧化碳回收系统感测到过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速变化到被随意设置的容许范围之外，并且然后将再生塔排气4和吸收塔排气3引入到过程排气管线12内。此时，本实施例的二氧化碳回收系统调节再生塔排气阀23和用于吸收塔排气的阀32的打开和打开时间，使过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速返回到容许范围并且保持在此范围内。
特别地，当第一测量仪器21感测到过程排气1的二氧化碳浓度低于浓度容许范围下限时，控制器22将再生塔排气阀23打开。这样，再生塔排气4被引入到过程排气管线12内并且被与过程排气1混合，并且因此，过程排气1的二氧化碳浓度升高。
另一方面，当第一测量仪器21感测到过程排气1的二氧化碳浓度高于浓度容许范围上限时，控制器22将用于吸收塔排气的阀32打开。这样，吸收塔排气3被引入到过程排气管线12内并且被与过程排气1混合，并且因此，过程排气1的二氧化碳浓度降低。
此时，吸收塔排气3的二氧化碳浓度依赖于吸收塔11中的二氧化碳吸收效率而变化成为问题。因此，在本实施例中，为了确定将被引入的吸收塔排气3的量，第二测量仪器31测量吸收塔排气3的二氧化碳浓度。
在本实施例中，浓度的测量值被反馈到控制器22，并且如此将被引入的吸收塔排气3的量被确定。具体地，当浓度的测量值高时，引入量被减少，并且当浓度的测量值低时，引入量被增加。
另外，当第一测量仪器21感测到过程排气1的气体流速低于流速容许范围下限时，控制器22使再生塔排气阀23和用于吸收塔排气的阀32都打开。这样，再生塔排气4和吸收塔排气3被引入到过程排气管线12内并且与过程排气1混合，并且因此过程排气1的气体流速升高。
此时，再生塔排气4和吸收塔排气3的引入量之间的比被确定为使与这些气体混合的过程排气1的二氧化碳浓度落在浓度的容许范围内。此方法类似于第一实施例。然而，在本实施例中，同样在确定这些引入量之间的比时，由第二测量仪器31测量的吸收塔排气3的二氧化碳浓度被与由第一测量仪器21测量的值一起使用。
之后，在过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速的变化已经安稳并且变成稳定状态的阶段中，控制器22温和地改变二氧化碳回收系统的各条件至适应该时刻的状态的条件。这样，在本实施例中以与第一实施例中类似的方式，在诸如二氧化碳回收系统的热产生和震荡的异常行为的发生得到抑制的同时，该系统的稳定工作可以是继续的。
如上所描述的，本实施例的二氧化碳回收系统包括将再生塔排气4引入处理目标气体的管线12内的第一引入模块，和将吸收塔排气3引入处理目标气体的管线12内的第二引入模块。
因此，根据本实施例，以与第一实施例中类似的方式，使二氧化碳回收系统的稳定工作连续变得可能，即使在将被处理的气体1的二氧化碳浓度和气体流速快速变化时。
当吸收塔排气3和再生塔排气4用作被引入到处理目标气体的管线12内的气体时，具有被引入的气体可以便宜地制备的优势，类似于空气被用作供应气体5的情况。
(第一和第二实施例的变型)
下面描述第一和第二实施例的变型。
第一和第二实施例的第一测量仪器21在鼓风机13和吸收塔11之间的一点处测量过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速。然而，如果控制器22可以在气体被引入吸收塔11内之前控制过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速，则第一测量仪器21可以在另一点处测量过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速。类似地，第二测量仪器31可以在不同于图2中示意的那一点的另一点处测量吸收塔排气3的二氧化碳浓度。
另外，对于再生塔排气4和供应气体5被引入到过程排气管线12中的那些引入点来说，任何引入点可以被提供在上游侧。类似地，对于再生塔排气4和吸收塔排气3被引入到过程排气管线12中的那些引入点来说，任何引入点可以被提供在上游侧。然而，这些气体的引入点预期地被提供在与过程排气管线12上的第一测量仪器21的测量点相比更上游侧。原因是因为当这些气体的引入点被设置在与该测量点相比更上游侧时，这些气体的二氧化碳浓度或/或气体流速在第一测量仪器21的测量值中得到反映，并且这些测量值可被用于反馈控制中。
另外，在第一和第二实施例中，由于控制器22的存在，过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速通过反馈控制比如PID控制进行自动地控制，但可以代替反馈控制而手动地控制。在第一和第二实施例中，例如，阀23、25和32的打开和打开时间通过控制器22自动调节，但这些阀23、25和32被形成为手动阀，并且工地的操作者可以手动调节它们的值。
另外，在第一和第二实施例中，可以安装用于掌握过程排气1的气体成分的测量仪器，并且测量结果可被控制器22用于反馈控制。
另外，在第一和第二实施例中，过程排气1的二氧化碳浓度和气体流速都可以被确定为要控制的对象，但这些对象中的任一个可以被确定为要控制的对象。在这种情况下，第一测量仪器21可以被确定用于测量这些对象中的任一个。
另外，具有第一实施例的结构和第二实施例的结构两者的二氧化碳回收系统可以被采用，来代替第一和第二实施例。此二氧化碳回收系统可以将吸收塔排气3、再生塔排气4和供应气体5引入到过程排气管线12内。
(第三实施例)
图3是示意出第三实施例的二氧化碳回收系统的结构的示意图。
图3的二氧化碳回收系统包括吸收塔11、鼓风机13、富液泵14、再生热交换器15、再生塔16、再沸器17、贫液泵18和冷却器19。
图3的二氧化碳回收系统还包括过程排气管线12、第一吸收液管线42、吸收塔排气管线43、第二吸收液管线44、再生塔排气管线45、第三吸收液管线46、蒸汽管线47和第四吸收液管线48。过程排气管线12是处理目标气体的管线的例子。第一至第四吸收液管线42、44、46和48是吸收液管线的例子。
吸收塔11例如被构造成逆流型气液接触设备。吸收塔11从其下部分引入包含二氧化碳的过程排气，并且从其上部分引入用于吸收二氧化碳的吸收液(贫液)。过程排气是处理目标气体的例子。过程排气被从过程排气管线12引入到吸收塔11内。吸收液被从第四吸收液管线48引入到吸收塔11内。
过程排气当被从过程排气管线12引入到吸收塔11内时被过程排气管线12上的鼓风机13加压到任意压力。过程排气例如被从热电站或铁工厂的燃烧锅炉及类似设备引入。
例如，吸收液是诸如一乙醇胺或二乙醇胺的胺基水溶液、碱性水溶液、离子溶液和其水溶液等，但不被限制于这些液体。
吸收塔11使吸收液与过程排气气液接触。然后吸收塔11从其下部分排出吸收了二氧化碳的吸收液(富液)，并且从其上部分排出包含去除了二氧化碳的过程排气的吸收塔排气。吸收液被从吸收塔11的下部分排放至第一吸收液管线42。吸收塔排气被从吸收塔11的上部分排放至吸收塔排气管线43。
本实施例的吸收塔11具有其中设置了一层或多层填料或托架以有效地进行气液接触的结构。
被排放至第一吸收液管线42的吸收液(富液)被富液泵14通过再生热交换器15传递至再生塔16。这时，此吸收液在再生热交换器15中通过热交换加热。之后，此吸收液被从再生塔16的上部分引入到再生塔16内。
再生塔16例如被构造成逆流型气液接触设备。再生塔16利用从再沸器17发出的气体加热吸收液，并且使吸收液散逸出二氧化碳和蒸汽。然后，再生塔16从其下部分排出散逸了二氧化碳的吸收液(贫液)，并且从其上部分排出包含所散逸的二氧化碳和蒸汽的再生塔排气。吸收液被从再生塔16的下部分排出至第二吸收液管线44。再生塔排气被从再生塔16的上部分排出至再生塔排气管线45。第二吸收液管线44被分支为第三和第四吸收液管线46和48。
再沸器17设置在第三吸收液管线46上。再沸器17利用流经蒸汽管线47的蒸汽的热量加热流经第三吸收液管线46的吸收液，并且从吸收液产生二氧化碳和蒸汽。然后，再沸器17将这些气体与吸收液一起返回到再生塔16。
返回到再生塔16的这些气体与顺着再生塔16向下流的吸收液(富液)气液接触，同时在再生塔16中上升。因此，吸收液被这些气体的热量加热，并且二氧化碳和蒸汽从吸收液中散出。然后，再生塔16从其下部分排出散逸了二氧化碳的吸收液(贫液)，并且从其上部分排出包含所散逸的二氧化碳和蒸汽的再生塔排气，如上所描述的。
本实施例的再生塔16具有其中设置了一层或多层填料或托架以有效地进行气液接触的结构。
被排出到第四吸收液管线48的吸收液(贫液)被贫液泵18传递通过再生热交换器15和冷却器19传递到吸收塔11。这时，此吸收液在再生热交换器15中通过热交换并且在冷却器19中通过冷却作用进行冷却。之后，此吸收液被从吸收塔11的上部分引入吸收塔11内。
如上述，本实施例的吸收液在吸收塔11和再生塔16之间通过第一至第四吸收液管线42，44，46和48循环。
被排放至再生塔排气管线45的再生塔排气的随后处理过程依照使用目的而不同，但是通常，排气中的水分通过冷却而凝缩并且被去除。之后，已经去除了水分的再生塔排气依照使用目的而被压缩泵转变为诸如超临界状态和液体状态的状态，并且通过储罐、卡车、管线等进行存储和运输。
图3的二氧化碳回收系统还包括温度计51、热量控制器52、蒸汽阀53、比重计61、气体控制器62、供气模块63、气体管线64、气体阀65、流量计71、流速控制器72和吸收液阀73。
(1)温度计51和热量控制器52
温度计51监测在再生塔的蒸馏部分(再生塔16的底部)中积聚的吸收液的温度。温度计51测量再生塔的蒸馏部分中的吸收液的温度，并且将此温度的测量值输出至热量控制器52。
热量控制器52基于温度计51测量的温度控制每单位时间投入(charge)到再沸器17内的热量。每单位时间投入到再沸器17内的热量与流经蒸汽管线47的蒸汽的流速成比例。由此，热量控制器52控制设置在蒸汽管线47上的蒸汽阀53的打开，并且因此能够控制每单位时间投入到再沸器17内的热量。这样，热量控制器52能够将再生塔的蒸馏部分中的吸收液的温度控制到任意预设温度。
在本实施例中，再生塔的蒸馏部分中的吸收液的温度通过自动控制进行控制，但可以由工地操作者通过手动控制进行控制。具体地，工作人员可以控制该温度，而不是通过本实施例的热量控制器52进行控制。另一方面，当再生塔的蒸馏部分中的吸收液的温度通过自动控制进行控制时，希望采用诸如PID控制的反馈控制。
另外，在本实施例中，流经蒸汽管线47的蒸汽的热量被用作再沸器17的热源，但另外能源可以被用作再沸器17的热源。例如，电力可以被转换为热，并且此热可以被用作再沸器17的热源。
另外，本实施例的温度计51可以测量除再生塔的蒸馏部分之外的位置处吸收液的温度。例如，本实施例的温度计51可以测量再生塔16中除蒸馏部分之外的位置处吸收液的温度。另外，本实施例的温度计51还可以测量再沸器17中、第二吸收液管线44中或/或第三吸收液管线46中吸收液的温度。此外，本实施例的温度计51还可以测量第四吸收液管线48中比再生热交换器15更上游侧的吸收液的温度。
另外，本实施例的温度计51还可以测量从吸收液产生的气体的温度，来代替吸收液的温度。这种气体的例子包括被排放到再生塔排气管线45的再生塔排气。
(2)比重计61和气体控制器62
比重计61监测流经第四吸收液管线48的吸收液的比重。比重计61测量流经第四吸收液管线48的吸收液的比重，并且将此比重的测量值输出至气体控制器62。
气体控制器62根据比重计61测量的比重来控制与过程排气一起被引入到过程排气管线12内的气体的量。该气体在下面被称为附加气体。
供气模块63是能够供应一种或多种类型的附加气体的单元。供气模块63能够供应的附加气体的例子包括上述的吸收塔排气、上述的再生塔排气、空气、惰性气体(例如，氮气)、通过混合空气与惰性气体而得到的混合气体等。
气体管线64连接供气模块63与过程排气管线12。气体阀65设置在气体管线64上。因此，气体控制器62可以通过控制气体阀65的打开和打开时间来控制从供气模块63引入到过程排气管线12中的附加气体的量。附加气体导致被混合在过程排气中。
本实施例的供气模块63被提供用于调节过程排气中的二氧化碳浓度。
当过程排气的二氧化碳浓度需要升高时，例如，二氧化碳浓度高于过程排气中的二氧化碳浓度的附加气体被引入到过程排气管线12中。这种附加气体的例子包括上述的再生塔排气、从诸如二氧化碳气弹和二氧化碳储罐的设备供应的气体，以及类似气体。
另一方面，当过程排气的二氧化碳浓度需要降低时，例如，二氧化碳浓度低于过程排气中的二氧化碳浓度的附加气体被引入到过程排气管线12中。这种附加气体的例子包括上述的吸收塔排气、空气、惰性气体、通过混合空气与惰性气体而得到的混合气体，以及类似气体。
另外，本实施例的供气模块63还可以用于调节过程排气的流速。在这种情况下，很多时候希望在不改变过程排气的二氧化碳浓度的情况下升高过程排气的流速。在这种情况下，二氧化碳浓度高于过程排气中的二氧化碳浓度的第一附加气体，和二氧化碳浓度低于过程排气中的二氧化碳浓度的第二附加气体可以被引入到过程排气管线12中。例如，通过混合从二氧化碳气弹供应的第一附加气体与从氮气弹供应的第二附加气体而得到的气体可以被引入到过程排气管线12内。在这种情况下，第一和第二附加气体之间的混合比预期地被设置成使得混合气体中的二氧化碳浓度与过程排气的二氧化碳浓度一致。
在本实施例中，过程排气的二氧化碳浓度和流速可以由供气模块63通过自动控制进行控制，或也可以由工地操作者通过手动控制进行控制。二氧化碳浓度和流速可以通过气体阀65的打开和打开时间的调节而进行控制。另外，当希望此二氧化碳浓度和流速接近预设值时，可以通过基于比重计61测量的比重而调节气体阀65的打开和打开时间来使二氧化碳浓度和流速接近预设值。当过程排气的二氧化碳浓度和流速通过自动控制进行控制时，希望采用反馈控制比如PID控制。
另外，本实施例的比重计61可以测量除第四吸收液管线48之外的位置处的吸收液的比重。例如，本实施例的比重计61可以测量第一至第三吸收液管线42、44和46中任一位置处吸收液的比重。
(3)流量计71和流速控制器72
流量计71监测流经第一吸收液管线42的吸收液的流速。流量计71测量流经第一吸收液管线42的吸收液的流速，并且将此流速的测量值输出至流速控制器72。
流速控制器72基于流量计71测量的流速来控制流经第一吸收液管线42的吸收液的流速。本实施例的流速控制器72能够通过控制设置在第一吸收液管线42上的吸收液阀73的开口来控制流经第一吸收液管线42的吸收液的流速。这样，本实施例的流速控制器72能够将流经第一吸收液管线42的吸收液的流速控制至任意预设流速。
在本实施例中，吸收液的流速通过自动控制进行控制，但可以由工地操作者通过手动控制进行控制。具体地，工作人员可以控制流速，而不是通过本实施例的流速控制器72控制。另一方面，当吸收液的流速通过自动控制进行控制时，希望采用反馈控制比如PID控制。
另外，本实施例的流量计71可以测量除第一吸收液管线42之外的位置的吸收液的流速。例如，本实施例的流量计71可以测量第二至第四吸收液管线44、46和48中任一位置的吸收液的流速。
另外，本实施例的吸收液阀73可以设置在除第一吸收液管线42之外的位置。例如，本实施例的吸收液阀73可以设置在第二至第四吸收液管线44、46和48中的任一位置。
(4)操作第三实施例的二氧化碳回收系统的方法
图4是说明操作第三实施例的二氧化碳回收系统的方法的图示。
曲线CT1和CT2分别表示一般的二氧化碳回收系统和第三实施例的二氧化碳回收系统中再生塔的蒸馏(still)温度(在再生塔16的蒸馏部分中积聚的吸收液的温度)。另外，曲线CR1和CR2分别表示一般的二氧化碳回收系统和第三实施例的二氧化碳回收系统中再沸器蒸汽的流速(流经蒸汽管线47的蒸汽的流速)。图4中的水平轴表示经过的时间。图4中的竖直轴表示再生塔中的蒸馏温度和再沸器蒸汽的流速。
图4示意出当这些二氧化碳回收系统已经启动时显示的再生塔中的蒸馏温度和再沸器蒸汽的流速。快速启动本实施例的二氧化碳回收系统直到额定工作点的启动程序的例子在下面参考图4进行描述。
在本实施例中，首先，动力系统(utility system)被启动，这是运转厂站所必须的，比如用于冷却水和用于设备的电系统。当该系统的启动已经完成并且该厂站将要运转时，吸收液的循环系统被启动。循环系统包括第一至第四吸收液管线42、44、46和48，用于在吸收塔11和再生塔16之间循环吸收液。下一步，蒸汽被从蒸汽管线47引入再沸器17内，并且过程排气也从过程排气管线12引入吸收塔11内。
【将蒸汽引入再沸器17内的过程】
下面描述将蒸汽引入再沸器17内的过程。
图4示意出第一预设温度T1，和高于第一预设温度T1的第二预设温度T2。图4还示意出第一预设流速R1，和大于第一预设流速R1的第二预设流速R2。本实施例中的第一预设温度T1对应于再生塔中的蒸馏温度的额定温度。另外，本实施例的第一预设流速R1对应于再沸器蒸汽的流速的额定流速。
当再沸器蒸汽的流速被设置在第一预设流速R1时，将被投入至再沸器内的热量(每单位时间被投入到再沸器17内的热量)变成第一预设热量。另外，当再沸器蒸汽的流速被设置在第二预设流速R2时，被投入到再沸器内的热量变成大于第一预设热量的第二预设热量。本实施例的第一预设热量对应于被投入到再沸器内的热量的额定热量。
当在本实施例的二氧化碳回收系统的启动过程中蒸汽被引入再沸器17内时，首先，再沸器蒸汽的流速被调节到第二预设流速R2，并且因此再生塔中的蒸馏温度被升高到第二预设温度T2。图4示意出其中在时刻t1再生塔中的蒸馏温度到达第二预设温度T2的状态。
当再生塔中的蒸馏温度到达第二预设温度T2时，再沸器蒸汽的流速从第二预设流速R2变化到第一预设流速R1，并且因此再生塔中的蒸馏温度被从第二预设温度T2降低到第一预设温度T1。图4示意出其中由于存在剩余的热在时刻t2再生塔中的蒸馏温度升高到温度T3然后再生塔中的蒸馏温度在时刻t3降低到第一预设温度T1的情况。
之后，再沸器蒸汽的流速被保持在第一预设流速R1，并且因此再生塔中的蒸馏温度被保持在第一预设温度T1。
如上述，在系统的启动过程中，本实施例的再沸器蒸汽的流速被调节至大于第一预设流速R1的第二预设流速R2，这在系统的稳定状态中是必须的。第二预设流速R2可被设置在设计极限流速或事实证明的上限流速，但预期地被设置为第一预设流速R1的大约120％的数值。
本实施例的二氧化碳回收系统将系统启动过程中的再沸器蒸汽流速调节至过大(excessive)流速，并且这样能够快速地启动系统并且能够快速将系统变化至稳定状态。图4示意出其中一般的二氧化碳回收系统在时刻t4变化至稳定状态而本实施例的二氧化碳回收系统在比时刻t4早的时刻t3变化至稳定状态的情况。
上述对于再沸器蒸汽的流速和再生塔中的蒸馏温度的控制通过热量控制器52基于由温度计51测量的温度进行。
【将过程排气引入吸收塔11的过程】
随后，下面描述将过程排气引入吸收塔11的过程。
在本实施例的系统的启动过程中，比重计61监测流经第四吸收液管线48的吸收液的比重。该吸收液的比重与吸收液中的二氧化碳浓度成比例。因此，在本实施例中，气体控制器62能够通过将吸收液的比重调节至预设比重来将吸收液中的二氧化碳浓度控制到预设浓度。本实施例中的预设比重和预设浓度分别是流经第四吸收液管线48的吸收液的额定比重和额定浓度。
当由比重计61测量的比重低于预设比重时，例如，气体控制器62将二氧化碳浓度高于过程排气中的二氧化碳浓度的附加气体引入过程排气管线12内。这样，流经第四吸收液管线48的吸收液的比重(二氧化碳浓度)可被升高至预设比重(预设浓度)。
另一方面，当由比重计61测量的比重高于预设比重时，气体控制器62将二氧化碳浓度低于过程排气中的二氧化碳浓度的附加气体引入过程排气管线12内。这样，流经第四吸收液管线48的吸收液的比重(二氧化碳浓度)可被降低至预设比重(预设浓度)。
通过这种控制，本实施例的系统能够将吸收液的比重快速调节至预设比重。
【控制吸收液的流速的过程】
随后，下面描述控制吸收液的流速的过程。在下面，流经第一吸收液管线42的吸收液的第一和第二预设流速分别用Q1和Q2表示。
在本实施例中，二氧化碳回收系统将系统启动过程中的再沸器蒸汽的流速调节至过大流速，并且因此快速启动系统并且将系统快速变化至稳定状态。这时，为了进一步加快系统的启动和稳定化，希望也将吸收液的流速调节至过大流速。
因此，当再沸器蒸汽的流速被调节至第二预设流速R2时，本实施例的流速控制器72将流经第一吸收液管线42的吸收液的流速调节至大于第一预设流速Q1的第二预设流速Q2。本实施例的第一预设流速Q1是流经第一吸收液管线42的吸收液的额定流速。
另一方面，当再沸器蒸汽的流速从第二预设流速R2变化到第一预设流速R1时，本实施例的流速控制器72使流经第一吸收液管线42的吸收液的流速从第二预设流速Q2变化到第一预设流速Q1。
本实施例的二氧化碳回收系统将系统启动过程中再沸器蒸汽的流速和吸收液的流速调节至过大流速，并且因此能够更快速地启动该系统并且可以使系统更快速地变化到稳定状态。
上述的操作方法不但可以在二氧化碳回收系统启动时应用，而且可以在二氧化碳回收系统从不稳定状态变化到稳定状态时应用。通过这种操作方法，本实施例的二氧化碳回收系统可使系统快速地从不稳定状态变化到稳定状态。本实施例的二氧化碳回收系统将可容易测量的量值，比如吸收液的温度、比重、流速等，设定为被监测项目，这样简单地进行系统的快速启动和稳定化成为可能。
(第四实施例)
图5是示意出第四实施例的二氧化碳回收系统的结构的示意图。
图5的二氧化碳回收系统具有替代比重计61的CO2(二氧化碳)浓度计66。
CO2浓度计66监测被排放到吸收塔排气管线43的吸收塔排气中的二氧化碳浓度。CO2浓度计66测量此吸收塔排气中的二氧化碳浓度，并且将此二氧化碳浓度的测量值输出到气体控制器62。气体控制器62基于由CO2浓度计66测量的浓度来控制与过程排气一起被引入到过程排气管线12中的附加气体的量。
在本实施例的系统的启动过程中，CO2浓度计66监测被排放到吸收塔排气管线43的吸收塔排气中的二氧化碳浓度。吸收塔排气中的二氧化碳浓度取决于吸收液中的二氧化碳浓度。因此，本实施例的气体控制器可以通过将吸收塔排气中的二氧化碳浓度调节至预设浓度来将吸收液中的二氧化碳浓度控制到预设浓度。本实施例中的吸收塔排气的预设浓度是被排放到吸收塔排气管线43的吸收塔排气的额定浓度。
当由CO2浓度计66测量的浓度低于预设浓度时，例如，气体控制器62将二氧化碳浓度高于过程排气中二氧化碳浓度的附加气体引入到过程排气管线12中。这样，吸收塔排气中的二氧化碳浓度可被升高到预设浓度。
另一方面，当由CO2浓度计66测量的浓度高于预设浓度时，气体控制器62将二氧化碳浓度低于过程排气中二氧化碳浓度的附加气体引入到过程排气管线12中。这样，吸收塔排气中的二氧化碳浓度可被降低到预设浓度。
通过这种控制，本实施例的系统可快速地将吸收塔排气中的二氧化碳浓度调节至预设浓度，并且因此可快速地调节吸收液中的二氧化碳浓度至预设浓度。
上述的操作方法不但可以在二氧化碳回收系统启动时应用，而且可以在二氧化碳回收系统从不稳定状态变化到稳定状态时应用。通过这种操作方法，本实施例的二氧化碳回收系统可使系统快速地从不稳定状态变化到稳定状态。本实施例的二氧化碳回收系统将可容易测量的量值，比如吸收液的温度、吸收塔排气中的二氧化碳浓度、吸收液的流速等，设定为被监测项目，并且因此简单地进行系统的快速启动和稳定化变得可能。
根据上面已经描述的实施例中的至少一个，使二氧化碳回收系统的稳定工作连续称为可能，即使当处理目标气体的二氧化碳浓度和气体流速快速变化时，或者使二氧化碳回收系统快速启动或者快速地从不稳定状态变化到稳定状态称为可能。
虽然已经描述了一些实施例，但这些实施例仅仅通过示例呈现，并且不意于限制本发明的范围。事实上，这里描述的新颖系统和方法可以体现为各种形式；此外，在不偏离本发明的实质的情况下可以对这里描述的系统和方法的形式进行各种省略、替代和变化。附属的强烈要求和它们的等效内容意于覆盖落在本发明的范围和实质内的这些形式或修改。

Claims (7)

1.一种二氧化碳回收系统，包括：
吸收塔，其被配置用于使包含二氧化碳的过程排气与用于吸收二氧化碳的吸收液相接触，并且排出吸收了二氧化碳的吸收液和包含已经去除了二氧化碳的过程排气的吸收塔排气；
再生塔，其被配置用于使从吸收塔排出的吸收液散逸二氧化碳，并且排出散逸了二氧化碳的吸收液和包含二氧化碳的再生塔排气；
过程排气管线，其被配置用于将过程排气引入到吸收塔内；
第一引入模块，其被配置用于将二氧化碳浓度高于过程排气中的二氧化碳浓度的第一气体引入到过程排气管线内；
第二引入模块，其被配置用于将二氧化碳浓度低于过程排气中的二氧化碳浓度的第二气体引入到过程排气管线内；
第一测量仪器，其被配置用于测量过程排气的二氧化碳浓度和气体流速中的至少一个；和
控制器，其被配置用于基于所述第一测量仪器的测量值来控制将被引入到过程排气管线中的第一或第二气体的量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一气体是所述再生塔排气。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二气体是空气、惰性气体、或通过混合空气与惰性气体而得到的混合气体。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二气体是所述吸收塔排气。
5.根据权利要求4所述的系统，还包括：
第二测量仪器，其被配置用于测量吸收塔排气的二氧化碳浓度；
其中所述控制器被配置用于基于第一测量仪器的测量值来控制将被引入到过程排气管线中的第一气体的量，并且基于第一和第二测量仪器的测量值来控制将被引入到过程排气管线中的第二气体的量。
6.一种操作二氧化碳回收系统的方法，所述二氧化碳回收系统包括：
吸收塔，其被配置用于使包含二氧化碳的过程排气与用于吸收二氧化碳的吸收液相接触，并且排出吸收了二氧化碳的吸收液和包含已经去除了二氧化碳的过程排气的吸收塔排气；
再生塔，其被配置用于使从吸收塔排出的吸收液散逸二氧化碳，并且排出散逸了二氧化碳的吸收液和包含二氧化碳的再生塔排气；和
过程排气管线，其被配置用于将过程排气引入到吸收塔内，
所述方法包括：
当过程排气的二氧化碳浓度低于下限时，将二氧化碳浓度高于过程排气中的二氧化碳浓度的第一气体引入到过程排气管线内；和
当过程排气的二氧化碳浓度高于上限时，将二氧化碳浓度低于过程排气中的二氧化碳浓度的第二气体引入到过程排气管线内。
7.一种操作二氧化碳回收系统的方法，所述二氧化碳回收系统包括：
吸收塔，其被配置用于使包含二氧化碳的过程排气与用于吸收二氧化碳的吸收液相接触，并且排出吸收了二氧化碳的吸收液和包含已经去除了二氧化碳的过程排气的吸收塔排气；
再生塔，其被配置用于使从吸收塔排出的吸收液散逸二氧化碳，并且排出散逸了二氧化碳的吸收液和包含二氧化碳的再生塔排气；和
过程排气管线，其被配置用于将过程排气引入到吸收塔内，
所述方法包括：
当过程排气的气体流速低于下限时，将二氧化碳浓度高于过程排气中的二氧化碳浓度的第一气体和二氧化碳浓度低于过程排气中的二氧化碳浓度的第二气体引入到过程排气管线内。
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