CN106693614A - 氨‑水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统 - Google Patents

氨‑水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及氨法碳捕集技术领域，尤其涉及一种氨水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统，包括氨法二氧化碳捕集系统，所述氨法二氧化碳捕集系统包括吸收塔、解吸塔、水洗塔以及氨气发生塔；还包括和氨‑水第二类吸收式热泵系统，所述氨‑水第二类吸收式热泵系统包括冷凝器、工质泵、蒸发器、吸收器、热交换器、节流阀以及氨气发生塔。本发明将氨法二氧化碳捕集系统和氨‑水第二类吸收式热泵紧凑结合，降低了设备成本和复杂程度；利用第二类吸收式热泵将低温热源热量提升，在捕集二氧化碳的同时实现了低温热源的有效利用。

Description

氨-水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统
技术领域
本发明涉及氨法碳捕集技术领域，尤其涉及一种氨水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统。
背景技术
近百年来，由于化石燃料的大量燃烧，大气中的二氧化碳浓度值迅速上升，由此导致的全球变暖效应也越来越明显，控制二氧化碳排放成为控制全球变暖的必要措施。在众多的二氧化碳减排技术中，二氧化碳捕集技术是能有效降低电厂、金属冶炼厂等大型二氧化碳排放源排放量的手段。其中，基于化学吸收剂的化学吸收方法是目前应用最为广泛和成熟的技术，氨法二氧化碳捕集技术是化学吸收法中的代表性技术之一。
但是，二氧化碳被氨水吸收后的解吸过程需要消耗大量的能量，在电厂，这一能量主要来自于汽轮机中低压缸抽汽，会大大降低电厂的效率。
第二类吸收式热泵技术可以将低温热源温度提升至高温，实现其他方式难以利用的低温热源的利用。另外，目前的能源生产与利用系统中存在着大量的低温废热与工业余热，一些低温地热能也难以被有效利用，这些能源皆可以被第二类吸收式热泵转换为温度更高、更方便利用的热源，以大量的低温热源实现热量品位的提升，实现能源的有效利用。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种氨-水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统，将氨法二氧化碳捕集技术和氨-水第二类吸收式热泵技术结合，利用第二类吸收式热泵为二氧化碳解吸提供能量，构成了碳捕集系统和吸收式热泵高度结合的紧凑型结构，既实现二氧化碳捕集，又实现低品位热源的提升利用，达到节能减排、降低设备成本的效果。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是氨-水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统，包括氨法二氧化碳捕集系统，所述氨法二氧化碳捕集系统包括吸收塔、解吸塔、水洗塔以及氨气发生塔；
所述吸收塔底部气体来自于电厂或金属冶炼厂排放的低浓度二氧化碳烟气入口，所述吸收塔下部富液输送线经富液泵和贫/富液热交换器连接至所述解吸塔上部，所述解吸塔的下部贫液输送线经贫液泵和贫/富液热交换器连接至所述吸收塔上部，所述解吸塔底部设置再沸器自循环，所述解吸塔顶部气体出口管经回流罐冷凝后回流至塔内，所述回流罐的顶部设置有捕集获得的高浓度二氧化碳排出口；
所述吸收塔顶部气体管线连通至所述水洗塔下部，所述水洗塔顶部设置有脱碳脱氨气体排出口；
还包括氨-水第二类吸收式热泵系统，所述氨-水第二类吸收式热泵系统包括冷凝器、工质泵、蒸发器、吸收器、热交换器、节流阀以及氨气发生塔；
所述水洗塔下部溶液出口经第一溶液泵和换热器连接至所述氨气发生塔的上部，所述氨气发生塔的下部液体管分为两条支路：其中第一支路经第二溶液泵和换热器连接至所述水洗塔上部；其中，第二支路依次经第三溶液泵、热交换器、吸收器壳程和节流阀回流至所述氨气发生塔的上部；
所述氨气发生塔底部设置氨气再生加热器提供热量自循环，所述氨气发生塔的顶部气体出口设置有两路分支：其中第一支路经第一控制阀连接至所述吸收塔上部；其中第二支路依次经第二控制阀、冷凝器壳程、工质泵、蒸发器壳程、吸收器壳程、热交换器和节流阀连接至氨气发生塔上部；
所述再沸器管程出口依次经第四溶液泵和吸收器管程连接至所述再沸器管程入口。
所述氨法二氧化碳捕集系统与所述氨-水第二类吸收式热泵系统共用部件氨气发生塔，所述氨气发生塔中完成氨气解吸；所述吸收器为所述再沸器提供热源。
所述氨气再生加热器和蒸发器热源相同，热源为低温太阳能集热、工业余热或低温地热水。
所述冷凝器低温侧冷却介质为乙二醇溶液。
与现有技术相比，本发明的优点有：
1.将氨法二氧化碳捕集系统和氨-水第二类吸收式热泵紧凑结合，降低了设备成本和复杂程度。
2.利用第二类吸收式热泵将低温热源热量提升，在捕集二氧化碳的同时实现了低温热源的有效利用。
3.可用热源分布广泛，主要包括低温太阳能集热、工业余热以及低温地热能，此特点扩大了本系统的温度适用范围。
4.降低了二氧化碳捕集系统对高品位热源的消耗，减少了碳捕集对能源生产与消耗系统的不利影响。
附图说明
图1为本系统原理图及结构示意图；
图中：1-吸收塔，2-解吸塔，3-富液泵，4-贫液泵，5-贫/富液热交换器，6-回流罐，7-再沸器，8-水洗塔，9-第一溶液泵，10-第二溶液泵，11-换热器，12-氨气发生塔，13-氨气再生加热器，14-第一控制阀，15-第二控制阀，16-冷凝器，17-工质泵，18-蒸发器，19-吸收器，20-热交换器，21-节流阀，22-第三溶液泵，23-第四溶液泵；
101-低浓度二氧化碳烟气入口，102-脱碳脱氨气体排出口，103-捕集获得的高浓度二氧化碳排出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明；
如图1所示，氨-水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统，将氨法二氧化碳捕集技术和氨-水第二类吸收式热泵技术结合，利用第二类吸收式热泵为二氧化碳解吸提供能量，构成了碳捕集系统和吸收式热泵高度结合的紧凑型结构，既实现二氧化碳捕集，又实现低品位热源的提升利用，达到节能减排、降低设备成本的效果。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是氨-水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统，包括氨法二氧化碳捕集系统和氨-水第二类吸收式热泵系统；
所述氨法二氧化碳捕集系统包括吸收塔1、解吸塔2、水洗塔8以及氨气发生塔12；
所述氨-水第二类吸收式热泵系统包括冷凝器16、工质泵17、蒸发器18、吸收器19、热交换器20、节流阀21以及氨气发生塔12；
所述吸收塔1底部气体来自于电厂或金属冶炼厂排放的低浓度二氧化碳烟气入口101，所述吸收塔1下部富液输送线经富液泵3和贫/富液热交换器5连接至所述解吸塔2上部，所述解吸塔2的下部贫液输送线经贫液泵4和贫/富液热交换器5连接至所述吸收塔1上部，所述解吸塔2底部设置有再沸器7自循环，所述解吸塔2顶部气体出口管经回流罐6冷凝后回流至塔内，所述回流罐6的顶部设置有捕集获得的高浓度二氧化碳排出口103；
所述吸收塔1顶部气体管线连通至所述水洗塔8下部，所述水洗塔8顶部设置有脱碳脱氨气体排出口102；所述水洗塔8下部溶液出口经第一溶液泵9和换热器11连接至所述氨气发生塔12的上部，所述氨气发生塔12的下部液体管分为两条支路：其中第一支路经第二溶液泵10和换热器11连接至所述水洗塔8上部；其中，第二支路依次经第三溶液泵22、热交换器20、吸收器19壳程和节流阀21回流至所述氨气发生塔12的上部；
所述氨气发生塔12底部设置氨气再生加热器13提供热量自循环，所述氨气发生塔12的顶部气体出口设置有两路分支：其中第一支路经第一控制阀14连接至所述吸收塔1上部；其中第二支路依次经第二控制阀15、冷凝器16壳程、工质泵17、蒸发器18壳程、吸收器19壳程、热交换器20和节流阀21连接至氨气发生塔12上部；
所述再沸器7管程出口依次经第四溶液泵23和吸收器19管程连接至所述再沸器7管程入口；
所述蒸发器18和所述氨气再生加热器13热源来自于低温太阳能集热、工业余热以及低温低热。
氨法二氧化碳捕集系统与氨-水第二类吸收式热泵系统共用部件氨气发生塔12，所述氨气发生塔12中完成氨气解吸；所述吸收器19为所述再沸器7提供热源。
所述冷凝器16低温侧冷却介质为乙二醇溶液。
本发明各系统之间主要流程和工作原理如下：
电厂或金属冶炼厂排放的低浓度二氧化碳烟气经过预处理后从吸收塔1下方气体入口进入吸收塔1，与吸收塔1上方喷淋而下的氨水吸收剂充分接触进行烟气脱碳；吸收塔1中吸收二氧化碳后形成的富液经过富液泵3进入贫/富液热交换器5，在贫/富液热交换器5中与贫液换热，然后连接至解吸塔2上方液体入口；解吸塔2内的富液被再沸器7加热，二氧化碳从富溶液中解吸出，并同部分氨气和水蒸气从解吸塔2上方进入回流罐6，在回流罐6内氨气和水蒸气被冷凝后返回解吸塔2，高浓度二氧化碳从回流罐6上方排出，被进一步压缩和储存；解吸塔2内解吸再生出的贫液依次经由贫液泵4和贫/富液换热器5回到吸收塔1上方液体入口，进行下一次循环；由吸收塔1上方烟气出口排出的脱碳烟气连接至水洗塔8下方气体入口，并与水洗塔8中自上而下的溶液充分接触完成脱氨过程；水洗塔中吸收氨气后的溶液依次经由第一溶液泵9和换热器11进入氨气发生塔12中，并被加热解吸出氨气；氨气发生塔12中解吸出氨气的溶液分为两支路，其中第一支路经由第二溶液泵10和换热器11重新回到水洗塔8中，第二支路经由第三溶液泵22和热交换器20返回吸收器19中；氨气发生塔上方气体出口排出的氨气分为两支路，其中第一支路汇入吸收塔1溶液入口，与解吸塔2出口贫液充分混合后进入吸收塔1继续进行烟气脱碳；第二支路进入冷凝器16中被冷凝后经由工质泵17进入蒸发器18中被加热蒸发；蒸发器18中产生的氨气通过管路进入吸收器19中被吸收并放热用于加热吸收器19低温侧循环水，为再沸器7提供能量；吸收器19中氨气被吸收后的浓溶液经由换热器20和节流阀21进入氨气发生塔12中解析出氨气，完成循环；
该系统的氨气再生加热器13和蒸发器18的加热热源为低温热源，可以是低温太阳能集热、工业余热或者低温地热。
本发明不局限于上述的具体实施方式，本领域的相关人员在不脱离本发明系统形式的情况下，做出的运行及控制模式变更均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.氨-水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统，包括氨法二氧化碳捕集系统，所述氨法二氧化碳捕集系统包括吸收塔(1)、解吸塔(2)、水洗塔(8)以及氨气发生塔(12)；
所述吸收塔(1)底部气体来自于电厂或金属冶炼厂排放的低浓度二氧化碳烟气入口(101)，所述吸收塔(1)下部富液输送线经富液泵(3)和贫/富液热交换器(5)连接至所述解吸塔(2)上部，所述解吸塔(2)的下部贫液输送线经贫液泵(4)和贫/富液热交换器(5)连接至所述吸收塔(1)上部，所述解吸塔(2)底部设置再沸器(7)自循环，所述解吸塔(2)顶部气体出口管经回流罐(6)冷凝后回流至塔内，所述回流罐(6)的顶部设置有捕集获得的高浓度二氧化碳排出口(103)；
所述吸收塔(1)顶部气体管线连通至所述水洗塔(8)下部，所述水洗塔(8)顶部设置有脱碳脱氨气体排出口(102)；
其特征在于，还包括氨-水第二类吸收式热泵系统，所述氨-水第二类吸收式热泵系统包括冷凝器(16)、工质泵(17)、蒸发器(18)、吸收器(19)、热交换器(20)、节流阀(21)以及氨气发生塔(12)；
所述水洗塔(8)下部溶液出口经第一溶液泵(9)和换热器(11)连接至所述氨气发生塔(12)的上部，所述氨气发生塔(12)的下部液体管分为两条支路：其中第一支路经第二溶液泵(10)和换热器(11)连接至所述水洗塔(8)上部；其中，第二支路依次经第三溶液泵(22)、热交换器(20)、吸收器(19)壳程和节流阀(21)回流至所述氨气发生塔(12)的上部；
所述氨气发生塔(12)底部设置氨气再生加热器(13)提供热量自循环，所述氨气发生塔(12)的顶部气体出口设置有两路分支：其中第一支路经第一控制阀(14)连接至所述吸收塔(1)上部；其中第二支路依次经第二控制阀(15)、冷凝器(16)壳程、工质泵(17)、蒸发器(18)壳程、吸收器(19)壳程、热交换器(20)和节流阀(21)连接至氨气发生塔(12)上部；
所述再沸器(7)管程出口依次经第四溶液泵(23)和吸收器(19)管程连接至所述再沸器(7)管程入口。
2.根据权利要求1所述的氨-水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统，其特征在于，所述氨法二氧化碳捕集系统与所述氨-水第二类吸收式热泵系统共用部件为氨气发生塔(12)，所述氨气发生塔(12)中完成氨气解吸；所述吸收器(19)为所述再沸器(7)提供热源。
3.根据权利要求1所述的氨-水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统，其特征在于，所述氨气再生加热器(13)和蒸发器(18)热源相同，热源为低温太阳能集热、工业余热或低温地热水。
4.根据权利要求1所述的氨-水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统，其特征在于，所述冷凝器(16)低温侧冷却介质为乙二醇溶液。
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