CN107626185B - 一种适用于超临界二氧化碳燃煤电站的碳捕获系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于超临界二氧化碳燃煤电站的碳捕获系统。本发明中通过喷淋吸收塔对烟气中的二氧化碳进行初步吸收，再对含有二氧化碳的吸收剂进行加热和降压处理，使得二氧化碳得以初步分离，通过对初步分离后的二氧化碳进行压缩和减压处理，分离出其中的水分，通过对去除水分后的二氧化碳进行降温和压缩处理，得到高纯度的超临界压力二氧化碳，并将高纯度超临界压力二氧化碳再次泵入泵入燃煤发电系统中用作发电工质。

Description

一种适用于超临界二氧化碳燃煤电站的碳捕获系统
技术领域
本发明涉及一种碳捕获系统，尤其涉及一种适用于超临界二氧化碳燃煤电站的碳捕获系统。
背景技术
随着经济社会的发展，人类对化石能源的消耗量逐年增高，二氧化碳的排放量也越来越大，与此相关的气候变化问题也被越来越多的人关注，如何减少二氧化碳的排放、怎样利用二氧化碳为人类服务成为人类面临的新课题。
由于二氧化碳比水的能量密度大，在相同负荷下，采用二氧化碳作为工质可以使得发电设备更加小型化，而电站尾气的二氧化碳含量远高于空气中二氧化碳含量，因此发展适用于燃煤电站的碳捕获装置显得尤为重要。
目前，较少有成熟、可靠的捕获二氧化碳并用作发电工质的系统。
发明内容
针对现有的二氧化碳再利用存在的上述问题，现提供一种适用于超临界二氧化碳燃煤电站的碳捕获系统，旨在捕获燃煤电站烟气中的二氧化碳并作为后续发电工质使用。
具体技术方案如下：
一种适用于超临界二氧化碳燃煤电站的碳捕获系统，具有这样的特征，包括：喷淋吸收塔、第一换热器、分离塔、第一换热分离器、第一分离器、第二换热器、第一压缩机、第二换热分离器、第二分离器；
喷淋吸收塔的下部设有烟气入口，喷淋吸收塔的底部设有富液出口，富液出口通过管道与第一换热器的壳程入口连接，第一换热器的壳程出口通过管道与分离塔上段的入口管连接，分离塔顶部的气体排出口通过管道与第一换热分离器的管程入口连接，第一换热分离器的管程出口通过管道与第一分离器侧壁上的分离入口连接，第一分离器底部的分离出口通过管道与分离塔中段的入口管连接，第一分离器顶部的分离出口通过管道与第一换热器的管程入口连接，第一换热器的管程出口依次通过管道与第二换热器、第一压缩机连接，第一压缩机的出口端通过阀门与燃煤发电系统中的主压缩机的入口端连接；
分离塔底部的出口分别通过管道与第一换热分离器和第二换热分离器的壳程入口连接，第一换热分离器和第二换热分离的第一壳程出口均通过管道与分离塔下段的入口管连接，第一换热分离器和第二换热分离器的第二壳程出口均通过管道与第二分离器侧壁的分离入口连接，第二分离器顶部的分离出口通过管道与分离塔下段的入口管连接。
上述的碳捕获系统，还具有这样的特征，碳捕获系统还包括第三换热器，第三换热器的壳程入口通过管道与富液出口连接，第三换热器的壳程出口通过管道与第一换热器的壳程入口连接，第三换热器的管程入口通过管道与第二分离器底部的分离出口连接，第三换热器的管程出口通过管道与喷淋吸收塔内顶部的喷淋头连接。
上述的碳捕获系统，还具有这样的特征，碳捕获系统还包括第四换热器，第四换热器的壳程入口通过管道与第三换热器的管程出口连接，第四换热器的壳程出口通过管道与喷淋吸收塔内顶部的喷淋头连接，第四换热器的管程入口通过管道与冷却进水连接。
上述的碳捕获系统，还具有这样的特征，第四换热器与喷淋头之间的连接管道上设有吸收剂注入口。
上述的碳捕获系统，还具有这样的特征，碳捕获系统还包括第五换热器，第五换热器的壳程入口通过管道与第三换热器的壳程出口连接，第五换热器的壳程出口通过管道与分离塔上段的入口管连接，第五换热器的管程入口通过管道与第二换热分离器的管程出口连接，第二换热分离器的管程入口通过管道与燃煤发电系统中压缩换热器的管程出口连接。
上述的碳捕获系统，还具有这样的特征，碳捕获系统还包括吸收剂分离装置，吸收剂分离装置底部的注入口通过管道与喷淋吸收塔顶部的排出口连接，吸收剂分离装置底部的排出口通过管道与喷淋头连接，吸收剂分离装置的顶部设有烟气出口。
上述的碳捕获系统，还具有这样的特征，喷淋吸收塔顶部的排出口与吸收剂分离装置底部的注入口之间的连接管道上设有烟气检测装置。
上述的碳捕获系统，还具有这样的特征，分离塔顶部的气体排出口与第一换热分离器的管程入口的连接管道上设有第二压缩机，第二压缩机的入口端通过管道与分离塔顶部的气体排出口连接，第二压缩机的出口端通过管道与第一换热分离器的管程入口连接。
上述的碳捕获系统，还具有这样的特征，第二分离器顶部的分离出口与分离塔下段的入口管的连接管道上设有第三压缩机，第三压缩机的入口端通过管道与第二分离器顶部的分离出口连接，第三压缩机的出口端通过管道与分离塔下段的入口管连接。
上述方案的有益效果是：
本发明中提供的适用于超临界二氧化碳燃煤电站的碳捕获系统，通过化学吸收剂对烟气中的二氧化碳进行初步吸收，再对含有二氧化碳-吸收剂的富液逐级加热和降压处理，使得二氧化碳得以初步分离，通过对初步分离后的二氧化碳进行压缩和减压处理，分离出其中的水分，通过对去除水分后的二氧化碳进行降温和压缩处理，得到高纯度的超临界压力二氧化碳，并将这些高纯度、超临界压力二氧化碳再次泵入燃煤发电系统中用作发电工质。
附图说明
图1为本发明的实施例中提供的适用于超临界二氧化碳燃煤电站的碳捕获系统的结构示意图。
附图中：1、喷淋吸收塔；2、第一换热器；3、分离塔；4、第一换热分离器；5、第一分离器；6、第二换热器；7、第一压缩机；8、第二换热分离器；9、第二分离器；10、第三换热器；11、第四换热器；12、第五换热器；13、吸收剂分离装置；14、烟气检测装置；15、第二压缩机；16、第三压缩机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
图1为本发明的实施例中提供的适用于超临界二氧化碳燃煤电站的碳捕获系统的结构示意图。如图1所示，本发明的实施例中提供的适用于超临界二氧化碳燃煤电站的碳捕获系统，包括：喷淋吸收塔1、第一换热器2、分离塔3、第一换热分离器4、第一分离器5、第二换热器6、第一压缩机7、第二换热分离器8、第二分离器9；
喷淋吸收塔1的下部设有烟气入口，喷淋吸收塔1的底部设有富液出口，富液出口通过管道与第一换热器2的壳程入口连接，第一换热器2的壳程出口通过管道与分离塔3上段的入口管连接，分离塔3顶部的气体排出口通过管道依次与第二压缩机15、第一换热分离器4的管程入口连接，第一换热分离器4的管程出口通过管道与第一分离器5侧壁上的分离入口连接，第一分离器5底部的分离出口通过管道与分离塔3中段的入口管连接，第一分离器5顶部的分离出口通过管道与第一换热器2的管程入口连接，第一换热器2的管程出口依次通过管道与第二换热器6、第一压缩机7连接，第一压缩机7的出口端通过阀门与燃煤发电系统中的主压缩机的入口端连接；
分离塔3底部的出口分别通过管道与第一换热分离器4和第二换热分离器8的壳程入口连接，第一换热分离器4和第二换热分离器8的第一壳程出口均通过管道与分离塔3下段的入口管连接，第一换热分离器4和第二换热分离器8的第二壳程出口均通过管道与第二分离器9侧壁的分离入口连接，第二分离器9顶部的分离出口通过管道依次与第三压缩泵16、分离塔3下段的入口管连接。
本实施例中将含有二氧化碳-吸收剂的富液经第一换热器2升温后泵入分离塔3进行闪蒸处理，分离塔3闪蒸分离获得的二氧化碳-水蒸汽气流经第二压缩机15压缩后泵入第一换热分离器4，经第一换热分离器4降温后泵入第一分离器5再次进行闪蒸处理，以分离出其中的水分，第一分离器5闪蒸分离出的贫液(含部分二氧化碳)泵入分离塔3中段的入口管进行二次分离，第一分离器5闪蒸分离出水分后的二氧化碳经第一换热器2与富液热交换降温后再经第二换热器6降温，降温后的二氧化碳经第一压缩机7压缩后获得高纯度的超临界压力二氧化碳，并将这些高纯度、超临界压力二氧化碳再次泵入燃煤发电系统中用作发电工质；分离塔3闪蒸分离获得的贫液分别通过第一换热分离器4和第二换热分离器8升温，升温分离获得的二氧化碳再次泵入分离塔3中进行分离，第一换热分离器4和第二换热分离器8升温分离获得的贫液泵入第二分离器9中再次进行闪蒸处理，第二分离器9闪蒸分离获得的二氧化碳经第三压缩机16压缩后泵入分离塔3中再次进行分离。
此外，本实施例中提供的碳捕获系统还包括第三换热器10，第三换热器10的壳程入口通过管道与富液出口连接，第三换热器10的壳程出口通过管道与第一换热器2的壳程入口连接，第三换热器10的管程入口通过管道与第二分离器9底部的分离出口连接，第三换热器10的管程出口通过管道与喷淋吸收塔1内顶部的喷淋头连接，本实施例中通过设置第三换热器10，可将第二分离器9闪蒸分离获得的水相通过第三换热器10与富液热交换降温后泵入喷淋吸收塔1内喷淋吸收二氧化碳，以将水相实现循环利用。
进一步，本实施例中提供的碳捕获系统还包括第四换热器11，第四换热器11的壳程入口通过管道与第三换热器10的管程出口连接，第四换热器11的壳程出口通过管道与喷淋吸收塔1内顶部的喷淋头连接，第四换热器11的管程入口通过管道与冷却进水连接，并且，第四换热器11与喷淋头的连接管道上设有吸收剂注入口，本实施例中通过第三换热器10和第四换热器11依次对第二分离器9闪蒸分离获得的水相进行降温处理，防止溶解于水相中的二氧化碳化学吸收剂(如乙醇胺或氨水等)的挥发，提高喷淋吸收塔1内吸收效率，降低管道压强。
进一步，本实施例中提供的碳捕获系统还包括第五换热器12，第五换热器12的壳程入口通过管道与第三换热器10的壳程出口连接，第五换热器12的壳程出口通过管道与分离塔3上段的入口管连接，第五换热器12的管程入口通过管道与第二换热分离器8的管程出口连接，第二换热分离器8的管程入口通过管道与燃煤发电系统中压缩换热器的管程出口连接，本实施例中通过将第二换热分离器8的管程入口接入燃煤发电系统中，既为本系统中第二换热分离器8中壳程升温提供热源，同时，也可通过第二换热分离器8中壳程升温以降低燃煤发电系统中压缩换热器的温度，实现热量的有效利用。
更进一步，本实施例中提供的碳捕获系统还包括吸收剂分离装置13，吸收剂分离装置13底部的注入口通过管道与喷淋吸收塔1顶部的排出口连接，吸收剂分离装置13底部的排出口通过管道与喷淋头连接，吸收剂分离装置13的顶部设有烟气出口，并且，喷淋吸收塔1顶部的排出口与吸收剂分离装置13底部的注入口的连接管道上设有烟气检测装置14，本实施例中通过设置吸收剂分离装置13，以回收吸收剂，并再次泵入喷淋吸收塔1中进行回用。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种适用于超临界二氧化碳燃煤电站的碳捕获系统，其特征在于，包括：喷淋吸收塔(1)、第一换热器(2)、分离塔(3)、第一换热分离器(4)、第一分离器(5)、第二换热器(6)、第一压缩机(7)、第二换热分离器(8)、第二分离器(9)；
所述喷淋吸收塔(1)的下部设有烟气入口，所述喷淋吸收塔(1)的底部设有富液出口，所述富液出口通过管道与所述第一换热器(2)的壳程入口连接，所述第一换热器(2)的壳程出口通过管道与所述分离塔(3)上段的入口管连接，所述分离塔(3)顶部的气体排出口通过管道与所述第一换热分离器(4)的管程入口连接，所述第一换热分离器(4)的管程出口通过管道与所述第一分离器(5)侧壁上的分离入口连接，所述第一分离器(5)底部的分离出口通过管道与所述分离塔(3)中段的入口管连接，所述第一分离器(5)顶部的分离出口通过管道与所述第一换热器(2)的管程入口连接，所述第一换热器(2)的管程出口依次通过管道与所述第二换热器(6)、所述第一压缩机(7)连接，所述第一压缩机(7)的出口端通过阀门与燃煤发电系统中的主压缩机的入口端连接；
所述分离塔(3)底部的出口分别通过管道与所述第一换热分离器(4)和所述第二换热分离器(8)的壳程入口连接，所述第一换热分离器(4)和所述第二换热分离器(8)的第一壳程出口均通过管道与所述分离塔(3)下段的入口管连接，所述第一换热分离器(4)和所述第二换热分离器(8)的第二壳程出口均通过管道与所述第二分离器(9)侧壁的分离入口连接，所述第二分离器(9)顶部的分离出口通过管道与所述分离塔(3)下段的入口管连接；
所述碳捕获系统还包括第三换热器(10)，所述第三换热器(10)的壳程入口通过管道与所述富液出口连接，所述第三换热器(10)的壳程出口通过管道与所述第一换热器(2)的壳程入口连接，所述第三换热器(10)的管程入口通过管道与所述第二分离器(9)底部的分离出口连接，所述第三换热器(10)的管程出口通过管道与所述喷淋吸收塔(1)内顶部的喷淋头连接；
所述碳捕获系统还包括第五换热器(12)，所述第五换热器(12)的壳程入口通过管道与所述第三换热器(10)的壳程出口连接，所述第五换热器(12)的壳程出口通过管道与所述分离塔(3)上段的入口管连接，所述第五换热器(12)的管程入口通过管道与所述第二换热分离器(8)的管程出口连接，所述第二换热分离器(8)的管程入口通过管道与燃煤发电系统中压缩换热器的管程出口连接。
2.根据权利要求1所述的碳捕获系统，其特征在于，所述碳捕获系统还包括第四换热器(11)，所述第四换热器(11)的壳程入口通过管道与所述第三换热器(10)的管程出口连接，所述第四换热器(11)的壳程出口通过管道与所述喷淋吸收塔(1)内顶部的所述喷淋头连接，所述第四换热器(11)的管程入口通过管道与冷却进水连接。
3.根据权利要求2所述的碳捕获系统，其特征在于，所述第四换热器(11)与所述喷淋头之间的连接管道上设有吸收剂注入口。
4.根据权利要求3所述的碳捕获系统，其特征在于，所述碳捕获系统还包括吸收剂分离装置(13)，所述吸收剂分离装置(13)底部的注入口通过管道与所述喷淋吸收塔(1)顶部的排出口连接，所述吸收剂分离装置(13)底部的排出口通过管道与所述喷淋头连接，所述吸收剂分离装置(13)的顶部设有烟气出口。
5.根据权利要求4所述的碳捕获系统，其特征在于，所述喷淋吸收塔(1)顶部的排出口与所述吸收剂分离装置(13)底部的注入口之间的连接管道上设有烟气检测装置(14)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的碳捕获系统，其特征在于，所述分离塔(3)顶部的气体排出口与所述第一换热分离器(4)的管程入口的连接管道上设有第二压缩机(15)，所述第二压缩机(15)的入口端通过管道与所述分离塔(3)顶部的气体排出口连接，所述第二压缩机(15)的出口端通过管道与所述第一换热分离器(4)的管程入口连接。
7.根据权利要求1-5任一项所述的碳捕获系统，其特征在于，所述第二分离器(9)顶部的分离出口与所述分离塔(3)下段的入口管的连接管道上设有第三压缩机(16)，所述第三压缩机(16)的入口端通过管道与所述第二分离器(9)顶部的分离出口连接，所述第三压缩机(16)的出口端通过管道与所述分离塔(3)下段的入口管连接。
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