CN108014603A - 结晶氨法蒸汽再生捕碳系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结晶氨法蒸汽再生捕碳系统，其结构包括吸收塔、水洗塔、结晶器、乙醇罐、固液分离器、再生塔、吹扫蒸汽提供装置、冷凝器和闪蒸分离装置；所述吸收塔上设有烟气入口、烟气出口和富液出口，所述烟气出口与水洗塔连接，所述富液出口与结晶器连接，所述乙醇罐与结晶器连接，所述结晶器、固液分离器、再生塔、冷凝器和闪蒸分离装置依次连接，所述吹扫蒸汽提供装置与再生塔连接。本技术方案适用于电力、石油化工行业烟气中低分压、低压降二氧化碳的捕集，突破传统有机胺法和结晶氨法捕碳工艺，与直接蒸汽吹扫技术结合，具有减少氨逃逸、提高再生速率以及最大限度的降低再生能耗等优点。

Description

结晶氨法蒸汽再生捕碳系统及其方法

技术领域

本发明属于烟气净化、二氧化碳减排领域，主要应用于燃煤电厂烟气的二氧化碳捕集，具体涉及一种新型的结晶氨法蒸汽再生捕碳系统及其方法。

背景技术

燃煤电厂以及其他的工业领域所排放的大量CO₂被认为是造成温室效应的重要因素。化学吸收法是目前对已建燃煤电厂的CO₂捕集较为可行的一种技术方案。其中的氨法更是显示出相对于传统有机胺法的显著优势。与MEA(传统有机胺)法相比，采用氨水作为吸收剂具有一系列有益之处，如脱碳效率高、吸收能力强、不存在设备腐蚀、氧化降解的问题。

现有技术对氨法的研究与应用中，一般采用传统的捕碳工艺。传统捕碳工艺的缺点是：氨水中气态氨逃逸难以控制，氨气泄漏容易对大气环境造成污染；且溶液中CO₂气体再生需要消耗大量的蒸汽，致使捕集能耗和成本过高，大大提高电厂的厂用电率。因此，氨法捕碳的具体实施仍待进一步优化改进。

中国专利公开文本CN104495844A公开了一种稠浆型二氧化碳捕集系统，通过将CO₂富液进行结晶、浓缩，实现负载CO₂的组分在富液中进一步浓缩或相分离，并输送至再生装置进行热解析，降低CO₂再生过程中水的参与度，达到降耗的目的。该方案虽然降低再生过程水的参与度，但是稠浆中依然有大量的水分，再生过程中水的潜热和显热依然很大，降耗程度有限。且该专利采用传统的有机胺作为吸收剂，存在固有缺陷。

中国专利公开文本CN106693648A提出了一种新型的强化结晶氨法捕碳工艺，通过对富液进行溶析法结晶，并对结晶后的晶体进行加热再生，得到纯度较高的CO₂。该工艺可以减少富液解吸时大量水升温所消耗的能量，从而达到降低再生热耗的目的。但该工艺再生过程中换热器之间的温差会导致能量耗散，且再生后的气体传质推动力较小，使得再生混合气分离速率较慢，从而影响整体的捕碳效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的结晶氨法蒸汽再生捕碳工艺，适用于电力、石油化工行业烟气中低分压、低压降二氧化碳的捕集，突破传统有机胺法和结晶氨法捕碳工艺，与直接蒸汽吹扫技术结合，具有减少氨逃逸、提高再生速率以及最大限度的降低再生能耗等优点。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种结晶氨法蒸汽再生捕碳系统，其结构包括吸收塔、水洗塔、结晶器、乙醇罐、固液分离器、再生塔、吹扫蒸汽提供装置、冷凝器和闪蒸分离装置；所述吸收塔上设有烟气入口、烟气出口和富液出口，所述烟气出口与水洗塔连接，所述富液出口与结晶器连接，所述乙醇罐与结晶器连接，所述结晶器、固液分离器、再生塔、冷凝器和闪蒸分离装置依次连接，所述吹扫蒸汽提供装置与再生塔连接。蒸汽直接通入再生塔为晶体提供再生热量的同时也提供了传质推动力，使得水气化潜热这一部分能量大大降低，甚至可以忽略，并且加快了再生过程速率；最后，相比于传统的再沸器加热，蒸汽直接加热晶体避免了换热器之间存在温差导致的能量耗散，因此可最大限度地降低解吸过程的能耗，大大降低电站二氧化碳捕集系统的运行成本。

作为优选，还包括加热器，所述加热器设置在吹扫蒸汽提供装置与再生塔之间，所述吹扫蒸汽提供装置与再生塔底部连接，所述固液分离器与再生塔下部连接。加热器的设置使吹扫蒸汽能被加热至过热状态，从而进一步促进再生速率和提供更强的推动力，而吹扫蒸汽提供装置与再生塔底部连接并将固液分离器与再生塔下部连接保证了结晶与热源的充分接触，并且由于热源自带上升动力，因此推动力也更强。

进一步地，还包括水洗液分离装置，所述水洗塔和闪蒸分离装置分别与水洗液分离装置连接，所述水洗液分离装置分别与吸收塔和水洗塔连接。通过设置水洗液分离装置和与各设备的连接能够实现氨和水的循环利用。

更进一步，所述烟气入口和富液出口位于吸收塔底部，所述烟气出口位于吸收塔顶部，所述烟气出口与水洗塔底部连接，所述水洗塔底部与水洗液分离装置连接，所述水洗液分离装置分别与吸收塔和水洗塔的顶部连接。该连接方式保证了吸收和水洗过程的有效进行。

作为优选，所述水洗塔上还设有补充水入口。当水洗塔中水量不足时可通过补充水入口补充水以保证有效反应。

作为优选，还包括残液处理装置，所述乙醇罐、结晶器、固液分离器和残液处理装置依次循环连接。通过设置残液处理装置和与各设备的连接能够实现乙醇的循环利用。

作为优选，还包括冷却装置，所述冷却装置设置在烟气入口之前。

一种结晶氨法蒸汽再生捕碳方法，包括如下步骤：

S1、烟气先通过冷却装置，经冷却后通入吸收塔的底部，氨水吸收剂从吸收塔的顶部向塔内喷淋，烟气中的CO₂与氨水吸收剂在吸收塔内逆向流动，CO₂被氨水吸收剂吸收；

S2、吸收CO₂的烟气从吸收塔的顶部流出并通入水洗塔的底部；

S3、吸收CO₂的富液通入到结晶器，与从乙醇罐中输出的乙醇溶液混合，乙醇作为溶析剂，强化低碳化度的富液溶析结晶，生成以碳酸氢铵为主要成分的晶体；

S4、将结晶器内生成的固液混合物通入固液分离器进行固液分离，分离出来的残液通入残液处理装置进行提纯，提纯出来的乙醇再通入乙醇罐循环利用；

S5、分离出来的晶体则通入再生塔下部，吹扫蒸汽经过加热器加热至过热温度后从再生塔底部吹入，提供再生所需热量，并与塔内晶体相遇，将解析出的CO₂带出再生塔；

S6、再生塔塔顶出口气体经过冷凝器冷却，并进入闪蒸分离装置实现汽液两相分离，分离出来的氨水通入水洗液分离装置；

S7、吸收塔顶部流出的氮气、氨气和水蒸汽的混合气通入水洗塔底部并与从水洗塔顶部喷淋下来的补充水逆向相遇，混合气中的氨气被水吸收形成氨水从水洗塔的底部流出到水洗液分离装置，剩余的净化烟气从水洗塔顶部排出；

S8、水洗液分离装置分离出来的氨通入到吸收塔顶部作为氨水吸收剂利用；

S9、水洗液分离装置分离出来的水通入水洗塔顶部与补充水一起吸收水洗塔内的混合气。

本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：首先，在再生塔中只需对固体产物进行加热，可以减少富液解吸时由于要使大量的水升温消耗的显热能量；其次，过热蒸汽直接通入再生塔为晶体提供再生热量的同时也提供了传质推动力，使得水气化潜热这一部分能量大大降低，甚至可以忽略，并且加快了再生过程速率；最后，相比于传统的再沸器加热，蒸汽直接加热晶体避免了换热器之间存在温差导致的能量耗散，因此可最大限度地降低解吸过程的能耗，大大降低电站二氧化碳捕集系统的运行成本。另外，循环系统的设置减小了原料损耗，各出入口的设置提高的反应有效性。

附图说明

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

标号说明：

吸收塔1 冷却装置2 水洗塔3

水洗液分离装置4 乙醇罐5 结晶器6

残液处理装置7 固液分离器8 再生塔9

闪蒸分离装置10 冷凝器11 加热器12

吹扫蒸汽提供装置13 补充水入口14

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1所示，本实施例由吸收塔1、冷却装置2、水洗塔3、水洗液分离装置4、乙醇罐5、结晶器6、残液处理装置7、固液分离器8、再生塔9、闪蒸分离装置10、冷凝器11、加热器12和吹扫蒸汽提供装置13组成，吸收塔2上设有烟气入口、烟气出口和富液出口，其中烟气入口和富液出口位于吸收塔底部，烟气出口位于吸收塔顶部，烟气入口前连接有冷却装置2用于冷却烟气；烟气出口与水洗塔3底部连接，水洗塔3底部与水洗液分离装置4连接，水洗液分离装置4分别与吸收塔1和水洗塔3的顶部连接；富液出口、结晶器6、固液分离器8、再生塔9下部、冷凝器11和闪蒸分离装置10依次连接，结晶器6还与乙醇罐5连通，并形成乙醇罐5、结晶器6、固液分离器8和残液处理装置7的依次循环连接，闪蒸分离装置10还与水洗液分离装置4连接。吹扫蒸汽提供装置13、加热器12与再生塔9底部依次连接。此外，水洗塔3上还设有补充水入口14。

工作时，烟气先通过冷却装置2，经冷却后通入吸收塔1的底部，与此同时氨水吸收剂从吸收塔1的顶部向塔内喷淋，烟气中的CO₂与吸收剂在塔内逆向流动，充分接触，被吸收剂吸收。被吸收了CO₂的烟气从吸收塔1的顶部流出并通入水洗塔3的底部，而吸收了CO₂的富液通入到结晶器6，与从乙醇罐5中输出的乙醇溶液混合，乙醇作为溶析剂，强化低碳化度的富液溶析结晶，生成以碳酸氢铵为主要成分的晶体。将结晶器6内生成的固液混合物通入固液分离器8进行固液分离，分离出来的残液通入残液处理装置7进行提纯，提纯出来的乙醇再通入乙醇罐5循环利用；分离出来的晶体则通入再生塔9下部，吹扫蒸汽经过加热器12加热至过热温度后从再生塔9底部吹入，在塔内一方面提供再生所需热量，另外一方面与塔内晶体相遇，将解析出的CO₂带出再生塔9。再生塔9塔顶出口气体经过冷凝器11冷却，并进入闪蒸分离装置10实现汽液两相分离。分离出的高浓度CO₂气体作为最终产品加以利用，分离出来的氨水则通入水洗液分离装置4。前述从吸收塔1顶部流出的氮气、氨气和水蒸汽的混合气通入水洗塔3底部并与从水洗塔3顶部喷淋下来的补充水逆向相遇，混合气中的氨气被水吸收，剩余的净化烟气从水洗塔3顶部排出，氨气被水吸收后形成氨水从水洗塔3的底部流出到水洗液分离装置4，水洗液分离装置4分离出来的氨通入到吸收塔1顶部作为吸收剂循环利用；水洗液分离装置4分离出来的水则通入水洗塔3顶部与补充水一起继续吸收水洗塔3内的混合气，从而对水进行循环利用。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种结晶氨法蒸汽再生捕碳系统，其特征在于：包括吸收塔、水洗塔、结晶器、乙醇罐、固液分离器、再生塔、吹扫蒸汽提供装置、冷凝器和闪蒸分离装置；所述吸收塔上设有烟气入口、烟气出口和富液出口，所述烟气出口与水洗塔连接，所述富液出口与结晶器连接，所述乙醇罐与结晶器连接，所述结晶器、固液分离器、再生塔、冷凝器和闪蒸分离装置依次连接，所述吹扫蒸汽提供装置与再生塔连接。

2.根据权利要求1所述的结晶氨法蒸汽再生捕碳系统，其特征在于：还包括加热器，所述加热器设置在吹扫蒸汽提供装置与再生塔之间，所述吹扫蒸汽提供装置与再生塔底部连接，所述固液分离器与再生塔下部连接。

3.根据权利要求1或2所述的结晶氨法蒸汽再生捕碳系统，其特征在于：还包括水洗液分离装置，所述水洗塔和闪蒸分离装置分别与水洗液分离装置连接，所述水洗液分离装置分别与吸收塔和水洗塔连接。

4.根据权利要求3所述的结晶氨法蒸汽再生捕碳系统，其特征在于：所述烟气入口和富液出口位于吸收塔底部，所述烟气出口位于吸收塔顶部，所述烟气出口与水洗塔底部连接，所述水洗塔底部与水洗液分离装置连接，所述水洗液分离装置分别与吸收塔和水洗塔的顶部连接。

5.根据权利要求4所述的结晶氨法蒸汽再生捕碳系统，其特征在于：所述水洗塔上还设有补充水入口。

6.根据权利要求1或2所述的结晶氨法蒸汽再生捕碳系统，其特征在于：还包括残液处理装置，所述乙醇罐、结晶器、固液分离器和残液处理装置依次循环连接。

7.根据权利要求1或2所述的结晶氨法蒸汽再生捕碳系统，其特征在于：还包括冷却装置，所述冷却装置设置在烟气入口之前。

8.根据权利要求2所述的结晶氨法蒸汽再生捕碳系统，其特征在于：还包括水洗液分离装置，所述水洗塔和闪蒸分离装置分别与水洗液分离装置连接，所述水洗液分离装置分别与吸收塔和水洗塔连接；所述烟气入口和富液出口位于吸收塔底部，所述烟气出口位于吸收塔顶部，所述烟气出口与水洗塔底部连接，所述水洗塔底部与水洗液分离装置连接，所述水洗液分离装置分别与吸收塔和水洗塔的顶部连接；所述水洗塔上还设有补充水入口；还包括残液处理装置，所述乙醇罐、结晶器、固液分离器和残液处理装置依次循环连接；还包括冷却装置，所述冷却装置设置在烟气入口之前。

9.一种结晶氨法蒸汽再生捕碳方法，包括如下步骤：

S1、烟气先通过冷却装置，经冷却后通入吸收塔的底部，氨水吸收剂从吸收塔的顶部向塔内喷淋，烟气中的CO₂与氨水吸收剂在吸收塔内逆向流动，CO₂被氨水吸收剂吸收；

S2、吸收CO₂的烟气从吸收塔的顶部流出并通入水洗塔的底部；

S3、吸收CO₂的富液通入到结晶器，与从乙醇罐中输出的乙醇溶液混合，乙醇作为溶析剂，强化低碳化度的富液溶析结晶，生成以碳酸氢铵为主要成分的晶体；

S4、将结晶器内生成的固液混合物通入固液分离器进行固液分离，分离出来的残液通入残液处理装置进行提纯，提纯出来的乙醇再通入乙醇罐循环利用；

S5、分离出来的晶体则通入再生塔下部，吹扫蒸汽经过加热器加热至过热温度后从再生塔底部吹入，提供再生所需热量，并与塔内晶体相遇，将解析出的CO₂带出再生塔；

S6、再生塔塔顶出口气体经过冷凝器冷却，并进入闪蒸分离装置实现汽液两相分离，分离出来的氨水通入水洗液分离装置；

S7、吸收塔顶部流出的氮气、氨气和水蒸汽的混合气通入水洗塔底部并与从水洗塔顶部喷淋下来的补充水逆向相遇，混合气中的氨气被水吸收形成氨水从水洗塔的底部流出到水洗液分离装置，剩余的净化烟气从水洗塔顶部排出；

S8、水洗液分离装置分离出来的氨通入到吸收塔顶部作为氨水吸收剂利用；

S9、水洗液分离装置分离出来的水通入水洗塔顶部与补充水一起吸收水洗塔内的混合气。