CN108568192A - 一种二氧化碳优化捕集工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二氧化碳优化捕集工艺，它解决了现有技术中二氧化碳捕集工艺的再生能耗高、投资高的问题，具有减少热量损耗、充分回收尾气中的溶液、降低成本的效果；其技术方案为：包括以下步骤：在风机作用下烟气经脱水冷却后进入吸收塔自下而上流动，从吸收塔上部供入醇胺溶液作为吸收液，吸收液与烟气逆流接触以脱除二氧化碳；净化后的脱碳烟气进入水洗塔；吸收塔底吸收的富液通过富液泵送至热交换器，经热交换后的富液从再生塔顶部进入，经汽提解吸后送入再沸器中进行再沸；从再生塔顶部排出的气体混合物导入热交换器进行水冷，之后进入气液分离器进行气液分离，分离后的液体导入水洗塔。

Description

一种二氧化碳优化捕集工艺
技术领域
本发明涉及从源气体中除去目标气体技术领域，尤其涉及一种二氧化碳优化捕集工艺。
背景技术
二氧化碳捕集和封存技术(CCS)是减少温室气体排放最直接有效的方法，目前有三种主要捕集方式可以用于电厂CO2捕集，分别是燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧。燃烧前捕集主要应用在IGCC系统中，其将煤高压富氧气化变成煤气，在经过水煤气变换后产生CO2和H2，其中气体压力和CO2浓度都很高，很容易对CO2进行捕集。该技术的优点是捕集系统小、能耗低，在效率以及对污染物的控制方面有很大的潜力，因此受到广泛关注。
然而，IGCC发电技术仍面临着投资成本太高、可靠性还有待提高等问题。富氧燃烧采用传统燃煤电站的技术流程，但通过制氧技术，从空气中分离出氧气，采用高浓度的氧气与抽回的部分烟道气的混合气体来替代空气，这样得到的烟气中有高浓度的CO2气体，可以直接进行处理和封存。该技术路线面临的最大难题是制氧技术的投资和能耗太高，现在还没找到一种廉价低耗的能动技术。燃烧后捕集即在燃烧排放的烟气中捕集CO2，燃烧后捕集技术适用于任何一种火力发电厂，可以应用于新电厂也可以对原有电厂升级改造。此项技术也相对成熟，是未来减排市场中最具潜力的技术。
燃烧后捕集二氧化碳技术，是最适合的从燃料发电厂捕集二氧化碳的商业化技术，其在天然气加工和炼油工业中已有极好的应用。目前，常用的化学吸收溶剂为有机胺，但其能耗大、成本高等特点严重限制了其大规模应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种二氧化碳优化捕集工艺，其具有减少热量损耗、充分回收尾气中的溶液、降低成本的效果。
本发明采用下述技术方案：
一种二氧化碳优化捕集工艺，包括以下步骤：
步骤(1)在风机作用下烟气经脱水冷却后进入吸收塔自下而上流动，从吸收塔上部供入醇胺溶液作为吸收液，吸收液与烟气逆流接触以脱除二氧化碳；净化后的脱碳烟气进入水洗塔；
步骤(2)吸收塔底吸收的富液通过富液泵送至热交换器，经热交换后的富液从再生塔顶部进入，经汽提解吸后送入再沸器中进行再沸；
步骤(3)从再生塔顶部排出的气体混合物导入热交换器进行水冷，之后进入气液分离器进行气液分离，分离后的液体导入水洗塔。
进一步的，所述醇胺溶液包括N,N-二甲基环己胺，N-甲基环己胺，三乙基胺，二烯丙基胺，N,N-二乙基乙醇胺，1,4丁二胺，N-甲基-1,3-丙二胺，N-甲基环己胺，哌嗪。
进一步的，吸收塔中部为气液接触部分，主要通过填料强化气液接触，吸收塔的内部布置气液分离器，使吸收液均匀进入填料。
进一步的，吸收塔底部设置用于储存吸收液的储槽。
进一步的，所述步骤(2)中，富液在进入再生塔前在热交换器内与再生塔底流出的贫液进行热交换，利用再生后的贫液余热对富液进行加热。
进一步的，热交换后的贫液经水冷器冷却后泵入吸收塔中循环作为吸收液。
进一步的，所述步骤(2)中，汽提通过向再生塔内引入低压蒸气实现。
进一步的，所述步骤(3)中，分离出的二氧化碳气体进入后续压缩处理程序分离得到液体。
进一步的，在再生塔底将低压蒸气经再沸器与富液换热后，解析出的二氧化碳气体经再生塔排出，解析二氧化碳后的贫液由再生塔底排出。
进一步的，从吸收塔顶排出的烟气进入水洗塔进行循环洗涤和除沫。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的主要利用多级换热工艺，使系统热量能够综合利用，极大地降低系统能耗；并通过水洗塔进行尾气洗涤，充分回收尾气中的溶液；解决现有的燃烧后CO2捕集高能耗和高费用的问题；
(2)本发明与常规工艺相比，能够降低解吸液的容量，降低解吸再生时水温蒸发的显热和气化潜热，有效降低解析能耗；同时，减少吸收溶剂在整个系统循环，降低泵的电耗；
(3)本发明采用醇胺溶液作为吸收液，其相比有机胺对二氧化碳的承载量高、效果好。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为传统型二氧化碳捕集系统；
其中，1-水洗塔，2-吸收塔，3-风机，4-富液泵，5-热交换器，6-再生塔，7-再沸器，8-热交换器，9-气液分离器。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，如无特别说明，“富液”、“富溶剂”是指吸收了大量目标的CO2气体的液体。“贫液”、“贫溶剂”是指解析了大部分或全部CO2气体的液体。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在二氧化碳捕集工艺的再生能耗高、投资高的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种二氧化碳优化捕集工艺。
本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种二氧化碳优化捕集工艺，以传统型二氧化碳捕集系统为例说明本申请的工艺过程。
如图1所示，二氧化碳捕集系统包括水洗塔1、吸收塔2、再生塔6、再沸器7和气液分离器9，吸收塔2的底部一侧连接风机3，吸收塔2顶端连接水洗塔1，底端通过富液泵4连接热交换器5，所述热交换器5连接至再生塔6的顶部。
再生塔6的底部连接再沸器7，其顶端通过热交换器8连接气液分离器9，且气液分离器9与再生塔6连接形成回路。
在吸收塔2内气液两相的流动方式可以逆流也可并流。
优选逆流方式，即吸收液从吸收塔2顶加入自上而下流动，与从下向上流动的源气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从吸收塔2顶排出。
再生塔6是将吸收了CO2的富溶剂通过高温蒸气使CO2在其中解析的装置，引入再生塔6中进行汽提的低压蒸气温度为130～150℃。
再沸器7中的物料液位和再生塔6液位在同一高度，从再生塔6底提供液相进入到再沸器7中，使在再沸器7中有25～30％的液相被汽化；被汽化的两相流被送回到再生塔6中，返回再生塔6中的气相组分向上通过填料，而液相组分掉回到再生塔6底。
物料在再沸器7中受热膨胀至汽化、密度变小，从而离开汽化空间，顺利地返回到再生塔6内，返回再生塔6中的气液两相，气相向上通过填料层，而液相受到重力作用掉落到再生塔6底；由于静压差的作用，再生塔6底会不断地补充被蒸发掉的那部分液位。
在再沸器中低压蒸气与再生塔底富液进行热交换，交换后的富液中CO2被解析出来。
应用于火力发电厂燃烧排放的烟气中的CO2捕集，该来自烟气的原料气温度为50℃，原料气压力为0.03MPa，原料气组成为：CO2为51.95v/v％，H2为19.74v/v％，CO为9.71v/v％，CH4为16.09v/v％，H2O为0.87v/v％，N2为1.64v/v％，均是以体积百分含量计。
本申请的工艺过程为：
在风机3的作用下，上述烟气经脱水冷却后(温度35℃)由吸收塔2底部的储液槽液面之上进入吸收塔2，自下而上流动。
从吸收塔2上部供入吸收液，吸收液与上升的烟气形成逆流接触，使CO2得以脱除。
所述醇胺溶液包括N,N-二甲基环己胺(DMCA)，N-甲基环己胺(MCA)，三乙基胺(TEA)，二烯丙基胺(DAA)，N,N-二乙基乙醇胺(DEEA)，1,4丁二胺(BDA)，N-甲基-1,3-丙二胺(MAPA)，N-甲基环己胺(MCA)，哌嗪(PZ)。
采用醇胺溶液作为吸收液，相比传统采用有机胺作为吸收液的方式，其对二氧化碳的承载量高、效果好。
净化后的脱碳烟气从吸收塔顶排出，进入水洗塔1进行除沫，除沫后的净化气排空。
吸收塔2中部为气液接触部分，这部分主要通过填料来强化气液接触，加强吸收液对CO2的吸收；吸收塔2内布置气液分布器，使吸收液能够均匀地进入填料。
吸收塔2底为吸收液储槽，吸收了CO2的液体(称为富液)被储存在该区域，并通过富液泵4泵至再生塔6；吸收过程持续20分钟。
富液流(流量78m3/h、58℃，CO2负载量为0.49mol/mol)进入再生塔6前在热交换器5与再生塔6底流出的贫液(CO2被解吸后的吸收液)进行热交换，利用再生后贫液(120℃)的余热对富液进行加热，以减少富液再生时的蒸气消耗量，同时也达到冷却再生贫液(至95℃)的目的。
热交换后的贫液经水冷器冷却到40℃后泵入吸收塔2中，循环作为吸收液。吸收液往返循环构成连续吸收和解析CO2的工艺过程。
热交换后的富液(108℃)从再生塔6上部进入，通过汽提解吸部分CO2，再在再沸器7进行再沸，使其中的CO2进一步解吸。
汽提是通过向再生塔6引入低压蒸气(135℃，22.9吨/小时)进行的。
从再生塔6顶排出的CO2及蒸气混合物(温度122℃、流量4.32吨/小时)导入到热交换器8中水冷，温度进一步降低到85℃，接着导入到气液分离器9中，进行气液分离。
分离出的CO2气体进入后续的压缩处理程序，分离得到的液体(温度55℃)导入水洗塔1中。
由于吸收液具有较高的蒸气压，为了减少吸收液随烟气带出而造成吸收液损失和造成大气污染，从吸收塔2顶排出的烟气进入水洗塔1中进行循环洗涤和除沫。
在再生塔6底将低压蒸气(低压蒸气135℃，22.9吨/小时)经再沸器7与再生塔6底富液换热后，富液被加热到122℃，CO2气体被解析出来，经由再生塔6顶排出，解析CO2后的贫液(流量76m3/h、122℃)经由再生塔6底排出。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二氧化碳优化捕集工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)在风机作用下烟气经脱水冷却后进入吸收塔自下而上流动，从吸收塔上部供入醇胺溶液作为吸收液，吸收液与烟气逆流接触以脱除二氧化碳；净化后的脱碳烟气进入水洗塔；
步骤(2)吸收塔底吸收的富液通过富液泵送至热交换器，经热交换后的富液从再生塔顶部进入，经汽提解吸后送入再沸器中进行再沸；
步骤(3)从再生塔顶部排出的气体混合物导入热交换器进行水冷，之后进入气液分离器进行气液分离，分离后的液体导入水洗塔。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳优化捕集工艺，其特征在于，所述醇胺溶液包括N,N-二甲基环己胺，N-甲基环己胺，三乙基胺，二烯丙基胺，N,N-二乙基乙醇胺，1,4丁二胺，N-甲基-1,3-丙二胺，N-甲基环己胺，哌嗪。
3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳优化捕集工艺，其特征在于，吸收塔中部为气液接触部分，主要通过填料强化气液接触，吸收塔的内部布置气液分离器，使吸收液均匀进入填料。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳优化捕集工艺，其特征在于，吸收塔底部设置用于储存吸收液的储槽。
5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳优化捕集工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，富液在进入再生塔前在热交换器内与再生塔底流出的贫液进行热交换，利用再生后的贫液余热对富液进行加热。
6.根据权利要求5所述的一种二氧化碳优化捕集工艺，其特征在于，热交换后的贫液经水冷器冷却后泵入吸收塔中循环作为吸收液。
7.根据权利要求1所述的一种二氧化碳优化捕集工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，汽提通过向再生塔内引入低压蒸气实现。
8.根据权利要求1所述的一种二氧化碳优化捕集工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，分离出的二氧化碳气体进入后续压缩处理程序分离得到液体。
9.根据权利要求1所述的一种二氧化碳优化捕集工艺，其特征在于，在再生塔底将低压蒸气经再沸器与富液换热后，解析出的二氧化碳气体经再生塔排出，解析二氧化碳后的贫液由再生塔底排出。
10.根据权利要求1所述的一种二氧化碳优化捕集工艺，其特征在于，从吸收塔顶排出的烟气进入水洗塔进行循环洗涤和除沫。
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