CN109453620B - 一种碳捕集与余热回收耦合装置 - Google Patents

一种碳捕集与余热回收耦合装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳捕集与余热回收耦合装置，包括烟气入口，在烟气入口连接有用于回收高温烟气余热的换热器，通过换热器将高温烟气处理为低温烟气进入与换热器连接的吸收塔；吸收塔通过喷淋离子液体来吸收低温烟气中的CO2并获得富含CO2的低温离子液体，然后低温离子液体在换热器中被回收的余热加热后，进入用于离子液体中CO2解析的解析塔。本发明利用离子液体优越化学性能和物理性能，结合吸收塔和解析塔实现对工业上排出的高温烟气中CO2的捕集和储存，在提高装置总体用能效率的同时，可有效缓解CO2的排放压力，同时还可以实现碳资源的优化配置。

Description

一种碳捕集与余热回收耦合装置
技术领域
本发明涉及工业节能环保技术领域，具体为一种碳捕集与余热回收耦合装置。
背景技术
全球气候变暖已成为最令人关注的世界问题，CO2是大气中最主要的温室气体之一，其大量排放对人类的生产和生活造成了潜在的威胁。随着全球工业化的发展，化石燃料的大量燃烧导致大量的工业废气排放到大气中，燃煤烟气是CO2的最主要来源，对工业废气中的CO2进行有效捕集是能够降低大气中CO2浓度的有效方法之一。
同时，CO2也是一种十分重要的碳资源，因此，从烟气中捕集和储存CO2具有十分重大的意义，随着能源紧缺的形势越来越严重，高效环保的观念逐渐深入人心，为解决能源供需矛盾和环境污染问题,需要加强各种余热资源的回收利用，回收烟气余热有助于节能减排。
工业上主要采用以化学吸收为主的醇胺溶液固定CO2。虽然醇胺法操作简单、吸收量大，但是吸收剂循环再生产成本高、二次污染和回收能耗大，对设备腐蚀严重，严重制约了该方法的大规模应用。因此研发既能高效吸收CO2又不会对环境造成污染的新型绿色吸收剂已经成为目前二氧化碳固定、转化和利用的重要课题。离子液体是一种环境友好的绿色溶剂、催化剂和吸收剂，其具有不易挥发、蒸气压低、液程宽、良好的热稳定性等特点，更重要的是此类离子液体能够设计链接特定的官能团，有效捕集CO2同时能降低能耗，具有工业化捕集应用的潜力。
目前，对采用离子液体捕集CO2的研究主要还是在于离子液体的配制上，少数研究也提供了离子液体捕集CO2的方法，例如：
申请号201110437154.3公开了一种高效低能耗捕集电站烟气中CO2的方法及其设备，该方法克服了有机胺法设备腐蚀严重、再生能耗高、利用离子液体几乎没有蒸汽压的优点减少了单纯有机胺作为吸收剂的易损耗等缺点，具有捕集效率高、能耗低、工艺流程简单、设备简单、投资及运行成本低的特点。
但是，在现有公开的这些方法中，仍然存在很大的缺陷和考虑不全面的地方，例如：在补集CO2的同时，并没有充分、合理地利用工业烟气的余热，更没有将CO2补集与工业烟气余热回收有机的结合，实现烟气余热资源的高效合理利用。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种碳捕集与余热回收耦合装置，本发明利用离子液体优越化学性能和物理性能，结合吸收塔和解析塔实现对工业上排出的高温烟气中CO2的捕集和储存，在提高装置总体用能效率的同时，可有效缓解CO2的排放压力，同时还可以实现碳资源的优化配置，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种碳捕集与余热回收耦合装置，包括烟气入口，在所述烟气入口连接有用于回收高温烟气余热的换热器，通过所述换热器将高温烟气处理为低温烟气进入与所述换热器连接的吸收塔；所述吸收塔通过喷淋离子液体来吸收低温烟气中的CO2并获得富含CO2的低温离子液体，然后将低温离子液体经过所述换热器回收的余热进行加热后进入用于将离子液体中CO2解析出来的解析塔。
优选地，还包括富CO2泵，所述富CO2泵用于将所述吸收塔获取的低温离子液体输入所述换热器。
优选地，还包括贫CO2泵、第一冷却器和第二冷却器，所述解析塔解析出的CO2进入所述第一冷却器降温，所述解析塔解析后的贫CO2的高温离子液体经过所述贫CO2泵进入第二冷却器中冷却。
优选地，经过所述第一冷却器降温后的CO2通过引风机经过CO2出口存储到储气柜中。
优选地，经过所述第二冷却器冷却的离子液体进入所述吸收塔中作为喷淋的离子液体。
优选地，所述第一冷却器和第二冷却器的冷却介质均为水，冷却水通过冷却水进口依次进入所述第一冷却器和第二冷却器被加热后通过热水出口与热用户连接，提供热能。
优选地，所述吸收塔包括吸收塔第一入口、吸收塔第一出口、吸收塔第二入口和吸收塔第二出口；
所述换热器包括换热器第一入口、换热器第一出口、换热器第二入口和换热器第二出口；
所述解析塔包括解析塔第一出口、解析塔第一入口、解析塔第二出口；
所述吸收塔第一入口与所述换热器第一出口连接，所述吸收塔第一出口用于将未吸收的废气从烟气出口排出；所述吸收塔第二入口用于接受经过第二冷却器冷却的离子液体；所述吸收塔第二出口通过富CO2泵连接所述换热器第二入口；
所述换热器第一入口连接烟气入口，用于接受高温烟气；所述换热器第二出口连接所述解析塔第一入口；
所述解析塔第一出口用于将经过所述解析塔解析出的CO2送入第一冷却器；所述解析塔第二出口用于将解析后的离子液体送入贫CO2泵。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用离子液体的优越化学性能和物理性能，作为传输介质和CO2的携带“容器”，结合吸收塔和解析塔实现对工业上排出的高温烟气中CO2的捕集和储存，在提高装置总体用能效率的同时，可有效缓解CO2的排放压力，同时还可以实现碳资源的优化配置；其中总体用能效率体现在离子液体的循环利用，高温烟气热量的应用，以及解析塔解析后产物携带热量的应用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图中标号：
1-冷却水入口；2-CO2出口；3-第一冷却器；4-引风机；5-解吸塔；6-烟气入口；7-换热器；8-富CO2泵；9-贫CO2泵；10-烟气出口；11-吸收塔；12-第二冷却器；13-热水出口；
5a-解析塔第一出口；5b-解析塔第一入口；5c-解析塔第二出口；
7a-换热器第一入口；7b-换热器第一出口；7c-换热器第二入口；7d-换热器第二出口；
11a-吸收塔第一入口；11b-吸收塔第一出口；11c-吸收塔第二入口；11d-吸收塔第二出口。
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做出创造性劳动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。
如图1所示，本发明提供了一种碳捕集与余热回收耦合装置，主要包括换热器、吸收塔和解析塔，其主要思想是实现对工业上排出的高温烟气中CO2的捕集和储存。在提高装置总体用能效率的同时，可有效缓解CO2的排放压力，同时还可以实现碳资源的优化配置。
该耦合装置具体包括接收工业高温烟气的烟气入口6，在烟气入口6连接有用于回收高温烟气余热的换热器7，通过所述换热器7将高温烟气处理为低温烟气进入与所述换热器7连接的吸收塔11；所述吸收塔11通过喷淋离子液体来吸收低温烟气中的CO2并获得富含CO2的低温离子液体，然后将低温离子液体经过所述换热器7回收的余热进行加热后进入用于将离子液体中CO2解析出来的解析塔5，可以在不利用外部热能的情况下，就将CO2解析出来，充分利用了高温烟气所携带的热能。
在本实施方式中，以离子液体作为传输介质以及CO2的携带“容器”，实现高温烟气中CO2的捕集和储存，离子液体具有较高的化学稳定性和热稳定性，不挥发，溶解力强，无毒，不易燃易爆，并对CO2等酸性气体具有较强的选择吸收性，且最重要的是用离子液体吸收/解吸CO2的能力不会明显下降，可循环利用。其原理可以理解为：
CO2的溶解度在低压低温状态下较高，且随温度的升高而降低，经换热器回收的多余的热量被富有CO2的离子液体吸收，进而达到在高温状态下从离子液体中解吸出CO2的目的。
为了更方便将经过吸收塔获取的富含CO2的低温离子液体送入换热器加热，在吸收塔和换热器之间连接一个用于提供泵力的富CO2泵8。
考虑经过解析塔解析后得到的两种产物，高温CO2和高温贫CO2的离子液体，高温CO2需要经过降温处理才能存储，因此，在解析塔上连接一个第一冷却器3，高温CO2经过降温处理后由引风机经过CO2出口存储到储气柜中。
由于贫CO2的高温离子液体中CO2浓度很低，远离饱和状态很多，依然能实现对低温烟气中CO2的吸收，因此，考虑将该离子液体反复循环利用，在本实施方式中，将该高温贫CO2的离子液体经过贫CO2泵9进入第二冷却器12中冷却后，送至吸收塔反复利用。
高温CO2和贫CO2的高温离子液体这两种产物都富含极高的热量，分别经过所述第一冷却器3和第二冷却器12降温冷却后，会有大量的热量散失，在本实施方式中，考虑生活实际中的热用户，将第一冷却器3和第二冷却器12的冷却介质使用最常见、成本最低的水，热量散失集中在水中变成热水，热水可通过设置的热水出口13连接至热用户，提供热能。
在本实施方式中，主要结构换热器，吸收塔和解析塔的进出口以及相互之间的连接方式如下：
吸收塔11包括吸收塔第一入口11a、吸收塔第一出口11b、吸收塔第二入口11c和吸收塔第二出口11d；
换热器7包括换热器第一入口7a、换热器第一出口7b、换热器第二入口7c和换热器第二出口7d；
解析塔5包括解析塔第一出口5a、解析塔第一入口5b、解析塔第二出口5c；
吸收塔第一入口11a与换热器第一出口7b连接，吸收塔第一出口11b用于将未吸收的废气从烟气出口10排出；吸收塔第二入口11c用于接受经过第二冷却器冷却的离子液体；吸收塔第二出口11d通过富CO2泵8连接换热器第二入口7c；
换热器第一入口7a连接烟气入口6，用于接受高温烟气；换热器第二出口7d连接解析塔第一入口5b；
解析塔第一出口5a用于将经过解析塔5解析出的CO2送入第一冷却器3；解析塔第二出口5c用于将解析后的离子液体送入贫CO2泵9。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种碳捕集与余热回收耦合装置，其特征在于，包括烟气入口(6)，在所述烟气入口(6)连接有用于回收高温烟气余热的换热器(7)，通过所述换热器(7)将高温烟气处理为低温烟气进入与所述换热器(7)连接的吸收塔(11)；所述吸收塔(11)通过喷淋离子液体来吸收低温烟气中的CO2并获得富含CO2的低温离子液体，然后低温离子液体经过所述换热器(7)，被回收的余热加热后，进入用于将离子液体中CO2解析出来的解析塔(5)；
还包括贫CO2泵(9)、第一冷却器(3)和第二冷却器(12)，所述解析塔(5)解析出的CO2进入所述第一冷却器(3)降温，所述解析塔(5)解析后的贫CO2的高温离子液体经过所述贫CO2泵(9)进入第二冷却器(12)中冷却，所述第一冷却器(3)和第二冷却器(12)的冷却介质均为水，冷却水通过冷却水进口(1)依次进入所述第一冷却器(3)和第二冷却器(12)被加热后通过热水出口(13)与热用户连接，提供热能。
2.根据权利要求1所述的一种碳捕集与余热回收耦合装置，其特征在于，还包括富CO2泵(8)，所述富CO2泵(8)用于将所述吸收塔(11)获取的富含CO2的低温离子液体输入所述换热器(7)。
3.根据权利要求1所述的一种碳捕集与余热回收耦合装置，其特征在于，经过所述第一冷却器(3)降温后的CO2通过引风机(4)经过CO2出口(2)存储到储气柜中。
4.根据权利要求1所述的一种碳捕集与余热回收耦合装置，其特征在于，经过所述第二冷却器(12)冷却的离子液体进入所述吸收塔(11)中作为喷淋的离子液体。
5.根据权利要求1所述的一种碳捕集与余热回收耦合装置，其特征在于，所述吸收塔(11)包括吸收塔第一入口(11a)、吸收塔第一出口(11b)、吸收塔第二入口(11c)和吸收塔第二出口(11d)；
所述换热器(7)包括换热器第一入口(7a)、换热器第一出口(7b)、换热器第二入口(7c)和换热器第二出口(7d)；
所述解析塔(5)包括解析塔第一出口(5a)、解析塔第一入口(5b)、解析塔第二出口(5c )；
所述吸收塔第一入口(11a)与所述换热器第一出口(7b)连接，所述吸收塔第一出口(11b)用于将未吸收的废气从烟气出口(10)排出；所述吸收塔第二入口(11c)用于接收 经过第二冷却器冷却的离子液体；所述吸收塔第二出口(11d)通过富CO2泵(8)连接所述换热器第二入口(7c)；
所述换热器第一入口(7a)连接烟气入口(6)，用于接收高温烟气；所述换热器第二出口(7d)连接所述解析塔第一入口(5b)；
所述解析塔第一出口(5a)用于将经过所述解析塔(5)解析出的CO2送入第一冷却器(3)；所述解析塔第二出口(5c)用于将解析后的离子液体送入贫CO2泵(9)。
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