CN111153383A - 一种针对大型化燃烧前co2捕集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对大型化燃烧前CO2捕集系统，包括耐硫等温变换系统及CO2捕集吸收系统，其中，CO2捕集吸收系统包括变换气预冷器、硫碳吸收塔、CO2解析塔、塔前分水器、H2S浓缩塔、氮气输入管道、尾气洗涤塔、甲醇再生塔、甲醇水分离塔及尾气洗涤塔，该系统能耗低，对CO2捕集率高，且结构简单。
Description
技术领域
本发明属于能源化工技术领域，涉及一种针对大型化燃烧前CO2捕集系统。
背景技术
近年来，随着全球气候的变暖严重影响到人们的健康，作为温室气体的二氧化碳尤为突出的导致气温升高，因此对于二氧化碳的捕集成为了大家关注的焦点。如果再不减少二氧化碳排放量，带来的全球变暖将对人类是灾难性的。因此，发展能源的洁净与高效利用技术，提高能源效率，另一方面进行CO2的捕集与封存，降低或稳定大气中CO2浓度水平，对于缓解全球气候变暖具有特别重要的意义。
燃烧前CO2捕集技术实在合成气燃烧前进行变换捕集的新型技术，后续作为制氢、封存、煤化工产品生产等技术的重要路线。目前国内燃烧前捕集CO2捕集系统常采用耐硫变换、MDEA脱碳脱硫等工艺。这种工艺的变换系统为绝热变换，MDEA脱碳脱硫只实用于中小型的捕集系统，所以针对大型化的碳捕集，比如百万吨级的CO2捕集系统，这种工艺的弊端较多。由于来自气化的合成气中CO含量较高，通常采用三段变换，系统复杂，在运行过程中出现催化剂床层飞温现象，工艺指标难控制，脱碳脱硫需要的MDEA循环量非常大，而且CO2捕集率相对不高，大型化的设备投资和系统能耗较高。
因此，开发一种系统简单、低能耗、捕集率高的针对大型化的燃烧前CO2捕集系统是一项十分有意义的任务。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种针对大型化燃烧前CO2捕集系统，该系统能耗低，对CO2捕集率高，且结构简单。
为达到上述目的，本发明所述的针对大型化燃烧前CO2捕集系统包括耐硫等温变换系统及CO2捕集吸收系统，其中，CO2捕集吸收系统包括变换气预冷器、硫碳吸收塔、CO2解析塔、塔前分水器、H2S浓缩塔、氮气输入管道、尾气洗涤塔、甲醇再生塔、甲醇水分离塔及尾气洗涤塔；
耐硫等温变换系统的出口与变换气预冷器的放热侧入口相连通，硫碳吸收塔顶部的氢气出口及CO2解析塔顶部的CO2出口与变换气预冷器的吸热侧入口相连通，变换气预冷器的放热侧出口与塔前分水器的入口相连通，塔前分水器的出口与硫碳吸收塔底部的入口相连通，硫碳吸收塔底部的出口与H2S浓缩塔的入口相连通，硫碳吸收塔中部的出口与CO2解析塔的入口相连通，CO2解析塔底部的出口与H2S浓缩塔的塔底相连通，CO2解析塔侧面的出口与H2S浓缩塔的塔顶相连通，氮气输入管道与H2S浓缩塔塔底的氮气入口相连通；
H2S浓缩塔塔顶的出气口与尾气洗涤塔的入口相连通，H2S浓缩塔塔底的H2S富液出口与甲醇再生塔的入口相连通，甲醇再生塔底部的甲醇出口分为两路，其中，一路与硫碳吸收塔中部及顶部的喷淋层入口相连通，另一路与甲醇水分离塔的入口相连通，尾气洗涤塔的底部出口与甲醇水分离塔的入口相连通，甲醇水分离塔塔顶的精甲醇出口与甲醇再生塔的入口相连通，甲醇水分离塔的塔底设置有废水出口。
硫碳吸收塔底部的出口经H2S半贫液泵与H2S浓缩塔的入口相连通。
H2S浓缩塔塔底的H2S富液出口经H2S富液泵与甲醇再生塔的入口相连通，
CO2解析塔底部的出口经CO2贫液泵与H2S浓缩塔的塔底相连通。
甲醇再生塔底部的甲醇出口经甲醇富液泵分为两路。
尾气洗涤塔的底部出口经洗液泵与甲醇水分离塔的入口相连通。
耐硫等温变换系统包括等温变换炉、蒸汽发生器、合成气输入管道、合成气分水器、缓冲过滤器、合成气预热器、电加热器、增湿器、脱盐水预热器、变换气冷却器、变换气分水器、汽提塔、脱盐水缓冲罐及脱盐水泵；
等温变换炉包括变换炉壳体以及设置于变换炉壳体内的第一换热管，蒸汽发生器包括发生器壳体以及设置于发生器壳体内的第二换热管；
合成气输入管道的出口经合成气分水器、缓冲过滤器、合成气预热器的吸热侧及电加热器与增湿器的入口相连通，发生器壳体的出口与增湿器的入口相连通，增湿器的出口与变换炉壳体的入口相连通，变换器壳体的出口经合成气预热器的放热侧、脱盐水预热器的放热侧及变换气冷却器与变换气分水器的入口相连通，变换气分水器的变换气出口与变换气预冷器的放热侧入口相连通；
合成气分水器的出水口及变换气分水器的出水口与汽提塔的入口相连通，汽提塔的工艺水出口与脱盐水缓冲罐的入口相连通，脱盐水缓冲罐的出口依次经脱盐水泵及脱盐水预热器的吸热侧与发生器壳体的入口相连通，第二换热管与第一换热管相连通。
第一换热管与第二换热管之间设置有循环水泵。
缓冲过滤器内填充有抗毒保护剂。
变换炉壳体内填充有变换催化剂。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的针对大型化燃烧前CO2捕集系统在具体操作时，通过耐硫等温变换系统将合成气与蒸汽混合产生变换气，反应产生的热被移至炉外加热脱盐水产生蒸汽回用，变换流程简单，操作弹性大，变换气进入CO2捕集吸收系统，通过CO2捕集吸收系统采用硫碳同脱的吸收塔进行CO2捕集，同时设置两级预冷器回收系统冷量，通过热再生及洗涤回收甲醇循环使用，吸附剂循环量小，能耗及投资较低，对CO2捕集率高，且结构较为简单。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，11为合成气分水器、12为缓冲过滤器、13为合成气预热器、14为电加热器、15为增湿器、16为等温变换炉、17为循环水泵、18为蒸汽发生器、19为脱盐水预热器、110为变换气冷却器、111为变换气分水器、112为汽提塔、113为脱盐水缓冲罐、114为脱盐水泵、21为变换气预冷器、22为塔前分水器、23为硫碳吸收塔、24为CO2解析塔、25为H2S浓缩塔、26为甲醇再生塔、27为甲醇水分离塔、28为尾气洗涤塔、29为H2S半贫液泵、210为CO2贫液泵、211为H2S富液泵、212为甲醇富液泵、213为洗液泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的针对大型化燃烧前CO2捕集系统包括耐硫等温变换系统及CO2捕集吸收系统，其中，CO2捕集吸收系统包括变换气预冷器21、硫碳吸收塔23、CO2解析塔24、塔前分水器22、H2S浓缩塔25、氮气输入管道、尾气洗涤塔28、甲醇再生塔26、甲醇水分离塔27及尾气洗涤塔28；耐硫等温变换系统的出口与变换气预冷器21的放热侧入口相连通，硫碳吸收塔23顶部的氢气出口及CO2解析塔24顶部的CO2出口与变换气预冷器21的吸热侧入口相连通，变换气预冷器21的放热侧出口与塔前分水器22的入口相连通，塔前分水器22的出口与硫碳吸收塔23底部的入口相连通，硫碳吸收塔23底部的出口与H2S浓缩塔25的入口相连通，硫碳吸收塔23中部的出口与CO2解析塔24的入口相连通，CO2解析塔24底部的出口与H2S浓缩塔25的塔底相连通，CO2解析塔24侧面的出口与H2S浓缩塔25的塔顶相连通，氮气输入管道与H2S浓缩塔25塔底的氮气入口相连通；H2S浓缩塔25塔顶的出气口与尾气洗涤塔28的入口相连通，H2S浓缩塔25塔底的H2S富液出口与甲醇再生塔26的入口相连通，甲醇再生塔26底部的甲醇出口分为两路，其中，一路与硫碳吸收塔23中部及顶部的喷淋层入口相连通，另一路与甲醇水分离塔27的入口相连通，尾气洗涤塔28的底部出口与甲醇水分离塔27的入口相连通，甲醇水分离塔27塔顶的精甲醇出口与甲醇再生塔26的入口相连通，甲醇水分离塔27的塔底设置有废水出口。
具体的，硫碳吸收塔23底部的出口经H2S半贫液泵29与H2S浓缩塔25的入口相连通；H2S浓缩塔25塔底的H2S富液出口经H2S富液泵211与甲醇再生塔26的入口相连通；CO2解析塔24底部的出口经CO2贫液泵210与H2S浓缩塔25的塔底相连通；甲醇再生塔26底部的甲醇出口经甲醇富液泵212分为两路；尾气洗涤塔28的底部出口经洗液泵213与甲醇水分离塔27的入口相连通。
耐硫等温变换系统包括等温变换炉16、蒸汽发生器18、合成气输入管道、合成气分水器11、缓冲过滤器12、合成气预热器13、电加热器14、增湿器15、脱盐水预热器19、变换气冷却器110、变换气分水器111、汽提塔112、脱盐水缓冲罐113及脱盐水泵114；等温变换炉16包括变换炉壳体以及设置于变换炉壳体内的第一换热管，蒸汽发生器18包括发生器壳体以及设置于发生器壳体内的第二换热管；合成气输入管道的出口经合成气分水器11、缓冲过滤器12、合成气预热器13的吸热侧及电加热器14与增湿器15的入口相连通，发生器壳体的出口与增湿器15的入口相连通，增湿器15的出口与变换炉壳体的入口相连通，变换器壳体的出口经合成气预热器13的放热侧、脱盐水预热器19的放热侧及变换气冷却器110与变换气分水器111的入口相连通，变换气分水器111的变换气出口与变换气预冷器21的放热侧入口相连通；合成气分水器11的出水口及变换气分水器111的出水口与汽提塔112的入口相连通，汽提塔112的工艺水出口与脱盐水缓冲罐113的入口相连通，脱盐水缓冲罐113的出口依次经脱盐水泵114及脱盐水预热器19的吸热侧与发生器壳体的入口相连通，第二换热管与第一换热管相连通，其中，第一换热管与第二换热管之间设置有循环水泵17。
本发明的具体工作过程为：
合成气从界区进入合成气分水器11中进行分水干燥，然后进入缓冲过滤器12中进行过滤，过滤后的合成气进入合成气预热器13中被等温变换炉16输出的高温变换气加热，然后再进入电加热器14中，电加热器14输出的合成气与来自蒸汽发生器18的中压蒸汽混合，混合后的合成气进入变换炉壳体中发生变换反应产出变换气，产生的变换气返回至合成气预热器13中进行一次换热降温，降温后的变换气进入脱盐水预热器19中进行二次换热降温，随后再进入变换气冷却器110中进行三次换热降温，最后低温变换气进入变换气分水器111中进行分水干燥后进入到后续的CO2捕集吸收系统中，合成气分水器11及变换气分水器111分离出的工艺水进入汽提塔112中通过与低压蒸汽混合汽提出水中的酸性气体，汽提后的工艺水进入脱盐水缓冲罐113中回用，再通过脱盐水泵114增压后送入脱盐水预热器19中与合成气预热器13输出的变换气换热后进入蒸汽发生器18中与等温变换炉16输出的锅炉给水换热，以产生中压蒸汽，产生的中压蒸汽进入增湿器15中与来自电加热器14的合成气混合后进入变换炉壳体内。
缓冲过滤器12内部装填有抗毒保护剂，所述抗毒保护剂可以吸附并过滤掉合成气中可使变换催化剂中毒失效的重金属以及含氧物等杂质。
耐硫等温变换系统输出的变换气进入变换气预冷器21中与来自硫碳吸收塔23的氢气及来自CO2解析塔24的CO2进行换热降温，降温后的变换气进入塔前分水器22中进行分水，再进入硫碳吸收塔23的底部，变换气中的H2S在硫碳吸收塔23的中部被甲醇富液泵212输出的甲醇吸收，变换气中的CO2在硫碳吸收塔23的上部被甲醇富液泵212输出的甲醇吸收，以脱除H2S及CO2，脱除H2S及CO2后的富氢气进入变换气预冷器21中回收冷量，含H2S的甲醇在硫碳吸收塔23的塔底经H2S半贫液泵29送入H2S浓缩塔25中进行浓缩，含CO2的甲醇在硫碳吸收塔23的中部通过高差重力流入CO2解析塔24中进行解析，解析出的CO2进入变换气预冷器21中回收冷量，解析后的甲醇分成两路，一路从CO2解析塔24的塔底流出经CO2贫液泵210送入H2S浓缩塔25的塔底，另一路从CO2解析塔24的中部排出进入H2S浓缩塔25的塔顶进一步吸收H2S，向H2S浓缩塔25塔底通入反吹氮气对进入H2S浓缩塔25塔底的CO2贫液进行气提。
H2S浓缩塔25塔顶含甲醇气的尾气进入尾气洗涤塔28中进行洗涤，以回收甲醇，H2S浓缩塔25塔底的H2S富液经H2S富液泵211送入甲醇再生塔26中进行热再生，H2S气体沿甲醇再生塔26的塔顶排出去下游的硫回收单元中，再生后的甲醇经甲醇富液泵212大部分送回硫碳吸收塔23中进行硫碳吸收，小部分甲醇进入甲醇水分离塔27中进行精馏，H2S浓缩塔25塔顶的尾气进入尾气洗涤塔28中被脱盐水回收甲醇，甲醇水溶液在尾气洗涤塔28的底部经洗液泵213送入甲醇水分离塔27中进行精馏，精甲醇从甲醇水分离塔27塔顶排出进入甲醇再生塔26中回用，废水则从甲醇水分离塔27的塔底排出。
所述变换气预冷器21为两级换热器，管程为热介质变换气，第一级壳程为冷介质粗氢气，第二级壳程为冷介质CO2；所述硫碳吸收塔23为两级吸收塔，在硫碳吸收塔23的中部吸收H2S，在硫碳吸收塔23的上部吸收CO2。
Claims (10)
1.一种针对大型化燃烧前CO2捕集系统，其特征在于，包括耐硫等温变换系统及CO2捕集吸收系统，其中，CO2捕集吸收系统包括变换气预冷器(21)、硫碳吸收塔(23)、CO2解析塔(24)、塔前分水器(22)、H2S浓缩塔(25)、氮气输入管道、尾气洗涤塔(28)、甲醇再生塔(26)、甲醇水分离塔(27)及尾气洗涤塔(28)；
耐硫等温变换系统的出口与变换气预冷器(21)的放热侧入口相连通，硫碳吸收塔(23)顶部的氢气出口及CO2解析塔(24)顶部的CO2出口与变换气预冷器(21)的吸热侧入口相连通，变换气预冷器(21)的放热侧出口与塔前分水器(22)的入口相连通，塔前分水器(22)的出口与硫碳吸收塔(23)底部的入口相连通，硫碳吸收塔(23)底部的出口与H2S浓缩塔(25)的入口相连通，硫碳吸收塔(23)中部的出口与CO2解析塔(24)的入口相连通，CO2解析塔(24)底部的出口与H2S浓缩塔(25)的塔底相连通，CO2解析塔(24)侧面的出口与H2S浓缩塔(25)的塔顶相连通，氮气输入管道与H2S浓缩塔(25)塔底的氮气入口相连通；
H2S浓缩塔(25)塔顶的出气口与尾气洗涤塔(28)的入口相连通，H2S浓缩塔(25)塔底的H2S富液出口与甲醇再生塔(26)的入口相连通，甲醇再生塔(26)底部的甲醇出口分为两路，其中，一路与硫碳吸收塔(23)中部及顶部的喷淋层入口相连通，另一路与甲醇水分离塔(27)的入口相连通，尾气洗涤塔(28)的底部出口与甲醇水分离塔(27)的入口相连通，甲醇水分离塔(27)塔顶的精甲醇出口与甲醇再生塔(26)的入口相连通，甲醇水分离塔(27)的塔底设置有废水出口。
2.根据权利要求1所述的针对大型化燃烧前CO2捕集系统，其特征在于，硫碳吸收塔(23)底部的出口经H2S半贫液泵(29)与H2S浓缩塔(25)的入口相连通。
3.根据权利要求1所述的针对大型化燃烧前CO2捕集系统，其特征在于，H2S浓缩塔(25)塔底的H2S富液出口经H2S富液泵(211)与甲醇再生塔(26)的入口相连通。
4.根据权利要求1所述的针对大型化燃烧前CO2捕集系统，其特征在于，CO2解析塔(24)底部的出口经CO2贫液泵(210)与H2S浓缩塔(25)的塔底相连通。
5.根据权利要求1所述的针对大型化燃烧前CO2捕集系统，其特征在于，甲醇再生塔(26)底部的甲醇出口经甲醇富液泵(212)分为两路。
6.根据权利要求1所述的针对大型化燃烧前CO2捕集系统，其特征在于，尾气洗涤塔(28)的底部出口经洗液泵(213)与甲醇水分离塔(27)的入口相连通。
7.根据权利要求1所述的针对大型化燃烧前CO2捕集系统，其特征在于，耐硫等温变换系统包括等温变换炉(16)、蒸汽发生器(18)、合成气输入管道、合成气分水器(11)、缓冲过滤器(12)、合成气预热器(13)、电加热器(14)、增湿器(15)、脱盐水预热器(19)、变换气冷却器(110)、变换气分水器(111)、汽提塔(112)、脱盐水缓冲罐(113)及脱盐水泵(114)；
等温变换炉(16)包括变换炉壳体以及设置于变换炉壳体内的第一换热管，蒸汽发生器(18)包括发生器壳体以及设置于发生器壳体内的第二换热管；
合成气输入管道的出口经合成气分水器(11)、缓冲过滤器(12)、合成气预热器(13)的吸热侧及电加热器(14)与增湿器(15)的入口相连通，发生器壳体的出口与增湿器(15)的入口相连通，增湿器(15)的出口与变换炉壳体的入口相连通，变换器壳体的出口经合成气预热器(13)的放热侧、脱盐水预热器(19)的放热侧及变换气冷却器(110)与变换气分水器(111)的入口相连通，变换气分水器(111)的变换气出口与变换气预冷器(21)的放热侧入口相连通；
合成气分水器(11)的出水口及变换气分水器(111)的出水口与汽提塔(112)的入口相连通，汽提塔(112)的工艺水出口与脱盐水缓冲罐(113)的入口相连通，脱盐水缓冲罐(113)的出口依次经脱盐水泵(114)及脱盐水预热器(19)的吸热侧与发生器壳体的入口相连通，第二换热管与第一换热管相连通。
8.根据权利要求7所述的针对大型化燃烧前CO2捕集系统，其特征在于，第一换热管与第二换热管之间设置有循环水泵(17)。
9.根据权利要求7所述的针对大型化燃烧前CO2捕集系统，其特征在于，缓冲过滤器(12)内填充有抗毒保护剂。
10.根据权利要求7所述的针对大型化燃烧前CO2捕集系统，其特征在于，变换炉壳体内填充有变换催化剂。
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