CN111203073B - 一种烟气co2捕集系统的解吸装置 - Google Patents

一种烟气co2捕集系统的解吸装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烟气CO2捕集系统的解吸装置，解吸装置包括：变径解吸装置，变径解吸装置包括上部再生气热回收段、中部解吸段和下部闪蒸段，冷富液分级流送入变径解吸装置的再生气热回收段，热富液主流送入变径解吸装置的解吸段上部，热富液分级流经蒸汽冷凝水热回收器加热后送入闪蒸段；吸收剂富液经变径解吸装置解吸后产生循环再生热贫液；汽提式再沸器，循环再生热贫液送入汽提式再沸器，被蒸汽加热并产生二次蒸汽和解吸部分CO2产生废贫液，并分别送入变径解吸装置；蒸汽冷凝水热回收器，通过汽提式再沸器产生的蒸汽冷凝水对热富液分级流进行换热。该解吸装置可以强化气液传热效果、提高汽提式再沸器换热效果和降低碳捕集蒸汽消耗量。

Description

一种烟气CO2捕集系统的解吸装置
技术领域
本发明涉及CO2捕集领域，具体涉及一种烟气CO2捕集系统的解吸装置。
背景技术
气候变化是当今世界面临的严峻挑战，作为CO2第一排放大国，燃煤电站和工业锅炉烟气CO2捕集是实现我国低碳发展的重要选择。在众多CO2捕集技术中，化学吸收和固体吸附技术因其捕集效率高和适应性好，是目前最具大规模捕集CO2潜力的技术路线之一。
捕集系统通常至少包括吸收装置和解吸装置，如公开号为CN204973526U的中国专利文献公开了一种燃煤电厂烟气二氧化碳捕获再解吸装置，主要是由二氧化碳吸收系统，热交换系统，二氧化碳再解吸系统和控温系统组成。公开号为CN108815993A的中国专利文献公开了一种基于废热回收利用的二氧化碳捕集系统，其包括：吸收塔、富液泵、烟气换热器、烟气冷却器、解吸塔、贫富液换热器、解吸气换热器、凝结水换热器以及多级换热器。外部的带有二氧化碳的烟气进入烟气换热器，烟气放热降温然后进入吸收塔，烟气中的二氧化碳与贫液逆流接触，贫液吸收二氧化碳变为富液；富液进入烟气换热器并与外部的带有二氧化碳的烟气进行热交换；然后富液进入贫富液换热器、解吸气换热器进行热交换；之后富液进入凝结水换热器进行热交换；再之后富液进入各级换热器中进行热交换；吸热升温后的富液进入解吸塔中进行解吸，经由解吸塔解吸成贫液和含二氧化碳的产品气；产品气进入各级换热器进行热交换以放热降温。
但现有捕集系统中的解吸塔通常为等直径解吸塔，导致气液传热效果较差，解吸塔顶大量高温蒸汽随CO2产品气排出，常规分级流工艺对顶部水蒸气的回收效果不明显，导致潜热损失。因此，如何提高解吸塔中的气液传热效果和减少潜热损失是目前需要亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气CO2捕集系统的解吸装置，可以强化气液传热效果、提高汽提式再沸器换热效果和降低碳捕集蒸汽消耗量。
本发明提供如下技术方案：
一种烟气CO2捕集系统的解吸装置，所述烟气经吸收单元后产生吸收剂富液，吸收剂富液分流为冷富液主流和冷富液分级流，冷富液主流经贫富液换热器加热后分为热富液主流和热富液分级流，其特征在于，所述解吸装置包括：
变径解吸装置，所述变径解吸装置包括上部再生气热回收段、中部解吸段和下部闪蒸段，冷富液分级流送入变径解吸装置的再生气热回收段，热富液主流泵送入变径解吸装置的解吸段上部，热富液分级流经蒸汽冷凝水热回收器加热后送入闪蒸段；吸收剂富液经变径解吸装置解吸后产生循环再生热贫液；
汽提式再沸器，循环再生热贫液送入汽提式再沸器，被蒸汽加热并产生二次蒸汽和解吸部分CO2产生废贫液，并分别送入变径解吸装置；
蒸汽冷凝水热回收器，通过汽提式再沸器产生的蒸汽冷凝水对热富液分级流进行换热。
在本发明中，所述变径解吸装置又可以称之为变径解吸塔。
具体地，变径解吸塔的底部贫液出口经贫液循环泵与汽提式换热器上部热贫液进口相连，另一贫液出口经贫液泵与贫富液换热器相连；汽提式换热器底部贫液出口与二次蒸汽分别与变径解吸塔底部塔釜相连。
本发明提供的变径解吸塔有利于吸收剂富液的分布，提高传热和传质效果。
所述变径解吸装置包括上部再生气热回收段、中部解吸段和下部闪蒸段，所述冷富液分级流经过上部再生气热回收段后，与热富液主流在解吸段上部混合，送入下部闪蒸段；所述热富液分级流经蒸汽冷凝水热回收器加热至高于变径解吸装置的塔釜温度，送入下部闪蒸段。
所述上部再生气热回收段的直径为中部解吸段直径的40～85％，所述变径解吸装置中的填料高度为1.5～5D(D为变径吸收塔内径)。
所述汽提式再沸器包括液体分布器、换热芯体和壳体，所述换热芯体包括溢流管、换热管、导流锥和螺旋导流线；
所述循环再生热贫液部分或全部泵送入汽提式再沸器上方，经液体分布器均布在封头和换热芯体封装的槽体内，循环再生热贫液以溢流的方式通过溢流管进入换热管，其中再生循环热贫液流量为变径解吸装置循环量的0.2～2；
再生循环热贫液进入换热管后被导流锥限流在换热管内壁区域向下流动，以液膜形式被壳程蒸汽加热产生二次蒸汽和废贫液并顺流向下，二次蒸汽和废贫液分别送入变径解吸塔釜。
所述换热芯体包括溢流管、管板、换热管、导流锥和螺旋导流线；
所述换热管高出管板10～30mm，并与溢流管连接，保持溢流管口水平度；
所述溢流管内径为换热管外径，包括平口式、圆形缺口式和沟槽式三种；所述圆形缺口式溢流管设置下层圆形孔和上层半圆形溢流口，圆形孔间距120°，孔径0.1～0.3din(换热管径)；所述沟槽式溢流管等间距设置沟槽，间距为120°，沟槽宽度0.1～0.3din。
所述液体分布器位于换热管上方，出液口位于与各个相邻换热管组成的三角形中心垂直对齐，其中孔径为换热管内径0.2～0.8din。
优选的，所述液体分布器的孔径为换热管内径0.4～0.5din。
所述导流锥的上方与溢流管连接，底面直径为换热管内径 0.6～0.85din，锥形角50°～80°。
所述螺旋导流线与换热管内管壁连接，安装在换热管内上方，螺旋导流线直径为换热管内径0.05～0.2din，螺距与管内径比例为1～4，螺旋导流线高度为10～50din。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下技术效果：
本发明提供的解吸装置中的变径解吸塔通过减小塔顶填料段塔径，加大了该段填料的液体喷淋密度和空塔气速，强化气液传热效果，提高再生气中水分潜热的回收。
本发明提供的汽提式再沸器属于膜式相变传热，二次蒸汽和部分 CO2解吸在换热管内完成，并且二次蒸汽和贫液在汽提式再沸器内部完成分离，节省解吸塔釜气液分离的空间；汽提式再沸器增加液体分布器和溢流管，提高进入换热管液体的均匀性；导流锥和螺旋导流提高液体在换热管内部分布的均匀度，从而保证降膜再沸器的换热效率。
本发明提供的蒸汽冷凝水热回收器利用蒸汽冷凝水的热量将部分热富液加热至高于解吸塔釜温度，降低碳捕集蒸汽消耗量。
附图说明
图1为本发明提供的解吸装置的结构示意图；
图2为液体分布器的结构示意图；
图3为溢流管的结构示意图；
图4为导流锥的结构示意图；
图5为螺旋导流线的结构示意图；
图6为换热芯体的结构示意图；
其中，1、冷富液分级流，2、热富液主流，3、热富液分级流，4、换热后的热富液分级流，5、冷贫液，6、循环再生热贫液，7、二次蒸汽，8、废贫液，9、蒸汽，10、蒸汽冷凝水，11、降温蒸汽冷凝水， 12、再生气，1001、变径解吸塔，1002汽提式再沸器，1003、贫富液换热器，1004、蒸汽冷凝水热回收器，1005、热富液分流泵，1006、贫液泵，1007、贫液循环泵，10021、溢流管，10022、导流锥，10023、管板，10024、换热管，10025、螺旋导流线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
如图1-图6所示，为15万吨烟气CO2捕集系统的解吸装置，包括贫富液换热器1003、变径解吸塔1001、汽提式再沸器1002和蒸汽冷凝水热回收器1004。富液的流经过程为：
吸收塔富液流量为400t/h，分为90％冷富液主流和10％冷富液分级流1；10％冷富液分级流1经泵送入变径解吸塔1001的再生气热回收段；95％冷富液主流经泵送入贫富液换热器1003加热至95℃，分为95％热富液主流2和5％热富液分级流3；95％热富液主流2经泵送入变径解吸塔1001的解吸段上方，变径解吸塔1001的解吸温度 106℃；5％热富液分级流3经热富液分流泵1005送入蒸汽冷凝水热回收器1004加热至108℃，换热后的热富液分级流4送入变径解吸塔1001。其中，过热蒸汽参数(0.3Mpa，144℃)。
冷富液分级流1经过上部再生气热回收段后，与热富液主流2在解吸段上部混合；热富液分级流3经蒸汽冷凝水热回收器1004加热至高于变径解吸塔1001的塔釜温度，送入下部闪蒸段，产生循环再生热贫液6和再生气12。
循环再生热贫液6的部分或全部经贫液循环泵1007送入汽提式再沸器1002，被蒸汽9加热并产生二次蒸汽7和解吸部分CO2产生废贫液8，并分别送入变径解吸塔1001。汽提式再沸器1002产生的蒸汽冷凝水10送入到蒸汽冷凝水热回收器1004对热富液分级流4进行换热，换热后蒸汽冷凝水热回收器1004产生降温蒸汽冷凝水11。废贫液8可以经贫液泵1006送入到贫富换热器1003换热后再进行使用。
其中，变径解吸塔1001包括上部再生气热回收段、中部解吸段和下部闪蒸段。上部再生气热回收段由液体初始分布器和填料段组成，直径3.2m，Mellapak 250Y填料的高度为2m；中部解吸段由液体收集、再分布器和2段填料层组成，直径4m，Mellapak 500Y填料高度为5m。
其中，汽提式再沸器1002包括由液体进口管、液体分布器、换热芯体和壳体；换热芯体包括溢流管10021(溢流管内径为换热管外径，包括平口式、圆形缺口式和沟槽式三种)、管板10023、换热管 10024、导流锥10022和螺旋导流线10025。换热管10024高出管板10023，并与溢流管10021连接，保持溢流管10021口水平度，液体分布器位于换热管10024上方，出液口位于与各个相邻换热管10024 组成的三角形中心垂直对齐。导流锥10022的上方与溢流管10021连接。螺旋导流线10025与换热管10024内管壁连接，安装在换热管内上方。
汽提式再沸器1002的具体规格参数为：壳体直径为1600mm；液体分布器孔直径13mm，数量1200m，持液高度60mm；换热管32 ×2mm，间距40mm，长度为6m，换热管数量为1200根；换热管伸出管板高度为20mm；平口型溢流管，高度为50mm，液体溢流高度为60mm；导流锥锥形角80°，底面直径20mm；螺旋导流线直径 2mm，螺距50mm，导流线高度500mm。
循环再生热贫液6部分或全部泵送入汽提式再沸器1002上方，经液体分布器均布在封头和换热芯体封装的槽体内，循环再生热贫液 6以溢流的方式通过溢流管10021进入换热管10024。再生循环热贫液6进入换热管10024后被导流锥10022限流在换热10024管内壁区域向下流动，以液膜形式被壳程蒸汽加热产生二次蒸汽7和废贫液8 并顺流向下，二次蒸汽7和废贫液8分别送入变径解吸塔釜。废贫液 8经过贫富换热器1003换热后变为冷贫液5。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种烟气CO2捕集系统的解吸装置，所述烟气经吸收单元后产生吸收剂富液，吸收剂富液分流为冷富液主流和冷富液分级流，冷富液主流经贫富液换热器加热后分为热富液主流和热富液分级流，其特征在于，所述解吸装置包括：
变径解吸装置，所述变径解吸装置包括上部再生气热回收段、中部解吸段和下部闪蒸段，冷富液分级流送入变径解吸装置的再生气热回收段，热富液主流送入变径解吸装置的解吸段上部，热富液分级流经蒸汽冷凝水热回收器加热后送入闪蒸段；吸收剂富液经变径解吸装置解吸后产生循环再生热贫液；
汽提式再沸器，循环再生热贫液送入汽提式再沸器，被蒸汽加热并产生二次蒸汽和解吸部分CO2产生废贫液，并分别送入变径解吸装置；
蒸汽冷凝水热回收器，通过汽提式再沸器产生的蒸汽冷凝水对热富液分级流进行换热；
所述变径解吸装置包括上部再生气热回收段、中部解吸段和下部闪蒸段，所述冷富液分级流经过上部再生气热回收段后，与热富液主流在解吸段上部混合，送入下部闪蒸段；所述热富液分级流经蒸汽冷凝水热回收器加热至高于变径解吸装置的塔釜温度，送入下部闪蒸段。
2.根据权利要求1所述的烟气CO2捕集系统的解吸装置，其特征在于，所述上部再生气热回收段的直径为中部解吸段直径的40～85％，所述变径解吸装置中的填料高度为1.5～5D，D为变径吸收塔内径。
3.根据权利要求1所述的烟气CO2捕集系统的解吸装置，其特征在于，所述汽提式再沸器包括液体分布器、换热芯体和壳体，所述换热芯体包括溢流管、换热管、导流锥和螺旋导流线；
所述循环再生热贫液部分或全部泵送入汽提式再沸器上方，经液体分布器均布在封头和换热芯体封装的槽体内，循环再生热贫液以溢流的方式通过溢流管进入换热管，其中再生循环热贫液流量为变径解吸装置循环量的0.2～2；
再生循环热贫液进入换热管后被导流锥限流在换热管内壁区域向下流动，以液膜形式被壳程蒸汽加热产生二次蒸汽和废贫液并顺流向下，二次蒸汽和废贫液分别送入变径解吸塔釜。
4.根据权利要求3所述的烟气CO2捕集系统的解吸装置，其特征在于，所述换热芯体包括溢流管、管板、换热管、导流锥和螺旋导流线；
所述换热管高出管板10～30mm，并与溢流管连接，保持溢流管口水平度；
所述溢流管内径为换热管外径，包括平口式、圆形缺口式和沟槽式三种；所述圆形缺口式溢流管设置下层圆形孔和上层半圆形溢流口，圆形孔间距120°，孔径0.1～0.3din；所述沟槽式溢流管等间距设置沟槽，间距为120°，沟槽宽度0.1～0.3din；din为换热管内径。
5.根据权利要求3所述的烟气CO2捕集系统的解吸装置，其特征在于，所述液体分布器位于换热管上方，出液口位于与各个相邻换热管组成的三角形中心垂直对齐，其中孔径为换热管内径0.2～0.8din。
6.根据权利要求3或4所述的烟气CO2捕集系统的解吸装置，其特征在于，所述导流锥的上方与溢流管连接，底面直径为换热管内径0.6～0.85din，锥形角50°～80°。
7.根据权利要求3或4所述的烟气CO2捕集系统的解吸装置，其特征在于，所述螺旋导流线与换热管内管壁连接，安装在换热管内上方，螺旋导流线直径为换热管内径0.05～0.2din，螺距与管内径比例为1～4，导流线高度为10～50din。
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