CN113856419A - 一种二氧化碳捕集系统及捕集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化碳捕集系统，涉及烟气处理技术领域，包括依次设置的烟气分离机、膜分离器、空气压缩机、捕集塔、闪蒸塔、二氧化碳冷却装置和二氧化碳后处理装置，捕集塔底部设置有富液排液管，富液排液管通过富液泵与闪蒸塔的富液进液管连接，闪蒸塔的贫液排液管与捕集塔的贫液进液管连通；通过本发明的设置，提供了一种低能耗的二氧化碳捕集方法及系统。
Description
技术领域
本发明涉及烟气处理技术领域，尤其涉及一种二氧化碳捕集系统及捕集方法。
背景技术
2019年，全球燃煤电厂的二氧化碳排放总量为101.0亿吨，占全球总碳排放量的30.27％，可见，降低燃煤电厂的二氧化碳排放是实现“碳达峰”、“碳中和”目标的关键。二氧化碳捕集技术是降低燃煤电厂碳排放的重要手段之一，现有的二氧化碳捕集技术路线众多，而溶剂吸收法是其中唯一一种实际商用的技术路线。目前燃煤电厂二氧化碳捕集装置均采用醇胺溶液作为吸收溶剂，其依靠化学吸收捕集二氧化碳，效率较高，但是再生能耗大。除了溶剂吸收法以外，膜分离法是另一种高效的二氧化碳捕集方法，利用分离膜的特殊结构对于二氧化碳气体具有选择透过性分离烟气中的二氧化碳。膜分离法捕集能耗较低，但是对气体的选择性交叉，寿命有限，这都是制约其经济性能的关键。
综上，溶剂吸收法和膜分离法都有着各自的优缺点，现有的二氧化碳捕集系统采用的都是单一的技术路线。为了进一步降低二氧化碳捕集过程的能耗，当前亟需一种性能更为优良的捕集系统。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种二氧化碳捕集系统及捕集方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种二氧化碳捕集系统，包括依次设置的烟气分离机、膜分离器、空气压缩机、捕集塔、闪蒸塔、二氧化碳冷却装置、二氧化碳后处理装置；所述捕集塔底部设置有富液排液管，所述捕集塔的富液排液管通过富液泵与所述闪蒸塔的富液进液管连通，所述闪蒸塔的贫液排液管通过贫液泵与所述捕集塔的贫液进液管连通。
进一步的，所述烟气分离机通过引风机与膜分离器进气孔连通。
进一步的，所述膜分离器呈腔体结构，两端分别设置有膜分离器进气孔和膜分离器出气孔，腔体内设置有若干层分离膜，所述分离膜首尾两端分别通过分离膜头部和分离膜尾部设置于腔体内，所述分离膜腔体上还设置用于排出残余气体的残余气排气孔。
进一步的，所述压缩机设置有进气口与出气口，出气口有阀门，所述阀门用于控制流量。
进一步的，所述捕集塔呈腔体结构，腔体自上而下依次设置有捕集塔出气孔、贫液进液管、捕集塔进气孔和富液排液管，所述贫液进液管与捕集塔进气孔之间设置有捕集填料。
更进一步的，所述捕集塔底部设置有捕集塔固定架，所述捕集塔固定架适配安装于捕集塔底座。
进一步的，所述闪蒸塔为呈腔体结构自上而下依次设置有闪蒸塔出气孔、富液进液管和贫液排液管，所述富液进液管和贫液排液管之间的腔体内设置有若干层并行排布的解吸隔板。
更进一步的，所述闪蒸塔底部设置有闪蒸塔固定架，所述闪蒸塔固定架适配安装于闪蒸塔底座。
一种二氧化碳捕集方法，利用上述二氧化碳捕集系统，并包含以下步骤：
S1：烟气首先通入烟气分离机，以脱除固体杂质，再通过引风机，输送至膜分离器中；
S2：膜分离器对烟气进行初步分离，将烟气中部分氮气分离，并直接排出，剩余气体流入空气压缩机进行压缩，并输送至捕集塔内；
S3：捕集贫液通过捕集塔顶部的喷头均匀喷洒至捕集塔内，贫液吸收经过压缩的高压烟气后形成富液，富液落入捕集塔底部的富液池中，并经富液出口设置的富液泵输送至闪蒸塔富液进口；
S4：富液进入闪蒸塔中进行减压解吸，解吸出的二氧化碳由塔顶排出，解吸后的贫液落至塔底的贫液池中并由贫液出口排出；
S5：解吸后的贫液通过贫液泵流入捕集塔中重新进行捕集过程，如此循环往复；
S6：闪蒸塔顶部排出的二氧化碳经二氧化碳冷却装置冷却后，进入后处理模块进行纯化，分子筛吸附，冷凝，提纯，最终获得高纯度的二氧化碳。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提出了物理吸收法二氧化碳捕集技术，利用不同压力下二氧化碳在溶剂中溶解度的差别对二氧化碳进行捕集，并结合膜分离法相对电厂烟气中的氮气进行初步分离，从而减少了捕集过程中压缩烟气的耗功。此外，在捕集塔内，捕集液由喷头自上而下喷洒，烟气自塔下方进气口进入塔内自下而上流动，二者在塔内的多孔捕集填料中进行传质过程，大大提升了捕集过程的传质效率；闪蒸塔内设计了一组解吸隔板用于扰动富液流动以促进解吸过程的效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提出的一种二氧化碳捕集系统的整体结构示意图；
图2为捕集塔内部结构示意图；
图3为闪蒸塔内部结构示意图；
图4为分离膜内部结构示意图。
图中：1.烟气分离器，2.引风机，3.膜分离器，4.空气压缩机，5.捕集塔，6.富液泵，7.贫液泵，8.闪蒸塔，9.二氧化碳冷却器，10.二氧化碳后处理装置，11.捕集塔出气孔，12.贫液进液管，13.喷头，14.捕集填料，15.捕集塔进气孔，16.富液排液管，17.捕集塔固定架，18.捕集塔底座，19.闪蒸塔出气孔，20.富液进液管，21.解吸隔板，22.贫液排液管，23.闪蒸塔固定架，24.闪蒸塔底座，25.膜分离器进气孔，26.分离膜头部，27.残余气排气孔，28.分离膜，29.分离膜尾部，30.膜分离器出气孔。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-图4，一种二氧化碳捕集系统，包括依次设置的烟气分离机、膜分离器3、空气压缩机4、捕集塔5、闪蒸塔8、二氧化碳冷却器9和二氧化碳后处理装置10；
其中，烟气分离器1为旋风分离器，以脱除粉尘等固体杂质，烟气分离器1的气体出口端设置有引风机2，引风机2设置于烟气分离器1与膜分离器3之间；
膜分离器3呈腔体结构，两端分别设置有膜分离器进气孔25和膜分离器出气孔30，腔体内设置有若干层分离膜28，分离膜28首尾两端分别通过分离膜头部26和分离膜尾部29设置于腔体内，分离膜腔体上还设置用于排出残余气体的残余气排气孔27；膜分离器3中的分离膜被固定在分离膜头部26和分离膜尾部29之间，烟气由膜分离器进气孔25流入，分离出的氮气自残余气残余气排气孔27流出，剩余烟气由残余气排气孔27流出，
膜分离器3中流出的烟气流至烟气压缩机4进行压缩，之后流入捕集塔5内进行捕集，其中烟气压缩机4为多级空气压缩机；
捕集塔5呈腔体结构，腔体自上而下依次设置有捕集塔出气孔11、贫液进液管12、捕集塔进气孔15和富液排液管16，贫液进液管12与捕集塔进气孔15之间设置有捕集填料14，捕集塔5底部设置有捕集塔固定架17，捕集塔固定架17适配安装于捕集塔底座18，
压缩后的烟气自捕集塔5的进气孔流入塔内，气体自下而上流动，捕集贫液自贫液进液管12流入，由喷头13均匀喷洒至塔内，烟气与捕集贫液在捕集填料14内充分混合吸收，所得富液落至塔底由富液排液管16流出，并由富液泵4送至闪蒸塔7中进行减压解吸，释放二氧化碳；
闪蒸塔7为呈腔体结构自上而下依次设置有闪蒸塔出气孔19、富液进液管20和贫液排液管22，闪蒸塔8底部设置有闪蒸塔固定架23，闪蒸塔固定架23适配安装于闪蒸塔底座24，富液进液管20和贫液排液管22之间的腔体内设置有若干层并行排布的解吸隔板21，富液流经内部的解吸隔板21以促进解吸过程，解吸出的二氧化碳经由闪蒸塔出气孔19排出，
解吸后的贫液落入贫液排液管24中流出闪蒸塔8，并通过贫液泵7输送至捕集塔5中。
捕集塔底部设置有富液排液管16，由捕集塔5流出的富液经由富液泵6流至闪蒸塔8中进行减压解吸，解吸后的贫液自闪蒸塔8中贫液排液管22排出，经贫液泵8流至捕集塔5中重新进行循环。
本发明的工作原理及使用流程：
一种二氧化碳捕集方法，利用上述二氧化碳捕集系统，并包含以下步骤：
S1：烟气首先通入烟气分离机，以脱除固体杂质，再通过引风机2，输送至膜分离器3中；
S2：膜分离器3对烟气进行初步分离，将烟气中氮气分离，并直接排出，剩余气体流入空气压缩机4进行压缩，并输送至捕集塔5内；
S3：捕集贫液通过捕集塔5顶部的喷头13均匀喷洒至捕集塔5内，贫液吸收经过压缩的高压烟气后形成富液，富液落入捕集塔5底部的富液池中，并经富液出口设置的富液泵6输送至闪蒸塔8。
S4：富液进入闪蒸塔8中进行减压解吸，解吸出的二氧化碳由塔顶排出，解吸后的贫液落至塔底由贫液出口23排出；
S5：闪蒸塔9中减压解吸流出的贫液通过贫液泵8进入捕集塔5中重新进行捕集过程，如此循环往复；
S6：闪蒸塔9顶排出的二氧化碳经二氧化碳冷却器11冷却后，进入后处理模块进行纯化，分子筛吸附，冷凝，提纯等，获得高纯度的二氧化碳。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种二氧化碳捕集系统，其特征在于，包括依次设置的烟气分离机、膜分离器、空气压缩机、捕集塔、闪蒸塔、二氧化碳冷却装置、二氧化碳后处理装置；所述捕集塔底部设置有富液排液管，所述捕集塔的富液排液管通过富液泵与所述闪蒸塔的富液进液管连通，所述闪蒸塔的贫液排液管通过贫液泵与所述捕集塔的贫液进液管连通。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述烟气分离机通过引风机与膜分离器进气孔连通。
3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述膜分离器呈腔体结构，两端分别设置有膜分离器进气孔和膜分离器出气孔，腔体内设置有若干层分离膜，所述分离膜首尾两端分别通过分离膜头部和分离膜尾部设置于腔体内，所述分离膜腔体上还设置用于排出残余气体的残余气排气孔。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述压缩机设置有进气口与出气口，出气口有阀门，所述阀门用于控制流量。
5.根据权利要求1所述的一种二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述捕集塔呈腔体结构，腔体自上而下依次设置有捕集塔出气孔、贫液进液管、捕集塔进气孔和富液排液管，所述贫液进液管与捕集塔进气孔之间设置有捕集填料。
6.根据权利要求5所述的一种二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述捕集塔底部设置有捕集塔固定架，所述捕集塔固定架适配安装于捕集塔底座。
7.根据权利要求1所述的一种二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述闪蒸塔为呈腔体结构自上而下依次设置有闪蒸塔出气孔、富液进液管和贫液排液管，所述富液进液管和贫液排液管之间的腔体内设置有若干层并行排布的解吸隔板。
8.根据权利要求7所述的一种二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述闪蒸塔底部设置有闪蒸塔固定架，所述闪蒸塔固定架适配安装于闪蒸塔底座。
9.一种二氧化碳捕集方法，其特征在于，利用权利要求1-8任意一项所述的一种二氧化碳捕集系统，并包含以下步骤：
S1：烟气首先通入烟气分离机，以脱除固体杂质，再通过引风机，输送至膜分离器中；
S2：膜分离器对烟气进行初步分离，将烟气中部分氮气分离，并直接排出，剩余气体流入空气压缩机进行压缩，并输送至捕集塔内；
S3：捕集贫液通过捕集塔顶部的喷头均匀喷洒至捕集塔内，贫液吸收经过压缩的高压烟气后形成富液，富液落入捕集塔底部的富液池中，并经富液出口设置的富液泵输送至闪蒸塔富液进口；
S4：富液进入闪蒸塔中进行减压解吸，解吸出的二氧化碳由塔顶排出，解吸后的贫液落至塔底的贫液池中并由贫液出口排出；
S5：解吸后的贫液通过贫液泵流入捕集塔中重新进行捕集过程，如此循环往复；
S6：闪蒸塔顶部排出的二氧化碳经二氧化碳冷却装置冷却后，进入后处理模块进行纯化，分子筛吸附，冷凝，提纯，最终获得高纯度的二氧化碳。
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