CN113926302B - 一种低分压二氧化碳捕集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低分压二氧化碳捕集系统，包括多功能吸收塔、再生塔和半富液再生器，其中，多功能吸收塔包括顺次相连的一级洗涤段、吸收段、二级洗涤段和三级洗涤段，半富液再生器设置于多功能吸收塔与再生塔之间。本发明在多功能吸收塔与再生塔之间设置了半富液再生器，部分富液能够在半富液再生器内进行解析反应，利用溶液中氨基碳酸盐的浓度差，将半富液再生温度降低，为再生气高品位余热利用提供了路径，提高了系统能量利用率，降低了捕集系统能耗；与此同时，多功能吸收塔包括一级洗涤段、吸收段、二级洗涤段和三级洗涤段，实现了尾气深度净化塔、吸收塔、尾气洗涤塔的三塔合一，大幅度简化了工艺流程，降低了工程建设用地和工程造价。

Description

一种低分压二氧化碳捕集系统
技术领域
本发明涉及石油化工尾气处理技术领域，特别是涉及一种低分压二氧化碳捕集系统。
背景技术
目前燃煤电厂、水泥窑、钢铁厂、炼化厂等企业排放的低分压尾气CO2 (二氧化碳)捕集系统多采用化学吸收法。CO2捕集系统由增压设备、原料气深度净化塔、吸收塔、再生塔、溶液循环单元、胺逃逸控制单元，以及蒸汽、电力、循环水等公共配套单元等组成，存在工艺系统流程长、系统复杂、占地面积大等缺点；另外，在CO2捕集运行过程中，需要对吸收溶液进行冷却和加热以完成CO2吸收和再生，一方面需要消耗大量的蒸汽、电等高品位热源，另一方面又要通过再生气冷却等环节排出大量的余热，系统能量利用率低，导致捕集能耗和运行成本高，成为大规模推广应用烟气CO2捕集技术的制约因素。
因此，如何改变现有技术中，低分压尾气CO2捕集系统中能量利用率低、捕集系统运行成本较高的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低分压二氧化碳捕集系统，以解决上述现有技术存在的问题，提高二氧化碳捕集系统的能量利用率，降低捕集系统运行成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种低分压二氧化碳捕集系统，包括：
多功能吸收塔，所述多功能吸收塔包括顺次相连的一级洗涤段、吸收段、二级洗涤段和三级洗涤段，所述一级洗涤段、所述二级洗涤段和所述三级洗涤段均与洗涤水循环单元相连；
再生塔，所述多功能吸收塔与所述再生塔相连，所述多功能吸收塔排出的富液能够在所述再生塔中进行解析反应，所述再生塔排出的贫液能够通入所述吸收段；
半富液再生器，所述半富液再生器设置于所述多功能吸收塔与所述再生塔之间，所述半富液再生器分别与所述多功能吸收塔以及所述再生塔相连，所述多功能吸收塔排出的部分富液能够在所述半富液再生器内进行解析反应，所述半富液再生器排出的半富液能够通入所述再生塔中。
优选地，所述二级洗涤段和所述三级洗涤段位于所述一级洗涤段的顶部，所述吸收段位于所述一级洗涤段的一侧，所述多功能吸收塔为一体式结构。
优选地，所述洗涤水循环单元包括相连的一级烟气洗涤循环泵和水洗水换热器，所述一级烟气洗涤循环泵和所述水洗水换热器均与所述一级洗涤段相连且形成循环通路，所述一级烟气洗涤循环泵连接有碱液进口和除盐水进口；
所述洗涤水循环单元还包括相连的二级烟气洗涤循环泵和洗涤液换热器，所述二级烟气洗涤循环泵和所述洗涤液换热器均与所述二级洗涤段相连且形成循环通路；
所述洗涤水循环单元还包括相连的三级烟气洗涤循环泵和再生气换热器，所述三级烟气洗涤循环泵和所述再生气换热器均与所述三级洗涤段相连且形成循环通路。
优选地，所述多功能吸收塔与所述再生塔之间设置二级贫富液换热器和一级贫富液换热器，所述半富液再生器设置于所述二级贫富液换热器与所述一级贫富液换热器之间，所述多功能吸收塔的富液出口利用富液泵与所述二级贫富液换热器的富液进口相连，所述二级贫富液换热器的富液进口分别与所述半富液再生器以及所述一级贫富液换热器的富液进口相连，所述一级贫富液换热器的富液出口与所述再生塔的富液进口相连，所述半富液再生器的半富液出口还与所述一级贫富液换热器的富液进口相连，所述再生塔的贫液出口与所述一级贫富液换热器的贫液进口相连，所述一级贫富液换热器的贫液出口与所述二级贫富液换热器的贫液进口相连，所述二级贫富液换热器的贫液出口与所述多功能吸收塔的贫液进口相连，所述再生塔的贫液出口与所述一级贫富液换热器的贫液进口之间的设置贫液泵，所述再生塔连接有溶液煮沸器，所述二级贫富液换热器的贫液出口与所述多功能吸收塔的贫液进口之间设置贫液冷却器。
优选地，所述再生塔还连接有再生气压缩机，所述再生气压缩机与所述半富液再生器相连，所述半富液再生器的再生气出口连接有再生气冷却器和再生气气液分离器，所述再生气气液分离器利用回流泵与所述再生塔相连。
优选地，所述洗涤水循环单元还连接有胺回收单元，所述胺回收单元能够对所述洗涤水循环单元的溶液进行胺液蒸馏。
优选地，所述胺回收单元包括一级胺回收加热器和二级胺回收加热器，所述洗涤水循环单元与所述二级胺回收加热器相连，所述再生塔与所述一级胺回收加热器相连，所述一级胺回收加热器和所述二级胺回收加热器均能够对溶液进行胺液蒸馏。
优选地，待处理烟气利用引风机与所述多功能吸收塔相连，所述待处理烟气与所述引风机之间还设置分离器。
优选地，所述分离器内设置蛇形板。
优选地，所述多功能吸收塔以及所述再生塔内均设置有喷雾器。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的低分压二氧化碳捕集系统，包括多功能吸收塔、再生塔和半富液再生器，其中，多功能吸收塔包括顺次相连的一级洗涤段、吸收段、二级洗涤段和三级洗涤段，一级洗涤段、二级洗涤段和三级洗涤段均与洗涤水循环单元相连；多功能吸收塔与再生塔相连，多功能吸收塔排出的富液能够在再生塔中进行解析反应，再生塔排出的贫液能够通入吸收段；半富液再生器设置于多功能吸收塔与再生塔之间，半富液再生器分别与多功能吸收塔以及再生塔相连，多功能吸收塔排出的部分富液能够在半富液再生器内进行解析反应，半富液再生器排出的半富液能够通入再生塔中。
本发明的低分压二氧化碳捕集系统，在多功能吸收塔与再生塔之间设置了半富液再生器，部分富液能够在半富液再生器内进行解析反应，利用溶液中氨基碳酸盐的浓度差，将半富液再生温度降低，为再生气高品位余热利用提供了路径，提高了系统能量利用率，降低了捕集系统能耗；与此同时，多功能吸收塔包括一级洗涤段、吸收段、二级洗涤段和三级洗涤段，实现了尾气深度净化塔、吸收塔、尾气洗涤塔的三塔合一，大幅度简化了工艺流程，降低了工程建设用地和工程造价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的低分压二氧化碳捕集系统的示意图；
其中，1为分离器，2为引风机，3为多功能吸收塔，301为一级洗涤段，302为吸收段，303为二级洗涤段，304为三级洗涤段，4为一级烟气洗涤循环泵，5为水洗水换热器，6为二级烟气洗涤循环泵，7为洗涤液换热器，8为三级烟气洗涤循环泵，9为再生气换热器，10为富液泵，11为一级贫富液换热器，12为二级贫富液换热器，13为再生塔，14为贫液泵，15为贫液冷却器， 16为一级胺回收加热器，17为二级胺回收加热器，18为再生气压缩机，19 为半富液再生器，20为再生气冷却器，21为再生气气液分离器，22为回流泵， 23为溶液煮沸器，24为碱液进口，25为除盐水进口，26为尾气出口，27为蒸汽出口。
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。
本发明的目的是提供一种低分压二氧化碳捕集系统，以解决上述现有技术存在的问题，提高二氧化碳捕集系统的能量利用率，降低捕集系统运行成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1，图1为本发明的低分压二氧化碳捕集系统的示意图。
本发明提供一种低分压二氧化碳捕集系统，包括多功能吸收塔3、再生塔 13和半富液再生器19，其中，多功能吸收塔3包括顺次相连的一级洗涤段301、吸收段302、二级洗涤段303和三级洗涤段304，一级洗涤段301、二级洗涤段303和三级洗涤段304均与洗涤水循环单元相连；多功能吸收塔3与再生塔13相连，多功能吸收塔3排出的富液能够在再生塔13中进行解析反应，再生塔13排出的贫液能够通入吸收段302；半富液再生器19设置于多功能吸收塔 3与再生塔13之间，半富液再生器19分别与多功能吸收塔3以及再生塔13 相连，多功能吸收塔3排出的部分富液能够在半富液再生器19内进行解析反应，半富液再生器19排出的半富液能够通入再生塔13中。
本发明的低分压二氧化碳捕集系统，在多功能吸收塔3与再生塔13之间设置了半富液再生器19，部分富液能够在半富液再生器19内进行解析反应，利用溶液中氨基碳酸盐的浓度差，将半富液再生温度降低，为再生气高品位余热利用提供了路径，提高了系统能量利用率，降低了捕集系统能耗；与此同时，多功能吸收塔3包括一级洗涤段301、吸收段302、二级洗涤段303和三级洗涤段304，实现了尾气深度净化塔、吸收塔、尾气洗涤塔的三塔合一，大幅度简化了工艺流程，降低了工程建设用地和工程造价。
在本具体实施方式中，二级洗涤段303和三级洗涤段304位于一级洗涤段 301的顶部，吸收段302位于一级洗涤段301的一侧，待处理烟气进入一级洗涤段301后，洗涤水能够去除烟气中的SO2及部分NOx，同时温度降至45℃，经百叶窗进入吸收段302，与贫液进行传质传热，脱出烟气中的二氧化碳，然后依次进入二级洗涤段303、三级洗涤段304，经多功能吸收塔3的尾气出口 26返回烟囱排出。本发明中，多功能吸收塔3为一体式结构，一体式结构的多功能吸收塔3集尾气净化、吸收、洗涤功能于一身，简化了捕集流程，同时大大减少了系统占地面积，有利于降低捕集系统运行成本。
具体地，洗涤水循环单元包括相连的一级烟气洗涤循环泵4和水洗水换热器5，一级烟气洗涤循环泵4和水洗水换热器5均与一级洗涤段301相连且形成循环通路，一级烟气洗涤循环泵4连接有碱液进口24和除盐水进口25；一级洗涤段301的洗涤水经过一级烟气洗涤循环泵4加压后，经水洗水换热器5 冷却至40℃以下，进入多功能吸收塔3中的一级洗涤段301进行循环操作。
同样地，洗涤水循环单元还包括相连的二级烟气洗涤循环泵6和洗涤液换热器7，二级烟气洗涤循环泵6和洗涤液换热器7均与二级洗涤段303相连且形成循环通路；二级洗涤段303的洗涤水经过二级烟气洗涤循环泵6加压，经洗涤液换热器7冷却至40℃以下，进入多功能吸收塔3的二级洗涤段303进行循环操作。
另外，洗涤水循环单元还包括相连的三级烟气洗涤循环泵8和再生气换热器9，三级烟气洗涤循环泵8和再生气换热器9均与三级洗涤段304相连且形成循环通路。三级洗涤段304的循环洗涤水经三级烟气洗涤循环泵8增压，进入再生气换热器9加热至70-80℃，返回三级洗涤段304，循环水洗。还需要说明的是，多功能吸收塔3的洗涤水呈碱性，在洗涤水循环单元上设有碱液进口24，向洗涤水循环单元中加入少量氢氧化钠；同时在洗涤水循环单元上设有除盐水进口25。
更具体地，多功能吸收塔3与再生塔13之间设置二级贫富液换热器12 和一级贫富液换热器11，半富液再生器19设置于二级贫富液换热器12与一级贫富液换热器11之间，多功能吸收塔3的富液出口利用富液泵10与二级贫富液换热器12的富液进口相连，二级贫富液换热器12的富液进口分别与半富液再生器19以及一级贫富液换热器11的富液进口相连，一级贫富液换热器 11的富液出口与再生塔13的富液进口相连，半富液再生器19的半富液出口还与一级贫富液换热器11的富液进口相连，再生塔13的贫液出口与一级贫富液换热器11的贫液进口相连，一级贫富液换热器11的贫液出口与二级贫富液换热器12的贫液进口相连，二级贫富液换热器12的贫液出口与多功能吸收塔 3的贫液进口相连，再生塔13的贫液出口与一级贫富液换热器11的贫液进口之间的设置贫液泵14，再生塔13连接有溶液煮沸器23，二级贫富液换热器 12的贫液出口与多功能吸收塔3的贫液进口之间设置贫液冷却器15。
来自喷液冷却器的温度为40℃的贫液，自多功能吸收塔3的上端进入，吸收烟气中的二氧化碳，溶液由贫液转为富液，经富液泵10加压后，依次进入二级贫富液换热器12、一级贫富液换热器11，二级贫富液换热器12将富液加热至85℃，一级贫富液换热器11将富液加热至100℃，然后进入再生塔13 进行解析反应，释放二氧化碳，溶液由富液转换为贫液，溶液解析反应的能量由溶液煮沸器23提供。需要强调的是，二级贫富液换热器12的富液出口处的部分85℃的富液进入半富液再生器19，进行解析反应，释放二氧化碳，溶液由富液转换为半富液，部分半富液在半富液再生器19内循环，另外部分的半富液返回一级贫富液换热器11的富液进口。在本具体实施方式中，50％的半富液在半富液再生器19内循环，50％的半富液返回一级贫富液换热器11的富液进口，半富液再生器19采用MVR再生器，在本发明的其他具体实施方式中，还可以根据实际生产情况对半富液的流量进行分配，以及半富液再生器 19的具体种类。
还需要说明的是，再生塔13还连接有再生气压缩机18，再生气压缩机18 与半富液再生器19相连，半富液再生器19的再生气出口连接有再生气冷却器 20和再生气气液分离器211，再生气气液分离器211利用回流泵22与再生塔 13相连。半富液再生器19中，溶液解析反应的热量由再生塔13出口经再生气压缩机18增压至70kPa后的再生气提供，进一步提高能量利用率。
进一步地，洗涤水循环单元还连接有胺回收单元，胺回收单元能够对洗涤水循环单元的溶液进行胺液蒸馏，回收胺源。
在本发明的其他具体实施方式中，胺回收单元包括一级胺回收加热器16 和二级胺回收加热器17，洗涤水循环单元与二级胺回收加热器17相连，再生塔13与一级胺回收加热器16相连，一级胺回收加热器16和二级胺回收加热器17均能够对溶液进行胺液蒸馏。浓缩后的富余循环洗涤水进入二级胺回收加热器17回收胺源，溶液长期使用后，积累的杂质可以通过一级胺回收加热器16进行胺液蒸馏。部分贫液由贫液泵14连续加入一级胺回收加热器16，控制胺回收加热器的液位，通过蒸汽加热，将胺、水蒸馏至再生塔13。界外来的蒸汽，首先用于驱动再生气压缩机18，然后分别为溶液煮沸器23、一级胺回收加热器16和二级胺回收加热器17提供0.3MPa和1.0MPa的蒸汽，之后由胺回收单元的蒸汽出口27排出。
更进一步地，待处理烟气利用引风机2与多功能吸收塔3相连，确保烟气顺利进入多功能吸收塔3中，待处理烟气与引风机2之间还设置分离器1，分离器1内置于烟道中。
为了提高分离器1的分离效率，分离器1内设置蛇形板，蛇形板能够增大分离器1与待处理烟气的接触面积，促进颗粒物分离。
与此同时，多功能吸收塔3以及再生塔13内均设置有喷雾器，喷雾器能够有效提高多功能吸收塔3与再生塔13的工作效率，提高二氧化碳捕集效率。
本发明的低分压二氧化碳捕集系统，采用了半富液再生工艺，通过利用溶液中氨基碳酸盐的浓度差，将溶液的半富液再生温度降低到80℃～85℃左右，为再生气高品位余热利用提供了路径，降低捕集能耗30％左右。与此同时，本发明采用了先增压后深度净化的工艺，有利于原料气进塔前的温度控制和系统的水平衡控制；同时采用高温再生气压缩工艺，提高了再生气的水蒸气分压，为再生气余热的高效利用提供了条件，同时能够降低后续流程压缩机的能耗。另外，采用深度净化过程中产生的碱性冷凝水，利用系统的余热加热后对外排的尾气进行洗涤处理，有利于尾气中胺液的回收、系统水平衡控制，同时降低循环水的用量，减少二氧化碳捕集系统的运行成本。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种低分压二氧化碳捕集系统，其特征在于，包括：
多功能吸收塔，所述多功能吸收塔包括顺次相连的一级洗涤段、吸收段、二级洗涤段和三级洗涤段，所述一级洗涤段、所述二级洗涤段和所述三级洗涤段均与洗涤水循环单元相连；
再生塔，所述多功能吸收塔与所述再生塔相连，所述多功能吸收塔排出的富液能够在所述再生塔中进行解析反应，所述再生塔排出的贫液能够通入所述吸收段；
半富液再生器，所述半富液再生器设置于所述多功能吸收塔与所述再生塔之间，所述半富液再生器分别与所述多功能吸收塔以及所述再生塔相连，所述多功能吸收塔排出的部分富液能够在所述半富液再生器内进行解析反应，所述半富液再生器排出的半富液能够通入所述再生塔中；
所述洗涤水循环单元包括相连的一级烟气洗涤循环泵和水洗水换热器，所述一级烟气洗涤循环泵和所述水洗水换热器均与所述一级洗涤段相连且形成循环通路，所述一级烟气洗涤循环泵连接有碱液进口和除盐水进口；
所述洗涤水循环单元还包括相连的二级烟气洗涤循环泵和洗涤液换热器，所述二级烟气洗涤循环泵和所述洗涤液换热器均与所述二级洗涤段相连且形成循环通路；
所述洗涤水循环单元还包括相连的三级烟气洗涤循环泵和再生气换热器，所述三级烟气洗涤循环泵和所述再生气换热器均与所述三级洗涤段相连且形成循环通路。
2.根据权利要求1所述的低分压二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述二级洗涤段和所述三级洗涤段位于所述一级洗涤段的顶部，所述吸收段位于所述一级洗涤段的一侧，所述多功能吸收塔为一体式结构。
3.根据权利要求1所述的低分压二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述多功能吸收塔与所述再生塔之间设置二级贫富液换热器和一级贫富液换热器，所述半富液再生器设置于所述二级贫富液换热器与所述一级贫富液换热器之间，所述多功能吸收塔的富液出口利用富液泵与所述二级贫富液换热器的富液进口相连，所述二级贫富液换热器的富液进口分别与所述半富液再生器以及所述一级贫富液换热器的富液进口相连，所述一级贫富液换热器的富液出口与所述再生塔的富液进口相连，所述半富液再生器的半富液出口还与所述一级贫富液换热器的富液进口相连，所述再生塔的贫液出口与所述一级贫富液换热器的贫液进口相连，所述一级贫富液换热器的贫液出口与所述二级贫富液换热器的贫液进口相连，所述二级贫富液换热器的贫液出口与所述多功能吸收塔的贫液进口相连，所述再生塔的贫液出口与所述一级贫富液换热器的贫液进口之间的设置贫液泵，所述再生塔连接有溶液煮沸器，所述二级贫富液换热器的贫液出口与所述多功能吸收塔的贫液进口之间设置贫液冷却器。
4.根据权利要求3所述的低分压二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述再生塔还连接有再生气压缩机，所述再生气压缩机与所述半富液再生器相连，所述半富液再生器的再生气出口连接有再生气冷却器和再生气气液分离器，所述再生气气液分离器利用回流泵与所述再生塔相连。
5.根据权利要求1所述的低分压二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述洗涤水循环单元还连接有胺回收单元，所述胺回收单元能够对所述洗涤水循环单元的溶液进行胺液蒸馏。
6.根据权利要求5所述的低分压二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述胺回收单元包括一级胺回收加热器和二级胺回收加热器，所述洗涤水循环单元与所述二级胺回收加热器相连，所述再生塔与所述一级胺回收加热器相连，所述一级胺回收加热器和所述二级胺回收加热器均能够对溶液进行胺液蒸馏。
7.根据权利要求1-6任一项所述的低分压二氧化碳捕集系统，其特征在于：待处理烟气利用引风机与所述多功能吸收塔相连，所述待处理烟气与所述引风机之间还设置分离器。
8.根据权利要求7所述的低分压二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述分离器内设置蛇形板。
9.根据权利要求1-6任一项所述的低分压二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述多功能吸收塔以及所述再生塔内均设置有喷雾器。
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