CN114011230B - 一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于液‑固相分离的二氧化碳捕集系统，包括预处理塔、吸收塔、清液混合池、浆液混合池和解吸塔，若干吸收塔串接，每级吸收塔出液口处均有级间换热器和液‑固分离池，经第一级液‑固分离池分离出的清液送至清液混合池内，其余液‑固分离池分离出的清液送至上一级吸收塔；各级液‑固分离池的浆液出口均与浆液混合池的进口连通，浆液混合池与浆液预热器连通，浆液预热器与贫富液换热器连通，贫富液换热器与蒸汽解吸塔进浆口连通，蒸汽解吸塔与空气解吸塔连通，空气解吸塔出液口与清液混合池连通，清液混合池出液口与末级吸收塔进液口连通。本发明不仅能缩小整体尺寸，减少碳足迹，还可以降低系统能耗，从而达到节约二氧化碳捕集成本的目的。
Description
技术领域
本发明涉及气体净化中的二氧化碳捕集领域，特别是一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统。
背景技术
当前，气候变化和碳中和是全球的热点问题，碳捕集、利用和封存(CCUS)是实现碳中和，缓解全球暖化不可或缺的技术手段。
碳捕集的技术路线中，燃烧后捕集无需新建项目，只需对传统排碳源加装碳捕集装置，工艺改造需求少，是较为可行的方案。
燃烧后捕集的技术手段中，化学溶剂吸收法具有良好的操作性和放大性，最有望实现大规模商业化应用。化学溶剂吸收法利用吸收溶剂(CO2贫液)在低温、常压条件下与混合气体中的CO2发生选择性化学反应并将其吸收，所得的CO2富液在高温、升压条件下发生逆反应，解吸出较纯净的CO2，从而实现CO2与混合气体其他组分的分离，同时再生的吸收溶剂(CO2贫液)恢复吸收CO2的能力，如此循环往复。
应用于燃烧后CO2捕集的化学吸收溶剂经历了诸多发展，目前常见的吸收溶剂包括有机胺(含复合有机胺)、冷却氨、离子液体、氨基酸盐溶液、活化碳酸盐溶液等，CO2化学吸收溶剂开发的重点是寻找兼顾吸收速率，吸收容量，吸收剂的稳定性、挥发性、粘性和对捕集设备腐蚀性的新型化学吸收溶剂，从而实现捕集工艺整体的低能耗(主要包括吸收剂热再生所需的外源热量，如蒸汽提供再生所需的显热、反应热和潜热，以及较纯净CO2气体压缩所需的压缩功)和成本优化。
此外，不同吸收溶剂采用的捕集工艺及所用设备不尽相同，应用的操作条件也各异，工艺流程的改进对降低捕集能耗和成本也有重要意义。当前，由于技术开发的瓶颈，CO2捕集的能耗和成本居高不下，成为大规模推广应用该技术急需解决的关键问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种基于吸收溶剂发生液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其不仅能够缩小相应设备的尺寸及减少碳足迹，还可以节约整个系统所需能耗，从而达到降低二氧化碳捕集成本的目的。
本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，包括预处理塔、吸收塔、清液混合池、浆液混合池和解吸塔，所述吸收塔有若干个，且相互串联连接；所述解吸塔包括蒸汽解吸塔和空气解吸塔，且相互串联连接；所述预处理塔的进气口供外部待处理烟气进入，出气口与若干吸收塔中的第一级吸收塔的进气口连通；若干吸收塔中末级吸收塔的出气口连通烟气冷凝器的进气口，所述烟气冷凝器的出气口与外界连通；若干吸收塔中每一级吸收塔的出液口处均设有级间换热器和液-固分离池，所述级间换热器用于对从出液口流出的CO2富溶液进行冷却，并将冷却的CO2富溶液输送至对应的液-固分离池内；经第一级液-固分离池分离出的清液经第一级级间换热器加热后输送至清液混合池内，其余级间换热器将对应液-固分离池分离出的清液加热后依次输送至上一级吸收塔的进液口内；各级液-固分离池的浆液出口均与浆液混合池的进口连通，所述浆液混合池的出口处设有浆液预热器和贫富液换热器，所述浆液预热器的进浆口与浆液混合池的出口连通，浆液预热器的出浆口与贫富液换热器的进浆口连通，贫富液换热器的出浆口与蒸汽解吸塔的进浆口连通，蒸汽解吸塔的出液口与空气解吸塔的进液口连通；空气解吸塔的出气口与锅炉空气预热器的进气口连通，空气解吸塔的出液口与浆液预热器的贫液进口连通，浆液预热器的贫液出口与清液混合池的进口连通，清液混合池的出液口与烟气冷凝器的进液口连通，烟气冷凝器的出液口与末级吸收塔的进液口连通。
本发明所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其中，还包括水蒸发器、加压风机II、气体换热器、副产气冷凝器和产品气冷凝器；所述气体换热器的烟气进口供外部待处理烟气进入，气体换热器的烟气出口与预处理塔的进气口连通；所述水蒸发器的进气口与气体换热器的空气出口连通，气体换热器的空气进口与加压风机II的出气口连通，加压风机II的进气口与外界连通；所述水蒸发器的出气口与空气解吸塔的进气口连通；所述水蒸发器的出水口与副产气冷凝器的进水口连通，副产气冷凝器的出水口与产品气冷凝器的进水口连通，产品气冷凝器的出水口与水蒸发器的进水口连通；所述副产气冷凝器的进气口与空气解吸塔的出气口连通，副产气冷凝器的出气口与锅炉空气预热器的进气口连通；所述产品气冷凝器的进气口与蒸汽解吸塔顶部的出气口连通，产品气冷凝器的出气口与二氧化碳压缩机的进气口连通。
本发明所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其中，还包括再沸器，所述再沸器的进液口与蒸汽解吸塔的未充分解吸贫液出口连通，所述再沸器的出气口与蒸汽解吸塔下部的进气口连通，所述再沸器的出液口与贫富液换热器的贫液进口连通，贫富液换热器的贫液出口与空气解吸塔的进液口连通；所述再沸器上设有饱和蒸汽入口和冷凝液出口。
本发明所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其中，每一液-固分离池与浆液混合池之间均设有水力旋流器，所述水力旋流器的浆液进口与对应液-固分离池的浆液出口连通，所述水力旋流器的浆液出口均与浆液混合池的进口连通，各水力旋流器的清液出口与相对应的液-固分离池的清液出口连通。
本发明所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其中，各水力旋流器的浆液出口与浆液混合池的进口之间，以及浆液混合池的出口与浆液预热器的浆液进口之间均装有浆液泵。
本发明所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其中，液-固分离池和水力旋流器的清液出口汇集处，以及清液混合池的出液口处均装有清液泵。
本发明所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其中，预处理塔的出气口与第一级吸收塔的进气口之间装有加压风机I。
本发明所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其中，所述副产气冷凝器的出水口与产品气冷凝器的进水口之间装有循环水泵。
采用以上结构后，与现有技术相比，本发明的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统具有以下优点：
1、采用可发生液-固相分离的吸收溶剂，且将吸收塔采用多级串联布置，从而在工作时，吸收溶剂(CO2贫液)在上一级吸收塔腔内与CO2接触发生吸收反应，产出的CO2富液随后发生液-固相分离，含固相的浆液直接进入蒸汽解吸塔再生，即一部分吸收溶剂被剥离吸收系统，而不进入下一级吸收塔，如此使得下一级吸收塔所需的尺寸得以缩小，使整个装置更加紧凑，充分降低了碳捕集系统的成本；
2、由于进入下一级吸收塔的吸收溶剂恢复了CO2贫液状态，所以可以始终维持良好的气-液传质推动力和CO2吸收速率，相较于原有不采取多级吸收，CO2的吸收容量更高，吸收塔的尺寸更小，可进一步降低碳捕集系统的成本；
3、由于仅有部分吸收溶剂，即富CO2的浆液，需要进入解吸塔再生贫CO2的吸收溶剂，减少了解吸时对溶剂的处理量，所以解吸塔的尺寸也得以降低，整体更加紧凑，节约了碳捕集系统的成本；
4、富CO2的浆液中只含少量溶液，解吸所需汽提热和显热较小，所需消耗的蒸汽量得以缩减，降低了捕集能耗；又由于CO2浓度在待再生的富浆液中得到了很大富集，使汽提的压力可以很高，降低了捕集能耗和后续CO2压缩功需求；
5、由水饱和空气驱动的空气解吸塔，可深度解吸贫液中的CO2，使用系统集成的余热(这些余热通常直接释放到环境里)，而无需消耗额外蒸汽，提升了整体能量利用率，节省了成本；这些余热还包括且不局限于利用冷凝水换热器回收再沸器饱和蒸汽冷凝液的热量，利用压缩级间冷却器回收CO2压缩机多级压缩过程中的级间热，以及利用捕集系统其他的低品位废热；
6、从空气解吸塔出气口获得的副产气含少量CO2，进入锅炉空气预热器，可将锅炉燃烧后烟气中CO2含量提高，又由于深度解吸后贫液中CO2负载量进一步降低，此消彼长，强化吸收时气-液传质推动力和CO2吸收速率，增加了CO2的吸收容量，使溶剂需液量减少，可进一步降低吸收塔的尺寸和捕集成本；
7、富CO2的浆液先后与空气解吸塔底部排出的深度解吸贫液，和蒸汽解吸塔底部排出的初再生贫液发生热交换，可增加富CO2浆液进入贫富液换热器前的温度，间接增加了空气解吸塔的操作温度，提高了深度解吸的程度。
附图说明
图1是本发明一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统作进一步详细说明：
如图1所示，在具体实施方式中，本发明一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，包括预处理塔PTC、吸收塔A、清液混合池LM、浆液混合池SM和解吸塔D，吸收塔A有若干个，且相互串联连接，解吸塔D包括蒸汽解吸塔DS和空气解吸塔DA，且相互串联连接。为了叙述方便，本实施例将吸收塔A设置了两级，即第一级吸收塔A1和末级吸收塔A2，又将蒸汽解吸塔DS和空气解吸塔DA各设置了一级。相应地，级间换热器HE32包括第一级级间换热器HE3和末级级间换热器HE2；液-固分离池C包括第一级液-固分离池C1和末级液-固分离池C2；水力旋流器HC包括第一级水力旋流器HC1和末级水力旋流器HC2；浆液泵SP有三个，即第一浆液泵SP1、第二浆液泵SP2和第三浆液泵SP3；清液泵LP有三个，即第一清液泵LP1、第二清液泵LP2和第三清液泵LP3。
以两级来举例说明，本发明捕集系统的具体结构如下：
本发明所捕集的CO2可来自发电、钢铁、建材、有色、石化、化工、造纸等行业的集中排放源末端排放至大气的含低CO2浓度的烟气或尾气。
外部待处理烟气被空气冷却后，从进气口进入预处理塔PTC，预处理塔PTC的出气口与第一级吸收塔A1的下部进气口连通，并在此管道上安装有加压风机IB1，确保烟气的顺利供应。第一级吸收塔A1的顶部出气口与末级吸收塔A2的下部进气口连通，从而形成串联连接。为了回收烟气中的水蒸气，在末级吸收塔A2的顶部出气口处设有烟气冷凝器HE1，烟气冷凝器HE1的进气口与末级吸收塔A2的出气口连通，烟气冷凝器HE1的出气口与外界连通，从而在作业时，回收烟气中的水蒸气后，再通过烟囱排入外部环境大气，在此过程中，冷凝水回流至末级吸收塔A2以维持系统水平衡。
第一级吸收塔A1的出液口处设有第一级级间换热器HE3和第一级液-固分离池C1，第一级吸收塔A1的底部出液口与第一级级间换热器HE3的CO2富液进口连通，第一级级间换热器HE3的CO2富液出口与第一级液-固分离池C1顶部的CO2富液进口连通。第一级级间换热器HE3用于对从出液口流出的CO2富溶液进行冷却，并将冷却的CO2富溶液输送至第一级液-固分离池C1内。
第一级液-固分离池C1的上部清液出口与第一级级间换热器HE3的清液进口连通，为确保清液的顺利流动，在此管道上安装有第一清液泵LP1。第一级级间换热器HE3的清液出口与清液混合池LM的顶部进口连通。也就是说，经第一级液-固分离池C1分离出的清液经第一级级间换热器HE3加热后输送至清液混合池LM内。
第一级液-固分离池C1的浆液出口处设有第一级水力旋流器HC1，第一级水力旋流器HC1的顶部浆液进口与第一级液-固分离池C1的底部浆液出口连通，第一级水力旋流器HC1的上部清液出口与第一级液-固分离池C1的上部清液出口连通，即两者排出的清液在此汇集。第一级水力旋流器HC1的底部浆液出口与浆液混合池SM的进口连通。为确保浆液的顺利流动，在第一级水力旋流器HC1与浆液混合池SM之间的管道上安装有第一浆液泵SP1。
末级吸收塔A2的出液口处设有末级级间换热器HE2和末级液-固分离池C2，末级吸收塔A2的底部出液口与末级级间换热器HE2的CO2富液进口连通，末级级间换热器HE2的CO2富液出口与末级液-固分离池C2的顶部富液进口连通。末级级间换热器HE2用于对从出液口流出的CO2富溶液进行冷却，并将冷却的CO2富溶液输送至末级液-固分离池C2内。
末级液-固分离池C2的上部清液出口与末级级间换热器HE2的清液进口连通，为确保清液的顺利流动，在此管道上安装有第二清液泵LP2。末级级间换热器HE2的清液出口与第一级吸收塔A1上部的进液口连通，即经末级液-固分离池C2分离出的清液经末级级间换热器HE2加热后输送至上一级吸收塔的进液口内，作为CO2贫溶液。
末级液-固分离池C2的浆液出口处设有末级水力旋流器HC2，末级水力旋流器HC2的顶部进浆口与末级液-固分离池C2的底部浆液出口连通，末级水力旋流器HC2的上部清液出口与末级液-固分离池C2的上部清液出口连通，即两者排出的清液在此汇集。末级水力旋流器HC2的底部浆液出口与浆液混合池SM的进口连通。为确保浆液的顺利流动，在末级水力旋流器HC2与浆液混合池SM之间的管道上安装有第二浆液泵SP2。
浆液混合池SM的出口处设有浆液预热器HE4和贫富液换热器HE5。浆液预热器HE4的进浆口与浆液混合池SM的出口连通，并在此管道上安装有第三浆液泵SP3；浆液预热器HE4的出浆口与贫富液换热器HE5的进浆口连通，贫富液换热器HE5的出浆口与蒸汽解吸塔DS的上部进浆口连通；蒸汽解吸塔DS的出液口与空气解吸塔DA的进液口连通，进而形成两者的串联连接。
为了让富CO2浆液充分受热分解产生CO2产品气，本发明还包括再沸器RB，再沸器RB上设有饱和蒸汽入口和冷凝液出口。再沸器RB的进液口与蒸汽解吸塔DS的未充分解吸贫液出口连通，再沸器RB的出气口与蒸汽解吸塔DS下部的进气口连通，再沸器RB的出液口与贫富液换热器HE5的贫液进口连通，贫富液换热器HE5的贫液出口与空气解吸塔DA的上部进液口连通，空气解吸塔DA的出气口与锅炉空气预热器的进气口连通，空气解吸塔DA的出液口与浆液预热器HE4的贫液进口连通，浆液预热器HE4的贫液出口与清液混合池LM的进口连通，清液混合池LM的出液口处安装有第三清液泵LP3，以使清液顺利流入烟气冷凝器HE1的进液口中，烟气冷凝器HE1的出液口与末级吸收塔A2上部的进液口连通。
为了辅助对CO2贫液进行深度解吸，本发明还包括水蒸发器WE、加压风机IIB2、气体换热器HE0、副产气冷凝器HE6和产品气冷凝器HE7。气体换热器HE0的烟气进口供外部待处理烟气进入，气体换热器HE0的烟气出口与预处理塔PTC的进气口连通；水蒸发器WE的进气口与气体换热器HE0的空气出口连通，气体换热器HE0的空气进口与加压风机IIB2的出气口连通，加压风机IIB2的进气口与外界连通；水蒸发器WE的顶部出气口与空气解吸塔DA下部的进气口连通；水蒸发器WE底部的出水口与副产气冷凝器HE6的进水口连通；副产气冷凝器HE6的出水口与产品气冷凝器HE7的进水口连通，在此管道上安装有循环水泵WP；产品气冷凝器HE7的出水口与水蒸发器WE的上部进水口连通；副产气冷凝器HE6的进气口与空气解吸塔DA的顶部出气口连通，副产气冷凝器HE6的出气口与锅炉空气预热器的进气口连通，在工作过程中，从空气解吸塔DA顶部的出气中产生的冷凝水回流至空气解吸塔DA中以维持系统水平衡；产品气冷凝器HE7的进气口与蒸汽解吸塔DS顶部的出气口连通，产品气冷凝器HE7的出气口与二氧化碳压缩机CC的进气口连通，在工作过程中，从蒸汽解吸塔DS顶部的出气中产生的冷凝水回流至蒸汽解吸塔DS中以维持系统水平衡。
本发明所使用的二氧化碳吸收溶剂，为碱金属离子的碳酸盐、碳酸氢盐混合溶液，如碳酸钾、碳酸氢钾的混合溶液，或碳酸钠、碳酸氢钠的混合溶液，或多种碱金属离子的混合溶液，这种吸收溶剂本领域技术人员可以根据实际需要自行进行配制。
溶剂吸收CO2后可发生液-固相分离。溶剂在60～80℃的条件下吸收CO2(因低温下该吸收溶剂与CO2的反应速率较低)，使吸收溶剂中的碳酸盐部分转化为碳酸氢盐，吸收CO2前后溶剂均维持液态，但由于碳酸氢盐的溶解度大大低于同样碱金属离子的碳酸盐，达到饱和时可发生结晶(沉淀)析出，且在冷却降温时(如在35～55℃的条件下)，可迅速大量析出，大部分吸收的CO2以碳酸氢盐的形式浓缩分布在固体相里。
本发明采用的上述吸收溶剂，来源广泛，廉价易得，环境友好，不挥发、不发生热降解或氧化降解、对捕集装置的腐蚀很小、液态时粘度小，且耐受烟气中的SO2、NOx等酸性气体杂质。但碳酸根与CO2反应生成碳酸氢根的动力学速率较慢，在实际应用中，为了加快溶剂对CO2的吸收速率，可采用少量活化剂(催化剂)作为吸收溶剂的添加剂。所用活化剂(催化剂)为有机胺及其衍生物类物质、氨基酸(如脯氨酸、甘氨酸、肌氨酸、牛磺酸)、无机盐(如硼酸盐)等，但氨基酸和无机盐的活化剂(催化剂)相较于有机胺及其衍生物类物质，大体具有无挥发、稳定性好等优点。
本发明的工作原理如下：
从锅炉燃烧产生的含CO2外源烟气，经过选择性催化还原脱硝，布袋除尘，以及烟气脱硫装置，温度大约在55～60℃，经过气体换热器HE0与外源预备进入锅炉空气预热器的冷空气换热后，进入烟气预处理塔PTC，在此经过循环水(或稀碱液)的逆流淋洗，烟气中的颗粒物和水溶性杂质得到脱除；
经预处理的烟气在加压风机IB1的作用下，从第一级吸收塔A1下部的进气口进入，并由下向上流动，与经由第一级吸收塔A1上部进液口喷淋而下的CO2贫溶液逆流接触并发生反应，吸收塔的反应温度在60～80℃，贫溶液吸收烟气中的二氧化碳变为CO2富溶液，从第一级吸收塔A1底部的出液口排出，而脱除了部分二氧化碳的烟气经由第一级吸收塔A1顶部的出气口排出；
由第一级吸收塔A1顶部出气口排出的烟气，从末级吸收塔A2下部的进气口进入，并由下向上流动，与经由末级吸收塔A2上部的进液口喷淋而下的CO2贫溶液逆流接触并发生反应，吸收塔的反应温度在60～80℃，贫溶液吸收烟气中的二氧化碳变为CO2富溶液，从末级吸收塔A2底部的出液口排出，而脱除了二氧化碳的烟气经由末级吸收塔A2顶部的出气口排出，通过烟气冷凝器HE1冷却回收烟气中的水蒸气后，通过烟囱排入外部环境大气；
从末级吸收塔A2底部出液口排出的CO2富溶液，通过末级级间换热器HE2被冷却至35～55℃，由于冷却与吸收反应温差较小，所需冷却水的冷却负荷并不高；被冷却的CO2富溶液随即进入一个倒锥形的末级液-固分离池C2中，富液于该池中被循环搅拌，发生液-固相变，晶体(沉淀物)析出，使吸收溶剂分为清液和浆液；由于两者密度差异，清液从上部的清液出口溢流出分离池，浆液在重力作用下从分离池的底部浆液出口流出；末级液-固分离池C2是连续操作，发生液-固相分离的速度快，停留时间短，所以分离池的尺寸较小；
从末级液-固分离池C2底部浆液出口流出的浆液物料进入末级水力旋流器HC2中，以进一步提高液-固分离效率；末级水力旋流器HC2分离出的清液与末级液-固分离池C2溢流出的清液汇集混合，经由第二清液泵LP2注入末级级间换热器HE2内，被加热后流入第一级吸收塔A1上部的进液口内；末级水力旋流器HC2分离出的浆液，则通过第二浆液泵SP2进入浆液混合池SM中，由于浆液需维持一定的流动性，所以末级水力旋流器HC2的液-固分离效率不需很高；
从第一级吸收塔A1上部进液口喷淋而下的CO2贫溶液，与向上运动的烟气中的CO2发生逆流接触反应(温度在60～80℃)，生成的CO2富溶液从第一级吸收塔A1底部的出液口排出；排出的CO2富溶液通过第一级级间换热器HE3被冷却至35～55℃，随即进入一个倒锥形的第一级液-固分离池C1中被循环搅拌，发生液-固相变(结晶或沉淀)，分为清液和浆液；由于两者密度差异，清液从上部清液出口溢流出分离池，浆液在重力作用下从分离池的底部浆液出口流出，进入第一级水力旋流器HC1中，以进一步提高液-固分离效率；第一级水力旋流器HC1分离出的清液与第一级液-固分离池C1溢流出的清液汇集混合，经由第一级清液泵LP1注入第一级级间换热器HE3中，被加热后流入清液混合池LM中；由第一级水力旋流器HC1分离出的浆液，通过第一浆液泵SP1进入浆液混合池SM中；同样，由于浆液需维持流动性，所以第一级水力旋流器HC1的分离效率也不需很高；
由第一浆液泵SP1和第二浆液泵SP2输送的浆液在浆液混合池SM中混合，通过第三浆液泵SP3送至浆液预热器HE4中，在此被空气解吸塔DA底部出液口流出的，并经深度解吸的CO2贫溶液加热，预热的浆液送至贫富液换热器HE5中；经深度解吸的CO2贫溶液在浆液预热器HE4中被冷却，返回到清液混合池LM中，与来自第一级级间换热器HE3的清液混合；混合液通过清液混合池LM的出液口，经第三清液泵LP3流入烟气冷凝器HE1中，在此被加热后进入末级吸收塔A2的上部进液口中，作为吸收溶剂循环利用；
经过贫富液换热器HE5被再沸器RB出口流出的，经充分再生的CO2贫液进一步加热的浆液，通过位于蒸汽解吸塔DS上部的进浆口进入蒸汽解吸塔DS；富CO2的浆液沿着蒸汽解吸塔DS向下流动，受热分解产生CO2，且初步再生出CO2贫溶液，从蒸汽解吸塔DS底部流出，进入再沸器RB中与低压或中压饱和蒸汽发生热交换，进一步受热并大量分解，得到充分再生的CO2贫液和富含CO2的产品气体；富含CO2的产品气体从下部气体入口返回至蒸汽解吸塔DS，向上运动并加热逆流接触的富CO2浆液，由蒸汽解吸塔DS顶部流出；饱和蒸汽被初步再生的CO2贫溶液冷却，产生的冷凝液流出再沸器RB；经充分再生的CO2贫溶液通过贫富液换热器HE5被冷却，由空气解吸塔DA上部的进液口进入空气解吸塔DA中，被进一步再生；
空气解吸塔DA是常压操作的汽提塔，以空气作载气；进入到空气解吸塔DA的充分再生的CO2贫溶液，与由空气解吸塔DA下部进入的含饱和水蒸汽的空气流发生逆流接触，已充分再生的CO2贫溶液于此被深度解吸，所得的深度解吸的CO2贫溶液由空气解吸塔DA底部的出液口流出，经浆液预热器HE4冷却，回流到清液混合池LM中；深度解吸产生的CO2气体，与含饱和水蒸汽的空气流相混合，经由空气解吸塔DA塔顶出气口流出，进入副产气冷凝器HE6中，与来自水蒸发器WE塔底的水流发生热交换，混合气体被冷却，部分水蒸气被回收，冷凝液返回至空气解吸塔DA，以维持系统的水平衡。冷却的混合空气中含少量(3～4％)深度解吸产生的CO2，返回到锅炉中参与燃烧，使燃煤锅炉烟气中CO2的含量从13～14％提高至15～16％，反过来又能强化CO2吸收的驱动力，使吸收速率和容量都得到提高；
经副产气冷凝器HE6加热的水流经循环水泵WP进入产品气冷凝器HE7中，与由蒸汽解吸塔DS顶部出气口流出的富含CO2的产品气体发生热交换，产品气被冷却，水蒸气被回收，冷凝水返回蒸汽解吸塔DS，以维持系统的水平衡；冷却后的产品气体进入二氧化碳压缩机CC中，于此经过多级压缩(含级间冷却)、脱水、纯化和液化，得到液态CO2，置于储罐中临时储存，以供输至下游利用。经产品气冷凝器HE7加热的水流返回至水蒸发器WE中，经由上部进水口进入水蒸发器WE，与由水蒸发器WE下部进入的空气流逆流接触，部分水蒸发变成水蒸气，带走一部分热量，水蒸发器WE底部流出的冷却水流进入副产气冷凝器HE6中被加热并循环利用；经加压风机IIB2送入的空气流，在气体换热器HE0中被外源热烟气加热后，进入水蒸发器WE，通过水蒸发器WE所得的含饱和水蒸汽的空气流进入空气解吸塔DA下部的进气口。
本发明的有益效果如下：
1、采用可发生液-固相分离的吸收溶剂，且吸收塔一侧为多级串联布置，吸收溶剂(CO2贫溶液)在上一级吸收塔腔内与CO2接触发生吸收反应，产出的CO2富溶液发生液-固相分离，含固相的浆液直接进入蒸汽解吸塔再生，即一部分吸收溶剂被剥离吸收系统，而不进入下一级吸收塔，如此使下一级吸收塔所需的尺寸得以降低，使装置更紧凑，降低了捕集系统的成本；
2、由于进入下一级吸收塔的吸收溶剂恢复了CO2贫溶液状态，所以可以始终维持良好的气-液传质推动力和CO2吸收速率，相较于不采取多级吸收的布置，CO2的吸收容量增大，吸收塔的尺寸进一步减小，降低了捕集系统的成本；
3、吸收塔的反应温度维持在60～80℃，相较胺基吸收溶剂的反应温度(40℃)为高，可提高溶剂对CO2的吸收速率；同时，从清液混合池返回末级吸收塔的CO2贫液，无需进一步冷却，省去了冷却水冷却负荷产生的能耗；
4、吸收后的CO2富液冷却产生的碳酸氢盐结晶(沉淀)易分离，且水力旋流器无需很高的液-固分离效率，因为固体沉淀需要配合少量溶液形成浆液，通过浆液泵送入解吸系统；
5、所用的碳酸盐/碳酸氢盐吸收溶剂，反应热较传统有机胺溶剂低；又由于其性质稳定，解吸可以在较高的温度下(140～160℃)发生，使解吸压力更高，所以再生能耗低；
6、吸收溶剂耐受SO2等酸性气体的能力较强，烟气无需在预处理塔中深度脱硫处理；且吸收溶剂耐受空气中的O2，不发生氧化降解，可适用于空气解吸塔中含O2量很高的解吸操作，相反，基于大部分会发生氧化降解的有机胺及其衍生物类吸收溶剂不适用于这一工艺操作；
7、由于仅有部分吸收溶剂，即富CO2的浆液，需要进入解吸塔再生贫CO2的吸收溶剂，减少了解吸时对溶剂的处理量，所以解吸塔的尺寸也得以降低，更紧凑，降低了系统成本；
8、富CO2的浆液中只含少量溶液以保持流动性，解吸所需汽提热和显热较小，所需消耗的蒸汽量也减小，降低了捕集能耗；又由于CO2浓度在待再生的富CO2浆液中得到了很大富集，提高了汽提压力，进一步降低捕集能耗和后续CO2压缩功需求；
9、由水饱和空气驱动的空气解吸塔，可深度解吸贫液中的CO2，使用系统集成的余热(这些余热通常直接释放到环境里)，而无需消耗额外蒸汽，提升了能量利用率，节省了成本；这些余热包括但不局限于利用冷凝水换热器回收再沸器饱和蒸汽冷凝液的热量，利用压缩级间冷却器回收CO2压缩机多级压缩过程的级间热，以及利用捕集系统其他的低品位废热；
10、由于引入的空气解吸塔顶的副产气含3～4％CO2(取决于CO2贫液温度)，进入锅炉空气预热器，作为燃烧用的空气，可将燃煤锅炉出口烟气的CO2含量由13～14％提升至15～16％；且经深度解吸的贫液中CO2负载量进一步降低，此消彼长，如此可强化吸收时气-液传质推动力和CO2吸收速率，增加了CO2的循环负载容量，使吸收溶剂的需液量减少，可进一步降低吸收塔的尺寸和捕集成本；
11、富CO2的浆液先后与空气解吸塔底部排出的深度解吸贫液，和经再沸器排出的充分再生贫液发生热交换，可增加富CO2浆液进入贫富液换热器前后的温度，间接增加了空气解吸塔的操作温度，提高了深度解吸的程度。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，包括预处理塔(PTC)、吸收塔(A)、清液混合池(LM)、浆液混合池(SM)和解吸塔(D)，其特征在于：
所述吸收塔(A)有若干个，且相互串联连接；所述解吸塔(D)包括蒸汽解吸塔(DS)和空气解吸塔(DA)，且相互串联连接；
所述预处理塔(PTC)的进气口供外部待处理烟气进入，出气口与若干吸收塔(A)中的第一级吸收塔(A1)的进气口连通；
若干吸收塔(A)中末级吸收塔的出气口连通烟气冷凝器(HE1)的进气口，所述烟气冷凝器(HE1)的出气口与外界连通；
若干吸收塔(A)中每一级吸收塔的出液口处均设有级间换热器(HE32)和液-固分离池(C)，所述级间换热器(HE32)用于对从出液口流出的CO2富溶液进行冷却，并将冷却的CO2富溶液输送至对应的液-固分离池(C)内；
经第一级液-固分离池(C1)分离出的清液经第一级级间换热器(HE3)加热后输送至清液混合池(LM)内，其余级间换热器将对应液-固分离池(C)分离出的清液加热后依次输送至上一级吸收塔的进液口内；
各级液-固分离池(C)的浆液出口均与浆液混合池(SM)的进口连通，所述浆液混合池(SM)的出口处设有浆液预热器(HE4)和贫富液换热器(HE5)，所述浆液预热器(HE4)的进浆口与浆液混合池(SM)的出口连通，浆液预热器(HE4)的出浆口与贫富液换热器(HE5)的进浆口连通，贫富液换热器(HE5)的出浆口与蒸汽解吸塔(DS)的进浆口连通，蒸汽解吸塔(DS)的出液口与空气解吸塔(DA)的进液口连通；
空气解吸塔(DA)的出气口与锅炉空气预热器的进气口连通，空气解吸塔(DA)的出液口与浆液预热器(HE4)的贫液进口连通，浆液预热器(HE4)的贫液出口与清液混合池(LM)的进口连通，清液混合池(LM)的出液口与烟气冷凝器(HE1)的进液口连通，烟气冷凝器(HE1)的出液口与末级吸收塔的进液口连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其特征在于：还包括水蒸发器(WE)、加压风机II(B2)、气体换热器(HE0)、副产气冷凝器(HE6)和产品气冷凝器(HE7)；
所述气体换热器(HE0)的烟气进口供外部待处理烟气进入，气体换热器(HE0)的烟气出口与预处理塔(PTC)的进气口连通；
所述水蒸发器(WE)的进气口与气体换热器(HE0)的空气出口连通，气体换热器(HE0)的空气进口与加压风机II(B2)的出气口连通，加压风机II(B2)的进气口与外界连通；
所述水蒸发器(WE)的出气口与空气解吸塔(DA)的进气口连通；
所述水蒸发器(WE)的出水口与副产气冷凝器(HE6)的进水口连通，副产气冷凝器(HE6)的出水口与产品气冷凝器(HE7)的进水口连通，产品气冷凝器(HE7)的出水口与水蒸发器(WE)的进水口连通；
所述副产气冷凝器(HE6)的进气口与空气解吸塔(DA)的出气口连通，副产气冷凝器(HE6)的出气口与锅炉空气预热器的进气口连通；
所述产品气冷凝器(HE7)的进气口与蒸汽解吸塔(DS)顶部的出气口连通，产品气冷凝器(HE7)的出气口与二氧化碳压缩机(CC)的进气口连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其特征在于：还包括再沸器(RB)，所述再沸器(RB)的进液口与蒸汽解吸塔(DS)的未充分解吸贫液出口连通，所述再沸器(RB)的出气口与蒸汽解吸塔(DS)下部的进气口连通，所述再沸器(RB)的出液口与贫富液换热器(HE5)的贫液进口连通，贫富液换热器(HE5)的贫液出口与空气解吸塔(DA)的进液口连通；所述再沸器(RB)上设有饱和蒸汽入口和冷凝液出口。
4.根据权利要求3所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其特征在于：每一液-固分离池(C)与浆液混合池(SM)之间均设有水力旋流器(HC)，所述水力旋流器(HC)的浆液进口与对应液-固分离池(C)的浆液出口连通，所述水力旋流器(HC)的浆液出口均与浆液混合池(SM)的进口连通，各水力旋流器(HC)的清液出口与相对应的液-固分离池(C)的清液出口连通。
5.根据权利要求4所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其特征在于：各水力旋流器(HC)的浆液出口与浆液混合池(SM)的进口之间，以及浆液混合池(SM)的出口与浆液预热器(HE4)的浆液进口之间均装有浆液泵(SP)。
6.根据权利要求5所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其特征在于：液-固分离池(C)和水力旋流器(HC)的清液出口汇集处，以及清液混合池(LM)的出液口处均装有清液泵(LP)。
7.根据权利要求6所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其特征在于：预处理塔(PTC)的出气口与第一级吸收塔(A1)的进气口之间装有加压风机I(B1)。
8.根据权利要求2所述的一种基于液-固相分离的二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述副产气冷凝器(HE6)的出水口与产品气冷凝器(HE7)的进水口之间装有循环水泵(WP)。
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