CN114225623B - 碳捕集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳捕集系统，所述碳捕集系统包括吸收塔、解析塔和循环装置，所述吸收塔用于利用半贫液吸收二氧化碳并产生富液；所述解析塔与所述吸收塔连通，所述解析塔用于接收所述吸收塔产生的富液并对所述富液进行解析产生半贫液；所述循环装置分别与所述吸收塔和所述解析塔连通，所述循环装置用于使所述解析塔产生的半贫液循环回流至所述吸收塔。本发明实施例的碳捕集系统通过吸收塔、解析塔和循环装置的设置，利用半贫液对吸收塔内二氧化碳进行吸收形成富液，富液在解析塔中生成二氧化碳和半贫液，半贫液通过循环装置重新回到吸收塔内，缩短了捕集系统的流程，且无需设置半贫液再生装置将吸收剂再生为贫液，降低了设备的能耗和投资。

Description

碳捕集系统

技术领域

本发明涉及二氧化碳捕集技术领域，特别涉及一种碳捕集系统。

背景技术

近年来，二氧化碳捕集技术作为实现碳中和目标的重要手段之一，发展越来越迅速。燃烧前碳捕集技术具有能耗低、捕集率高等有点被广泛应用。相关技术中，燃烧前碳捕集工艺采用变换工艺将合成气中的一氧化碳转换为二氧化碳和氢气（变换气），变换气再进入二氧化碳吸收塔进行碳捕集。吸收了二氧化碳的富液先经过解析塔解析出大部分二氧化碳变为半贫液，半贫液再经过再生塔进行加热再生生成贫液，但这种工艺需要换热器等设备，工艺流程较长，且需要消耗较多的蒸汽来为吸收剂再生提供热源，使得整体燃烧前碳捕集工艺的能耗和设备投资较大。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种一种吸收剂用量少、二氧化碳捕集率高、二氧化碳纯度高且能耗和投资更低的碳捕集系统。

本发明实施例的碳捕集系统包括吸收塔、解析塔和循环装置，所述吸收塔包括壳体、第一分离装置和第二分离装置，所述壳体具有原料管、尾气管、第一吸收室和第二吸收室，所述第一分离装置在所述第一吸收室内，所述第一分离装置的第一端贯穿所述第一吸收室并与所述原料管连通，所述第二分离装置在所述第二吸收室内，所述第二分离装置的第一端贯穿所述第二吸收室和所述第一吸收室并与所述第一分离装置的第二端连通，所述第二分离装置的第二端贯穿所述第二吸收室并与所述尾气管连通，所述吸收塔用于利用半贫液吸收二氧化碳并产生富液。所述解析塔与所述吸收塔连通，所述解析塔用于接收所述吸收塔产生的富液并对所述富液进行解析产生半贫液。所述循环装置分别与所述吸收塔和所述解析塔连通，所述循环装置用于使所述解析塔产生的半贫液循环回流至所述吸收塔。

本发明实施例的碳捕集系统通过第一分离装置和第二分离装置的设置，采用两级分离的二氧化碳吸收工艺，实现了第一吸收室和第二吸收室内二氧化碳的快速吸收，随后通过解析塔解析后实现碳捕集，极大提高了二氧化碳的捕集率，且捕集的二氧化碳纯度更高。本发明实施例的碳捕集系统通过吸收塔、解析塔和循环装置的设置，利用半贫液对吸收塔内二氧化碳进行吸收形成富液，富液在解析塔中生成二氧化碳和半贫液，半贫液通过循环装置重新回到吸收塔内，缩短了捕集系统的流程，且无需设置半贫液再生装置将吸收剂再生为贫液，降低了设备的能耗和投资。

在一些实施例中，所述吸收塔还包括第一雾化装置和第二雾化装置，所述第一雾化装置在所述第一吸收室内，所述第二雾化装置在所述第二吸收室内。由此，在这些实施例中，本发明实施例的碳捕集系统通过第一雾化装置和第二雾化装置的设置，将第一吸收室和第二吸收室内的吸收剂雾化，增加了二氧化碳和吸收剂的接触面积，提高了二氧化碳的吸收速率。

在一些实施例中，所述第一分离装置和所述第二分离装置均为膜分离管。

在一些实施例中，所述碳捕集系统还包括第一富液管和第二富液管，所述第一富液管的第一端与所述第一吸收室的底部连通，所述第一富液管的第二端与所述解析塔连通；所述第二富液管的第一端与所述第二吸收室的底部连通，所述第二富液管的第二端与所述解析塔连通。

在一些实施例中，所述碳捕集系统还包括第一减压阀和第二减压阀，所述第一减压阀设在所述第一富液管上，所述第二减压阀设置在所述第二富液管上。

在一些实施例中，所述碳捕集系统还包括第一支路和第二支路，所述第一支路的第一端与所述第一吸收室的顶部连通，所述第一支路的第二端与所述循环装置连通；所述第二支路的第一端与所述第二吸收室的顶部连通，所述第二支路的第二端与所述循环装置连通。

在一些实施例中，所述碳捕集系统还包括第一液位计和第二液位计，所述第一液位计在所述第一吸收室侧壁上，所述第二液位计在所述第二吸收室侧壁上。

在一些实施例中，所述循环装置包括吸收剂储槽和加压泵，所述吸收剂储槽与解析塔连通，所述吸收剂储槽用于接收所述解析塔产生的半贫液；所述加压泵分别与所述吸收剂储槽和所述吸收塔连通，所述加压泵用于将所述吸收剂储槽内的半贫液回流至所述吸收塔。

在一些实施例中，所述循环装置还包括过滤器，所述过滤器分别与所述加压泵和所述吸收塔连通。

在一些实施例中，还包括第三液位计，所述第三液位计在所述吸收剂储槽内侧壁上。

在一些实施例中，所述解析塔具有解析室、排液管和排气管，所述解析室分别与所述排液管和所述排气管连通，所述排液管设在所述解析塔下端，所述解析塔和所述循环装置经所述排液管连通，所述解析室内产生的半贫液在重力的作用下经所述排液管流入所述循环装置内，所述排气管用于将所述解析室内产生的二氧化碳排放至所述解析室外。

在一些实施例中，还包括第四液位计，所述第四液位计在所述解析室内侧壁上。

附图说明

图1是本发明实施例的碳捕集系统的示意图。

图2是本发明实施例的吸收塔的示意图。

附图标记：吸收塔10，壳体11，原料管12，尾气管13，第一吸收室14，第二吸收室15，第一分离装置16，第二分离装置17，

解析塔20，解析室21，排液管22，排气管23，

循环装置30，吸收剂储槽31，加压泵32，过滤器33，

第一富液管41，第二富液管42，第一减压阀43，第二减压阀44，

第一支路51，第二支路52。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图描述本发明实施例的碳捕集系统。

如图1和图2所示，本发明实施例的碳捕集系统包括吸收塔10、解析塔20和循环装置30。

其中，吸收塔10包括壳体11、第一分离装置16和第二分离装置17，壳体11具有原料管12、尾气管13、第一吸收室14和第二吸收室15，原料管12位于壳体11的底部，尾气管13位于壳体11的顶部，第一吸收室14位于第二吸收室15的下方。第一分离装置16在第一吸收室14内，第一分离装置16的第一端（图2中所示的下端）贯穿第一吸收室14并与原料管12连通；第二分离装置17在第二吸收室15内，第二分离装置17的第一端（图2中所示的下端）贯穿第二吸收室15和第一吸收室14并与第一分离装置16的第二端（图2中所示的上端）连通，第二分离装置17的第二端（图2中所示的上端）贯穿第二吸收室15并与尾气管13连通，吸收塔10用于利用半贫液吸收二氧化碳并产生富液。解析塔20与吸收塔10连通，解析塔20用于接收吸收塔10产生的富液并对富液进行解析产生半贫液。循环装置30分别与吸收塔10和解析塔20连通，循环装置30用于使解析塔20产生的半贫液送回至吸收塔10。

需要说明的是，变换气通过原料管12进入第一分离装置16内，变换气中大部分的二氧化碳穿过第一分离装置16进入第一吸收室14内，进入第一吸收室14的二氧化碳被第一吸收室14内的半贫液吸收并形成富液，随后富液流入解析塔20内。变换气中未被分离的二氧化碳和其他不能通过第一分离装置16的气体组分则继续上行进入第二分离装置17中进行二次分离，进入第二吸收室15内的二氧化碳被第二吸收室15内的半贫液吸收并形成富液，随后富液流入解析塔20内。分离完的尾气经尾气管13排出吸收塔10。本发明实施例的碳捕集系统利用半贫液对吸收塔10内二氧化碳进行吸收形成富液，随后富液流入解析塔20内，富液在解析塔20中被解析为二氧化碳和半贫液，完成二氧化碳的捕集，随后半贫液通过循环装置30重新回到吸收塔10内，完成吸收剂的循环使用。

本发明实施例的碳捕集系统通过第一分离装置和第二分离装置的设置，采用两级分离的二氧化碳吸收工艺，实现了第一吸收室和第二吸收室内二氧化碳的快速吸收，随后通过解析塔解析后实现碳捕集，极大提高了二氧化碳的捕集率，且捕集的二氧化碳纯度更高。本发明实施例的碳捕集系统通过吸收塔、解析塔和循环装置的设置，缩短了捕集系统的流程，且无需设置半贫液再生装置将吸收剂再生为贫液，降低了设备的能耗和投资。

在一些实施例中，吸收塔10还包括第一雾化装置（未示出）和第二雾化装置（未示出），第一雾化装置在第一吸收室14的顶部，第一雾化装置用于将回流至第一吸收室14内的半贫液雾化，第二雾化装置在第二吸收室15顶部，第二雾化装置用于将回流至第二吸收室15内的半贫液雾化。

本发明实施例的碳捕集系统通过第一雾化装置和第二雾化装置的设置，将第一吸收室和第二吸收室内的吸收剂雾化，增加了二氧化碳和吸收剂的接触面积，提高了二氧化碳的吸收速率。

可选地，第一雾化装置包括第一进液口（未示出）和多个第一雾化喷嘴（未示出），第一进液口与循环装置30连通，多个第一雾化喷嘴均布在第一吸收室14的顶壁上。第二雾化装置包括第二进液口（未示出）和多个第二雾化喷嘴（未示出），第二进液口与循环装置30连通，多个第二雾化喷嘴均布在第二吸收室15的顶壁上。

在一些实施例中，第一分离装置16和第二分离装置17均为膜分离管，膜分离管的膜材质可以为中空纤维疏水膜材料。

如图1所示，在一些实施例中，碳捕集系统还包括第一富液管41和第二富液管42，第一富液管41的第一端（图1中所示的左端）与第一吸收室14的底部连通，第一富液管41的第二端（图1中所示的右端）与解析塔20连通，第一吸收室14内的富液经第一富液管41进入解析塔20；第二富液管42的第一端（图1中所示的左端）与第二吸收室15的底部连通，第二富液管42的第二端（图1中所示的右端）与解析塔20连通，第二吸收室15内的富液经第二富液管42进入解析塔20。

如图1所示，在一些实施例中，碳捕集系统还包括第一减压阀43和第二减压阀44，第一减压阀43设在第一富液管41上，第一吸收室14内的富液经第一减压阀43减压后进入解析塔20，第二减压阀44设置在第二富液管42上，第二吸收室15内的富液经第二减压阀44减压后进入解析塔20。

如图1所示，在一些实施例中，碳捕集系统还包括第一支路51和第二支路52，第一支路51的第一端（图1中所示的右端）与第一吸收室14的顶部连通，第一支路51的第二端（图1中所示的左端）与循环装置30连通，循环装置30中的半贫液经第一支路51进入第一吸收室14；第二支路52的第一端（图1中所示的右端）与第二吸收室15的顶部连通，第二支路52的第二端（图1中所示的左端）与循环装置30连通，循环装置30中的半贫液经第二支路52进入第二吸收室15。

在一些实施例中，碳捕集系统还包括第一液位计（未示出）和第二液位计（未示出），第一液位计在第一吸收室14侧壁上，第一液位计用于监测第一吸收室14内的液位，第二液位计在第二吸收室15侧壁上，第二液位计用于监测第二吸收室15内的液位。

如图1所示，在一些实施例中，循环装置30包括吸收剂储槽31和加压泵32，吸收剂储槽31与解析塔20的底部连通，吸收剂储槽31用于接收解析塔20生成的半贫液；加压泵32分别与吸收剂储槽31和吸收塔10连通，加压泵32用于将吸收剂储槽31内的半贫液送回至吸收塔10。需要说明的是，解析塔20内生成的半贫液在重力的作用下流入并暂存在吸收剂储槽31中，加压泵32将吸收剂储槽31中的半贫液加压使吸收剂储槽31中的半贫液流入吸收塔10中。

如图1所示，在一些实施例中，循环装置30还包括过滤器33，过滤器33分别与加压泵32和吸收塔10连通，过滤器33对回流向吸收塔10的半贫液进行过滤，避免造成管道和/或零部件的堵塞。

在一些实施例中，碳捕集系统还包括第三液位计（未示出），第三液位计在吸收剂储槽31内侧壁上，第三液位计用于监测吸收剂储槽31内的液位。

如图1所示，在一些实施例中，解析塔20具有解析室21、排液管22和排气管23，解析室21分别与排液管22和排气管23连通，排液管22设在解析塔20下端，解析塔20和循环装置30经排液管22连通，解析室21内产生的半贫液在重力的作用下经排液管22流入循环装置30内，排气管23用于将解析室21内产生的二氧化碳排放至解析室21外。需要说明的是，吸收塔10产生的富液流入解析室21内进行解析，富液经解析后产生半贫液和二氧化碳，二氧化碳沿排气管排放去下游系统，解析塔20内的半贫液靠重力自流进入循环装置中。

在一些实施例中，碳捕集系统还包括第四液位计（未示出），第四液位计在解析室21内侧壁上，第四液位计用于监测解析室21内的液位。

本发明使用时，含有二氧化碳的变换气（40℃，2.9MPa，mol组分CO：1.93%，CO2：36.18%，H2：51.54%，N2：9.83%，H2S：0.10%，CH4：0.19%，H2O：0.23%）经原料管12进入第一分离装置16中，变换气中大部分（约80%）的二氧化碳沿第一分离装置16的微孔径穿过膜壁进入第一吸收室14中，同时，第一支路51将半贫液送至第一雾化装置内，第一雾化装置将半贫液雾化并喷洒入第一吸收室14内，第一吸收室14中的二氧化碳与进入第一吸收室14中的半贫液逆流接触并被迅速吸收，吸收二氧化碳的半贫液形成富液并落在第一吸收室14底部。

经过一级膜分离的变换气（40℃，2.88MPa，mol组分CO：2.71%，CO2：10.20%，H2：72.51%，N2：13.83%，H2S：0.14%，CH4：0.26%，H2O：0.32%）继续上行进入第二分离装置17，第二分离装置17继续对变换气进行膜分离，使第二分离装置17中的二氧化碳沿第二分离装置17的微孔径穿过膜壁进入第二吸收室15中，同时，第二支路52将半贫液送至第二雾化装置内，第二雾化装置将半贫液雾化并喷洒入第二吸收室15内，第二吸收室15中的二氧化碳与进入第二吸收室15中的半贫液逆流接触并被迅速吸收，吸收二氧化碳的半贫液形成富液并落在第二吸收室15底部。分离完二氧化碳的尾气（40℃，2.86MPa，mol组分CO：2.96%，CO2：2.23%，H2：78.96%，N2：15.06%，H2S：0.15%，CH4：0.29%，H2O：0.35%）沿吸收塔10顶部的尾气管13排出吸收塔13。

同时，第一吸收室14内的富液经过第一减压阀43减压后沿第一富液管41进入解析塔20，第二吸收室15内的富液经过第二减压阀44减压后沿第二富液管42进入解析塔20，两股富液在解析塔20中解析出大部分的二氧化碳后变成半贫液，解析出的二氧化碳沿排气管23排放去下游系统，解析塔20内的半贫液在重力的作用下沿排液管22进入吸收剂储槽31，加压泵32将吸收剂储槽31内的半贫液增压送至过滤器33中过滤，过滤后的半贫液分两路通过第一支路51和第二支路52分别进入第一吸收室14和第二吸收室15循环回用。在同等气量变换气的情况下，本发明比传统的贫液半贫液吸收工艺节约吸收剂量约55%。同时，解析后的CO2浓度（99.27%）也比传统的贫液半贫液吸收工艺（98%）高一个百分点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种碳捕集系统，其特征在于，包括：

吸收塔，所述吸收塔包括壳体、第一分离装置和第二分离装置，所述壳体具有原料管、尾气管、第一吸收室和第二吸收室，所述第一分离装置在所述第一吸收室内，所述第一分离装置的第一端贯穿所述第一吸收室并与所述原料管连通，所述第二分离装置在所述第二吸收室内，所述第二分离装置的第一端贯穿所述第二吸收室和所述第一吸收室并与所述第一分离装置的第二端连通，所述第二分离装置的第二端贯穿所述第二吸收室并与所述尾气管连通，所述吸收塔用于利用半贫液吸收二氧化碳并产生富液；

解析塔，所述解析塔与所述吸收塔连通，所述解析塔用于接收所述吸收塔产生的富液并对所述富液进行解析产生半贫液；

循环装置，所述循环装置分别与所述吸收塔和所述解析塔连通，所述循环装置用于使所述解析塔产生的半贫液回流至所述吸收塔；

第一支路，所述第一支路的第一端与所述第一吸收室的顶部连通，所述第一支路的第二端与所述循环装置连通；

第二支路，所述第二支路的第一端与所述第二吸收室的顶部连通，所述第二支路的第二端与所述循环装置连通；

第一富液管，所述第一富液管的第一端与所述第一吸收室的底部连通，所述第一富液管的第二端与所述解析塔连通；

第二富液管，所述第二富液管的第一端与所述第二吸收室的底部连通，所述第二富液管的第二端与所述解析塔连通；

所述吸收塔还包括第一雾化装置和第二雾化装置，所述第一雾化装置在所述第一吸收室内，所述第二雾化装置在所述第二吸收室内；

所述第一分离装置和所述第二分离装置均为膜分离管。

2.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，还包括第一减压阀和第二减压阀，所述第一减压阀设在所述第一富液管上，所述第二减压阀设置在所述第二富液管上。

3.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，还包括第一液位计和第二液位计，所述第一液位计在所述第一吸收室侧壁上，所述第二液位计在所述第二吸收室侧壁上。

4.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，所述循环装置包括：

吸收剂储槽，所述吸收剂储槽与解析塔连通，所述吸收剂储槽用于接收所述解析塔产生的半贫液；

加压泵，所述加压泵分别与所述吸收剂储槽和所述吸收塔连通，所述加压泵用于将所述吸收剂储槽内的半贫液回流至所述吸收塔。

5.根据权利要求4所述的碳捕集系统，其特征在于，所述循环装置还包括过滤器，所述过滤器分别与所述加压泵和所述吸收塔连通。

6.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，所述解析塔具有解析室、排液管和排气管，所述解析室分别与所述排液管和所述排气管连通，所述排液管设在所述解析塔下端，所述解析塔和所述循环装置经所述排液管连通，所述解析室内产生的半贫液在重力的作用下经所述排液管流入所述循环装置内，所述排气管用于将所述解析室内产生的二氧化碳排放至所述解析室外。

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