CN114405235A - 节能型二氧化碳捕集系统及其捕集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能型二氧化碳捕集系统，包括洗涤水处理回路、脱盐水/再生气冷凝水处理回路、碱液处理回路、碱液处理回路及烟道气处理回路。本发明还公开了上述捕集系统的捕集方法，本发明解决了现有捕集系统存在的占地面积大、能耗高的问题。

Description

节能型二氧化碳捕集系统及其捕集方法

技术领域

本发明属于二氧化碳捕集技术领域，涉及一种节能型二氧化碳捕集系统，本发明还涉及上述捕集系统的捕集方法。

背景技术

近年来，温室效应加剧问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。因此，引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排技术成为各国关注的焦点。二氧化碳的捕集和封存是应对气候变化问题最具发展前景的解决方案之一。

二氧化碳的捕集方法主要有吸收法、吸附法、膜分离法、低温分离法等。

膜分离法是利用某些聚合材料，如醋酸纤维、聚酰亚胺、聚砜等制成的薄膜，利用其对不同气体的不同渗透率来分离。膜分离的驱动力是压差，当膜两边存在压差时，渗透率高的气体组分以很高的速率透过薄膜，形成渗透气流，渗透率低的气体则绝大部分在薄膜进气侧形成残留气流，两股气流分别引出，从而达到分离的目的。

化学吸收法是利用二氧化碳的酸性气体的性质与弱碱性物质发生化学反应，然后加热生成物，分解得到二氧化碳。该方法的关键是控制好吸收和解吸的条件。吸收剂应对二氧化碳具有选择性、不易挥发、腐蚀性小、粘度低、毒性小、不易燃。常用的吸收剂有醇胺、碳酸盐等的水溶液，吸收剂浓度通常不超过50％。

吸附法是一种利用固态吸附剂(活性炭、天然沸石、分子筛、活性氧化铝和硅胶等)对原料气中的二氧化碳进行有选择性的可逆吸附来分离回收二氧化碳。吸附剂在低温(或高压)条件下吸附二氧化碳，升温(或降压)后将二氧化碳解吸出来。一般需要多座吸附塔并联使用以保证整个过程中能连续的输入原料气，连续地取出二氧化碳气及未吸附气体。其关键是吸附剂的载荷能力，主要决定因素是温差(或压差)。

低温分离法是通过低温冷凝分离CO2的一种物理过程，一般是将烟气多次压缩和冷却后，引起CO2的相变，从而达到从烟气中分离CO2的目的。

目前在二氧化碳捕集方面应用最广泛的是燃料燃烧后的捕集，应用复合胺液吸收方法，属于化学吸收法的一种。该方法已在工业上得到广泛应用，具有吸收效果好、吸收量大、技术成熟等优点，是我国石油、化工、火电等行业实现控制温室效应的有效途径。在目前全球范围的工业实践中，该法实现二氧化碳近乎零排放的同时，也会产生较大的投资成本和运行成本，整套系统装置存在占地空间大，蒸汽耗量高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种节能型二氧化碳捕集系统，解决了现有捕集系统占地面积大、能耗高的问题。

本发明的目的是提供一种节能型二氧化碳捕集系统的捕集方法。本发明所采用的第一种技术方案是，节能型二氧化碳捕集系统，包括依次连接的水洗塔、吸收塔及再生塔，再生塔还依次连接气液分离器和溶液储槽，溶液储槽通过补液泵连接有地下槽。

水洗塔与吸收塔之间连接有引风机，吸收塔还通过洗涤液冷却器、尾气洗涤泵连接洗涤液储槽。

吸收塔与再生塔之间依次连接有富液泵、贫富液换热器。

再生塔的底部一侧还连接有溶液煮沸器。

再生塔还依次连接胺回收加热器、碱液泵及碱液槽。

贫富液换热器还依次通过贫液泵、机械过滤器、贫液冷却器、活性炭过滤器与吸收塔连接。

本发明采用的第二种技术方案是，节能型二氧化碳捕集系统的捕集方法，具体包括如下步骤：烟道气负压进入水洗塔中，经水洗塔洗涤后的净烟气通过引风机正压鼓入吸收塔，洗涤后的净烟气从吸收塔的底部进入吸收塔内部，与含胺贫液气液传质后，脱碳净烟气从吸收塔的塔顶排出进入大气环境；

吸收塔的塔底含胺富液，经由富液泵进入贫富换热器，经换热升温后从再生塔的塔顶进入喷淋，经由再生塔塔内再生解析后，再生气从再生塔塔顶排出；

再生塔塔塔顶排出的再生气，经由再生气冷却器冷却降温后，析出冷凝水，得到低温再生气；通过气液分离器进行气液分离，分离出含胺冷凝水，集中由地下槽收集，得到洁净再生气进入后段压缩工段；

再生塔塔底热源来自溶液煮沸器，由工业蒸汽供热，持续升温达二氧化碳解析再生温度；

从再生塔塔底到贫液泵之间的液相物料为高温贫液，因而经贫富换热器初步换热后，一部分经机械过滤器机械除杂后进入胺回收加热器进行加热，使过滤除杂后的洁净贫液进入再生塔塔底，继续参与再生循环，保持系统清洁；另一部分经机械过滤器过滤的贫液，经由贫液冷却器冷却降温，使含胺贫液达到最佳二氧化碳吸收温度，再通过活性炭过滤器进行深度过滤除杂，确保液体清洁进入吸收塔继续进行吸收-再生。

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过设置水洗塔作为CO2吸收捕集前的预处理工艺，通过喷淋洗涤水，将前段烟气中夹带的脱硫液等杂质进行去除。

2.本发明通过优化设置吸收塔、再生塔塔身结构与内件，大幅度减小了塔体积与占地面积，节约了初期投资成本。

3.本发明通过设置贫液冷却器、洗涤液冷却器、贫富液换热器、再生气冷却器，最大限度利用系统余热，减少了蒸汽消耗，降低运行成本。

4.本发明通过设置胺回收加热器，在CO2吸收捕集系统工作时，不断循环加热再生塔内一部分含胺贫液，将水、胺成分蒸发出来，使热稳定盐、其它难挥发物质作为加热器的釜底残留物，定期清运。减少盐类杂质等降解产物的沉积，降低对系统设备的腐蚀速率，减少对换热器换热效率的破坏，减少有效胺成分的损失，增加吸收脱碳效率。

5.本发明通过设置机械过滤器与活性炭过滤器，将10-15％含胺贫液进行过滤，维持溶液清洁，进一步降低吸收液的消耗，减少原料成本。

6.本发明通过设置溶液煮沸器，保持含胺富液在塔内的持续再生环境，确保CO2稳定、充分、高效解析。

7.本发明再生塔以复合胺液水蒸汽为汽提介质，方便含胺富液从塔顶进入时，汽提解析出部分CO2。与塔底溶液煮沸器构成深度CO2解析结构，该设计有效减少了塔身体积，节约空间。

8.本发明吸收塔内包含烟气中CO2与含胺贫液的深度气液相传质结构，该设计确保吸收过程高效运行，CO2捕集效率高达99.5％以上。

附图说明

图1是本发明节能型二氧化碳捕集系统的结构示意图；

图2是本发明节能型二氧化碳捕集系统中水洗塔的结构示意图；

图3是本发明节能型二氧化碳捕集系统中吸收塔的结构示意图；

图4是本发明节能型二氧化碳捕集系统中再生塔的结构示意图。

图中，1.水洗塔，1-1.水洗塔除雾器，1-2.水洗塔喷淋器，1-3.水洗塔填料层；

2.吸收塔，2-1.吸收塔除雾器，2-2.吸收塔填料层A，2-3.吸收塔阻液器，2-4.吸收塔喷淋器，2-5.吸收塔填料层B；

3.再生塔，3-1.再生塔除雾器，3-2.再生塔塔板，3-3.再生塔喷淋器，3-4.再生塔填料层，3-5.再生塔阻液器；

4.洗涤液储槽，5.活性炭过滤器，6.机械过滤器，7.碱液槽，8.气液分离器，9.地下槽，10.溶液储槽，11.洗涤液冷却器，12.贫液冷却器，13.胺回收加热器，14.贫富液换热器，15.再生气冷却器，16.溶液煮沸器，17.原料气水洗泵，18.引风机，19.尾气洗涤泵，20.富液泵，21.贫液泵，22.碱液泵，23.补液泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明节能型二氧化碳捕集系统，如图1所示，包括水洗塔1，烟道气负压进入水洗塔1中，经水洗塔1洗涤后的净烟气通过引风机18正压鼓入吸收塔2；

水洗塔1主要由塔身、喷淋、填料、进出口、排液口构成，洗涤水由水洗塔1的塔顶进入，洗涤废液经由水洗塔1的塔底排出，去往污水处理。洗涤循环水与洗涤水合并后继续烟气洗涤过程。

烟道气为脱硫后净烟气，经风阀调节流量后，负压进入水洗塔1去除烟气中脱硫液等杂质。

吸收塔2用于烟气中二氧化碳的捕集吸收，洗涤后净烟气从吸收塔2的底部进入吸收塔2内部，与含胺贫液气液传质后，脱碳净烟气从塔顶排出进入大气环境。

其中洗涤液储槽4、尾气洗涤泵19、洗涤液冷却器11构成吸收塔2塔顶吸收小循环，用于回收烟气中夹带胺液液滴，通过吸收塔2塔顶阻液器确保塔顶喷淋的脱盐水全部进入小循环。二氧化碳的捕集是由吸收塔2-富液泵20-贫富换热器14-再生塔3-贫液泵21-贫液冷却器12-吸收塔2这个大循环实现的。

吸收塔2的塔底含胺富液，经由富液泵20进入贫富换热器14，经换热升温后从再生塔3的塔顶进入喷淋，经由塔内再生解析后，再生气从塔顶排出。

再生塔3塔塔顶排出的再生气，经由再生气冷却器15冷却降温后，析出冷凝水，得到低温再生气(低温再生气的温度为30～120摄氏度)。通过气液分离器8进行气液分离，进一步分离出含胺冷凝水，集中由地下槽9收集，得到洁净再生气进入后段压缩工段；

再生塔3塔底热源来自溶液煮沸器16，由工业蒸汽供热，持续升温达二氧化碳解析再生温度；

如图2所示，水洗塔1包括塔体，塔体内部从上至下依次设有水洗塔除雾器1-1、水洗塔喷淋器1-2及水洗塔填料层1-3；

洗涤水经水洗塔1顶部进入水洗塔1的塔体内，通过水洗塔喷淋器1-2均匀喷淋至塔内水洗塔填料层1-3，水洗塔填料层1-3增大了气液相接触比表面积，提升洗涤效果，洗涤废液由塔底排出，水洗塔除雾器1-1用于去除水洗塔1塔体内的雾气。水洗塔除雾器1-1由波纹叶片、支撑固定结构组成。水洗塔喷淋器1-2由开孔带法兰圆管、外购喷头、阀件构成。水洗塔填料层1-3为波纹状整板填料。

如图3所示，吸收塔2包括塔体，塔体内从上至下依次设有吸收塔除雾器2-1、吸收塔填料层A2-2、吸收塔阻液器2-3、吸收塔喷淋器2-4及两层吸收塔填料层B2-5；

贫液经吸收塔喷淋器2-4进入吸收塔2塔内，通过吸收塔喷淋器2-4依次均匀喷淋至两层吸收塔填料层B2-5上，吸收塔填料层B2-5增大了气液相接触比表面积，提升吸收效果。吸收CO2形成的富液经塔底进入后道工序。

脱盐水/再生气冷凝水从吸收塔2塔顶进入，经吸收塔填料层A2-2液体再分布器，对脱碳后烟气进行洗涤，回收烟气中胺液，降低系统整体有机胺液的用量和损耗。吸收塔阻液器2-3为外购阻液器，其结构贴合塔截面，隔绝塔顶脱盐水进入吸收塔2下半部分混入洁净贫液、富液，允许烟气自下而上通过，含固定支撑组件。吸收塔除雾器2-1由波纹叶片、支撑固定结构组成。吸收塔填料层A2-2、吸收塔填料层B2-5为波纹状整板填料。吸收塔喷淋器2-4由开孔带法兰圆管、外购喷头、阀件构成。

如图4所示，再生塔3包括塔体，塔体内从上至下依次设有再生塔除雾器3-1、再生塔塔板3-2、再生塔喷淋器3-3、两层再生塔填料层3-4及再生塔阻液器3-5；

富液经再生塔喷淋器3-3进入塔内，通过再生塔喷淋器3-3均匀喷淋至塔内两层再生塔填料层3-4，再生塔填料层3-4增大了气液相接触比表面积，提升再生效果。为进一步提升再生效果和截留气相中有机胺液，生成的CO2气体通过再生塔塔板3-2折流板，增加再生时间。再生后的CO2经塔顶排出进入后道工序。

再生塔除雾器3-1由波纹叶片、支撑固定结构组成。再生塔填料层3-4为波纹状整板填料。再生塔喷淋器3-3由开孔带法兰圆管、外购喷头、阀件构成。再生塔阻液器3-5为外购阻液器，其结构贴合塔截面，隔绝塔顶进入的富液进入塔底与贫液混合，允许再生的CO2气体自下而上通过，含固定支撑组件。

从再生塔3塔底到贫液泵21之间的液相物料为高温贫液(高温贫液的温度为120℃～180℃)，循环使用后会堆积热稳定盐、其他难挥发物质等杂质。因而经贫富换热器14初步换热后，一部分经机械过滤器6机械除杂后进入胺回收加热器13进行加热，使过滤除杂后的洁净贫液进入再生塔3塔底，继续参与再生循环，保持系统清洁。胺回收加热器13的热源来自工业蒸汽，蒸汽冷凝水定期排出。另一部分经机械过滤器6过滤的贫液，经由贫液冷却器12冷却降温，使含胺贫液达到最佳二氧化碳吸收温度，再通过活性炭过滤器5进行深度过滤除杂，确保液体清洁进入吸收塔2继续进行吸收-再生的大循环。

设置碱液槽7、富液泵22，通过添加配置一定浓度的碱液，可恢复胺回收加热器13中高温贫液的中的有效胺成分，将额外生成的无机盐留在胺回收加热器13釜底，定期清运，减少长期工艺循环对设备设施的腐蚀破坏，保持系统二氧化碳捕集效率，再生效率。

各项物料工艺路径如下：

洗涤水：水洗塔1-原料气水洗泵17-水洗塔1；

脱盐水/再生气冷凝水(含少量有机胺液)：洗涤液储槽4-尾气洗涤泵19-洗涤液冷却器11-吸收塔2-洗涤液储槽4、再生塔3-溶液储槽10、气液分离器8-地下槽9、地下槽9-补液泵23-溶液储槽10、地下槽9-洗涤液冷却器11-吸收塔2-洗涤液储槽4；

碱液：碱液槽7-碱液泵22-胺回收加热器13-排出；

烟道气：水洗塔1-引风机18-吸收塔2-净烟气从吸收塔2塔顶排出到大气中；

含胺富液：吸收塔2-富液泵20-贫富换热器14-再生塔3-溶液煮沸器16-再生塔3；

含胺贫液：再生塔3-贫富换热器14-贫液泵21-机械过滤器6-贫液冷却器12-活性炭过滤器5-吸收塔2、再生塔3-贫富换热器14-贫液泵21-机械过滤器6-胺回收加热器13-再生塔3。

本发明各部分的功能为：

水洗塔1用于洗涤烟气中杂质，所述吸收塔用于烟气中二氧化碳的吸收，使含胺贫液吸收二氧化碳后变为含胺富液。

再生塔3用于含胺富液的再生，将含胺富液解析出二氧化碳后变为含胺贫液。

吸收塔2与再生塔3由管道连接构成工艺循环，用于胺液的循环使用。

贫液冷却器12用于含胺贫液的降温，使含胺贫液吸收容量增大，吸收速率增强。

洗涤液冷却器11用于洗涤液的降温，使洗涤液吸收容量增大，进一步吸收烟气中二氧化碳，进入循环。

贫富液换热器14用于含胺贫液与含胺富液的热交换。

胺回收加热器13用于胺液的加热降解，使一部分含胺贫液通过蒸汽加热，再生回收，减少循环胺液的热稳定盐等杂质。

溶液煮沸器16用于再生塔3塔底含胺富液中二氧化碳的进一步解析。

再生冷却器15用于再生塔3解析出的洁净二氧化碳降温，得到气体冷凝水，为后续气液分离做准备。

本发明提供的二氧化碳捕集系统可有效节约能耗。

Claims (7)

1.节能型二氧化碳捕集系统，其特征在于：包括依次连接的水洗塔、吸收塔及再生塔，再生塔还依次连接气液分离器和溶液储槽，溶液储槽通过补液泵连接有地下槽。

2.根据权利要求1所述的节能型二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述水洗塔与吸收塔之间连接有引风机，吸收塔还通过洗涤液冷却器、尾气洗涤泵连接洗涤液储槽。

3.根据权利要求2所述的节能型二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述吸收塔与再生塔之间依次连接有富液泵、贫富液换热器。

4.根据权利要求3所述的节能型二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述再生塔的底部一侧还连接有溶液煮沸器。

5.根据权利要求4所述的节能型二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述再生塔还依次连接胺回收加热器、碱液泵及碱液槽。

6.根据权利要求5所述的节能型二氧化碳捕集系统，其特征在于：所述贫富液换热器还依次通过贫液泵、机械过滤器、贫液冷却器、活性炭过滤器与吸收塔连接。

7.根据权利要求1～6任一权利要求所述的节能型二氧化碳捕集系统的捕集方法，其特征在于：具体包括如下步骤：烟道气负压进入水洗塔中，经水洗塔洗涤后的净烟气通过引风机正压鼓入吸收塔，洗涤后的净烟气从吸收塔的底部进入吸收塔内部，与含胺贫液气液传质后，脱碳净烟气从吸收塔的塔顶排出进入大气环境；

吸收塔的塔底含胺富液，经由富液泵进入贫富换热器，经换热升温后从再生塔的塔顶进入喷淋，经由再生塔塔内再生解析后，再生气从再生塔塔顶排出；

再生塔塔塔顶排出的再生气，经由再生气冷却器冷却降温后，析出冷凝水，得到低温再生气；通过气液分离器进行气液分离，分离出含胺冷凝水，集中由地下槽收集，得到洁净再生气进入后段压缩工段；

再生塔塔底热源来自溶液煮沸器，由工业蒸汽供热，持续升温达二氧化碳解析再生温度；

从再生塔塔底到贫液泵之间的液相物料为高温贫液，因而经贫富换热器初步换热后，一部分经机械过滤器机械除杂后进入胺回收加热器进行加热，使过滤除杂后的洁净贫液进入再生塔塔底，继续参与再生循环，保持系统清洁；另一部分经机械过滤器过滤的贫液，经由贫液冷却器冷却降温，使含胺贫液达到最佳二氧化碳吸收温度，再通过活性炭过滤器进行深度过滤除杂，确保液体清洁进入吸收塔继续进行吸收-再生。

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