CN114632402B - 烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，该系统包括吸收部和解析部，吸收部包括吸收塔，吸收塔用于吸收二氧化碳；解析部包括第一解析塔和第二解析塔，第一解析塔和第二解析塔用于热解析再生二氧化碳，第一解析塔的压力大于第二解析塔的压力；吸收塔的底部能连通设置第一富液支路和第二富液支路，第一富液支路与第一解析塔的顶部连通，第二富液支路与第二解析塔连通；第一解析塔连通设置第一贫液支路，第一贫液支路能与第二解析塔连通；第二解析塔通过第二贫液支路和第三贫液支路连通吸收塔。本发明采用两个不同压力的解吸塔，适宜增加压力，提高再生反应的速率，减少了富液再生所需的停留时间，脱碳效果好，降低碳捕集运行成本和能耗。
Description
技术领域
本发明涉及烟气处理技术领域，尤其涉及一种烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法。
背景技术
以二氧化碳为主的温室气体造成的“温室效应”已引起人类的普遍关注和重视。化学吸收法是目前应用最广泛工业化的CO2捕集方法，传统方法采用“吸收-解吸”工序，系统内的富液流与贫液流通过热交换器实现余热的回收利用，此方法设备一次性投资大，运行成本高和能源消耗大。目前对该方法的改进优化，大多是面向溶剂的，很少有面对工艺路线的改进。在选定吸收剂的前提下，如何优化系统工艺是降低系统能耗最主要的手段。
现有技术中，有一种醇胺法捕集烟气中二氧化碳的加压再生方法(公布号CN110624363A)，该方法将传统“吸收—解吸”工艺优化为“吸收+常压解吸+加压解吸”工序，通过调整合适的解吸压力降低富液的解吸能耗，同时双解吸塔的使用也可以利用不同品位的蒸汽或热源，具有较好的系统适应性；但此专利仅是简单的将解析塔串联组合，加压能力有限；再生得到的二氧化碳纯度并不是很高，后续进行二氧化碳压缩所需的功耗仍然较大，同时该专利未对系统内部的余热进行充分回收利用，热量利用效率有待提高，仍有较大的优化空间。
现有技术中，有一种低浓度含二氧化碳尾气的低能耗二氧化碳捕集系统(公布号CN 111744328 A)，该系统陈述了在吸收塔工序，通过塔内富液回流、后序工序增设余热回收塔等方式，能够回收一部分吸收反应热而降低再生时的能耗以及减少冷却水用量。由于捕集系统主要能耗在解吸阶段，此阶段减少的能耗有限，在解析塔工序，主要通过贫胺液减压的方式得到低温低压蒸汽，再通过蒸汽增压器得到高温高压蒸汽，进入解析塔解吸，此种方式需要耗费额外的机械压缩功，对于工艺的总能耗降低十分有限，并不是一种简洁有效的改进方法。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，克服现有技术中存在的问题，本发明采用两个不同压力的解吸塔，与传统单解析塔相比，适宜的增加压力，提高了再生反应的速率，减少了富液再生所需的停留时间，脱碳效果好，投资成本低，大大降低碳捕集运行成本和能耗。
本发明的目的是这样实现的，一种烟气二氧化碳捕集系统，包括吸收部和解析部，所述吸收部包括吸收塔，所述吸收塔用于喷淋吸收剂吸收烟气中的二氧化碳；所述解析部包括第一解析塔和第二解析塔，所述第一解析塔和所述第二解析塔用于热解析再生二氧化碳，所述第一解析塔的压力大于所述第二解析塔的压力；所述吸收塔的底部能连通设置第一富液支路和第二富液支路，所述第一富液支路与所述第一解析塔的顶部连通，所述第二富液支路与所述第二解析塔的顶部和中部连通；所述第一解析塔和所述第二解析塔的顶部分别设置第一气体出口和第二气体出口；所述第一解析塔的底部连通设置第一贫液支路，所述第一贫液支路能与所述第二解析塔的中部连通；所述第二解析塔的中部通过第二贫液支路连通所述吸收塔的中部，所述第二解析塔的底部通过第三贫液支路连通所述吸收塔的顶部。
在本发明的一较佳实施方式中，所述吸收塔的底部连通设置第一液体换热器，所述第一液体换热器的出口连通第一富液支路和第二富液支路，所述第三贫液支路通过所述第一液体换热器与所述吸收塔的顶部连通，所述第一液体换热器用于升温自所述吸收塔的底部流出的富液且降温所述第三贫液支路内的贫液；所述第二富液支路上设置第二液体换热器，所述第二贫液支路通过所述第二液体换热器与所述吸收塔的中部连通；所述第二液体换热器用于升温自所述第一液体换热器流出的富液且降温所述第二贫液支路内的贫液。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二解析塔为填料塔，所述第二解析塔内上下间隔设置第三填料层和第四填料层，所述第二富液支路的出口连通第三填料层的上方和第四填料层的上方，所述第一贫液支路的出口连通于所述第四填料层的上方，所述第二贫液支路的入口位于第一贫液支路的出口和第三填料层之间，所述第三贫液支路的入口位于第一贫液支路的出口和第四填料层之间；
所述第二解析塔的底部连通一贫液升温管的入口，所述贫液升温管上设置第二再沸器，所述第二再沸器用于升温所述贫液升温管内的贫液，所述第二解析塔的内侧下部设置贫液流管道，所述贫液流管道自下而上穿过所述第四填料层，所述贫液流管道的入口与所述贫液升温管的出口连通，所述贫液流管道的出口与所述第三贫液支路的入口连通。
在本发明的一较佳实施方式中，所述贫液流管道呈螺旋盘管式设置。
在本发明的一较佳实施方式中，所述贫液升温管上串接第二贫液泵。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二解析塔的顶部连通第二气体处理部，所述第二气体处理部包括第二气体通道管，所述第二气体通道管的入口连通所述第二气体出口，所述第二气体通道管上自第二气体出口顺序连接第二气液换热器、第二气液分离器和第二回流泵，所述第二气体通道管的出口连通于所述第二解析塔的顶部。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一解析塔为填料塔，所述第一解析塔内上下间隔设置第一填料层和第二填料层，所述第一富液支路的出口位于所述第一填料层的上方，所述第一解析塔的内侧底部设置第一再沸器，所述第一贫液支路的入口连通于所述第一解析塔的顶部。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一贫液支路上串接第一贫液泵。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一解析塔的顶部连通第一气体处理部，所述第一气体处理部包括第一气体通道管，所述第一气体通道管的入口连通所述第一气体出口，所述第一气体通道管上自第一气体出口顺序连接第一气液换热器、第一气液分离器和第一回流泵，所述第一气体通道管的出口连通于所述第一富液支路的出口和第一填料层之间。
在本发明的一较佳实施方式中，所述吸收塔为填料塔，所述吸收塔内设置喷淋结构，所述喷淋结构用于喷淋吸收二氧化碳的吸收剂，吸收剂吸收二氧化碳形成富液积于吸收塔的内侧底部，所述吸收塔的底部设置富液出口，所述富液出口通过富液泵与所述第一液体换热器连通；所述吸收塔的顶部设置第三气体出口。
在本发明的一较佳实施方式中，所述吸收塔的侧壁下部设置烟气入口，所述烟气入口处连通设置预处理装置，所述预处理装置和所述烟气入口之间设置引风机。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一解析塔的压力范围为230～260KPa，所述第二解析塔的压力范围为130～160KPa。
在本发明的一较佳实施方式中，第一富液支路和第二富液支路的流量比为3:1～5:1；第二富液支路和第一贫液支路的流量比为2:1～3:1。
本发明的目的还可以这样实现，一种使用前述的烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，含CO2的烟气进入吸收塔，吸收塔内的吸收剂吸收二氧化碳形成富液，烟气经塔顶排出，富液分别进入第一解析塔和第二解析塔进行热解析再生二氧化碳并形成贫液，第一解析塔生成的贫液流向第二解析塔二次热解析，第二解析塔生成的贫液流向吸收塔。
在本发明的一较佳实施方式中，捕集方法包括以下步骤：
步骤a、含CO2的烟气进入吸收塔，吸收剂吸收二氧化碳形成富液积于吸收塔的内侧底部，烟气经塔顶排出；
步骤b、吸收塔底部的富液流向第一液体换热器，经热交换后升温，一部分富液流向第一富液支路，一部分流向第二富液支路；
步骤c、第一富液支路内的富液直接进入第一解析塔的顶部，由上而下喷淋，热解析再生二氧化碳；经热解吸溶液中的CO2及水蒸发至第一解析塔的塔顶，经第一气体处理部分离出高纯度CO2气体，CO2排出系统，冷凝水经第一回流泵回流至第一解析塔的顶部；第一解析塔底部的贫液经第一贫液支路、第一贫液泵流向第二解析塔的中部；
步骤d、第二富液支路内的富液再经第二液体换热器进行升温，分两路流向第二解析塔的顶部和中部；
步骤e、第二解析塔的顶部和中部进入的液体，由上而下喷淋，热解析再生二氧化碳；经热解吸溶液中的CO2及水蒸发至第二解析塔的塔顶，经第二气体处理部分离出高纯度CO2气体，CO2排出系统，冷凝水经第二回流泵回流至第二解析塔的顶部；
步骤f、第二解析塔中部的贫液经第二贫液支路、第二液体换热器流向吸收塔的中部；
第二解析塔底部的贫液流向贫液升温管，升温后流经贫液流管道、第三贫液支路，经第一液体换热器换热降温后，贫液返回吸收塔的顶部。
由上所述，本发明提供的烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法具有如下有益效果：
本发明的烟气二氧化碳捕集系统，采用两个不同压力的解吸塔，与传统单解析塔相比，适宜的增加压力，提高了再生反应的速率，减少了富液再生所需的停留时间；本发明中流出吸收塔的富液经多路注入解析塔，平均分配从富液到贫液的驱动力，高效回收了解析塔内部的潜热，减少了解吸塔内的温度差，减少再沸器负荷和总的能耗；
第二解析塔内设置贫液流管道，与传统填料塔相比，通过贫液流管道内的热贫液与塔内溶液换热，优化了第二解析塔内的温度分布，使得解吸的推动力分布更为合理，减少了不可逆损失，降低了第二再沸器的热负荷；第一解析塔和第二解析塔过热进料，再生得到的二氧化碳压力高，可以降低后续二氧化碳压缩所需的功耗；降低了再生的气体中水含量，水气化所需热量减少，提高了体系的热量利用效率；
本发明的烟气二氧化碳捕集系统及捕集方法，脱碳效果好，投资成本低，大大降低碳捕集运行成本和能耗。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
其中：
图1：为本发明的烟气二氧化碳捕集系统的示意图。
图中：
100、烟气二氧化碳捕集系统；
1、吸收部；
11、吸收塔；111、喷淋结构；112、第三气体出口；12、预处理装置；13、引风机；14、富液泵；
2、解析部；
21、第一解析塔；211、第一气体出口；212、第一贫液泵；
22、第二解析塔；221、第二气体出口；222、贫液升温管；223、贫液流管道；224、第二贫液泵；
31、第一富液支路；32、第二富液支路；
41、第一贫液支路；42、第二贫液支路；43、第三贫液支路；
51、第一液体换热器；52、第二液体换热器；
61、第一填料层；62、第二填料层；63、第三填料层；64、第四填料层；
71、第一再沸器；72、第二再沸器；
81、第一气体处理部；811、第一气体通道管；812、第一气液换热器；813、第一气液分离器；814、第一回流泵；
82、第二气体处理部；821、第二气体通道管；822、第二气液换热器；823、第二气液分离器；824、第二回流泵。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明提供一种烟气二氧化碳捕集系统100，包括吸收部1和解析部2，吸收部包括吸收塔11，吸收塔11用于喷淋吸收剂吸收烟气中的二氧化碳；解析部2包括第一解析塔21和第二解析塔22，第一解析塔21和第二解析塔22用于热解析再生二氧化碳，第一解析塔21的压力大于第二解析塔22的压力；吸收塔11的底部能连通设置第一富液支路31和第二富液支路32，第一富液支路31与第一解析塔21的顶部连通，第二富液支路32与第二解析塔22的顶部和中部(本文中的中部并非严格的结构的中间位置，是指顶部和底部之间的部位)连通；第一解析塔21和第二解析塔22的顶部分别设置第一气体出口211和第二气体出口221；第一解析塔21的底部连通设置第一贫液支路41，第一贫液支路41能与第二解析塔22的中部连通；第二解析塔22的中部通过第二贫液支路42连通吸收塔11的中部，第二解析塔22的底部通过第三贫液支路43连通吸收塔11的顶部。
本发明的烟气二氧化碳捕集系统100主要分为吸收部1和解析部2两部分，吸收剂为醇胺类(MEA或MDEA的一种或多种混合液)，吸收塔11为单塔布置，解析部2为不同压力的双塔，第一解析塔21和第二解析塔22前后串联布置，三塔均为填料塔。
含CO2的烟气进入吸收塔11，吸收塔11中的吸收剂吸收二氧化碳，在塔底得到富液(醇胺富液)，富液分为两路，一路经第一富液支路31直接进入第一解析塔21的顶部，另一路经第二富液支路32送至第二解析塔22的顶部及中部；进入第一解析塔21的富液经升温热解析再生二氧化碳并形成贫液流向塔底，第一解析塔21底部出来的贫液经第一贫液支路41送至第二解析塔22的中部；进入第二解析塔22的富液经升温热解析再生二氧化碳并形成贫液流向塔底，经热解吸富液中的CO2及水蒸发至各解析塔的塔顶(第一气体出口211和第二气体出口221)排出，贫液经第二贫液支路42和第三贫液支路43返回吸收塔11。
本发明的烟气二氧化碳捕集系统，采用两个不同压力的解吸塔，与传统单解析塔相比，适宜的增加压力，提高了再生反应的速率，减少了富液再生所需的停留时间；本发明中流出吸收塔的富液经多路注入解析塔，平均分配从富液到贫液的驱动力，高效回收了解析塔内部的潜热，减少了解吸塔内的温度差，减少再沸器负荷和总的能耗；本发明的烟气二氧化碳捕集系统，脱碳效果好，投资成本低，大大降低碳捕集运行成本和能耗。
进一步，如图1所示，吸收塔11的底部连通设置第一液体换热器51，第一液体换热器51的出口连通第一富液支路31和第二富液支路32，第三贫液支路43通过第一液体换热器51与吸收塔11的顶部连通，第一液体换热器51用于升温自吸收塔11的底部流出的富液且降温第三贫液支路43内的贫液；第二富液支路32上设置第二液体换热器52，第二贫液支路42通过第二液体换热器52与吸收塔11的中部连通；第二液体换热器52用于升温自第一液体换热器51流出的富液且降温第二贫液支路42内的贫液。
第一解析塔21和第二解析塔22热解析富液再生二氧化碳并形成高温的贫液，第二贫液支路42和第三贫液支路43的贫液温度较高，需要降温；第一富液支路31和第二富液支路32内的富液温度相对较低，需要升温；第一液体换热器51升温自吸收塔11的底部流出的富液且降温第三贫液支路43内的贫液，第二液体换热器52升温自第一液体换热器51流出的富液且降温第二贫液支路42内的贫液，贫液的热量被充分回收利用，节省后续富液升温所需热量的能量消耗。
第一解析塔21和第二解析塔22过热进料(富液经过液体换热器换热升温)，再生得到的二氧化碳压力高，可以降低后续二氧化碳压缩所需的功耗；降低了再生的气体中水含量，水气化所需热量减少，提高了体系的热量利用效率。
进一步，如图1所示，第二解析塔22为填料塔，第二解析塔22内上下间隔设置第三填料层63和第四填料层64，第二富液支路32的出口连通第三填料层63的上方和第四填料层64的上方，第一贫液支路41的出口连通于第四填料层64的上方，第二贫液支路42的入口位于第一贫液支路41的出口和第三填料层63之间，第三贫液支路43的入口位于第一贫液支路41的出口和第四填料层64之间；
第二解析塔22的底部连通一贫液升温管222的入口，贫液升温管222上设置第二再沸器72，第二再沸器72用于升温贫液升温管222内的贫液，第二解析塔22的内侧下部设置贫液流管道223，贫液流管道223自下而上穿过第四填料层64，贫液流管道223的入口与贫液升温管222的出口连通，贫液流管道223的出口与第三贫液支路43的入口连通。
在本实施方式中，贫液流管道223呈螺旋盘管式设置。
第二再沸器72的液体入口(第二富液支路32的出口、第一贫液支路41的出口)分置于第二再沸器72的顶部和中部，液体多路注入解析塔，平均分配从富液到贫液的驱动力，高效回收了解析塔内部的潜热，减少了解吸塔内的温度差，减少再沸器负荷和总的能耗；第二解析塔22在塔内设置贫液流管道223，与传统填料塔相比，通过贫液流管道223内的热贫液与塔内溶液换热，优化了第二解析塔22内的温度分布，使得解吸的推动力分布更为合理，减少了不可逆损失，降低了第二再沸器72的热负荷。
进一步，如图1所示，贫液升温管222上串接第二贫液泵224，便于溶液的顺利流通。
进一步，如图1所示，第二解析塔22的顶部连通第二气体处理部82，第二气体处理部82包括第二气体通道管821，第二气体通道管821的入口连通第二气体出口221，第二气体通道管821上自第二气体出口221顺序连接第二气液换热器822、第二气液分离器823和第二回流泵824，第二气体通道管821的出口连通于第二解析塔22的顶部(第二富液支路32的上方)。
富液进入第二解析塔22后，经热解吸使溶液中的CO2及水蒸发至第二解析塔22的塔顶，经第二气液换热器822和第二气液分离器823后分离出高纯度CO2气体，CO2排除系统，冷凝水经第二回流泵824回流至第二解析塔22的顶部。
进一步，如图1所示，第一解析塔21内上下间隔设置第一填料层61和第二填料层62，第一富液支路31的出口位于第一填料层61的上方，第一解析塔21的内侧底部设置第一再沸器71，第一贫液支路41的入口连通于第二填料层62和第一再沸器71之间。
从吸收塔11的塔底出来的富液经第一液体换热器51进行热交换，升温后的部分富液进入第一解析塔21顶部，由上而下喷淋；第一再沸器71布置于第一解析塔21内，通过加热蒸汽，与第一解析塔21底部溶液进行换热，热解析再生二氧化碳。
进一步，如图1所示，第一贫液支路41上串接第一贫液泵212。
进一步，如图1所示，第一解析塔21的顶部连通第一气体处理部81，第一气体处理部81包括第一气体通道管811，第一气体通道管811的入口连通第一气体出口211，第一气体通道管811上自第一气体出口211顺序连接第一气液换热器812、第一气液分离器813和第一回流泵814，第一气体通道管811的出口连通于第一解析塔21的顶部(第一富液支路31的上方)。
富液进入第一解析塔21后，经热解吸使溶液中的CO2及水蒸发至第一解析塔21的塔顶，经第一气液换热器812和第一气液分离器813后分离出高纯度CO2气体，CO2排除系统，冷凝水经第一回流泵814回流至第一解析塔21的顶部。
进一步，如图1所示，吸收塔11内设置喷淋结构111，喷淋结构111用于喷淋吸收二氧化碳的吸收剂，吸收剂为醇胺类(MEA或MDEA的一种或多种混合液)，吸收剂吸收二氧化碳形成富液(醇胺富液)积于吸收塔11的内侧底部，吸收塔11的底部设置富液出口，富液出口通过富液泵14与第一液体换热器51连通；吸收塔11的顶部设置第三气体出口112，吸收剂在吸收塔11中吸收二氧化碳，塔顶的第三气体出口112排出烟气。在本发明的一具体实施例中，在吸收塔11的顶部、中部均设置有喷淋结构111。
进一步，如图1所示，吸收塔11的侧壁下部设置烟气入口，烟气入口处连通设置预处理装置12，预处理装置12和烟气入口之间设置引风机13。含CO2的烟气经预处理装置12、引风机13后进入吸收塔11。
进一步，第一解析塔21的压力范围为230～260KPa，第二解析塔22的压力范围为130～160KPa。
进一步，第一富液支路和第二富液支路的流量比为3:1～5:1；第二富液支路和第一贫液支路的流量比为2:1～3:1。
使用本发明的烟气二氧化碳捕集系统100的捕集方法，基本流程为：含CO2的烟气进入吸收塔，吸收塔内的吸收剂吸收二氧化碳形成富液，烟气经塔顶排出，富液分别进入第一解析塔和第二解析塔进行热解析再生二氧化碳并形成贫液，第一解析塔生成的贫液流向第二解析塔二次热解析，第二解析塔生成的贫液流向吸收塔。
前述的捕集方法具体包括以下步骤：
步骤a、含CO2的烟气经预处理装置12、引风机13后进入吸收塔11，喷淋结构111喷淋吸收剂，吸收剂吸收二氧化碳形成富液(醇胺富液)积于吸收塔11的内侧底部，烟气经塔顶的第三气体出口112排出；
步骤b、吸收塔11底部的富液经富液泵14流向第一液体换热器51，经热交换后升温，一部分富液流向第一富液支路31，一部分流向第二富液支路32；
步骤c、第一富液支路31内的富液直接进入第一解析塔21的顶部，由上而下喷淋，塔底的第一再沸器71通过加热蒸汽，与第一解析塔21底部溶液进行换热，热解析再生二氧化碳；经热解吸溶液中的CO2及水蒸发至第一解析塔21的塔顶，经第一气体出口211、第一气体通道管811、第一气液换热器812和第一气液分离器813后分离出高纯度CO2气体，CO2排出系统，冷凝水经第一回流泵814回流至第一解析塔21的顶部；第一解析塔21底部的贫液经第一贫液支路41、第一贫液泵212流向第二解析塔22的中部；
步骤d、第二富液支路32内的富液再经第二液体换热器52进行升温，分两路流向第二解析塔22的顶部和中部；
步骤e、第二解析塔22的顶部和中部进入的液体，由上而下喷淋，热解析再生二氧化碳；经热解吸溶液中的CO2及水蒸发至第二解析塔22的塔顶，经第二气体出口221、第二气体通道管821、第二气液换热器822和第二气液分离器823后分离出高纯度CO2气体，CO2排出系统，冷凝水经第二回流泵824回流至第二解析塔22的顶部；
步骤f、第二解析塔22中部的贫液经第二贫液支路42、第二液体换热器52流向吸收塔11的中部；
第二解析塔22底部的贫液流向贫液升温管222，经第二再沸器72升温后流经贫液流管道223，贫液流管道223内的热贫液与塔内溶液换热，贫液流管道223的出口与第三贫液支路43的入口连通，经第一液体换热器51换热降温后，贫液返回吸收塔11的顶部。
实施例1
本实例采用本发明的烟气二氧化碳捕集系统100，模拟烟气CO2含量为10v％，O2含量为15v％，SO2浓度为30mg/Nm3，其余为N2，吸收剂为30w％的MEA水溶液。含CO2的烟气首先进入预处理装置12，去除烟气中SO2，随后烟气通过引风机13进入吸收塔11，由下而上经过填料层，吸收剂溶液由上而下喷淋，烟气与溶液充分接触、反应脱除CO2，最后经塔顶洗涤装置、除雾器(现有技术)后直接排放，捕集到CO2的溶液变成富液流到吸收塔11塔底，塔底液体温度为40℃，塔顶温度为43℃；
从吸收塔11的塔底出来的富液经富液泵14、第一液体换热器51分为两路，一路经热交换升温后进入第一解析塔21的顶部，由上而下喷淋；从第一解析塔21塔底出来的贫液通过第一贫液支路41、第一贫液泵212送至第二解析塔22的中部，第一解析塔21的塔底贫液温度为95℃，第一解析塔21的塔顶温度为91℃，第一解析塔21压力维持在260kpa；
从第一液体换热器51出来的另一路富液经第二液体换热器52送至第二解析塔22的顶部及中部；进入第一解析塔21的富液与第二解析塔22的富液流量比为设定在4:1，进入第二解析塔22顶部及中部的富液流量比为3:1；第二解析塔22压力维持在160kpa，第二解析塔22塔底贫液温度为98℃，第二解析塔22塔顶温度为76℃，第二解析塔22中部产生的贫液与进入第二解析塔22顶部的富液进行热量交换，送至吸收塔11中部，从第二解析塔22塔底出来的贫液经第二贫液泵224、第二再沸器72，通过布置于第二解析塔22填料层内部的贫液流管道223(环形盘管)，与塔内解吸液换热后送至塔外，经与第一液体换热器51内从吸收塔11塔底出来的富液进行热交换后，送至吸收塔11的顶部。
第一解析塔21和第二解析塔22内热解吸出的CO2及水蒸发至各解析塔(第一解析塔21和第二解析塔22)塔顶，经第一气体处理部81和第二气体处理部82后分离排出高纯度CO2气体，冷凝水回流至各解析塔。
经测算，本实施例所述工艺降低再生能耗约22％，实现CO2捕集率≥85％，CO2纯度>99％。
实施例2
采用与实施例1相同的烟气二氧化碳捕集系统100及模拟烟气。不同的是，进入第一解析塔21的富液与第二解析塔22的富液流量比为设定在5:1，第一解析塔21压力维持在230kpa，进入第二解析塔22顶部及中部的富液流量比为2:1，第二解析塔22压力维持在130kpa，其他参数保持不变。
经测算，本实施例所述工艺降低再生能耗约18％，实现CO2捕集率≥85％，CO2纯度>99％。
实施例3
采用与实施例2相同的烟气二氧化碳捕集系统100及模拟烟气。不同的是，进入第一解析塔21的富液与第二解析塔22的富液流量比为设定在3:1，第一解析塔21压力维持在250kpa，进入第二解析塔22顶部及中部的富液流量比为4:1，第二解析塔22压力维持在150kpa，其他参数保持不变。
经测算，本实施例所述工艺降低再生能耗约17％，实现CO2捕集率≥85％，CO2纯度>99％。
由上所述，本发明提供的烟气二氧化碳捕集系统及捕集方法具有如下有益效果：
本发明的烟气二氧化碳捕集系统，采用两个不同压力的解吸塔，与传统单解析塔相比，适宜的增加压力，提高了再生反应的速率，减少了富液再生所需的停留时间；本发明中流出吸收塔的富液经多路注入解析塔，平均分配从富液到贫液的驱动力，高效回收了解析塔内部的潜热，减少了解吸塔内的温度差，减少再沸器负荷和总的能耗；
第二解析塔内设置贫液流管道，与传统填料塔相比，通过贫液流管道内的热贫液与塔内溶液换热，优化了第二解析塔内的温度分布，使得解吸的推动力分布更为合理，减少了不可逆损失，降低了第二再沸器的热负荷；第一解析塔和第二解析塔过热进料，再生得到的二氧化碳压力高，可以降低后续二氧化碳压缩所需的功耗；降低了再生的气体中水含量，水气化所需热量减少，提高了体系的热量利用效率；
本发明的烟气二氧化碳捕集系统及捕集方法，脱碳效果好，投资成本低，大大降低碳捕集运行成本和能耗。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，其特征在于，烟气二氧化碳捕集系统包括吸收部和解析部，所述吸收部包括吸收塔，所述吸收塔用于喷淋吸收剂吸收烟气中的二氧化碳；所述解析部包括第一解析塔和第二解析塔，所述第一解析塔和所述第二解析塔用于热解析再生二氧化碳，所述第一解析塔的压力大于所述第二解析塔的压力；所述吸收塔的底部能连通设置第一富液支路和第二富液支路，所述第一富液支路与所述第一解析塔的顶部连通，所述第二富液支路与所述第二解析塔的顶部和中部连通；所述第一解析塔和所述第二解析塔的顶部分别设置第一气体出口和第二气体出口；所述第一解析塔的底部连通设置第一贫液支路，所述第一贫液支路能与所述第二解析塔的中部连通；所述第二解析塔的中部通过第二贫液支路连通所述吸收塔的中部，所述第二解析塔的底部通过第三贫液支路连通所述吸收塔的顶部；
所述吸收塔的底部连通设置第一液体换热器，所述第一液体换热器的出口连通第一富液支路和第二富液支路，所述第三贫液支路通过所述第一液体换热器与所述吸收塔的顶部连通，所述第一液体换热器用于升温自所述吸收塔的底部流出的富液且降温所述第三贫液支路内的贫液；所述第二富液支路上设置第二液体换热器，所述第二贫液支路通过所述第二液体换热器与所述吸收塔的中部连通；所述第二液体换热器用于升温自所述第一液体换热器流出的富液且降温所述第二贫液支路内的贫液；
所述第一解析塔的压力范围为230～260KPa，所述第二解析塔的压力范围为130～160KPa；第一富液支路和第二富液支路的流量比为3:1～5:1；第二富液支路和第一贫液支路的流量比为2:1～3:1；
所述烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法包括含
的烟气进入吸收塔，吸收塔内的吸收剂吸收二氧化碳形成富液，烟气经塔顶排出，富液分别进入第一解析塔和第二解析塔进行热解析再生二氧化碳并形成贫液，第一解析塔生成的贫液流向第二解析塔二次热解析，第二解析塔生成的贫液流向吸收塔；
包括以下步骤：
步骤a、含
的烟气进入吸收塔，吸收剂吸收二氧化碳形成富液积于吸收塔的内侧底部，烟气经塔顶排出；
步骤b、吸收塔底部的富液流向第一液体换热器，经热交换后升温，一部分富液流向第一富液支路，一部分流向第二富液支路；
步骤c、第一富液支路内的富液直接进入第一解析塔的顶部，由上而下喷淋，热解析再生二氧化碳；经热解吸溶液中的
及水蒸发至第一解析塔的塔顶，经第一气体处理部分离出高纯度
气体，
排出系统，冷凝水经第一回流泵回流至第一解析塔的顶部；第一解析塔底部的贫液经第一贫液支路、第一贫液泵流向第二解析塔的中部；
步骤d、第二富液支路内的富液再经第二液体换热器进行升温，分两路流向第二解析塔的顶部和中部；
步骤e、第二解析塔的顶部和中部进入的液体，由上而下喷淋，热解析再生二氧化碳；经热解吸溶液中的
及水蒸发至第二解析塔的塔顶，经第二气体处理部分离出高纯度
气体，
排出系统，冷凝水经第二回流泵回流至第二解析塔的顶部；
步骤f、第二解析塔中部的贫液经第二贫液支路、第二液体换热器流向吸收塔的中部；
第二解析塔底部的贫液流向贫液升温管，升温后流经贫液流管道、第三贫液支路，经第一液体换热器换热降温后，贫液返回吸收塔的顶部。
2.如权利要求1所述的烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，其特征在于，所述第二解析塔为填料塔，所述第二解析塔内上下间隔设置第三填料层和第四填料层，所述第二富液支路的出口连通第三填料层的上方和第四填料层的上方，所述第一贫液支路的出口连通于所述第四填料层的上方，所述第二贫液支路的入口位于第一贫液支路的出口和第三填料层之间，所述第三贫液支路的入口位于第一贫液支路的出口和第四填料层之间；
所述第二解析塔的底部连通一贫液升温管的入口，所述贫液升温管上设置第二再沸器，所述第二再沸器用于升温所述贫液升温管内的贫液，所述第二解析塔的内侧下部设置贫液流管道，所述贫液流管道自下而上穿过所述第四填料层，所述贫液流管道的入口与所述贫液升温管的出口连通，所述贫液流管道的出口与所述第三贫液支路的入口连通。
3.如权利要求2所述的烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，其特征在于，所述贫液流管道呈螺旋盘管式设置。
4.如权利要求2所述的烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，其特征在于，所述贫液升温管上串接第二贫液泵。
5.如权利要求2所述的烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，其特征在于，所述第二解析塔的顶部连通第二气体处理部，所述第二气体处理部包括第二气体通道管，所述第二气体通道管的入口连通所述第二气体出口，所述第二气体通道管上自第二气体出口顺序连接第二气液换热器、第二气液分离器和第二回流泵，所述第二气体通道管的出口连通于所述第二解析塔的顶部。
6.如权利要求2所述的烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，其特征在于，所述第一解析塔为填料塔，所述第一解析塔内上下间隔设置第一填料层和第二填料层，所述第一富液支路的出口位于所述第一填料层的上方，所述第一解析塔的内侧底部设置第一再沸器，所述第一贫液支路的入口连通于所述第一解析塔的顶部。
7.如权利要求6所述的烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，其特征在于，所述第一贫液支路上串接第一贫液泵。
8.如权利要求6所述的烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，其特征在于，所述第一解析塔的顶部连通第一气体处理部，所述第一气体处理部包括第一气体通道管，所述第一气体通道管的入口连通所述第一气体出口，所述第一气体通道管上自第一气体出口顺序连接第一气液换热器、第一气液分离器和第一回流泵，所述第一气体通道管的出口连通于所述第一富液支路的出口和第一填料层之间。
9.如权利要求1所述的烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，其特征在于，所述吸收塔为填料塔，所述吸收塔内设置喷淋结构，所述喷淋结构用于喷淋吸收二氧化碳的吸收剂，吸收剂吸收二氧化碳形成富液积于吸收塔的内侧底部，所述吸收塔的底部设置富液出口，所述富液出口通过富液泵与所述第一液体换热器连通；所述吸收塔的顶部设置第三气体出口。
10.如权利要求2所述的烟气二氧化碳捕集系统的捕集方法，其特征在于，所述吸收塔的侧壁下部设置烟气入口，所述烟气入口处连通设置预处理装置，所述预处理装置和所述烟气入口之间设置引风机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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