CN115463521A - 一种低能耗碳捕集装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种低能耗碳捕集装置及方法，包括第一级湿法脱硫系统、第二级湿法脱硫系统、换热单元、吸收塔和解吸塔，其中，所述第一级湿法脱硫系统上开设有烟气入口和烟气出口，其中，所述烟气出口与第二级湿法脱硫系统上开设的烟气入口连接；所述第二级湿法脱硫系统上开设的低温烟气出口连接吸收塔上开设的烟气入口；所述吸收塔上开设有烟气出口；所述解吸塔上开设的MEA贫液出口经过换热单元与吸收塔上开设的MEA贫液入口连接；所述第一级湿法脱硫系统和第二级湿法脱硫系统上开设的蒸汽出口均与换热单元连接；所述吸收塔上开设的MEA富液出口经过换热单元连接解吸塔上开设的富液入口；所述解吸塔上开设有二氧化碳出口；本发明可有效降低MEA再生过程中对电厂蒸汽的消耗，从而降低再生能耗。
Description
技术领域
本发明属于低能耗领域，具体涉及一种低能耗碳捕集装置及方法。
背景技术
气候变暖已引起全球范围的密切关注，CO2是大气中最主要的温室气体之一。作为二氧化碳排放的重点行业，电力行业中各火力发电厂的烟气尾气中含有大量的二氧化碳，在目前的工艺流程中直接排向大气。随着全国碳排放权交易市场的建立，碳排放量全面与企业的经济利益直接相关，捕集CO2的需求逐渐出现。
MEA单乙醇胺法是捕集CO2的常用方法，通过MEA的吸收与解吸实现再生循环，但再生过程需要利用高温热源，一般采用电厂汽轮机抽汽，导致技术整体能耗较高。同时，燃煤电厂湿法脱硫塔出口的烟气温度较高，高于MEA工艺对烟气温度的要求，CO2吸收率低。同时，吸收塔内MEA吸收CO2过程不断放热，吸收塔内温度会进一步升高，影响吸收效率。
对热电联产机组而言，回收系统中的余热是在不扩大机组规模的情况下增加供热能力的最佳方式之一。目前电厂通常采用水喷淋的方法将烟气降至50～60℃后进行排放，未对其中的热量进行回收，造成了能量的浪费。
CN 109454620 A公开了一种碳捕集与余热回收耦合装置，利用吸收塔和解吸塔实现对工业排出的高温烟气中CO2的捕集和储存，并进行一定的余热回收。但该方案中对烟气余热的利用比较粗糙，且吸收塔烟气温度较高，CO2吸收率低。
现有技术虽然能达到一定的回收余热的目的，但是热量回收率较低。同时，现有技术中吸收塔入口烟气温度高，CO2吸收率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低能耗碳捕集装置及方法，解决了现有技术中碳捕集存在热量回收率和二氧化碳的吸收率低的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种低能耗碳捕集装置，包括第一级湿法脱硫系统、第二级湿法脱硫系统、换热单元、吸收塔和解吸塔，其中，所述第一级湿法脱硫系统上开设有烟气入口和烟气出口，其中，所述烟气出口与第二级湿法脱硫系统上开设的烟气入口连接；所述第二级湿法脱硫系统上开设的低温烟气出口连接吸收塔上开设的烟气入口；所述吸收塔上开设有烟气出口；
所述解吸塔上开设的MEA贫液出口经过换热单元与吸收塔上开设的MEA贫液入口连接；
所述第一级湿法脱硫系统和第二级湿法脱硫系统上开设的蒸汽出口均与换热单元连接；
所述吸收塔上开设的MEA富液出口经过换热单元连接解吸塔上开设的富液入口；所述解吸塔上开设有二氧化碳出口。
优选地，所述第一级湿法脱硫系统包括第一脱硫塔和第一闪蒸罐，其中，所述第一脱硫塔上开设有烟气入口和烟气出口，所述烟气出口连接第二级湿法脱硫系统；所述第一脱硫塔上的浆液出口连接第一闪蒸罐上开设的浆液入口；所述第一闪蒸罐上的浆液出口连接第一脱硫塔上的浆液入口；所述第一闪蒸罐上的蒸汽出口连接换热单元。
优选地，所述第二级湿法脱硫系统包括第二脱硫塔和第二闪蒸罐，其中，所述第二脱硫塔上开设有烟气入口和烟气出口，所述烟气入口与第一级湿法脱硫系统的烟气出口连接；所述烟气出口与吸收塔上的烟气入口连接；所述第二脱硫塔上的浆液入口与第二闪蒸罐上的浆液出口连接；所述第二闪蒸罐上的浆液入口连接第二脱硫塔上的浆液出口；
所述第二闪蒸罐上的蒸汽出口连接换热单元。
优选地，所述换热单元包括第一吸收式热泵、第二吸收式热泵、贫-富液换热器和贫液冷却器，其中，所述第一级湿法脱硫系统的蒸汽出口连接第一吸收式热泵上的蒸汽入口；所述第二级湿法脱硫系统的蒸汽出口连接第二吸收式热泵上的蒸汽出口；所述吸收塔上的MEA富液出口依次经过贫-富液换热器、第二吸收式热泵和第一吸收式热泵连接解吸塔上的富液入口；所述解吸塔上的MEA贫液出口经过贫-富液换热器和贫液冷却器连接吸收塔上的贫液入口。
优选地，所述第一吸收式热泵上开设有驱动蒸汽入口和第一冷凝水出口，所述第一冷凝水出口连接有净水箱。
优选地，所述第二吸收式热泵上开设有驱动蒸汽入口和第三冷凝水出口，所述第三冷凝水出口连接有净水箱。
一种低能耗碳捕集方法，包括以下步骤：
烟气进入第一级湿法脱硫系统进行浆液闪蒸，得到闪蒸蒸汽、低温脱硫浆液和一级饱和湿烟气；
一级饱和湿烟气进入第二级湿法脱硫系统进行浆液闪蒸，得到闪蒸蒸汽、低温脱硫浆液和低温烟气；
低温烟气进入吸收塔内与MEA贫液进行逆流接触，低温烟气中的二氧化碳被吸收，被吸收二氧化碳后的烟气排出；
吸收塔底部的MEA富液经过换热单元与闪蒸蒸汽进行换热，成为高温富液进入解吸塔发生解吸。
优选地，第一级湿法脱硫系统和第二级湿法脱硫系统产生的闪蒸蒸汽分别进入第一吸收式热泵和第二吸收式热泵中；分别为从吸收塔底部排出的MEA富液提供热量，使得MEA富液形成高温富液；
高温富液进入解吸塔中进行解吸二氧化碳；形成MEA贫液，所述MEA贫液经过贫-富液换热器和贫液冷却器进行降温，之后进入吸收塔内进行循环。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种低能耗碳捕集装置及方法，配合电厂两级湿法脱硫系统，通过两级脱硫浆液闪蒸，降低脱硫浆液温度，从而显著降低脱硫塔排出烟气温度，一是减少白色烟羽，二是有效降低吸收塔的温度，并提高吸收塔内MEA对烟气中CO2的吸收率；通过脱硫浆液闪蒸，将热量从脱硫浆液中提出，实际是利用了烟气中的热量，提高了热量利用率；MEA富液经换热单元升温达到再生温度，可有效降低MEA再生过程中对电厂蒸汽的消耗，从而降低再生能耗。
进一步的，贫-富液换热器、第二吸收式热泵和第一吸收式热泵，实现富液的梯级升温，进而达到再生温度，可有效降低MEA再生过程中对电厂蒸汽的消耗，从而降低再生能耗。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的一种低能耗碳捕集装置，包括第一级湿法脱硫系统、第二级湿法脱硫系统、换热单元、吸收塔3和解吸塔4，其中，所述第一级湿法脱硫系统上开设有烟气入口和烟气出口，其中，所述烟气出口与第二级湿法脱硫系统上开设的烟气入口连接；所述第二级湿法脱硫系统上开设的低温烟气出口连接吸收塔3上开设的烟气入口；所述吸收塔3上开设有烟气出口；
所述解吸塔4上开设的MEA贫液出口经过换热单元与吸收塔3上开设的MEA贫液入口连接；
所述第一级湿法脱硫系统和第二级湿法脱硫系统上开设的蒸汽出口均与换热单元连接；
所述吸收塔3上开设的MEA富液出口经过换热单元连接解吸塔4上开设的富液入口；所述解吸塔4上开设有二氧化碳出口。
本发明提供的一种低能耗碳捕集方法，包括以下步骤：
烟气12进入第一级湿法脱硫系统进行浆液闪蒸，得到闪蒸蒸汽、低温脱硫浆液和一级饱和湿烟气；
一级饱和湿烟气进入第二级湿法脱硫系统进行浆液闪蒸，得到闪蒸蒸汽、低温脱硫浆液和低温烟气；
低温烟气进入吸收塔3内与MEA贫液进行逆流接触，低温烟气中的二氧化碳被吸收，被吸收二氧化碳后的烟气排出；
吸收塔3底部的MEA富液经过换热单元与闪蒸蒸汽进行换热，成为高温富液进入解吸塔4发生解吸。
如图1所示，本发明提供的一种低能耗碳捕集装置，包括第一脱硫塔1、第二脱硫塔2、吸收塔3、解吸塔4、第一闪蒸罐5、第一吸收式热泵6、第二闪蒸罐7、第二吸收式热泵8、贫-富液换热器9、贫液冷却器10、富CO2气体11、烟气12、高温脱硫浆液13、一级饱和湿烟气14、低温脱硫浆液15、闪蒸蒸汽16、冷凝水17、驱动蒸汽18、冷凝水19、高温脱硫浆液20、低温烟气21、闪蒸蒸汽22、低温脱硫浆液23、冷凝水24、驱动蒸汽25、冷凝水26、MEA富液27、烟气28、高温富液29和MEA贫液30，其中：
所述第一脱硫塔1上设置有烟气入口和浆液入口，所述浆液入口与第一闪蒸罐5的浆液出口连接。
所述第一脱硫塔1的底部开设有浆液出口，所述浆液出口与第一闪蒸罐5的浆液入口连接。
所述第一闪蒸罐5上开设有蒸汽出口，所述蒸汽出口与第一吸收式热泵6上开设的蒸汽入口连接。
所述第一吸收式热泵6上开设有驱动蒸汽入口和第一冷凝水出口，所述第一冷凝水出口连接有净水箱。
所述第一吸收式热泵6上设置有第二冷凝水出口。
所述第一脱硫塔1上设置有烟气出口，所述烟气出口连接有第二脱硫塔2上开设的烟气入口。
所述第二脱硫塔2的底部开设有浆液出口，所述浆液出口连接第二闪蒸罐7上设置的浆液入口。
所述第二闪蒸罐7上开设的蒸汽出口连接第二吸收式热泵8上开设的蒸汽入口。
所述第二吸收式热泵8上开设有驱动蒸汽入口、第三冷凝水出口和第四冷凝水出口，所述第三冷凝水出口连接有净水箱。
所述第二脱硫塔2上开设的烟气出口与吸收塔3上开设的烟气入口连接。
所述吸收塔3上开设有低温烟气出口。
所述吸收塔3的底部开设的MEA富液出口依次连接贫-富液换热器9、第二吸收式热泵8和第一吸收式热泵6上开设的MEA富液入口。
所述第一吸收式热泵6上开的高温富液出口连接解吸塔4上开设的富液入口。
所述解吸塔4上开设的MEA贫液出口依次经过贫-富液换热器9和贫液冷却器10连接吸收塔3上开设的贫液入口。
所述解吸塔4上开设有二氧化碳出口。
本发明的工作过程：
烟气12进入第一脱硫塔1与从塔顶喷淋的低温脱硫浆液15换热并被净化，第一脱硫塔底的高温脱硫浆液13进入第一闪蒸罐5，在真空环境下发生闪蒸，产生闪蒸蒸汽16和低温脱硫浆液15，热量从脱硫浆液转移到闪蒸蒸汽中，闪蒸蒸汽16进入第一吸收式热泵6，利用驱动蒸汽18进行提质，并为MEA富液提供热量。
驱动蒸汽在热泵内冷凝后成冷凝水19返回净水箱，闪蒸蒸汽16冷凝后为冷凝水17用作脱硫补水。
一级饱和湿烟气14进入第二脱硫塔2与从塔顶喷淋的低温脱硫浆液23进一步换热降温。第二脱硫塔底的高温脱硫浆液20进入第二闪蒸罐7，在真空环境下发生闪蒸，产生闪蒸蒸汽22和低温脱硫浆液23。闪蒸蒸汽22进入第二吸收式热泵8，利用驱动蒸汽25进行提质，并为MEA富液提供热量。驱动蒸汽在热泵内冷凝后成冷凝水26返回净水箱，闪蒸蒸汽22冷凝后为冷凝水24用作脱硫补水。
低温烟气21进入吸收塔3与从塔顶喷淋的MEA贫液逆流接触，烟气中的CO2被吸收，CO2被吸收后的烟气28从吸收塔塔顶排出。
MEA富液27从吸收塔塔底排出，经贫-富液换热器9升温后分别经过第二吸收式热泵8和第一吸收式热泵5进一步升温，成为高温富液29。高温富液进入解吸塔4发生解吸。解吸后的MEA贫液30经贫-富液换热器9和贫液冷却器10降温后进入吸收塔循环。解吸出的富CO2气体11从塔顶排出进行压缩液化。
配合电厂两级湿法脱硫系统，通过两级脱硫浆液闪蒸，降低脱硫浆液温度，从而显著降低脱硫塔排出烟气温度，一是减少白色烟羽，二是有效降低吸收塔的温度，并提高吸收塔内MEA对烟气中CO2的吸收率。
通过脱硫浆液闪蒸，将热量从脱硫浆液中提出，实际是利用了烟气中的热量，提高了热量利用率。
MEA富液经贫-富液换热器、第二吸收式热泵、第一吸收式热泵梯级升温达到再生温度，可有效降低MEA再生过程中对电厂蒸汽的消耗，从而降低再生能耗。
Claims (8)
1.一种低能耗碳捕集装置，其特征在于，包括第一级湿法脱硫系统、第二级湿法脱硫系统、换热单元、吸收塔(3)和解吸塔(4)，其中，所述第一级湿法脱硫系统上开设有烟气入口和烟气出口，其中，所述烟气出口与第二级湿法脱硫系统上开设的烟气入口连接；所述第二级湿法脱硫系统上开设的低温烟气出口连接吸收塔(3)上开设的烟气入口；所述吸收塔(3)上开设有烟气出口；
所述解吸塔(4)上开设的MEA贫液出口经过换热单元与吸收塔(3)上开设的MEA贫液入口连接；
所述第一级湿法脱硫系统和第二级湿法脱硫系统上开设的蒸汽出口均与换热单元连接；
所述吸收塔(3)上开设的MEA富液出口经过换热单元连接解吸塔(4)上开设的富液入口；所述解吸塔(4)上开设有二氧化碳出口。
2.根据权利要求1所述的一种低能耗碳捕集装置，其特征在于，所述第一级湿法脱硫系统包括第一脱硫塔(1)和第一闪蒸罐(5)，其中，所述第一脱硫塔(1)上开设有烟气入口和烟气出口，所述烟气出口连接第二级湿法脱硫系统；所述第一脱硫塔(1)上的浆液出口连接第一闪蒸罐(5)上开设的浆液入口；所述第一闪蒸罐(5)上的浆液出口连接第一脱硫塔(1)上的浆液入口；所述第一闪蒸罐(5)上的蒸汽出口连接换热单元。
3.根据权利要求1所述的一种低能耗碳捕集装置，其特征在于，所述第二级湿法脱硫系统包括第二脱硫塔(2)和第二闪蒸罐(7)，其中，所述第二脱硫塔(2)上开设有烟气入口和烟气出口，所述烟气入口与第一级湿法脱硫系统的烟气出口连接；所述烟气出口与吸收塔(3)上的烟气入口连接；所述第二脱硫塔(2)上的浆液入口与第二闪蒸罐(7)上的浆液出口连接；所述第二闪蒸罐(7)上的浆液入口连接第二脱硫塔(2)上的浆液出口；
所述第二闪蒸罐(7)上的蒸汽出口连接换热单元。
4.根据权利要求1所述的一种低能耗碳捕集装置，其特征在于，所述换热单元包括第一吸收式热泵(6)、第二吸收式热泵(8)、贫-富液换热器(9)和贫液冷却器(10)，其中，所述第一级湿法脱硫系统的蒸汽出口连接第一吸收式热泵(6)上的蒸汽入口；所述第二级湿法脱硫系统的蒸汽出口连接第二吸收式热泵(8)上的蒸汽出口；所述吸收塔(3)上的MEA富液出口依次经过贫-富液换热器(9)、第二吸收式热泵(8)和第一吸收式热泵(6)连接解吸塔(4)上的富液入口；所述解吸塔(4)上的MEA贫液出口经过贫-富液换热器(9)和贫液冷却器(10)连接吸收塔(3)上的贫液入口。
5.根据权利要求4所述的一种低能耗碳捕集装置，其特征在于，所述第一吸收式热泵(6)上开设有驱动蒸汽入口和第一冷凝水出口，所述第一冷凝水出口连接有净水箱。
6.根据权利要求4所述的一种低能耗碳捕集装置，其特征在于，所述第二吸收式热泵(8)上开设有驱动蒸汽入口和第三冷凝水出口，所述第三冷凝水出口连接有净水箱。
7.一种低能耗碳捕集方法，其特征在于，包括以下步骤：
烟气(12)进入第一级湿法脱硫系统进行浆液闪蒸，得到闪蒸蒸汽、低温脱硫浆液和一级饱和湿烟气；
一级饱和湿烟气进入第二级湿法脱硫系统进行浆液闪蒸，得到闪蒸蒸汽、低温脱硫浆液和低温烟气；
低温烟气进入吸收塔(3)内与MEA贫液进行逆流接触，低温烟气中的二氧化碳被吸收，被吸收二氧化碳后的烟气排出；
吸收塔(3)底部的MEA富液经过换热单元与闪蒸蒸汽进行换热，成为高温富液进入解吸塔(4)发生解吸。
8.根据权利要求7所述的一种低能耗碳捕集方法，其特征在于，第一级湿法脱硫系统和第二级湿法脱硫系统产生的闪蒸蒸汽分别进入第一吸收式热泵和第二吸收式热泵中；分别为从吸收塔(3)底部排出的MEA富液提供热量，使得MEA富液形成高温富液；
高温富液进入解吸塔(4)中进行解吸二氧化碳；形成MEA贫液，所述MEA贫液经过贫-富液换热器(9)和贫液冷却器(10)进行降温，之后进入吸收塔(3)内进行循环。
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