CN115608133A - 一种烟气碳捕集系统和对烟气进行碳捕集的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳捕集技术领域，公开了一种烟气碳捕集系统和对烟气进行碳捕集的方法。该系统包括碳捕集子系统和蒸汽供给子系统；碳捕集子系统包括溴化锂吸收式制冷机、碳捕集吸收塔、贫富液换热器、再生塔、压缩机和再沸器；溴化锂吸收式制冷机用于将待处理的烟气进行降温处理，溴化锂吸收式制冷机产生的低温烟气在碳捕集吸收塔中进行碳捕集；碳捕集吸收塔中产生的富液依次进入贫富液换热器和再生塔；再生塔中产生的贫液与贫富液换热器中的富液进行换热，然后进入碳捕集吸收塔中再利用；来自所述蒸汽供给子系统的供热蒸汽依次进入压缩机、再沸器和溴化锂吸收式制冷机。本发明所述的系统提高了燃煤利用率和碳捕集效率。

Description

一种烟气碳捕集系统和对烟气进行碳捕集的方法
技术领域
本发明涉及碳捕集技术领域，具体涉及一种烟气碳捕集系统和对烟气进行碳捕集的方法。
背景技术
烟气经过湿法脱硫塔后，温度大约在50℃左右，净烟气中含有大量水分和潜热，若直接将湿烟气通入碳捕集工艺系统中，高含量的水分会影响碳捕集流程中的水平衡，破坏碳捕集吸收剂浓度稳定性，造成后续烟气碳捕集效果波动大等问题。目前主流的湿烟羽消除技术主要有：烟气冷凝技术、膜法工艺、吸收法工艺。
冷凝技术中比较常见的是基于冷凝器的间接冷却技术和喷淋冷却的直接冷却技术，间接冷却技术成熟，烟道改造困难，存在结垢、腐蚀问题，要求引风机裕量充足；直接冷却技术改造及运行费用低，但水平衡问题无法解决。
膜法工艺采用中通纤维膜对烟气中水蒸气进行选择性过滤去除。占地面积小、能量损失少、操作简便，膜材选择是关键，目前工业使用的膜普遍对烟气粉尘和石膏垢的耐受性较差，存在结垢、堵塞等问题。
吸收法工艺是利用吸收剂对水蒸气的选择性吸收作用进行烟气除湿。该工艺捕水过程中不需要额外的加热或冷却，捕集率较高。但存在吸收剂再生能耗高、设备腐蚀和安全性等问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的直接将湿烟气通入碳捕集工艺系统中，高含量的水分会影响碳捕集流程中的水平衡，破坏碳捕集吸收剂浓度稳定性，造成后续烟气碳捕集效果波动大等问题，提供一种烟气碳捕集系统和对烟气进行碳捕集的方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种烟气碳捕集系统，该系统包括碳捕集子系统和蒸汽供给子系统；
所述碳捕集子系统包括溴化锂吸收式制冷机、碳捕集吸收塔、贫富液换热器、再生塔、压缩机和再沸器；
所述溴化锂吸收式制冷机用于将待处理的烟气进行降温处理，所述溴化锂吸收式制冷机产生的低温烟气在所述碳捕集吸收塔中进行碳捕集；
所述碳捕集吸收塔中产生的富液依次进入所述贫富液换热器和所述再生塔，所述再生塔中的富液循环进入所述再沸器中进行加热，然后返回所述再生塔；
所述再生塔中产生的贫液与所述贫富液换热器中的富液进行换热，然后进入所述碳捕集吸收塔中再利用；
所述再生塔中产生的再生气在所述压缩机中进行压缩；
来自所述蒸汽供给子系统的供热蒸汽依次进入压缩机、再沸器和溴化锂吸收式制冷机。
优选地，所述系统还包括再生气冷却器，所述再生塔中产生的再生气在进入所述压缩机之前，先在所述再生气冷却器中进行冷却。
优选地，所述再生塔中产生的再生气在进入再生气冷却器之前，先经过所述溴化锂吸收式制冷机。
优选地，所述蒸汽供给子系统包括脱硫塔引风机和供热母管。
优选地，所述系统还包括贫液冷却器，在所述贫富液换热器中与富液换热后的贫液在进入所述碳捕集吸收塔中之前，先进入所述贫液冷却器中进行冷却。
优选地，所述系统还包括碳捕集引风机，用于将待处理的烟气输送至所述溴化锂吸收式制冷机中。
本发明第二方面提供一种对烟气进行碳捕集的方法，该方法在包括碳捕集子系统和蒸汽供给子系统的系统中实施；
所述碳捕集子系统包括溴化锂吸收式制冷机、碳捕集吸收塔、贫富液换热器、再生塔、压缩机和再沸器；
该方法包括：
在所述溴化锂吸收式制冷机中对待处理的烟气进行降温处理，产生的低温烟气在所述碳捕集吸收塔中进行碳捕集；
在所述碳捕集吸收塔中产生的富液依次进入所述贫富液换热器和所述再生塔，所述再生塔中的富液循环进入所述再沸器中进行加热，然后返回所述再生塔；
所述富液在所述再生塔中进行再生，产生的贫液与所述贫富液换热器中的富液进行换热，然后进入所述碳捕集吸收塔中再利用；
所述再生塔中产生的再生气在所述压缩机中进行压缩；
来自所述蒸汽供给子系统的供热蒸汽依次进入压缩机、再沸器和溴化锂吸收式制冷机。
优选地，所述系统还包括再生气冷却器，所述方法还包括：来自溴化锂吸收式制冷机的再生气在进入所述压缩机之前，先在所述再生气冷却器中进行冷却；
优选地，所述再生塔中产生的再生气在进入再生气冷却器之前，先经过所述溴化锂吸收式制冷机。
优选地，所述系统还包括贫液冷却器，所述方法还包括：在所述贫富液换热器中与富液换热后的贫液在进入所述碳捕集吸收塔中之前，先进入所述贫液冷却器中进行冷却。
优选地，所述碳捕集吸收塔中的吸收剂为醇胺吸收液；
优选地，所述待处理的烟气为燃煤电厂烟气经过湿式电除尘后的烟气。
在本发明中，将待处理的烟气在溴化锂吸收式制冷机中进行降温处理，降低了饱和湿烟气进入碳捕集吸收塔时的烟气含水量，保证了碳捕集系统的稳定，有效提高了燃煤电厂碳捕集效率；同时将溴化锂吸收式制冷机与蒸汽余热进行联用，通过将再沸器输出的蒸汽作为溴化锂吸收式制冷机的热源输入，提高了燃煤系统能量利用率。
附图说明
图1是本发明提供的烟气碳捕集系统的示意图。
附图标记说明
1-富液泵；2-脱硫塔引风机；3-碳捕集引风机；4-溴化锂吸收式制冷机；5-再生气冷却器；6-碳捕集吸收塔；7-贫液泵；8-贫液冷却器；9-贫富液换热器；10-再生塔；11-二氧化碳压缩机；12-再沸器；13-第一阀门；14-第二阀门；15-供热母管；16-汽轮机；17-高辅联箱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
现有的碳捕集工艺流程为：燃煤电厂烟气在经过湿式电除尘后，引接至碳捕集系统；烟气在塔内经洗涤降温和深度除杂后，进入吸收塔内与二氧化碳吸收剂逆流接触反应后形成富液；富液经过再生塔进行加热再生后，经后续干燥压缩液化，得到产品二氧化碳。由于上述工艺中未对湿烟气进行再冷却过程，烟气的含水量较高，较高的含水量会不断稀释吸收塔中复合胺吸收剂的浓度，从而对吸收效果及再生能耗造成影响。
鉴于此，本发明提供一种烟气碳捕集系统，该系统包括碳捕集子系统和蒸汽供给子系统；请结合参阅图1；
所述碳捕集子系统包括溴化锂吸收式制冷机4、碳捕集吸收塔6、贫富液换热器9、再生塔10、压缩机11和再沸器12；
所述溴化锂吸收式制冷机4用于将待处理的烟气进行降温处理，所述溴化锂吸收式制冷机4产生的低温烟气在所述碳捕集吸收塔6中进行碳捕集；
所述碳捕集吸收塔6中产生的富液依次进入所述贫富液换热器9和所述再生塔10，所述再生塔10中的富液循环进入所述再沸器12中进行加热，然后返回所述再生塔10；
所述再生塔10中产生的贫液与所述贫富液换热器9中的富液进行换热，然后进入所述碳捕集吸收塔6中再利用；
所述再生塔10中产生的再生气在所述压缩机11中进行压缩；
来自所述蒸汽供给子系统的供热蒸汽依次进入压缩机11、再沸器12和溴化锂吸收式制冷机4。
在本发明中，所述烟气碳捕集系统包括碳捕集子系统和蒸汽供给子系统，其中所述碳捕集子系统用于完成对烟气中的碳进行捕集的过程，所述蒸汽供给系统用于对碳捕集系统供热。
在本发明中，在烟气进入碳捕集吸收塔6前，预先使用溴化锂吸收式制冷机4进行降温处理，可以有效的降低烟气含水量，保证了碳捕集系统的温度，并且能够有效提供碳捕集效率。
在优选的实施方式中，所述碳捕集子系统还包括碳捕集引风机3，用于将待处理的烟气输送至所述溴化锂吸收式制冷机4中。
在具体的实施方式中，溴化锂吸收式制冷机4的烟气出口与碳捕集吸收塔6的烟气入口连通，溴化锂吸收式制冷机4的烟气入口与碳捕集引风机3连接；待处理的烟气经碳捕集引风机3引入溴化锂吸收式制冷机4中进行降温处理，然后降温处理得到的低温烟气经溴化锂吸收式制冷机4的烟气出口被输送至碳捕集吸收塔6的烟气入口，进而进入碳捕集吸收塔6中与吸收剂逆流接触反应后形成富液。
在本发明中，碳捕集吸收塔6中的富液经富液泵1输送至贫富液换热器9中。本文中，富液为吸收了CO2之后的贫液，贫液为碳捕集塔中用于吸收CO2的吸收剂。
具体实施时，碳捕集吸收塔6的富液出口与贫富液换热器9的富液入口连通，贫富液换热器9的富液出口与再生塔的富液入口连接，从而使碳捕集吸收塔6中的富液能进入再生塔10中进行再生。
在具体的实施方式中，再生塔10的富液出口与再沸器12连通，以使再生塔10中的富液循环进入再沸器12中进行加热，然后返回再生塔10，如此，能通过再沸器12对再生塔10中的富液进行加热，使再生塔10中的富液发生解吸反应以释放出CO2，从而实现吸收剂再生，得到贫液。再生塔10的贫液出口，依次与贫富液换热器9的贫液入口、碳捕集吸收塔6的贫液入口连接，从而使再生塔10中再生得到的吸收剂贫液可以返回碳捕集吸收塔6中进行下一个碳捕集循环。
在优选的实施方式中，所述系统还包括再生气冷却器5，所述再生塔10中产生的再生气在进入所述压缩机11之前，先在所述再生气冷却器5中进行冷却。
再生气从所述再生塔10中排出时温度较高，可以将其作为热源输入溴化锂吸收式制冷机4中，进一步减少能耗。因此，在更优选的实施方式中，所述再生塔10中产生的再生气在进入再生气冷却器5之前，先经过所述溴化锂吸收式制冷机4。
在具体的实施方式中，所述溴化锂吸收式制冷机4还具有第二热源输入口和第二热源输出口。所述第二热源输入口与再生塔10的再生气出口连通，所述第二热源输出口与再生气冷却器5的入口连通，所述再生气冷却气的出口与压缩机11的二氧化碳入口连通。
在本发明中，蒸汽供给子系统用于对碳捕集子系统的供热，为了更好的利用蒸汽热能，减少能耗，将来自蒸汽供给子系统的供热蒸汽依次进入压缩机11、再沸器12和溴化锂吸收式制冷机4中。其中，供热蒸汽进入压缩机11中，为其提供再生气压缩时需要的能量，实现了蒸汽的一级利用；接着供热蒸汽进入再沸器12中，通过与进入再沸器12中的富液进行换热的方式实现了蒸汽的二级利用，然后供热蒸汽作为热源输入溴化锂吸收式制冷机4中，实现了供热蒸汽的三级利用。
在具体的实施方式中，所述溴化锂吸收式制冷机4还具有第一热源输入口。所述压缩机11的蒸汽出口与所述再沸器12的蒸汽入口连通，再沸器12的蒸汽出口与溴化锂吸收式制冷机4的第一热源输入口连通。
在优选的实施方式中，所述蒸汽供给子系统包括脱硫塔引风机2和供热母管15。引入压缩机11的供热蒸汽可由脱硫塔引风机2和/或供热母管15提供。
在具体的实施方式中，所述脱硫塔引风机2可以与汽轮机16连接，汽轮机产生的蒸汽通过脱硫塔引风机2引入作为供热蒸汽使用。
在具体的实施方式中，所述供热母管15可以与高辅联箱17连接，高辅联箱产生的蒸汽通过供热母管15引入作为供热蒸汽使用。
在具体的实施方式中，所述脱硫塔引风机2和供热母管15均通过管路与压缩机11的蒸汽入口连接，脱硫塔引风机2与压缩机11的连接管路上设有第一阀门13，供热母管15与压缩机11的连接管路上设有第二阀门14。
在具体的实施方式中，所述系统还包括贫液冷却器8，在所述贫富液换热器9中与富液换热后的贫液在进入所述碳捕集吸收塔6中之前，先进入所述贫液冷却器8中进行冷却。通过贫液冷却器8的设置，能对经富液换热器处理后的贫液进行进一步冷却，再经贫液泵7输送至碳捕集吸收塔6中继续吸收CO2。
本发明第二方面提供一种对烟气进行碳捕集的方法，该方法在包括碳捕集子系统和蒸汽供给子系统的系统中实施；
所述碳捕集子系统包括溴化锂吸收式制冷机4、碳捕集吸收塔6、贫富液换热器9、再生塔10、压缩机11和再沸器12；
该方法包括：
在所述溴化锂吸收式制冷机4中对待处理的烟气进行降温处理，产生的低温烟气在所述碳捕集吸收塔6中进行碳捕集；
在所述碳捕集吸收塔6中产生的富液依次进入所述贫富液换热器9和所述再生塔10，所述再生塔10中的富液循环进入所述再沸器12中进行加热，然后返回所述再生塔10；
所述富液在所述再生塔10中进行再生，产生的贫液与所述贫富液换热器7中的富液进行换热，然后进入所述碳捕集吸收塔2中再利用；
所述再生塔10中产生的再生气在所述压缩机11中进行压缩；
来自所述蒸汽供给子系统的蒸汽依次进入压缩机11、再沸器12和溴化锂吸收式制冷机。
优选地，所述系统还包括再生气冷却器5，所述方法还包括：来自溴化锂吸收式制冷机4的再生气在进入所述压缩机11之前，先在所述再生气冷却器5中进行冷却；
优选地，所述再生塔10中产生的再生气在进入再生气冷却器5之前，先经过所述溴化锂吸收式制冷机4。
优选地，所述系统还包括贫液冷却器8，所述方法还包括：在所述贫富液换热器9中与富液换热后的贫液在进入所述碳捕集吸收塔6中之前，先进入所述贫液冷却器8中进行冷却。
优选地，所述碳捕集吸收塔6中的吸收剂为醇胺吸收液；
优选地，所述待处理的烟气为燃煤电厂烟气经过湿式电除尘后的烟气。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
采用如图1所示的烟气碳捕集系统进行以下实施例的操作。
实施例1
待处理烟气(温度41.1℃、含水量7.78％、二氧化碳含量14.18％，引自电厂脱硫塔)经碳捕集引风机3引入溴化锂吸收式制冷机4中进行降温处理得到的低温烟气，低温烟气从碳捕集吸收塔6下部引入，醇胺吸收液(即CO2负荷较低的贫液)从碳捕集吸收塔6塔顶喷淋而下，低温烟气和醇胺吸收液直接接触反应，使醇胺吸收液变成了含CO2丰富的富液；
将碳捕集吸收塔6塔底的富液经富液泵1输送至贫富液换热器9中，在贫富液换热器9中与来自再生塔10的冷贫液换热，然后注入再生塔10中，再生塔10中的富液循环进入再沸器12中进行加热(与供热蒸汽换热)，以使富液发生解吸反应释放出CO2，然后返回再生塔10；
再生塔10中产生的贫液被输送至贫富液换热器9中，与来自碳捕集吸收塔6中的富液进行换热，然后输送至贫液冷却器8继续冷却，接着由贫液泵7送入碳捕集吸收塔6中进行下一次碳捕集循环；
再生塔10中产生的再生气作为第二热源输入溴化锂吸收式制冷机4，然后从溴化锂吸收式制冷机4中输出至再生气冷却器5进行进一步降温，然后进入压缩机11中进行压缩；
脱硫塔引风机2和供热母管15提供的供热蒸汽通过管路进入压缩机11中进行利用，然后继续输送至再沸器12中与富液进行换热，最后被作为第一热源输入溴化锂吸收式制冷机4中进行利用。
经检测得出，溴化锂吸收式制冷机4的进口烟气温度为41.1℃，出口烟气温度为28.3℃；烟气进入碳捕集吸收塔时二氧化碳含量为14.18％、温度为28.5℃、含水量为3.59％。经测算，在经过50次贫液循环后，碳捕集吸收塔6出口二氧化碳浓度为2.12％，二氧化碳捕集率为85.1％。二氧化碳解吸能耗为2.68GJ/tCO2。
对比例1
按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，将与实施例1相同的烟气直接进入碳捕集吸收塔中进行处理。即对比例1与实施例1的区别在于：待处理烟气不经过不经过溴化锂式吸收式制冷机4进行降温处理而是直接进入碳捕集吸收塔，从再沸器12输出的供热蒸汽也不进入溴化锂式吸收式制冷机4中进行三级利用，再生塔10产生的再生气也不经过溴化锂式吸收式制冷机4而是直接进入再生气冷却气器5。
经测算，在经过50次贫液循环后，吸收塔出口二氧化碳浓度为2.69％，二氧化碳捕集率为80.2％。二氧化碳解吸能耗为2.79GJ/tCO2。
将实施例1与对比例1进行对比可以看出，通过溴化锂式吸收式制冷机对烟气进行进一步降温处理，有效降低了进入碳捕集吸收塔的烟气的含水量，保证了碳捕集系统的稳定，有效提高了燃煤电厂碳捕集效率；碳捕集率约提高6.11％，解吸能耗约降低3.9％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种烟气碳捕集系统，其特征在于，该系统包括碳捕集子系统和蒸汽供给子系统；
所述碳捕集子系统包括溴化锂吸收式制冷机(4)、碳捕集吸收塔(6)、贫富液换热器(9)、再生塔(10)、压缩机(11)和再沸器(12)；
所述溴化锂吸收式制冷机(4)用于将待处理的烟气进行降温处理，所述溴化锂吸收式制冷机(4)产生的低温烟气在所述碳捕集吸收塔(6)中进行碳捕集；
所述碳捕集吸收塔(6)中产生的富液依次进入所述贫富液换热器(9)和所述再生塔(10)，所述再生塔(10)中的富液循环进入所述再沸器(12)中进行加热，然后返回所述再生塔(10)；
所述再生塔(10)中产生的贫液与所述贫富液换热器(9)中的富液进行换热，然后进入所述碳捕集吸收塔(6)中再利用；
所述再生塔(10)中产生的再生气在所述压缩机(11)中进行压缩；
来自所述蒸汽供给子系统的供热蒸汽依次进入压缩机(11)、再沸器(12)和溴化锂吸收式制冷机(4)。
2.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，所述系统还包括再生气冷却器(5)，所述再生塔(10)中产生的再生气在进入所述压缩机(11)之前，先在所述再生气冷却器(5)中进行冷却。
3.根据权利要求2所述的碳捕集系统，其特征在于，所述再生塔(10)中产生的再生气在进入再生气冷却器(5)之前，先经过所述溴化锂吸收式制冷机(4)。
4.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，所述蒸汽供给子系统包括脱硫塔引风机(2)和供热母管(15)。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的碳捕集系统，其特征在于，所述系统还包括贫液冷却器(8)，在所述贫富液换热器(9)中与富液换热后的贫液在进入所述碳捕集吸收塔(6)中之前，先进入所述贫液冷却器(8)中进行冷却。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的碳捕集系统，其特征在于，所述系统还包括碳捕集引风机(3)，用于将待处理的烟气输送至所述溴化锂吸收式制冷机(4)中。
7.一种对烟气进行碳捕集的方法，其特征在于，该方法在包括碳捕集子系统和蒸汽供给子系统的系统中实施；
所述碳捕集子系统包括溴化锂吸收式制冷机(4)、碳捕集吸收塔(6)、贫富液换热器(9)、再生塔(10)、压缩机(11)和再沸器(12)；
该方法包括：
在所述溴化锂吸收式制冷机(4)中对待处理的烟气进行降温处理，产生的低温烟气在所述碳捕集吸收塔(6)中进行碳捕集；
在所述碳捕集吸收塔(6)中产生的富液依次进入所述贫富液换热器(9)和所述再生塔(10)，所述再生塔(10)中的富液循环进入所述再沸器(12)中进行加热，然后返回所述再生塔(10)；
所述富液在所述再生塔(10)中进行再生，产生的贫液与所述贫富液换热器(7)中的富液进行换热，然后进入所述碳捕集吸收塔(2)中再利用；
所述再生塔(10)中产生的再生气在所述压缩机(11)中进行压缩；
来自所述蒸汽供给子系统的供热蒸汽依次进入压缩机(11)、再沸器(12)和溴化锂吸收式制冷机。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述系统还包括再生气冷却器(5)，所述方法还包括：来自溴化锂吸收式制冷机(4)的再生气在进入所述压缩机(11)之前，先在所述再生气冷却器(5)中进行冷却；
优选地，所述再生塔(10)中产生的再生气在进入再生气冷却器(5)之前，先经过所述溴化锂吸收式制冷机(4)。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述系统还包括贫液冷却器(8)，所述方法还包括：在所述贫富液换热器(9)中与富液换热后的贫液在进入所述碳捕集吸收塔(6)中之前，先进入所述贫液冷却器(8)中进行冷却。
10.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述碳捕集吸收塔(6)中的吸收剂为醇胺吸收液；
优选地，所述待处理的烟气为燃煤电厂产生的烟气经过脱硝脱硫后得到。
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