CN115738667A - 一种油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置，对油页岩尾矿干馏产生的高温烟气进行热量回收利用及CO₂捕集进行研究。整套装置包括两个子系统：一是油页岩干馏烟气回收热量及利用子系统，二是油页岩干馏烟气中二氧化碳捕集子系统。本发明将余热进行回收后供再沸器中CO₂吸收剂再生使用，降低解吸过程中的再生能耗。二氧化碳捕集系统采用化学吸收法进行捕集，具有吸收速率快、容量高等特点，但目前存在的缺点是能耗高，本发明在捕集二氧化碳系统中优化传统化学吸收流程，采用并联双解吸塔工艺，可以通过调整合适的解吸压力降低二氧化碳解吸能耗。

Description

一种油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置

技术领域

本发明涉及碳减排技术领域，特别是涉及一种油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置。

背景技术

气候变化是人类面临的全球性问题，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，在很长一段时间内，在世界范围内化石能源还是能源使用的主体，因此碳捕集碳封存碳利用(CCUS)是最直接和有效的碳减排。油页岩属于非常规油气资源，以资源丰富和开发利用的可行性而被列为21世纪非常重要的接替能源。油页岩尾矿干馏技术的提出解决了这个问题，开发油页岩干馏工艺技术，研制回转型卧式油页岩干馏装置，将废弃的0-12mm油页岩尾矿作为原料，对其进行回收利用和高效炼制。同时优化干馏过程热平衡，保障低品位(含油率5％-6％)油页岩高效干馏和烟气余热、干馏灰余热及干馏渣燃烧热量的综合利用，并根据烃蒸气凝点不同，分离出重质油、轻质油和尾气，最终实现固废资源的开发再利用。

但是在进行油页岩尾矿干馏过程中，排放的高温烟气(约350℃)直接排放到大气中会造成资源浪费和环境污染。同时，碳捕集系统中仍有多处热流能量未实现充分回收利用，由此造成了热能的极大浪费。因此研究一种回收高温烟气中热量及碳捕集工艺流程中热量并充分利用具有重要意义。

在众多二氧化碳捕集技术中，化学吸收法以其吸收速率快，吸收容量大，脱除效率高等优点而被广泛釆用。事实上，化学吸收法不仅仅在捕集工艺上有所使用，在一些工业脱除酸性气体上该技术也早已有所应用，其技术成熟度也相对较高。但是由于化学吸收法在解吸过程中能热损耗严重，因此提出一个完整的优化节能方案对于采用化学吸收法处理烟道气的燃煤工厂至关重要。

化学吸收法是指化学溶剂通过与CO₂发生化学反应，对二氧化碳进行吸收，当外部条件如温度发生或压力改变时，使得反应逆向进行，从而达到二氧化碳的解吸及吸收剂的循环再生。传统的化学吸收法捕集烟道气中二氧化碳的工艺流程如图1所示，基本过程为烟气在脱硫、脱硝后，经引风机从底部进入吸收塔，同时吸收液从吸收塔的顶部喷淋而下，烟气和吸收液在吸收塔内接触后发生反应，吸收液吸收烟气中的CO₂变成含有大量CO₂的富液，富液经过富液泵到达解吸塔，在解吸塔由再沸器加热至130～160℃，使得富液分解而释放出在烟气中吸收的CO₂，最终达到二氧化碳的分离与回收。

随着化学吸收技术在烟气CO₂分离与捕集领域的发展，设计化学吸收捕集CO₂的过程出现一些亟待解决的难题：第一，在化学吸收剂的选择方面应该选择高二氧化碳吸收能力、低再生消耗和无毒腐蚀性小的溶剂；第二，化学吸收法在捕集CO₂过程中存在能耗过高的缺点，是使其无法大规模推广的重要原因，是目前最主要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过对油页岩尾矿干馏过程产生的高温烟气热量进行回收利用，并且将传统化学吸收法捕集二氧化碳工艺进行改良，降低在二氧化碳捕集过程中的能耗，为实现碳捕集、封存和利用(CCUS)，保护环境作出巨大贡献，进一步促进生态文明建设。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置，包括

油页岩干馏烟气回收热量及利用子系统，所述油页岩干馏烟气回收热量及利用子系统包括油页岩干馏处理器、换热器、循环泵、冷却器一、再沸器一、换热器二和再沸器二，油页岩尾矿经所述油页岩干馏处理器处理后产生烟气和页岩油，页岩油进行回收，产生的烟气从所述换热器通入与热泵工质换热进行热量回收；换热后的热泵工质由所述换热器流出并经循环泵一进入所述冷却器一，在所述冷却器一处与解吸塔产生的二氧化碳接触并进一步提高温度后进入所述再沸器一，经过所述再沸器一后热泵工质再进入所述换热器二并与解吸塔一产生的富液进行换热；换热后的热泵工质由所述换热器二流出，经循环泵二加压后返回所述换热器流入，形成闭环；以及

油页岩干馏烟气中二氧化碳捕集子系统，所述油页岩干馏烟气中二氧化碳捕集子系统包括吸收塔、富液泵、贫富液换热器一、贫富液换热器二、解吸塔一、解吸塔二、贫液泵一和贫液泵二，所述油页岩干馏处理器产生的烟气经换热后通入所述吸收塔，烟气与所述吸收塔塔顶喷淋的吸收剂贫液逆流接触，贫液吸收烟气中二氧化碳变为富液，被处理后的烟气被作为驰放气由所述吸收塔的顶部气体出口被送至后续输送管道；富液由吸收塔底部液体出口流出，经所述富液泵升压分流分别进入所述贫富液换热器一和贫富液换热器二后进入所述解吸塔一和解吸塔二，富液与所述解吸塔一产生的贫液进行换热后经所述再沸器一升温后解吸产生二氧化碳气体和贫液；贫液进入所述换热器二后与再沸后的热泵工质接触，回收热泵工质的剩余热量后流出所述换热器二再进入所述再沸器二，所述再沸器二用于为解吸塔二解吸二氧化碳提供热量；所述解吸塔一和解吸塔二产生的CO₂气体进入冷却器一，CO₂气体由所述换热器来的热泵工质回收热量后作为产品气被送出待进一步处理；所述解吸塔一产生的贫液经再沸器二后经贫液泵一进入贫富液换热器一与解吸塔二产生的贫液混合，再经冷却器二进入吸收塔由塔顶喷淋，完成闭环。

在其中一个实施例中，所述解吸塔一和解吸塔二并联设置。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明中的油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置，对油页岩尾矿干馏产生的高温烟气进行热量回收利用及CO₂捕集进行研究。整套装置包括两个子系统：一是油页岩干馏烟气回收热量及利用子系统，二是油页岩干馏烟气中二氧化碳捕集子系统。本发明将余热进行回收后供再沸器中CO₂吸收剂再生使用，降低解吸过程中的再生能耗。二氧化碳捕集系统采用化学吸收法进行捕集，具有吸收速率快、容量高等特点，但目前存在的缺点是能耗高，本发明在捕集二氧化碳系统中优化传统化学吸收流程，采用并联双解吸塔工艺，可以通过调整合适的解吸压力降低二氧化碳解吸能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置运行流程图；

图2为油页岩干馏烟气回收热量及利用子系统物质传输简图；

图3为油页岩干馏烟气中二氧化碳捕集子系统物质传输简图；

其中，a油页岩干馏处理器；b换热器；c循环泵一；d循环泵二；e冷却器一；f压缩机；g再沸器一；h换热器二；i再沸器二；j吸收塔；k富液泵；l贫富液换热器一；m贫富液换热器二；n解吸塔一；o解吸塔二；p贫液泵一；q贫液泵二；r冷却器二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过对油页岩尾矿干馏过程产生的高温烟气热量进行回收利用，并且将传统化学吸收法捕集二氧化碳工艺进行改良，降低在二氧化碳捕集过程中的能耗，为实现碳捕集、封存和利用(CCUS)，保护环境作出巨大贡献，进一步促进生态文明建设。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3所示，本发明提供一种油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置，本装置对油页岩尾矿干馏产生的高温烟气进行热量回收利用及CO₂捕集进行研究。整套系统包括两个子系统：一是油页岩干馏烟气回收热量及利用子系统，二是油页岩干馏烟气中二氧化碳捕集子系统。

油页岩干馏烟气回收热量及利用子系统：

油页岩干馏烟气回收热量及利用子系统包括油页岩干馏处理器a、换热器b、泵、冷却器一e、再沸器一g、换热器二h和再沸器二i。

具体流程为：油页岩尾矿经油页岩干馏处理器a处理后产生烟气和页岩油，页岩油进行回收，产生的高温烟气从换热器b的第2口通入与热泵工质换热进行热量回收，换热后的热泵工质由换热器b的第3口流出，经循环泵一c的作用下进入冷却器一e，与解吸塔产生的高温二氧化碳接触进一步提高温度后，进入再沸器一g，为解吸塔一n中富液解吸提供热量进行CO₂解吸，经过再沸器一g后热泵工质再进入换热器二h，与解吸塔一n产生的富液进行换热，进一步回收其热量，换热后的热泵工质由换热器二h的第3口流出，经循环泵二d加压后返回换热器b的第1口流入，形成闭环。

物质传输简图如图2所示。

油页岩干馏烟气中二氧化碳捕集子系统：

油页岩干馏烟气中二氧化碳捕集子系统包括：吸收塔j、富液泵k、贫富液换热器一l、贫富液换热器二m、解吸塔一n、解吸塔二o、贫液泵一p、贫液泵二q、再沸器一g和再沸器二i。

具体流程为：油页岩干馏处理器a产生的烟气经换热后通入吸收塔j，与吸收塔j塔顶喷淋的吸收剂贫液逆流接触，贫液吸收烟气中二氧化碳变为富液，被处理后的烟气被作为驰放气由顶部气体出口被送至后续输送管道；富液由吸收塔j底部液体出口流出，经富液泵k升压分流分别进入贫富液换热器一l和贫富液换热器二m。以路径1为例，富液由贫富液换热器一l的第1口进入，与解吸塔一n产生的贫液进行换热后，由贫富液换热器一l的第3口送入解吸塔一n，经再沸器一g升温后解吸产生二氧化碳气体和贫液，贫液由换热器二h的第2口进入，与再沸后的热泵工质接触，回收热泵工质的剩余热量后由换热器二h的第4口流出，进入再沸器二i，为解吸塔二o解吸二氧化碳提供热量；解吸塔一n和解吸塔二o产生的高温CO₂气体，进入冷却器一e，由换热器来的热泵工质回收热量后，CO₂作为产品气被送出待进一步处理；解吸塔一n产生的贫液经再沸器二i后经贫液泵一p进入贫富液换热器一l，与解吸塔二o产生的贫液混合，经冷却器二r进入吸收塔j由塔顶喷淋，完成闭环。

物质传输简图如图3所示。

本发明中的油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置的优点如下：

1、本发明针对油页岩尾矿在干馏过程中产生的烟气进行热量回收及二氧化碳捕集，在干馏过程中产生的烟气温度可达到约350℃，直接排放造成能源浪费，本发明将余热进行回收后供再沸器中CO₂吸收剂再生使用，降低解吸过程中的再生能耗。

2、二氧化碳捕集系统采用化学吸收法进行捕集，具有吸收速率快、容量高等特点，但目前存在的缺点是能耗高，本发明在捕集二氧化碳系统中优化传统化学吸收流程，采用并联双解吸塔工艺，可以通过调整合适的解吸压力降低二氧化碳解吸能耗。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置，其特征在于：包括

油页岩干馏烟气回收热量及利用子系统，所述油页岩干馏烟气回收热量及利用子系统包括油页岩干馏处理器、换热器、循环泵、冷却器一、再沸器一、换热器二和再沸器二，油页岩尾矿经所述油页岩干馏处理器处理后产生烟气和页岩油，页岩油进行回收，产生的烟气从所述换热器通入与热泵工质换热进行热量回收；换热后的热泵工质由所述换热器流出并经循环泵一进入所述冷却器一，在所述冷却器一处与解吸塔产生的二氧化碳接触并进一步提高温度后进入所述再沸器一，经过所述再沸器一后热泵工质再进入所述换热器二并与解吸塔一产生的富液进行换热；换热后的热泵工质由所述换热器二流出，经循环泵二加压后返回所述换热器流入，形成闭环；以及

油页岩干馏烟气中二氧化碳捕集子系统，所述油页岩干馏烟气中二氧化碳捕集子系统包括吸收塔、富液泵、贫富液换热器一、贫富液换热器二、解吸塔一、解吸塔二、贫液泵一和贫液泵二，所述油页岩干馏处理器产生的烟气经换热后通入所述吸收塔，烟气与所述吸收塔塔顶喷淋的吸收剂贫液逆流接触，贫液吸收烟气中二氧化碳变为富液，被处理后的烟气被作为驰放气由所述吸收塔的顶部气体出口被送至后续输送管道；富液由吸收塔底部液体出口流出，经所述富液泵升压分流分别进入所述贫富液换热器一和贫富液换热器二后进入所述解吸塔一和解吸塔二，富液与所述解吸塔一产生的贫液进行换热后经所述再沸器一升温后解吸产生二氧化碳气体和贫液；贫液进入所述换热器二后与再沸后的热泵工质接触，回收热泵工质的剩余热量后流出所述换热器二再进入所述再沸器二，所述再沸器二用于为解吸塔二解吸二氧化碳提供热量；所述解吸塔一和解吸塔二产生的CO₂气体进入冷却器一，CO₂气体由所述换热器来的热泵工质回收热量后作为产品气被送出待进一步处理；所述解吸塔一产生的贫液经再沸器二后经贫液泵一进入贫富液换热器一与解吸塔二产生的贫液混合，再经冷却器二进入吸收塔由塔顶喷淋，完成闭环。

2.根据权利要求1所述的油页岩尾矿干馏烟气中二氧化碳捕集装置，其特征在于：所述解吸塔一和解吸塔二并联设置。

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