CN115779637A - 二氧化碳捕集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二氧化碳捕集系统，包括吸收单元和再生单元，吸收单元包括吸收塔，吸收塔内部在烟气的流通方向上依次设置有吸收区和多层洗涤区；再生单元包括再生塔和再生气冷凝器，再生塔用于对吸收剂进行再生，再生塔的再生气出口与再生气冷凝器连通，再生气冷凝器的冷凝液出口与至少一层洗涤区的进口连通以使再生气冷凝液作为洗涤液。本发明提供的二氧化碳捕集系统的吸收塔设有多层洗涤区，烟气经过多层洗涤区洗涤，可大幅缩减吸收剂的损失，减少二氧化碳捕集过程中的运营成本。此外，本发明将吸收与解吸过程耦合，利用解吸过程再生气冷凝液充当洗涤液，有效避免洗涤液中吸收剂的积累效应，更充分溶解吸收剂，减少吸收剂的逃逸。

Description

二氧化碳捕集系统
技术领域
本发明涉及二氧化碳捕集技术领域，尤其是涉及一种二氧化碳捕集系统。
背景技术
目前烟气二氧化碳捕集的基本工艺中，脱硫烟气经过预洗塔喷淋降温后，被增压风机鼓入吸收塔，在吸收塔中，烟气中的二氧化碳被吸收溶液吸收后干净的尾气由塔顶排放。并且，吸收塔上部设置有用于对排出烟气进行洗涤的循环水洗系统，以避免吸收液蒸汽被烟气带出，造成吸收液损失。相关技术中吸收塔上段通常只有一层洗涤区，随着洗涤液的不断循环，吸收剂会在洗涤区逐步富集，导致排出的烟气仍会带走部分吸收剂，影响吸收剂的回收，而在大规模工程应用时，吸收剂的损失将会导致较高的运行成本。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种二氧化碳捕集系统。
本发明实施例的二氧化碳捕集系统包括：吸收单元，所述吸收单元包括吸收塔，所述吸收塔具有烟气进口、烟气出口、贫液进口、富液出口，所述吸收塔内部在烟气的流通方向上依次设置有吸收区和多层洗涤区；和再生单元，所述再生单元包括再生塔和再生气冷凝器，所述再生塔与所述富液出口和所述贫液进口均连通，所述再生塔用于对吸收剂进行再生，所述再生塔的再生气出口与所述再生气冷凝器连通，所述再生气冷凝器的冷凝液出口与至少一层洗涤区的进口连通以使再生气冷凝液作为洗涤液。
本发明实施例提供的二氧化碳捕集系统的吸收塔设有多层洗涤区，烟气经过多层洗涤区洗涤，可大幅缩减吸收剂的损失，减少二氧化碳捕集过程中的运营成本。此外，本发明将吸收与解吸过程耦合，利用解吸过程再生气冷凝液充当洗涤液，引入吸收塔洗涤区。再生气冷凝液中吸收剂的含量极低，因此利用再生气冷凝液充当洗涤液，非常有利于吸收剂的溶解，有效避免洗涤液中吸收剂的积累效应，更充分溶解吸收剂，减少吸收剂的逃逸。
在一些实施例中，使用再生气冷凝液作为洗涤液的洗涤区的出口与所述再生塔连通，以使完成再生气冷凝液回到所述再生塔进行吸收剂的再生。
在一些实施例中，所述再生气冷凝器的冷凝液出口与若干层所述洗涤区的进口连通。
在一些实施例中，所述再生气冷凝器的冷凝液出口与所述多层洗涤区中的一部分的进口连通，所述二氧化碳捕集系统还包括循环洗涤装置，所述循环洗涤装置与其余所述洗涤区的进口和出口连通，所述循环洗涤装置用于使循环洗涤液在所述洗涤区内循环。
在一些实施例中，所述洗涤区为两层，包括上层洗涤区和下层洗涤区，所述再生气冷凝器的冷凝液出口与所述上层洗涤区的进口连通，所述循环洗涤装置与所述下层洗涤区的进口和出口连通。
在一些实施例中，所述循环洗涤液为除盐水。
在一些实施例中，所述烟气进口位于所述吸收区的下方，所述烟气出口位于所述洗涤区的上方，所述吸收区、所述多层洗涤区至下而上依次设置。
在一些实施例中，所述富液出口位于所述吸收塔的底部，所述贫液进口在上下方向上位于所述洗涤区和所述吸收区之间。
在一些实施例中，二氧化碳捕集系统包括贫富液换热器，所述富液出口与所述贫富液换热器的冷端进口连通，所述贫富液换热器的冷端出口与所述再生塔的富液进口连通，所述贫富液换热器的热端进口与所述再生塔的贫液出口连通，所述贫富液换热器的热端出口与所述贫液进口连通。
在一些实施例中，所述再生塔的富液进口位于所述贫液出口的上方，富液进入所述再生塔从上至下喷淋。
附图说明
图1是本发明实施例提供的二氧化碳捕集系统的结构示意图。
附图标记：
二氧化碳捕集系统100、吸收塔1、烟气进口11、烟气出口12、贫液进口13、富液出口14、再生塔2、富液进口21、贫液出口22、再生气冷凝器3、冷凝液出口31、循环洗涤装置4、贫富液换热器6、预洗塔7、增压风机8、再沸器9。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面根据图1描述本发明实施例提供的二氧化碳捕集系统100，二氧化碳捕集系统100包括吸收单元和再生单元。吸收单元包括吸收塔1，吸收塔1具有烟气进口11、烟气出口12、贫液进口13、富液出口14。吸收塔1内部在烟气的流通方向上依次设置有吸收区和多层洗涤区。烟气从烟气进口11进入吸收塔1内并向上流通进入吸收区，在吸收区中，烟气中的二氧化碳被从贫液进口13进入吸收塔1内的吸收剂捕集，捕集二氧化碳后的干净烟气继续向上流动，依次经过多层洗涤区，烟气内的吸收剂蒸汽被洗涤液洗涤溶解，最终从烟气出口12排出吸收塔1内。
再生单元包括再生塔2和再生气冷凝器3，再生塔2与吸收塔1的富液出口14和贫液进口13中的每一者连通，富液出口14流出的富液进入再生塔2中，再生塔2用于对富液进行解吸再生，再生后的吸收剂中的二氧化碳浓度降低，再生为贫液，贫液通过贫液进口13回到吸收塔1中进行循环使用。在再生塔2的再生过程中产生有再生气，再生塔2的再生气出口与再生气冷凝器3连通。再生气的主要成分为二氧化碳和水，再生气中的水在再生气冷凝器3中进行冷凝，二氧化碳从再生气冷凝器3中的二氧化碳出口排出。再生气冷凝器3的冷凝液出口与至少一层洗涤区的进口连通以使再生气冷凝液(水)作为洗涤区的洗涤液，对经过洗涤区的烟气进行洗涤，将烟气中可能含有的吸收剂蒸汽进行溶解，以减少吸收剂的损失。
本发明实施例提供的二氧化碳捕集系统的吸收塔设有多层洗涤区，烟气经过多层洗涤区洗涤，可大幅缩减吸收剂的损失，减少二氧化碳捕集过程中的运营成本。此外，本发明将吸收与解吸过程耦合，利用解吸过程再生气冷凝液充当洗涤液，引入吸收塔洗涤区。再生气冷凝液中吸收剂的含量极低，因此利用再生气冷凝液充当洗涤液，非常有利于吸收剂的溶解，有效避免洗涤液中吸收剂的积累效应，更充分溶解吸收剂，减少吸收剂的逃逸。
在一些实施例中，如图1所示，使用再生气冷凝液作为洗涤液的洗涤区的出口与再生塔2连通，以使完成再生气冷凝液回到再生塔2进行吸收剂的提取和再生。也就是说，与再生气冷凝器3的冷凝液出口31连通的洗涤区的洗涤液出口与再生塔2连通，完成洗涤后的洗涤液回到再生塔2中。在洗涤区内经过洗涤后的洗涤液中溶有少量的吸收剂，进入再生塔中经过再生，由于沸点的差异，水蒸发为水蒸气从再生塔2的再生气出口进入再生气冷凝器3中进行冷凝，冷凝后的再生气冷凝液回到洗涤区内继续进行循环洗涤。吸收剂未达沸点，顺着再生塔2流下，汇入再生贫液中从贫液进口13进入吸收塔1中继续进行循环吸收，由此，二氧化碳捕集系统100实现了洗涤液和吸收剂的再生循环利用。
在一些实施例中，再生气冷凝器3的冷凝液出口与若干层洗涤区的进口连通。例如，再生气冷凝器3的冷凝液出口与多层洗涤区中的每一者的进口均连通，向洗涤区提供再生气冷凝液作为洗涤液。
在另一些实施例中，再生气冷凝器3的冷凝液出口31与多层洗涤区中的一部分的进口连通，另一部分洗涤区由其他装置提供洗涤液。如图1所示，二氧化碳捕集系统100还包括循环洗涤装置4，循环洗涤装置4与其余洗涤区的进口和出口连通，循环洗涤装置4用于使循环洗涤液在洗涤区内循环。也就是说，在这些实施例中，吸收塔1内的洗涤区的洗涤液可以具有不同的来源，其中与再生气冷凝器3的冷凝液出口31连通的洗涤区的洗涤液来自于再生气冷凝器3中的再生气冷凝液，与循环洗涤装置4连通的洗涤区的洗涤液来自于循环洗涤装置4中循环流通的循环洗涤液，循环洗涤液在循环洗涤装置4的驱动下，循环进入或流出相对应的洗涤区，以完成对烟气中吸收剂蒸汽的洗涤。与相关技术中只采用循环洗涤装置4提供洗涤液的技术方案相比，本发明实施例提供的二氧化碳捕集系统100跨越了吸收单元与再生单元之前的接线，充分利用了吸收剂含梯度，在不额外增加循环洗涤液的条件下，达到了更好的洗涤效果。可选地，循环洗涤液为除盐水。
进一步地，在一些可选实施例中，与再生气冷凝器3的冷凝液出口31连通的洗涤区可以位于与循环洗涤装置4连通的洗涤区的下游，即前者可以位于后者的上方，烟气从下至上在吸收塔1内流通的过程中，首先经过与循环洗涤装置4连通的洗涤区，烟气中大部分吸收剂能够被循环洗涤液溶解，剩余烟气向上流动经过再生气冷凝液的洗涤，继续溶解吸收剂，经过多次洗涤后从烟气出口12排出的净烟气中的吸收剂含量大幅减小。
当然，在其他可替换实施例中，与再生气冷凝器3的冷凝液出口31连通的洗涤区可以位于与循环洗涤装置4连通的洗涤区的上游，即前者可以位于后者的下方，烟气从下至上在吸收塔1内流通的过程中，首先经过与再生气冷凝液的洗涤，在经过循环洗涤液的洗涤，同样地可以使从烟气出口12排出的净烟气中的吸收剂含量大幅减小。
下面根据图1详细描述本发明一个具体实施例中的二氧化碳捕集系统100。
如图1所示，二氧化碳捕集系统100包括吸收单元、再生单元、循环洗涤装置4。吸收单元包括吸收塔1、预洗塔7、增压风机8等。吸收塔1中吸收区、多层洗涤区至下而上依次设置。在本实施例中，洗涤区为两层，包括上层洗涤区和下层洗涤区。上层洗涤区位于下层洗涤区的上方，吸收塔1的烟气进口11位于吸收区的下方，烟气出口12位于上层洗涤区的上方，富液出口14位于吸收塔1的底部，贫液进口13在上下方向上位于下层洗涤区和吸收区之间。
脱硫后的烟气首先进入预洗塔7，喷淋降温同时除去烟气携带的水分和微量石膏。增压风机8使预洗塔7中的烟气从烟气进口11进入吸收塔1。在吸收塔中，烟气从下至上依次经过吸收区，再生后的吸收剂从贫液进口13进入吸收塔1内，并从上至下对吸收区中的烟气进行喷淋，烟气中的二氧化碳被吸收剂吸收，吸收有二氧化碳的吸收剂(富液)从吸收塔1底部的富液出口14流出吸收塔1，处理干净的尾气依次经过下层洗涤区和上层洗涤区由塔顶的烟气出口12排放。经过下层洗涤区和上层洗涤区的洗涤，以减少吸收剂蒸汽随烟气带出造成的吸收液损失。
再生单元包括再生塔2、再生气冷凝器3和再沸器9。再生塔2的富液进口21与吸收塔1的富液出口14连通，再生塔2的贫液出口22与吸收塔1的贫液进口13连通。再生塔2的富液进口21位于贫液出口22的上方，富液从富液进口21进入再生塔2后从上至下喷淋。
进一步地，二氧化碳捕集系统100包括贫富液换热器6，贫富液换热器6设在吸收单元与再生单元之间，用于贫富液之间的换热。吸收塔1的富液出口14与贫富液换热器6的冷端进口连通，贫富液换热器6的冷端出口与再生塔的富液进口21连通，贫富液换热器6的热端进口与再生塔2的贫液出口22连通，贫富液换热器6的热端出口与吸收塔1的贫液进口13连通。
吸收二氧化碳后的富液由吸收塔1塔底的富液出口14经泵送入贫富液换热器6的冷侧，与热侧的贫液进行换热，富液回收贫液热量后，进入再生塔2的富液进口21进行上部喷淋。在再生塔2中，通过汽提解吸富液中的部分二氧化碳，经汽提解吸后的半贫液进入再沸器9中，使其中的二氧化碳进一步解吸。解吸二氧化碳后的贫液再次回到再生塔2并由再生塔2底部的贫液出口22流出，流经贫富液换热器6的热侧，降温后进入吸收塔1中循环使用。吸收剂的往返循环构成连续吸收和解吸二氧化碳的工艺过程。
再生塔2的解吸过程中产生再生气，再生气主要由二氧化碳和水组成，再生气从再生塔2顶部的再生气出口进入再生气冷凝器3，再生气冷凝器3底部具有冷凝液出口31，顶部具有二氧化碳出口。在再生气冷凝器3中进行冷凝，再生气冷凝液从冷凝液出口31流出。再生气冷凝器3的冷凝液出口31与上层洗涤区的进口连通。
如图1所示，循环洗涤装置4与下层洗涤区的进口和出口连通。循环洗涤装置4将常规洗涤液(例如除盐水)进行循环，使烟气中大部分吸收剂由下层洗涤区溶解，剩余烟气向上排出时再经过上层洗涤区，被再生气冷凝液洗涤继续溶解有机溶剂，减少溶剂损失。经二次洗涤后的烟气可大幅缩减吸收剂损失，减少二氧化碳捕集过程的运营成本。需要说明的是，由于再生气冷凝液中含有极微量的吸收剂，因此其具有比常规循环洗涤液更强的洗涤力度，从而能够确保被常规循环洗涤液洗涤后的烟气中剩余的绝大部分甚至全部吸收剂被溶解，这是本发明实施例具有优异的洗涤效果的关键。
在其他可替代实施例中，上层洗涤区和下层洗涤区均可以采用再生气冷凝液作为洗涤液进行洗涤，也可以实现优异的洗涤效果。
在一些实施例中，再生气冷凝液可以作为下层洗涤区的洗涤液，常规洗涤液可以作为上层洗涤区的洗涤液。但是常规洗涤液在长时间循环之后可能会由于溶解有较多的吸收剂导致其本身洗涤力度逐渐减弱，导致排出的烟气中的吸收剂可能未能完全被洗涤。但是与相关技术中采用单层常规洗涤液相比，本发明实施例提供的二氧化碳捕集系统仍然具有明显的优异的洗涤效果。
本实施例提供的二氧化碳捕集系统100采用双层水洗结构，减少吸收剂的损失，再生气冷凝液充当上层洗涤液，利用冷凝液几乎不含吸收剂，可减少吸收剂的损失，充分利用吸收剂含量梯度，在不额外增加除盐水的条件下，达到更好的洗涤效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种二氧化碳捕集系统，其特征在于，包括：
吸收单元，所述吸收单元包括吸收塔，所述吸收塔具有烟气进口、烟气出口、贫液进口、富液出口，所述吸收塔内部在烟气的流通方向上依次设置有吸收区和多层洗涤区；和
再生单元，所述再生单元包括再生塔和再生气冷凝器，所述再生塔与所述富液出口和所述贫液进口均连通，所述再生塔用于对吸收剂进行再生，所述再生塔的再生气出口与所述再生气冷凝器连通，所述再生气冷凝器的冷凝液出口与至少一层洗涤区的进口连通以使再生气冷凝液作为洗涤液。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，使用再生气冷凝液作为洗涤液的洗涤区的出口与所述再生塔连通，以使完成再生气冷凝液回到所述再生塔进行吸收剂的再生。
3.根据权利要求1或2所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述再生气冷凝器的冷凝液出口与若干层所述洗涤区的进口连通。
4.根据权利要求1或2所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述再生气冷凝器的冷凝液出口与所述多层洗涤区中的一部分的进口连通，所述二氧化碳捕集系统还包括循环洗涤装置，所述循环洗涤装置与其余所述洗涤区的进口和出口连通，所述循环洗涤装置用于使循环洗涤液在所述洗涤区内循环。
5.根据权利要求4所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述洗涤区为两层，包括上层洗涤区和下层洗涤区，所述再生气冷凝器的冷凝液出口与所述上层洗涤区的进口连通，所述循环洗涤装置与所述下层洗涤区的进口和出口连通。
6.根据权利要求4所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述循环洗涤液为除盐水。
7.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述烟气进口位于所述吸收区的下方，所述烟气出口位于所述洗涤区的上方，所述吸收区、所述多层洗涤区至下而上依次设置。
8.根据权利要求7所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述富液出口位于所述吸收塔的底部，所述贫液进口在上下方向上位于所述洗涤区和所述吸收区之间。
9.根据权利要求1或8所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，包括贫富液换热器，所述富液出口与所述贫富液换热器的冷端进口连通，所述贫富液换热器的冷端出口与所述再生塔的富液进口连通，所述贫富液换热器的热端进口与所述再生塔的贫液出口连通，所述贫富液换热器的热端出口与所述贫液进口连通。
10.根据权利要求9所述的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述再生塔的富液进口位于所述贫液出口的上方，富液进入所述再生塔从上至下喷淋。
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