CN116078138A - 一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置及其工艺 - Google Patents

一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置及其工艺，该装置包括依次布置的烟气预处理单元、烟气冷却换热器、压缩机、换热器一、换热器二；换热器二与再沸器相接构成循环通路；经换热器二引出的烟气再进入换热器三，换热器三的底部与换热器一的顶部之间设置通道；换热器三与吸收塔相接构成循环通路，吸收塔塔顶设置碳酸钾溶液喷淋机构，吸收塔底部与再生塔相接，再生塔底部连接闪蒸罐一，闪蒸罐一通过贫液泵与吸收塔塔顶相接；所述的再沸器与再生塔底部相接构成循环通路。对能源的合理利用，节省能源，降低碳捕集成本。

Description

一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置及其工艺
技术领域
本发明属于烟气碳捕集技术领域，具体涉及一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置及其工艺。
背景技术
自从工业革命以来，化石燃料的开发使用，大气中二氧化碳的含量显著提升。由于二氧化碳是温室气体的主要成分之一，导致了全球温度持续升高，进而引发海洋酸化、极地冰融化、海平面上升、干旱和飓风等恶劣气候灾害的发生，对人的生存和世界经济可持续发展造成了严重破坏。人的生产生活相关的活动，包括化石燃料的使用、森林植被的破坏、化工工业生产等，则是导致大气中二氧化碳含量不断提升的主要原因。二氧化碳浓度升高导致的全球气候问题已影响到人的生存安全。
社会经济的发展离不开能源的支撑。中国电力得到了快速发展，总装机容量从1978年的5712万kW发展到2017年的17.77亿kW，其中火电装机容量从3984万kW发展到11.06亿kW。根据能源局数据，2021年中国火电装机容量为12.97亿kW，2022年中国火电装机容量为13.09亿kW。我国富煤的能源结构决定了电力行业必须以燃煤发电为主，虽然目前我国发电采用多种形式来替代传统燃煤发电，例如风力发电、光伏发电、核能发电等，但是火电仍占到70％以上的比重。
燃煤发电机组单位发电量产生的CO2排放量0.76～0.92g/(kW·h)，而燃气发电单位发电量产生的CO2排放量仅占燃煤发电的45％～66％。我国燃煤发电量占火力发电量的93％，产生的温室气体排放量巨大。对于烟气中二氧化碳的捕集将势在必行。
对于烟气的碳捕集工艺，目前用的较多的有变压吸附和化学溶剂吸收，变压吸附一次性投资和运行成本都相对较高。化学(溶剂)吸收法是使原料气与化学溶剂在吸收塔内发生化学反应，溶剂吸收二氧化碳形成富液，富液进入再生塔加热分解出二氧化碳，吸收与再生交替进行，从而实现二氧化碳的分离回收。目前工业中广泛采用的热碳酸钾法和醇胺法均属于化学吸收法。以醇胺(类)作吸收剂的方法有MEA法(一乙醇胺)、DEA法(二乙醇胺)及MDEA(N-甲基二乙醇胺)法等，也有使用混合胺溶剂作为吸收剂的案例。热钾碱法使用的溶剂是碳酸钾溶液，相对于碳酸钾溶液，醇胺溶剂不适用于氧含量高的环境，因胺溶剂易被氧化，消耗溶剂的同时生成有毒的产物。在氧的存在下醇胺溶液不适用于高压环境的脱碳，因被压缩后氧含量增高，会促进醇胺溶剂的消耗。而碳酸钾溶液不存在这种情况，不会被氧化，且溶剂成本相对较低，脱碳效率高，二氧化碳产品纯度高，在加压环境下适应性好。
对于烟气的碳捕集，由于多数烟气中二氧化碳含量较低，待处理烟气流量高，若在常压下进行碳捕集，效率很低且再生能耗高。
发明内容
本发明提出一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置及其工艺，对能源的合理利用，节省能源，降低碳捕集成本。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置，包括依次布置的烟气预处理单元、烟气冷却换热器、压缩机、换热器一、换热器二；换热器二与再沸器相接构成循环通路；经换热器二引出的烟气再进入换热器三，换热器三的底部与换热器一的顶部之间设置通道；换热器三与吸收塔相接构成循环通路，吸收塔塔顶设置碳酸钾溶液喷淋机构，吸收塔底部与再生塔相接，再生塔底部连接闪蒸罐一，闪蒸罐一通过贫液泵与吸收塔塔顶相接；所述的再沸器与再生塔底部相接构成循环通路。
进一步的，所述的吸收塔自上而下设置有液体再分布器、填料、气体均布器，所述的碳酸钾溶液喷淋机构设置于吸收塔的液体再分布器上，吸收塔的液体再分布器上方设置脱碳液入口，气体均布器下方设置脱碳富液出口，脱碳富液出口设置减压阀，吸收塔的液体再分布器与填料之间设置气体出口，气体均布器与脱碳富液出口之间设置气体入口，所述的气体入口、气体出口与换热器三相接构成循环通路，所述的脱碳液入口与贫液泵相接。
再进一步的，吸收塔底部与再生塔之间设置膨胀机二，所述的换热器一为气-气换热器，换热器一底部的烟气出口依次连接膨胀机一、烟囱；所述的脱碳富液出口与膨胀机二相接。
再进一步的，所述的再生塔上设置液体再分布器，再生塔的液体再分布器上设置循环水喷淋机构，再生塔顶部连接水洗塔，水洗塔与闪蒸罐二相接构成循环通路，闪蒸罐二通过循环水泵与水洗塔循环对接。
再进一步的，闪蒸罐二通过压缩机与再生塔底部相接；经压缩机压缩后达到0.8-2MPa的压力，烟气相应地升温至250-400℃。
再进一步的，所述的碳酸钾溶液为碳酸钾水溶液、活化剂、缓蚀剂的混合液，所述的活化剂为三氧化二砷、氨基乙酸、二乙醇胺、二乙醇胺—硼酸中的一种或多种的组合，所述的缓蚀剂为三氧化二砷、五氧化二钒中的一种或多种的组合。
一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置的工艺，包括以下步骤：
(1)经烟道引来的烟气预处理后冷却到所需温度进行加压到0.8-2MPa；
(2)通过设置的系列换热器将加压烟气降温至110-120℃后送入吸收塔，在吸收塔内烟气与脱碳溶剂逆流接触，二氧化碳被吸收脱除；
(3)脱碳富液在再生塔内与汽提蒸汽逆流接触，二氧化碳被解吸后经气体出口引出，通过水洗将水蒸气冷凝，后经进一步干燥、压缩获得二氧化碳产品；
(4)脱碳贫液送回吸收塔进行新一轮碳捕集。
进一步的，对预处理后的烟气进行加压至0.8-2MPa，加压后的烟气从70-150℃升温至250-400℃，通过换热器一冷却至150-200℃，冷侧为脱碳烟气，脱碳烟气在此换热器一内由115-125℃升温至230-380℃；从换热器一引出的150-200℃的烟气进入换热器二，换热降温至130-140℃，冷侧为循环水，经换热升温，将热量送往再沸器；经换热器二引出的烟气再进入换热器三，烟气冷却至110-120℃，冷侧为从吸收塔引出的脱碳烟气，脱碳烟气经吸收塔引出温度为90-100℃，经换热器三加热后升温至115-125℃；烟气温度为110-120℃，经换热器三引出的烟气经吸收塔塔底气体入口送入吸收塔，由下而上和吸收塔塔顶喷淋的碳酸钾溶液逆流接触，烟气中二氧化碳被碳酸钾溶液吸收脱除，脱碳烟气经吸收塔塔顶气体出口引出；
碳酸钾溶液吸收二氧化碳后在吸收塔塔底汇集形成脱碳富液，由吸收塔底部的液体出口引出吸收塔，吸收塔底部的液体出口接入减压阀将压力降低至100-300KPa后经再生塔顶部液体入口引入再生塔，经再生塔的液体再分布器由上而下与再生塔塔底汽提蒸汽逆流接触，脱碳富液中的二氧化碳与蒸汽混合聚集在再生塔塔顶，脱碳富液转化为脱碳贫液汇集到再生塔塔底；脱碳贫液分为两部分，一部分引入闪蒸罐一分为气液两相，液相由贫液泵送往吸收塔进行二氧化碳的捕集，气相经压缩后作为汽提蒸汽经再生塔底部引入再生塔；另一部分脱碳贫液送往再沸器，被加热的脱碳贫液经循环管道送往再生塔，换热器二冷侧为循环水，循环水经换热器二引出后将加压烟气的热量带出送到再沸器。
再进一步的，二氧化碳和蒸汽的混合气体经再生塔顶部气体出口引出，温度为90-100℃；换热器一热侧通加压烟气，冷侧为脱碳烟气，脱碳烟气的温度为115-215℃，经换热后加热至230-380℃，加压烟气被冷却降温至150-200℃；换热器二热侧为加压烟气，冷侧为循环水，循环水被加热经管道输送至再沸器，加压烟气被进一步降温至130-140℃；换热器三热侧为加压烟气，冷侧为脱碳烟气，脱碳烟气温度为90-100℃，被加热至115-215℃；
经换热器三引出的加压烟气被降温至110-120℃后经吸收塔塔底气体入口送入吸收塔；通过气体均布器由下而上与吸收塔塔顶喷淋而下的碳酸钾水溶液逆向接触，烟气中的二氧化碳被碳酸钾溶液吸收脱除，脱碳烟气经吸收塔塔顶气体出口引出吸收塔塔外；
碳酸钾吸收二氧化碳的化学反应方程式为：
K2CO3+CO2+H2O→2KHCO3。
再进一步的，脱碳烟气经吸收塔气体出口排出，温度为90-100℃，经过换热器三和换热器一被加热至230-380℃，再通过膨胀机一使脱碳烟气的压力恢复到常压，温度随即下降为70-90℃，随后脱碳烟气经烟囱排往大气；
脱碳溶剂在吸收二氧化碳后转化为脱碳富液在吸收塔底部汇集，经管道通过减压阀压力降至100-300KPa后经吸收塔塔底送入再生塔，由上而下与再生塔底部而来的汽提蒸汽逆流接触，二氧化碳被解吸并与水蒸气汇集在再生塔塔顶，脱碳富液转变为脱碳贫液；一部分脱碳贫液在再沸器内被加热并部分蒸发后经循环管道送回再生塔，另一部分脱硫贫液经闪蒸后转变为气液两相，气相为水蒸气，经加压后送回再生塔内作为汽提蒸汽，液相为脱硫贫液，通过贫液泵经吸收塔顶部的脱碳溶液入口打入吸收塔进入新一轮的碳捕集；
再生塔塔顶的二氧化碳和水蒸气混合气体温度为90-100℃，经再生塔1塔顶气体出口引出塔外，送往水洗塔，再生塔塔内混合气体与喷淋循环水逆流接触，混合气被降温至60-80℃，混合气中水蒸气被冷凝析出送出水洗塔，与循环水混合后进入闪蒸罐二分为气液两相，气相为水蒸气，经加压后送往再生塔作为气体蒸汽，液相通过循环水泵送往水洗塔进入新的水洗步骤。
本发明的技术效果在于：本发明对能源的合理利用，节省能源，降低碳捕集成本。本发明通过设置的系列换热器，将加压烟气中热能合理利用，降低热能消耗。整个过程不需要使用外加蒸汽，只需要电力就可以运行。不影响主系统工况，投资设备少，经济效益高。
附图说明
图1为本发明的高压热钾碱脱碳装置图；
图2为本发明的吸收塔内部结构示意图；
图3为本发明的再生塔内部结构示意图；
图中：1烟气预处理单元、2烟气冷却换热器、3压缩机、4膨胀机一、5烟囱、6换热器一、7换热器二、8换热器三、9吸收塔、10膨胀机二、11闪蒸罐一、15闪蒸罐二、12再生塔、13再沸器、14压缩机、16水洗塔、17贫液泵、18循环水泵。
具体实施方式
参照附图，本发明的一种采用碳酸钾溶液作为脱碳溶剂对加压烟气进行脱碳的方法。包括以下步骤：(1)经烟道引来的烟气预处理后冷却到适宜温度进行加压到0.8-2MPa。(2)通过设置的系列换热器将加压烟气降温至110-120℃后送入吸收塔9，在吸收塔9内烟气与脱碳溶剂逆流接触，二氧化碳被吸收脱除。(3)脱碳富液在再生塔12内与汽提蒸汽逆流接触，二氧化碳被解吸后经气体出口引出，通过水洗将水蒸气冷凝，后经进一步干燥、压缩获得二氧化碳产品。(4)脱碳贫液送回吸收塔9进行新一轮碳捕集。整个过程中均考虑到能源的合理利用，节省能源，降低碳捕集成本。本发明通过设置的系列换热器，将加压烟气中热能合理利用，降低热能消耗。整个过程不需要使用外加蒸汽，只需要电力就可以运行。不影响主系统工况，投资设备少，经济效益高。
具体的，一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的烟气碳捕集方法，对预处理后的烟气进行加压至0.8-2MPa，加压后的烟气从70-150℃升温至250-400℃，通过换热器一6冷却至150-200℃，冷侧为脱碳烟气，脱碳烟气在此换热器一6内由115-125℃升温至230-380℃。从换热器一6引出的150-200℃的烟气进入换热器二7，换热降温至130-140℃，冷侧为循环水，经换热升温，将热量送往再沸器13。经换热器二7引出的烟气再进入换热器三8，烟气冷却至110-120℃，冷侧为从吸收塔9引出的脱碳烟气，脱碳烟气经吸收塔9引出温度为90-100℃，经换热器三8加热后升温至115-125℃。烟气温度为110-120℃为热钾碱工艺最适宜吸收温度，经换热器三8引出的烟气经(吸收塔9)塔底气体入口送入吸收塔9，由下而上和(吸收塔9)塔顶喷淋的碳酸钾溶液逆流接触，烟气中二氧化碳被碳酸钾溶液吸收脱除，脱碳烟气经(吸收塔9)塔顶气体出口引出。
脱碳溶剂(碳酸钾溶液)吸收二氧化碳后在吸收塔9塔底汇集形成脱碳富液，由吸收塔9底部的液体出口引出吸收塔9，(吸收塔9底部的液体出口)接入减压阀将压力降低至100-300KPa后经(再生塔12)顶部液体入口引入再生塔12，经(再生塔12的)液体再分布器由上而下与(再生塔12)塔底汽提蒸汽逆流接触，脱碳富液中的二氧化碳与蒸汽混合聚集在(再生塔12)塔顶，脱碳富液转化为脱碳贫液汇集到(再生塔12)塔底。脱碳贫液分为两部分，一部分引入闪蒸罐一11分为气液两相，液相由贫液泵17送往吸收塔9进行二氧化碳的捕集，气相经压缩后作为汽提蒸汽经(再生塔12)底部引入再生塔12。另一部分脱碳贫液送往再沸器13，被加热的脱碳贫液经循环管道送往再生塔12，换热器二7冷侧为循环水，循环水经换热器二7引出后将加压烟气的热量带出送到再沸器13。
进一步的，二氧化碳和蒸汽的混合气体经再生塔12顶部气体出口引出，温度约为90-100℃，经过进一步的干燥提纯获得二氧化碳产品。
进一步的说明，本发明的烟气可以是电厂燃煤烟气、燃气烟气，或其他工业过程中碳质燃料的燃烧产生的烟气中二氧化碳的捕集。
进一步的说明，本发明是对预处理后的烟气进行碳捕集，在烟气接入碳捕集装置之前需经过烟气净化单元以脱除废气中可能会对碳捕集装置有害的杂质组分，如尘、氯、NOx、SOx等。
进一步的说明，本发明烟气在经过预处理后的温度约为70-150℃，因烟气来源不同，温度可能有更高，若高于此范围，可以接换热器用冷却水将烟气冷却至此温度区间。
进一步的，本发明处理的烟气压力为常压或略高于常压，经压缩机14压缩后达到0.8-2MPa的压力，烟气相应地升温至250-400℃。
进一步的说明，经加压后的烟气被送往换热器一6，换热器一6为气-气换热器，热侧通加压烟气，冷侧为脱碳烟气，脱碳烟气的温度为115-215℃，经换热后加热至230-380℃。加压烟气被冷却降温至150-200℃。
进一步的说明，经换热器一6引出的加压烟气送往换热器二7，换热器二7热侧为加压烟气，冷侧为循环水，循环水被加热经管道输送至再沸器13。加压烟气被进一步降温至130-140℃。
进一步的说明，经换热器二7引出的加压烟气送往换热器三8，换热器三8热侧为加压烟气，冷侧为脱碳烟气，脱碳烟气温度为90-100℃，被加热至115-215℃。(经换热器三8引出的)加压烟气被降温至110-120℃后经(吸收塔9)塔底气体入口送入吸收塔9。通过气体均布器由下而上与(吸收塔9)塔顶喷淋而下的碳酸钾水溶液逆向接触，烟气中的二氧化碳被碳酸钾溶液吸收脱除，脱碳烟气经(吸收塔9)塔顶气体出口引出(吸收塔9)塔外。
碳酸钾吸收二氧化碳的化学反应方程式为：
K2CO3+CO2+H2O→2KHCO3
进一步的，本发明使用的脱碳溶液(碳酸钾溶液)主要成分为碳酸钾水溶液+活化剂+缓蚀剂，活化剂为有机试剂或无机试剂，可以是三氧化二砷、氨基乙酸、二乙醇胺、二乙醇胺—硼酸等中的一种或多种的组合。缓蚀剂可以是三氧化二砷、五氧化二钒等中的一种或多种的组合。
进一步的，脱碳烟气经吸收塔9气体出口排出，温度为90-100℃，经过换热器三8和换热器一6被加热至230-380℃，再通过膨胀机一4使脱碳烟气的压力恢复到常压，温度随即下降为70-90℃，随后脱碳烟气经烟囱5排往大气。
进一步的说明，脱碳溶剂(碳酸钾溶液)在吸收二氧化碳后转化为脱碳富液在吸收塔9底部汇集，经管道通过减压阀压力降至100-300KPa后经(吸收塔9)塔底送入再生塔12，由上而下与再生塔12底部而来的汽提蒸汽逆流接触，二氧化碳被解吸并与水蒸气汇集在(再生塔12)塔顶，脱碳富液转变为脱碳贫液。
进一步的说明，一部分脱碳贫液在再沸器13内被加热并部分蒸发后经循环管道送回再生塔12。另一部分脱硫贫液经闪蒸后转变为气液两相，气相为水蒸气，经加压后送回再生塔12内作为汽提蒸汽。液相为脱硫贫液，通过贫液泵17经吸收塔9顶部的脱碳(溶)液入口打入吸收塔9进入新一轮的碳捕集。
进一步的，再生塔12塔顶的二氧化碳和水蒸气混合气体温度约为90-100℃，经(再生塔12)塔顶气体出口引出塔外，送往水洗(降温)塔16，(再生塔12)塔内混合气体与喷淋循环水逆流接触，混合气被降温至60-80℃，混合气中水蒸气被冷凝析出送出水洗塔16，与循环水混合后进入闪蒸罐二15分为气液两相，气相为水蒸气，经加压后送往再生塔12作为气体蒸汽。液相通过循环水泵18送往水洗塔16进入新的水洗步骤。
进一步的说明，水洗后的二氧化碳经过进一步的压缩干燥后获得二氧化碳产品。
进一步的说明，本发明合理利用热能，脱碳效率高，系统运行稳定，整体故障率低，碳捕集成本降低。
再进一步的释义，针对现有烟气碳捕集工艺的不足，本发明对预处理后的烟气进行加压至0.8-2MPa，加压后的烟气从70-150℃升温至250-400℃，通过换热器一6冷却至150-200℃，冷侧为脱碳烟气，脱碳烟气在此换热器一6内由115-125℃升温至230-380℃。从换热器一6引出的150-200℃的烟气进入换热器二7，换热降温至130-140℃，冷侧为循环水，经换热升温，将热量送往再沸器13。经换热器二7引出的烟气再进入换热器三8，烟气冷却至110-120℃，冷侧为从吸收塔9引出的脱碳烟气，脱碳烟气经吸收塔9引出温度为90-100℃，经换热器三8加热后升温至115-125℃。烟气温度为110-120℃为热钾碱工艺最适宜吸收温度，经换热器三8引出的烟气经(吸收塔9)塔底气体入口送入吸收塔9，由下而上和(吸收塔9)塔顶喷淋的碳酸钾溶液逆流接触，烟气中二氧化碳被碳酸钾溶液吸收脱除，脱碳烟气经(吸收塔9)塔顶气体出口引出。
脱碳溶剂吸收二氧化碳后在吸收塔9塔底汇集形成脱碳富液，由(吸收塔9)塔底部的液体出口引出吸收塔9，接入减压阀将压力降低至100-300KPa后经(吸收塔9)底部液体出口引入再生塔12，经(再生塔12的)液体再分布器由上而下与塔底汽提蒸汽逆流接触，脱碳富液中的二氧化碳与蒸汽混合聚集在塔顶，脱碳富液转化为脱碳贫液汇集到(再生塔12)塔底。脱碳贫液分为两部分，一部分引入闪蒸罐一11分为气液两相，液相由贫液泵17送往吸收塔9进行二氧化碳的捕集，气相经压缩后作为汽提蒸汽经底部引入再生塔12。另一部分脱碳贫液送往再沸器13，被加热的脱碳贫液经循环管道送往再生塔12，换热器二7冷侧为循环水，循环水经换热器二7引出后将加压烟气的热量带出送到再沸器13。
二氧化碳和蒸汽的混合气体经再生塔12顶部气体出口引出，温度约为90-100℃，经过进一步的干燥提纯获得二氧化碳产品。本发明的烟气可以是电厂燃煤烟气、燃气烟气，或其他工业过程中碳质燃料的燃烧产生的烟气中二氧化碳的捕集。本发明是对预处理后的烟气进行碳捕集，在烟气接入碳捕集装置(系统)之前需经过废气净化单元以脱除废气中可能会对碳捕集装置有害的杂质组分，如尘、氯NOx、SOx等。
本发明烟气在经过预处理后的温度约为70-150℃，因烟气来源不同，温度可能有更高，若高于此范围，可以接换热器用冷却水将烟气冷却至此温度区间。
本发明处理的烟气压力为常压或略高于常压，经压缩机3压缩后达到0.8-2MPa的压力，烟气相应地升温至250-400℃。经加压后的烟气被送往换热器一6，换热器一6为气-气换热器，热侧通加压烟气，冷侧为脱碳烟气，脱碳烟气的温度为115-215℃，经换热后加热至230-380℃。加压烟气被冷却降温至150-200℃。
经换热器一6引出的加压烟气送往换热器二7，换热器二7热侧为加压烟气，冷侧为循环水，循环水被加热后经管道输送至再沸器13。加压烟气被进一步降温至130-140℃。经换热器二7引出的加压烟气送往换热器三8，换热器三8热侧为加压烟气，冷侧为脱碳烟气，脱碳烟气温度为90-100℃，被加热至115-215℃。
加压烟气被降温至110-120℃后经(吸收塔9)塔底气体入口送入吸收塔9。由下而上与(吸收塔9)塔顶喷淋而下的碳酸钾水溶液逆向接触，烟气中的二氧化碳被碳酸钾溶液吸收脱除，脱碳烟气经(吸收塔9)塔顶气体出口引出(吸收塔9)塔外。
碳酸钾吸收二氧化碳的化学反应方程式为：
K2CO3+CO2+H2O→2KHCO3
本发明使用的脱碳溶液主要成分为碳酸钾水溶液+活化剂+缓蚀剂，活化剂为有机试剂或无机试剂，可以是三氧化二砷、氨基乙酸、二乙醇胺、二乙醇胺—硼酸等中的一种或多种的组合。缓蚀剂可以是三氧化二砷、五氧化二钒等中的一种或多种的组合。
脱碳烟气经吸收塔9气体出口排出，温度为90-100℃，经过换热器三8和换热器一6被加热至230-380℃，再通过膨胀机一4使脱碳烟气的压力恢复到常压，温度随即下降为70-90℃，随后脱碳烟气经烟囱5排往大气。脱碳溶剂在吸收二氧化碳后转化为脱碳富液在吸收塔9底部汇集，经管道通过减压阀压力降至100-300KPa后经(再生塔12)塔顶送入再生塔12，由上而下与再生塔12底部而来的汽提蒸汽逆流接触，二氧化碳被解吸并与水蒸气汇集在(再生塔12)塔顶，脱碳富液转变为脱碳贫液。一部分脱碳贫液在再沸器13内被加热并部分蒸发后经循环管道送回再生塔12。另一部分脱硫贫液经闪蒸后转变为气液两相，气相为水蒸气，经加压后送回再生塔12内作为汽提蒸汽。液相为脱硫贫液，通过贫液泵17经吸收塔9顶部的脱碳溶液入口打入吸收塔9进入新一轮的碳捕集。
再生塔12塔顶的二氧化碳和水蒸气混合气体温度约为90-100℃，经(再生塔12)塔顶气体出口引出塔外，送往水洗(降温)塔16，塔内混合气体与喷淋循环水逆流接触，混合气被降温至60-80℃，混合气中水蒸气被冷凝析出送出水洗塔16，与循环水混合后进入闪蒸罐二15分为气液两相，气相为水蒸气，经加压后送往再生塔12作为气体蒸汽。液相通过循环(水)泵18送往水洗塔16进入新的水洗步骤。水洗后的二氧化碳经过进一步的压缩干燥后获得二氧化碳产品。
实施例1
某燃煤电厂引出的烟气温度在170-200℃，二氧化碳浓度约为8％。经过预处理单元1后温度在70-150℃，压力约为104KPa，无需冷却直接送往压缩机3入口，经过加压后温度为300-320℃，压力约为1.2MPa，经过换热器一6后加压烟气温度降低至约170℃，经过换热器二7后加压烟气温度降低至132℃，经过换热器三8加压烟气温度降低为约115℃后经吸收塔9塔底气体入口送入吸收塔9。烟气由下而上与吸收塔9塔顶喷淋的吸收液逆流接触，二氧化碳被吸收液吸收脱除。脱碳烟气经吸收塔9塔顶气体出口引出塔外温度约为93℃，经过换热器三8烟气被加热至116℃，再经过换热器一6被加热至360℃，随后引入膨胀机一4，膨胀机一4出口烟气温度约为80℃，经烟道送往烟囱5排放。
脱碳溶剂吸收二氧化碳后转为吸收富液汇集于吸收塔9塔底，经泄压后经再生塔12塔顶液体入口送入再生塔12，再生塔12塔内有液体再分布器，富液因重力由上而下，与再生塔12塔底上来的汽提蒸汽逆流接触，吸收富液中的二氧化碳被解吸与蒸汽混合在再生塔12塔顶，经再生塔12塔顶气体入口引出。二氧化碳和蒸汽的混合气引入到水洗塔16，在循环水的直接接触下，蒸汽冷凝，二氧化碳由95℃降温至约70℃，经进一步冷却干燥压缩后获得二氧化碳产品。水洗塔16底部冷凝水和循环水送往闪蒸罐分为气液两相，液相作为水洗塔16循环水由循环水泵18送回水洗塔16，气相为水蒸气经加压后送回再生塔12作为汽提蒸汽。解吸后吸收富液转为吸收贫液，一部分经再沸器13加热并产生部分蒸汽后又回到再生塔12。一部分引出后进入闪蒸罐，在闪蒸罐内分为气液两相，气相为水蒸气经加压后送回再生塔12作为汽提蒸汽，液相为脱碳贫液送往吸收塔9进入新一轮的碳捕集。
烟气经脱碳后二氧化碳含量约为0.1％，二氧化碳最终产品浓度＞95％，达到预期要求，碳酸钾溶液多次再生后运行稳定。
实施例2
某燃气电厂引出的烟气温度在140-180℃，二氧化碳浓度约为8％。经过预处理单元后温度在90℃，压力约为104KPa，无需冷却直接送往压缩机入口，经过加压后温度为300-320℃，压力约为1.2MPa，经过换热器一后加压烟气温度降低至约172℃，经过换热器二后加压烟气温度降低至132℃，经过换热器三加压烟气温度降低为约114℃后经塔底气体入口送入吸收塔。烟气由下而上与塔顶喷淋的吸收液逆流接触，二氧化碳被吸收液吸收脱除。脱碳烟气经塔顶气体出口引出塔外温度约为95℃，经过换热器三烟气被加热至117℃，再经过换热器一被加热至362℃，随后引入膨胀机，膨胀机出口烟气温度约为83℃，经烟道送往烟囱排放。
脱碳溶剂吸收二氧化碳后转为吸收富液汇集于吸收塔塔底，经泄压后经塔顶液体入口送入再生塔，塔内有液体再分布器，富液因重力由上而下，与塔底上来的汽提蒸汽逆流接触，吸收富液中的二氧化碳被解吸与蒸汽混合在塔顶，经塔顶气体入口引出。二氧化碳和蒸汽的混合气引入到水洗塔，在循环水的直接接触下，蒸汽冷凝，二氧化碳由95℃降温至约70℃，经进一步冷却干燥压缩后获得二氧化碳产品。水洗塔底部冷凝水和循环水送往闪蒸罐分为气液两相，液相作为水洗塔循环水由循环泵送回水洗塔，气相为水蒸气经加压后送回再生塔作为汽提蒸汽。解吸后吸收富液转为吸收贫液，一部分经再沸器加热并产生部分蒸汽后又回到再生塔。一部分引出后进入闪蒸罐，在闪蒸罐内分为气液两相，气相为水蒸气经加压后送回再生塔作为汽提蒸汽，液相为脱碳贫液送往吸收塔进入新一轮的碳捕集。
烟气经脱碳后二氧化碳含量约为0.1％，二氧化碳最终产品浓度＞95％，达到预期要求，碳酸钾溶液多次再生后运行稳定。
实施例3
某燃煤电厂引出的烟气温度在170-200℃，二氧化碳浓度约为8％。经过预处理单元后温度在70-150℃，压力约为104KPa，无需冷却直接送往压缩机入口，经过加压后温度为300-320℃，压力约为1.2MPa，经过换热器一后加压烟气温度降低至约170℃，经过换热器二后加压烟气温度降低至132℃，经过换热器三加压烟气温度降低为约115℃后经塔底气体入口送入吸收塔。烟气由下而上与塔顶喷淋的吸收液逆流接触，二氧化碳被吸收液吸收脱除。脱碳烟气经塔顶气体出口引出塔外温度约为93℃，经过换热器三烟气被加热至116℃，再经过换热器一被加热至360℃，随后引入膨胀机，膨胀机出口烟气温度约为80℃，经烟道送往烟囱排放。
脱碳溶剂吸收二氧化碳后转为吸收富液汇集于吸收塔塔底，经泄压后经塔顶液体入口送入再生塔，塔内有液体再分布器，富液因重力由上而下，与塔底上来的汽提蒸汽逆流接触，吸收富液中的二氧化碳被解吸与蒸汽混合在塔顶，经塔顶气体入口引出。二氧化碳和蒸汽的混合气引入到水洗塔，在循环水的直接接触下，蒸汽冷凝，二氧化碳由95℃降温至约70℃，经进一步冷却干燥压缩后获得二氧化碳产品。水洗塔底部冷凝水和循环水送往闪蒸罐分为气液两相，液相作为水洗塔循环水由循环泵送回水洗塔，气相为水蒸气经加压后送回再生塔作为汽提蒸汽。解吸后吸收富液转为吸收贫液，一部分经再沸器加热并产生部分蒸汽后又回到再生塔。一部分引出后进入闪蒸罐，在闪蒸罐内分为气液两相，气相为水蒸气经加压后送回再生塔作为汽提蒸汽，液相为脱碳贫液送往吸收塔进入新一轮的碳捕集。
脱碳溶剂采用MDEA，脱碳烟气中二氧化碳含量约为1％，二氧化碳最终产品浓度＞95％。但是脱碳溶剂消耗较快，并且产生了有毒产物。

Claims (10)

1.一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置，其特征在于，包括依次布置的烟气预处理单元(1)、烟气冷却换热器(2)、压缩机(3)、换热器一(6)、换热器二(7)；换热器二(7)与再沸器(13)相接构成循环通路；经换热器二(7)引出的烟气再进入换热器三(8)，换热器三(8)的底部与换热器一(6)的顶部之间设置通道；换热器三(8)与吸收塔(9)相接构成循环通路，吸收塔(9)塔顶设置碳酸钾溶液喷淋机构，吸收塔(9)底部与再生塔(12)相接，再生塔(12)底部连接闪蒸罐一(11)，闪蒸罐一(11)通过贫液泵(17)与吸收塔(9)塔顶相接；所述的再沸器(13)与再生塔(12)底部相接构成循环通路。
2.根据权利要求1所述的一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置，其特征在于：所述的吸收塔(9)自上而下设置有液体再分布器、填料、气体均布器，所述的碳酸钾溶液喷淋机构设置于吸收塔(9)的液体再分布器上，吸收塔(9)的液体再分布器上方设置脱碳液入口，气体均布器下方设置脱碳富液出口，脱碳富液出口设置减压阀，吸收塔(9)的液体再分布器与填料之间设置气体出口，气体均布器与脱碳富液出口之间设置气体入口，所述的气体入口、气体出口与换热器三(8)相接构成循环通路，所述的脱碳液入口与贫液泵(17)相接。
3.根据权利要求2所述的一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置，其特征在于：吸收塔(9)底部与再生塔(12)之间设置膨胀机二(10)，所述的换热器一(6)为气-气换热器，换热器一(6)底部的烟气出口依次连接膨胀机一(4)、烟囱(5)；所述的脱碳富液出口与膨胀机二(10)相接。
4.根据权利要求3所述的一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置，其特征在于：所述的再生塔(12)上设置液体再分布器，再生塔(12)的液体再分布器上设置循环水喷淋机构，再生塔(12)顶部连接水洗塔(16)，水洗塔(16)与闪蒸罐二(15)相接构成循环通路，闪蒸罐二(15)通过循环水泵(18)与水洗塔(16)循环对接。
5.根据权利要求4所述的一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置，其特征在于：闪蒸罐二(15)通过压缩机(14)与再生塔(12)底部相接；经压缩机(14)压缩后达到(0.8-2)MPa的压力，烟气相应地升温至(250-400)℃。
6.根据权利要求5所述的一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置，其特征在于，所述的碳酸钾溶液为碳酸钾水溶液、活化剂、缓蚀剂的混合液，所述的活化剂为三氧化二砷、氨基乙酸、二乙醇胺、二乙醇胺—硼酸中的一种或多种的组合，所述的缓蚀剂为三氧化二砷、五氧化二钒中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)经烟道引来的烟气预处理后冷却到所需温度进行加压到(0.8-2)MPa；
(2)通过设置的系列换热器将加压烟气降温至(110-120)℃后送入吸收塔(9)，在吸收塔(9)内烟气与脱碳溶剂逆流接触，二氧化碳被吸收脱除；
(3)脱碳富液在再生塔(12)内与汽提蒸汽逆流接触，二氧化碳被解吸后经气体出口引出，通过水洗将水蒸气冷凝，后经进一步干燥、压缩获得二氧化碳产品；
(4)脱碳贫液送回吸收塔(9)进行新一轮碳捕集。
8.根据权利要求7所述的一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置的工艺，其特征在于：
对预处理后的烟气进行加压至(0.8-2)MPa，加压后的烟气从(70-150)℃升温至(250-400)℃，通过换热器一(6)冷却至(150-200)℃，冷侧为脱碳烟气，脱碳烟气在此换热器一(6)内由(115-125)℃升温至(230-380)℃；从换热器一(6)引出的(150-200)℃的烟气进入换热器二(7)，换热降温至(130-140)℃，冷侧为循环水，经换热升温，将热量送往再沸器(13)；经换热器二(7)引出的烟气再进入换热器三(8)，烟气冷却至(110-120)℃，冷侧为从吸收塔(9)引出的脱碳烟气，脱碳烟气经吸收塔(9)引出温度为(90-100)℃，经换热器三(8)加热后升温至(115-125)℃；烟气温度为(110-120)℃，经换热器三(8)引出的烟气经吸收塔(9)塔底气体入口送入吸收塔(9)，由下而上和吸收塔(9)塔顶喷淋的碳酸钾溶液逆流接触，烟气中二氧化碳被碳酸钾溶液吸收脱除，脱碳烟气经吸收塔(9)塔顶气体出口引出；
碳酸钾溶液吸收二氧化碳后在吸收塔(9)塔底汇集形成脱碳富液，由吸收塔(9)底部的液体出口引出吸收塔(9)，吸收塔(9)底部的液体出口接入减压阀将压力降低至(100-300)KPa后经再生塔(12)顶部液体入口引入再生塔(12)，经再生塔(12)的液体再分布器由上而下与再生塔(12)塔底汽提蒸汽逆流接触，脱碳富液中的二氧化碳与蒸汽混合聚集在再生塔(12)塔顶，脱碳富液转化为脱碳贫液汇集到再生塔(12)塔底；脱碳贫液分为两部分，一部分引入闪蒸罐一(11)分为气液两相，液相由贫液泵(17)送往吸收塔(9)进行二氧化碳的捕集，气相经压缩后作为汽提蒸汽经再生塔(12)底部引入再生塔(12)；另一部分脱碳贫液送往再沸器(13)，被加热的脱碳贫液经循环管道送往再生塔(12)，换热器二(7)冷侧为循环水，循环水经换热器二(7)引出后将加压烟气的热量带出送到再沸器(13)。
9.根据权利要求8所述的一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置的工艺，其特征在于：二氧化碳和蒸汽的混合气体经再生塔(12)顶部气体出口引出，温度为(90-100)℃；换热器一(6)热侧通加压烟气，冷侧为脱碳烟气，脱碳烟气的温度为(115-215)℃，经换热后加热至(230-380)℃，加压烟气被冷却降温至(150-200)℃；换热器二(7)热侧为加压烟气，冷侧为循环水，循环水被加热经管道输送至再沸器(13)，加压烟气被进一步降温至(130-140)℃；换热器三(8)热侧为加压烟气，冷侧为脱碳烟气，脱碳烟气温度为(90-100)℃，被加热至(115-215)℃；
经换热器三(8)引出的加压烟气被降温至(110-120)℃后经吸收塔(9)塔底气体入口送入吸收塔(9)；通过气体均布器由下而上与吸收塔(9)塔顶喷淋而下的碳酸钾水溶液逆向接触，烟气中的二氧化碳被碳酸钾溶液吸收脱除，脱碳烟气经吸收塔(9)塔顶气体出口引出吸收塔(9)塔外；
碳酸钾吸收二氧化碳的化学反应方程式为：
K2CO3+CO2)+H2O→2KHCO3。
10.根据权利要求8所述的一种使用热钾碱法脱除烟气中二氧化碳的装置的工艺，其特征在于：脱碳烟气经吸收塔(9)气体出口排出，温度为(90-100)℃，经过换热器三(8)和换热器一(6)被加热至(230-380)℃，再通过膨胀机一(4)使脱碳烟气的压力恢复到常压，温度随即下降为(70-90)℃，随后脱碳烟气经烟囱(5)排往大气；
脱碳溶剂在吸收二氧化碳后转化为脱碳富液在吸收塔(9)底部汇集，经管道通过减压阀压力降至(100-300)KPa后经吸收塔(9)塔底送入再生塔(12)，由上而下与再生塔(12)底部而来的汽提蒸汽逆流接触，二氧化碳被解吸并与水蒸气汇集在再生塔(12)塔顶，脱碳富液转变为脱碳贫液；一部分脱碳贫液在再沸器(13)内被加热并部分蒸发后经循环管道送回再生塔(12)，另一部分脱硫贫液经闪蒸后转变为气液两相，气相为水蒸气，经加压后送回再生塔(12)内作为汽提蒸汽，液相为脱硫贫液，通过贫液泵(17)经吸收塔(9)顶部的脱碳溶液入口打入吸收塔(9)进入新一轮的碳捕集；
再生塔(12)塔顶的二氧化碳和水蒸气混合气体温度为(90-100)℃，经再生塔(12)塔顶气体出口引出塔外，送往水洗塔(16)，再生塔(12)塔内混合气体与喷淋循环水逆流接触，混合气被降温至(60-80)℃，混合气中水蒸气被冷凝析出送出水洗塔(16)，与循环水混合后进入闪蒸罐二(15)分为气液两相，气相为水蒸气，经加压后送往再生塔(12)作为气体蒸汽，液相通过循环水泵(18)送往水洗塔(16)进入新的水洗步骤。
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