CN116212593A - 尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，属于化工环保技术领域，包括依次连接的制冷压缩机、吸收塔、解吸塔和制冷剂循环系统；烟气在经过制冷压缩机制冷后进入吸收塔与吸收塔内的吸收剂接触形成富液；解吸塔的外侧壁设有用于加热解吸塔的第一换热部；制冷剂循环系统的制冷端与制冷压缩机连接，制冷剂循环系统的制热端连通第一换热部。本发明提供的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，通过在解吸塔内设置第一换热部，并将制冷剂循环系统的制热端连接第一换热部，将制冷剂所吸收到烟气的热量通过第一换热部释放至解吸塔内，减少了解吸塔内的蒸汽消耗量，从而降低二氧化碳的捕集能耗，也降低了二氧化碳捕集的外部条件依赖。
Description
技术领域
本发明属于化工环保技术领域，更具体地说，是涉及一种尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置。
背景技术
为满足国际海事组织对于船舶碳排放要求，很多船东选择采用碳捕集装置系统，利用在淡水中添加有机胺溶液与废气中的CO2反应，生产富液，富液再经过解析塔处理后将CO2析出并存储，存储的CO2主要用于尿素生产等化工产业，而富液变成贫液返回与废气继续参与反应。而现在存在捕集装置能耗高，捕集成本居高不下，工艺复杂，添加剂种类多、管理难度大缺点，且解析塔存在蒸汽消耗大等问题，导致脱碳行业商业化缓慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，旨在解决现有解析塔存在蒸汽消耗大的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，包括依次连接的制冷压缩机、吸收塔、解吸塔和制冷剂循环系统；烟气在经过所述制冷压缩机制冷后进入所述吸收塔与所述吸收塔内的吸收剂接触形成富液；所述解吸塔的外侧壁设有用于加热所述解吸塔的第一换热部；所述制冷剂循环系统的制冷端与所述制冷压缩机连接，所述制冷剂循环系统的制热端连通所述第一换热部。
作为本申请另一实施例，所述第一换热部包括绕设于所述解吸塔外侧的螺旋状盘管。
作为本申请另一实施例，所述制冷剂循环系统还包括制冷剂进液管和制冷剂回液管，所述制冷剂进液管连接所述第一换热部的出口端和所述制冷压缩机的进口端；所述制冷剂回液管连接所述制冷压缩机的出口端和所述第一换热部的进口端；所述制冷剂进液管上还设有第一换热器；所述吸收塔与所述解吸塔之间的第一富液管借助所述第一换热器与所述制冷剂进液管换热，用于对制冷剂的二次冷却。
作为本申请另一实施例，所述制冷剂循环系统的制冷端还设有第二换热器，所述第二换热器与所述制冷压缩机并联；所述解吸塔的出口端与所述吸收塔的进口端借助贫液主管连通，所述贫液主管借助所述第二换热器降温。
作为本申请另一实施例，所述解吸塔还包括第二换热部，所述第二换热部位于所述第一换热部的上方，所述第二换热部为设于所述解吸塔外侧的螺旋状盘管，所述第二换热部的进口端连接所述解吸塔的出液口，所述盘管的出口端借助管道连接所述贫液主管；所述解吸塔的出液口排出的贫液与所述解吸塔内的富液和填料换热后，借助第一贫液管连接所述贫液主管。
作为本申请另一实施例，所述吸收塔的出口端设有液体分层装置，所述液体分层装置用于分离自所述吸收塔排出的富液和贫液，所述液体分层装置连接第二贫液管和所述第一富液管，所述第二贫液管与所述贫液主管借助阀门连接。
作为本申请另一实施例，所述解吸塔内还具有烟气换热部，所述烟气换热部包括自下而上依次设置的下集管、上集管和多个连通管；所述下集管连通烟气入口，所述上集管连通烟气输送管，所述烟气输送管连通所述制冷压缩机；多个所述连通管间隔设置且所述连通管连通所述下集管的内腔和所述上集管的内腔；所述上集管和所述下集管上均设有贯穿孔，所述贯穿孔连通所述连通管周向的填料。
作为本申请另一实施例，所述解吸塔为多个，多个所述解吸塔并联设置。
作为本申请另一实施例，所述解吸塔包括高压解吸塔和低压解吸塔，所述低压解吸塔的出液口借助第三贫液管连通所述高压解吸塔的进液口。
作为本申请另一实施例，所述低压解吸塔借助低压富液管连通所述第一富液管，所述低压富液管借助第三换热器与所述第三贫液管换热。
本发明提供的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，通过在解吸塔内设置第一换热部，并将制冷剂循环系统的制热端连接第一换热部，将制冷剂所吸收到烟气的热量通过第一换热部释放至解吸塔内，以实现对解吸塔的加热，减少了解吸塔内的蒸汽消耗量，从而降低二氧化碳的捕集能耗，也降低了二氧化碳捕集的外部条件依赖。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明第一实施例提供的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置的结构示意图；
图2为本发明第二实施例提供的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置的结构示意图；
图3为本发明第三实施例提供的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置的主视结构示意图。
图中：1、制冷压缩机；2、制冷剂进液管；3、制冷剂回液管；4、烟气管道；5、吸收塔；6、液体分层装置；7、解吸塔；8、第一富液管；9、第一换热部；10、第二换热部；11、第一换热器；12、第一贫液管；13、贫液主管；14、第二贫液管；15、下集管；16、上集管；17、制冷器；18、气液分离器；19、低压富液管；20、高压富液管；21、第二换热器；22、第三换热器；23、高压解吸塔；24、低压解吸塔；25、第三贫液管。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1至图3，现对本发明提供的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置进行说明。所述尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，包括依次连接的制冷压缩机1、吸收塔5、解吸塔7和制冷剂循环系统；烟气在经过制冷压缩机1制冷后进入吸收塔5与吸收塔5内的吸收剂接触形成富液；解吸塔7的外侧壁设有用于加热解吸塔7的第一换热部9；制冷剂循环系统的制冷端与制冷压缩机1连接，制冷剂循环系统的制热端连通第一换热部9。
本发明提供的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，与现有技术相比，烟气在被制冷后，低温的烟气进入吸收塔5内与吸收剂接触并被吸收剂吸收；吸收剂在吸收二氧化碳后形成二氧化碳含量较高的富液；富液进入解吸塔7进行解吸，在加热与填料接触的过程中将吸收剂中的二氧化碳析出，并得到二氧化碳含量较低的贫液，贫液可重新输送至吸收塔5进行循环利用。
制冷压缩机1用于对进入吸收塔5内的烟气进行加压和制冷，而制冷压缩机1的制冷剂在与烟气换热后变为较高温的制冷剂，将较高温的制冷剂通过制冷剂循环系统输送至其制热端，制冷剂进入解吸塔7的第一换热部9内，较高温的制冷剂在解吸塔7内放热，而后形成较低温的制冷剂再次循环。而解吸塔7由于吸收了制冷剂中的热量，通过制冷剂中的热量实现加热解吸。
本发明提供的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，通过在解吸塔7内设置第一换热部9，并将制冷剂循环系统的制热端连接第一换热部9，将制冷剂所吸收到烟气的热量通过第一换热部9释放至解吸塔7内，以实现对解吸塔7的加热，减少了解吸塔7内的蒸汽消耗量，从而降低二氧化碳的捕集能耗，也降低了二氧化碳捕集的外部条件依赖。
吸收剂为有机胺溶液。吸收塔5的进液口开设于吸收塔5的上部，烟气入口开设于吸收塔5的下部；在吸收塔5内设有至少一个喷淋管，吸收剂自喷淋管喷出并与吸收塔5内自下向上流动的烟气接触，以充分吸收烟气中的二氧化碳。
可选的，吸收塔5包括多段吸收腔，每段吸收腔内均设有喷淋管，喷淋管自上而下喷射水雾，以增加吸收剂与烟气的接触面积，提高二氧化碳的溶解效果。
在吸收塔5的上端连接排气管，烟气在与吸收剂接触后，二氧化碳被吸收，而剩余气体自排气管排出。由于吸收剂为有机胺溶液，二氧化碳与其反应生成氨基酸盐等，而其本质为弱酸与弱碱的酸碱中和反应，其反应生成物为可溶于水的盐；在解吸过程中，仅需要对该溶液加热即可实现上述酸碱中和反应的逆反应，将溶液中所吸收的二氧化碳放出。
在吸收塔5的下端连接有排出管，排出管上连接有循环泵。吸收剂吸收二氧化碳形成的富液自排出管排出并借助循环泵输送至解吸塔7内。富液自解吸塔7的上部进入解吸塔7中，并自上而下流动。在解吸塔7内具有至少一个填料区，富液在填料区内与填料接触，并被第一换热部9加热，使溶解在其中的二氧化碳完全解吸出，二氧化碳自解吸塔7的上部排出再利用或者储存；而富液在排出二氧化碳后形成含二氧化碳较少的贫液，贫液可重新输送至吸收塔5内以实现循环利用。
具体地，在解吸塔7内设置第一加热部，即将制冷压缩机1的制冷剂循环的放热的一端与解吸塔7内的溶液进行换热，制冷剂被降温，重新输送至制冷压缩机1内，而溶液被制冷剂加热，放出其中的二氧化碳。
在一些可能的实施例中，请参阅图1至图2，第一换热部9包括绕设于解吸塔7外侧的螺旋状盘管。螺旋状盘管固定于解吸塔7的内侧壁上，螺旋状盘管的入口端位于下方、出口端位于上方，高温的制冷剂自下而上通过螺旋状盘管，并借助螺旋状盘管的侧壁与解吸塔7的内腔中的溶液进行换热，以实现对溶液的加热，促进二氧化碳的析出。
可选的，解吸塔7包括内筒和外套，内筒与外套之间具有换热腔，第一换热部9包括设于换热腔内的螺旋状盘管，且第一换热部9的入口端位于下方、出口端位于上方。
可选的，解吸塔7的内筒和外套之间具有多个自上而下依次设置的换热腔，每个换热腔内均设有第一换热部9。
在一些可能的实施例中，请参阅图1，制冷剂循环系统还包括制冷剂进液管2和制冷剂回液管3，制冷剂进液管2连接第一换热部9的出口端和制冷压缩机1的进口端；制冷剂回液管3连接制冷压缩机1的出口端和第一换热部9的进口端；制冷剂进液管2上还设有第一换热器11；吸收塔5与解吸塔7之间的第一富液管8借助第一换热器11与制冷剂进液管2换热，用于对制冷剂的二次冷却。
制冷剂循环系统连接制冷压缩机1和解吸塔7，制冷剂在空气制冷剂压缩机内吸热做功后，高温的制冷剂经过制冷剂回液管3输送至解吸塔7内的第一换热部9；高温的制冷剂在第一换热部9内与解吸塔7内的溶液进行换热；低温的制冷剂自第一换热部9的出口端流出并进入制冷剂进液管2内。低温的制冷剂借助制冷剂进液管2进入第一换热器11内，其在第一换热器11内与第一富液管8内的低温富液换热，使制冷剂实现再冷，进一步降低了制冷剂进液管2内的制冷剂温度，提高了制冷剂的工作效率；同时实现了对富液的预热，预热后的富液温度较之前更高，便于其中的二氧化碳析出，以及节约了解吸塔7内的用热量。
在一些可能的实施例中，请参阅图1，制冷剂循环系统的制冷端还设有第二换热器21，第二换热器21与制冷压缩机1并联；解吸塔7的出口端与吸收塔5的进口端借助贫液主管13连通，贫液主管13借助第二换热器21降温。
烟气被制冷压缩机1压缩至一定的压力下进入吸收塔5内，其内的二氧化碳与吸收剂在低温的环境下进行反应。
为提高二氧化碳的吸收效率，在吸收塔5的进口端的贫液主管13上设置第二换热器21，第二换热器21与制冷剂的制冷端连接。制冷剂的制冷端分为两个支路，一个支路连接制冷压缩机1用于制冷烟气；另一个支路连接第二换热器21，用于对进入吸收塔5的吸收剂进行冷却。
吸收剂为贫液或者富液，是基于其内部所吸收的二氧化碳的量确定。富液中的二氧化碳吸收量大于贫液。
在一些可能的实施例中，请参阅图1，解吸塔7还包括第二换热部10，第二换热部10位于第一换热部9的上方，第二换热部10为设于解吸塔7外侧的螺旋状盘管，第二换热部10的进口端连接解吸塔7的出液口，盘管的出口端借助管道连接贫液主管13；解吸塔7的出液口排出的贫液与解吸塔7内的富液和填料换热后，借助第一贫液管12连接贫液主管13。
解吸塔7还包括第二换热部10，第二换热部10位于第一换热部9的上方，第二换热部10与第一换热部9的结构一致。第二换热部10为设于解吸塔7内侧壁或者解吸塔7换热腔内的螺旋状盘管。
第二换热部10内部的液体为自解吸塔7排出的贫液。解吸塔7的底部具有出液口，出液口具有连接管，富液中的二氧化碳被析出后，吸收剂形成贫液，贫液自出液口排出并被连接管输送至第二换热部10内。
富液在进入解吸塔7后被第一换热部9等设备加热，并在加热过程中析出二氧化碳；因此自出液口排出的贫液的温度要高于进入解吸塔7内的富液的温度，进而将排出的贫液作为热源对解吸塔7上部的富液进行加热，可提高富液的反应效率，同时也可以使贫液实现初步冷却；进而达到节约能源的效果。
贫液在第二换热部10内放热后借助第一贫液管12连接贫液主管13，以实现吸收剂的循环。
可选的，在吸收塔5的出口端设有液体分层装置6，液体分层装置6用于分离自吸收塔5排出的富液和贫液，液体分层装置6连接第二贫液管14和第一富液管8，第二贫液管14与贫液主管13借助阀门连接。
具体地，在吸收塔5的出口端依次连接有循环泵和液体分层装置6。在液体分层装置6中装有吸收剂，吸收剂用于吸收二氧化碳并使之分为上下两层，上层含有低浓度二氧化碳，下层含有高浓度二氧化碳。液体分层装置6将分为两个二氧化碳含量有显著差异的液相，通过静置，旋转离心分离或者过滤实现上下层液体的分离，将上层液体通过第二贫液管14以输送至贫液主管13循环利用，下层液体通过第一富液管8送往解吸塔7再生。
可选的，第二贫液管14通过三通阀与第一贫液管12和贫液主管13连通。
在一些可能的实施例中，请参阅图1，解吸塔7内还具有烟气换热部，烟气换热部包括自下而上依次设置的下集管15、上集管16和多个连通管；下集管15连通烟气入口，上集管16连通烟气输送管，烟气输送管连通制冷压缩机1；多个连通管间隔设置且连通管连通下集管15的内腔和上集管16的内腔；上集管16和下集管15上均设有贯穿孔，贯穿孔连通连通管周向的填料。
解吸塔7的内腔中设置容烟气通过的烟气换热部，烟气换热部包括用于连接烟气管道4入口和出口的下集管15和上集管16，下集管15和上集管16均具有容纳腔，容纳腔与多个连通管均连通。可选的，连通管均沿解吸塔7的高度方向设置。
高温的烟气自烟气管道4进入下集管15内，并在下集管15中聚集混合，然后自下集管15同时进入多个连通管内，连通管的长度方向与解吸塔7的高度方向一致，烟气在经过连通管时，烟气的热量与连通管外侧的填料以及填料中的溶液进行换热，进而达到烟气中热量回收的效果；同时也减少了解吸塔7所需要的蒸汽量。
在烟气、制冷剂和贫液换热的效果下，解吸塔7节省大了的高温蒸汽用量，甚至可以实现无蒸汽解吸，大大降低二氧化碳的捕集能耗，也极大地降低了二氧化碳捕集的外部条件依赖。
在连通管的周围均布满填料。在上集管16和下集管15上均开设有纵向贯穿其中的贯穿孔，贯穿孔与填料区连通。富液自上向下贯穿上集管16的贯穿孔与填料接触，直至其穿过填料，最终穿过下集管15的贯穿孔落入解吸塔7的底部。
在一些可能的实施例中，请参阅图2，解吸塔7为多个，多个解吸塔7并联设置。每个解吸塔7的结构均一致，在解吸塔7的上端还设有二氧化碳排气管，在二氧化碳排气管上连接有制冷器17和气液分离器18。多个解吸塔7可连接同一制冷器17和同一气液分离器18。
二氧化碳自吸收剂中析出，但由于其携带有大量的水蒸气，因此将二氧化碳气体通入制冷器17中，制冷器17可用于冷却二氧化碳，使其中的水分析出，而气液分离器18可将其中的水分与二氧化碳分离，二氧化碳再利用或者储存，水分重新输送至解吸塔7内，与解吸塔7内的溶液混合。
在一些可能的实施例中，请参阅图3，解吸塔7包括高压解吸塔23和低压解吸塔24，低压解吸塔24的出液口借助第三贫液管25连通高压解吸塔23的进液口。
当解吸塔7包括高压解吸塔23和低压解吸塔24时，高压解吸塔23与低压解吸塔24并联；同时，低压解吸塔24的出液口借助第三贫液管25连接低压解吸塔24上的第二换热部10，然后第三贫液管25借助阀门与连接高压解吸塔23的高压富液管20连接。
可选的，低压解吸塔24借助低压富液管19连通第一富液管8，低压富液管19借助第三换热器22与第三贫液管25换热。
连接低压解吸塔24的进液口的低压富液管19与第一富液管8连接，且低压富液管19与高压富液管20并联。在低压富液管19在经过低压解吸塔24后，排出的一级贫液直接输送回吸收塔5或者进入高压富液管20。
在第三贫液管25与低压富液管19之间设置第三换热器22，以达到换热的目的。通过第三贫液管25与低压富液管19换热，可提高富液的温度，同时降低贫液的温度，节约能源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，其特征在于，包括依次连接的制冷压缩机(1)、吸收塔(5)、解吸塔(7)和制冷剂循环系统；烟气在经过所述制冷压缩机(1)制冷后进入所述吸收塔(5)与所述吸收塔(5)内的吸收剂接触形成富液；所述解吸塔(7)的外侧壁设有用于加热所述解吸塔(7)的第一换热部(9)；所述制冷剂循环系统的制冷端与所述制冷压缩机(1)连接，所述制冷剂循环系统的制热端连通所述第一换热部(9)。
2.如权利要求1所述的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述第一换热部(9)包括绕设于所述解吸塔(7)外侧的螺旋状盘管。
3.如权利要求1所述的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述制冷剂循环系统还包括制冷剂进液管(2)和制冷剂回液管(3)，所述制冷剂进液管(2)连接所述第一换热部(9)的出口端和所述制冷压缩机(1)的进口端；所述制冷剂回液管(3)连接所述制冷压缩机(1)的出口端和所述第一换热部(9)的进口端；所述制冷剂进液管(2)上还设有第一换热器(11)；所述吸收塔(5)与所述解吸塔(7)之间的第一富液管(8)借助所述第一换热器(11)与所述制冷剂进液管(2)换热，用于对制冷剂的二次冷却。
4.如权利要求3所述的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述制冷剂循环系统的制冷端还设有第二换热器(21)，所述第二换热器(21)与所述制冷压缩机(1)并联；所述解吸塔(7)的出口端与所述吸收塔(5)的进口端借助贫液主管(13)连通，所述贫液主管(13)借助所述第二换热器(21)降温。
5.如权利要求4所述的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述解吸塔(7)还包括第二换热部(10)，所述第二换热部(10)位于所述第一换热部(9)的上方，所述第二换热部(10)为设于所述解吸塔(7)外侧的螺旋状盘管，所述第二换热部(10)的进口端连接所述解吸塔(7)的出液口，所述盘管的出口端借助管道连接所述贫液主管(13)；所述解吸塔(7)的出液口排出的贫液与所述解吸塔(7)内的富液和填料换热后，借助第一贫液管(12)连接所述贫液主管(13)。
6.如权利要求4所述的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述吸收塔(5)的出口端设有液体分层装置(6)，所述液体分层装置(6)用于分离自所述吸收塔(5)排出的富液和贫液，所述液体分层装置(6)连接第二贫液管(14)和所述第一富液管(8)，所述第二贫液管(14)与所述贫液主管(13)借助阀门连接。
7.如权利要求1所述的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述解吸塔(7)内还具有烟气换热部，所述烟气换热部包括自下而上依次设置的下集管(15)、上集管(16)和多个连通管；所述下集管(15)连通烟气入口，所述上集管(16)连通烟气输送管，所述烟气输送管连通所述制冷压缩机(1)；多个所述连通管间隔设置且所述连通管连通所述下集管(15)的内腔和所述上集管(16)的内腔；所述上集管(16)和所述下集管(15)上均设有贯穿孔，所述贯穿孔连通所述连通管周向的填料。
8.如权利要求7所述的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述解吸塔(7)为多个，多个所述解吸塔(7)并联设置。
9.如权利要求3所述的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述解吸塔(7)包括高压解吸塔(23)和低压解吸塔(24)，所述低压解吸塔(24)的出液口借助第三贫液管(25)连通所述高压解吸塔(23)的进液口。
10.如权利要求9所述的尿素生产用低温深冷二氧化碳捕集装置，其特征在于，所述低压解吸塔(24)借助低压富液管(19)连通所述第一富液管(8)，所述低压富液管(19)借助第三换热器(22)与所述第三贫液管(25)换热。
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