CN116272261B - 基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统 - Google Patents

基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统,包括:吸收塔;吸收塔A段连接溶液循环回路,吸收塔的B段连接碳捕集回路,碳捕集回路与溶液循环回路连接,使溶液循环回路中的高温气体输送到碳捕集回路中进行余热回收,碳捕集回路将吸收水作为冷凝水输送到溶液循环回路中;该装置将溶液开式吸收式热泵与气体中的二氧化碳捕集技术进行有机结合,根据开式吸收式热泵的发生器是否开启,分为吸收水分和释放水分两种输送回路,解决了吸收式碳捕集技术在处理高湿烟气时存在的液态水进入吸收液、进塔吸收液温度高、能耗高的问题,提高了吸收效率。

Description

基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统
技术领域
本发明涉及溶液吸湿技术领域,尤其涉及基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统。
背景技术
目前捕集气体中二氧化碳的方式较多,其中较为典型的是用吸收液(如一种或多种胺)与气体直接接触喷淋的吸收法。但这种典型的技术在处理高含湿量的热湿废气时会遇到一定的问题:第一,吸收液在吸收二氧化碳的同时,也会不断捕捉烟气中的液态水,使得吸收能力降低,且吸收液中的液态水还会在解吸的过程中变为水蒸气影响二氧化碳产品纯度;第二,由于缺少冷却的方式,吸收液的温度普遍高于烟气温度,温度较高时吸收液中的二氧化碳分压升高,会导致吸收效果变差;第三,由于解吸器中二氧化碳气化吸热,需要消耗高品质的热量(如蒸汽)维持解吸器的温度,能耗较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统,包括:
吸收塔;
所述吸收塔A段连接溶液循环回路,所述吸收塔的B段连接碳捕集回路,所述碳捕集回路与溶液循环回路连接,使所述溶液循环回路中的高温气体输送到碳捕集回路中进行余热回收,所述碳捕集回路将吸收水作为冷凝水输送到所述溶液循环回路中,作为冷凝水进入冷凝器中;
所述碳捕集回路包括吸收液换热器,所述吸收液换热器的输出端连接解吸器,所述解吸器将吸收液通过所述吸收液换热器输送到吸收液冷却器中,在所述解吸器的另一侧连接再沸器,所述解吸器的上方连接二氧化碳压缩机;
所述溶液循环回路包括溶液储箱,所述溶液储箱的上方连接溶液冷却器,所述溶液储箱通过溶液换热器连接发生器,所述发生器一路连接真空维持装置,另一路通过阀体与所述再沸器连接。
作为上述技术方案的进一步描述:所述碳捕集回路将所述吸收塔B段处的烟气通过吸收液进行喷淋,所述吸收塔B段的塔底通过泵体将吸收液通过管道输送到吸收液换热器中进行升温,所述吸收液换热器的输出端连接解吸器的顶部。
作为上述技术方案的进一步描述:所述解吸器底部通过泵体连接所述吸收液换热器,将解析后的吸收液进行降温,所述吸收液换热器的一侧连接吸收液冷却器,所述吸收液冷却器连接所述吸收塔B段的顶部,可将冷却后的吸收液再次进行喷淋。
作为上述技术方案的进一步描述:所述解吸器连接再沸器,所述再沸器的另一侧通过阀体控制通入驱动蒸汽,对内部的吸收液进行加热,另一输出端将冷凝水排出。
作为上述技术方案的进一步描述:所述解吸器顶部连接二氧化碳压缩机,将吸收二氧化碳的吸收液加热后释放出二氧化碳气体,通过所述二氧化碳压缩机压缩排出。
作为上述技术方案的进一步描述:所述溶液循环回路将所述吸收塔A段处的烟气经过吸湿性溶液喷淋后,在塔底处存液,将溶液输送到溶液储箱中,所述溶液储箱通过泵体输送到溶液冷却器降温后再次输送到所述吸收塔A段的上方进行再次喷淋。
作为上述技术方案的进一步描述:所述溶液储箱的底部通过泵体连接溶液换热器,通过所述溶液换热器升温后,将溶液输送到发生器中,释放出二次蒸汽,使浓度再次提高,通过泵体经所述溶液换热器输送回所述溶液储箱中。
作为上述技术方案的进一步描述:所述二次蒸汽仅从所述发生器一路进入所述再沸器中,与驱动蒸汽共同进行加热,另一路作为冷凝水排出。
作为上述技术方案的进一步描述:所述发生器的一侧通过阀体连接真空维持装置,通过所述真空维持装置将不凝气释放出。
作为上述技术方案的进一步描述:所述溶液冷却器和所述吸收液冷却器接入冷源水,并将冷源水输送到所述冷凝器中,将加热后的冷源水再次降温排出。
上述技术方案具有如下优点或有益效果:
1、将溶液开式吸收式热泵与气体中的二氧化碳捕集技术进行有机结合,根据开式吸收式热泵的发生器是否开启,分为吸收水分/释放水分两种运行方式。
2、解决了吸收式碳捕集技术在处理高湿烟气时存在的液态水进入吸收液、进塔吸收液温度高、能耗高的问题,提高了吸收效率,同时给开式吸收式热泵增加了热量释放渠道,从而能够使开式吸收式热泵回收更多烟气热量。
3、可以在外部需求蒸汽量大的时候采用吸收水分模式节约蒸汽,在外部需求蒸汽量小的时候采用释放水分模式,通过溶液储箱实现溶液蓄浓,通过蓄浓来实现蓄能和调峰效果;也可一直以释放水分模式运行,保持吸收量与发生量相同,实现溶液浓度稳定,总体较为灵活。
附图说明
图1为本发明提出的基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统的结构示意图。
图例说明:
1、吸收塔;2、冷凝器;3、吸收液换热器;4、解吸器;5、吸收液冷却器;6、再沸器;7、二氧化碳压缩机;8、溶液储箱;9、溶液冷却器;10、溶液换热器;11、发生器;12、真空维持装置。
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。
参照图1,本发明提供的一种实施例:基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统,包括:吸收塔1;吸收塔1A段连接溶液循环回路,吸收塔1的B段连接碳捕集回路,碳捕集回路与溶液循环回路连接,使溶液循环回路中的高温气体输送到碳捕集回路中进行余热回收,碳捕集回路将吸收水作为冷凝水输送到溶液循环回路中,作为冷凝水进入冷凝器2中;碳捕集回路包括吸收液换热器3,吸收液换热器3的输出端连接解吸器4,解吸器4将吸收液通过吸收液换热器3输送到吸收液冷却器5中,在解吸器4的另一侧连接再沸器6,解吸器4的上方连接二氧化碳压缩机7;溶液循环回路包括溶液储箱8,溶液储箱8的上方连接溶液冷却器9,溶液储箱8通过溶液换热器10连接发生器11,发生器11一路连接真空维持装置12,另一路通过阀体与再沸器6连接。
在本实施例中,吸收塔1采用双级塔设计,烟气在下层被吸湿性溶液进行喷淋,在上层被二氧化碳吸收液喷淋。双级塔中间设有升气装置,气体可以自下而上通过,液体不能自上而下通过。
结合附图,碳捕集回路将吸收塔1的B段处的烟气通过吸收液进行喷淋,吸收塔1的B段的塔底通过泵体将吸收液通过管道输送到吸收液换热器3中进行升温,吸收液换热器3的输出端连接解吸器4的顶部。
在本实施例中,碳捕集回路将含有二氧化碳气体的烟气进行喷淋后,吸收液吸收烟气中的二氧化碳,并通过泵体输送到吸收液换热器3中,将吸收液进行加热升温,输送到解吸器4的顶部,在解吸器中设置填料以增加液体表面积,解吸后的吸收液通过泵体再次输送到吸收液换热器3中,将解析后的吸收液进行降温,吸收液换热器3的一侧连接吸收液冷却器5,吸收液冷却器5连接吸收塔1的B段的顶部,可将冷却后的吸收液再次进行喷淋。
解吸器4连接再沸器6,再沸器6的另一侧通过阀体控制通入驱动蒸汽,对内部的吸收液进行加热,另一输出端将冷凝水排出。
在本实施例中,通过设置再沸器6,从解吸器4的底部引出吸收液,被驱动蒸汽加热后,回到解吸器4的顶部喷淋,循环往复,将吸收液内吸收的二氧化碳气体释放出来。
解吸器4顶部连接二氧化碳压缩机7,将吸收二氧化碳的吸收液加热后释放出二氧化碳气体,通过二氧化碳压缩机7压缩排出。
在进行二氧化碳捕集时,关闭溶液换热器10、发生器11和真空维持装置12的连接回路上的泵体和阀体。
溶液循环回路将吸收塔1的A段处的烟气经过吸湿性溶液喷淋后,在塔底处存液,将溶液输送到溶液储箱8中,溶液储箱8通过泵体输送到溶液冷却器9降温后再次输送到吸收塔1的A段的上方进行再次喷淋。
在本实施例中,在碳捕集回路中,A段开式吸收式热泵的循环喷淋溶液浓度会不断变稀,因此在溶液浓度降低到设定值时。需要开启发生器11以增加溶液浓度。
溶液储箱8的底部连接溶液换热器10,通过泵体增压进入溶液换热器10升温后,将溶液输送到发生器11中吸收驱动蒸汽热量,达到沸腾状态释放出二次蒸汽,使浓度再次提高,通过泵体经溶液换热器10输送回溶液储箱8中,循环往复。
二次蒸汽从发生器11中产生后,一路去再沸器6中,以提供吸收液解吸过程所需的热量,剩余部分通过冷凝器2,将热量释放给如供暖水、除盐水等的冷源水,溶液浓度增加到设定值时,可以切换到碳捕集回路,循环往复。
具体的,二次蒸汽仅从发生器11一路进入再沸器6中,与驱动蒸汽共同进行加热,另一路作为冷凝水排出。
结合附图,发生器11的一侧通过阀体连接真空维持装置12,通过真空维持装置12将水分释放出;溶液冷却器9和吸收液冷却器5接入冷源水,并将冷源水输送到冷凝器2中,将加热后的冷源水再次降温排出。
在本实施中,通过将溶液冷却器9和吸收液冷却器5接入冷源水,并输送到冷凝器2中,将冷源水进行多次降温。
工作原理:溶液循环回路在余热回收的同时,具有吸收烟气中的液态水、气态水的能力,且溶液循环回路处理后的烟气干球温度高于露点温度,呈干烟气状态,基本不存在液态水,将溶液循环回路处理后的烟气再进行碳捕集,解决了碳捕集在处理高湿烟气时的液态水问题。溶液循环回路的冷源可以先去冷却吸收液,使吸收液温度适当降低,这样可以保证吸收液的吸收能力,同时由于烟气干度较高,少量的冷源也不足以使烟气中的气态水冷凝,不会二次造成液态水的问题。溶液循环回路采用蒸汽驱动,会产生对应量的二次蒸汽,这部分二次蒸汽通常用于加热供暖水、除盐水等冷源,在冷源不足的时候会被迫降低热泵负荷以减少二次蒸汽的产生,而解吸器由于需要90℃左右的热量来维持其温度,因此可以将二次蒸汽作为解吸器热源,增加了溶液循环回路的冷源,可以多回收烟气中的热量。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统,其特征在于,包括:
吸收塔(1);
所述吸收塔(1)A段连接溶液循环回路,所述吸收塔(1)的B段连接碳捕集回路,所述碳捕集回路与溶液循环回路连接,使所述溶液循环回路中的高温气体输送到碳捕集回路中进行余热回收,所述碳捕集回路中的吸收液冷却器(5)中的冷源水,输送到所述溶液循环回路中的溶液冷却器(9)中,并将冷源水作为冷凝水输送进入冷凝器(2)中;
所述碳捕集回路包括吸收液换热器(3),所述吸收液换热器(3)的输出端连接解吸器(4),所述解吸器(4)将吸收液通过所述吸收液换热器(3)输送到吸收液冷却器(5)中,在所述解吸器(4)的另一侧连接再沸器(6),所述解吸器(4)的上方连接二氧化碳压缩机(7);
所述溶液循环回路包括溶液储箱(8),所述溶液储箱(8)的上方连接溶液冷却器(9),所述溶液储箱(8)通过溶液换热器(10)连接发生器(11),所述发生器(11)一路连接真空维持装置(12),另一路通过阀体与所述再沸器(6)连接;
所述碳捕集回路将所述吸收塔(1)B段处的烟气通过吸收液进行喷淋,所述吸收塔(1)B段的塔底通过泵体将吸收液通过管道输送到吸收液换热器(3)中进行升温,所述吸收液换热器(3)的输出端连接解吸器(4)的顶部;
所述解吸器(4)连接再沸器(6),所述再沸器(6)的另一侧通过阀体控制通入驱动蒸汽,对内部的吸收液进行加热,所述再沸器(6)的另一输出端将冷凝水排出;
所述溶液储箱(8)的底部通过泵体连接溶液换热器(10),通过所述溶液换热器(10)升温后,将溶液输送到发生器(11)中,释放出二次蒸汽,使浓度再次提高,通过泵体经所述溶液换热器(10)输送回所述溶液储箱(8)中;
所述二次蒸汽仅从所述发生器(11)一路进入所述再沸器(6)中,与驱动蒸汽共同进行加热,另一路作为冷凝水排出;
所述溶液循环回路将所述吸收塔(1)A段处的烟气经过吸湿性溶液喷淋后,在塔底处存液,将溶液输送到溶液储箱(8)中,所述溶液储箱(8)通过泵体输送到溶液冷却器(9)降温后再次输送到所述吸收塔(1)A段的上方进行再次喷淋;
所述溶液冷却器(9)和所述吸收液冷却器(5)接入冷源水,并将冷源水输送到所述冷凝器(2)中,将加热后的冷源水再次降温排出。
2.根据权利要求1所述的基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统,其特征在于:所述解吸器(4)底部通过泵体连接所述吸收液换热器(3),将解析后的吸收液进行降温,所述吸收液换热器(3)的一侧连接吸收液冷却器(5),所述吸收液冷却器(5)连接所述吸收塔(1)B段的顶部,可将冷却后的吸收液再次进行喷淋。
3.根据权利要求1所述的基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统,其特征在于:所述解吸器(4)顶部连接二氧化碳压缩机(7),将吸收二氧化碳的吸收液加热后释放出二氧化碳气体,通过所述二氧化碳压缩机(7)压缩排出。
4.根据权利要求1所述的基于溶液开式吸收的烟气碳捕集及余热回收一体化系统,其特征在于:所述发生器(11)的一侧通过阀体连接真空维持装置(12),通过所述真空维持装置(12)将水分释放出。
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