CN117085467B - 一种脱硫脱碳解吸一体塔及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脱硫脱碳解吸一体塔及系统，包含下塔、中塔和上塔，均包含若干填料；下塔内设有第一隔板，下塔内分隔为富液通道和若干第一烟气通道；下塔底部设烟气入口和第一隔板；第一烟气通道从下塔延伸到中塔，其顶端设有第一升气帽；富液通道还连接富液入口管，贫液出口管，二氧化碳出口管；中塔与下塔通过第二隔板隔开；中塔设有海水入口管，海水出口管；中塔和上塔通过第三隔板隔开，第三隔板上设有若干第二烟气通道，顶端设第二升气帽；上塔还设有：贫液入口管；富液出口管；尾气出口。本发明将塔体分开，又利用升气帽，避免液体向下流入其他工段。从而使得三个塔才能完成的全流程在一个塔内就能完成，大大减小了碳捕集系统的占地面积。
Description
技术领域
本发明涉及碳捕集技术领域，具体涉及一种脱硫脱碳解吸一体塔及系统。
背景技术
碳捕集技术多用于工厂，也用于大型船舶。但是船舶空间相对有限，现有的碳捕集系统包含了脱硫塔、脱碳塔、解吸塔以及冷却和贮存装置以及多台泵，需要较大的占地面积。这往往使得船舶上缺乏足够的空间安装碳捕集系统。碳捕集系统的集成成为了限制其在船舶上应用的关键问题。
另外，船用碳捕集系统需要对于不同设备进行升温或降温，其能耗水平也是考量其经济性和环保性的重要指标，有待进一步降低。
发明内容
本发明的目的是减小船用碳捕集系统的占地面积和能耗。
为了达到上述目的，本发明提供了一种脱硫脱碳解吸一体塔，包含下塔、中塔和上塔，依次分别形成解吸段、脱硫段、脱碳段，均包含若干填料；
其中，下塔内设有第一隔板，下塔内部分隔为富液通道和若干第一烟气通道；下塔底部设有烟气入口和第一隔板；所述第一隔板设有通孔连接所述烟气入口和第一烟气通道；所述第一烟气通道从下塔延伸到中塔，其顶端设有第一升气帽；所述富液通道还连接：富液入口管；贫液出口管，以排出解吸生成的贫液；二氧化碳出口管，以排出解吸生成的二氧化碳；
所述中塔与下塔通过第二隔板隔开；中塔设有海水入口管，海水出口管；所述中塔和上塔通过第三隔板隔开，第三隔板上设有若干第二烟气通道，所述第二烟气通道顶端设有第二升气帽；所述上塔还设有：贫液入口管；富液出口管，以排出吸收生成的富液；尾气出口。
可选地，一蒸汽加热管穿过所述下塔。
较佳地，所述第二隔板形成锥面，其沿中心向四周的高度不断降低，所述二氧化碳出口管从第二隔板中心连接到该一体塔外。
较佳地，所述第二隔板分为两层塔板，所述两层塔板之间不相接。
较佳地，所述第二烟气通道内还设有除雾器。
较佳地，所述第一烟气通道和第二烟气通道的横截面形状可为圆形、方形、条形的至少一种。
较佳地，所述贫液入口管、海水入口管均伸入塔内，且伸入塔内的部分设有若干喷嘴。
较佳地，所述富液入口管伸入塔内，且伸入塔内的部分设有若干小孔，富液通道中设有一分配塔板，所述分配塔板设有若干均匀落水孔。
本发明还公开了一种脱硫脱碳解吸一体化系统，使用了上述的脱硫脱碳解吸一体塔，该系统还包含设在塔外的贫液泵、换热器、贫液流股、富液流股；所述贫液流股从所述贫液出口管通往所述贫液入口管，富液流股从所述富液出口管通往所述富液入口管；所述贫液流股和富液流股通过所述换热器换热；所述贫液流股还设有贫液泵。
本发明的有益效果至少包含如下：
通过对于塔内结构的具体设计，用隔板将塔体分为上塔、中塔、下塔，分别对应解吸段、脱硫段、脱碳段，又利用升气帽，使得上塔液体不会流向中塔，中塔液体不会流向下塔。从而使得原先使用脱硫塔、脱碳塔、解吸塔这三个塔才能完成的全流程在一个塔内就能完成，大大减小了碳捕集系统的占地面积。这对于船舶这种空间极其有限应用情况而言，意义尤其重大。
将脱硫塔、脱碳塔、解吸塔这三个塔集成于一塔后，原先解吸塔所需的富液泵即可省去，这不仅进一步减小了占地面积，也能达到节能的效果。
使用烟气对富液加热，以及塔外贫富液的换热，都有效利用了烟气的热量，进一步降低了碳捕集的能耗。
本发明不仅可以应用于船舶，也可在陆地上使用，将海水改为自来水即可。
附图说明
图1为本发明的脱硫脱碳解吸一体塔示意图；
图2为图1的A-A俯视图；
图3为图1的B-B俯视图；
图4为图1的C-C俯视图；
图5为图1的D-D俯视图；
图6为本发明的脱硫脱碳解吸一体化系统示意图。
附图标记：
10-富液通道；11-蒸汽加热管；12-第一烟气通道；13-贫液出口管；14-烟气入口；15-富液入口管；16-分配塔板；17-二氧化碳出口管；18-第一升气帽；19-第一隔板；
21-海水入口管；22-海水出口管；23-第二烟气通道；24-除雾器；25-第二升气帽；26-第三隔板；27-第二隔板；
31-尾气出口；32-贫液入口管；33-富液出口管；
4-贫液泵；5-换热器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于图1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”、“第三”仅用于描述目的，并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，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，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的规定。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
除非清楚地指出相斥的，这里限定的每个方面或实施方案可以与任何其他一个或多个方面或一个或多个实施方案组合。特别地，任何指出的作为优选的或有利的特征可以与任何其他指出的作为优选的或有利的特征组合。
如图1到图5所示，本发明公开了一种脱硫脱碳解吸一体塔，其包含下塔、中塔和上塔，依次分别形成解吸段、脱硫段、脱碳段，上塔、中塔、下塔内均铺设填料以使得各过程充分进行。其中，下塔内设有第一隔板19，下塔内部分隔为富液通道10和若干第一烟气通道12，所述第一隔板设有通孔，连接所述第一烟气通道12。下塔底部设有烟气入口14，烟气通过所述烟气入口14进入下塔后，被分配到所述若干第一烟气通道12，沿着第一烟气通道12逐渐上升。所述第一烟气通道12从下塔延伸到中塔，所述第一烟气通道12顶端设有第一升气帽18，使得烟气能从第一烟气通道12进入中塔，并防止中塔内的海水进入第一烟气通道12。下塔侧壁上方还开设富液入口管15，使得富液通入下塔。所述富液入口管15延伸进下塔后的部分开设若干小孔，以使富液流出，进入富液通道10。所述第一烟气通道12类似于下塔的管程，而富液通道10类似于下塔的壳程。所述烟气的温度较高，一般在100℃以上，烟气和富液在下塔中进行换热，使得富液被加热到解吸所需温度，所述富液解吸得到贫液。解吸后生成的贫液从下塔下方的贫液出口管13流出该一体塔外，解吸的二氧化碳从下塔上方的二氧化碳出口管17排出该一体塔外进行后处理。
一些实施方式中，如图1、图2所示，所述下塔还设有蒸汽加热管11，所述蒸汽加热管11穿过下塔。当烟气提供的热量不足时，所述蒸汽加热管11用于补充下塔热量，进一步加热所述富液，使之达到解吸所需温度。进一步地，所述蒸汽加热管11形成盘管结构。蒸汽加热管11中的蒸汽进行加热后，返回锅炉。
所述中塔与下塔通过第二隔板27隔开。所述中塔用于脱硫。中塔侧壁上方设有海水入口管21，海水通过海水入口管21进入中塔，用于溶解烟气中的二氧化硫。所述中塔侧壁下方设有海水出口管22，完成吸收二氧化硫的海水从海水出口管22流出该一体塔。该海水经过处理后再排海。
一些实施方式中，所述第二隔板27形成锥面，第二隔板27沿中心向四周的高度不断降低，有利于海水从海水出口管22流出，也有利于解吸的二氧化碳聚集后二氧化碳出口管17排出，二氧化碳出口管17从第二隔板27中心连接到该一体塔外。
一些实施方式中，所述第二隔板27分为两层塔板，所述两层塔板之间不相接，以减少中塔和下塔的传热，防止中塔内的海水对下塔的富液降温，影响下塔的富液解吸。
所述中塔和上塔通过第三隔板26隔开，第三隔板26上设有若干第二烟气通道23，所述第二烟气通道23顶端设有第二升气帽25，使得烟气能从第二烟气通道23进入中塔，并防止上塔内的富液进入第二烟气通道23。
一些实施方式中，所述第二烟气通道23内还设有除雾器24，用于防止海水受热雾化后随气体一同进入上塔，污染上塔的胺液。
一些实施方式中，所述第一烟气通道12和第二烟气通道23的横截面形状可为圆形、方形、条形等的至少一种。
所述上塔上方设有贫液入口管32，贫液通过贫液入口管32从该一体塔外进入上塔，充分吸收烟气中的二氧化碳后形成富液。上塔下方设有富液出口管33，所述富液通过富液出口管33流出该一体塔。上塔顶部设有尾气出口31，烟气在二氧化碳被吸收后，剩下的尾气通过尾气出口31排放到大气。
所述脱硫脱碳解吸的一体塔内还包含若干流量传感器，以监控贫液和烟气的流量。
除了该一体塔外，如图6所示，本发明还公开了一种使用该一体塔的脱硫脱碳解吸的一体化系统。
所述富液解吸后生成的贫液从贫液出口管13流出后，形成贫液流股。从富液出口管33流出的富液形成富液流股，所述贫液流股和富液流股通过换热器5换热，从而让所述贫液降温并对富液预热，使所述贫液达到吸收温度，使所述富液接近解吸温度。能更有效地利用自身热量，减少热量损失。所述贫液流股还设有贫液泵4，因为贫液流股需要从下塔的贫液出口管13通往上塔的贫液入口管32，所以需要贫液泵4提供动力。而富液流股从上塔的富液出口管33通往下塔的富液入口管15，可以利用自身重力完成，无需额外提供动力。
由于所述贫液流股上设有贫液泵4，海水也通过泵打进通入中塔；一些实施方式中，贫液入口管32、海水入口管21均伸入塔内，且都设有若干喷嘴，以使得贫液和海水分布更加均匀，达到充分进行脱硫和吸收二氧化碳的目的。而由于所述富液流股不设泵，在一些实施方式中，如图1、图3所示，所述富液通道10中设有分配塔板16，通过分配塔板16的均匀落水孔，使得富液在富液通道10中更加均匀分布。在没有泵作为外部动力的情况下，使用喷嘴的效果不佳，因此在富液通道10中，在富液入口管15下侧并靠近富液入口管15的位置设分配塔板16。
所述脱硫脱碳解吸的一体化系统内还包含若干流量控制阀，与所述传感器，以控制贫液和烟气的流量比例。
实施例
所述脱硫脱碳解吸的一体化系统的工作过程为：
首先打开贫液泵4和海水泵，使得贫液开始在该一体塔内循环，海水通入中塔；然后将船舶产生的烟气从烟气入口14通入。烟气沿第一烟气通道12进入中塔，在中塔内通过海水脱硫；脱硫后的烟气沿第二烟气通道23进入上塔；所述烟气在上塔完成脱碳，剩下的气体则排放大气；对应地，上塔内的贫液吸收烟气后形成富液，该富液通过所述富液出口管33流出该一体塔后进入所述富液流股。所述富液流股与所述贫液流股在换热器5换热后被预热，然后通过所述富液入口管15进入下塔，进入下塔后的富液被第一烟气通道12内的烟气进一步加热，达到解吸温度，此时富液解吸生成贫液和二氧化碳；二氧化碳通过所述二氧化碳出口管17进入二氧化碳后处理工段，而生成的贫液从贫液出口管13流出该一体塔后进入所述贫液流股。所述贫液流股通过与所述富液流股在换热器5换热实现降温，并通过贫液泵4，使贫液从贫液入口管32重新进入上塔。
综上所述，本发明通过对于塔内结构的具体设计，将用隔板塔体分为上塔、中塔、下塔，又利用升气帽，使得上塔液体不会流向中塔，中塔液体不会流向下塔。从而使得原先使用脱硫塔、脱碳塔、解吸塔这三个塔才能完成的全流程在一个塔内就能完成，大大减小了碳捕集系统的占地面积。这对于船舶这种空间极其有限应用情况而言，意义尤其重大。
将脱硫塔、脱碳塔、解吸塔这三个塔集成于一塔后，原先解吸塔所需的富液泵即可省去，这不仅进一步减小了占地面积，也能达到节能的效果。
使用烟气对富液加热，以及塔外贫富液的换热，都有效利用了烟气的热量，进一步降低了碳捕集的能耗。
本发明不仅可以应用于船舶，也可在陆地上使用，将海水改为自来水即可。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种脱硫脱碳解吸一体塔，用于船用碳捕集系统，其特征在于，包含下塔、中塔和上塔，依次分别形成解吸段、脱硫段、脱碳段，均包含若干填料；
其中，下塔内设有第一隔板，下塔内分隔为富液通道和若干第一烟气通道；下塔底部设有烟气入口和第一隔板；所述第一隔板设有通孔连接所述烟气入口和第一烟气通道；所述第一烟气通道从下塔延伸到中塔，其顶端设有第一升气帽；所述富液通道还连接：富液入口管；贫液出口管，以排出解吸生成的贫液；二氧化碳出口管，以排出解吸生成的二氧化碳；
所述中塔与下塔通过第二隔板隔开；中塔设有海水入口管，海水出口管；所述中塔和上塔通过第三隔板隔开，第三隔板上设有若干第二烟气通道，所述第二烟气通道顶端设有第二升气帽；所述上塔还设有：贫液入口管；富液出口管，以排出吸收生成的富液；尾气出口。
2.如权利要求1所述的脱硫脱碳解吸一体塔，其特征在于，一蒸汽加热管穿过所述下塔。
3.如权利要求1所述的脱硫脱碳解吸一体塔，其特征在于，所述第二隔板形成锥面，其沿中心向四周的高度不断降低，所述二氧化碳出口管从第二隔板中心连接到该一体塔外。
4.如权利要求1所述的脱硫脱碳解吸一体塔，其特征在于，所述第二隔板分为两层塔板，所述两层塔板之间不相接。
5.如权利要求1所述的脱硫脱碳解吸一体塔，其特征在于，所述第二烟气通道内还设有除雾器。
6.如权利要求1所述的脱硫脱碳解吸一体塔，其特征在于，所述第一烟气通道和第二烟气通道的横截面形状可为圆形、方形、条形的至少一种。
7.如权利要求1所述的脱硫脱碳解吸一体塔，其特征在于，所述贫液入口管、海水入口管均伸入塔内，且伸入塔内的部分设有若干喷嘴。
8.如权利要求1所述的脱硫脱碳解吸一体塔，其特征在于，所述富液入口管伸入塔内，且伸入塔内的部分设有若干小孔，富液通道中设有一分配塔板，所述分配塔板设有若干均匀落水孔。
9.一种脱硫脱碳解吸一体化系统，使用了权利要求1~8中任意一项所述的脱硫脱碳解吸一体塔，其特征在于，还包含设在塔外的贫液泵、换热器、贫液流股、富液流股；所述贫液流股从所述贫液出口管通往所述贫液入口管，富液流股从所述富液出口管通往所述富液入口管；所述贫液流股和富液流股通过所述换热器换热；所述贫液流股还设有贫液泵。
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