CN117771889A - 一种双塔串联式二氧化碳捕集系统 - Google Patents

一种双塔串联式二氧化碳捕集系统 Download PDF

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夏宁
陈水宣
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Abstract

本发明提供了一种双塔串联式二氧化碳捕集系统,包括捕集系统、热泵系统、液化压缩系统以及液化制冷系统;采用热泵系统回收解吸塔塔顶蒸汽余热,不但对余热加以利用,减少再沸器能耗,还可以降低采出气态二氧化碳的温度,在液化工艺中减小能量消耗、有效提高液化比例,增加液化二氧化碳生产效率,提高了捕集效率。采用吸收塔串联分级吸收,解吸塔浅解吸方案,降低塔高与规模,在减少吸收塔的初始建设成本的同时,还能够降低系统的再生能耗。采用撬装式集成的方式,实现整体安装、移动,通过车辆运输,实现不同场合二氧化碳的捕集回收,可根据捕集工业废气量的需求,连接多组装置组合工作。

Description

一种双塔串联式二氧化碳捕集系统
技术领域
本发明涉及工业废气处理技术领域,具体而言,涉及一种双塔串联式二氧化碳捕集系统。
背景技术
现有传统针对大型火电厂和化工厂等的二氧化碳捕集工艺主要是利用胺溶液作为吸收剂,在吸收塔中与废气中二氧化碳反应后从塔底流出富胺液,富胺液进入贫富液换热器与贫胺液进行换热后进入解吸塔,与解吸塔底部的再沸器产生的二次蒸汽驱动富胺液解吸得到高浓度的二氧化碳。
现有传统大型二氧化碳化学吸收法碳捕集工艺难以应用于中小型企业,不足在于:
1.现有传统工艺能耗高,运行成本较大,解吸塔中溶液再生温度要维持在100℃~120℃,需要再沸器消耗大量的蒸汽或电能,造成总体能耗较高;解吸塔塔顶再生气余热未充分利用,造成浪费。
2.现有成熟的二氧化碳捕集装置主要针对于火电厂和大型化工厂,其二氧化碳捕集规模达万吨,甚至几百万吨每年,配套设备体积庞大,固定投资巨大,一经建立就地固化,难以灵活运移运用到其他场合。然而,对于中小型企业由于产能波动以及季节性供需波动,无法承担高成本的碳捕集设备,更倾向于小巧灵活甚至是租赁形式商业服务设备。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种双塔串联式二氧化碳捕集系统,以解决上述问题。
本发明采用了如下方案:
本申请提供了一种双塔串联式二氧化碳捕集系统,包括捕集系统、热泵系统、液化压缩系统以及液化制冷系统;所述捕集系统包括第一吸收塔、第二吸收塔、富液混合器、富液泵、贫富液换热器、解吸塔、再沸器、贫液泵、贫液冷却器、贫液分配器、气液分离器;所述热泵系统包括依次循环连接的热泵蒸发器、第一冷剂压缩机、热泵冷却器以及第一节流阀;
所述第一吸收塔的下部入口与工业废气气源相连,顶部出口与所述第二吸收塔的下部入口相连;所述第一吸收塔和所述第二吸收塔的底部出口与所述富液混合器相连,所述富液混合器依次连接所述富液泵、所述贫富液换热器、所述解吸塔的上部入口、所述热泵蒸发器、所述气液分离器;所述气液分离器的液体出口与所述解吸塔的上部入口连接,所述解吸塔的一侧下部出口依次连接所述热泵冷却器和所述再沸器,进而连接所述解吸塔的底部进口;所述解吸塔的另一侧下部出口依次连接所述贫液泵、所述贫富液换热器、所述贫液冷却器、所述贫液分配器,进而连接所述第一吸收塔和所述第二吸收塔的上部进口连接;所述气液分离器的气体出口依次连接所述液化压缩系统和所述液化制冷系统。
进一步地,所述第一吸收塔和所述第二吸收塔之间连接有工业废气冷却器。
进一步地,所述所述第一吸收塔和所述第二吸收塔内自上而下进行贫液的喷淋。
进一步地,还包括有底座,所述捕集系统、所述热泵系统、所述液化压缩系统以及所述液化制冷系统均撬装于所述底座上。
进一步地,所述液化压缩系统包括依次连接的第一液化压缩机、第一液化冷却器、第二液化压缩机以及第二液化冷却器。
进一步地,所述液化制冷系统包括依次循环连接的制冷蒸发器、第二冷剂压缩机、制冷冷却器、第二节流阀;所述第二液化冷却器通过所述制冷蒸发器以输出液态二氧化碳。
进一步地,通过所述贫富液换热器后的工业废气,再通过所述制冷冷却器后进入所述解吸塔的上部入口。
通过采用上述技术方案,本发明可以取得以下技术效果:
1.采用热泵系统回收解吸塔塔顶蒸汽余热,不但对余热加以利用,减少再沸器能耗,还可以降低采出气态二氧化碳的温度,在液化工艺中减小能量消耗、有效提高液化比例,增加液化二氧化碳生产效率,提高了捕集效率。
2.富液在进入贫富液换热器之后,再通入制冷冷却器进行换热,节省液化制冷系统冷却水用量的同时,提高进入解吸塔的富液温度,系统各部件余热利用更加充分,耦合程度更高,降低系统再生能耗。
3.采用吸收塔串联分级吸收,解吸塔浅解吸方案,降低塔高与规模,在减少吸收塔的初始建设成本的同时,还能够降低系统的再生能耗。
4.采用撬装式集成的方式,实现整体安装、移动,通过车辆运输,实现不同场合二氧化碳的捕集回收,可根据捕集工业废气量的需求,连接多组装置组合工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1是本发明实施例一种双塔串联式二氧化碳捕集系统示意图;
图标:第一吸收塔1、工业废气冷却器2、第二吸收塔3、富液混合器4、富液泵5、贫富液换热器6、解吸塔7、热泵蒸发器8、第一冷剂压缩机9、热泵冷却器10、第一节流阀11、再沸器12、贫液泵13、贫液冷却器14、贫液分配器15、气液分离器16、第一液化压缩机17、第一液化冷却器18、第二液化压缩机19、第二液化冷却器20、制冷蒸发器21、第二冷剂压缩机22、制冷冷却器23、第二节流阀24、热泵系统25、液化压缩系统26、液化制冷系统27。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,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方式,都属于本发明保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,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方式,都属于本发明保护的范围。
实施例
结合图1所示,本实施例提供了一种双塔串联式二氧化碳捕集系统,包括捕集系统、热泵系统25、液化压缩系统26以及液化制冷系统27;所述捕集系统包括第一吸收塔1、第二吸收塔3、富液混合器4、富液泵5、贫富液换热器6、解吸塔7、再沸器12、贫液泵13、贫液冷却器14、贫液分配器15、气液分离器16;所述热泵系统25包括依次循环连接的热泵蒸发器8、第一冷剂压缩机9、热泵冷却器10以及第一节流阀11;
所述第一吸收塔1的下部入口与工业废气气源相连,所述第一吸收塔1顶部出口与所述第二吸收塔3的下部入口相连;所述第一吸收塔1和所述第二吸收塔3的底部出口与所述富液混合器4相连,所述富液混合器4依次连接所述富液泵5、所述贫富液换热器6、所述解吸塔7的上部入口、所述热泵蒸发器8、所述气液分离器16;所述气液分离器16的液体出口与所述解吸塔7的顶部入口连接,所述解吸塔7的一侧下部出口依次连接所述热泵冷却器10和所述再沸器12,进而连接所述解吸塔7的底部进口;所述解吸塔7的另一侧下部出口依次连接所述贫液泵13、所述贫富液换热器6、所述贫液冷却器14、所述贫液分配器15,进而连接所述第一吸收塔1和所述第二吸收塔3的上部进口连接;所述气液分离器16的气体出口依次连接所述液化压缩系统26和所述液化制冷系统27。
在本实施例中,所述第一吸收塔1和所述第二吸收塔3之间连接有工业废气冷却器2。所述所述第一吸收塔1和所述第二吸收塔3内自上而下进行贫液的喷淋。所述液化压缩系统26包括依次连接的第一液化压缩机17、第一液化冷却器18、第二液化压缩机19以及第二液化冷却器20。所述液化制冷系统27包括依次循环连接的制冷蒸发器21、第二冷剂压缩机22、制冷冷却器23、第二节流阀24;所述第二液化冷却器20通过所述制冷蒸发器21以输出液态二氧化碳。
具体地,脱硫工业废气由第一吸收塔1下部入口进入,自下而上与所述第一吸收塔1内自上而下喷淋的贫液吸收剂进行逆流接触发生化学反应,废气中的大部分CO2被吸收,余下废气从所述第一吸收塔1塔顶出口送入所述工业废气冷却器2中对废气进行降温,之后进入所述第二吸收塔3进行进一步的吸收,脱硫废气中的CO2被吸收后贫液变为富液,从所述第一吸收塔1进和所述第二吸收塔3的底部流出,在所述富液混合器4中混合,并由所述富液泵5输送到所述贫富液换热器6中,经过所述贫富液换热器6换热升温后的富液进入所述制冷冷却器23中进一步换热后,送入所述解吸塔7的上部,与所述解吸塔7底部自下而上由所述再沸器12产生的的蒸汽进行逆流接触,使富液中的CO2与吸收剂发生分离,带有蒸汽的CO2从所述解吸塔7的顶部出口流出,进入所述热泵蒸发器8进行冷却,进而在所述气液分离器16中分离气体和液体,分离后的冷却液体回流到所述解吸塔7的顶端;CO2与吸收剂分离后富液变为贫液,从所述解吸塔7下部流出,经所述贫液泵13输送到所述贫富液换热器6进行换热降温后,在经所述贫液冷却器14进一步降温后,由所述贫液分配器15进行贫液分配,送回所述第一吸收塔1和所述第二吸收塔3进行循环吸收。从所述气液分离器16中气相流出的高纯度CO2进入所述CO2的液化压缩系统26与CO2的液化制冷系统27进行液化后储存。采用吸收塔串联分级吸收,解吸塔7浅解吸方案,降低塔高与规模,在减少吸收塔的初始建设成本的同时,还能够降低系统的再生能耗,提高了捕集效率。
所述液化压缩系统包括依次连接的第一液化压缩机17、第一液化冷却器18、第二液化压缩机19以及第二液化冷却器20。所述液化制冷系统包括依次循环连接的制冷蒸发器21、第二冷剂压缩机22、制冷冷却器23、第二节流阀24;所述第二液化冷却器20通过所述制冷蒸发器21以输出液态二氧化碳。
优选地,在另一实施中,通过所述贫富液换热器6后的工业废气,再通过所述制冷冷却器23后进入所述解吸塔7的上部入口。富液在进入所述贫富液换热器6之后,再通入所述制冷冷却器23进行换热,节省所述液化制冷系统27冷却水用量的同时,提高进入所述解吸塔7的富液温度,系统各部件余热利用更加充分,耦合程度更高,降低系统再生能耗。
所述热泵系统25的循环工作原理:所述解吸塔7的塔顶的含CO2蒸汽进入所述热泵蒸发器8,将蒸汽热量传递给制冷工质,回收所述解吸塔7的余热,制冷工质在所述第一冷剂压缩机9的作用下变成高温高压的优质热量,进入所述热泵冷却器10放出热量,提供所述再沸器12部分所需能量,而由所述热泵冷却器10降温后的制冷工质进入所述第一节流阀11降压进入所述热泵蒸发器8完成换热循环。采用热泵系统25回收解吸塔7塔顶蒸汽余热,不但对余热加以利用,减少再沸器12能耗,还可以降低采出气态二氧化碳的温度,在液化工艺中减小能量消耗、有效提高液化比例,增加液化二氧化碳生产效率。
进一步地,在本实施例中采用撬装式集成,包括有底座,所述捕集系统、所述热泵系统25、所述液化压缩系统26以及所述液化制冷系统27均撬装于所述底座上。采用撬装式集成的方式,实现整体安装、移动,通过车辆运输,实现不同场合二氧化碳的捕集回收,可根据捕集工业废气量的需求,连接多组装置组合工作。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。
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”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设备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一个或者更多个该特征。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;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。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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (7)

1.一种双塔串联式二氧化碳捕集系统,其特征在于,包括捕集系统、热泵系统、液化压缩系统以及液化制冷系统;所述捕集系统包括第一吸收塔、第二吸收塔、富液混合器、富液泵、贫富液换热器、解吸塔、再沸器、贫液泵、贫液冷却器、贫液分配器、气液分离器;所述热泵系统包括依次循环连接的热泵蒸发器、第一冷剂压缩机、热泵冷却器以及第一节流阀;
所述第一吸收塔的下部入口与工业废气气源相连,顶部出口与所述第二吸收塔的下部入口相连;所述第一吸收塔和所述第二吸收塔的底部出口与所述富液混合器相连,所述富液混合器依次连接所述富液泵、所述贫富液换热器、所述解吸塔的上部入口、所述热泵蒸发器、所述气液分离器;所述气液分离器的液体出口与所述解吸塔的顶部入口连接,所述解吸塔的一侧下部出口依次连接所述热泵冷却器和所述再沸器,进而连接所述解吸塔的底部进口;所述解吸塔的另一侧下部出口依次连接所述贫液泵、所述贫富液换热器、所述贫液冷却器、所述贫液分配器,进而连接所述第一吸收塔和所述第二吸收塔的上部进口连接;所述气液分离器的气体出口依次连接所述液化压缩系统和所述液化制冷系统。
2.根据权利要求1所述的双塔串联式二氧化碳捕集系统,其特征在于,所述第一吸收塔和所述第二吸收塔之间连接有工业废气冷却器。
3.根据权利要求1所述的双塔串联式二氧化碳捕集系统,其特征在于,所述所述第一吸收塔和所述第二吸收塔内自上而下进行贫液的喷淋。
4.根据权利要求1所述的双塔串联式二氧化碳捕集系统,其特征在于,还包括有底座,所述捕集系统、所述热泵系统、所述液化压缩系统以及所述液化制冷系统均撬装于所述底座上。
5.根据权利要求1所述的双塔串联式二氧化碳捕集系统,其特征在于,所述液化压缩系统包括依次连接的第一液化压缩机、第一液化冷却器、第二液化压缩机以及第二液化冷却器。
6.根据权利要求5所述的双塔串联式二氧化碳捕集系统,其特征在于,所述液化制冷系统包括依次循环连接的制冷蒸发器、第二冷剂压缩机、制冷冷却器、第二节流阀;所述第二液化冷却器通过所述制冷蒸发器以输出液态二氧化碳。
7.根据权利要求6所述的双塔串联式二氧化碳捕集系统,其特征在于,通过所述贫富液换热器后的工业废气,再通过所述制冷冷却器后进入所述解吸塔的上部入口。
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