CN205783960U - 一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置 - Google Patents

Abstract

根据本实用新型提供的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，用于结合回收经除尘脱硫后的烟气中的二氧化碳,其特征在于，包括：吸收式制冷部，用于给烟气初步降温得到较低温烟气,并能通过冷凝节流后蒸发换热得到低温液体和循环再用于吸收式制冷的制冷蒸汽；干燥冷却增压部；水合反应部，用于进行水合反应；以及水合物分离部，用于引入水合物浆后进行分离，得到分离水和二氧化碳化合物后，分离水由排水口排出，其中，低温液体从冷却盘管的入口进入后从其出口流出内腔，用于冷却烟气，水合反应部的进水管用于将外部供水引入内腔而与低温烟气接触发生水合反应，其进气管与排气管均设置有阀门，用于调节内腔的压力。

Description

一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，属于制冷工程及化学工程技术领域。

背景技术

能源是社会发展的重要物质基础。当前我国能源问题日益严峻，主要体现在能源利用效率低、经济效益差及能源消费迅速增长、生态环境压力明显等方面。我国现有电站中还是以火力发电为主，在火电厂的运行中，煤炭燃烧会产生大量的烟气，如果不对其加以回收利用，既污染了环境也浪费了大量的热能。

为了节约资源，实现社会经济的可持续发展，在国家大力倡导“节能减排”能源利用政策的大环境下，对烟气中的二氧化碳和余热进行回收利用就成为了大势所趋。现有的回收装置基本上都只对烟气中的二氧化碳气体(某种单一气体成分)进行回收或是只对烟气余热进行回收利用，而且这些回收装置还存在着换热效率低、系统能耗大、结构复杂、成本高等问题，不能真正意义上实现对烟气中的二氧化碳和余热进行综合利用。

中国专利(公开号CN103446848A)公开了一种二氧化碳回收系统，该系统通过反复在吸收塔中吸收二氧化碳和在再生塔中释放二氧化碳而分离和回收废气中的二氧化碳。但是该系统存在能耗高，蒸汽消耗量大等问题，因此回收二氧化碳的成本势必会提高。

中国专利(公开号CN204337980U)公开了一种二氧化碳回收装置，该装置将热泵系统与二氧化碳捕集系统相结合，使蒸汽冷凝液的低品位热量得到了高效利用，并能降低低压蒸汽的需求量，降低整个系统的能耗。但是由于该装置还是基于传统的化学吸收法，需要配置两个吸收塔和两台热泵机组，从而使该装置的结构变得复杂。

中国专利(公开号CN102705862A)公开了一种火电机组锅炉烟气余热利用的方法及其装置，该方法是将烟气分流成两部分，一部分烟气对送入锅炉的空气进行预热，另一部分烟气对高压给水进行加热，然后再将加热后的高压给水直接送入锅炉。该方法虽然提高了烟气整体的利用率，从整体上降低了火电机组的能耗，但是只对烟气余热进行回收，而且系统结构也比较复杂。

因此，在这种情况下开发一种既能回收烟气中二氧化碳气体，同时又能对烟气余热进行利用的装置，具有提高能源利用率、节约能源的重要意义。

实用新型内容

本实用新型是为解决上述问题而提出的，目的在于结合吸收式制冷循环，提供一种不仅可以对烟气中的二氧化碳气体进行有效回收，同时也能对烟气余热进行有效利用的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，本实用新型采用了以下技术方案：

一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，采用制冷工质对吸收式制冷与水合反应结合,用于回收经除尘脱硫后的烟气中的二氧化碳,其特征在于，其特征在于，包括：吸收式制冷部，用于给烟气初步降温得到较低温烟气,并能通过冷凝节流后蒸发换热得到低温液体和循环再用于吸收式制冷的制冷蒸汽；干燥冷却增压部，用于将从发生器排出的较低温烟气进行干燥、增压以及冷却而得到一定压力和温度的低温烟气；水合反应部，用于进行水合反应，具有内腔和设置在内腔外部的进气管、排气管、进水管、排浆管，进气管用于将低温烟气引入内腔，排气管，设置于内腔的顶部，用于将未参与水合反应的烟气排出内腔，排浆管用于排出水合反应得到的水合物浆；以及水合物分离部，具有进水口和排水口，进水口与排浆管连接，水合分离部用于引入水合物浆后进行分离，得到分离水和二氧化碳水合物后由排水口排出，其中，低温液体从冷却盘管的入口进入后从其出口流出内腔，用于冷却烟气，进水管用于将外部供水引入内腔而与低温烟气接触发生水合反应，进气管与排气管均设置有阀门，用于调节内腔的压力。

本实用新型提供的一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，制冷部包括顺序连接的吸收器、溶液泵、溶液换热器、发生器、冷凝器、节流构件、蒸发器，发生器具有冷剂蒸汽出口、制冷工质对溶液出口和设置在其内部的换热盘管，发生器中的换热盘管的入口从烟气管道引入烟气，蒸发器内部具有蒸发管，吸收器的入口、溶液泵、溶液换热器、制冷工质对溶液出口首尾连接，形成用于制冷工质对溶液的循环管路，冷剂蒸汽出口、冷凝器、节流构件以及蒸发器通过管道顺序连接，蒸发器再连接到吸收器上，形成用于制冷剂循环的循环管路，蒸发管的入口与冷却盘管的出口端连接，蒸发管的出口与冷却盘管的入口端连接。

本实用新型提供的一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，干燥冷却增压部包括干燥器、气体增压泵、水冷却器，干燥器的入口与换热盘管的出口连接，干燥器出口、气体增压泵、水冷却器顺次连接，水冷却器的出口与进气管连接。

本实用新型提供的一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，冷却盘管的上端为出口，其下端为入口。

本实用新型提供的一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中,内腔的底部内侧设置有孔板构件，进气管与内腔的底部连通。

本实用新型提供的一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，进水管设置于水合反应部的顶部，进水管进入内腔的一端设置有喷头。

本实用新型提供的一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，排水口与水合反应部通过排水管道连接，用于将分离水引入内腔与低温烟气接触进行水合反应，进水管或排浆管上设置有循环泵。

本实用新型提供的一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，分离水和外部供水汇合后通过进水管进入内腔。

本实用新型提供的一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，采用以氨为制冷剂的氨-硫氰酸钠制冷工质对。

本实用新型提供的一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，还可以具有这样的特征：其中，水合反应的温度为1-5℃，反应压力为2-3MPa。

实用新型作用与效果

根据本实用新型提供的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，由于采用吸收式制冷与水合反应结合的方式，在回收二氧化碳的同时也对烟气余热进行了利用，在结构简单成本投入少的前提下，就能获得较大的回收效率，整体上减少了系统的综合能耗，大大降低了回收成本。

附图说明

图1是本发明的实施例中基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例

以下结合附图来说明本实用新型的实施例的具体实施方式。

图1是本发明的实施例中基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置的结构示意图。

如图1所示，基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置10包括吸收式制冷部11、干燥冷却增压12、水合反应部13以及水合物分离部14。

吸收式制冷部11包括吸收器15、溶液泵16、溶液换热器17、发生器18、冷凝器19、节流构件20，蒸发器21。吸收制冷部11通过吸收式制冷对烟气降温，并且得到低温低压冷媒后蒸发得到循环再用的制冷蒸汽。实施中，制冷剂可以为水或氨，本实施例中以氨为制冷剂，制冷工质对采用氨-硫氰酸钠，以氨为制冷剂，硫氰酸钠为吸收剂。

吸收器15用于容纳氨-硫氰酸钠溶液。

溶液泵16的入口与吸收器连接，用于将吸收器15中的制冷工质对溶液泵送出去。

溶液换热器17为间壁式。

发生器18具有冷剂蒸汽出口23和制冷工质对溶液出口24，分别用于输出冷剂蒸汽和制冷工质对，发生器18中还设置有换热盘管25，换热盘管25的入口与外部烟气管道26连接，作为外部经除尘脱硫后需要处理的烟气的入口。

节流构件20用于对从冷凝器19出来的低温冷媒进行降压降温得到低温低压冷媒，本实施例中采用节流阀。

蒸发器21内设置有蒸发管22，蒸发管22内有液体，用于与低温低压冷媒进行换热得到低温液体。本实施例中，蒸发管22中的液体采用盐水，换热后得到低温盐水。

吸收器15的入口、溶液泵16、溶液换热器17、发生器18的制冷工质对溶液出口24首尾连接，形成制冷工质对溶液的循环管路，循环过程中，从吸收器15出来的制冷工质对的溶液与从发生器18的制冷工质对溶液出口24出来的制冷工质对的溶液在溶液换热器17处发生换热，使得进入发生器18的制冷工质对溶液的温度较高。

发生器18的冷剂蒸汽出口23、冷凝器19、节流构件20以及蒸发器21通过管道顺序连接，蒸发器21再连接到吸收器15上，形成从吸收器15到溶液泵16到溶液换热器17到发生器18再到冷凝器19到节流构件20到蒸发器21再到吸收器15的循环管路，作为制冷剂的循环管路，本实施例中为氨的循环。

干燥冷却增压部12包括干燥器27、气体增压泵28以及水冷却器29。

干燥器27采用间壁式，其入口与发生器18的换热盘管25的出口连接，用于引入从换热盘管25的入口进来的烟气进行干燥。

增压泵28用于将进入水合反应部13前的烟气进行增压。

水冷却器29采用间壁式。

干燥器27的出口、气体增压泵28、水冷却器29的入口顺次连接。

水合反应部13，用于进行水合反应，本实施例中采用反应釜进行。水合反应部13具有内腔30和设置在内腔30外部的进气管31、排气管32、进水管33、排浆管34，以及设置在内腔30内的冷却盘管35。

内腔30的底部设置有孔板构件36，孔板构件36的小孔均匀分布。本实施例中，为了控制水合反应的压力，在内腔30外还可以设置压力表供查看内腔30的压力，也可以设置压力传感器感应内腔30的压力，通过压力表显示的压力，可以人为调控内腔30的压力，也可以通过压力传感器与电控配好，电动自动调控内腔30的压力。

进气管31上设置有阀门37，进气管31的一端与水冷却器29的出口连接，另一端与内腔30的底部联通。

排气管32，排气管32设置于内腔30的顶部，其上设置有阀门38。

进水管33，设置于内腔30的顶部，进水管33进入内腔30的一端设置有喷头39，进水管33与外部供水的供水箱40连接。

排浆管34设置于内腔30的下部，用于排出水合反应得到的水合物浆。

冷却盘管35的出口41在上端，其入口42在下端，其出口41与蒸发器中的蒸发管22的出口连接，其入口42与蒸发管22的入口连接。

水合物分离部14，包括水合分离器43，本实施例中，采用过滤式水合分离器。水合分离器43上具有进水口44和排水口45，进水口44与排浆管34连接，排水口45通过管道连接到供水箱40上，与供水箱40中的外部供水汇合后，通过进水管33在循环泵46作用下，给水合反应部13的内腔30提供水合反应用水。本实施例中，循环泵46设置在进水管33上，实际应用中，循环泵46也可以设置在排浆管34上。

经除尘脱硫后的烟气中二氧化碳回收过程：

首先，吸收器15中装有的氨-硫氰酸钠制冷工质对的溶液，此时的溶液中硫氰酸钠浓度相对较低，为稀溶液，该稀溶液在溶液泵16作用下经溶液换热器17后输送到发生器18中，同时，发生器18内的换热盘管25通过烟气管道26引入烟气，这样，从吸收器15中引入到发生器18中的稀溶液被烟气加热升温；

然后，一方面，发生器18中的稀溶液中的氨大部分变成冷剂蒸汽，即氨蒸气，从冷剂蒸汽出口23输出，剩下的变成了浓溶液，从制冷工质对溶液出口24来到溶液换热器17，在溶液换热器17处，该浓溶液与在溶液泵16下从吸收器15泵送到过来的稀溶液进行换热，将稀溶液升温，使得进入发生器18的稀溶液温度较高，而换热后的浓溶液回到吸收器15中，如此循环，完成了制冷工质对溶液的循环；

另一方面，从发生器18的冷剂蒸汽出口23输出的氨蒸气，经冷凝器19冷凝后再经节流构件20节流后，变成低温低压冷媒，即液氨，该低温低压液氨进入蒸发器21，在蒸发器21作用下，低温低压液氨蒸发吸热再变成冷剂蒸汽，也即氨蒸气被吸收器15中的硫氰酸钠吸收回到吸收器，此时溶液中的硫氰酸钠浓度相对较低，为稀溶液，稀溶液在溶液泵16作用下经溶液换热器17后输送回到发生器18中，如此循环，完成了整个制冷循环；

最后，水合反应部13的进水管33将外部供水箱内的水引入水合反应部13的内腔32内通过喷头39喷出，同时被降温后的烟气从发生器18的换热盘管23中输出经干燥管25干燥，经增压泵26增压到2-3MPa，再经水冷却器27冷却使烟气温度进一步降低，从水合反应部13的内腔30的底部经底部的孔板构件37上均匀分布的小孔均匀进入内腔30内，与喷头39喷出的外部供水接触，而当低温低压冷媒蒸发的同时，将蒸发器的蒸发管22中的盐水降温得到低于0℃低温盐水，该低温盐水从蒸发管22的出口流入冷却盘管35的入口42，再从冷却盘管35的出口41流回蒸发管22的入口，一直循环保证一直被低温低压冷媒蒸发吸热降温，而低温盐水向冷却盘管22的出口流动过程中，通过吸热给水合反应部13的内腔30降温，提供了水合反应需要的温度条件，然后二氧化碳与水在温度1-5℃下，压力2-3MPa下产生水合反应得到二氧化碳水合物浆，在此过程中，冷却盘管35内流动的低温盐水也带走了水合反应过程中所产生的热量。

在水合反应过程中，二氧化碳水合反应中产生的二氧化碳水合物浆从排浆管34排出到水合物分离部14的水合分离器43中，通过过滤进行水合分离，得到二氧化碳水合物和分离水，分离水通过水合分离部物14的排水口45进入水箱，外部供水汇合后，在循环泵46作用下，汇合后的水流出从水合反应部13的进水管33端头的喷头39喷出，一起参与二氧化碳水合反应。在此过程中，水合物分离部14分离出的分离水在循环泵46作用下循环输入参与水合反应。

在水合反应中，未参与二氧化碳水合物反应的烟气从排气管32排出。

另外，在水合反应过程中，可以通过水合反应部13的内腔30上的压力监控或压力感应器，手动或自动控制调节进气管31和排气管32上的阀门37、阀门38来控制水合反应部13的内腔30内的压力，以保证水合反应需要的压力。

实施例的作用与效果

根据本实施例提供的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，由于采用吸收式制冷与水合反应结合的方式，在回收二氧化碳的同时也对烟气余热进行了利用，在结构简单的模式下，就能获得较大的回收效率，整体上减少了系统的综合能耗，大大降低了回收成本；

又由于吸收式制冷以氨为制冷剂，通过蒸发器吸热制冷后得到的低温盐水降温到零度以下，使得不需要额外的降温机制，能够为水合反应提供反应温度条件，进一步精简了结构；

又由于水合反应部的内腔底部具有孔板构件，进入水合反应部的烟气通过底部进入后经孔板被均匀分散开来，从而使得水合反应更均匀和充分；

又由于在水合反应部的内腔顶部进水管的端头设置有喷头，可以有效增加水合反应中烟气与反应水的接触面积，从而加快水合物的生成速率；

最后，还由于水合分离部分离水合物浆得到的分离水再次循环参与水合反应，进一步地使得资源得到了极大的利用。

尽管上面对本实用新型说明书的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

Claims (10)

1.一种基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，采用制冷工质对吸收式制冷与水合反应，用于结合回收经除尘脱硫后的烟气中的二氧化碳,其特征在于，包括：

吸收式制冷部，用于给所述烟气初步降温得到较低温烟气,并能通过冷凝节流后蒸发换热得到低温液体和循环再用于所述吸收式制冷的制冷蒸汽；

干燥冷却增压部，用于将从所述发生器排出的较低温烟气进行干燥、增压以及冷却而得到一定压力和温度的低温烟气；

水合反应部，用于进行所述水合反应，具有内腔，设置在所述内腔外部的进气管、排气管、进水管、排浆管，以及设置在所述内腔的冷却盘管,

所述进气管用于将所述低温烟气引入所述内腔，

所述排气管，设置于所述内腔的顶部，用于将未参与所述水合反应的烟气排出所述内腔，

所述排浆管用于排出所述水合反应得到的水合物浆；以及

水合物分离部，具有进水口和排水口，所述进水口与所述排浆管 连接，

所述水合分离部用于引入所述水合物浆后进行分离，得到分离水和二氧化碳化合物后，所述分离水由所述排水口排出，

其中，所述低温液体从所述冷却盘管的入口进入后从其出口流出所述内腔，用于冷却所述烟气，

所述进水管用于将外部供水引入所述内腔而与所述低温烟气接触发生所述水合反应，

所述进气管与所述排气管均设置有阀门，用于调节所述内腔的压力。

2.如权利要求1所述的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

所述制冷部包括顺序连接的吸收器、溶液泵、溶液换热器、发生器、冷凝器、节流构件、蒸发器，

所述发生器具有冷剂蒸汽出口、制冷工质对溶液出口和设置在其内部的换热盘管，

所述发生器中的换热盘管的入口从烟气管道引入所述烟气，

所述蒸发器内部具有蒸发管，

所述吸收器的入口、所述溶液泵、所述溶液换热器、所述制冷工质对溶液出口首尾连接，形成用于制冷工质对溶液的循环管路，

所述冷剂蒸汽出口、所述冷凝器、所述节流构件以及所述蒸发器通过管道顺序连接，所述蒸发器再连接到吸收器上，形成用于制冷剂循环的循环管路，

所述蒸发管的入口与所述冷却盘管的出口端连接，所述蒸发管的出口与所述冷却盘管的入口端连接。

3.如权利要求2所述的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中，所述干燥冷却增压部包括干燥器、气体增压泵、水冷却器，

所述干燥器的入口与所述换热盘管的出口连接，所述干燥器出口、气体增压泵、水冷却器顺次连接，

所述水冷却器的出口与所述进气管连接。

4.如权利要求2所述的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中，所述冷却盘管的上端为出口，其下端为入口。

5.如权利要求1所述的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中,所述内腔的底部内侧设置有孔板构件，所述进气管与所述内腔的底部连通。

6.如权利要求1所述的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中，所述进水管设置于所述水合反应部的顶部，所述进水管进入所述内腔的一端设置有喷头。

7.如权利要求1所述的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装 置，其特征在于：

其中，所述排水口与所述水合反应部通过排水管道连接，用于将所述分离水引入所述内腔与所述低温烟气接触进行所述水合反应，

所述进水管或所述排浆管上设置有循环泵。

8.如权利要求6或7所述的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中，所述分离水和所述外部供水汇合后通过所述进水管进入所述内腔。

9.如权利要求1所述的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中，采用以氨为制冷剂的氨-硫氰酸钠制冷工质对。

10.如权利要求1所述的基于吸收式制冷循环的二氧化碳回收装置，其特征在于：

其中，所述水合反应的温度为1-5℃，反应压力为2-3MPa。