CN207533246U - 一种碳捕集系统再生气热量回收装置 - Google Patents

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汪世清
郭东方
牛红伟
刘练波
郜时旺
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Huaneng Clean Energy Research Institute
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Abstract

一种碳捕集系统再生气热量回收装置，包括再生塔，再生塔填料层上方与富液管道相连，再生塔填料层下方与再沸器连接，再生塔底部液体出口与贫液管道相连，再生塔顶部气体出口与余热回收器热侧入口相连，余热回收器热侧出口通过再生气冷却器与第一气液分离罐入口相连，第一气液分离罐顶部气体出口与CO2管道相连，第一气液分离罐底部液体出口经过减压阀与余热回收器冷侧入口相连，余热回收器冷侧出口与第二气液分离罐入口相连，第二气液分离罐底部液体出口经过冷凝回流泵与再生塔顶部相连，第二气液分离罐顶部气体出口经过压缩机与再生塔底部相连；本实用新型通过设置余热回收器热侧和冷侧的压力梯度，实现有效换热，投资成本低。

Description

一种碳捕集系统再生气热量回收装置
技术领域
本实用新型属于二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种碳捕集系统再生气热量回收装置。
背景技术
二氧化碳(CO2)是最主要的温室气体。工业生产(石油、电力、化工、水泥等)过程中向大气排放大量的二氧化碳气体，导致全球性的气候变化，威胁人类文明社会的可持续发展。烟气二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术被广泛认为是实现大规模温室气体减排、遏制气候变化的重要技术途径。采用有机胺作为二氧化碳吸收溶剂的化学吸收法是当前主流的烟气二氧化碳捕集技术，已开发百万吨级工业级示范装置。当前阻碍碳捕集技术大规模推广的主要原因之一是捕集运行成本，尤其是能耗成本过高。这主要是由于从富液中再生CO2时需要用到大量的蒸汽导致的。常规的CO2再生系统的工艺为：在吸收塔中吸收了CO2后的溶液(富液)由顶部进入再生塔，被再沸器加热至110～120℃，解吸出CO2气体，同时也伴有大量的水蒸气生成；解析后的贫液从再生塔底部流出，进入吸收塔进行下一个吸收循环；再生气从再生塔顶部流出，再生气温度为95～105℃，压力为150～200kPa；再生气主要由CO2、水蒸气和微量的杂质气体组成，其中水蒸气的量占到30～50％左右；再生气经过再生气冷却器，被冷却水冷却至35～40℃；冷却除水后的CO2气体从气液分离罐顶部排出，进入压缩液化系统；脱除下来的冷凝液从气液分离罐底部流出，通过冷凝回流泵从再生塔塔顶注入，保持系统水平衡，同时也达到冷却塔顶再生气的作用。
再生塔解吸的热量的通过再沸器提供的，在再沸器中，再生塔中的溶液被取自电厂的蒸汽加热，蒸汽冷凝成水后重新回到电厂汽-水循环系统。对于质量分数为30％的MEA吸收溶液，解吸出1吨CO2,约消耗2吨蒸汽，再生热耗约为3.8～4.2GJ/tCO2，再生蒸汽成本占到总捕集成本的60％～70％。
而另外一方面，碳捕集系统运行过程被冷却水带走的余热很多，碳捕集系统的冷却负荷主要包括三个部分：再生气冷却、贫液冷却和洗涤液冷却，三部分冷却负荷各占约1/3。其中，再生气的温度较高、且含有大量水蒸气，具有较高的余热回收利用价值。对于这部分余热的回收，通常采用热泵系统进行回收利用，但热泵系统比较复杂，投资成本较高。因此，寻求一种简单易于实施的再生气热量回收结构，降低电厂烟气碳捕集的热耗成本，是十分有意义的。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种碳捕集系统再生气热量回收装置，投资成本低。
为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
一种碳捕集系统再生气热量回收装置，包括再生塔1，再生塔1填料层上方与富液管道相连，再生塔1填料层下方与再沸器2冷侧入口相连，再沸器2冷侧出口与再生塔1底部相连，再沸器2热侧入口与蒸汽管道相连，再沸器2热侧出口与冷凝水管道相连，再生塔1底部液体出口与贫液管道相连，再生塔1顶部气体出口与余热回收器3热侧入口相连，余热回收器3热侧出口与再生气冷却器4入口相连，再生气冷却器4出口与第一气液分离罐5入口相连，第一气液分离罐5顶部气体出口与CO2管道相连，第一气液分离罐5底部液体出口与减压阀6入口相连，减压阀6出口与余热回收器3冷侧入口相连，余热回收器3冷侧出口与第二气液分离罐7入口相连，第二气液分离罐7底部液体出口与冷凝回流泵8入口相连，冷凝回流泵8出口与再生塔1顶部相连，第二气液分离罐7顶部气体出口与压缩机9入口相连，压缩机9出口与再生塔1底部相连。
一种碳捕集系统再生气热量回收装置的回收工艺，包括以下步骤：
吸收CO2后的富液由顶部进入再生塔1，流经填料层，进入再沸器2中被来自电厂的蒸汽加热至110～120℃，解吸出CO2气体，同时也伴有大量的水蒸气生成；解析后的贫液从再生塔1底部流出，进入吸收塔进行下一个吸收循环；从再生塔1顶部排出的150～200kPa、95～105℃的再生气进入余热回收器3，与来自减压阀6的50～80kPa、35～40℃冷凝水进行换热，然后进入再生气冷却器4进一步冷却至35～40℃，冷却后的再生气经过第一气液分离罐5分离出冷凝液，CO2产品气由第一气液分离罐5顶部排出，进入到压缩液化系统，冷凝液由第一气液分离罐5底部排出，经过减压阀6减压至50～80kPa，然后进入余热回收器3冷侧，被热侧再生气加热后，进入第二气液分离罐7，第二气液分离罐7顶部排出的蒸汽经压缩机9压缩至150～200kPa，从再生塔1底部压入再生塔1；第二气液分离罐7底部排出的冷凝液经过冷凝回流泵8增压后从再生塔1顶部进入再生塔。
在所述的余热回收器3中，冷侧冷凝水被热侧再生气加热至80～90℃，80％以上的冷凝水变成蒸汽；热侧再生气被冷却至60～70℃，80％以上的水蒸气冷凝成液体。
本实用新型得有益效果为：
本实用新型基于水在不同压力下对应不同的饱和蒸发温度这一基本原理，通过余热回收器3，利用再生气(95～105℃，150～200kPa)将冷凝回流液在低压下加热成蒸汽(50～80kPa，80～90℃)，然后通过压缩机9压入再生塔1底部进行利用；通过设置余热回收器3热侧和冷侧的压力梯度，使得热侧蒸汽冷凝和冷侧水的蒸发在不同的饱和温度下进行，形成换热所需的温度差，实现有效换热，具有以下优点：
1)本实用新型由减压阀6、余热回收器3、第一气液分离罐5、第二气液分离罐7和压缩机9组成，比传统的热泵余热回收系统简单可靠，投资成本低。
2)本实用新型可实现回收利用80％以上再生气所含蒸汽潜热，同时降低再生气冷却器80％以上的冷却负荷。
3)通过本实用新型能将系统再生蒸汽热耗降低30％左右，系统冷却负荷也降低30％左右。
4)本实用新型与现有技术相比相比，增加了1台压缩机9，电耗约增加10～15kWh/tCO2，但综合考虑蒸汽和用电成本，捕集能耗成本总体降低20％以上。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型进行进一步详细说明，本领域技术人员了解，下述内容不是对本实用新型保护范围的限制，任何在本实用新型基础上做出的改进和变化，都在本实用新型的保护范围之内。
参照图1，一种碳捕集系统再生气热量回收装置，包括再生塔1，再生塔1填料层上方与富液管道相连，再生塔1填料层下方与再沸器2冷侧入口相连，再沸器2冷侧出口与再生塔1底部相连，再沸器2热侧入口与蒸汽管道相连，再沸器2热侧出口与冷凝水管道相连，再生塔1底部液体出口与贫液管道相连，再生塔1顶部气体出口与余热回收器3热侧入口相连，余热回收器3热侧出口与再生气冷却器4入口相连，再生气冷却器4出口与第一气液分离罐5入口相连，第一气液分离罐5顶部气体出口与CO2管道相连，第一气液分离罐5底部液体出口与减压阀6入口相连，减压阀6出口与余热回收器3冷侧入口相连，余热回收器3冷侧出口与第二气液分离罐7入口相连，第二气液分离罐7底部液体出口与冷凝回流泵8入口相连，冷凝回流泵8出口与再生塔1顶部相连，第二气液分离罐7顶部气体出口与压缩机9入口相连，压缩机9出口与再生塔1底部相连。
参照图1，一种碳捕集系统再生气热量回收装置的回收工艺，包括以下步骤：
吸收CO2后的富液由顶部进入再生塔1，流经填料层，进入再沸器2中被来自电厂的蒸汽加热至110～120℃，解吸出CO2气体，同时也伴有大量的水蒸气生成；解析后的贫液从再生塔1底部流出，进入吸收塔进行下一个吸收循环；从再生塔1顶部排出的150～200kPa、95～105℃的再生气进入余热回收器3，与来自减压阀6的50～80kPa、35～40℃冷凝水进行换热，然后进入再生气冷却器4进一步冷却至35～40℃，冷却后的再生气经过第一气液分离罐5分离出冷凝液，CO2产品气由第一气液分离罐5顶部排出，进入到压缩液化系统，冷凝液由第一气液分离罐5底部排出，经过减压阀6减压至50～80kPa，然后进入余热回收器3冷侧，被热侧再生气加热后，进入第二气液分离罐7，第二气液分离罐7顶部排出的蒸汽经压缩机9压缩至150～200kPa，从再生塔1底部压入再生塔1；第二气液分离罐7底部排出的冷凝液经过冷凝回流泵8增压后从再生塔1顶部进入再生塔。
在所述的余热回收器3中，冷侧冷凝水被热侧再生气加热至80～90℃，80％以上的冷凝水变成蒸汽；热侧再生气被冷却至60～70℃，80％以上的水蒸气冷凝成液体。

Claims (1)

1.一种碳捕集系统再生气热量回收装置，包括再生塔(1)，再生塔(1)填料层上方与富液管道相连，再生塔(1)填料层下方与再沸器(2)冷侧入口相连，再沸器(2)冷侧出口与再生塔(1)底部相连，再沸器(2)热侧入口与蒸汽管道相连，再沸器(2)热侧出口与冷凝水管道相连，再生塔(1)底部液体出口与贫液管道相连，其特征在于：再生塔(1)顶部气体出口与余热回收器(3)热侧入口相连，余热回收器(3)热侧出口与再生气冷却器(4)入口相连，再生气冷却器(4)出口与第一气液分离罐(5)入口相连，第一气液分离罐(5)顶部气体出口与CO2管道相连，第一气液分离罐(5)底部液体出口与减压阀(6)入口相连，减压阀(6)出口与余热回收器(3)冷侧入口相连，余热回收器(3)冷侧出口与第二气液分离罐(7)入口相连，第二气液分离罐(7)底部液体出口与冷凝回流泵(8)入口相连，冷凝回流泵(8)出口与再生塔(1)顶部相连，第二气液分离罐(7)顶部气体出口与压缩机(9)入口相连，压缩机(9)出口与再生塔(1)底部相连。
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