CN212492369U - 多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置，包括：气体发生器、吸收供液系统、吸收塔、水洗塔和数据采集控制系统；所述气体发生器通过气道接入吸收塔下部气体进口，吸收供液系统通过管道接入吸收塔底部，吸收塔出口气道连接水洗塔。本实用新型的有益效果是：本实用新型采用二氧化碳气瓶、空压机、气体混合器等作为配气系统，设置气体质量流量计，实现系统精确配气；采用规整填料塔、散堆填料塔、喷淋塔多种吸收塔与多种填料类型相结合的方式实现多工况多形式吸收；储液系统与回液系统既能连通也能隔离；采用吸收塔除雾装置与综合洗气塔结合，使吸收液最大程度循环利用；确保系统安全和可靠。

Description

多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置

技术领域

本实用新型涉及二氧化碳捕集、吸收剂试验和环境保护领域，尤其涉及一种多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置。

背景技术

碳减排逐渐成为国内外关注的重点，作为碳排放大户，火力发电企业减排工作势在必行。目前二氧化碳减排的主要方法包括物理吸附法、化学吸收法、膜扩散分离、水合物法分离等。化学吸收法单位碳减排(含设备投资及运行)成本最低，规模化应用较多，是当前最有前景的技术。化学吸收法的关键为吸收剂的开发、吸收效率检测及系统运行参数的优化。目前国内外研究中使用的吸收试验装置普遍为单一、小型装置，运行工况只能在小范围内调节，导致吸收方式、运行工况测试较为局限，测试效率较低。

为了提高二氧化碳吸收剂开发效率，测试不同工况下吸收剂效果，开发者往往针对不同吸收方式、运行工况设计多套实验装置，设备采购成本大幅提升的同时，也增加了运行维护费用和人力成本。此外不同装置之间系统误差难以消除，对吸收剂性能评估造成一定影响。目前，能满足二氧化碳多种吸收方式及运行工况的试验装置尚未见报道，因此提出一种多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置。

这种多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置，包括：气体发生器、吸收供液系统、吸收塔、水洗塔和数据采集控制系统；所述气体发生器通过气道接入吸收塔下部气体进口，吸收供液系统通过管道接入吸收塔底部，吸收塔出口气道连接水洗塔。

作为优选，所述气体发生器包括CO₂气瓶、空压机、气体管道混合器和气体质量流量计，多个CO₂气瓶一同接入气体管道混合器入口气道，CO₂气瓶和气体管道混合器之间的气道上设有气体质量流量计；空压机出口气道接入气体管道混合器入口气道，空压机出口气道上接有气体流量计(GFT)，气体流量计(GFT)和气体管道混合器之间的气道上还设有逆止阀；气体管道混合器出口气道上设有气体流量计(GFT)、逆止阀、温度传感器(TT)、压力传感器(PT)和二氧化碳气体分析仪(AI)；气体管道混合器出口气道分为三路，分别接入散堆填料塔、规整填料塔和多层喷淋塔的下部气体进口。

作为优选，所述吸收供液系统包括储液罐、回液储罐、填料塔吸收液循环泵、液体流量计(LFT)、液位传感器(LT)和吸收液配制系统，所述吸收液配制系统包括碱液配制箱和吸收液补充泵；碱液配制箱上部设置进水口，出口设置吸收液补充泵；碱液配制箱出口管道接入吸收液补充泵入口管道；吸收液补充泵出口管道接入储液罐上部入水口，吸收液补充泵和储液罐之间的管道上还设有逆止阀；回液储罐出水口前设有滤网，回液储罐出水口通过泵接入储液罐上部入水口，泵和储液罐之间的管道上设有逆止阀；回液储罐入水口通过管道分别接入散堆填料塔、规整填料塔和多层喷淋塔底部，回液储罐入水口至散堆填料塔、规整填料塔和多层喷淋塔底部的管道上均设有两个逆止阀和一个温度传感器(TT)；回液储罐内还设有液位传感器(LT)和pH计；储液罐出水口前设有滤网，储液罐出水口分为多路管道分别接入多层喷淋塔的各个喷淋层，每路管道上均设有喷淋塔吸收液循环泵、逆止阀、液体流量计(LFT)和温度传感器(TT)；储液罐出水口接入填料塔吸收液循环泵入口管道，吸收液循环泵出口设有逆止阀，吸收液循环泵出口管道分为两路分别接入散堆填料塔和规整填料塔顶部入水口，填料塔吸收液循环泵出口至散堆填料塔和规整填料塔顶部入水口的管道上均设有液体流量计(LFT)和温度传感器(TT)，储液罐内部还设有液位传感器(LT)和pH计。

作为优选，所述吸收塔包括散堆填料塔、规整填料塔和多层喷淋塔，散堆填料塔和规整填料塔内部从塔顶部至塔底部均依次设有除雾器冲洗喷淋层、除雾器、填料塔吸收液喷淋层和多个填料层；各个填料层之间设有温度传感器(TT)、压力传感器(PT)和气液取样口；多层喷淋塔内设有多个喷淋塔吸收液喷淋层。

作为优选，所述水洗塔设置于吸收塔出口，散堆填料塔、规整填料塔和多层喷淋塔的顶部出口气道均接有逆止阀，然后接入水洗塔底部，水洗塔入口和吸收塔之间的气道上还设有温度传感器(TT)、压力传感器(PT)和二氧化碳气体分析仪(AI)；水洗塔底部出水管道接入水洗塔储水罐入口管道，水洗塔底部出水管道上还设有逆止阀；水洗塔储水罐出口管道通过水洗塔循环泵接入水洗塔顶部入水口，水洗塔循环泵后的管道上还设有逆止阀；水洗塔的顶部气道上设有温度传感器(TT)、压力传感器(PT)、二氧化碳气体分析仪(AI)和气体流量计(GFT)。

作为优选，所述储液罐、回液储罐为卧式罐或立式罐，包括圆柱罐、方罐、球形罐和漏斗形罐，容积为50～500L；储液罐、回液储罐的标准高度低于吸收塔的回液管；储液罐吸收液和回液储罐吸收液在入泵前设置5～10微米滤网。

作为优选，散堆填料塔、规整填料塔和多层喷淋塔内均设置布气和布水装置；填料塔内填料塔吸收液循环泵的吸收液循环量为0～100L/h；散堆填料塔和规整填料塔均采用多级安装方式；填料塔底部设有气体进口，气体进口设有气体温度测点；散堆填料塔和规整填料塔材质为有机玻璃或不锈钢，内径为40～100mm，有2～6层填料层，每层填料有效高度为200～1000mm；规整填料塔填料层的规整填料采用波纹板形式，材质为不锈钢、有机玻璃、工程塑料、玻璃和陶瓷；散堆填料塔填料层的散堆填料采用拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍形填料，填料材质包括不锈钢、有机玻璃、工程塑料、玻璃和陶瓷；多层喷淋塔材质为有机玻璃或不锈钢，内径为40～100mm，有2～6个喷淋层；每个喷淋层采用喷淋塔吸收液循环泵供液，每个喷淋塔吸收液循环泵的吸收液循环量为0～100L/h。

本实用新型的有益效果是：多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置采用二氧化碳气瓶、空压机、气体混合器等作为配气系统，设置气体质量流量计，实现系统精确配气；采用规整填料塔、散堆填料塔、喷淋塔多种吸收塔与多种填料类型相结合的方式实现多工况多形式吸收；储液系统与回液系统既能连通也能隔离；采用吸收塔除雾装置与综合洗气塔结合，使吸收液最大程度循环利用，排气实现绿色洁净排放；采用多点位数据采集、可视化、报警、联锁保护确保系统安全、可靠、自动化运行。

附图说明

图1为多方式火电厂烟气二氧化碳吸收试验装置示意图；

图2为填料塔及喷淋塔结构示意图。

附图标记说明：CO₂气瓶1、空压机2、气体管道混合器3、散堆填料塔4、规整填料塔5、多层喷淋塔6、储液罐7、回液储罐8、水洗塔9、喷淋塔吸收液循环泵10、碱液配制箱11、填料塔吸收液循环泵12、气体质量流量计13、温度传感器14、气体流量计15、液体流量计16、液位传感器17、pH计18、水洗塔循环泵19、水洗塔储水罐20、滤网21、除雾器冲洗喷淋层22、除雾器23、填料塔吸收液喷淋层24、填料层25、气液取样口26、喷淋塔吸收液喷淋层27、压力传感器28、吸收液补充泵29、换热器30。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

开始实验前打开水洗塔建立水洗环境，选择试验吸收塔，打开水洗塔进出口管路温度传感器、压力传感器，二氧化碳气体分析仪，打开水洗塔出口设气体流量计，确保气体质量流量计具有0.5％测量精度，耐腐蚀。

填料塔在碱液配制箱配置浓度2mol/L的吸收液，并通过吸收液补充泵输送至储液罐。

碱液配制箱体积为60L，设机械搅拌装置，转速在60～100rpm范围内连续可调，箱体上部设置进水口，出口设置吸收液补充泵，该泵流量范围为60～100L/h。

选择散堆填料塔作为试验塔，打开散堆填料塔进出口阀门，打开传感器、压力传感器、储液罐及回液储罐(循环运行)液体流量计、pH计、液体流量计，打开吸收液循环泵，建立吸收液循环。

各吸收塔内设置均匀布气、布水装置，填料塔采用多级安装方式，每级可单独拆装，级间设置温度、压力传感器，塔顶部设置丝网式除雾器，除雾器上设置冲洗喷淋装置，塔下部设有气体进口，进口设有气体温度测点。

散堆填料塔、规整填料塔采用有机玻璃材质，内径60mm，4层填料，每层填料有效高度400mm，填料层之间设气、液取样口。填料塔配有填料塔吸收液循环泵，吸收液循环量40L/h，能连续精确控制，泵出口设逆止阀。规整填料采用波纹板形式，材质为不锈钢，散堆填料采用拉西环和鲍尔环两种形式填料，材质为工程塑料。

多层喷淋塔采用有机玻璃材质，内径60mm，4个喷淋层，每个喷淋层采用单独吸收液循环泵供液，采用变频泵，每个循环泵吸收液循环量20L/h，能连续精确控制，泵出口设逆止阀，喷淋喷头能确保吸收液良好雾化且分布均匀，进入吸收塔的气体能分布均匀。

储液罐、回液储罐通过不同阀门组合方式可实现吸收液一次性运行和循环运行。

储液罐、回液储罐采用卧式罐，形式为圆柱罐，容积为100L，标高低于吸收塔回液管，三个吸收塔可顺畅回液，回液由液位传感器控制，通过阀门控制回液至回液储罐或储液罐，回液储罐通过泵将回液输送至储液罐，储液罐、回液储罐吸收液在入泵前设置5-10微米滤网。

液体流量计具有1％以上测量精度，耐酸碱腐蚀，通过变送器远传液位信号至数据采集控制系统，实现排液自动控制。

液体流量计具有0.5％以上测量精度，耐酸碱腐蚀，通过变送器远传液位信号至数据采集控制系统。

填料塔吸收液循环泵及喷淋塔吸收液循环泵为变频泵，具有0.5％以上液体控制精度，耐酸碱腐蚀，通过变送器远传流量信号至数据采集控制系统，并可根据液体流量计反馈信号自动调节出力。

水洗塔循环水布水、布气均匀，确保水气充分接触，设换热器，确保水温不过高打开吸收塔进口温度传感器、压力传感器及二氧化碳气体分析仪，打开二氧化碳供气阀、空压机、各气体质量流量计，调节二氧化碳气瓶及空压机出口气体流量，使气体按照设定配比产生，气体流量通过气体质量流量计测量，两种气体在气体混合器内充分混合均匀。

二氧化碳气瓶根据试验所需气量及补充周期设置2瓶，采用汇流排方式供气，气瓶体积可选择40L规格。

空压机配备30L气体缓冲罐，确保供气压力稳定。

气体混合器采用扰流板式气体混合器。

气体质量流量计满足量程需要、具有0.5％以上流量测量精度、耐腐蚀、等性能，能够精确调节气体流量的功能，气体发生器产生二氧化碳浓度在5％～30％之间可调可控，气体流量在3-5Nm³/h之间可调可控。

实验过程实时采集各个传感器、仪表测量数据，数据采集控制系统配就地控制系统，采用PLC控制，屏幕显示及控制。系统喷淋、吸收液补充等操作，可就地控制或通过PLC实现自动控制。

数据采集控制系统采用计算机和先进的软件(例如PLC300)实时监测和控制(根据气体质量流量计测量值控制二氧化碳及空压机产气速度；根据吸收塔底部液位控制吸收返回储液罐或回液储罐速度；通过吸收液的液体流量计测量值实时控制填料塔吸收液循环泵或喷淋塔吸收液循环泵出力)。液体流量计、阀门及配套数据采集模块均带有通讯接口，可实时将各传感器、监测仪表信号传输至PLC，通过设定逻辑完成对试验装置的控制、管理和分析，所监测和控制的参数包括但不限于温度、压力、流量和液位等，能根据需要设置和修改相关工艺参数及报警限；若计算机系统发生故障时，仪表操作人员可依传统仪表使用方法直接操作仪表；当相关参数超过预定上限时，及时发出报警信号。

本实用新型针对现有二氧化碳吸收试验装置的不足，提供一种多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置：系统精确配气的原理是：采用二氧化碳气瓶、空压机、气体混合器等作为配气系统，通过气体质量流量计精确计量气体体积并配制目标浓度气体；多工况多形式吸收的原理是：采用规整填料塔、散堆填料塔、喷淋塔多种吸收塔与多种填料类型相结合的方式实现不同吸收剂、不同液气比、不同填料形式、不同填料层数及填料层高度、不同喷淋层数量及分层气液比等试验条件组合；连续运行与间歇性运行研究的原理是：通过储液系统与回液系统连通与隔离的运行方式实现吸收液既可以在系统循环运行，又可以一次性方式运行；物料最大化利用、气体绿色排放的原理是：采用吸收塔除雾装置与综合洗气塔结合的设计使吸收液最大程度捕集并在系统中循环利用，排气经充分水洗实现绿色洁净排放；安全可靠及自动化运行的原理是：采用多点位数据采集、可视化、报警、联锁保护确保系统安全、可靠、自动化运行。

Claims (7)

1.一种多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置，其特征在于，包括：气体发生器、吸收供液系统、吸收塔、水洗塔(9)和数据采集控制系统；所述气体发生器通过气道接入吸收塔下部气体进口，吸收供液系统通过管道接入吸收塔底部，吸收塔出口气道连接水洗塔。

2.根据权利要求1所述多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置，其特征在于：所述气体发生器包括CO₂气瓶(1)、空压机(2)、气体管道混合器(3)和气体质量流量计(13)，多个CO₂气瓶(1)一同接入气体管道混合器(3)入口气道，CO₂气瓶(1)和气体管道混合器(3)之间的气道上设有气体质量流量计(13)；空压机(2)出口气道接入气体管道混合器(3)入口气道，空压机(2)出口气道上接有气体流量计(15)，气体流量计(15)和气体管道混合器(3)之间的气道上还设有逆止阀；气体管道混合器(3)出口气道上设有气体流量计(15)、逆止阀、温度传感器(14)、压力传感器(28)和二氧化碳气体分析仪(30)；气体管道混合器(3)出口气道分为三路，分别接入散堆填料塔(4)、规整填料塔(5)和多层喷淋塔(6)的下部气体进口。

3.根据权利要求1所述多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置，其特征在于：所述吸收供液系统包括储液罐(7)、回液储罐(8)、填料塔吸收液循环泵(12)、液体流量计(16)、液位传感器(17)和吸收液配制系统，所述吸收液配制系统包括碱液配制箱(11)和吸收液补充泵(29)；碱液配制箱(11)上部设置进水口，出口设置吸收液补充泵(29)；碱液配制箱(11)出口管道接入吸收液补充泵(29)入口管道；吸收液补充泵(29)出口管道接入储液罐(7)上部入水口，吸收液补充泵(29)和储液罐(7)之间的管道上还设有逆止阀；回液储罐(8)出水口前设有滤网(21)，回液储罐(8)出水口通过泵接入储液罐(7)上部入水口，泵和储液罐(7)之间的管道上设有逆止阀；回液储罐(8)入水口通过管道分别接入散堆填料塔(4)、规整填料塔(5)和多层喷淋塔(6)底部，回液储罐(8)入水口至散堆填料塔(4)、规整填料塔(5)和多层喷淋塔(6)底部的管道上均设有两个逆止阀和一个温度传感器(14)；回液储罐(8)内还设有液位传感器(17)和pH计(18)；储液罐(7)出水口前设有滤网(21)，储液罐(7)出水口分为多路管道分别接入多层喷淋塔(6)的各个喷淋层，每路管道上均设有喷淋塔吸收液循环泵(10)、逆止阀、液体流量计(16)和温度传感器(14)；储液罐(7)出水口接入填料塔吸收液循环泵(12)入口管道，吸收液循环泵(12)出口设有逆止阀，吸收液循环泵(12)出口管道分为两路分别接入散堆填料塔(4)和规整填料塔(5)顶部入水口，填料塔吸收液循环泵(12)出口至散堆填料塔(4)和规整填料塔(5)顶部入水口的管道上均设有液体流量计(16)和温度传感器(14)，储液罐(7)内部还设有液位传感器(17)和pH计(18)。

4.根据权利要求1所述多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置，其特征在于：所述吸收塔包括散堆填料塔(4)、规整填料塔(5)和多层喷淋塔(6)，散堆填料塔(4)和规整填料塔(5)内部从塔顶部至塔底部均依次设有除雾器冲洗喷淋层(22)、除雾器(23)、填料塔吸收液喷淋层(24)和多个填料层(25)；各个填料层(25)之间设有温度传感器(14)、压力传感器(28)和气液取样口(26)；多层喷淋塔(6)内设有多个喷淋塔吸收液喷淋层(27)。

5.根据权利要求1所述多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置，其特征在于：所述水洗塔(9)设置于吸收塔出口，散堆填料塔(4)、规整填料塔(5)和多层喷淋塔(6)的顶部出口气道均接有逆止阀，然后接入水洗塔(9)底部，水洗塔(9)入口和吸收塔之间的气道上还设有温度传感器(14)、压力传感器(28)和二氧化碳气体分析仪(30)；水洗塔(9)底部出水管道接入水洗塔储水罐(20)入口管道，水洗塔(9)底部出水管道上还设有逆止阀；水洗塔储水罐(20)出口管道通过水洗塔循环泵(19)接入水洗塔(9)顶部入水口，水洗塔循环泵(19)后的管道上还设有逆止阀；水洗塔(9)的顶部气道上设有温度传感器(14)、压力传感器(28)、二氧化碳气体分析仪(30)和气体流量计(15)。

6.根据权利要求3所述多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置，其特征在于：所述储液罐(7)、回液储罐(8)为卧式罐或立式罐，包括圆柱罐、方罐、球形罐和漏斗形罐，容积为50～500L；储液罐(7)、回液储罐(8)的标准高度低于吸收塔的回液管；储液罐吸收液和回液储罐吸收液在入泵前设置5～10微米滤网(21)。

7.根据权利要求4所述多方式烟气二氧化碳逆流吸收试验装置，其特征在于：

散堆填料塔(4)、规整填料塔(5)和多层喷淋塔(6)内均设置布气和布水装置；填料塔内填料塔吸收液循环泵(12)的吸收液循环量为0～100L/h；散堆填料塔(4)和规整填料塔(5)均采用多级安装方式；填料塔底部设有气体进口，气体进口设有气体温度测点；

散堆填料塔(4)和规整填料塔(5)材质为有机玻璃或不锈钢，内径为40～100mm，有2～6层填料层，每层填料有效高度为200～1000mm；规整填料塔(5)填料层的规整填料采用波纹板形式；散堆填料塔(4)填料层的散堆填料采用拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍形填料；多层喷淋塔(6)材质为有机玻璃或不锈钢，内径为40～100mm，有2～6个喷淋层；每个喷淋层采用喷淋塔吸收液循环泵(10)供液，每个喷淋塔吸收液循环泵(10)的吸收液循环量为0～100L/h。

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