CN217410281U - 一种烟气醇胺法脱碳装置系统 - Google Patents

一种烟气醇胺法脱碳装置系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种烟气醇胺法脱碳装置系统，所述烟气醇胺法脱碳装置系统包括依次连接的吸收单元、换热单元和溶液再生单元；所述吸收单元包括吸收塔，所述吸收塔从下至上依次包括富液区、第一吸收区、第一收集区、第二吸收区和除雾区。所述烟气醇胺法脱碳装置系统利用吸收塔中的第一吸收区和第二吸收区内不同再生度的醇胺液对烟气中的CO2进行分级吸收，可以有效减少再生醇胺液的循环量，进而达到降低烟气醇胺法脱碳装置系统能耗的效果，适合大规模推广应用。

Description

一种烟气醇胺法脱碳装置系统
技术领域
本实用新型涉及烟气净化技术领域，具体涉及一种烟气醇胺法脱碳装置系统。
背景技术
电力系统中产生较多的电厂烟气，其主要成分是二氧化碳、二氧化硫、水蒸气、氮气和氧气，直接排放会对环境造成非常大的影响。电厂烟气中二氧化碳的处理效果，很大程度取决于碳捕集、利用与封存技术。
燃煤电厂烟气具有大流量，低分压等特点，采用具有碱性的醇胺溶液是最适合于这种烟气特点的碳捕集技术。利用醇胺溶液从烟气中进行碳捕集的技术已趋于成熟。但是，该技术运用于燃煤电厂烟气碳捕集最大的问题是能耗高。
一般地，燃煤电厂烟气中二氧化碳捕集系统，其包括烟气预处理装置、吸收塔、再生塔以及换热装置。其中，经过烟气预处理装置处理的烟气通过风机加压后与吸收塔的底部相连，烟气自下向上流动，与从吸收塔上部入塔的能够吸收二氧化碳的醇胺溶液形成逆流接触，脱除二氧化碳的烟气经尾气排空口排出，吸收了二氧化碳的富液通过富液泵加压由再生塔上部进入，在再生塔底部设置煮沸器，再生塔的顶部出气口还依次产品气冷却器、气液分离器相连，分离后的二氧化碳排出，解吸二氧化碳后的贫液由再生塔底流出。
CN106943853A公开了一种利用加磁气液固三相床的烟气脱碳系统及方法，该系统包括加磁三相床吸收塔、贫富液换热器、再生塔和二氧化碳存储装置，其中加磁三相床吸收塔通过管道依次连接贫富液换热器、再生塔和二氧化碳存储装置；再生塔设置贫液出口，通过管道回连至贫富液换热器，再通过管道连接加磁三相床吸收塔。二氧化碳在磁场和磁性颗粒的共同作用下被吸收剂吸收，二氧化碳富液流经贫富液换热器，在再生塔中释放出二氧化碳，同时得到二氧化碳贫液。贫液流经贫富液换热器，回到三相床继续吸收二氧化碳。该系统利用磁场和磁性颗粒来提高吸收剂对二氧化碳的吸收效率，同时富液和贫液中均携带有少量的磁性颗粒，颗粒可强化贫富液的换热过程及吸收液的再生过程，减少再生能耗。
CN101422691A公开了一种燃煤烟气多污染物脱除工艺及其设备。该工艺先用SCR脱硝法脱除烟气中的NOX，其次用除尘器脱除烟气中的粉尘灰粒，然后用湿式钙基脱硫法消除烟气中的SO2，再用MEA脱碳法吸收烟气中的CO2，同时将所生成的醇胺溶液富液加热解析再生，所得醇胺溶液贫液继续循环使用，解析出的高浓度CO2气体则经过冷却、气液分离、干燥、压缩和冷凝处理，制成高纯度工业级液体二氧化碳。其设备主要由通过管道相连的SCR脱硝反应器、除尘器、湿式钙基脱硫反应器、MEA脱碳吸收塔、再生塔、气液分离器、干燥器、压缩机和冷凝器等组成。所述设备整体设计简单紧凑、投资及运行成本低廉、工作稳定可靠，能够对燃煤烟气中的各种污染物进行分类集成处理、高效同步脱除。
上述脱炭系统虽然对二氧化碳的去除效果很好，但吸收塔中醇胺液循环量大，系统能耗较高。
因此，开发一种烟气醇胺法脱碳装置系统，在确保烟气净化效果的同时，减少再生醇胺液的循环量，醇胺法脱碳系统的能耗具有重要意义。
实用新型内容
鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种烟气醇胺法脱碳装置系统，利用吸收塔中的第一吸收区和第二吸收区内不同再生度的醇胺液对烟气中的CO2进行分级吸收，可以提高醇胺液的吸收效率，并且减少再生醇胺液的循环量，进而达到降低烟气醇胺法脱碳装置系统能耗的效果。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供一种烟气醇胺法脱碳装置系统，所述烟气醇胺法脱碳装置系统包括依次连接的吸收单元、换热单元和溶液再生单元；所述吸收单元包括吸收塔，所述吸收塔从下至上依次包括富液区、第一吸收区、第一收集区、第二吸收区和除雾区。
研究发现，对于传统的醇胺溶液脱碳系统，吸收塔在塔下部已经吸收了85％以上的CO2，吸收塔上部仅脱除约5％的CO2。本实用新型所述烟气醇胺法脱碳装置系统对吸收塔进行改进，所述吸收塔从下至上依次包括富液区、第一吸收区、第一收集区、第二吸收区和除雾区，含CO2较高浓度的烟气首先在第一吸收区与再生度较低、吸收容量小的第一贫液接触，进行一级吸收，变为含CO2较低浓度的烟气，之后继续与再生度较高、吸收容量大的第二贫液在第二吸收区接触，进一步吸收烟气中剩余的CO2。本实用新型所述吸收塔的第一吸收区和第二吸收区通过第一收集区分开，这样吸收了CO2的第二贫液还可以经第一收集区收集后进入第一贫液储存装置，直接作为一级吸收的吸收第一贫液，继续吸收烟气中的CO2，最后形成富液，再去溶液再生单元进行再生，在实现烟气中CO2高效脱除的基础上，减少了再生醇胺液的循环量，从而降低了胺法脱碳系统的能耗。
本实用新型所述贫液和富液是本领域的通用名称，贫液是指没有吸收CO2的醇胺液，富液是与烟气进行接触后，吸收了CO2的醇胺液。
优选地，所述富液区包括富液槽。
优选地，所述第一吸收区从下至上依次包括第一填料区和第一喷淋区。
优选地，所述第一收集区包括积液盘。
优选地，所述第二吸收区从下至上依次包括第二填料区和第二喷淋区。
本实用新型优选所述第一吸收区从下至上依次包括第一填料区和第一喷淋区，所述第二吸收区从下至上依次包括第二填料区和第二喷淋区，第一填料区和第二填料区的设置增加了烟气与醇胺液的接触面积，提高了醇胺液的吸收效率。
优选地，所述除雾区包括平板式除雾装置、屋脊式除雾装置、管式除雾装置或丝网除雾装置中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述吸收塔的下部一侧设置有烟气进气口。
优选地，所述烟气进气口设置于第一填料区的下部。
优选地，所述吸收单元还包括依次与第一喷淋区相连的第一贫液输送装置和第一贫液储存装置。
优选地，所述第一贫液储存装置与第一收集区相连。
优选地，所述吸收单元还包括依次与第二喷淋区相连的第二贫液输送装置和第二贫液储存装置。
优选地，所述换热单元包括依次连接的贫富液换热装置和再生贫液冷却装置。
优选地，所述贫富液换热装置经富液输送装置与富液槽相连。
优选地，所述再生贫液冷却装置分别与第一贫液储存装置和第二贫液储存装置相连。
本实用新型中优选所述再生贫液冷却装置分别与第一贫液储存装置和第二贫液储存装置相连，根据需要处理的烟气中CO2的浓度来确定进入第一贫液储存装置和第二贫液储存装置中再生贫液的量，进而使第一贫液达到合适的再生度。
优选地，所述溶液再生单元包括依次连接的再生塔、再生气体冷凝装置和再生气体分离装置。
优选地，所述再生塔从下至上依次包括再生贫液区、第二收集区和第三填料区。
优选地，所述再生贫液区包括再生贫液槽。
优选地，所述第二收集区包括再生贫液集液装置。
优选地，所述再生贫液集液装置与煮沸装置的底部相连。
本实用新型优选所述所述再生贫液集液装置与煮沸装置的底部以虹吸的方式相连。
优选地，所述煮沸装置的顶部与再生贫液区相连。
本实用新型优选所述再生贫液集液装置与煮沸装置的底部相连，贫液集液器上方的溶液通过重力流进入煮沸装置，溶液在煮沸器中被加热，使得溶液再生，得到贫液。
优选地，所述再生气体冷凝装置和再生气体分离装置分别与再生塔相连。
优选地，所述再生塔经第三贫液输送装置与贫富液换热装置相连。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
本实用新型提供的烟气醇胺法脱碳装置系统利用不同再生度的醇胺液对烟气中的CO2进行分级吸收，在确保烟气净化效果的同时，减少了再生醇胺液的循环量，从而降低了烟气醇胺法脱碳装置系统的能耗，实现了绿色节能。
附图说明
图1是本实用新型的具体实施方式中提供的烟气醇胺法脱碳装置系统的结构示意图。
图中：1-吸收塔；101-富液槽；102-第一填料区；103-第一喷淋区；104-第一收集区；105-第二填料区；106-第二喷淋区；107-除雾区；108-第一贫液泵；109-第一贫液储槽；110-第二贫液泵；111-第二贫液储槽；112-富液泵；2-再生塔；201-再生贫液储槽；202-贫液集液器；203-第三填料区；204-煮沸器；205-第三贫液泵；206-再生气体冷凝器；207-再生气体分离器；301-贫富液换热器；302-贫液冷却器。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
下面对本实用新型进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本实用新型的简易例子，并不代表或限制本实用新型的权利保护范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，或一体连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本领域技术人员理应了解的是，本实用新型中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本实用新型的主要实用新型点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型进可以自行增设布局，本实用新型对此不做特殊要求和具体限定。
作为本实用新型的一个具体实施方式，提供一种烟气醇胺法脱碳装置系统，其结构示意图如图1所示。
所述烟气醇胺法脱碳装置系统包括依次连接的吸收单元、换热单元和溶液再生单元；所述吸收单元包括吸收塔1，所述吸收塔1从下至上依次包括富液区、第一吸收区、第一收集区、第二吸收区和除雾区。
所述富液区包括富液槽101；所述第一吸收区从下至上依次包括第一填料区102和第一喷淋区103；所述第一收集区104包括积液盘；所述第二吸收区从下至上依次包括第二填料区105和第二喷淋区106。所述除雾区107为屋脊式除雾器。
所述吸收塔1的下部一侧设置有烟气进气口；所述烟气进气口设置于第一填料区102的下部。
所述吸收单元还包括依次与第一喷淋区103相连的第一贫液泵108和第一贫液储槽109。所述第一贫液储槽109与第一收集区相连。所述吸收单元还包括依次与第二喷淋区106相连的第二贫液泵110和第二贫液储槽111。
所述换热单元包括依次连接的贫富液换热器301和贫液冷却器302；所述贫富液换热器301经富液泵112与富液槽101相连；所述贫液冷却器302分别与第一贫液储槽109和第二贫液储槽111相连。
所述溶液再生单元包括依次连接的再生塔2、再生气体冷凝器206和再生气体分离器207；所述再生塔从下至上依次包括再生贫液区、第二收集区和第三填料区203；所述再生贫液区包括再生贫液储槽201；所述第二收集区包括贫液集液器202；所述贫液集液器202与煮沸器204的底部相连；所述煮沸器204的顶部与再生贫液区相连。所述再生气体冷凝器206和再生气体分离器207分别与再生塔2相连。
所述再生塔2经第三贫液泵205与贫富液换热器301相连。
作为本实用新型的一个具体实施方式，还提供一种采用上述烟气醇胺法脱碳装置系统进行脱碳和醇胺液再生的方法，所述方法包括如下步骤：
脱硫脱硝后的燃煤烟气经过引风机增压及预处理后，从烟气进气口进入吸收塔1内向上流动，与来自第一喷淋区103自上向下流动的第一贫液在第一填料区102内逆流接触，第一贫液初步吸收烟气中大部分的CO2；然后烟气继续向上，穿过第一收集区104，与来自第二喷淋区106的第二贫液在第二填料区105内逆流接触，第二贫液进一步吸收烟气中的CO2，确保烟气净化度。被净化的烟气经吸收塔1顶部的除雾区107的屋脊式除雾器除去烟气中夹带的醇胺液滴，减少醇胺液的损耗，最后经吸收塔1顶部的出口排出。
吸收单元的第二贫液储槽111内的第二贫液由第二贫液泵110送入吸收塔上部的贫液喷淋层106，第二贫液被雾化为小液滴，在第二填料区105内与烟气接触，吸收烟气中的CO2，形成第一贫液；第一贫液在第一收集区104的积液盘上汇集，通过重力流入第一贫液储槽109，通过第一贫液泵108送入第一喷淋区103，第一贫液被雾化为小液滴，在第一填料区102内与烟气接触，吸收烟气中大部分CO2，形成富液，停留在富液槽101中。富液经富液泵112送入贫富液换热器301与再生贫液换热，被第一次升温后送入再生塔2。
富液从再生塔2的上部进入，向下流动与再生塔底部的上升热蒸汽逆流接触，在再生塔2内的第三填料区203中充分接触传热，最后汇集于贫液集液器202上方，通过重力流入煮沸器204，溶液被加热再生，得到再生贫液。再生贫液通过虹吸作用，进入再生塔2底部的再生贫液储槽201。
再生贫液经第三贫液泵205送入贫富液换热器301与富液换热，第一次被降温，然后进入贫液冷却器302进一步降温至40℃以下，得到贫液。
贫液冷却器302出口管路分别与第一贫液储槽109和第二贫液储槽111相连，通过调节贫液进入第一贫液储槽109的溶液量，使得贫液与第一收集区104上流入的吸收了部分的CO2的第一贫液进行混合。
本具体实施方式中需要处理的烟气中CO2的体积浓度为11％，为保证吸收塔出口烟气中CO2的体积浓度为≤1.5％，控制进入第一贫液储槽109的贫液流量约为贫液冷却器302出口的总贫液流量的20％，得到再生度合适的第一贫液，进而实现烟气在吸收塔中的第一吸收区和第二吸收区的分级吸收。
再生塔2中上升的热蒸汽与再生出来的CO2气体从再生塔2顶部进入再生气体冷凝器206，被冷却至40℃以下后，进入再生气体分离器207中，气液被分离，得到高纯度的CO2气体。凝液通过管道流入再生塔2。
本实用新型提供的烟气醇胺法脱碳装置系统结合了烟气的特点和烟气脱碳装置低能耗的要求，根据CO2捕集过程中吸收塔内烟气中CO2浓度变化的规律，利用不同再生度的醇胺液对烟气中的CO2进行分级吸收，在确保烟气净化效果的同时，减少了再生醇胺液的循环量，从而降低了胺法脱碳系统的能耗，适合大规模推广应用。
申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构特征，但本实用新型并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种烟气醇胺法脱碳装置系统，其特征在于，所述烟气醇胺法脱碳装置系统包括依次连接的吸收单元、换热单元和溶液再生单元；所述吸收单元包括吸收塔，所述吸收塔从下至上依次包括富液区、第一吸收区、第一收集区、第二吸收区和除雾区；
所述富液区包括富液槽；
所述第一吸收区从下至上依次包括第一填料区和第一喷淋区；
所述第一收集区包括积液盘；
所述第二吸收区从下至上依次包括第二填料区和第二喷淋区。
2.根据权利要求1所述的烟气醇胺法脱碳装置系统，其特征在于，所述除雾区包括平板式除雾装置、屋脊式除雾装置、管式除雾装置或丝网除雾装置中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的烟气醇胺法脱碳装置系统，其特征在于，所述吸收塔的下部一侧设置有烟气进气口；
所述烟气进气口设置于第一填料区的下部。
4.根据权利要求1所述的烟气醇胺法脱碳装置系统，其特征在于，所述吸收单元还包括依次与第一喷淋区相连的第一贫液输送装置和第一贫液储存装置。
5.根据权利要求4所述的烟气醇胺法脱碳装置系统，其特征在于，所述第一贫液储存装置与第一收集区相连。
6.根据权利要求1所述的烟气醇胺法脱碳装置系统，其特征在于，所述吸收单元还包括依次与第二喷淋区相连的第二贫液输送装置和第二贫液储存装置。
7.根据权利要求1所述的烟气醇胺法脱碳装置系统，其特征在于，所述换热单元包括依次连接的贫富液换热装置和再生贫液冷却装置；
所述贫富液换热装置经富液输送装置与富液槽相连；
所述再生贫液冷却装置分别与第一贫液储存装置和第二贫液储存装置相连。
8.根据权利要求1所述的烟气醇胺法脱碳装置系统，其特征在于，所述溶液再生单元包括依次连接的再生塔、再生气体冷凝装置和再生气体分离装置；
所述再生塔从下至上依次包括再生贫液区、第二收集区和第三填料区；
所述再生贫液区包括再生贫液槽；
所述第二收集区包括再生贫液集液装置；
所述再生贫液集液装置与煮沸装置的底部相连；
所述煮沸装置的顶部与再生贫液区相连；
所述再生气体冷凝装置和再生气体分离装置分别与再生塔相连。
9.根据权利要求8所述的烟气醇胺法脱碳装置系统，其特征在于，所述再生塔经第三贫液输送装置与贫富液换热装置相连。
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