CN217511525U - 一种混合盐脱碳系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种混合盐脱碳系统，包括第一吸收塔、第二吸收塔、水洗塔、液液分离器、蒸氨塔、第一换热器、第二换热器及解吸塔；第一吸收塔的出气口通过管道与第二吸收塔的进气口连通，第二吸收塔的出气口通过管道与水洗塔的入口连通，水洗塔的液体出口通过管道与蒸氨塔的液体入口连通，蒸氨塔的气体出口通过管道与第二吸收塔的喷淋入口连通；第一吸收塔及第二吸收塔的富液出口分别通过管道依次经由富液循环泵、液液分离器与富液输送泵的入口连通，富液输送泵的出口分别通过管道并经由第一换热器、第二换热器与解吸塔的中、上部喷淋入口连通。本实用新型可降低再生能耗，减少氨排放和再沸器负荷，提高二氧化碳压力值，降低系统运行成本。

Description

一种混合盐脱碳系统

技术领域

本实用新型涉及一种混合盐脱碳系统，属于烟气净化、二氧化碳减排技术领域。

背景技术

温室气体的过度排放是导致全球变暖的主要原因。二氧化碳的捕集与分离是碳减排的重要手段之一。常规化学吸收法脱碳技术中相对成熟的是醇胺溶液吸收法及冷冻氨工艺(CAP)，醇胺溶液吸收法是指在脱硫脱碳化工过程中以弱碱性有机胺溶剂作为吸收剂吸收硫化氢或二氧化碳的方法，而CAP是指以阿尔斯通公司为主开发的一种CO₂捕集技术，该技术利用碳酸铵和碳酸氢铵混合浆液作为循环利用的CO₂吸收剂，可实现90％脱碳率；其中以MEA(乙醇胺，monoethanolamine)/MDEA(甲基二乙醇胺，methyldiethanolamine)等醇胺溶液为主吸收剂的化学吸收法市场应用规模最广，但由于吸收剂的再生能耗较高，再沸器负荷较高，蒸汽耗量大，运行成本居高不下；与MEA法相比，以氨水为主吸收剂的冷冻氨工艺具有一系列有益之处：如氨水对CO₂的脱除效率高达95％-98％，而常规的MEA法只有90％左右；CO₂吸收能力可达1.2kg(CO₂)/kg(NH₃)，是MEA溶液的3倍，而且不存在设备腐蚀、氧化降解等问题，同时再生能耗有望降低50％以上，从而大大降低成本。但是，氨法捕碳尚存在如下问题：由于氨的蒸气压高，从吸收塔顶部蒸发的气相氨量比较大，如果没有额外的洗涤装置，很难保证氨泄漏达到排放要求；氨基甲酸铵的水解速率慢使得吸收液的碳化度长时间停留在较低水平，导致氨利用率低；进入反应后期，碳化氨水吸收CO₂速率缓慢；解吸能耗有待进一步降低。

为弥补冷冻氨工艺的以上不足，各种改良技术层出不穷。

与本实用新型相关的现有技术一：

现有技术一的技术方案：

中国专利CN 1080144603A公开了一种结晶氨法蒸汽再生捕碳系统及其方法，该技术使吸收塔放出来的富液不直接进入再生塔，而在结晶器内采用以乙醇为溶析剂的溶析结晶法强化低碳化度的富液结晶，然后进入固液分离装置，晶体放入再生塔进行加热，液体再送回结晶器内并补充一定的乙醇以维持溶析结晶效果，再生塔放出的气体经过氮碳分离装置，将氨气与逃逸后被捕集的氨气送入吸收剂再生利用装置，再被送入吸收塔，作为吸收剂继续工作。此技术中，由于在再生塔中只需对固体产物进行加热，可以减少富液解吸时由于要使大量的水升温消耗的能量，因此可大大降低解吸过程的能耗。

现有技术一的缺点：

该专利技术利用碳酸氢铵在乙醇溶液中不溶解的原理做富液溶析结晶处理，存在以下不足：1)由于富液中除了碳酸氢铵外，绝大部分是水，为达到溶析的目的，需要添加大量的无水乙醇溶液来提高乙醇与水的比例，溶析反应不是瞬时反应，结晶过程不能做到连续运行，与原技术相比，本专利技术并未提高吸收液的碳化时间，反而由于增加结晶过程又大大增加了反应时间，工艺的经济性大大折扣；2)结晶器内固液分离后的残液的主要成分是氨水、乙醇，对乙醇进行提纯处理，需要额外的装置，如蒸馏、膜交换法等，虽然通过溶析结晶节省了解吸的能耗，但增加了提纯处理的能耗，整体工艺的综合节能性能并未得到大幅提高；3)再生塔塔顶出口二氧化碳气体仍保持常压状态，后续液化处理需要加压，该专利技术未对此部分能耗进行优化处理。

与本实用新型相关的现有技术二：

现有技术二的技术方案：

中国专利CN106693614A公开了一种氨-水第二类吸收式热泵驱动的紧凑型氨法碳捕集系统，其将氨法二氧化碳捕集系统和氨-水第二类吸收式热泵紧凑结合，蒸氨塔顶部的氨气先冷凝除水，再利用第二类吸收式热泵将蒸氨塔顶部的氨气热值与低温热源热量交换，提高氨气的热值，再作为解吸塔的再沸器的热源加热贫液，从而节省再沸器的能耗。

现有技术二的缺点：

此种方式有以下技术不足：(1)该专利技术仍采用氨水作为吸收剂，吸收塔内的氨基甲酸铵的水解速率慢，使得吸收液的碳化度低；(2)蒸氨塔塔顶产生的氨气量与水蒸气量较少，而再沸器的耗能较大，以塔顶冷凝产生的氨水溶液作为工质对，利用热泵系统将热量从低温余热热源转化成高温热源的总量有限，全部用于再沸器仍不能满足正常运行下的耗能，再沸器仍需要外来热源。

因此，提供一种新型的混合盐脱碳系统及工艺已经成为本领域亟需解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述的缺点和不足，本实用新型的一个目的在于提供一种混合盐脱碳系统。

为达上述目的，本实用新型提供了一种混合盐脱碳系统，其中，所述混合盐脱碳系统包括：第一吸收塔、第二吸收塔、水洗塔、液液分离器、蒸氨塔、第一换热器、第二换热器及解吸塔；

其中，所述第一吸收塔的出气口通过管道与所述第二吸收塔的进气口连通，第二吸收塔的出气口通过管道与水洗塔的入口连通，水洗塔的液体出口通过管道与所述蒸氨塔的液体入口连通，所述蒸氨塔的气体出口通过管道与所述第二吸收塔的喷淋入口连通；

所述第一吸收塔的富液出口、所述第二吸收塔的富液出口分别通过管道依次经由富液循环泵、液液分离器与富液输送泵的入口连通，富液输送泵的出口分别通过管道并经由第一换热器、第二换热器与解吸塔的中部喷淋入口、上部喷淋入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述解吸塔的第一贫液出口通过管道依次经由第一换热器、第二贫液循环泵与所述第一吸收塔的喷淋入口连通，和/或所述富液循环泵的出口通过管道与所述第一吸收塔的喷淋入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述第二吸收塔的富液出口通过管道依次经由第一流量调节阀、第一止回阀与所述富液循环泵的入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述第一吸收塔的富液出口通过管道依次经由第二流量调节阀、第二止回阀与所述富液循环泵的入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，富液输送泵的出口通过管道并依次经由第四流量调节阀、第一换热器与解吸塔的中部喷淋入口连通；所述富液输送泵的出口还通过管道并依次经由第五流量调节阀、第二换热器与解吸塔的上部喷淋入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述富液循环泵的出口通过管道依次经由第三流量调节阀、第三止回阀与所述第一吸收塔的喷淋入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述系统还包括第一冷却器，所述解吸塔的第一贫液出口通过管道依次经由第一换热器、第二贫液循环泵与所述第一冷却器的贫液入口连通，和/或所述富液循环泵的出口通过管道与所述第一冷却器的贫液入口连通，所述第一冷却器的贫液出口通过管道与所述第一吸收塔的喷淋入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述富液循环泵的出口通过管道依次经由第三流量调节阀、第三止回阀与所述第一冷却器的贫液入口连通，所述第一冷却器的贫液出口通过管道与所述第一吸收塔的喷淋入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述系统还包括再沸器，其设置于所述解吸塔的下部，所述再沸器设置有蒸汽入口、蒸汽出口、液体入口、再沸器顶部出口及再沸器中部出口，所述解吸塔的第二贫液出口通过管道与所述液体入口连通，所述再沸器顶部出口通过管道与所述解吸塔的气体入口连通。

其中，从第一贫液出口和第二贫液出口流出的贫液的组成相同，第一贫液出口和第二贫液出口的区别仅在于设置位置不同，且本实用新型对二者的具体设置位置不做要求，可根据现场实际作业需要合理调整二者于解吸塔底部的设置位置。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述再沸器中部出口通过管道依次经由第二换热器、第一贫液循环泵与所述第二吸收塔的喷淋入口连通，和/或所述液液分离器的上清液出口通过管道与所述第二吸收塔的喷淋入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述系统还包括第二冷却器，所述再沸器中部出口通过管道依次经由第二换热器、第一贫液循环泵与所述第二冷却器的贫液入口连通，和/或所述液液分离器的上清液出口通过管道与所述第二冷却器的贫液入口连通，所述第二冷却器的贫液出口通过管道与所述第二吸收塔的喷淋入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述系统还包括第三换热器及第一冷凝器，所述水洗塔的液体出口通过管道与所述第三换热器的第一入口连通，所述第三换热器的第一出口通过管道与所述蒸氨塔的液体入口连通，所述蒸氨塔的液体出口通过管道与所述第三换热器的第二入口连通，所述第三换热器的第二出口通过管道与所述水洗塔的喷淋入口连通；

所述蒸氨塔的气体出口通过管道经由气体减压阀与第一冷凝器的入口连通，所述第一冷凝器的冷凝水出口通过管道与所述蒸氨塔的冲洗水入口连通，所述第一冷凝器的气体出口通过管道与所述第二吸收塔的喷淋入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述第一冷凝器的冷凝水出口通过管道经由循环水泵与所述蒸氨塔的冲洗水入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述蒸氨塔的液体出口通过管道经由第三循环泵与所述第三换热器的第二入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述系统还包括第四换热器及第二冷凝器，所述水洗塔的液体出口还通过管道与所述第四换热器的第一入口连通，所述第四换热器的第一出口通过管道与所述水洗塔的喷淋入口连通；

所述解吸塔的气体出口通过管道与所述第四换热器的第二入口连通，所述第四换热器的第二出口通过管道与所述第二冷凝器的入口连通，所述第二冷凝器的冷凝水出口通过管道与所述解吸塔的冲洗水入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述水洗塔的液体出口通过管道依次经由第一循环泵、第六流量调节阀与所述第三换热器的第一入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述水洗塔的液体出口还通过管道经由第一循环泵与所述第四换热器的第一入口连通。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳系统的一具体实施方式，其中，所述第二冷凝器的冷凝水出口通过管道经由第二循环泵与所述解吸塔的冲洗水入口连通。

本实用新型中，所述第一吸收塔、第一冷却器、第二吸收塔、第二冷却器、水洗塔、液液分离器、蒸氨塔、第一换热器、第二换热器、第三换热器、第一冷凝器、第四换热器、第二冷凝器、再沸器及解吸塔等均为常规设备。

本实用新型所述的混合盐脱碳系统可以适用于多种不同的工艺进行含CO₂烟气的混合盐脱碳，为了进一步对本实用新型的混合盐脱碳系统进行说明，本实用新型还提供了应用本实用新型的混合盐脱碳系统对含CO₂烟气进行混合盐脱碳的工艺，所述工艺包括以下步骤：

(1)于第一吸收塔中，预处理后的含CO₂烟气与混合盐吸收剂逆流接触并发生化学反应，以去除烟气中的CO₂；处理后的烟气进入第二吸收塔，于第二吸收塔中，烟气继续与混合盐吸收剂逆流接触，接触过程中，烟气中残余的CO₂与混合盐吸收剂发生化学反应，以进一步去除烟气中的CO₂；

(2)步骤(1)中所得烟气进入水洗塔，于水洗塔中，烟气与水洗液逆流接触进行水洗，得到水洗后的烟气及含有NH₄ ⁺的水溶液；

(3)步骤(2)中所得的含有NH₄ ⁺的水溶液进入蒸氨塔，于蒸氨塔中，氨气与水分离，再将所得氨气送至第二吸收塔的喷淋层进行循环回用；

(4)将第一吸收塔及第二吸收塔的塔底富液汇合后送至液液分离器进行分离，分离后所得底部富液经换热后送至解吸塔并于解吸塔中进行再生，得到高浓度、高压二氧化碳。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，步骤(2)中，初始状态时所使用的水洗液为纯水、质量浓度为1％的稀盐酸溶液或质量浓度为1％的稀硫酸溶液。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，步骤(3)还包括：

将所得氨气经第二冷却器冷却后送至第二吸收塔的喷淋层进行循环回用。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，所述工艺还包括：将步骤(4)中所得底部富液分为两路并使其中一路富液与解吸塔所得贫液进行热交换，再将热交换后的富液及热交换后的贫液分别送至解吸塔的中部进行再生及第一吸收塔的喷淋层进行循环回用，和/或将第一吸收塔及第二吸收塔的塔底富液汇合后送至第一吸收塔的喷淋层进行循环回用。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，所述工艺还包括：利用第一冷却器对热交换后的贫液进行冷却降温后将其送至第一吸收塔的喷淋层进行循环回用，和/或将第一吸收塔及第二吸收塔的塔底富液汇合后利用第一冷却器对其进行冷却降温，再将其送至第一吸收塔的喷淋层进行循环回用。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，所述工艺还包括：利用再沸器对解吸塔的塔体进行升温加热，并使再沸器中部的贫液与另一路富液进行热交换，再将热交换后的富液及热交换后的贫液分别送至解吸塔的上部进行再生及第二吸收塔的喷淋层进行循环回用，和/或将液液分离器分离后所得上清液送至第二吸收塔的喷淋层进行循环回用。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，将步骤(4)中所得底部富液分为两路，其中与再沸器中部的贫液进行换热的一路富液(即最终送至解吸塔的上部的一路富液)与所述底部富液的分流比为0.35-0.7。其中，所述分流比通过第四流量调节阀及第五流量调节阀进行控制，并且分流比的类型，如体积分流比或者质量分流比也根据流量调节阀的流量类型进行确定。

本实用新型中，解吸塔塔顶出口温度较高且含有较多的水蒸气，直接通过外置的冷却器对其进行降温会导致大量的热损失。对此，本实用新型通过富液分流工艺，即将步骤(4)中所得底部富液分为两路，再分别使其与解吸塔所得贫液及再沸器中部的贫液进行热交换后，分别送至解吸塔的中部和上部，能较为简单有效地回收解吸塔塔顶的这部分热量，同时由于经解吸塔所得贫液及再沸器中部的贫液加热后的富液的温度更高，其进入解吸塔后能够提高水蒸气分压，从而强化CO₂分离的驱动力并有助于降低系统能耗。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，所述工艺还包括：利用第二冷却器对热交换后的贫液进行冷却降温后将其送至第二吸收塔的喷淋层进行循环回用，和/或利用第二冷却器对液液分离器分离后所得上清液进行冷却降温再将其送至第二吸收塔的喷淋层进行循环回用。

其中，本实用新型对经第一冷却器冷却后的回用至第一吸收塔的液体温度及经第二冷却器冷却后的回用至第二吸收塔的液体温度均不做具体要求，可以根据现场实际作业需要合理调整回用液体的温度。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，所述工艺还包括：先将含有NH₄ ⁺的水溶液分为两路并使其中一路含有NH₄ ⁺的水溶液与蒸氨塔的底部液体进行热交换，然后将热交换后的水溶液送至蒸氨塔并将热交换后的底部液体送至水洗塔的喷淋段进行循环回用；

其中，本实用新型对热交换后的含有NH₄ ⁺的水溶液与蒸氨塔的底部液体的温度也不做具体要求，可以根据现场实际作业需要合理调整热交换后二者的温度。

所述工艺还包括：对蒸氨塔塔顶所得气体依次进行减压、冷凝，再将所得冷凝水送至蒸氨塔进行循环利用并将所得氨气送至第二吸收塔的喷淋层进行循环回用。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，所述工艺还包括：先使另一路含有NH₄ ⁺的水溶液与经解吸塔再生后产生的高浓度、高压二氧化碳及水蒸气进行热交换，然后将热交换后的水溶液送至水洗塔的喷淋段进行循环回用，随后对热交换后的二氧化碳及水蒸气进行冷凝，得到冷凝水和高浓度、高压二氧化碳，再将所述冷凝水送至解吸塔进行循环利用并将所述高浓度、高压二氧化碳，即CO₂浓缩气从冷凝所用冷凝器的顶部排出。

其中，本实用新型对热交换后的含有NH₄ ⁺的水溶液与经解吸塔再生后产生的高浓度、高压二氧化碳及水蒸气的温度也不做具体要求，可以根据现场实际作业需要合理调整热交换后二者的温度。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，所述混合盐吸收剂包含30-55wt％的碳酸钾、5-10wt％的碳酸氢铵、3-7wt％的醇胺试剂MDEA(N-甲基二乙醇胺)及余量的水。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，所述醇胺试剂包括MDEA(N-甲基二乙醇胺)、MEA(一乙醇胺)、DEA(二乙醇胺)及DIPA(二异丙醇胺)中的一种或几种的组合。

本实用新型中，初始状态时，第一吸收塔及第二吸收塔所使用的混合盐吸收剂相同，但是随着系统的运行，由于第一吸收塔及第二吸收塔的喷淋入口的返料成分不同，使得第一吸收塔及第二吸收塔中吸收剂所含铵根离子的浓度不同。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，所述第一吸收塔的温度为20-30℃，压力为0.08-0.15MPa；所述第二吸收塔的温度为30-40℃，压力为0.08-0.15MPa；所述解吸塔的温度为95-175℃，压力为1-1.2MPa；所述水洗塔的温度为20-30℃，压力为0-0.1MPa；所述蒸氨塔的温度为120-130℃，压力为0.18-0.22MPa。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，所述第一吸收塔的温度为20-30℃，压力为0.1MPa；所述第二吸收塔的温度为30-40℃，压力为0.1MPa；所述解吸塔的温度为95-175℃，压力为1-1.2MPa；所述水洗塔的温度为20℃，压力为0.1MPa；所述蒸氨塔的温度为120℃，压力为0.2MPa。

作为本实用新型以上所述混合盐脱碳工艺的一具体实施方式，其中，所述再沸器的温度为140-170℃。

本实用新型中，对含CO₂烟气所进行的预处理为本领域的常规技术手段，本领域技术人员可以根据现场实际作业需要选择合适的预处理手段对含CO₂烟气进行处理。

综上所述，与现有技术相比，本实用新型提供的混合盐脱碳系统及工艺所能达成的有益技术效果包括：

本实用新型提供的混合盐脱碳工艺采用以含有碳酸氢铵、碳酸钾等为主的混合盐的水溶液作为吸收剂，再生能耗低，并且解吸塔在95-175℃和10-12atm的条件下运行，可产生体积浓度达99％以上，压力高达12atm的高浓度、高压二氧化碳，减少了后续二氧化碳再压缩的能耗，从而降低了整体系统的运行成本；

本实用新型提供的混合盐脱碳系统及工艺使用水洗塔、蒸氨塔并控制其操作条件，可充分回收利用系统的水分、氨气，从而减少耗水量及氨逃逸；

本实用新型提供的混合盐脱碳系统及工艺使用包括第一吸收塔及第二吸收塔在内的二级吸收塔，可加快反应速率，减少反应时间；同时，该系统及工艺还使用了二级换热器(即第一换热器和第二换热器)并于解吸塔的不同位置(即解吸塔的上部和中部)进行富液的进料，可使解吸塔内的温度分布均衡的同时，最大程度地回收利用贫液的热量，进而减少再沸器的负荷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的混合盐脱碳系统的结构示意图。

主要附图标号说明：

10、含CO₂烟气；

11、第一吸收塔；

12、第二吸收塔；

13、水洗塔；

14、蒸氨塔；

15、第一冷凝器；

16、液液分离器；

17、解吸塔；17-1、解吸塔第一贫液出口；17-2、解吸塔中部喷淋入口；17-3、解吸塔上部喷淋入口；

18、再沸器；18-1、蒸汽入口；18-2、蒸汽出口；18-3、再沸器顶部出口；18-4、再沸器中部出口；

19、第二冷凝器；

20、富液循环泵；

21、第一循环泵；

22、循环水泵；

23、第二循环泵；

24、富液输送泵；

25、第一贫液循环泵；

26、第二贫液循环泵；

27、第一换热器；27-1、换热器贫液入口；27-2、换热器贫液出口；27-3、换热器富液入口；27-4、换热器富液出口；

28、第二换热器；28-1、换热器贫液入口；28-2、换热器贫液出口；28-3、换热器富液入口；28-4、换热器富液出口；

29、第三换热器；29-1、第二出口；29-2、第一入口；29-3、第一出口；29-4、第二入口；

30、气体减压阀；

31、第一冷却器；31-1、冷却器贫液出口；31-2、冷却器贫液入口；

32、第二冷却器；32-1、冷却器贫液出口；32-2、冷却器贫液入口；

33、第一流量调节阀；

34、第一止回阀；

35、第二流量调节阀；

36、第二止回阀；

37、第三流量调节阀；

38、第三止回阀；

39、第四流量调节阀；

40、第五流量调节阀；

41、第六流量调节阀；

42、不含CO₂烟气；

43、CO₂浓缩气；

44、第三循环泵；

45、第四换热器。

具体实施方式

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法/工艺、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法/工艺、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实用新型中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“中”、“顶”及“底”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。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型所公开的“范围”以下限和上限的形式给出。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定的范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有以这种方式进行限定的范围是可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是可以预料到的。此外，如果列出的最小范围值为1和2，列出的最大范围值为3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。

在本实用新型中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本实用新型中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本实用新型所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

在本实用新型中，如果没有特别的说明，本实用新型所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本实施例提供了一种混合盐脱碳系统，其结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，所述系统包括：

第一吸收塔11、第一冷却器31、第二吸收塔12、第二冷却器32、水洗塔13、液液分离器16、蒸氨塔14、第一换热器27、第二换热器28、第三换热器29、第一冷凝器15、第四换热器45、第二冷凝器19、再沸器18及解吸塔17；

其中，所述第一吸收塔11的顶部出气口通过管道与所述第二吸收塔12的下部进气口连通，第二吸收塔12的顶部出气口通过管道与水洗塔13的下部入口连通，水洗塔13的下部液体出口通过管道与第一循环泵21的入口连通，所述第一循环泵21的出口通过管道与第一三通的入口连通，所述第一三通的第一出口通过管道经由第六流量调节阀41与所述第三换热器29的第一入口29-2连通，所述第三换热器29的第一出口29-3通过管道与所述蒸氨塔14的中部液体入口连通，所述蒸氨塔14的下部液体出口通过管道经由第三循环泵44与所述第三换热器29的第二入口29-4连通，所述第三换热器29的第二出口29-1通过管道与所述水洗塔13的上部喷淋入口连通；

所述蒸氨塔14的顶部气体出口通过管道经由气体减压阀30与第一冷凝器15的上部入口连通，所述第一冷凝器15的底部冷凝水出口通过管道经由循环水泵22与所述蒸氨塔14的上部冲洗水入口连通，所述第一冷凝器15的顶部气体出口通过管道与第二冷却器32的贫液入口32-2连通，第二冷却器32的贫液出口32-1通过管道与所述第二吸收塔12的上部喷淋入口连通；

所述第一三通的第二出口通过管道与所述第四换热器45的第一入口连通，所述第四换热器45的第一出口通过管道与所述水洗塔13的上部喷淋入口连通；

所述解吸塔17的顶部气体出口通过管道与所述第四换热器45的第二入口连通，所述第四换热器45的第二出口通过管道与所述第二冷凝器19的上部入口连通，所述第二冷凝器19的底部冷凝水出口通过管道经由第二循环泵23与所述解吸塔17的上部冲洗水入口连通；

所述第一吸收塔11的下部富液出口通过管道经由第二流量调节阀35、第二止回阀36与第二三通的第一入口连通，所述第二吸收塔12的下部富液出口通过管道经由第一流量调节阀33、第一止回阀34与第二三通的第二入口连通，第二三通的出口通过管道与富液循环泵20的入口连通，所述富液循环泵20的出口通过管道与液液分离器16的液体入口连通，所述液液分离器16的底部富液出口通过管道与所述富液输送泵24的入口连通，所述富液输送泵24的出口通过管道与第三三通的入口连通，第三三通的第一出口通过管道经由第四流量调节阀39与第一换热器27的换热器富液入口27-3连通，第一换热器27的换热器富液出口27-4通过管道与解吸塔中部喷淋入口17-2连通，解吸塔第一贫液出口17-1通过管道与第一换热器27的换热器贫液入口27-1连通，第一换热器27的换热器贫液出口27-2通过管道经由第二贫液循环泵26与所述第一冷却器31的冷却器贫液入口31-2连通以及所述富液循环泵20的出口也通过管道依次经由第三流量调节阀37、第三止回阀38与所述第一冷却器31的冷却器贫液入口31-2连通，所述第一冷却器31的冷却器贫液出口31-1通过管道与所述第一吸收塔11的上部喷淋入口连通；

所述再沸器18设置于所述解吸塔17的下部，所述再沸器18设置有蒸汽入口18-1、蒸汽出口18-2、液体入口、再沸器顶部出口18-3及再沸器中部出口18-4，所述解吸塔17的下部第二贫液出口通过管道与所述液体入口连通，所述再沸器顶部出口18-3通过管道与所述解吸塔17的下部气体入口连通；

所述再沸器中部出口18-4通过管道与所述第二换热器28的换热器贫液入口28-1连通，所述第二换热器28的换热器贫液出口28-2通过管道经由第一贫液循环泵25与所述第二冷却器32的冷却器贫液入口32-2连通以及所述液液分离器16的上清液出口也通过管道与所述第二冷却器32的冷却器贫液入口32-2连通，所述第二冷却器32的冷却器贫液出口32-1通过管道与所述第二吸收塔12的上部喷淋入口连通；

所述第三三通的第二出口通过管道经由第五流量调节阀40与第二换热器28的换热器富液入口28-3连通，第二换热器28的换热器富液出口28-4通过管道与解吸塔上部喷淋入口17-3连通。

本实施例中，第一吸收塔11、第二吸收塔12均为圆柱形填料塔，均装填两层不锈钢丝网波纹规整填料，第一吸收塔11、第二吸收塔12的直径比为1:1，高度比为1:3。

本实施例中，所述液液分离器16采用旋流分离器。

实施例2

为了更清楚地说明本实用新型实施例1所提供的混合盐脱碳系统，本实施例利用所述混合盐脱碳系统对含CO₂烟气进行混合盐脱碳，包括以下具体步骤：

(1)预处理后的含CO₂烟气10(其中CO₂的体积含量为12％)从第一吸收塔11下部进入，逆流而上与混合盐吸收剂发生化学反应，以去除烟气中的CO₂；处理后的烟气经塔顶除雾后从第一吸收塔11的顶部进入第二吸收塔12下部，烟气继续与混合盐吸收剂逆流接触，接触过程中，烟气中残余的CO₂与混合盐吸收剂发生化学反应，以进一步去除烟气中的CO₂；

(2)随后步骤(1)中处理后所得携带NH₄ ⁺雾滴的烟气从第二吸收塔12顶部离开进入水洗塔13下部，水洗塔13中从上而下喷淋纯水，于水洗塔13中，烟气逆流而上进行水洗，经水洗后的不含CO₂烟气42从水洗塔13的塔顶排入大气；

(3)步骤(2)中水洗后所得的含有NH₄ ⁺的水溶液(即水洗下来的NH₄ ⁺以水溶液的形式存在)经第一循环泵21后分为两路并使其中一路含有NH₄ ⁺的水溶液于第三换热器29中与蒸氨塔的底部液体进行热交换，以回收蒸氨塔的底部液体的热量，然后将热交换后的水溶液送至蒸氨塔14的喷淋段，于蒸氨塔14中经加压、升温、汽提后，氨气与水分离，分离后所得氨气经气体减压阀30减压、第一冷凝器15冷凝去水分、第二冷却器32冷却降温后送回第二吸收塔12喷淋层进行循环回用，并将所得冷凝水送至蒸氨塔14进行循环利用；同时还将热交换后的底部液体送至水洗塔13的喷淋段进行循环回用；

对于另一路含有NH₄ ⁺的水溶液，先使其与经解吸塔17再生后产生的高浓度、高压二氧化碳及水蒸气于第四换热器45中进行热交换，以回收解吸塔顶部的CO₂气体热量，然后将热交换后的水溶液送至水洗塔13的喷淋段进行循环回用，随后对热交换后的二氧化碳及水蒸气于第二冷凝器19中进行冷凝，得到冷凝水和高浓度、高压二氧化碳，再将所述冷凝水送至解吸塔17进行循环利用，将所述高浓度、高压二氧化碳，即CO₂浓缩气43从冷凝所用第二冷凝器19的顶部排出；

(4)将第一吸收塔11与第二吸收塔12的塔底富液汇合后经富液循环泵20送至液液分离器16进行液液分离，分离所得的上清液经第二冷却器32冷却后送至第二吸收塔12的喷淋层进行循环回用；

将分离所得底部富液经富液输送泵24后分为两路，并使其中一路富液于第一换热器27中与解吸塔17所得贫液进行热交换，再将热交换后的富液送至解吸塔的中部进行再生，并将热交换后的贫液经第二贫液循环泵26输送至第一冷却器31冷却降温后送至第一吸收塔11的喷淋层进行循环回用；同时还可以将第一吸收塔11及第二吸收塔12的塔底富液汇合后再经第一冷却器31冷却后送至第一吸收塔11的喷淋层进行循环回用；

再生过程中，利用再沸器18对解吸塔17的塔体进行升温加热，并使再沸器18中部的贫液与另一路富液于第二换热器28中进行热交换，再将热交换后的富液送至解吸塔17的上部进行再生，并将热交换后的贫液经第一贫液循环泵25输送至第二冷却器32冷却降温后送至第二吸收塔12的喷淋层进行循环回用；

两路经热交换后的富液于解吸塔17中再生后产生高浓度、高压二氧化碳及水蒸气，该高浓度、高压二氧化碳及水蒸气由解吸塔17的顶部排出，经第四换热器45换热、第二冷凝器19脱水后得到高浓度、高压二氧化碳，即CO₂浓缩气43。

本实施例中，所述混合盐吸收剂为由30wt％的碳酸钾、7wt％碳酸氢铵、3wt％MDEA及余量的水组成的混合盐水溶液；

所述第一吸收塔的温度为30℃，压力为0.1MPa；所述第二吸收塔的温度为30℃，压力为0.1MPa；第一吸收塔11下部出口的富液CO₂负载量为0.37mol/mol富液，第二吸收塔12下部出口的富液CO₂负载量为0.70mol/mol富液；

经第二流量调节阀35的富液流量与经第三流量调节阀37的富液体积流量之比为4:1；

第六流量调节阀41与水洗塔13内部的水溶液碱度连锁，当水洗塔13内部的水溶液碱度大于5.7mg/L时，阀门全开；当碱度低于3.8mg/L时，阀门关闭；

经第五流量调节阀40的富液流量与经第四流量调节阀39的富液体积流量之比为7:13；

再沸器18的操作温度为160℃，负荷为1.84MJ/kgCO₂；

蒸氨塔14的温度为120℃，压力为0.2MPa，负荷为0.14MJ/kgCO₂；

所述水洗塔13的温度为20℃，压力为0.1MPa；

所述解吸塔17的操作温度为140℃，压力为1.0MPa。

经以上设定，水洗塔13顶部的净化气，即不含CO₂烟气42中的NH₃含量小于3ppm，净化气含残余CO₂仅为0.2％(干体积)；

第二冷凝器19脱水后得到体积浓度大于99％、压力可达10atm的高压二氧化碳，即CO₂浓缩气43。

实施例3

为了更清楚地说明本实用新型实施例1所提供的混合盐脱碳系统，本实施例利用所述混合盐脱碳系统对含CO₂烟气进行混合盐脱碳，其与实施例2的区别在于：

本实施例中，混合盐吸收剂为由40wt％的碳酸钾、10wt％碳酸氢铵、5wt％MDEA及余量的水组成的混合盐水溶液；

第一吸收塔11下部出口的富液CO₂负载量为0.40mol/mol富液，第二吸收塔12下部出口的富液CO₂负载量为0.54mol/mol富液；

经第二流量调节阀35的富液流量与经第三流量调节阀37的富液体积流量之比为5:1；

经第五流量调节阀40的富液流量与经第四流量调节阀39的富液体积流量之比为9:11；

解吸塔的操作温度为150℃，压力为1.2MPa；

再沸器18的操作温度为170℃，负荷为1.78MJ/kgCO₂；

蒸氨塔14的压力为0.22MPa，蒸氨塔14的负荷为0.08MJ/kgCO₂。

经以上设定，水洗塔13顶部的净化气，即不含CO₂烟气42中的NH₃含量小于3ppm，净化气含残余CO₂仅为0.5％(干体积)；

第二冷凝器19脱水后得到体积浓度大于95％、压力可达12atm的高浓度、高压二氧化碳，即CO₂浓缩气43。

综上所述，本实用新型实施例提供的混合盐脱碳工艺采用以含有碳酸氢铵、碳酸钾等为主的混合盐的水溶液作为吸收剂，再生能耗低，并且解吸塔在95-175℃和10-12atm的条件下运行，可产生体积浓度达99％以上，压力高达12atm的高浓度、高压二氧化碳，减少了后续二氧化碳再压缩的能耗，从而降低了整体系统的运行成本；

本实用新型实施例提供的混合盐脱碳系统及工艺使用水洗塔、蒸氨塔并控制其操作条件，可充分回收利用系统的水分、氨气，从而减少耗水量及氨逃逸；

本实用新型实施例提供的混合盐脱碳系统及工艺使用包括第一吸收塔及第二吸收塔在内的二级吸收塔，可加快反应速率，减少反应时间；同时，该系统及工艺还使用了二级换热器(即第一换热器和第二换热器)并于解吸塔的不同位置(即解吸塔的上部和中部)进行富液的进料，可使解吸塔内的温度分布均衡的同时，最大程度地回收利用贫液的热量，进而减少再沸器的负荷。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。

Claims (10)

1.一种混合盐脱碳系统，其特征在于，所述混合盐脱碳系统包括：第一吸收塔、第二吸收塔、水洗塔、液液分离器、蒸氨塔、第一换热器、第二换热器及解吸塔；

其中，所述第一吸收塔的出气口通过管道与所述第二吸收塔的进气口连通，第二吸收塔的出气口通过管道与水洗塔的入口连通，水洗塔的液体出口通过管道与所述蒸氨塔的液体入口连通，所述蒸氨塔的气体出口通过管道与所述第二吸收塔的喷淋入口连通；

所述第一吸收塔的富液出口、所述第二吸收塔的富液出口分别通过管道依次经由富液循环泵、液液分离器与富液输送泵的入口连通，富液输送泵的出口分别通过管道并经由第一换热器、第二换热器与解吸塔的中部喷淋入口、上部喷淋入口连通。

2.根据权利要求1所述的混合盐脱碳系统，其特征在于，所述解吸塔的第一贫液出口通过管道依次经由第一换热器、第二贫液循环泵与所述第一吸收塔的喷淋入口连通，和/或所述富液循环泵的出口通过管道与所述第一吸收塔的喷淋入口连通。

3.根据权利要求1或2所述的混合盐脱碳系统，其特征在于，所述系统还包括第一冷却器，所述解吸塔的第一贫液出口通过管道依次经由第一换热器、第二贫液循环泵与所述第一冷却器的贫液入口连通，和/或所述富液循环泵的出口通过管道与所述第一冷却器的贫液入口连通，所述第一冷却器的贫液出口通过管道与所述第一吸收塔的喷淋入口连通。

4.根据权利要求1所述的混合盐脱碳系统，其特征在于，所述系统还包括再沸器，其设置于所述解吸塔的下部，所述再沸器设置有蒸汽入口、蒸汽出口、液体入口、再沸器顶部出口及再沸器中部出口，所述解吸塔的第二贫液出口通过管道与所述液体入口连通，所述再沸器顶部出口通过管道与所述解吸塔的气体入口连通。

5.根据权利要求4所述的混合盐脱碳系统，其特征在于，所述再沸器中部出口通过管道依次经由第二换热器、第一贫液循环泵与所述第二吸收塔的喷淋入口连通，和/或所述液液分离器的上清液出口通过管道与所述第二吸收塔的喷淋入口连通。

6.根据权利要求4或5所述的混合盐脱碳系统，其特征在于，所述系统还包括第二冷却器，所述再沸器中部出口通过管道依次经由第二换热器、第一贫液循环泵与所述第二冷却器的贫液入口连通，和/或所述液液分离器的上清液出口通过管道与所述第二冷却器的贫液入口连通，所述第二冷却器的贫液出口通过管道与所述第二吸收塔的喷淋入口连通。

7.根据权利要求1所述的混合盐脱碳系统，其特征在于，所述系统还包括第三换热器及第一冷凝器，所述水洗塔的液体出口通过管道与所述第三换热器的第一入口连通，所述第三换热器的第一出口通过管道与所述蒸氨塔的液体入口连通，所述蒸氨塔的液体出口通过管道与所述第三换热器的第二入口连通，所述第三换热器的第二出口通过管道与所述水洗塔的喷淋入口连通；

所述蒸氨塔的气体出口通过管道经由气体减压阀与第一冷凝器的入口连通，所述第一冷凝器的冷凝水出口通过管道与所述蒸氨塔的冲洗水入口连通，所述第一冷凝器的气体出口通过管道与所述第二吸收塔的喷淋入口连通。

8.根据权利要求1或7所述的混合盐脱碳系统，其特征在于，所述系统还包括第四换热器及第二冷凝器，所述水洗塔的液体出口还通过管道与所述第四换热器的第一入口连通，所述第四换热器的第一出口通过管道与所述水洗塔的喷淋入口连通；

所述解吸塔的气体出口通过管道与所述第四换热器的第二入口连通，所述第四换热器的第二出口通过管道与所述第二冷凝器的入口连通，所述第二冷凝器的冷凝水出口通过管道与所述解吸塔的冲洗水入口连通。

9.根据权利要求8所述的混合盐脱碳系统，其特征在于，所述第二冷凝器的冷凝水出口通过管道经由第二循环泵与所述解吸塔的冲洗水入口连通。

10.根据权利要求1或2所述的混合盐脱碳系统，其特征在于，所述第二吸收塔的富液出口通过管道依次经由第一流量调节阀、第一止回阀与所述富液循环泵的入口连通；所述第一吸收塔的富液出口通过管道依次经由第二流量调节阀、第二止回阀与所述富液循环泵的入口连通。

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