CN219291040U

CN219291040U - 一种二氧化碳吸收装置

Info

Publication number: CN219291040U
Application number: CN202223498328.XU
Authority: CN
Inventors: 张小霓; 张小军; 杨东凯; 徐少杰; 冉真真; 杨硕; 徐旭斌; 孙明坤
Original assignee: Rundian Energy Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Rundian Energy Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2022-12-26
Filing date: 2022-12-26
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2032-12-26

Abstract

本实用新型涉及一种二氧化碳吸收装置，其包括：吸收塔，所述吸收塔由下至上划分有一级吸收区域、二级吸收区域以及三级吸收区域；所述一级吸收区域内由下至上依次设置有第一烟气湍流发生器、第一板孔波纹填料层以及新胺液喷淋器；所述二级吸收区域内由下至上依次设置有鲍尔环填料层和第一贫胺液喷淋器；所述三级吸收区域内由下至上依次设置有第二烟气湍流发生器、第二板孔波纹填料层以及第二贫胺液喷淋器。本实用新型实施例通过一级吸收区域、二级吸收区域以及三级吸收区域的浓度逐渐降低的方式实现CO2的逐步吸收，相较以往一次高浓度吸收液(醇胺)与CO2反应，本申请的CO2吸收效率更佳。

Description

一种二氧化碳吸收装置

技术领域

本实用新型涉及节能环保领域，特别涉及一种二氧化碳吸收装置。

背景技术

针对全球气候问题，CO2捕集、利用与封存技术(CCUS)是现阶段唯一能大幅度减少化石能源CO2排放的技术。在各类CO2捕集技术中，化学吸收技术捕集效率高且适应性好。化学吸收法是指化学溶剂通过与CO2发生化学反应，对二氧化碳进行吸收。反应在吸收塔内进行，烟气从底部进入吸收塔，吸收液从顶部喷淋而下，接触后发生反应。通常采用碱性化学吸收液，如：醇胺、钾碱和氨水等。目前较为成熟的化学吸收法工艺多基于乙醇胺类水溶液，如单乙醇胺法(MEA法)和二乙醇胺法(DEA法)和甲基二乙醇胺法(MDEA法)等。不同的吸收方式、吸收剂的采用，不仅对CO2的捕集效率有着明显区别，后续溶剂及其降解产物包括其他胺、氨、胺聚合物、酸、醛和酮等二次污染物的排放亦有深远影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够达到精细多层梯度吸收剂浓度设置及均布管理，刺激吸收反应平衡正向移动，有效达到吸收效率的最大化。反应过程，充分利用能量交换原理，控制能量耗损的同时，减少吸收胺液的高温氧化反应。利用新型吸收塔的结构与吸收液浓度梯度顶端最小的优势，取消水洗除胺过程，高效控制污染物的排放，避免二次污染的目的二氧化碳吸收装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种二氧化碳吸收装置，其包括：

吸收塔，所述吸收塔由下至上划分有一级吸收区域、二级吸收区域以及三级吸收区域；

所述一级吸收区域内由下至上依次设置有第一烟气湍流发生器、第一板孔波纹填料层以及新胺液喷淋器；

所述二级吸收区域内由下至上依次设置有鲍尔环填料层和第一贫胺液喷淋器；

所述三级吸收区域内由下至上依次设置有第二烟气湍流发生器、第二板孔波纹填料层以及第二贫胺液喷淋器。

可选的，还包括：富液输出管路；所述富液输出管路与所述吸收塔的底部相连通。

可选的，还包括：第一换热器和贫胺液输入管路；所述贫胺液输入管路分别与所述第一贫胺液喷淋器和所述第二贫胺液喷淋器相连通；所述第一换热器用于与所述富液输出管路接触，从所述富液输出管路吸收热量，将热量传递给所述贫胺液输入管路。

可选的，还包括：第二换热器和新胺液输入管路；所述新胺液输入管路与所述新胺液喷淋器相连通；所述第二换热器用于与所述贫胺液输入管路接触，从所述贫胺液输入管路吸收热量，将热量传递给所述新胺液输入管路。

可选的，所述第一板孔波纹填料层的底部设置有第一格栅式填料支承板，所述第一板孔波纹填料层的顶部设置有第一床层限制栅；所述第一板孔波纹填料层的厚度为3-4m。

可选的，所述鲍尔环填料层的底部设置有气体喷射式填料支承板，所述板孔波纹填料层的顶部设置有第二床层限制栅。

可选的，所述第二板孔波纹填料层的底部设置有第二格栅式填料支承板，所述第二板孔波纹填料层的顶部设置有第三床层限制栅；所述第二板孔波纹填料层的厚度为2-3m。

可选的，所述新胺液喷淋器的液体使用量为总吸收液量的20-40％；所述第二贫胺液喷淋器的液体使用量为总吸收液量的75-55％；所述新胺液喷淋器的液体使用量和所述第二贫胺液喷淋器的液体使用量的综合为为总吸收液量的95％。

可选的，所述烟气湍流发生器包括：烟气均布板和设置在所述烟气均布板上的螺旋形叶片湍流器

本实用新型实施例一种二氧化碳吸收装置与现有技术相比，其有益效果在于：

本实用新型实施例通过一级吸收区域、二级吸收区域以及三级吸收区域的浓度逐渐降低的方式实现CO2的逐步吸收，相较以往一次高浓度吸收液(醇胺)与CO2反应，本申请的CO2吸收效率更佳。

附图说明

图1为本实用新型实施例中一种二氧化碳吸收装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中一级吸收区域的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中二级吸收区域的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中三级吸收区域的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中烟气净化层的示意图；

图6为本实用新型实施例中第一烟气湍流发生器的结构示意图。

图中，1、一级吸收区域；11、烟气输入管路；12、第一烟气湍流发生器；121、烟气均布板；122、螺旋形叶片湍流器；13、第一格栅式填料支承板；14、第一板孔波纹填料层；15、第一床层限制栅；16、新胺液喷淋器；18、第二换热器；2、二级吸收区域；21、气体喷射式填料支承板；22、鲍尔环填料层；23、第二床层限制栅；24、第一贫胺液喷淋器；26、第一换热器；3、三级吸收区域；31、第二烟气湍流发生器；32、第二格栅式填料支承板；33、第二板孔波纹填料层；34、第三床层限制栅；35、第二贫胺液喷淋器；4、烟气净化区域；41、过滤冷却层；42、有机胺消除层；43、喷淋冲洗及冷却水系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

首先，需要说明的是，在本文中所提到的顶部、底部、朝上、朝下等方位是相对于各个附图中的方向来定义的，它们是相对的概念，并且因此能够根据其所处于的不同位置和不同的实用状态而改变。所以，不应将这些或其他方位用于理解为限制性用语。

应注意，术语“包括”并不排除其他要素或步骤，并且“一”或“一个”并不排除复数。

此外，还应当指出的是，对于本文的实施例中描述或隐含的任意单个技术特征，或在附图中示出或隐含的任意单个技术特征，仍能够在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行组合，从而获得未在本文中直接提及的本申请的其他实施例。

另外还应当理解的是，本文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

应当注意的是，在不同的附图中，相同的参考标号表示相同或大致相同的组件。

如图1-图4所示，本实用新型实施例优选实施例的一种二氧化碳吸收装置，其包括：

吸收塔，所述吸收塔由下至上划分有一级吸收区域1、二级吸收区域2以及三级吸收区域3。

所述一级吸收区域1内由下至上依次设置有第一烟气湍流发生器12、第一板孔波纹填料层14以及新胺液喷淋器16。

所述二级吸收区域2内由下至上依次设置有鲍尔环填料层22和第一贫胺液喷淋器24。

所述三级吸收区域3内由下至上依次设置有第二烟气湍流发生器31、第二板孔波纹填料层33以及第二贫胺液喷淋器35。

其中，在吸收塔的底部设置有烟气输入管路11，其用于引入CO2。

基于上述结构，本申请由下至上设计一级吸收区域1、二级吸收区域2以及三级吸收区域3，能够逐步对CO2进行吸收，有助于提高CO2的吸收效率。一级吸收区域1使用新胺液且量少于完全吸收CO2的量，刺激胺液彻底完全反应，有效减少夹带、氧化等额外耗损。二级吸收区域2使用贫胺液量仍少于完全吸收CO2的量，鲍尔环的均布作用，有效使胺液彻底完全反应。三级吸收区域3完全吸收CO2的残余胺液量，通过第二湍流发生器、第二板孔波纹填料层33的均布与缓化作用，新的平衡刺激反应最大化正向进行。本申请采用一级吸收区域1、二级吸收区域2以及三级吸收区域3的浓度逐渐降低的方式实现CO2的逐步吸收，相较以往一次高浓度吸收液(醇胺)与CO2反应，本申请的CO2吸收效率更佳。

进一步地，参见图1，本实用新型实施例还包括：富液输出管路。所述富液输出管路与所述吸收塔的底部相连通，富液为从吸收塔顶部反应完成需要排出的液体，其具有较高温度的特点。

进一步地，参见图1，本实用新型实施例还包括：第一换热器26和贫胺液输入管路。所述贫胺液输入管路分别与所述第一贫胺液喷淋器24和所述第二贫胺液喷淋器35相连通，使外部处理完毕的贫胺液能够通过贫胺液输入管路进入至第一贫胺液喷淋器24和第二贫胺液喷淋器35中。所述第一换热器26用于与所述富液输出管路接触，从所述富液输出管路吸收热量，将热量传递给所述贫胺液输入管路，也即是通过将富液中的热量通过第一换热器26传递至贫胺液中，充分利用能量交换，避免以往贫胺液需要单独加热和富液需要单独降温的情况。

进一步地，参见图1-图3，本实用新型实施例还包括：第二换热器18和新胺液输入管路。所述新胺液输入管路与所述新胺液喷淋器16相连通，新胺液输入管路用于将新的新胺液输入至新胺液喷淋器16中。所述第二换热器18用于与所述贫胺液输入管路接触，从所述贫胺液输入管路吸收热量，将热量传递给所述新胺液输入管路。其中，在贫胺液输入管路与富液输出管路通过第一换热器26换热后，贫胺液输入管路中具有较高的热量，本申请利用贫胺液输入管路的热量加热新胺液输入管路中的新胺液，使新胺液能够加热后再通过新胺液喷淋器16进行喷淋，进一步地节约了本申请的能源消耗。

进一步地，参见图2，所述第一板孔波纹填料层14的底部设置有第一格栅式填料支承板13，所述第一板孔波纹填料层14的顶部设置有第一床层限制栅15；所述第一板孔波纹填料层14的厚度为3-4m，并且新胺液喷淋器16的喷淋密度45-60点/m2。

进一步地，参见图3，所述鲍尔环填料层22的底部设置有气体喷射式填料支承板21，所述板孔波纹填料层的顶部设置有第二床层限制栅23。

进一步地，参见图4，所述第二板孔波纹填料层33的底部设置有第二格栅式填料支承板32，所述第二板孔波纹填料层33的顶部设置有第三床层限制栅34；所述第二板孔波纹填料层33的厚度为2-3m，并且第一贫胺液喷淋器24的喷淋密度50-70点/m2。

进一步地，所述新胺液喷淋器16的液体使用量为总吸收液量的20-40％；所述第二贫胺液喷淋器35的液体使用量为总吸收液量的75-55％；所述新胺液喷淋器16的液体使用量和所述第二贫胺液喷淋器35的液体使用量的综合为为总吸收液量的95％，第二贫胺液喷淋器35的液体使用量为总吸收液量的5％，该样设计法会使本申请残留极少量胺液浓度，彻底完成吸收反应的同时，无需水洗去除大浓度胺液卷带步骤。另外，三级吸收区域3中的贫胺液浓度较低，不会过多残留胺，能够直接取消水洗除胺过程，高效控制污染物的排放，避免二次污染。

进一步地，参见图6，所述烟气湍流发生器包括：烟气均布板121和设置在所述烟气均布板121上的螺旋形叶片湍流器122。

进一步地，所述吸收塔内还划分有烟气净化区域4；所述烟气净化区域4位于所述三级吸收区域3的上方；所述烟气净化区域4内设置有过滤冷却层41和有机胺消除层42。过滤冷却层41包括两层反向波纹板过滤装置，有机胺消除层42为乱堆拉西环构成。上设喷淋冲洗及冷却水系统43，冲洗频次0.5-1h/次。

下面结合详细实施例进行阐述：

实施例一：处理烟气量300Nm3/h，烟气CO2浓度13％，经引风机进入烟气输入管路11、第一烟气湍流发生器12、第一格栅式填料支承板13、第一板孔波纹填料层14、第一床层限制栅15。浓度3.0M PZ/1.2M MEA流量160L/h(占总吸收液量比20％)，经第二换热器18加热至40℃，由新胺液喷淋器16进行喷洒。喷淋密度50点/m2。本实施例的第一板孔波纹填料层14为3m高度。

烟气进入二级吸收区域2，由下至上为气体喷射式填料支承板21、6m高的鲍尔环填料层22、第二床层限制栅23。600L/h贫胺液(吸收液量占比75％)经第一换热器26和第二换热器18降温后，通过第一贫胺液喷淋器24喷淋密度70点/m2。

烟气进入三级吸收区域3流经第二烟气湍流发生器31、第二格栅式填料支承板32、第二板孔波纹填料层33、第三床层限制栅34。40L/h贫胺液(占比5％)经第二贫胺液喷淋器35进行喷淋。喷淋密度43点/m2。

烟气进入烟气净化层，流经单层波纹板过滤装置，1m乱堆拉西环构成。喷淋冲洗及冷却水系统43，冲洗频次1h/次。CO2捕集效率97.50％，胺排放量25mg/m3。

实施例二：处理烟气量400Nm3/h，烟气CO2浓度12％，经引风机进入烟气输入管路11、第一烟气湍流发生器12、第一格栅式填料支承板13、第一板孔波纹填料层14、第一床层限制栅15。浓度2.5AMP/0.3MPZ/0.8M MEA流量348L/h(占总吸收液量比30％)，经第二换热器18加热至40℃，由新胺液喷淋器16进行喷洒。喷淋密度55点/m2。本实施例的第一板孔波纹填料层14为3.5m高度。

烟气进入二级吸收区域2，由下至上为气体喷射式填料支承板21、6.3m高的鲍尔环填料层22、第二床层限制栅23。520L/h贫胺液(吸收液量占比65％)经第一换热器26和第二换热器18降温后，通过第一贫胺液喷淋器24喷淋密度65点/m2。

烟气进入三级吸收区域3流经第二烟气湍流发生器31、第二格栅式填料支承板32、第二板孔波纹填料层33、第三床层限制栅34。58L/h贫胺液(占比5％)经第二贫胺液喷淋器35进行喷淋。喷淋密度45点/m2。第二格栅式填料支承板32的高度为2.1m。

烟气进入烟气净化层，流经单层波纹板过滤装置，1m乱堆拉西环构成。喷淋冲洗及冷却水系统43，冲洗频次0.5h/次。CO2捕集效率98.00％，胺排放量20mg/m3。

实施例三：处理烟气量600Nm3/h，烟气CO2浓度12％，经引风机进入烟气输入管路11、第一烟气湍流发生器12、第一格栅式填料支承板13、第一板孔波纹填料层14、第一床层限制栅15。浓度2.5AMP/1.1M MEA流量698L/h(占总吸收液量比40％)，经第二换热器18加热至45℃，由新胺液喷淋器16进行喷洒。喷淋密度60点/m2。本实施例的第一板孔波纹填料层14为4m高度。

烟气进入二级吸收区域2，由下至上为气体喷射式填料支承板21、6.5m高的鲍尔环填料层22、第二床层限制栅23。960L/h贫胺液(吸收液量占比55％)经第一换热器26和第二换热器18降温后，通过第一贫胺液喷淋器24喷淋密度60点/m2。

烟气进入三级吸收区域3流经第二烟气湍流发生器31、第二格栅式填料支承板32、第二板孔波纹填料层33、第三床层限制栅34。87L/h贫胺液(占比5％)经第二贫胺液喷淋器35进行喷淋。喷淋密度50点/m2。第二格栅式填料支承板32的高度为2.5m。

烟气进入烟气净化层，流经单层波纹板过滤装置，1m乱堆拉西环构成。喷淋冲洗及冷却水系统43，冲洗频次0.5h/次。CO2捕集效率98.20％，胺排放量30mg/m3。

综上，本实用新型实施例提供一种二氧化碳吸收装置，其通过一级吸收区域1、二级吸收区域2以及三级吸收区域3的浓度逐渐降低的方式实现CO2的逐步吸收，相较以往一次高浓度吸收液(醇胺)与CO2反应，本申请的CO2吸收效率更佳。新胺液充当冷却水，与贫胺液能量互换，减少能量耗损与胺液高温氧化。利用本申请的二氧化碳吸收装置的结构与吸收液浓度梯度顶端最小的优势，取消水洗除胺过程，高效控制污染物的排放，避免二次污染。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种二氧化碳吸收装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收装置，其特征在于，还包括：富液输出管路；所述富液输出管路与所述吸收塔的底部相连通。

3.根据权利要求2所述的二氧化碳吸收装置，其特征在于，还包括：第一换热器和贫胺液输入管路；所述贫胺液输入管路分别与所述第一贫胺液喷淋器和所述第二贫胺液喷淋器相连通；所述第一换热器用于与所述富液输出管路接触，从所述富液输出管路吸收热量，将热量传递给所述贫胺液输入管路。

4.根据权利要求3所述的二氧化碳吸收装置，其特征在于，还包括：第二换热器和新胺液输入管路；所述新胺液输入管路与所述新胺液喷淋器相连通；所述第二换热器用于与所述贫胺液输入管路接触，从所述贫胺液输入管路吸收热量，将热量传递给所述新胺液输入管路。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收装置，其特征在于，所述第一板孔波纹填料层的底部设置有第一格栅式填料支承板，所述第一板孔波纹填料层的顶部设置有第一床层限制栅；所述第一板孔波纹填料层的厚度为3-4m。

6.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收装置，其特征在于，所述鲍尔环填料层的底部设置有气体喷射式填料支承板，所述板孔波纹填料层的顶部设置有第二床层限制栅。

7.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收装置，其特征在于，所述第二板孔波纹填料层的底部设置有第二格栅式填料支承板，所述第二板孔波纹填料层的顶部设置有第三床层限制栅；所述第二板孔波纹填料层的厚度为2-3m。

8.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收装置，其特征在于，所述新胺液喷淋器的液体使用量为总吸收液量的20-40％；所述第二贫胺液喷淋器的液体使用量为总吸收液量的75-55％；所述新胺液喷淋器的液体使用量和所述第二贫胺液喷淋器的液体使用量的综合为为总吸收液量的95％。

9.根据权利要求1所述的二氧化碳吸收装置，其特征在于，所述烟气湍流发生器包括：烟气均布板和设置在所述烟气均布板上的螺旋形叶片湍流器。