CN219333749U

CN219333749U - 一种废气碳捕集装置

Info

Publication number: CN219333749U
Application number: CN202320041518.4U
Authority: CN
Inventors: 董婵; 刘兴华; 刘松
Original assignee: Nanjing Polytechnic Institute
Current assignee: Nanjing Polytechnic Institute
Priority date: 2023-01-06
Filing date: 2023-01-06
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2033-01-06

Abstract

本实用新型提供了一种废气碳捕集装置，包括预处理系统和二氧化碳捕集系统，预处理系统与二氧化碳捕集系统通过管路进行连接；预处理系统包括预处理塔、增压风机、脱硫水泵和除尘水泵，增压风机顶部通过管路与预处理塔左侧进气口连接，增压风机左侧还设置有一管路用来吸进烟气；预处理塔右侧出液口和底部出液口分别通过管路与脱硫水泵和除尘水泵左侧连接，脱硫水泵和除尘水泵顶部均设置有一带有切断阀的管路。本申请所设计的一种废气碳捕集装置中的预处理塔结构简单，造价低，净化效率高，占地面积小，既具有除尘作用，又具有烟气降温和净化气体的作用，能够有效防止后续吸收塔和解吸塔受到磨损和腐蚀，保证碳捕集的处理效果和设备使用寿命。

Description

一种废气碳捕集装置

技术领域

本实用新型属于碳捕集节能技术领域，具体涉及一种废气碳捕集装置。

背景技术

气候变暖已引起全球范围的密切关注，其中二氧化碳是大气中最主要的温室气体之一。在生活生产中，电力行业是二氧化碳排放的重点行业，该行业中各火力发电厂产生的含有大量二氧化碳的烟气尾气在目前的工艺流程中均是直接排向大气。而随着全国碳排放权交易市场的建立，碳排放量全面与企业的经济利益直接相关，捕集二氧化碳的需求也逐渐出现。

碳捕集、利用与封存技术作为一种能够大规模减排CO₂的新兴技术，正成为各国推动化石能源减排、保障能源安全并寻求可持续发展的重要手段。因此，本领域技术人员设计了不少装置以实现CO₂的捕集。如中国专利CN114225623B公开了一种碳捕集系统，包括吸收塔、解析塔和循环装置；该碳捕集系统利用半贫液对吸收塔内二氧化碳进行吸收形成富液，富液在解析塔中生成二氧化碳和半贫液，半贫液通过循环装置重新回到吸收塔内，缩短了捕集系统的流程，且无需设置半贫液再生装置将吸收剂再生为贫液，降低了设备的能耗和投资；但其并未考虑到各发电厂产出的烟气不仅温度较高，会影响吸收塔对CO₂的吸收效率，而且还含有二氧化硫和灰尘，会使得吸收塔和解吸塔受到磨损和腐蚀，从而导致吸收塔和解吸塔的使用寿命较短。因此，中国专利CN208449052U设计了一种二氧化碳捕集测试实验平台，包括：烟气脱硝模块、烟气脱硫模块、烟气预处理模块和胺法二氧化碳捕集模块；该测试平台虽然能够再进行碳捕集前有效对电厂烟气进行脱硫脱硝及净化降温预处理，但其分别设置了脱硝、脱硫和预处理3个装置，在后续使用中还要对其进行拼接安装，即该测试平台的结构复杂且占地面积大。除此之外，无论是专利CN114225623B还是专利CN208449052U，两者所设计的碳捕集装置/平台对于解吸塔解吸出的气体均是选择直接排放，并未对其进行分离提纯，从而导致解吸出的CO₂纯度不高。

因此，如何设计出一款不仅结构简单，而且能有效对电厂烟气进行脱硫脱硝及净化降温等预处理，还能对解吸出的气体进行分离提纯的装置，为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种废气碳捕集装置，包括预处理系统和二氧化碳捕集系统，所述预处理系统与所述二氧化碳捕集系统通过管路进行连接；

所述预处理系统包括预处理塔和增压风机，所述增压风机顶部通过管路与所述预处理塔左侧进气口连接，所述增压风机左侧还设置有一管路用来吸进烟气；

所述二氧化碳捕集系统包括吸收塔、贫富液换热器、贫液冷却器、解吸塔；所述吸收塔底部出液口通过管路与所述贫富液换热器左侧连接，所述贫富液换热器右侧通过管路与所述解吸塔左侧进液口连接；所述解吸塔底部出液口通过管路与所述贫富液换热器底部连接，所述贫富液换热器顶部通过管路与所述贫液冷却器右侧连接，所述贫液冷却器左侧通过管路与所述吸收塔右侧进液口连接。

优选的，所述预处理系统还包括脱硫水泵和除尘水泵；所述预处理塔右侧出液口和底部出液口分别通过管路与所述脱硫水泵和除尘水泵左侧连接，所述脱硫水泵和除尘水泵顶部均设置有一带有切断阀的管路。

优选的，所述预处理塔包括脱硫脱硝区和洗涤区，所述脱硫脱硝区左侧进液口和所述洗涤区左侧进液口上均设置有一带有控制阀的管路。

优选的，所述二氧化碳捕集系统还包括富液泵和贫液泵；

所述富液泵左侧通过管路与所述吸收塔底部出液口连接，所述富液泵顶部通过带有控制阀的管路与所述贫富液换热器左侧连接；

所述贫液泵右侧通过管路与所述贫富液换热器顶部连接，所述贫液泵顶部通过带有控制阀的管路与所述贫液冷却器右侧连接。

优选的，所述吸收塔右侧进液口还连接有一管路，用来补充吸收塔中的吸收液。

优选的，所述二氧化碳捕集系统还包括再生气冷却器和再生气分离器；所述解吸塔顶部出气口通过管路与所述再生气冷却器左侧连接，所述再生气冷却器右侧通过管路与所述再生气分离器左侧进气口连接，所述再生气分离器底部出液口通过管路与所述解吸塔右上侧进液口连接。

优选的，所述二氧化碳捕集系统还包括再沸器；所述解吸塔右侧出液口通过管路与所述再沸器底部进液口连接，所述再沸器顶部出液口通过管路与所述解吸塔右下侧进液口连接。

优选的，所述再生气分离器顶部出气口上还设置有一管路。

优选的，所述再沸器右侧进汽口上设置有一管路。

优选的，所述再沸器左侧出汽口上设置有一管路，所述管路上设置有冷凝装置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型所提供的一种废气碳捕集装置，其中预处理塔的结构简单，造价低，净化效率高，占地面积小，既具有除尘作用，又具有烟气降温和净化气体的作用，能够有效防止后续吸收塔和解吸塔受到磨损和腐蚀，保证碳捕集的处理效果和设备使用寿命。

2.本实用新型所提供的一种废气碳捕集装置，通过设置有预处理塔塔顶安全阀和解吸塔塔顶安全阀并对应设置其起跳压力值，当塔顶压力超出安全范围时，安全阀会自动开启以进行排气，从而防止容器压力过大造成设备损坏。

3.本实用新型所提供的一种废气碳捕集装置，通过设置再沸器采用蒸汽对解吸塔底溶液进行间接加热以进一步解吸塔中的反应温度，能够保证解吸塔塔底温度在105～115℃左右，从而能够快速且高效地分解解吸塔中捕集到的富液。

4.本实用新型所提供的一种废气碳捕集装置碳捕集速度快、效率高，而且还通过设置有再生气分离器，使得解吸塔解析出的气体经其处理后，CO₂纯度非常高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型所提供的一种废气碳捕集装置的结构组成示意图；

图中：1、预处理塔；2、增压风机；3、脱硫水泵；4、除尘水泵；5、吸收塔；6、富液泵；7、贫富液换热器；8、贫液泵；9、贫液冷却器；10、解吸塔；11、再生气冷却器；12、再生气分离器；13、再沸器；14、冷凝装置；15、第一安全阀；16、第二安全阀。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

实施例1

本实施例介绍了一种废气碳捕集装置的结构组成。

请参考附图1，图1为本实用新型所提供的一种废气碳捕集装置的结构组成示意图。

一种废气碳捕集装置，包括预处理系统和二氧化碳捕集系统，所述预处理系统与所述二氧化碳捕集系统通过管路进行连接。

所述预处理系统包括预处理塔1、增压风机2、脱硫水泵3和除尘水泵4；所述增压风机2顶部通过管路与所述预处理塔1左侧进气口连接，所述增压风机2左侧还设置有一管路用来吸进烟气；

所述预处理塔1包括脱硫脱硝区和洗涤区(即脱硫和除尘两部分结构)，所述脱硫脱硝区左侧进液口上设置有一带有控制阀的管路用来输入脱硫脱硝药剂，所述洗涤区左侧进液口上设置有一带有控制阀的管路用来输入脱盐水；

所述预处理塔1右侧出液口和底部出液口分别通过管路与所述脱硫水泵3和除尘水泵4左侧连接，所述脱硫水泵3和除尘水泵4顶部均设置有一带有切断阀的管路。

进一步地，上述控制阀可以调节开度，范围是1-100％，进而可以调节脱硫脱硝药剂、脱盐水的流量和预处理塔1塔内液位。

进一步地，所述脱硫水泵3用于经预处理塔1脱硫后的废液输送，以进入废水处理系统得到进一步净化；所述除尘水泵4用于经预处理塔1除尘后的污水(含有大量悬浮颗粒物)输送，以进行污水处理系统得到进一步净化。

进一步地，烟道排出的烟气经增压风机2增压，并进入预处理塔1；烟气由下向上先进入洗涤区，与下降的喷淋液接触，实现湿式除尘并降温至40℃左右；随后继续上升进入脱硫脱硝区，在吸收液的吸收作用下实现脱硫；最后，清洁空气从预处理塔1塔顶排出。

进一步地，所述预处理塔1结构简单，造价低，净化效率高，占地面积小，既具有除尘作用，又具有烟气降温和净化气体的作用，能够有效防止后续吸收塔5和解吸塔10受到磨损和腐蚀，保证碳捕集的处理效果和设备使用寿命。

所述二氧化碳捕集系统包括吸收塔5、富液泵6、贫富液换热器7、贫液泵8、贫液冷却器9、解吸塔10、再生气冷却器11、再生气分离器12和再沸器13；

所述吸收塔5底部出液口通过管路与所述富液泵6左侧连接，所述富液泵6顶部通过带有控制阀的管路与所述贫富液换热器7左侧连接，所述贫富液换热器7右侧通过管路与所述解吸塔10左侧进液口连接；所述吸收塔5顶部出气口上设置有一管路用来排放经吸收塔5处理后的烟气；

所述解吸塔10底部出液口通过管路与所述贫富液换热器7底部连接，所述贫富液换热器7顶部通过管路与所述贫液泵8右侧连接，所述贫液泵8顶部通过带有控制阀的管路与所述贫液冷却器9右侧连接，所述贫液冷却器9左侧通过管路与所述吸收塔5右侧进液口连接；

所述解吸塔10顶部出气口通过管路与所述再生气冷却器11左侧连接，所述再生气冷却器11右侧通过管路与所述再生气分离器12左侧进气口连接，所述再生气分离器12底部出液口通过管路与所述解吸塔10右上侧进液口连接；

所述解吸塔10右侧出液口通过管路与所述再沸器13底部进液口连接，所述再沸器13顶部出液口通过管路与所述解吸塔10右下侧进液口连接。

进一步地，所述吸收塔5右侧进液口还连接有一管路，用来补充吸收塔5中的吸收液；

进一步地，所述预处理塔1顶部出气口与所述吸收塔5左侧进气口通过管道连接，所述管道上还设置有第一安全阀15，其起跳压力为15KpaG；当所述预处理塔1塔顶压力超出15KpaG时，所述第一安全阀15会自动开启以进行排气，进而防止因容器压力过大而造成设备损坏。

进一步地，与所述解吸塔10顶部出气口连接的管路上还设置有第二安全阀16，其起跳压力为80KpaG；当所述解吸塔10塔顶压力超出80KpaG时，所述第二安全阀16会自动开启以进行排气，进而防止因容器压力过大而造成设备损坏。

进一步地，贫液冷却器9和再生气冷却器11是用来对解吸塔10中产生的贫液和解吸出的再生气进行冷却；解吸塔10中产生脱除二氧化碳的、高温的贫液从解吸塔10底部出液口进入贫富液换热器7进行初步降温，然后进入贫液冷却器9中进行进一步降温至常温；解吸塔10中解吸出的再生气(CO₂随同大量的水蒸汽及少量活性组份)从解吸塔10塔顶排出，温度约98～102℃，压力约0.06Mpa，然后进入再生气冷却器11冷却至40℃。

进一步地，所述贫液冷却器9和再生气冷却器11设置为中空结构，通过在其中空部分设置管路用来不断传输低温的冷却水，以实现对所述贫液冷却器9和再生气冷却器11中的贫液和再生气进行均匀、快速的降温冷却。

进一步地，所述再生气分离器12用来对冷却后的再生气进行气液分离，浓缩提纯后的CO₂通过所述再生气分离器12顶部出气口上设置的管路排出，以进入后续工艺加以利用，主要用于食品保障、啤酒饮料以及气体保护焊接等领域。

进一步地，所述再沸器13右侧进汽口上设置有一管路用以进入低压蒸汽，从而实现对解吸塔10中富液的进一步高温加热，进而有利于二氧化碳的解吸；所述再沸器13左侧出汽口上设置有一管路用以流出处理后的蒸汽，所述管路上还设置有冷凝装置14。

进一步地，所述再沸器13采用蒸汽对解吸塔10中溶液进行间接加热，以保证塔内温度在105～115℃左右。由于解吸塔10中富液主要成分是氨基甲酸盐，解吸过程中需要较高的能量才能分解，所以需要利用再沸器13进一步提高容器反应温度。

实施例2

基于上述实施例1，本实施例介绍了一种废气碳捕集装置的工作流程，具体包括以下步骤：

S1：脱硫脱硝药剂和脱盐水分别通过管路进入预处理塔1脱硫脱硝区和洗涤区；

S2：烟气通过增压风机2进入预处理塔1，先在其洗涤段区除灰尘，再在其脱硫脱硝区去除二氧化氮和二氧化硫，后从预处理塔1顶部排出。

S3：经预处理塔1处理后的烟气从其顶部管路进入吸收塔5，被吸收塔5中的吸收液吸收掉大部分二氧化碳后从吸收塔5顶部排出；同时，常温的富液(即吸收完烟气中二氧化碳的吸收液)从吸收塔5底部排出，并进入贫富液换热器7中对其进行高温加热后再进入解吸塔10；

S4：富液在解吸塔10中的高温环境下进行解吸，解吸出的再生气通过解吸塔10顶部排出，并进入再生气冷却器11进行冷却后，再进入再生气分离器12中进行分离提纯，浓缩提纯后的气相从再生气分离器12顶部排出，以进入后续工序加以利用，可用于食品保鲜、啤酒饮料以及气体保护焊接等领域；同时，分离出的液相从再生气分离器12底部排出，并进入解吸塔10中与富液混合进行进一步解析；

S5：高温的贫液(即经过解吸塔10处理后的富液)从解吸塔10底部排出，并进入贫富液换热器7中对其进行降温后，再进入贫液冷却器9中对其进行进一步降温，以使得贫液温度降至常温，然后进入吸收塔5中再次对烟气进行碳吸收。

进一步地，再生气分离器12排放气相组成包括：二氧化碳、氮气、氧气、二氧化氮、二氧化硫、水和灰尘。

实施例3

基于上述实施例1和实施例2，本实施例介绍了一种废气碳捕集装置中不同位置的烟气组成。

进入预处理塔1的烟气组成如表3-1所示：

表3-1进入预处理塔1烟气组成一览表(增压风机2进入)

序号	组成	数值	单位
				1	二氧化碳	4.29	vol％
2	氮气	76.3399	vol％
				3	氧气	12.2225	vol％
4	二氧化氮	0.1012	vol％
				5	二氧化硫	0.0101	vol％
6	水	7.0324	vol％
				7	灰尘	0.0039	vol％

吸收塔5排出吸收塔5的烟气组成如表3-2所示：

表3-2吸收塔5排放气相组成一览表(吸收塔5塔顶排放)

序号	组成	数值	单位
				1	二氧化碳	0.4488	vol％
2	氮气	79.8578	vol％
				3	氧气	12.7859	vol％
4	二氧化氮	0.0053	vol％
				5	二氧化硫	0.0005	vol％
6	水	6.9017	vol％
				7	灰尘	0.0(忽略)	vol％

再生气分离器12排出的气相组成如表3-3所示：

表3-3再生气分离器12排放气相组成一览表(再生气分离器12排放)

通过将表3-1和表3-2进行对比可以发现，本申请所设计的预处理塔1能够有效去除烟气中的二氧化氮、二氧化硫和灰尘，从而能够有效防止后续吸收塔5和解吸塔10受到磨损和腐蚀，保证碳捕集的处理效果和设备使用寿命。而且，本申请所涉及的吸收塔5对二氧化碳的吸收率很高。通过表3-3可以发现，通过本装置解吸后经分离提纯后得到的CO₂纯度非常高，即本装置进行碳捕集的效率很高。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。

Claims

1.一种废气碳捕集装置，其特征在于，包括预处理系统和二氧化碳捕集系统，所述预处理系统与所述二氧化碳捕集系统通过管路进行连接；

所述预处理系统包括预处理塔(1)和增压风机(2)，所述增压风机(2)顶部通过管路与所述预处理塔(1)左侧进气口连接，所述增压风机(2)左侧还设置有一管路用来吸进烟气；

所述二氧化碳捕集系统包括吸收塔(5)、贫富液换热器(7)、贫液冷却器(9)、解吸塔(10)；所述吸收塔(5)底部出液口通过管路与所述贫富液换热器(7)左侧连接，所述贫富液换热器(7)右侧通过管路与所述解吸塔(10)左侧进液口连接；所述解吸塔(10)底部出液口通过管路与所述贫富液换热器(7)底部连接，所述贫富液换热器(7)顶部通过管路与所述贫液冷却器(9)右侧连接，所述贫液冷却器(9)左侧通过管路与所述吸收塔(5)右侧进液口连接。

2.根据权利要求1所述的一种废气碳捕集装置，其特征在于：所述预处理系统还包括脱硫水泵(3)和除尘水泵(4)；所述预处理塔(1)右侧出液口和底部出液口分别通过管路与所述脱硫水泵(3)和除尘水泵(4)左侧连接，所述脱硫水泵(3)和除尘水泵(4)顶部均设置有一带有切断阀的管路。

3.根据权利要求1或2所述的一种废气碳捕集装置，其特征在于：所述预处理塔(1)包括脱硫脱硝区和洗涤区，所述脱硫脱硝区左侧进液口和所述洗涤区左侧进液口上均设置有一带有控制阀的管路。

4.根据权利要求1所述的一种废气碳捕集装置，其特征在于：所述二氧化碳捕集系统还包括富液泵(6)和贫液泵(8)；

所述富液泵(6)左侧通过管路与所述吸收塔(5)底部出液口连接，所述富液泵(6)顶部通过带有控制阀的管路与所述贫富液换热器(7)左侧连接；

所述贫液泵(8)右侧通过管路与所述贫富液换热器(7)顶部连接，所述贫液泵(8)顶部通过带有控制阀的管路与所述贫液冷却器(9)右侧连接。

5.根据权利要求4所述的一种废气碳捕集装置，其特征在于：所述吸收塔(5)右侧进液口还连接有一管路，用来补充吸收塔(5)中的吸收液。

6.根据权利要求4所述的一种废气碳捕集装置，其特征在于：所述二氧化碳捕集系统还包括再生气冷却器(11)和再生气分离器(12)；所述解吸塔(10)顶部出气口通过管路与所述再生气冷却器(11)左侧连接，所述再生气冷却器(11)右侧通过管路与所述再生气分离器(12)左侧进气口连接，所述再生气分离器(12)底部出液口通过管路与所述解吸塔(10)右上侧进液口连接。

7.根据权利要求5或6所述的一种废气碳捕集装置，其特征在于：所述二氧化碳捕集系统还包括再沸器(13)；所述解吸塔(10)右侧出液口通过管路与所述再沸器(13)底部进液口连接，所述再沸器(13)顶部出液口通过管路与所述解吸塔(10)右下侧进液口连接。

8.根据权利要求6所述的一种废气碳捕集装置，其特征在于：所述再生气分离器(12)顶部出气口上还设置有一管路。

9.根据权利要求7所述的一种废气碳捕集装置，其特征在于：所述再沸器(13)右侧进汽口上设置有一管路。

10.根据权利要求7或9所述的一种废气碳捕集装置，其特征在于：所述再沸器(13)左侧出汽口上设置有一管路，所述管路上设置有冷凝装置(14)。