CN219942320U - 一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统，包括工业炉、第一换热器、第二换热器、复合胺砜吸收塔、解吸塔、生物质气化炉、冷却塔和二氧化碳储罐，所述工业锅炉的烟气排放管上依次安装第一换热器和第二换热器，所述第二换热器的烟气出口与复合胺砜吸收塔的烟气入口连接，所述复合胺砜吸收塔的吸附液出口与解吸塔的物料输入口连接，所述解吸塔的解析出口通过冷却塔与二氧化碳储罐连接。本实用新型解决了给CO2吸收塔的能源供给问题，也有效解决了因为CO2气体大量排放引起的温室效应问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及能源化工领域，具体为一种针对工业炉排烟中捕集二氧化碳的应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕集系统。
背景技术
碳减排、碳中和对于环境生态保护和经济健康发展具有重大意义。为了有效实现碳减排和碳中和，增加二氧化碳气体的吸收循环利用效率，实现减少直接向大气排放二氧化碳是其中一个手段之一。
现有工艺中，CO2捕集工艺由烟气预处理系统、填料吸收再生塔、排气洗涤系统、溶液煮沸器、胺回收加热器、产品气处理系统(包括冷凝器、气液分离器和压缩机)以及系统水平衡维持系统等组成。处理流程主要是烟道气由引风机送入吸收塔，其中CO2被胺溶液吸收，尾气由塔项排入大气。吸收CO2后的富液由塔底经泵送入换热器，回收热量后送入再生塔，解吸出的CO2气，经处理后送入精处理系统，经过压缩加压、除湿、脱硫、制冷等工序，最终得到产品液态CO2。
现有技术主要针对的是在吸收二氧化碳的过程中，减少次生有毒有害气体的产生，或是延长装置的耐久性。公开号为CN115350567A的中国专利申请公开的技术方案中将二氧化碳吸收塔排出的烟气加速进入新增涡卷状通道，通过离心使得水珠与烟气分离，减少了烟气中氨水的外泄。公告号为CN204973485U的中国实用新型专利，公开的技术方案中，一个液体动力源促使二氧化碳吸收液在填料层与二氧化碳发生对流，提高材料的吸附效率。公告号为CN210171192U的中国专利公开的技术方案中，采用保护气体分布器向塔体内通入保护气，在塔体内壁上形成气膜，使吸收液与塔壁隔离，有效抵抗吸收液冲刷塔壁，防止塔壁腐蚀，延长设备的使用寿命，减少设备的检修次数，有效节约检修费用。此外，公开号为CN101962186A的中国专利申请公开的技术方案中，通过增加一个供热装置为二氧化碳吸收塔提供能源，但是该供热装置仍需要额外的载氧剂参与，实际上仍然是高能耗的。
由以上现有技术可以看出，目前大部分CO2捕集装置中使用的溶液煮沸器、胺回收加热器等大多需要消耗额外的能源以提供足够的动力，导致机组净热效率降低，同时很难实现完全脱除CO2。尽管目前诸如燃煤电厂、垃圾焚烧厂等中锅炉燃烧产生的CO2都会进行减碳处理，但仍有数量相当的CO2气体排入大气。同时，传统的减碳装置也会产生额外的能源消耗，使得总的CO2产生率增加。因此，对于二氧化碳捕集流程中涉及的装置诸如溶液煮沸器、胺回收加热器和换热器，需要进一步优化捕集流程使得其中的物质流和能量流能够最大程度的利用。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对以上所述现有技术存在的不足，提供一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统。
本实用新型解决其技术问题所采用技术方案为：一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统，包括工业锅炉、第一换热器、第二换热器、复合胺砜吸收塔、解吸塔、生物质气化炉、冷却塔和二氧化碳储罐，所述工业锅炉的烟气排放管上依次安装第一换热器和第二换热器，所述第二换热器的烟气出口与复合胺砜吸收塔的烟气入口连接，所述复合胺砜吸收塔的吸附液出口与解吸塔的物料输入口连接，所述解吸塔的解析出口通过冷却塔与二氧化碳储罐连接。
所述复合胺砜吸收塔的废气出口与烟囱连接，将排烟中不会被吸收的N2通过烟囱排放。
所述解吸塔的加热套上的冷凝水出口通过管路与第一换热器冷水入口连接，所述第一换热器的第一蒸汽出口与所述解吸塔的加热套上的蒸汽入口连接。
所述第一换热器的第二蒸汽出口与生物质气化炉连接；所述第一换热器的冷水入口设置补充水管。
所述第二换热器的空气入口设置风机，所述第二换热器的空气出口与生物质气化炉连接。
所述第二换热器的空气出口设置另一分支管路与工业锅炉连接。
所述解吸塔的解析出口与生物质气化炉连接。
所述解吸塔的胺液出口与所述复合胺砜吸收塔连接，将解吸后产生的吸附剂回收至所述复合胺砜吸收塔内循环利用。
所述冷却塔与二氧化碳储罐之间设置加压器。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)能耗低，可循环：通过用加热套以及换热器等装置，利用工业炉排出的烟气余热产生蒸汽为CO2捕集装置的解析过程提供能量，构建起一个可循环，且能耗低的工艺流程：(2)可实现碳零排放：结合CO2捕集装置和生物质气化炉，工业炉烟气中产生的CO2进入捕集装置，捕集后的小部分CO2用于生物质气化炉中的反应，另外大部分CO2用于地质封存，也就是说，CO2捕集装置和生物质气化炉的CO2反应率等于该系统的CO2产出率，意味着整个系统的CO2排放为零，实现了工艺流程的零碳排放；
(3)流程简单，可控性好：对于被复合胺砜溶液吸收的气体而言，存在最佳的解吸温度和解析时间，因此，可以根据工艺流程的实际需要，调整温度以获得最佳纯度和浓度的气体。
附图说明
图1是本实用新型一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统的系统流程图。
图中，1为工业炉、2为第一换热器、3为第二换热器、4为复合胺砜吸收塔、5为解吸塔、6为烟囱、7为生物质气化炉、8为冷却塔、9为加压器、10为二氧化碳储罐、11为加热套。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明。值得注意的是，这些具体实施例仅为本实用新型代表性之具体实施例，其中所举例之特定方法、装置、条件、材质等并非用以限定本实用新型或对应之具体实施例。此为，图中各装置仅用于表达其相对位置且未按其实际比例绘述，合先叙明。
一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统，如图1所示，包括工业炉1、第一换热器2、第二换热器3、复合胺砜吸收塔4、解吸塔5、生物质气化炉7、冷却塔8和二氧化碳储罐10，所述工业炉1的烟气排放管上依次安装第一换热器2和第二换热器3，所述第二换热器3的烟气出口与复合胺砜吸收塔4的烟气入口连接，所述复合胺砜吸收塔4的吸附液出口与解吸塔5的物料输入口连接，所述解吸塔5的解析出口通过冷却塔8与二氧化碳储罐10连接，将解吸出来的纯二氧化碳被冷却成为液态的后储存于二氧化碳储罐10内。所述复合胺砜吸收塔4的废气出口与烟囱6连接，将排烟中不会被吸收的N2等不被吸收的烟气通过烟囱6排放。所述解吸塔5的加热套11上的冷凝水出口通过管路与第一换热器2冷水入口连接，所述第一换热器2的第一蒸汽出口与所述解吸塔5加热套11上的蒸汽入口连接，为所述解吸塔5提供蒸汽热源，同时将所述解吸塔5冷凝水回用，形成循环管路。所述第一换热器2的第二蒸汽出口与生物质气化炉7连接，将被加热的水蒸气输入到生物质气化炉7内。所述第一换热器2的冷水入口设置补充水管，用于补充冷水。所述第二换热器3的空气入口设置风机，所述第二换热器3的空气出口与生物质气化炉7连接，向生物质气化炉7内输入500℃的热空气作为气化剂。所述第二换热器3的空气出口设置有一分支管路与工业锅炉1连接，将部分热空气输送到工业炉1内作为助燃空气。所述解吸塔5的解析出口与生物质气化炉7连接，用于将部分纯二氧化碳输入生物质气化炉7内制备生物质气。所述解吸塔5的胺液出口与所述复合胺砜吸收塔4连接，将解吸后产生的吸附剂回收至所述复合胺砜吸收塔4内循环利用。所述冷却塔8与二氧化碳储罐10之间设置加压器9。
本是实用新型的工作机理和流程如下：
1.废气处理，提纯过程
工业炉1燃烧产生的高温废气(主要含CO2，N2等)依次通过第一换热器2和第二换热器3后，进入到复合胺砜吸收塔4中。CO2被复合胺砜溶液吸收转化为液态物质，而N2不会被复合胺砜溶液吸收故从烟囱6排出。CO2复合胺砜溶液随后进入到解吸塔5中，在保持80℃条件下CO2会从复合胺砜溶液中解吸出来，大部分CO2通过提纯工艺以及在冷却塔8中冷却并加压，存储在二氧化碳储罐10中，用于后续的CO2地质封存；一部分的CO2进入到生物质气化炉7作为反应原料。
2.能源，原料循环过程
从工业炉1中出来的高温烟气会首先通过第一换热器2，此时经过第一换热器2的水会被加热成蒸汽，为解吸塔5中的解吸过程提供合适温度；同时一部分冷凝水从解吸塔5中流向第一换热器2，这部分冷凝水又会重新变成热蒸汽通向生物质气化炉7和解吸塔5的加热套11；这是一个能源循环。之后高温废气会继续通过第二换热器3，此时外部的流动空气会被加热至500℃以上的高温，通入生物质气化炉7中作为气化剂并提供热能；同时一部分热空气会被收集起来，返回到工锅炉1中作为助燃热能，这是第二个能源循环。在生物质气化炉中，CO2和C反应生成CO，同时C也会和高温水蒸气反应产生H2和CO，故生物质气化炉中会生成CO、H2，这些都能够作为燃料在工业锅炉中进行反应，这是第三个能量循环。
3.二氧化碳地质封存
该工艺流程捕集的大部分CO2通过冷却塔8，加压器9，注入到CO2储罐10中，后续将捕集的CO2注入地下渗透性岩层，以期在中短期内减少大气中CO2排放量增量。
本实用新型解决了给CO2吸收塔的能源供给问题，一部分已捕集的CO2进入生物质气化炉中产生CO，为工业炉的燃烧提供燃料；同时工业炉中产生的高温蒸汽能够为生物质气化炉的运作提供能源动力，以实现工艺流程中的物质流和能量流最大程度的有效循环。使得大部分被捕集的CO2在加压固化后，用于CO2地质封存，有效解决了因为CO2储存不当排入大气导致的温室效应问题。即本实用新型最终可以实现减碳，降低工艺实施过程的过度能耗问题。
以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即大凡依本实用新型申请专利范围及实用新型说明内容所作的简单等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。
Claims (9)
1.一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统，其特征在于，包括工业锅炉、第一换热器、第二换热器、复合胺砜吸收塔、解吸塔、生物质气化炉、冷却塔和二氧化碳储罐，所述工业锅炉的烟气排放管上依次安装第一换热器和第二换热器，所述第二换热器的烟气出口与复合胺砜吸收塔的烟气入口连接，所述复合胺砜吸收塔的吸附液出口与解吸塔的物料输入口连接，所述解吸塔的解析出口通过冷却塔与二氧化碳储罐连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统，其特征在于，所述复合胺砜吸收塔的废气出口与烟囱连接。
3.根据权利要求1所述的一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统，其特征在于，所述解吸塔的冷凝水出口通过管路与第一换热器冷水入口连接，所述第一换热器的第一蒸汽出口与所述解吸塔的蒸汽入口连接。
4.根据权利要求1所述的一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统，其特征在于，所述第一换热器的第二蒸汽出口与生物质气化炉连接；所述第一换热器的冷水入口设置补充水管。
5.根据权利要求1所述的一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统，其特征在于，所述第二换热器的空气入口设置风机，所述第二换热器的空气出口与生物质气化炉连接。
6.根据权利要求5所述的一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统，其特征在于，所述第二换热器的空气出口设置另一分支管路与工业锅炉连接。
7.根据权利要求1所述的一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统，其特征在于，所述解吸塔的解析出口与生物质气化炉连接。
8.根据权利要求1所述的一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统，其特征在于，所述解吸塔的胺液出口与所述复合胺砜吸收塔连接。
9.根据权利要求1所述的一种应用于工业炉的二氧化碳气体可循环捕捉捕集系统，其特征在于，所述冷却塔与二氧化碳储罐之间设置加压器。
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