CN220656983U - 一种基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，涉及烟气处理技术领域，主要结构包括预洗涤塔、多级循环吸收塔、吸收剂换热过滤系统和吸收剂再生系统；预洗涤塔内设有喷淋层；预洗涤塔设有预洗涤塔除雾器；预洗涤塔与多级循环吸收塔相连通；多级循环吸收塔内设有吸收段；多级循环吸收塔与烟囱连通；喷淋层与吸收剂换热过滤系统连通；吸收剂换热过滤系统与吸收剂再生系统连通。利用预洗涤塔净化烟气中的杂质，降低吸收过程中吸收剂降解的可能性，利用吸收剂过滤器、三级填料段和除雾器减少吸收剂的降解和逃逸。借助多级循环提高吸收剂利用率，减少吸收剂用量；借助分相罐使富液分层，减少需要再生的富液量，降低再生能耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及烟气处理技术领域，特别是涉及一种基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统。
背景技术
二氧化碳(CO2)是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一，对温室效应的贡献达到55％。2022年全球CO2排放总量375亿吨，主要源自煤、石油和天然气等化石燃料的燃烧，碳中和目标可谓任重而道远。在“双碳”目标的指引下，CO2捕集技术成为减少碳排放的重要技术手段。
目前，CO2捕集技术可以分为三类：燃烧前捕集、富氧燃烧捕集及燃烧后捕集。其中有机胺化学吸收法是应用最为广泛的燃烧后捕集方法，在石化、电力、水泥等行业均有多个示范项目应用。但吸收剂降解造成的运行不稳定、运行费用昂贵等都阻碍了其大规模商业化应用的脚步。
如公开号为CN218077173U的一种焦炉烟气二氧化碳捕集系统中，通过吸收法实现焦炉烟气二氧化碳的捕集，并最大程度利用烟气、贫富液余热，实现能量梯级利用。但该技术有以下不足：未考虑吸收剂降解和逃逸的应对措施；吸收塔后净烟气经过三个换热器后再排放，流程复杂，换热效率低；吸收剂利用率低，再生能耗大。
化学吸收法碳捕集系统中，有机胺是应用最为广泛的吸收剂。有机胺吸收剂因受热(热降解)、氧气(氧化降解)以及胺与烟气污染物(如硫氧化物、氮氧化物、卤素化合物、碳氢化合物和其他杂质)的反应而产生降解，且有机胺及其降解产物容易挥发而发生逃逸。
每种有机胺吸收剂吸收二氧化碳都有其饱和量，在实际工程应用中如何尽可能地利用其饱和吸收量，以减少吸收剂用量，从而降低再生能耗。
发明内容
为解决以上技术问题，本实用新型提供一种基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，利用预洗涤塔净化烟气中的杂质，降低吸收过程中吸收剂降解的可能性，利用吸收剂过滤器、三级填料段和除雾器减少吸收剂的降解和逃逸。借助多级循环吸收，尽可能利用吸收剂的饱和吸收量，以减少吸收剂用量；借助分相罐使富液分层，以减少需要再生的富液量，从而进一步降低再生能耗。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
本实用新型提供一种基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，包括预洗涤塔、多级循环吸收塔、吸收剂换热过滤系统和吸收剂再生系统；所述预洗涤塔的下部设置有用于与脱硫装置相连通的烟气进口；所述预洗涤塔内设置有至少一个喷淋层；所述预洗涤塔的上部设置有预洗涤塔除雾器；所述预洗涤塔的顶部与所述多级循环吸收塔的底部相连通；所述多级循环吸收塔内设置有多级吸收段；所述多级循环吸收塔的顶部与烟囱相连通；所述喷淋层与所述吸收剂换热过滤系统相连通；所述吸收剂换热过滤系统与所述吸收剂再生系统相连通。
可选的，所述预洗涤塔下部与一预洗涤塔循环泵的入口端相连通，所述预洗涤塔循环泵的出口端与所述喷淋层相连通。
可选的，所述吸收段包括喷淋层以及设置于所述喷淋层下方的填料层。
可选的，所述填料层下方还设置有集液层。
可选的，所述吸收剂换热过滤系统包括循环罐和循环泵；所述循环罐的一端与所述多级循环吸收塔的底部或每个所述吸收段的底部相连通；所述循环罐的另一端与所述循环泵的进口相连通，所述循环泵的出口与所述吸收段的顶部相连通。
可选的，所述吸收剂换热过滤系统还包括冷却器，所述冷却器设置于所述循环泵与所述多级循环吸收塔之间。
可选的，所述吸收剂再生系统包括再生塔、再生气气液分离器、再生气冷却器和再生气冷凝液回流泵；所述再生塔顶部与所述再生气气液分离器的中部之间设置有所述再生气冷却器，所述再生气气液分离器底部与所述再生塔中上部之间设置有所述再生气冷凝液回流泵；所述再生气气液分离器顶部与二氧化碳干燥液化装置相连通。
可选的，所述再生塔下部与再沸器的下部相连通，所述再沸器的上部与所述再生塔的中下部相连通。
可选的，所述吸收剂换热过滤系统与所述吸收剂再生系统之间设置有富液泵、贫/富液换热器、贫液泵和吸收剂过滤器，所述富液泵的进口端与所述吸收剂换热过滤系统中的一级循环罐底部相连通，所述富液泵的出口端与所述贫/富液换热器的第一接口相连通，所述贫/富液换热器的第二接口与所述吸收剂再生系统中的再生塔的中上部相连通，所述吸收剂再生系统中的再生塔的底部与所述贫液泵的进口相连通，所述贫液泵的出口与所述贫/富液换热器的第三接口相连通，所述贫/富液换热器的第四接口与所述吸收剂换热过滤系统中的多级循环吸收塔中上部相连通，所述吸收剂过滤器设置于所述贫/富液换热器的第四接口与所述吸收剂换热过滤系统中的多级循环吸收塔之间；所述贫/富液换热器的第一接口与所述贫/富液换热器的第二接口相连通，所述贫/富液换热器的第三接口与所述贫/富液换热器的第四接口相连通。
可选的，所述再生塔顶部设置有再生塔除雾器，所述再生塔中上部设置有喷淋层，所述喷淋层下方设置有填料层。
本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
1、利用预洗涤塔净化烟气中的杂质，降低吸收过程中吸收剂降解的可能性，利用吸收剂过滤器、三级填料段和除雾器减少吸收剂的降解和逃逸，以提高吸收剂的使用寿命；
2、充分利用吸收剂对CO2的饱和吸收量，以减少吸收剂用量；
3、借助多级循环吸收，尽可能利用相变吸收剂，减少需要再生的富液量，从而降低再生能耗；借助分相罐使富液分层，以减少需要再生的富液量，从而进一步降低再生能耗。
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，下面描述中的附图仅仅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为本实用新型基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统的结构示意图。
附图标记说明：1、预洗涤塔除雾器；2、第二喷淋层；3、第一喷淋层；4、预洗涤塔；5、预洗涤塔循环泵；6、吸收塔除雾器；7、三级喷淋层；8、三级填料层；9、三级集液层；10、二级喷淋层；11、二级填料层；12、二级集液层；13、一级喷淋层；14、一级填料层；15、引风机；16、多级循环吸收塔；17、二级冷却器；18、一级冷却器；19、三级循环罐；20、二级循环罐；21、一级循环罐；22、三级循环泵；23、二级循环泵；24、一级循环泵；25、富液泵；26、吸收剂过滤器；27、贫/富液换热器；28、再生塔除雾器；29、喷淋层；30、填料层；31、再生塔；32、贫液泵；33、再生气冷却器；34、再生气冷凝液回流泵；35、再沸器；36、再生气气液分离器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
本发明中的基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，充分考虑了预防吸收剂降解、逃逸的措施：
(1)设置预洗涤塔，来自脱硫装置的烟气进入多级循环吸收塔脱碳前先进入预洗涤塔，在预洗涤塔内依次经历第一喷淋层、第二喷淋层和预洗涤塔除雾器，可以有效地脱除烟气中的杂质，减少后续吸收过程中吸收剂的降解；
(2)多级循环吸收塔可以通过多级温控有效地控制吸收塔内的温升，有效地降低吸收剂的挥发；同时在多级循环吸收塔顶设置三级填料段和吸收塔除雾器，有效地回收携带的吸收剂液滴，减少逃逸；
(3)贫液至二级循环回路中旁路设置吸收剂过滤器，及时过滤掉吸收剂中的杂质，以减少吸收剂的降解，保障吸收剂的使用寿命。
本发明中的基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，设置多级循环吸收塔，充分利用吸收剂对CO2的饱和吸收量，步骤如下：
预洗涤后烟气进入多级循环吸收塔，依次经历一级吸收段、二级吸收段、三级水洗段和除雾器。其中起吸收CO2作用的是一级吸收段和二级吸收段，贫液进入吸收塔之前都经过冷却器冷却到50℃左右，可有效地减少吸收剂的挥发。
一级吸收段与塔外的一级循环罐(分相罐)、一级循环泵和一级冷却器构成一级循环回路，多级循环吸收塔出来的富液在一级循环罐(分相罐)分层后，上层吸收液CO2负载较小，通过一级循环泵继续循环利用；底层富液CO2负载较大，通过富液泵输送至再生塔再生。在一级循环罐(分相罐)分层后，有效减少了需再生的富液量，从而降低了再生塔的再生能耗。
本发明中的基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，设置贫/富液换热器，利用再生塔出来的贫液升温多级循环吸收塔出来的富液，以减少第二冷却器的冷却负荷，降低再生塔的再生能耗。
再生塔包括再沸器和从下至上依次设置的填料层、喷淋层和再生塔除雾器；再沸器设置在再生塔底部，再沸器热源源于主机辅汽；再生塔顶部设有再生塔除雾器。
一级冷却器、二级冷却器和再生气冷却器采用水冷，冷却水采用除盐水，升温后的冷却水可返至主机回收利用。
预洗涤塔和多级循环吸收塔中的喷嘴选用单头双向喷嘴或同等高效喷嘴，喷嘴邵特粒径可达1800μm,液滴粒径减少，可加大液滴的比表面积，从而增大气液接触面积，增强洗涤和吸收效果。
如图1所示，本实施例提供一种基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，包括预洗涤塔4、多级循环吸收塔16、吸收剂换热过滤系统和吸收剂再生系统；预洗涤塔4的下部设置有用于与脱硫装置相连通的烟气进口；预洗涤塔4内设置有至少一个喷淋层29；预洗涤塔4的上部设置有预洗涤塔除雾器1；预洗涤塔4的顶部与多级循环吸收塔16的底部相连通；多级循环吸收塔16内设置有多级吸收段；多级循环吸收塔16的顶部与烟囱相连通；喷淋层29与吸收剂换热过滤系统相连通；吸收剂换热过滤系统与吸收剂再生系统相连通。
于本具体实施例中，预洗涤塔4下部与预洗涤塔循环泵5的入口端相连通，预洗涤塔循环泵5的出口端与喷淋层29相连通。于更具体的实施例中，预洗涤塔4内设置有第一喷淋层3和第二喷淋层2，预洗涤塔循环泵5的出口与第一喷淋层3和第二喷淋层2相连通。于其他具体实施例中，预洗涤塔4也可以选用填料塔。
本具体实施例中，多级循环吸收塔16中的吸收段包括由上到下依次设置的三级喷淋层7、三级填料层8、三级集液层9、二级喷淋层10、二级填料层11、二级集液层12、一级喷淋层13和一级填料层14；多级循环吸收塔16顶部设置有吸收塔除雾器6。
吸收剂换热过滤系统包括一级循环罐21、一级循环泵24、二级循环罐20、二级循环泵23、三级循环罐19、三级循环泵22、一级冷却器18和二级冷却器17；一级循环罐21为分相罐，多级循环吸收塔16的底部与一级循环罐21的顶部相连通，一级循环罐21的中部与一级循环泵24的进口相连通，以及循环泵的出口与一级喷淋层13之间设置有一级冷却器18；二级集液层12与二级循环罐20的顶部相连通，二级循环罐20的底部与二级循环泵23的进口相连通，二级循环泵23的出口与二级喷淋层10之间设置有二级冷却器17；三级集液层9与三级循环罐19的顶部相连通，三级循环罐19的底部与三级循环泵22的进口相连通，三级循环泵22的出口与三级喷淋层7相连通；二级循环罐20的中上部与一级循环罐21顶部相连通；三级循环泵22的出口端设置有除盐水补水口。
吸收剂再生系统包括再生塔31、再生气气液分离器36、再生气冷却器33和再生气冷凝液回流泵34；再生塔31顶部与再生气气液分离器36的中部之间设置有再生气冷却器33，再生气气液分离器36底部与再生塔31中上部之间设置有再生气冷凝液回流泵34；再生气气液分离器36顶部与二氧化碳干燥液化装置相连通。
再生塔31下部与再沸器35的下部相连通，再沸器35的上部与再生塔31的中下部相连通。
吸收剂换热过滤系统与吸收剂再生系统之间设置有富液泵25、贫/富液换热器27和吸收剂过滤器26，富液泵25的进口端与吸收剂换热过滤系统中的循环罐底部相连通，富液泵25的出口端与贫/富液换热器27的第一接口相连通，贫/富液换热器27的第二接口与吸收剂再生系统中的再生塔31的中上部相连通，吸收剂再生系统中的再生塔31的底部与贫液泵32的进口相连通，贫液泵32的出口与贫/富液换热器27的第三接口相连通贫/富液换热器27的第三接口相连通，贫/富液换热器27的第四接口与吸收剂换热过滤系统中的多级循环吸收塔16中上部相连通，吸收剂过滤器26设置于贫/富液换热器27的第四接口与吸收剂换热过滤系统中的多级循环吸收塔16之间；贫/富液换热器27的第一接口与贫/富液换热器27的第二接口相连通，贫/富液换热器27的第三接口与贫/富液换热器27的第四接口相连通。更具体的，贫/富液换热器27的第四接口与二级冷却器17之间的管路上设置有吸收剂补液口，贫/富液换热器27的第四接口与二级冷却器17之间的管路上设置有过滤支路，过滤支路上设置有吸收剂过滤器26。
再生塔31顶部设置有再生塔除雾器28，再生塔31中上部设置有喷淋层29，喷淋层29下方设置有填料层30。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (9)
1.一种基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，其特征在于，包括预洗涤塔、多级循环吸收塔、吸收剂换热过滤系统和吸收剂再生系统；所述预洗涤塔的下部设置有用于与脱硫装置相连通的烟气进口；所述预洗涤塔内设置有至少一个喷淋层；所述预洗涤塔的上部设置有预洗涤塔除雾器；所述预洗涤塔的顶部与所述多级循环吸收塔的底部相连通；所述多级循环吸收塔内设置有多级吸收段；所述多级循环吸收塔的顶部与烟囱相连通；所述喷淋层与所述吸收剂换热过滤系统相连通；所述吸收剂换热过滤系统与所述吸收剂再生系统相连通；
所述吸收剂再生系统包括再生塔、再生气气液分离器、再生气冷却器和再生气冷凝液回流泵；所述再生塔顶部与所述再生气气液分离器的中部之间设置有所述再生气冷却器，所述再生气气液分离器底部与所述再生塔中上部之间设置有所述再生气冷凝液回流泵；所述再生气气液分离器顶部与二氧化碳干燥液化装置相连通。
2.根据权利要求1所述的基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述预洗涤塔下部与预洗涤塔循环泵的入口端相连通，所述预洗涤塔循环泵的出口端与所述喷淋层相连通。
3.根据权利要求1所述的基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述吸收段包括喷淋层以及设置于所述喷淋层下方的填料层。
4.根据权利要求3所述的基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述填料层下方还设置有集液层。
5.根据权利要求1所述的基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述吸收剂换热过滤系统包括循环罐和循环泵；所述循环罐的一端与所述多级循环吸收塔的底部或每个所述吸收段的底部相连通；所述循环罐的另一端与所述循环泵的进口相连通，所述循环泵的出口与所述吸收段的顶部相连通。
6.根据权利要求5所述的基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述吸收剂换热过滤系统还包括冷却器，所述冷却器设置于所述循环泵与所述多级循环吸收塔之间。
7.根据权利要求1所述的基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述再生塔下部与再沸器的下部相连通，所述再沸器的上部与所述再生塔的中下部相连通。
8.根据权利要求7所述的基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述吸收剂换热过滤系统与所述吸收剂再生系统之间设置有富液泵、贫/富液换热器、贫液泵和吸收剂过滤器，所述富液泵的进口端与所述吸收剂换热过滤系统中的循环罐底部相连通，所述富液泵的出口端与所述贫/富液换热器的第一接口相连通，所述贫/富液换热器的第二接口与所述吸收剂再生系统中的再生塔的中上部相连通，所述吸收剂再生系统中的再生塔的底部与所述贫液泵的进口相连通，所述贫液泵的出口与所述贫/富液换热器的第三接口相连通，所述贫/富液换热器的第四接口与所述吸收剂换热过滤系统中的多级循环吸收塔中上部相连通，所述吸收剂过滤器设置于所述贫/富液换热器的第四接口与所述吸收剂换热过滤系统中的多级循环吸收塔之间；所述贫/富液换热器的第一接口与所述贫/富液换热器的第二接口相连通，所述贫/富液换热器的第三接口与所述贫/富液换热器的第四接口相连通。
9.根据权利要求1所述的基于相变吸收剂的多级循环二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述再生塔顶部设置有再生塔除雾器，所述再生塔中上部设置有喷淋层，所述喷淋层下方设置有填料层。
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