專利名稱：一種基于熱力蒸汽壓縮及噴霧調(diào)溫的CO₂捕集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型的核心是提出了一種基于熱力蒸汽壓縮和噴霧調(diào)溫的CO2捕集系統(tǒng)，主要用于降低化學(xué)吸收法CO2捕集系統(tǒng)的能量消耗。
背景技術(shù)：
圖I為采用化學(xué)吸收法進(jìn)行電廠煙氣CO2的捕集系統(tǒng)圖，其主要工作流程為電廠脫硫后的煙道氣I調(diào)節(jié)流量后由引風(fēng)機(jī)送入吸收塔2，其中一部分CO2被吸收劑吸收，尾氣3由塔頂排入大氣。吸收CO2后的富液4由吸收塔底經(jīng)富液泵送入貧富液換熱器5，回收熱量后的CO2富液6送入再生塔7進(jìn)行解吸。解吸出的CO2氣體14連同水蒸氣經(jīng)冷卻器15冷卻后，經(jīng)過(guò)再生氣氣液分離器17分離除去水分后得到純度99. 5%以上的產(chǎn)品CO2氣18， 再送入CO2壓縮機(jī)增壓、制冷液化，最終儲(chǔ)存并裝車外輸。從貧富液換熱器5出來(lái)的富液6從再生塔7上部進(jìn)入，通過(guò)汽提解吸部分CO2，然后進(jìn)入溶液煮沸器8，使其中的CO2進(jìn)一步解吸。溶液煮沸器中投入的加熱蒸汽12，來(lái)自于電廠汽輪機(jī)提供高溫高壓的過(guò)熱蒸汽9。為了滿足溶液煮沸器中較低的解吸溫度要求(與吸收劑有關(guān)，一般在100°C左右)，系統(tǒng)將過(guò)熱蒸汽9和減溫減壓水10混合得到工藝要求的參數(shù)。這一系統(tǒng)的熱力學(xué)完善度很低，這主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一個(gè)是高溫、高壓的過(guò)熱蒸汽經(jīng)過(guò)混合過(guò)程減壓為中壓蒸汽，是一個(gè)典型的高品位能直接轉(zhuǎn)換為低品位能利用的過(guò)程，產(chǎn)生了很大的可用能損失。再一個(gè)是該系統(tǒng)的熱量是過(guò)剩的，但由于其品位低而不能得到利用。例如，加熱蒸汽在溶液煮沸器中冷凝下來(lái)的冷凝水11溫度相對(duì)較高，而這部分熱量并沒有得到充分利用；離開再生塔的CO2貧液21經(jīng)換熱器5換熱器后，進(jìn)一步進(jìn)入冷卻器23放出熱量后進(jìn)入吸收塔2，CO2貧液在貧液冷卻器23中放出的熱量也沒有得到利用；離開再生塔的再生氣14的溫度很高(約等于解析溫度)，在冷卻器15放出的熱量也直接作為廢熱排棄。綜上所述，在現(xiàn)有電廠煙氣CO2捕集系統(tǒng)中，高溫、高壓的過(guò)熱蒸汽與減溫減壓水混合得到工藝要求的中壓蒸汽，引起可用能損失，過(guò)熱蒸汽高品位能量沒有得到有效利用；加熱蒸汽在溶液煮沸器中冷凝下來(lái)的冷凝水沒有得到合理利用；貧液冷卻器23和再生氣冷卻器15放出的熱量也沒有回收利用，這樣的能量利用系統(tǒng)不利于系統(tǒng)能耗的降低。本實(shí)用新型旨在充分利用過(guò)熱蒸汽的高品位能量，借助熱力蒸汽壓縮機(jī)(Thermal VaporCompressor, TVC)回收利用系統(tǒng)沒有回收利用的熱量，降低系統(tǒng)能耗。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為有效利用過(guò)熱蒸汽高品位的能量，回收利用冷凝水、CO2貧液和再生氣的熱量，降低系統(tǒng)能耗。本實(shí)用新型提出的技術(shù)方案是用汽輪機(jī)抽出的高溫、高壓的過(guò)熱蒸汽作為工作蒸汽(驅(qū)動(dòng)蒸汽)驅(qū)動(dòng)單級(jí)或多級(jí)熱力蒸汽壓縮機(jī)，將冷凝水13引入閃蒸器閃蒸，閃蒸得到的水蒸汽送入熱力蒸汽壓縮機(jī)壓縮至溶液煮沸器要求的蒸汽參數(shù)。為了閃蒸盡可能多的蒸汽，充分利用系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的低品位熱量，可以將離開換熱器5的貧液22和離開再生塔的再生氣14引入閃蒸-加熱器30中對(duì)冷凝水13的閃蒸過(guò)程加熱。從熱力壓縮機(jī)出來(lái)的蒸汽參數(shù)可能高于所需要的中壓蒸汽(解析)溫度，為此，可采用冷凝水回流，對(duì)蒸汽進(jìn)行噴霧冷卻，將之調(diào)節(jié)到工藝過(guò)程所需要的溫度。本實(shí)用新型的技術(shù)方案示意圖如圖2所示。本實(shí)用新型具有下列主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)I.過(guò)熱蒸汽的高品位熱能得到合理利用。采用熱力蒸汽壓縮機(jī)，以來(lái)自汽輪機(jī)的高壓蒸汽(驅(qū)動(dòng)蒸汽)為工作介質(zhì)，對(duì)來(lái)自凝結(jié)水閃蒸的低參數(shù)水蒸氣進(jìn)行壓縮，使低品位的冷凝水和系統(tǒng)其它部位產(chǎn)生的低品位熱能得到回收利用，大大提高了系統(tǒng)的能效，降低了能耗。2.系統(tǒng)冷凝水、CO2貧液和再生氣的熱量得到完全回收利用，大大提高了系統(tǒng)的熱力學(xué)完善度，減少了工作蒸汽31的消耗量。3.實(shí)用性強(qiáng)。熱力蒸汽壓縮機(jī)29結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件、壽命長(zhǎng)、運(yùn)行可靠，是技術(shù)上成熟的設(shè)備；閃蒸-加熱器30是一個(gè)閃蒸器和換熱器的集合體，技術(shù)發(fā)展也非常成熟。而且，若合理設(shè)計(jì)，可以省去原系統(tǒng)的貧液冷卻器23和再生氣冷卻器15。因此，改進(jìn)系統(tǒng)的可操作性強(qiáng)。

圖I為電廠煙氣CO2的捕集系統(tǒng)圖；圖2為本實(shí)用新型的技術(shù)方案示意圖；圖3為只回收利用冷凝水的系統(tǒng)圖；圖4為回收冷凝水和CO2貧液熱量的系統(tǒng)圖；圖5為回收冷凝水和再生氣熱量的系統(tǒng)圖；附圖1-5中標(biāo)號(hào)為I-進(jìn)入吸收塔的煙氣2-吸收塔3-離開吸收塔的煙氣4-進(jìn)入吸收塔的CO2富液 5-貧富液換熱器6-進(jìn)入再生塔的CO2富液7-再生塔8-溶液煮沸器9-過(guò)熱蒸汽(質(zhì)量流量為m,溫度為t)10-減溫減壓水11-減溫減壓器12-進(jìn)煮沸器的飽和蒸汽13-離開煮沸器的冷凝水14-離開再生塔的再生氣15-再生氣冷卻器[0032]16-進(jìn)入氣液分離器的再生氣17-氣液分離器18-再生 CO219-冷凝液20-胺補(bǔ)液21-離開再生塔的CO2貧液22-離開換熱器的CO2貧液23-貧液冷卻器24-進(jìn)入吸收塔的CO2貧液[0041 ]25-洗滌尾氣的循環(huán)進(jìn)水26-洗滌尾氣的循環(huán)出水27-離開煮沸器的CO228-進(jìn)入煮沸器的CO2富液29-熱力蒸汽壓縮機(jī)(TVC)30-閃蒸-加熱器31-噴射器高壓工作蒸汽(質(zhì)量流量為mp，壓力為Pp，溫度為tp的過(guò)熱蒸汽)32-閃蒸蒸汽(質(zhì)量流量為mh，壓力為ph，溫度為th的飽和蒸汽)33-混合蒸汽(質(zhì)量流量為Hic，壓力為Pc，溫度為的過(guò)熱蒸汽)34-噴霧調(diào)溫水35-閃蒸飽和水36-余熱源進(jìn)口(22或14或兩股熱流)37-余熱源出口(24或16或兩股流體)
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
是將冷凝水13引入閃蒸器閃蒸，閃蒸得到的水蒸汽送入熱力蒸汽壓縮機(jī)壓縮至溶液煮沸器要求的蒸汽參數(shù)。為了閃蒸盡可能多的蒸汽，系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的低品位熱量，可以將離開換熱器5的貧液22和離開再生塔的再生氣14引入閃蒸-加熱器30中對(duì)冷凝水13的閃蒸過(guò)程加熱。采用冷凝水回流，對(duì)混合蒸汽進(jìn)行噴霧冷卻，將之調(diào)節(jié)到工藝過(guò)程所需要的溫度。圖2至圖5給出了回收利用冷凝水，回收冷凝水和CO2貧液熱量，回收冷凝水和再生氣熱量，回收冷凝水、CO2貧液和再生氣的熱量的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。I. 一種基于熱力蒸汽壓縮和噴霧調(diào)溫的CO2捕集系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括吸收塔2，貧富液換熱器5，再生塔7，溶液煮沸器8，減溫減壓器11，再生氣冷卻器15，氣液分離器17，貧液冷卻器23，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機(jī)29，閃蒸-加熱器30。吸收塔2連接貧富液換熱器5，通過(guò)貧液冷卻器23連接成一個(gè)回路；貧富液換熱器5與再生塔7連接，再生塔7通過(guò)再生氣冷卻器15與氣液分離器17連接；再生塔7與溶液煮沸器8連接，溶液煮沸器8連接減溫減壓器11形成一個(gè)回路；熱力蒸汽壓縮機(jī)29 —端連接閃蒸-加熱器30，另一端連接減溫減壓器11。熱力蒸汽壓縮機(jī)29連接閃蒸-加熱器30、溶液煮沸器8、減溫減壓器11形成另一個(gè)回路。上述描述的是說(shuō)明書附圖3所示的流程。[0058]2. 一種基于熱力蒸汽壓縮和噴霧調(diào)溫的CO2捕集系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括吸收塔2，貧富液換熱器5，再生塔7，溶液煮沸器8，減溫減壓器11，再生氣冷卻器15，氣液分離器17，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機(jī)29，閃蒸-加熱器30。吸收塔2連接貧富液換熱器5，貧富液換熱器5連接閃蒸-加熱器30的一端，閃蒸-加熱器30的另一端連接到吸收塔2，貧富液換熱器5、閃蒸-加熱器30以及吸收塔2連接成一個(gè)回路；貧富液換熱器5與再生塔7連接，再生塔7通過(guò)再生氣冷卻器15與氣液分離器17連接，再生塔7還與溶液煮沸器8連接；熱力蒸汽壓縮機(jī)29 —端連接閃蒸-加熱器30，另一端連接減溫減壓器11，熱力蒸汽壓縮機(jī)29連接閃蒸-加熱器30、溶液煮沸器8、減溫減壓器11形成另一個(gè)回路。說(shuō)明上述描述的是說(shuō)明書附圖4所示的流程。 3. 一種基于熱力蒸汽壓縮和噴霧調(diào)溫的CO2捕集系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括吸收塔2，貧富液換熱器5，再生塔7，溶液煮沸器8，減溫減壓器11，氣液分離器17，貧液冷卻器23，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機(jī)29，閃蒸-加熱器30。吸收塔2連接貧富液換熱器5，通過(guò)貧液冷卻器23連接成一個(gè)回路；貧富液換熱器5與再生塔7連接，再生塔7出來(lái)的再生氣14連接閃蒸-加熱器30的一端，閃蒸-加熱器30的另一端連接到氣液分離器17，再生塔7還與溶液煮沸器8連接；熱力蒸汽壓縮機(jī)29一端連接閃蒸-加熱器30，另一端連接減溫減壓器11，熱力蒸汽壓縮機(jī)29連接閃蒸-加熱器30、溶液煮沸器8、減溫減壓器11形成回路。上述描述的是說(shuō)明書附圖5所示的流程。4. 一種基于熱力蒸汽壓縮和噴霧調(diào)溫的CO2捕集系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括吸收塔2，貧富液換熱器5，再生塔7，溶液煮沸器8，減溫減壓器11，氣液分離器17，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機(jī)29，閃蒸-加熱器30。吸收塔2連接貧富液換熱器5，貧富液換熱器5連接閃蒸-加熱器30的一端，閃蒸-加熱器30的另一端連接到吸收塔2，貧富液換熱器5、閃蒸-加熱器30以及吸收塔2連接成一個(gè)回路；貧富液換熱器5與再生塔7連接，再生塔7出來(lái)的再生氣14也連接閃蒸-加熱器30的一端，閃蒸-加熱器30的另一端連接到氣液分離器17，再生塔7還與溶液煮沸器8連接；熱力蒸汽壓縮機(jī)29 —端連接閃蒸-加熱器30，另一端連接減溫減壓器11，熱力蒸汽壓縮機(jī)29連接閃蒸-加熱器30、溶液煮沸器8、減溫減壓器11形成回路。上述描述的是說(shuō)明書附圖2所示的流程。下面以某在運(yùn)電廠的一套CO2的捕集系統(tǒng)為例說(shuō)明本實(shí)用新型的節(jié)能效果圖I為現(xiàn)有CO2捕集系統(tǒng)主要流程示意圖。為了滿足再生器中的加熱工藝要求，煮沸器中消耗的熱量來(lái)自于電廠的汽輪機(jī)抽汽。該系統(tǒng)需要抽出200t/h，l. lMPa，300°C的過(guò)熱蒸汽，經(jīng)減溫減壓系統(tǒng)產(chǎn)生220t/h，壓力為0. 4MPa、溫度為144°C的飽和蒸汽進(jìn)溶液煮沸器，在溶液煮沸器中加熱CO2富液后凝結(jié)為0. 25MPa、溫度為128°C的冷凝水。例I采用圖3所示的回收冷凝水熱量的系統(tǒng)，采用兩級(jí)噴射回收利用冷凝水的閃蒸蒸汽。再生器和溶液煮沸器的工藝參數(shù)不變，熱力蒸汽壓縮機(jī)的工作蒸汽來(lái)自于汽輪機(jī)的抽汽，I. lMPa、300°C，抽吸閃蒸蒸汽后產(chǎn)生0.4MPa的過(guò)熱蒸汽。主要計(jì)算結(jié)果為第一級(jí)噴射系數(shù)0. 63，第二級(jí)噴射系數(shù)0. 29 ;閃蒸蒸汽壓力0. 05MPa，抽吸的閃蒸蒸汽流量為16. 9t/h ;熱力蒸汽壓縮機(jī)出口得到的混合蒸汽流量為195. 56t/h，溫度為274°C ；需要24. 44t/h噴霧調(diào)溫水，將混合蒸汽調(diào)溫到溫度為144°C的飽和蒸汽進(jìn)溶液煮沸器；共消耗的工作蒸汽流量為178. 68t/h，有效噴射系數(shù)為0.094，節(jié)省的工作蒸汽量Am =200-178. 68 = 21.32t/h，節(jié)能率為11.9%?？梢?，采用熱力蒸汽壓縮及噴霧調(diào)溫的CO2捕集系統(tǒng)后，能耗降低。例2采用圖5回收收冷凝水和再生氣熱量的系統(tǒng)，將再生氣引入閃蒸-加熱器30，再生氣加熱降壓后的冷凝水，閃蒸出更多的蒸汽，被兩級(jí)熱力蒸汽壓縮機(jī)抽吸回收利用。系統(tǒng)參數(shù)與例I相同，即再生器和溶液煮沸器的工藝參數(shù)不變，熱力蒸汽壓縮機(jī)的工作蒸汽來(lái)自于汽輪機(jī)的抽汽，I. lMPa、300°C，抽吸閃蒸蒸汽后產(chǎn)生0.4MPa的過(guò)熱蒸汽。主要計(jì)算結(jié)果為第一級(jí)噴射系數(shù)0. 62，第二級(jí)噴射系數(shù)0. 34 ;閃蒸蒸汽壓力0. 07MPa，抽吸的閃蒸蒸汽流量為18. 13t/h ;熱力蒸汽壓縮機(jī)出口得到的混合蒸汽流量為187. 55t/h，溫度為2730C ;需要32. 45t/h噴霧調(diào)溫水，將混合蒸汽調(diào)溫溫度為144°C的飽和蒸汽進(jìn)溶液煮沸 器；共消耗的工作蒸汽流量為169. 44t/h，有效噴射系數(shù)為0. 107，節(jié)省的工作蒸汽量Am =200-169.44 = 30. 56t/h，節(jié)能率為18.0%?？梢姡捎脽崃φ羝麎嚎s及噴霧調(diào)溫的CO2捕集系統(tǒng)后，能耗降低，節(jié)能效果顯著。
權(quán)利要求1.一種基于熱力蒸汽壓縮及噴霧調(diào)溫的CO2捕集系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括吸收塔，貧富液換熱器，再生塔，溶液煮沸器，減溫減壓器，再生氣冷卻器，氣液分離器，貧液冷卻器，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機(jī)，閃蒸-加熱器； 吸收塔連接貧富液換熱器，通過(guò)貧液冷卻器連接成一個(gè)閉合回路；貧富液換熱器與再生塔連接，再生塔通過(guò)再生氣冷卻器與氣液分離器連接；再生塔與溶液煮沸器連接，溶液煮沸器連接減溫減壓器形成一個(gè)閉合回路；熱力蒸汽壓縮機(jī)一端連接閃蒸-加熱器，另一端連接減溫減壓器；熱力蒸汽壓縮機(jī)連接閃蒸-加熱器、溶液煮沸器、減溫減壓器形成另一個(gè)閉合回路。
2.一種基于熱力蒸汽壓縮及噴霧調(diào)溫的CO2捕集系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括吸收塔，貧富液換熱器，再生塔，溶液煮沸器，減溫減壓器，再生氣冷卻器，氣液分離器，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機(jī)，閃蒸-加熱器； 吸收塔連接貧富液換熱器，貧富液換熱器連接閃蒸-加熱器的一端，閃蒸-加熱器的另一端連接到吸收塔，貧富液換熱器、閃蒸-加熱器以及吸收塔連接成一個(gè)閉合回路； 貧富液換熱器與再生塔連接，再生塔通過(guò)再生氣冷卻器與氣液分離器連接，再生塔還與溶液煮沸器連接；熱力蒸汽壓縮機(jī)一端連接閃蒸-加熱器，另一端連接減溫減壓器，熱力蒸汽壓縮機(jī)連接閃蒸-加熱器、溶液煮沸器、減溫減壓器形成一個(gè)閉合回路。
3.一種基于熱力蒸汽壓縮及噴霧調(diào)溫的CO2捕集系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括吸收塔，貧富液換熱器，再生塔，溶液煮沸器，減溫減壓器，氣液分離器，貧液冷卻器，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機(jī)，閃蒸-加熱器； 吸收塔連接貧富液換熱器，通過(guò)貧液冷卻器連接成一個(gè)閉合回路；貧富液換熱器與再生塔連接，再生塔出來(lái)的再生氣連接閃蒸-加熱器的一端，閃蒸-加熱器的另一端連接到氣液分離器，再生塔還與溶液煮沸器連接；熱力蒸汽壓縮機(jī)一端連接閃蒸-加熱器，另一端連接減溫減壓器，熱力蒸汽壓縮機(jī)連接閃蒸-加熱器、溶液煮沸器、減溫減壓器形成閉合回路。
4.一種基于熱力蒸汽壓縮及噴霧調(diào)溫的CO2捕集系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括吸收塔，貧富液換熱器，再生塔，溶液煮沸器，減溫減壓器，氣液分離器，其特征在于還包括有熱力蒸汽壓縮機(jī)，閃蒸-加熱器； 吸收塔連接貧富液換熱器，貧富液換熱器連接閃蒸-加熱器的一端，閃蒸-加熱器的另一端連接到吸收塔，貧富液換熱器、閃蒸-加熱器以及吸收塔連接成一個(gè)閉合回路；貧富液換熱器與再生塔連接，再生塔出來(lái)的再生氣也連接閃蒸-加熱器的一端，閃蒸-加熱器的另一端連接到氣液分離器，再生塔還與溶液煮沸器連接；熱力蒸汽壓縮機(jī)一端連接閃蒸-加熱器，另一端連接減溫減壓器，熱力蒸汽壓縮機(jī)連接閃蒸-加熱器、溶液煮沸器、減溫減壓器形成閉合回路。
專利摘要本實(shí)用新型是一種基于熱力蒸汽壓縮及噴霧調(diào)溫的CO2捕集系統(tǒng)，該系統(tǒng)特征在于采用了單級(jí)或多級(jí)熱力蒸汽壓縮，以過(guò)熱或飽和蒸汽作為工作蒸汽，冷凝水13經(jīng)閃蒸-加熱器30后，閃蒸出的水蒸汽進(jìn)入熱力蒸汽壓縮機(jī)壓縮到溶液煮沸器所要要求的蒸汽參數(shù)；采用冷凝水回流噴霧的方式調(diào)節(jié)供給蒸汽的溫度。該系統(tǒng)充分利用了過(guò)熱蒸汽能量品位高，作為熱力蒸汽壓縮機(jī)的工作蒸汽，回收利用了CO2捕集系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的低品位熱能，從而大幅度降低了系統(tǒng)的能耗，減少了環(huán)境熱污染。
文檔編號(hào)C01B31/20GK202506294SQ201220026328
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者劉中良, 張克舫, 李艷霞 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)