二氧化碳分離和回收系統(tǒng)及其操作方法
【專(zhuān)利摘要】在一個(gè)實(shí)施方式中，二氧化碳分離和回收系統(tǒng)包括允許包含二氧化碳的氣體與吸收液接觸并排出第一富液的吸收塔，所述第一富液為已經(jīng)吸收二氧化碳的吸收液，和致使所述吸收液釋放包含二氧化碳的氣體并排出貧液的再生塔，所述貧液的二氧化碳濃度低于所述富液的二氧化碳濃度。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括使用水蒸汽加熱所述再生塔中的吸收液的重沸器，和將所述第一富液分成第二和第三富液的分流器。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括使用所述貧液加熱所述第二富液的第一熱交換器，和使用從所述重沸器排出的水加熱所述第三富液的第二熱交換器。
【專(zhuān)利說(shuō)明】二氧化碳分離和回收系統(tǒng)及其操作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]在此描述的實(shí)施方式涉及二氧化碳分離和回收系統(tǒng)及其操作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]關(guān)于二氧化碳的回收，作為應(yīng)對(duì)全球性大規(guī)模關(guān)心的全球變暖問(wèn)題的有效措施，二氧化碳回收和存儲(chǔ)技術(shù)近來(lái)受到關(guān)注。特別地，通過(guò)使用水溶液回收二氧化碳的方法已經(jīng)與熱電廠和過(guò)程廢氣相關(guān)聯(lián)地進(jìn)行研究。例如，包括吸收塔和再生塔的二氧化碳回收裝置是已知的，吸收塔被構(gòu)造成通過(guò)使吸收液吸收包含二氧化碳的氣體而產(chǎn)生富液，再生塔被構(gòu)造成加熱從吸收塔排出的富液以釋放二氧化碳和蒸汽、從蒸汽中分離二氧化碳、并將產(chǎn)生的貧液返回至吸收塔。
[0003]在從富液中釋放二氧化碳的步驟中，相鄰于再生塔設(shè)置的重沸器循環(huán)并加熱再生塔中的吸收液。用于作為加熱介質(zhì)在熱電廠、工廠等使用而被產(chǎn)生的蒸汽(水蒸汽)的一部分被供給到該重沸器。供給到重沸器的蒸汽量需要被減少。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0004]圖1為第一實(shí)施方式的二氧化碳分離和回收系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖；
[0005]圖2為第二實(shí)施方式的二氧化碳分離和回收系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖；并且
[0006]圖3至7為修改的實(shí)施方式的二氧化碳分離和回收系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。

【具體實(shí)施方式】
[0007]以下將參考附圖對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0008]在一個(gè)實(shí)施方式中，二氧化碳分離和回收系統(tǒng)包括:吸收塔，包含二氧化碳的氣體被導(dǎo)入其中，該吸收塔被構(gòu)造成允許該氣體與用于吸收二氧化碳的吸收液接觸、并排出第一富液，該第一富液為已經(jīng)吸收二氧化碳的吸收液，和再生塔，其被構(gòu)造成致使該吸收液釋放包含二氧化碳的氣體、并排出貧液，該貧液的二氧化碳濃度低于該富液的二氧化碳濃度。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括構(gòu)造成使用水蒸汽加熱該再生塔中的吸收液的重沸器，和構(gòu)造成將該第一富液分成第二富液和第三富液的分流器。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括構(gòu)造成使用從該再生塔輸送到該吸收塔的貧液加熱從該分流器輸送到該再生塔的第二富液的第一熱交換器，和構(gòu)造成使用從該重沸器排出的水加熱從該分流器輸送到該再生塔的第三富液的第二熱交換器。
[0009](第一實(shí)施方式)
[0010]圖1為第一實(shí)施方式的二氧化碳分離和回收系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。如圖1所示，該二氧化碳分離和回收系統(tǒng)包括吸收塔1，再生式熱交換器7，再生塔8，重沸器9和分流器20。該二氧化碳分離和回收系統(tǒng)通過(guò)使用吸收二氧化碳用的吸收液回收燃燒排氣2中的二氧化碳?xì)怏w12，并排出脫二氧化碳的氣體3。
[0011]燃燒排氣2產(chǎn)生自例如熱電廠的鍋爐(未示出)并被引入吸收塔I的下部。在吸收塔I中，燃燒排氣2與吸收液接觸，并且燃燒排氣2中的二氧化碳被吸收在該吸收液中。該吸收液從吸收塔I的上部被導(dǎo)入，通過(guò)填充有用于提高氣液接觸效率的填料的填充層1A，并在吸收塔I中向下流動(dòng)。例如，胺類(lèi)化合物可被用作該吸收液。
[0012]燃燒排氣2的二氧化碳的較大部分被吸收在該吸收液中，并且其二氧化碳含量下降的脫二氧化碳的氣體3從吸收塔I的塔頂被排出。
[0013]在吸收塔I的底部，富液101被收集，所述富液為已經(jīng)吸收了二氧化碳的吸收液。在吸收塔I的底部被收集的富液101從吸收塔I的底部被排出，并由富液傳送泵6輸送到分流器20。
[0014]分流器20將富液101 (第一富液)分成主富液(第二富液)102和副富液(第三富液)104。
[0015]主富液102在再生式熱交換器(第一熱交換器)7處利用從再生塔8 (重沸器9)排出的貧液107被加熱。加熱的主富液103被輸送到再生塔8。
[0016]副富液104在熱交換器(第二熱交換器)30處利用從重沸器9排出的熱水121被加熱。已被加熱的副富液105被輸送到再生塔8。
[0017]被輸送到再生塔8的主富液103和副富液105通過(guò)填充有用于提高氣液接觸效率的填料的填充層8A，并在再生塔8中向下流動(dòng)。它們經(jīng)歷與作為在重沸器9處產(chǎn)生的二氧化碳和水蒸汽的混合物的混合氣體110的逆流接觸以被加熱，并釋放二氧化碳以便作為半貧液106在再生塔8的底部被收集。在再生塔8的底部被收集的半貧液106從再生塔8的底部被排出，在重沸器9處被加熱并且分離成二氧化碳與水蒸汽的混合氣體110和熱貧液107。
[0018]重沸器9被供以水蒸汽120，并通過(guò)使用該水蒸汽120作為熱源而加熱半貧液106。水蒸汽120在重沸器9處加熱半貧液106后作為熱水121從重沸器9被排出。熱水121被輸送到熱交換器30以便加熱副富液104。
[0019]貧液107在再生式熱交換器7處加熱主富液102。已經(jīng)通過(guò)再生式熱交換器7的貧液108由貧液冷卻器14冷卻并被輸送到吸收塔I的上部。被輸送到吸收塔I的貧液109被再利用用于吸收燃燒排氣2中的二氧化碳。
[0020]包含著在再生塔8處從吸收液釋放的二氧化碳?xì)怏w和水蒸汽的排氣111從再生塔8的塔頂被排出。從再生塔8排出的氣體111由再生塔回流凝縮器13冷卻以凝縮水分，并由氣液分離器(凝縮器)11從冷凝水112中分離以便排出二氧化碳?xì)怏w12。其間，由氣液分離器11分離的冷凝水112被部分地或全部地返回到再生塔8以用于將吸收液中水分濃度保持恒定的目的。
[0021]本實(shí)施方式中，副富液104利用從重沸器9排出的熱水121被加熱，使得熱水121的顯熱可被回收到再生塔8。換言之，從被輸送到重沸器9的水蒸汽120的每單位的熱回收量可被增大。因此，與未從熱水121中進(jìn)行熱回收的情況相比，水蒸汽120向重沸器9的供給量可被減少。
[0022]副富液104的流量?jī)?yōu)選地等于或小于富液101流量的20%并且更優(yōu)選地等于或小于其10%。當(dāng)副富液104的流量過(guò)大時(shí)，主富液102的流量變得過(guò)小。這同時(shí)降低了在再生式熱交換器7處從貧液107的熱回收效率和整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。
[0023](第二實(shí)施方式)
[0024]圖2為第二實(shí)施方式的二氧化碳分離和回收系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。與圖1所示的第一實(shí)施方式相比，本實(shí)施方式的二氧化碳分離和回收系統(tǒng)區(qū)別在于設(shè)置了閃蒸罐200和壓縮機(jī)202。
[0025]從重沸器9排出的貧液107被輸送到閃蒸罐200。閃蒸罐200在I大氣壓下閃蒸貧液107并將其分離成二氧化碳與水蒸汽的混合氣體210和閃蒸液(貧液)107A。換言之，閃蒸罐200降低了貧液107的壓力以便蒸發(fā)并且導(dǎo)致氣液分離為混合氣體210和閃蒸液107A。
[0026]閃蒸液107A在再生式熱交換器7處加熱主富液102，并隨后由貧液冷卻器14冷卻以便被輸送到吸收塔I的上部。
[0027]從閃蒸罐200排出的混合氣體210由壓縮機(jī)202壓縮至近似達(dá)到再生塔8中的壓力以便被輸送到再生塔8的下部。
[0028]以這種方式，通過(guò)閃蒸貧液107產(chǎn)生的混合氣體210被輸送到再生塔8，使得在重沸器9處的加熱程度可以被降低并且水蒸汽120到重沸器9的供給可進(jìn)一步被降低。
[0029]在上述的第二實(shí)施方式中，如圖3所示，水電渦輪機(jī)300可以被設(shè)置在重沸器9和閃蒸罐200之間以便在閃蒸貧液107之前利用水電渦輪機(jī)300從貧液107的壓力中進(jìn)行能量回收。
[0030]在上述的第一和第二實(shí)施方式中，主富液102和副富液104分別在再生式熱交換器7和熱交換器30處被轉(zhuǎn)換成兩相狀態(tài)。于是，由于汽化產(chǎn)生的熱量，從貧液107 (閃蒸液107A)和熱水121中的熱回收量可分別被增大。在這種情況中，氣液分離器可被設(shè)置在再生式熱交換器7和熱交換器30的下游以用于氣液兩相流的氣液分離。圖4和5分別示出了在第一和第二實(shí)施方式的二氧化碳分離和回收系統(tǒng)中設(shè)置在再生式熱交換器7和熱交換器30下游的氣液分離器400和410的實(shí)例。
[0031]從再生式熱交換器7和熱交換器30排出的氣液兩相流420和430由氣液分離器400和410分離成氣相成分422和432 (二氧化碳和水蒸汽的混合氣體)與液相成分424和434 (富液)。氣相成分422和432直接被輸送到再生塔8并且液相成分424和434利用泵402和412被輸送到再生塔8的上部。
[0032]如圖6和7所示，氣相成分422和432可以不被輸送到再生塔8而是通過(guò)將它們與從再生塔8排出的排氣111合流而輸送到再生塔回流凝縮器13。
[0033]根據(jù)上述實(shí)施方式的至少之一，被輸送重沸器的水蒸汽的量可被降低。
[0034]盡管某些實(shí)施方式已被描述，但這些實(shí)施方式僅以示例的方式被呈現(xiàn)，且并不意在限制本發(fā)明的范圍。實(shí)際上，在此描述的新穎的系統(tǒng)和方法可以以多種其他的形式被具體化；而且，在不脫離本發(fā)明主旨的前提下，可以做出以在此所描述的系統(tǒng)和方法的形式的各種省略、置換和變更。所附的權(quán)利要求和它們的等同方式因?yàn)閷⒙淙氡景l(fā)明的范圍和主旨內(nèi)而意在覆蓋這些形式或變形。
【權(quán)利要求】
1.二氧化碳分離和回收系統(tǒng)，包括: 吸收塔，包含二氧化碳的氣體被引入其中，所述吸收塔被構(gòu)造成允許所述氣體與用于吸收二氧化碳的吸收液接觸、并排出第一富液，所述第一富液為已經(jīng)吸收二氧化碳的吸收液； 再生塔，其被構(gòu)造成致使所述吸收液釋放包含二氧化碳的氣體，并排出貧液，所述貧液的二氧化碳濃度低于所述富液的二氧化碳濃度； 重沸器，其被構(gòu)造成使用水蒸汽加熱所述再生塔中的吸收液； 分流器，其被構(gòu)造成將所述第一富液分成第二富液和第三富液； 第一熱交換器，其被構(gòu)造成使用從所述再生塔輸送到所述吸收塔的貧液加熱從所述分流器輸送到所述再生塔的第二富液；以及 第二熱交換器，其被構(gòu)造成使用從所述重沸器排出的水加熱從所述分流器輸送到所述再生塔的第三富液。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一熱交換器由于加熱而將所述第二富液轉(zhuǎn)換成兩相。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 第一氣液分離器，其被構(gòu)造成將從所述第一熱交換器排出的氣液兩相流分離成氣相成分和液相成分；以及 第一泵，其被構(gòu)造成將從所述第一氣液分離器排出的液相成分輸送到所述再生塔。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中從所述第一氣液分離器排出的氣相成分與從所述再生塔排出的氣體合流。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二熱交換器由于加熱而將所述第三富液轉(zhuǎn)換成兩相。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 第二氣液分離器，其被構(gòu)造成將從所述第二熱交換器排出的氣液兩相流分離成氣相成分和液相成分；以及 第二泵，其被構(gòu)造成將從所述第二氣液分離器排出的液相成分輸送到所述再生塔。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中從所述第二氣液分離器排出的氣相成分與從所述再生塔排出的氣體合流。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 閃蒸罐，其被構(gòu)造成閃蒸從所述再生塔排出的貧液并將所述貧液分離成二氧化碳與水蒸汽的混合氣體和閃蒸液；以及 壓縮機(jī)，其被構(gòu)造成壓縮從所述閃蒸罐排出的混合氣體以便將所述混合氣體輸送到所述再生塔， 其中所述第一熱交換器使用從所述閃蒸罐排出的閃蒸液加熱所述第二富液。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括水電渦輪機(jī)，其被設(shè)置在所述再生塔和所述閃蒸罐之間，并被構(gòu)造成由從所述再生塔排出的貧液驅(qū)動(dòng)。
10.操作二氧化碳分離和回收系統(tǒng)的方法，包括: 將包含二氧化碳的第一氣體導(dǎo)入吸收塔； 使得所述第一氣體與吸收液接觸以使所述吸收液在所述吸收塔中吸收所述第一氣體中的二氧化碳，排出第一富液，所述富液為已經(jīng)吸收二氧化碳的吸收液，并排出第二氣體，所述第二氣體的二氧化碳含量低于所述第一氣體的二氧化碳含量； 將所述第一富液分成第二富液和第三富液； 在再生塔中致使所述吸收液釋放包含二氧化碳的第三氣體，并排出貧液，所述貧液的二氧化碳濃度低于所述第一富液的二氧化碳濃度； 由重沸器使用水蒸汽加熱所述再生塔中的吸收液； 由第一熱交換器使用從所述再生塔輸送到所述吸收塔的貧液作為熱源加熱被輸送到所述再生塔的第二富液；以及 由第二熱交換器使用從所述重沸器排出的水作為熱源加熱被輸送到所述再生塔的第三富液。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，由于加熱，所述第二富液在所述第一熱交換器中被轉(zhuǎn)換成兩相。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，由于加熱，所述第三富液在所述第二熱交換器中被轉(zhuǎn)換成兩相。
【文檔編號(hào)】C01B31/20GK104338417SQ201410045872
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】小川斗, 北村英夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝