煙氣的預(yù)處理及二氧化碳捕集純化回收裝置制造方法
【專利摘要】一種煙氣的預(yù)處理及二氧化碳捕集純化回收裝置，包括吸收器、貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)、加熱器、再生器、閃蒸器、蒸汽壓縮機(jī)、旋流分離器，吸收式熱泵有效地將吸收器的反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化為再生器所需熱量；蒸汽再壓縮熱量回收系統(tǒng)能降低貧液溫度，產(chǎn)生的閃蒸蒸汽通過蒸汽壓縮機(jī)升溫后，返回再生器底部；加熱器產(chǎn)生的高溫蒸汽從其頂部引入再生器底，產(chǎn)生的高溫富液可分別從再生器上部及中部引入再生器。該裝置具有能量消耗低，處理效果好，二氧化碳捕集純度高及捕集效率高的優(yōu)點(diǎn)，是一種獨(dú)特的煙氣預(yù)處理及二氧化碳捕集與純化方式。在壓力0.1-1MPa壓力范圍內(nèi)，可獲得CO2的純度達(dá)到99.9%，較傳統(tǒng)工藝節(jié)約能耗30%以上。
【專利說明】煙氣的預(yù)處理及二氧化碳捕集純化回收裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及二氧化碳捕集回收領(lǐng)域，特別涉及燃煤電廠煙氣的預(yù)處理及二氧化碳捕集純化回收裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化碳是全球變暖，產(chǎn)生極端氣候?yàn)?zāi)害的主要原因之一。近年來二氧化碳的碳捕集與純化成為熱點(diǎn)研究課題。燃煤電廠是中國主要的電力與熱量供應(yīng)源，也是最大的二氧化碳排放源。將捕集、純化后的二氧化碳用以驅(qū)油并將其封存在廢棄油層中，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
[0003]現(xiàn)有的二氧化碳捕集純化工藝主要依靠乙醇胺(MEA)作為吸收劑，經(jīng)過化學(xué)吸收解吸過程，得到高濃度的二氧化碳?；瘜W(xué)吸收解吸過程的能耗是由于再沸器中利用低壓蒸汽對富液進(jìn)行加熱，使得二氧化碳從溶液中解吸出來，這樣的加熱模式使得蒸汽的熱能利用不夠充分，整體能量利用率較低，所以尋求其他高效率的加熱工藝模式尤為重要。
[0004]同時(shí)對于常規(guī)工藝流程，貧富液換熱后貧液進(jìn)貧液水冷器降溫至適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度，在貧液冷卻過程中很大一部分熱量被冷卻水帶走，沒有實(shí)現(xiàn)熱能的綜合利用。如果添加熱泵系統(tǒng)，可以將貧液熱量回收至富液，有效降低系統(tǒng)能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的提供了一種煙氣二氧化碳的預(yù)處理及捕集純化回收裝置?？朔鹘y(tǒng)的二氧化碳化學(xué)吸收解吸工藝存在能量利用率低、能耗大等問題。本發(fā)明的目的在于減少外部熱量輸入、謀求節(jié)能化的二氧化碳?xì)怏w捕集回收，有效地降低了二氧化碳捕集純化系統(tǒng)的能耗。
[0006]本實(shí)用新型包括吸收器、貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)、加熱器、再生器、閃蒸器、蒸汽壓縮機(jī)、旋流分離器，其特征在于煙氣經(jīng)煙氣入口流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)煙氣流量進(jìn)入脫硫脫硝處理器，脫硫脫硝預(yù)處理后的煙氣從吸收器底部進(jìn)入吸收二氧化碳，煙氣經(jīng)吸收器底部隔柵型氣體分布器分布上升，二氧化碳被吸收液吸收變?yōu)楦灰?；剩余氣體經(jīng)頂部設(shè)有的高密度除沫網(wǎng)除沫，進(jìn)入旋流分離器，進(jìn)行氣液分離，氣體從旋流分離器頂部出去，進(jìn)入后續(xù)處理流程，旋流分離器底部液體經(jīng)旋流分離器液位控制閥進(jìn)入補(bǔ)液池，吸收液經(jīng)貧液泵連續(xù)從吸收器頂部進(jìn)入，對煙氣中的CO2進(jìn)行吸收；吸收了 CO2的富液從吸收器底部出來經(jīng)吸收器液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)行塔內(nèi)液位調(diào)節(jié)進(jìn)入富液泵泵入貧富液換熱器，經(jīng)過貧富液換熱器升溫后的富液進(jìn)入吸收式熱泵系統(tǒng)進(jìn)行加熱，再進(jìn)入加熱器進(jìn)行繼續(xù)進(jìn)行升溫，經(jīng)加熱器加熱的富液變?yōu)槎趸細(xì)怏w和富含二氧化碳的液體，二氧化碳?xì)怏w從加熱器頂部出來從再生器底部進(jìn)入進(jìn)行再生，富含二氧化碳的液體從加熱器底部出來分兩路經(jīng)富液流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)從再生器的中部和上部進(jìn)入進(jìn)行再生，再生的二氧化碳?xì)怏w從再生器頂部出來進(jìn)入冷水器降溫，降溫后進(jìn)入旋流分離器分離，分離后的二氧化碳?xì)怏w從旋流分離器頂部出來進(jìn)入分子篩脫水器進(jìn)行脫水，脫水后的二氧化碳?xì)怏w從分子篩頂部出來進(jìn)入二氧化碳?xì)怏w儲罐，旋流分離器底部和分子篩底部的水經(jīng)旋流分離器液位控制閥進(jìn)入補(bǔ)液池；再生器底部的貧液進(jìn)入通過補(bǔ)液池和補(bǔ)液泵給閃蒸器補(bǔ)水管路，通過再生液位調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入閃蒸器；閃蒸器閃蒸的蒸汽經(jīng)變頻控制器控制、蒸汽壓縮機(jī)壓縮從再生器底部進(jìn)入，給再生器加熱，閃蒸出來的貧液從閃蒸器底部出來經(jīng)貧富液換熱器進(jìn)入熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)室，從蒸蒸發(fā)室出來進(jìn)入貧液冷卻器，冷卻后通過貧液泵增壓和貧液流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)入吸收器上部對進(jìn)來的煙氣煙氣中的二氧化碳?xì)怏w循環(huán)吸收。
[0007]加熱器設(shè)為電加熱器，對富液進(jìn)行加熱，電加熱器產(chǎn)生的高溫蒸汽從頂部引入再生器底部的填料的下端面，為再生器提供蒸汽熱源，電加熱器所產(chǎn)生的高溫富液分別從再生器上部填料的上端面及底部填料的上端面引入再生器進(jìn)行再生。
[0008]該裝置適用的壓力范圍為0.1-1MPa,
[0009]吸收器底部富液溫度為45°C -47 °C，進(jìn)入貧富液換熱器換熱后升為65 °C -68 °C，進(jìn)入熱泵系統(tǒng)的溫度升至85°C _88°C，富液進(jìn)入電加熱器加熱溫度為105°C _108°C。
[0010]在再生塔的再生作用下，富液產(chǎn)生的CO2依次通過水冷器降溫、旋流分離器除去液體及分子篩脫水器干燥。生成的高純度二氧化碳?xì)怏w從分子篩脫水器頂部出去，并進(jìn)入后續(xù)處理流程。旋流分離器和分子篩脫水器底部產(chǎn)生的液體通過旋流分離器液位控制閥2匯入補(bǔ)液池。
[0011]補(bǔ)液池的液體通過補(bǔ)液泵16再生塔底部產(chǎn)生的再生貧液一同進(jìn)入閃蒸器29，在低壓下閃蒸器產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽壓縮機(jī)26進(jìn)行壓縮后進(jìn)入再生器底部，閃蒸器底部產(chǎn)生的貧液則進(jìn)入貧富液換熱器與富液進(jìn)行熱量交換，以降低溫度。閃蒸器與蒸汽壓縮機(jī)之間設(shè)有變頻控制器27以實(shí)現(xiàn)閃蒸器內(nèi)壓力與進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)蒸汽流量的聯(lián)動控制。
[0012]本實(shí)用新型為將吸收了二氧化碳的富液于再生之前進(jìn)行升溫，提高解吸效果，吸收器底部產(chǎn)生的富液在進(jìn)入再生器之前，依次通過貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)和加熱器進(jìn)行加熱。本發(fā)明為降低貧液的吸收溫度，提高貧液吸收能力，將再生器底再生出的貧液依次經(jīng)過閃蒸器、貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)及貧液冷卻器進(jìn)行冷卻。
[0013]裝置中運(yùn)用吸收式熱泵系統(tǒng)，有效利用貧液余熱對富液進(jìn)行加熱，將吸收器的反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化為再生器所需熱量，實(shí)現(xiàn)貧液溫度的降低及富液溫度的升高。
[0014]加熱器產(chǎn)生的高溫蒸汽從其頂部引入再生器底部，為再生器提供蒸汽及熱源，力口熱器所產(chǎn)生的高溫富液可分別從再生器上部及中部引入再生器進(jìn)行再生。
[0015]再生器底部的高溫貧液引入閃蒸器，在低壓下進(jìn)行閃蒸，并降低溫度，產(chǎn)生的閃蒸蒸汽進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮升溫后，返回再生器底部。閃蒸器和蒸汽壓縮機(jī)之間設(shè)有變頻控制器，以實(shí)現(xiàn)閃蒸器壓力及其出口蒸汽流量的聯(lián)動控制。
[0016]該裝置適用的壓力范圍為0.Ι-lMPa，可獲得CO2的純度達(dá)到99.9%，較傳統(tǒng)工藝節(jié)約能耗30%以上。
[0017]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:為提高富液再生效果，吸收器底部富液在進(jìn)入再生器之前，依次通過貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)和加熱器進(jìn)行加熱。為提高貧液吸收能力，將再生器底再生出的貧液依次經(jīng)過閃蒸器、貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)及貧液冷卻器進(jìn)行冷卻。具有能量消耗低，處理效果好，二氧化碳捕集純度高及捕集效率高的優(yōu)點(diǎn)，是一種獨(dú)特的煙氣預(yù)處理及二氧化碳捕集與純化方式。在壓力0.1-1MPa壓力范圍內(nèi)，可獲得CO2的純度達(dá)到99.9%，較傳統(tǒng)工藝節(jié)約能耗30%以上?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0018]附圖1為本實(shí)用新型的流程示意圖。
[0019]附圖1標(biāo)記說明:1 一煙氣入口流量調(diào)節(jié)閥、2 —脫硫脫硝預(yù)處理器、3—吸收器、4 一吸收器壓力調(diào)節(jié)閥、5 —旋流分離器1、6 —旋流分離器液位控制閥1、7 —貧液吸收溫度調(diào)節(jié)閥、8 —貧液冷卻器、9 一貧液流量調(diào)節(jié)閥、10 —貧液泵、11 一吸收器液位調(diào)節(jié)閥、12 -富液泵、13 —補(bǔ)液池、14-熱泵系統(tǒng)、15—貧富液換熱器、16—補(bǔ)液泵、17—加熱器、18—富液流量調(diào)節(jié)閥1、19一富液流量調(diào)節(jié)閥2、20—水冷器、21—再生器、22—再生器壓力調(diào)節(jié)閥、23—分子篩脫水器、24—旋流分離器2、25—旋流分離器液位控制閥2、26—蒸汽壓縮機(jī)、27—變頻控制器、28—再生器液位調(diào)節(jié)閥、29—閃蒸器。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為進(jìn)一步公開本實(shí)用新型的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明:
[0021]煙氣在進(jìn)入吸收器3之前，經(jīng)過脫硫脫硝處理器2除去可能含有的硫氧化物、氮氧化物，以減少吸收劑的中毒和降解。經(jīng)脫硫脫硝預(yù)處理裝置之后，煙氣從吸收器3底部進(jìn)入吸收器內(nèi)進(jìn)行吸收，采用煙氣入口流量調(diào)節(jié)閥I調(diào)節(jié)煙氣流量。吸收器底部設(shè)有隔柵型氣體分布器，以促進(jìn)煙氣在吸收器內(nèi)的均勻分布；吸收器頂設(shè)有高密度除沫網(wǎng)，防止氣流將吸收器內(nèi)液體從頂部帶出。吸收劑在貧液泵10的作用下從吸收器頂部進(jìn)入，對煙氣中的CO2進(jìn)行吸收。脫除了 CO2的煙氣從吸收器頂部引出，進(jìn)入旋流分離器5進(jìn)行氣液分離，氣體從旋流分離器頂部出去，進(jìn)入后續(xù)處理流程；旋流分離器底部液體管路設(shè)有旋流分離器液位控制閥6，液體由此進(jìn)入補(bǔ)液池13。吸收了 CO2的富液在富液泵12的作用下進(jìn)入貧富液換熱器15，采用吸收器液位調(diào)節(jié)閥11進(jìn)行對吸收器內(nèi)的液位調(diào)節(jié)。貧富液換熱器的入口貧液來自閃蒸器29底部。貧富液換熱器15的出口貧液進(jìn)入吸收式熱泵系統(tǒng)14的蒸發(fā)室，在低壓下利用貧液熱量對室內(nèi)水分進(jìn)行加熱蒸發(fā)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)貧液溫度的降低。經(jīng)過貧富液換熱器升溫后的富液進(jìn)入吸收式熱泵系統(tǒng)進(jìn)行加熱，經(jīng)過熱泵系統(tǒng)加熱升溫后的富液進(jìn)入電加熱器17進(jìn)行繼續(xù)進(jìn)行加熱，加熱產(chǎn)生的高溫蒸汽從頂部引入再生器21底部，為再生器提供蒸汽熱源，加熱器所產(chǎn)生的高溫富液可分別從再生器上部及中部引入再生器進(jìn)行再生。
[0022]該裝置適用的壓力范圍為0.1-1MPa,
[0023]吸收器底部富液溫度為45°C -47 °C，進(jìn)入貧富液換熱器換熱后升為65 °C -68 °C，進(jìn)入熱泵系統(tǒng)的溫度升至85°C _88°C，富液進(jìn)入電加熱器加熱溫度為105°C _108°C。
[0024]在再生塔的再生作用下，富液產(chǎn)生的CO2依次通過水冷器20降溫、旋流分離器24除去液體，再經(jīng)分子篩脫水器23干燥，生成的高純度CO2氣體從分子篩脫水器頂部的再生器調(diào)節(jié)閥22出去，進(jìn)入二氧化碳儲罐。旋流分離器24和分子篩脫水器23底部產(chǎn)生的液體通過旋流分離器液位控制閥25進(jìn)入補(bǔ)液池13。
[0025]補(bǔ)液池的液體通過補(bǔ)液泵16與再生塔底部產(chǎn)生的再生貧液一同進(jìn)入閃蒸器29，在低壓下閃蒸器產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽壓縮機(jī)26進(jìn)行壓縮后進(jìn)入再生器底部，閃蒸器底部產(chǎn)生的貧液則進(jìn)入貧富液換熱器與富液進(jìn)行熱量交換，以降低溫度。閃蒸器與蒸汽壓縮機(jī)之間設(shè)有變頻控制器27以實(shí)現(xiàn)閃蒸器內(nèi)壓力與進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)蒸汽流量的聯(lián)動控制。[0026]本實(shí)用新型為將吸收了二氧化碳的富液于再生之前進(jìn)行升溫，提高解吸效果，吸收器底部產(chǎn)生的富液在進(jìn)入再生器之前，依次通過貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)和加熱器進(jìn)行加熱。本發(fā)明為降低貧液的吸收溫度，提高貧液吸收能力，將再生器底再生出的貧液依次經(jīng)過閃蒸器、貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)及貧液冷卻器進(jìn)行冷卻。
[0027]裝置中運(yùn)用吸收式熱泵系統(tǒng)，有效利用貧液余熱對富液進(jìn)行加熱，將吸收器的反應(yīng)熱轉(zhuǎn)化為再生器所需熱量，實(shí)現(xiàn)貧液溫度的降低及富液溫度的升高。
[0028]加熱器產(chǎn)生的高溫蒸汽從其頂部引入再生器底部，為再生器提供蒸汽熱源，加熱器所產(chǎn)生的高溫富液可分別從再生器上部及中部引入再生器進(jìn)行再生。
[0029]再生器底部的高溫貧液引入閃蒸器，于低壓下進(jìn)行閃蒸，并降低溫度，產(chǎn)生的閃蒸蒸汽進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮升溫后，返回再生器底部。閃蒸器和蒸汽壓縮機(jī)之間設(shè)有變頻控制器27，以實(shí)現(xiàn)閃蒸器壓力及其出口蒸汽流量的聯(lián)動控制。
[0030]實(shí)施案例:
[0031]裝置及規(guī)模:10NM3/h煙氣二氧化碳捕集回收實(shí)驗(yàn)裝置
[0032]氣體組成:
[0033]表1進(jìn)氣組分表
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種煙氣的預(yù)處理及二氧化碳捕集純化回收裝置，包括吸收器、貧富液換熱器、熱泵系統(tǒng)、加熱器、再生器、閃蒸器、蒸汽壓縮機(jī)、旋流分離器，其特征在于煙氣經(jīng)煙氣入口流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)煙氣流量進(jìn)入脫硫脫硝處理器，脫硫脫硝預(yù)處理后的煙氣從吸收器底部進(jìn)入吸收二氧化碳，煙氣經(jīng)吸收器底部隔柵型氣體分布器分布上升，二氧化碳被吸收液吸收變?yōu)楦灰?；剩余氣體經(jīng)頂部設(shè)有的高密度除沫網(wǎng)除沫，進(jìn)入旋流分離器，進(jìn)行氣液分離，氣體從旋流分離器頂部出去，進(jìn)入后續(xù)處理流程，旋流分離器底部液體經(jīng)旋流分離器液位控制閥進(jìn)入補(bǔ)液池，吸收液經(jīng)貧液泵連續(xù)從吸收器頂部進(jìn)入，對煙氣中的0)2進(jìn)行吸收；吸收了 CO2的富液從吸收器底部出來經(jīng)吸收器液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)行塔內(nèi)液位調(diào)節(jié)進(jìn)入富液泵泵入貧富液換熱器，經(jīng)過貧富液換熱器升溫后的富液進(jìn)入吸收式熱泵系統(tǒng)進(jìn)行加熱，再進(jìn)入加熱器進(jìn)行繼續(xù)進(jìn)行升溫，經(jīng)加熱器加熱的富液變?yōu)槎趸細(xì)怏w和富含二氧化碳的液體，二氧化碳?xì)怏w從加熱器頂部出來從再生器底部進(jìn)入進(jìn)行再生，富含二氧化碳的液體從加熱器底部出來分兩路經(jīng)富液流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)從再生器的中部和上部進(jìn)入進(jìn)行再生，再生的二氧化碳?xì)怏w從再生器頂部出來進(jìn)入冷水器降溫，降溫后進(jìn)入旋流分離器分離，分離后的二氧化碳?xì)怏w從旋流分離器頂部出來進(jìn)入分子篩脫水器進(jìn)行脫水，脫水后的二氧化碳?xì)怏w從分子篩頂部出來進(jìn)入二氧化碳?xì)怏w儲罐，旋流分離器底部和分子篩底部的水經(jīng)旋流分離器液位控制閥進(jìn)入補(bǔ)液池；再生器底部的貧液進(jìn)入通過補(bǔ)液池和補(bǔ)液泵給閃蒸器補(bǔ)水管路，通過再生液位調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入閃蒸器；閃蒸器閃蒸的蒸汽經(jīng)變頻控制器控制、蒸汽壓縮機(jī)壓縮從再生器底部進(jìn)入，給再生器加熱，閃蒸出來的貧液從閃蒸器底部出來經(jīng)貧富液換熱器進(jìn)入熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)室，從蒸蒸發(fā)室出來進(jìn)入貧液冷卻器，冷卻后通過貧液泵增壓和貧液流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)入吸收器上部對進(jìn)來的煙氣煙氣中的二氧化碳?xì)怏w循環(huán)吸收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣的預(yù)處理及二氧化碳捕集純化回收裝置，加熱器設(shè)為電加熱器，對富液進(jìn)行加熱，電加熱器產(chǎn)生的高溫蒸汽從頂部引入再生器底部的填料的下端面，為再生器提供蒸汽熱源，電加熱器所產(chǎn)生的高溫富液分別從再生器上部填料的上端面和底部填料的上端面引入再生器進(jìn)行再生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣的預(yù)處理及二氧化碳捕集純化回收裝置，吸收器底部富液溫度為45°C -47°C，進(jìn)入貧富液換熱器換熱后升為65°C -68°C，進(jìn)入熱泵系統(tǒng)的溫度升至85°C -88°C，富液進(jìn)入電加熱器加熱溫度為105°C -108°C。
【文檔編號】B01D53/62GK203635055SQ201320748429
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】張建, 李清方, 陸詩建, 劉海麗, 尚明華, 張媛媛, 陸胤君, 于惠娟 申請人:中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司, 山東賽瑞石油科技發(fā)展有限公司