CN116808785B - 基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于二氧化碳捕集技术领域，具体涉及基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置。本发明包括烟气换热器、降温塔、二氧化碳吸收塔、再生塔和再沸器。本发明利用高温烟气的热量，为再沸器提供热量，对第一离子溶液富液和第二离子溶液富液进行再生，利用两种离子溶液的不同特性，先后使用两种离子溶液进行二氧化碳捕集，提高了吸收二氧化碳效率；对于第一离子溶液，结合附着催化填料，降低第一离子溶液富液再生温度，减少再生能耗，利用第一离子溶液富液再生后的剩余热量使第二离子溶液富液再生，充分利用了两种溶液的不同特性和烟气的热量，达到了降低运行能耗的目的。

Description

基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置

技术领域

本发明属于二氧化碳捕集技术领域，具体涉及基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置。

背景技术

大气中的二氧化碳主要来源于发电、运输、工业、建筑业、动植物呼吸作用这六个方面。其中人为二氧化碳排放的主要来源是能源生产和交通运输中的化石燃料燃烧，全世界以矿物燃料为动力的工厂和发电站以及机动车辆数不胜数，它们排放的废气是大气中二氧化碳的主要来源。

二氧化碳为人类带来的危害主要表现在气候方面，最典型的就是温室效应，它致使冰川融化、海平面上升。温室效应还会影响大气环流，使地球的水循环发生变化继而改变全球的降水量分布。从另一方面看，二氧化碳又是一种碳资源。高浓度的二氧化碳可以应用于医疗、食品、焊接等诸多领域。对二氧化碳的捕集与封存是当前最直接的一种控制二氧化碳排放和二氧化碳回收的措施。

目前国内外主流二氧化碳回收工艺为MEA工艺和变压吸附工艺。但针对采用干法脱硫脱硝除尘的工况，烟气温度高，如直接进入到MEA二氧化碳吸收系统或者变压吸附系统，则不利于二氧化碳捕集，同时浪费大量的能量。

MEA工艺为化学吸收法，是指利用CO₂与吸收剂进行化学反应形成一种弱联结的中间体化合物，然后通过改变条件，使富含CO₂的吸收液中的CO₂解吸出来，同时吸收剂得以再生的方法。典型的化学吸收剂为一乙醇胺（MEA）。该法存在一些缺点限制推广，如因溶剂再生时需加热，能耗大，用于电力行业运行成本昂贵，而且还存在污染空气、易氧化降解、对设备腐蚀严重等问题。

常规变压吸附利用吸附剂对气体的吸附容量随压力变化而变化的特性，吸附剂在选择吸附的条件下，加压吸附气体中的二氧化碳组分，减压脱附这些组分而使吸附剂得到再生。从而达到产品气与杂质组分的分离，同时吸附剂得以再生。但由于烟气中含有的其他成分不易被减压脱附下来，随着吸附量越来越多，会影响到吸附材料的吸附效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置，吸收效率高、再生能耗低。

本发明所述的基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置，包括：烟气换热器、降温塔、二氧化碳吸收塔、再生塔和再沸器；

降温塔包括：设置于降温塔下部的降温塔进气口、设于降温塔上部的降温塔出气口、设置于降温塔内上部的降温塔喷淋管、设置于降温塔底部的循环冷却水出口，其中，降温塔喷淋管入口和循环冷却水出口通过设于降温塔外的冷却循环管相连接，冷却循环管上设有冷却水循环泵；

二氧化碳吸收塔：二氧化碳吸收塔内部由吸收塔分液盘分为下塔和上塔，其中，下塔包括：设于下塔内的第一离子溶液喷淋管、设于下塔下部的气体入口，设于下塔底部的第一富液出口；上塔包括：设于内部的第二离子溶液喷淋管、设于上塔顶部的排气口；

再生塔：再生塔内部由再生塔分液盘分为下再生塔和上再生塔，其中，下再生塔包括：设于内部的催化填料，设于催化填料上部的第一喷淋管、设于催化填料下部的高温离子溶液进口、设于下再生塔底部的第一离子溶液循环出口、设于下再生塔下部的第一贫液出口；上再生塔包括：设于上再生塔内部的第二喷淋管、设于上再生塔顶部的二氧化碳出气口；

烟气换热器热侧进口连通高温烟气源，烟气换热器热侧出口连接降温塔进气口，烟气换热器冷侧出口连接再沸器热侧进口；

降温塔出气口连接下塔的气体入口，第一富液出口连接第一贫富液换热器冷侧进口，第一贫富液换热器冷侧出口连接第一喷淋管进液口，第一贫富液换热器热侧进口连接第一贫液出口，第一贫富液换热器热侧出口连接第一贫液冷凝器热侧进口，第一贫液冷凝器热侧出口连接第一离子溶液喷淋管进液口；

吸收塔分液盘排液口连接第二贫富液换热器冷侧进口，第二贫富液换热器冷侧出口连接第二喷淋管进液口，第二贫富液换热器热侧进口连接再生塔分液盘排液口，第二贫富液换热器热侧出口连接第二贫液冷凝器热侧进口，第二贫液冷凝器热侧出口连接第二离子溶液喷淋管进液口；

第一离子溶液循环出口连接再沸器冷侧进口，再沸器冷侧出口连接高温离子溶液进口。

优选的，下塔内腔中装有第一离子溶液，上塔内腔中装有第二离子溶液第一离子溶液为再生温度＞120℃的溶液，对二氧化碳吸收效率高，腐蚀性小，再生能耗低，第一离子溶液优选碳酸钾溶液；第二离子溶液为再生温度100~120℃的溶液，第二离子溶液优选DEA溶液。

优选的，催化填料为表面附着贵金属的规整填料。其中，规整填料为陶瓷规整填料；贵金属为铂和钯；贵金属的附着量为100~800g/m²；催化填料的制备方法为：将陶瓷规整填料浸于硝酸铂和硝酸钯的混合溶液中，然后取出，进行无氧煅烧，即得。

优选的，烟气换热器冷侧进口、第一贫液冷凝器冷侧进口和第二贫液冷凝器冷侧进口分别通过管道连接冷水。

优选的，下塔还包括设于下塔下部的第一进液口，第一进液口通过第一离子溶液输送泵连接第一离子溶液储罐，第一离子溶液储罐内装有第一离子溶液。

优选的，上塔还包括设于上塔下部的第二进液口，第二进液口通过第二离子溶液输送泵连接第二离子溶液储罐，第二离子溶液储罐内装有第二离子溶液。

优选的，第一贫富液换热器热侧进口和第一贫液出口之间设有第一贫液泵。

优选的，第二贫富液换热器热侧进口和再生塔分液盘排液口之间设有第二贫液泵。

优选的，第一富液出口和第一贫富液换热器冷侧进口之间设有第一富液泵。

优选的，吸收塔分液盘排液口和第二贫富液换热器冷侧进口之间设有第二富液泵。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、利用高温烟气的热量，为再沸器提供热量，对第一离子溶液富液和第二离子溶液富液进行再生；

2、由于第一离子溶液吸收效率高，再生能耗高，第二离子溶液吸收效率低，再生能耗低，本发明利用两种离子溶液的不同特性，先后使用两种离子溶液进行二氧化碳捕集，提高了吸收二氧化碳效率；

3、本发明两种离子溶液分别进行再生，对于第一离子溶液，结合附着催化填料，降低第一离子溶液富液再生温度，减少再生能耗，利用第一离子溶液富液再生后的剩余热量使第二离子溶液富液再生，充分利用了两种溶液的不同特性和烟气的热量，达到了降低运行能耗的目的；

4、本发明应用范围广泛，可应用于钢铁、冶金、建材、水泥等行业。

附图说明

图1、本发明装置结构示意图；

图中，1、烟气换热器；

2、降温塔；21、降温塔进气口；22、降温塔出气口；23、降温塔喷淋管；24、循环冷却水出口；25、冷却循环管；26、冷却水循环泵；

3、二氧化碳吸收塔；31、吸收塔分液盘；32、下塔；33、上塔；321、第一离子溶液喷淋管；322、气体入口；323、第一富液出口；324、第一进液口；325、第一离子溶液输送泵；326、第一离子溶液储罐；331、第二离子溶液喷淋管；332、排气口；333、第二进液口；334、第二离子溶液输送泵；335、第二离子溶液储罐；

4、再生塔；41、再生塔分液盘；42、下再生塔；43、上再生塔；421、催化填料；422、第一喷淋管；423、高温离子溶液进口；424、第一离子溶液循环出口；425、第一贫液出口；431、第二喷淋管；432、二氧化碳出气口；

5、再沸器；

6、第一贫富液换热器；61、第一贫液泵；62、第一富液泵；

7、第一贫液冷凝器；

8、第二贫富液换热器；81、第二贫液泵；82、第二富液泵；

9、第二贫液冷凝器。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是：文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或操作与另一个实体或操作区分开来，方便表达，不代表顺序关系。

实施例1

如图1所示，所述的基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置，包括：烟气换热器1、降温塔2、二氧化碳吸收塔3、再生塔4和再沸器5；

降温塔2包括：设置于降温塔2下部的降温塔进气口21、设于降温塔2上部的降温塔出气口22、设置于降温塔2内上部的降温塔喷淋管23、设置于降温塔2底部的循环冷却水出口24，其中，降温塔喷淋管23入口和循环冷却水出口24通过设于降温塔2外的冷却循环管25相连接，冷却循环管25上设有冷却水循环泵26；

二氧化碳吸收塔3：二氧化碳吸收塔3内部由吸收塔分液盘31分为下塔32和上塔33，其中，下塔32包括：设于下塔32内的第一离子溶液喷淋管321、设于下塔32下部的气体入口322，设于下塔32底部的第一富液出口323；上塔33包括：设于内部的第二离子溶液喷淋管331、设于上塔33顶部的排气口332；

再生塔4：再生塔4内部由再生塔分液盘41分为下再生塔42和上再生塔43，其中，下再生塔42包括：设于内部的催化填料421，设于催化填料421上部的第一喷淋管422、设于催化填料421下部的高温离子溶液进口423、设于下再生塔42底部的第一离子溶液循环出口424、设于下再生塔42下部的第一贫液出口425；上再生塔43包括：设于上再生塔43内部的第二喷淋管431、设于上再生塔43顶部的二氧化碳出气口432；

烟气换热器1热侧进口连通高温烟气源，烟气换热器1热侧出口连接降温塔进气口21，烟气换热器1冷侧出口连接再沸器5热侧进口；

降温塔出气口22连接下塔32的气体入口，第一富液出口323连接第一贫富液换热器6冷侧进口，第一贫富液换热器6冷侧出口连接第一喷淋管422进液口，第一贫富液换热器6热侧进口连接第一贫液出口425，第一贫富液换热器6热侧出口连接第一贫液冷凝器7热侧进口，第一贫液冷凝器7热侧出口连接第一离子溶液喷淋管321进液口；

吸收塔分液盘31排液口连接第二贫富液换热器8冷侧进口，第二贫富液换热器8冷侧出口连接第二喷淋管431进液口，第二贫富液换热器8热侧进口连接再生塔分液盘41排液口，第二贫富液换热器8热侧出口连接第二贫液冷凝器9热侧进口，第二贫液冷凝器9热侧出口连接第二离子溶液喷淋管331进液口；

第一离子溶液循环出口424连接再沸器5冷侧进口，再沸器5冷侧出口连接高温离子溶液进口423。

下塔32内腔中装有第一离子溶液，上塔33内腔中装有第二离子溶液，第一离子溶液为碳酸钾溶液；第二离子溶液为DEA溶液；

催化填料421为表面附着贵金属铂和钯的陶瓷规整填料，贵金属的附着量为100~800g/m²。催化填料的制备方法为：将陶瓷规整填料浸于硝酸铂和硝酸钯的混合溶液中，然后取出，进行无氧煅烧，即得。

烟气换热器1冷侧进口、第一贫液冷凝器7冷侧进口和第二贫液冷凝器9冷侧进口分别通过管道连接冷水。

第一贫富液换热器6热侧进口和第一贫液出口425之间设有第一贫液泵61。

第二贫富液换热器8热侧进口和再生塔分液盘41排液口之间设有第二贫液泵81。

第一富液出口323和第一贫富液换热器6冷侧进口之间设有第一富液泵62。

吸收塔分液盘31排液口和第二贫富液换热器8冷侧进口之间设有第二富液泵82。

本发明工作过程如下：

高温烟气从烟气换热器1热侧进口进入，与冷水间接换热降温至90~100℃，从烟气换热器1热侧出口进入降温塔2，与降温塔喷淋管23喷出的循环冷却水逆向接触，降温至40℃；烟气从降温塔出气口22进入气体入口322，从而进入下塔32内，自下向上流动，首先与第一离子溶液接触，将大部分CO₂吸收下来，剩余烟气通过吸收塔分液盘31后，进入上塔33内，与第二离子溶液接触，将烟气内剩余CO₂吸收下来，然后从排气口332排出塔外；

下塔32底部第一离子溶液富液经第一富液出口323，通过第一富液泵62进入第一贫富液换热器6冷侧进口，与第一离子溶液贫液换热升温后，经第一贫富液换热器6冷侧出口通过第一喷淋管422进入下再生塔42；下再生塔42中的第一离子溶液经第一离子溶液循环出口424进入再沸器5冷侧进口，与烟气换热器1冷侧出口提供的热水（90~100℃）间接换热后经高温离子溶液进口423进入，将下再生塔42内第一离子溶液富液加热，同时在催化填料421作用下，第一离子溶液富液中的CO₂气体被分离出来并继续上升，通过吸收塔分液盘31之后进入上再生塔43与第二离子溶液富液逆向接触，将第二离子溶液富液加热，CO₂气体被分离出来从二氧化碳出气口432排出塔外；

下再生塔42内的第一离子溶液贫液从第一贫液出口425通过第一贫液泵61进入第一贫富液换热器6热侧进口，与冷水间接换热降温，从第一贫富液换热器6热侧出口进入第一离子溶液喷淋管321；上再生塔43内的第二离子溶液贫液从再生塔分液盘41排液口通过第二贫液泵81进入第二贫富液换热器8热侧进口，与冷水间接换热降温，从第二贫富液换热器8热侧出口进入第二离子溶液喷淋管331；两种离子溶液完成再生循环。

实施例2

如图1所示，在实施例1的基础上，下塔32还包括设于下塔32下部的第一进液口324，第一进液口324通过第一离子溶液输送泵325连接第一离子溶液储罐326，第一离子溶液储罐326内装有第一离子溶液；

上塔33还包括设于上塔33下部的第二进液口333，第二进液口333通过第二离子溶液输送泵334连接第二离子溶液储罐335，第二离子溶液储罐335内装有第二离子溶液。

第一离子溶液储罐326中的第一离子溶液通过第一离子溶液输送泵325进入到下塔32内，第二离子溶液储罐335中的第二离子溶液通过第二离子溶液输送泵334进入到上塔33内。

Claims (9)

1.一种基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置，其特征在于，包括：烟气换热器（1）、降温塔（2）、二氧化碳吸收塔（3）、再生塔（4）和再沸器（5）；

降温塔（2）包括：设置于降温塔（2）下部的降温塔进气口（21）、设于降温塔（2）上部的降温塔出气口（22）、设置于降温塔（2）内上部的降温塔喷淋管（23）、设置于降温塔（2）底部的循环冷却水出口（24），其中，降温塔喷淋管（23）入口和循环冷却水出口（24）通过设于降温塔（2）外的冷却循环管（25）相连接，冷却循环管（25）上设有冷却水循环泵（26）；

二氧化碳吸收塔（3）：二氧化碳吸收塔（3）内部由吸收塔分液盘（31）分为下塔（32）和上塔（33），其中，下塔（32）包括：设于下塔（32）内的第一离子溶液喷淋管（321）、设于下塔（32）下部的气体入口（322），设于下塔（32）底部的第一富液出口（323）；上塔（33）包括：设于内部的第二离子溶液喷淋管（331）、设于上塔（33）顶部的排气口（332）；

再生塔（4）：再生塔（4）内部由再生塔分液盘（41）分为下再生塔（42）和上再生塔（43），其中，下再生塔（42）包括：设于内部的催化填料（421），设于催化填料（421）上部的第一喷淋管（422）、设于催化填料（421）下部的高温离子溶液进口（423）、设于下再生塔（42）底部的第一离子溶液循环出口（424）、设于下再生塔（42）下部的第一贫液出口（425）；上再生塔（43）包括：设于上再生塔（43）内部的第二喷淋管（431）、设于上再生塔（43）顶部的二氧化碳出气口（432）；

烟气换热器（1）热侧进口连通高温烟气源，烟气换热器（1）热侧出口连接降温塔进气口（21），烟气换热器（1）冷侧出口连接再沸器（5）热侧进口；

降温塔出气口（22）连接下塔（32）的气体入口（322），第一富液出口（323）连接第一贫富液换热器（6）冷侧进口，第一贫富液换热器（6）冷侧出口连接第一喷淋管（422）进液口，第一贫富液换热器（6）热侧进口连接第一贫液出口（425），第一贫富液换热器（6）热侧出口连接第一贫液冷凝器（7）热侧进口，第一贫液冷凝器（7）热侧出口连接第一离子溶液喷淋管（321）进液口；

吸收塔分液盘（31）排液口连接第二贫富液换热器（8）冷侧进口，第二贫富液换热器（8）冷侧出口连接第二喷淋管（431）进液口，第二贫富液换热器（8）热侧进口连接再生塔分液盘（41）排液口，第二贫富液换热器（8）热侧出口连接第二贫液冷凝器（9）热侧进口，第二贫液冷凝器（9）热侧出口连接第二离子溶液喷淋管（331）进液口；

第一离子溶液循环出口（424）连接再沸器（5）冷侧进口，再沸器（5）冷侧出口连接高温离子溶液进口（423）；

下塔（32）内腔中装有第一离子溶液，上塔（33）内腔中装有第二离子溶液，第一离子溶液为碳酸钾溶液，第二离子溶液为DEA溶液。

2.根据权利要求1所述的基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置，其特征在于，催化填料（421）为表面附着贵金属的规整填料。

3.根据权利要求1所述的基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置，其特征在于，烟气换热器（1）冷侧进口、第一贫液冷凝器（7）冷侧进口和第二贫液冷凝器（9）冷侧进口分别通过管道连接冷水。

4.根据权利要求1所述的基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置，其特征在于，下塔（32）还包括设于下塔（32）下部的第一进液口（324），第一进液口（324）通过第一离子溶液输送泵（325）连接第一离子溶液储罐（326），第一离子溶液储罐（326）内装有第一离子溶液。

5.根据权利要求1所述的基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置，其特征在于，上塔（33）还包括设于上塔（33）下部的第二进液口（333），第二进液口（333）通过第二离子溶液输送泵（334）连接第二离子溶液储罐（335），第二离子溶液储罐（335）内装有第二离子溶液。

6.根据权利要求1所述的基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置，其特征在于，第一贫富液换热器（6）热侧进口和第一贫液出口（425）之间设有第一贫液泵（61）。

7.根据权利要求1所述的基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置，其特征在于，第二贫富液换热器（8）热侧进口和再生塔分液盘（41）排液口之间设有第二贫液泵（81）。

8.根据权利要求1所述的基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置，其特征在于，第一富液出口（323）和第一贫富液换热器（6）冷侧进口之间设有第一富液泵（62）。

9.根据权利要求1所述的基于双相离子溶液的高效碳捕集及节能再生装置，其特征在于，吸收塔分液盘（31）排液口和第二贫富液换热器（8）冷侧进口之间设有第二富液泵（82）。