利用混合工质通过热力驱动的紧凑型脱除二氧化碳的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种利用混合工质通过热力驱动的紧凑型脱除CO2的系统，包括与烟气预处理单元依次相连的吸收器、溶液泵、溶液热交换器、解吸发生器、冷凝集液器和CO2压缩机；含有二氧化碳的混合气体进入吸收器被混合工质吸收形成含有二氧化碳的混合溶液进入解吸发生器进行分离；本实用新型系统克服了现有脱碳设备再生热能消耗量大、设备结构复杂等不足，提供一种适用于中小型含碳烟气源、结构紧凑的低能耗脱碳系统设备，同时可以利用冷凝集液器所产生的低温冷凝混合工质与解吸发生器所产生的高温混合工质混合产生吸收器2所需的中温混合工质，降低能耗的同时使系统结构更加紧凑。也可以利用系统设备的连接方式按照吸收式循环进行低能耗运行控制。
【专利说明】
利用混合工质通过热力驱动的紧凑型脱除二氧化碳的系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种利用混合工质脱除二氧化碳的技术，具体涉及一种利用混合工质通过热力驱动的紧凑型脱除二氧化碳的系统装置。
【背景技术】
[0002]工业技术的发展使化石燃料的消耗剧增，导致大气中二氧化碳的浓度增大、全球气候日益变暖，烟气中C02脱除后再排入空气成为应对气候变化的重要战略选项。因此，应对全球气候变化和酸雨污染的关键是控制二氧化碳的排放。回收分离的二氧化碳有着广泛的工业应用价值，不仅可以作为碳元素的来源，还可以通过不同的反应途径，生成多种关乎国计民生的碳产品，具有巨大的经济效益和环境效益。
[0003]经过对现有技术文献的检索发现，目前工业上的二氧化碳脱除系统形式比较多样，不同分离方法有不同的优点和不足，如欧专局公开号为W02013000953A2(2012)的专利文献中公开了AN AMINE ABSORBENT AND A METHOD FOR二氧化碳CAPTURE(—种胺吸收剂和二氧化碳捕获的方法)，此系统中二氧化碳精馏时冷凝液采用传统的回流至解吸塔方式，同时在吸收塔入口设置有再冷器，系统有贫液循环栗和富液循环栗提供循环动力，系统不足是系统较庞大，并且系统冷凝的回流液直接进入再生塔，系统的能耗不能得到有效的降低。
[0004]中国公开号为CN102380261A的实用新型专利申请公开了一种采用微旋风分离器的烟道气二氧化碳捕集系统及其方法，该系统气体由圆柱形容器的进气口进入，再由位于进气口处的挡板分成三路后进入微旋风分离器中进行旋流分离，其中左右两路气体由外侧的微旋风分离器进行旋流分离，而中间一路气体通过导气管进入位于腔体中心的微旋风分离器进行旋流分离，分离出的液体通过导气管从排液口排出，气体通过导气管从排气口排出。该方法主要依靠旋流离心力进行分离，系统最大的不足是捕集率不高，同时二氧化碳的纯度也相对不高。
[0005]中国专利公开为CN102635873A的专利文献中公开了一种常规电厂锅炉二氧化碳捕集及循环方法。它是将纯氧和二氧化碳同时送入常规电厂锅炉替代单纯送入空气燃烧使发电系统产生的二氧化碳收集利用。此方法属于燃烧前二氧化碳捕集技术，其主要缺点是需要纯氧燃烧，大大增加了技术难度和成本投入。
[0006]综上所述，现有工业上出现较多的二氧化碳脱除系统共同不足之处是，设备较为复杂，或者采用动力学或者物理分离，捕集率不高，分离后的二氧化碳纯度也相对不高，针对本专利的目的，目前尚无统一有效系统设备，如果能克服现有技术的不足，既能实现对二氧化碳的减排要求，又能简化系统设备，提高二氧化碳脱除的经济性，实现节能减排的双丰收，进而提尚一■氧化碳脱除的综合效益。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的在于克服现有脱碳设备再生热能消耗量大、设备结构复杂等不足，提供一种适用于中小型含碳烟气源、结构紧凑的的低能耗脱碳系统设备，同时可以利用冷凝集液器所产生的低温冷凝混合工质与解吸发生器所产生的高温混合工质混合产生吸收器2所需的中温混合工质，省去混合工质进入吸收器前的冷凝环节，降低能耗、提高二氧化碳的纯度的同时使系统结构更加紧凑。也可以利用系统设备的连接方式按照吸收式循环进行低能耗运行控制。
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种利用混合工质通过热力驱动的紧凑型脱除二氧化碳的系统，包括与烟气预处理单元依次相连的吸收器、溶液栗、溶液热交换器、解吸发生器、冷凝集液器和二氧化碳压缩机;所述烟气预处理器连接至吸收器气体进口，所述吸收器的液体出口连接至所述溶液栗，所述溶液热交换器的低温侧出口与所述解吸发生器的进口相连，所述解吸发生器的蒸汽出口连接至所述冷凝集液器;所述解吸发生器的液体出口连接至所述溶液热交换器的高温侧进口，所述溶液热交换器的高温侧出口连接至所述吸收器的液体进口；在所述溶液热交换器与所述吸收器的连接管路上设有再生液节流阀，所述吸收器与所述冷凝集液器的连接管路上设有冷凝液节流阀；所述吸收器完成二氧化碳的吸收工作，含有二氧化碳的混合气体在压力驱动下进入吸收器与其内部喷淋的混合工质进行热质交换后被混合工质吸收形成含有二氧化碳的混合溶液，净化后的气体从所述吸收器排空，混合溶液经所述溶液栗和溶液热交换器进入解吸发生器进行分离;所述溶液栗的工作压力为2Mpa，所述溶液栗进行吸收二氧化碳后的混合溶液的输送工作，将混合溶液由吸收器运送至解吸发生器;所述解吸发生器的工作温度为110?125°C，所述解吸发生器将吸收器输送过来的含有二氧化碳的混合溶液进行分离;分离后的二氧化碳和部分混合工质蒸汽的混合气体被送往冷凝集液器进行进一步分离，不含二氧化碳的混合工质送往吸收器继续吸收二氧化碳;所述节流阀对不含二氧化碳的混合工质进行节流降压，降低后的压力等于吸收器所需的压力。
[0009]进一步讲，本实用新型利用混合工质通过热力驱动的紧凑型脱除二氧化碳的系统，其中，所述溶液热交换器对吸收器排出的含有二氧化碳的混合溶液与解吸发生器解吸出的不含二氧化碳的混合工质进行热量交换，使系统保持低温吸收二氧化碳、高温解吸二氧化碳的工况。
[0010]所述冷凝集液器对解吸发生器解吸出的二氧化碳和混合工质的混合溶液进行进一步冷却分离，冷凝后的混合工质留待继续吸收二氧化碳。
[0011]所述节流阀控制由冷凝集液器进入吸收器的混合工质的流量。
[0012]烟气经空气预处理单元后进入吸收器与混合工质进行热质交换，二氧化碳被混合工质吸收，脱碳后的气体进入大气，含有二氧化碳的混合溶液经过热交换器升温后进入解吸发生器进行二氧化碳分离，分离出的二氧化碳经压缩后存储;不含二氧化碳的混合工质经热交换器降温后与冷凝集液器产生的低温吸收工质混合后进入吸收器重新吸收二氧化碳。系统装置省去混合工质进入吸收器前的冷凝环节，节流阀代替高温栗，按照吸收式热力循环特点对系统设备的连接进行低能耗运行控制。降低能耗的同时使系统结构更加紧凑，实现节能减排目的的同时，提高了环境效益。
[0013]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0014](I)本实用新型系统是基于吸收式热力循环设计的系统，因此可以充分利用吸收式热力循环的特点进行节能运行控制。
[0015](2)现有技术中，通常是在吸收器的进口处设有高温溶液栗及再冷设备，本实用新型采用节流阀代替传统的高温溶液栗，既简化了设备结构，使系统更加紧凑，又提高了系统的寿命;另外，又去掉了吸收工质进入吸收器前的再冷设备，在充分利用能源的同时又促进了喷淋效果，增强吸收工质的热质交换。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的系统原理及结构组成示意图。
[0017]图中:
[0018]1-空气预处理单元，2-吸收器，3-解吸发生器，4-冷凝集液器，5-溶液换热器，6_溶液栗，7-节流阀，8-节流阀，9-二氧化碳压缩机。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本实用新型进行解释说明，并不用以限制本实用新型。
[0020]本实用新型利用吸收完二氧化碳的混合溶液和解吸二氧化碳后的混合工质内部间的换热提高解吸热源的热量利用效率，通过低温混合工质与高温混合工质的混合形成吸收二氧化碳所需的混合工质的温度，降低吸收混合工质进一步冷凝时热量的损失的同时提高冷凝器中二氧化碳的浓度。实现工业领域烟气二氧化碳脱除的同时，提高能量利用效率，达到节能减排双重效益。
[0021 ]具体组成是:烟气经空气预处理单元后进入吸收器与混合工质进行热质交换，二氧化碳被混合工质吸收，脱碳后的气体进入大气，含有二氧化碳的混合溶液经过热交换器升温后进入解吸发生器进行二氧化碳分离，分离出的二氧化碳经压缩后存储;不含二氧化碳的混合工质经热交换器降温后与冷凝集液器产生的低温吸收工质混合后进入吸收器重新吸收二氧化碳。系统装置省去混合工质进入吸收器前的冷凝环节，节流阀代替高温栗，按照吸收式热力循环特点对系统设备的连接进行低能耗运行控制。提高二氧化碳纯度，降低能耗的同时使系统结构更加紧凑，实现节能减排目的的同时，提高了环境效益。
[0022]如图1所示，本实用新型一种利用混合工质通过热力驱动的紧凑型脱除二氧化碳的系统，包括烟气预处理单元I，与烟气预处理单元I依次相连有吸收器2、溶液栗6、溶液热交换器5、解吸发生器3、冷凝集液器4和二氧化碳压缩机9;所述烟气预处理器I连接至吸收器2气体进口，所述吸收器2的液体出口连接至所述溶液栗6，所述溶液热交换器5的低温侧出口与所述解吸发生器3的进口相连，所述解吸发生器3的蒸汽出口连接至所述冷凝集液器
4。所述解吸发生器3的液体出口连接至所述溶液热交换器5的高温侧进口，所述溶液热交换器5的高温侧出口连接至所述吸收器2的液体进口。在所述溶液热交换器5与所述吸收器2的连接管路上设有再生液节流阀7，所述吸收器2与所述冷凝集液器4的连接管路上设有冷凝液节流阀8。
[0023]所述烟气预处理单元I完成含有二氧化碳的混合气体的预处理工作，以脱除混合气体中酸性气体，并对处理后的气体进行降温。
[0024]所述吸收器2完成二氧化碳的吸收工作，含有二氧化碳的混合气体在压力驱动下进入吸收器2与其内部喷淋的混合工质进行热质交换后被混合工质吸收形成含有二氧化碳的混合溶液，净化后的气体从所述吸收器2排空，混合溶液经所述溶液栗6和溶液热交换器5进入解吸发生器3进行分离。
[0025]所述解吸发生器3的工作温度为110?125°C，所述解吸发生器3将吸收器2输送过来的含有二氧化碳的混合溶液进行分离;分离后的二氧化碳和部分混合工质蒸汽的混合气体被送往冷凝集液器4进行进一步分离，不含二氧化碳的混合工质送往吸收器2继续吸收二氧化碳。
[0026]所述冷凝集液器4对解吸发生器3解吸出的二氧化碳和混合工质的混合溶液进行进一步冷却分离，冷凝后的混合工质留待继续吸收二氧化碳。
[0027]所述溶液热交换器5对吸收器2排出的含有二氧化碳的混合溶液与解吸发生器3解吸出的不含二氧化碳的混合工质进行热量交换，使系统保持低温吸收二氧化碳、高温解吸二氧化碳的工况。
[0028]所述溶液栗6的工作压力为2Mpa，所述溶液栗6进行吸收二氧化碳后的混合溶液的输送工作，将混合溶液由吸收器2运送至解吸发生器3。
[0029]所述节流阀7对不含二氧化碳的混合工质进行节流降压，降低后的压力等于吸收器2所需的压力。
[0030]所述节流阀8控制由冷凝集液器4进入吸收器2的混合工质的流量。
[0031 ]所述二氧化碳压缩机9将脱除的纯净二氧化碳进行压缩储存。
[0032]以下对本实用新型一种利用混合工质通过热力驱动的紧凑型脱除二氧化碳的系统流程进行说明。本实用新型系统共有三条物流流程，分别是含碳烟气流、混合工质吸收解吸二氧化碳过程流、二氧化碳提纯储存流。
[0033]含碳烟气流是:含碳烟气经空气预处理单元I后进入吸收器2，在吸收器2中二氧化碳被脱除，脱除二氧化碳后的烟气排出至大气。混合工质吸收解吸二氧化碳过程流是:在吸收器2中吸收二氧化碳后的吸收工质变为含有二氧化碳的吸收混合溶液，吸收溶液经溶液栗6送至溶液热交换器5进行换热后温度升高后进入解吸发生器3，在解吸发生器3中的高温高压下二氧化碳从混合溶液中分离，不含二氧化碳的混合工质经过溶液热交换器5后温度降低，经过再生液节流阀7节流；同时与二氧化碳一起蒸发的混合工作在冷凝集液器4中冷凝，温度低于吸收器2中混合工质的温度，经冷凝液节流阀8节流，两个节流后的流体混合成吸收器2所需温度的混合吸收工质进入吸收器2进行吸收工质的再循环。二氧化碳提纯储存流是:二氧化碳和部分吸收工质在解吸发生器3中蒸出后进入冷凝集液器4，在冷凝集液器4中实现吸收工质与二氧化碳的完全分离，气态二氧化碳达到极高的纯度，经二氧化碳压缩机9压缩后存储。
[0034]尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。
【主权项】
1.一种利用混合工质通过热力驱动的紧凑型脱除二氧化碳的系统，包括烟气预处理单元(I)，其特征在于，与烟气预处理单元(I)依次相连有吸收器(2)、溶液栗(6)、溶液热交换器(5)、解吸发生器(3)、冷凝集液器(4)和二氧化碳压缩机(9);所述烟气预处理器(I)连接至吸收器(2)气体进口，所述吸收器(2)的液体出口连接至所述溶液栗(6)，所述溶液热交换器(5)的低温侧出口与所述解吸发生器(3)的进口相连，所述解吸发生器(3)的蒸汽出口连接至所述冷凝集液器(4); 所述解吸发生器(3)的液体出口连接至所述溶液热交换器(5)的高温侧进口，所述溶液热交换器(5)的高温侧出口连接至所述吸收器(2)的液体进口； 在所述溶液热交换器(5)与所述吸收器(2)的连接管路上设有再生液节流阀(7)，所述吸收器(2)与所述冷凝集液器(4)的连接管路上设有冷凝液节流阀(8); 所述吸收器(2)完成二氧化碳的吸收工作，含有二氧化碳的烟气在压力驱动下进入吸收器(2)与其内部喷淋的混合工质进行热质交换后被混合工质吸收形成含有二氧化碳的混合溶液，净化后的气体从所述吸收器(2)排空，混合溶液经所述溶液栗(6)和溶液热交换器(5)进入解吸发生器(3)进行分离； 所述溶液栗(6)的工作压力为2Mpa，所述溶液栗(6)进行吸收二氧化碳后的混合溶液的输送工作，将混合溶液由吸收器(2)运送至解吸发生器(3); 所述解吸发生器(3)的工作温度为110?125°C，所述解吸发生器(3)将吸收器(2)输送过来的含有二氧化碳的混合溶液进行分离;分离后的二氧化碳和部分混合溶液蒸汽的混合气体被送往冷凝集液器(4)进行进一步分离，不含二氧化碳的混合工质送往吸收器(2)继续吸收二氧化碳； 所述节流阀(7)对不含二氧化碳的混合工质进行节流降压，降低后的压力等于吸收器(2)所需的压力。
【文档编号】B01D53/78GK205481906SQ201520837518
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年10月26日
【发明人】邓帅, 刘良旭, 赵军, 安青松, 高留花
【申请人】天津大学