本发明涉及工业尾气净化回收技术领域，尤其涉及工业尾气中二氧化碳的净化回收系统。
背景技术：
在现有的工业尾气中，二氧化碳的含量比例很高，由于二氧化碳性能稳定，是化学惰性的，不能通过光化学或者化学作用去除，故二氧化碳是温室效应的主要因素，所以，在工业原料气的处理中，二氧化碳的净化处理也是重中之重。同时，由于二氧化碳的应用也十分广泛，它可以应用在聚合材料、气体肥料、干冰、二氧化碳灭火器、冷媒等领域。因此，将工业原料气中的二氧化碳进行回收利用是在中国能源紧缺的大环境下必须采取的措施。
在工业尾气中，硫化物类的成分很多，因此，对废气进行净化时，脱硫过程是必不可少的。目前，大多采用脱硫剂与废气混合进行脱硫，因此，产生了很多的脱硫剂废液，目前针对脱硫剂废液的处理大多为离线再生利用，而且再生过程中不能依据不同级数的脱硫单元产生的脱硫剂废液进行不同的处理，造成能源浪费。
同时，在目前现有的工业尾气的二氧化碳回收利用系统中，不能对回收利用系统内部产生的能量进行重复利用，造成系统运行成本高。
技术实现要素：
针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供工业尾气中二氧化碳的净化回收系统，特别适用于硫磺回收尾气中的二氧化碳的净化回收。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
工业尾气中二氧化碳的净化回收系统，包括净化子系统，含CO2的原料气经捕集压缩后进入所述净化子系统；其中，所述净化子系统包括脱硫单元；所述脱硫单元包括至少两级脱硫模块和再生模块，含CO2的原料气与脱硫剂的混合料由第一级脱硫模块的进料口输送至第一级脱硫模块中，最后一级脱硫模块的出气口为脱硫单元的脱硫气体出口；每级脱硫模块的脱硫剂富液出口与所述再生模块的进液口连接，所述再生模块的出液口分别与除第一级脱硫模块外的其余脱硫模块的进料口连接；脱硫剂富液进入所述再生模块，经再生模块再生得到的脱硫剂贫液循环作为除第一级脱硫模块外的其余脱硫模块的脱硫剂。
进一步地，所述脱硫单元还包括脱硫剂循环管道，所述脱硫剂循环管道的进液口与最后一级脱硫模块的脱硫剂富液出口连接，出液口与第一级脱硫模块的进料口连接。
具体地，所述脱硫单元包括第一级脱硫模块、第二级脱硫模块和再生模块，所述第一级脱硫模块分离得到的一级脱硫气进入所述第二级脱硫模块；所述第一级脱硫模块分离得到的脱硫剂富液进入所述再生模块，脱硫剂富液经再生模块再生得到的脱硫剂贫液循环作为第二级脱硫模块的脱硫剂。
进一步地，所述至少两级脱硫模块中每级脱硫模块包括静态混合器和分液罐；所述分液罐的进料口与所述静态混合器的出料口连接，出气口与下一级脱硫模块的静态混合器的进料口连接，出液口与所述再生模块的进液口连接；其中，最后一级脱硫模块的分液罐的出气口为脱硫气体出口。
进一步地，所述脱硫单元中，还包括混合装置，所述混合装置的出料口与所述至少两级脱硫模块的第一级脱硫模块的进气口连接，进料口分别接入含CO2 的原料气和脱硫剂。
具体地，所述混合装置采用引射器。
进一步地，所述再生模块包括过滤装置、换热装置和再生塔，所述过滤装置的进液口与所述至少两级脱硫模块的脱硫剂富液出口连接，所述脱硫剂富液经所述过滤装置过滤后经换热装置换热后由所述再生塔的进料口进入再生塔，经所述再生塔再生处理后的脱硫剂贫液由再生塔排出后经由换热装置换热处理后输送至除第一级脱硫模块外的其余脱硫模块中作为脱硫剂。
进一步地，所述过滤装置包括顺次设置的物理吸附过滤器和袋式过滤器，所述物理吸附过滤器的进液口与所述至少两级脱硫模块的脱硫剂富液出口连接，出液口与所述袋式过滤器的进液口连接；所述袋式过滤器的出液口与所述换热装置连接。
进一步地，所述再生模块还包括塔顶气回收装置，所述塔顶气回收装置包括回流罐；所述回流罐的进料口与所述再生塔塔顶出气口连接，顶部出气口与外部储气设备连接，底部出液口排出的液体循环输送至所述至少两级脱硫模块中作为脱硫剂。
进一步优选的技术方案中，所述净化子系统还包括脱水单元，所述脱硫单元的脱硫气体出口与所述脱水单元的进气口连接。
进一步地，所述脱水单元包括多个脱水罐和解吸模块；所述多个脱水罐的进气口与所述脱硫单元的脱硫气体出口连接，出气口为净化气出口；所述解吸模块包括加热器、空气输送管道和水蒸气排出管道，所述空气输送管道的出气口与所述多个脱水罐的出气口连接，所述水蒸气排出管道的进气口与所述多个脱水罐的进气口连接；所述加热器连接在所述空气输送管道上，为空气加热。
本发明优选的技术方案是，所述工业尾气中二氧化碳的净化回收系统，还包括原料气捕集压缩子系统，所述原料气捕集压缩子系统的进气端口接入含CO2的原料气，出气端口与所述净化子系统的进气口连接。
进一步地，所述原料气捕集压缩子系统包括收集缓冲模块、增压模块和多级压缩模块；所述收集缓冲模块的进气端接入含CO2的原料气，出气端与所述增压模块的进气端连接；所述多级压缩模块的进气口与所述增压模块的出气端连接，出气口与所述净化子系统的进气口连接。
进一步地，所述多级压缩模块的每级压缩模块包括冷却器、分液罐和压缩机，所述分液罐的进料口与所述冷却器的出气口连接，出气口与所述压缩机的进气口连接，出水口与外接盛液装置连接；所述压缩机的出气口与下一级压缩模块的冷却器的进气口连接；其中，第一级压缩模块的冷却器的进气口与所述增压模块的出气端连接，最后一级压缩模块的压缩机的出气口与所述净化子系统的进气口连接。
进一步地，最后一级压缩模块的出气口与所述净化子系统的进气口连接的管路上接入冷却装置。将进入净化子系统的气体冷却至合适的温度。
本发明进一步优选的技术方案是，还包括CO2液化子系统，所述CO2液化子系统的进气口与所述净化子系统的净化出气口连接，将净化子系统得到的净化气进行冷却液化。
进一步地，所述CO2液化子系统包括换热器、冷介质循环模块和分液罐，所述换热器的热介质进口与所述净化子系统的净化出气口连接，冷介质出口与所述分液罐的进料口连接；所述冷介质循环模块的冷介质出口与所述换热器的冷介质进口连接，热介质进口与所述换热器的热介质出口连接；所述分液罐的出 液口排出液态二氧化碳。
进一步地，还包括分液罐罐顶气利用管路，所述分液罐罐顶气利用管路的进气口与所述分液罐的罐顶出气口连接，出气口与所述换热器的第二冷介质进口连接；所述换热器的第二热介质出口与排空管连接。
进一步地，所述冷介质循环模块包括制冷机、冷凝器和蒸发器；所述制冷机的进料口与所述换热器的热介质出口连接，出料口与所述冷凝器的进料口连接；所述蒸发器的进料口与所述冷凝器的出料口连接，出料口与所述换热器的冷介质进口连接。
本发明的工业尾气中二氧化碳的净化回收系统中，净化子系统中采用多级脱硫模块，进行逐级脱硫，并将脱硫模块中产生的脱硫剂废液进行在线再生处理，在线再生后循环输送至各级脱硫模块中作为脱硫剂使用，提高了脱硫剂的重复利用率，减少了脱硫剂的投入使用量，节约能源。进一步依据不同级数的脱硫模块中产生的脱硫剂废液中硫化物成分含量的差异，将最后一级脱硫模块的脱硫剂富液直接用于第一级脱硫模块的脱硫剂使用，降低再生模块的运行负荷，降低能耗，提高脱硫剂利用率。
本发明中进一步提供的脱水单元中，对脱水罐增设了解吸模块，利用热空气将脱水罐内吸附的水分解吸出来，实现原位解吸，效果好，不影响生产。
本发明中进一步提供的原料气捕集压缩子系统，将由工厂排出的工业尾气进行缓冲稳定压力并清除颗粒微尘后，通过逐级冷却降温、压缩升压后，得到具有合适温度和压力的压缩原料气，为后续的净化子系统提供合适的压缩原料气。
本发明中还提供了CO2液化子系统，将经净化子系统净化后的净化气进行冷 却液化，并优选将分液罐的罐顶气循环输送至换热器内作为换热介质，将罐顶气的冷能量进行回收为净化气的冷量。
综上所述，本发明的工业尾气的二氧化碳回收利用系统中，对各个环节进行了改进设计，对回收利用系统内部产生的能量进行重复利用，降低能耗，进而降低系统运行成本。
本发明的工业尾气的二氧化碳回收利用系统特别适用于硫磺回收尾气中的二氧化碳的净化回收。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的工业尾气中二氧化碳的净化回收系统的结构框图；
图2是本发明的净化子系统的结构连接示意图；
图3是本发明的原料气捕集压缩子系统的结构连接示意图；
图4是本发明的CO2液化子系统的结构连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1至图4所示，说明本发明的工业尾气中二氧化碳的净化回收系统， 包括净化子系统10，含CO2的原料气经捕集压缩后进入所述净化子系统10。
其中，所述净化子系统10包括脱硫单元11；所述脱硫单元11包括至少两级脱硫模块111和再生模块112，含CO2的原料气与脱硫剂的混合料由第一级脱硫模块的进料口输送至第一级脱硫模块Ⅰ-111中，最后一级脱硫模块的出气口为脱硫单元的脱硫气体出口；每级脱硫模块的脱硫剂富液出口与所述再生模块112的进液口连接，所述再生模块112的出液口分别与除第一级脱硫模块外的其余脱硫模块的进料口连接；脱硫剂富液进入所述再生模块112，经再生模块112再生得到的脱硫剂贫液循环作为除第一级脱硫模块外的其余脱硫模块的脱硫剂。
随着脱硫级数的增加，原料气中硫化物的含量逐级减小，因此，最后一级脱硫模块得到的脱硫剂富液可以不用再生处理，直接回流作为脱硫剂使用。因此，优选的技术方案是，所述脱硫单元11还包括脱硫剂循环管道113，所述脱硫剂循环管道113的进液口与最后一级脱硫模块的脱硫剂富液出口连接，出液口与第一级脱硫模块的进料口连接。当然，所述脱硫剂循环管道113的出液口也可以与其它级的脱硫模块的进料口连接。
具体地，本发明中，所述至少两级脱硫模块111中每级脱硫模块包括静态混合器和分液罐；所述分液罐的进料口与所述静态混合器的出料口连接，出气口与下一级脱硫模块的静态混合器的进料口连接，出液口与所述再生模块112的进液口连接；其中，最后一级脱硫模块的分液罐的出气口为脱硫单元的脱硫气体出口。
由于通入第一级脱硫模块中的物料是含CO2的原料气与脱硫剂的混合料，即在通入第一级脱硫模块的是混合料，因此优选的技术方案是，所述脱硫单元11 中，还包括混合装置114，所述混合装置114的出料口与所述至少两级脱硫模块111的第一级脱硫模块Ⅰ-111的进气口连接，进料口分别接入含CO2的原料气和脱硫剂。实现含CO2的原料气与脱硫剂的混合。具体地，所述混合装置采用引射器114。
如图2所示，本发明提供一种具有两级脱硫模块的脱硫单元，即，所述脱硫单元11包括第一级脱硫模块Ⅰ-111、第二级脱硫模块Ⅱ-111和再生模块112；所述第一级脱硫模块Ⅰ-111包括第一级静态混合器Ⅰ-1111和第一级分液罐Ⅰ-1112；第二级脱硫模块Ⅱ-111包括第二级静态混合器Ⅱ-1111和第二级分液罐Ⅱ-1112。所述第一级静态混合器Ⅰ-1111的进料口接入含CO2的原料气与脱硫剂的混合料，出料口与所述第一级分液罐Ⅰ-1112的进料口连接；所述第一级分液罐Ⅰ-1112的出气口与所述第二级静态混合器Ⅱ-1111的进料口连接，脱硫剂富液出液口与所述再生模块112的进液口连接。第二级分液罐Ⅱ-1112的进料口与所述第二级静态混合器Ⅱ-1111的出料口连接，出气口为脱硫单元11的脱硫气体出口，脱硫剂富液出液口通过脱硫剂循环管道113与所述第一级静态混合器Ⅰ-1111的进料口连接。所述引射器114的出料口与所述第一级静态混合器Ⅰ-1111的进料口连接，引射器114的一个进料口接入含CO2的原料气，另一个进料口与所述再生模块112的脱硫剂贫液出口连接，接入再生的脱硫剂。
所述脱硫单元11中的再生模块112的作用是将经过脱硫后的脱硫剂富液中的H2S和CO2脱除得到脱硫剂贫液，并将该脱硫剂贫液作为脱硫剂重复使用，提高脱硫剂的利用率。本发明提供了一种具体的再生模块112的结构，具体为：所述再生模块112包括过滤装置1121、换热装置1122和再生塔1123，所述过滤装置1121的进液口与所述至少两级脱硫模块的每级脱硫模块111的脱硫剂富 液出口(即，每级脱硫模块111的分液罐的出液口)连接，所述脱硫剂富液经所述过滤装置1121过滤后经换热装置1122换热后由所述再生塔1123的进料口进入再生塔1123，经所述再生塔1123再生处理后得到的脱硫剂贫液由再生塔1123排出后经由换热装置1122换热处理后利用循环泵1124输送至除第一级脱硫模块外的其余脱硫模块中作为脱硫剂。在经脱硫剂贫液输送至脱硫模块中的过程中，还可以再向输送管道中补加一定量的水，对脱硫剂贫液进行调配至合适浓度。其中，所述换热装置1122实现脱硫剂富液和脱硫剂贫液的热量交换。其中，再生塔1123底部设置一个重沸器1125，配合再生塔1123实现脱硫剂富液的分馏脱除其中的H2S和CO2。
所述再生模块112中的换热装置1122具体采用换热器即可，优选采用板式换热器。
经与原料气混合脱硫处理后的脱硫剂富液中，含有一定的杂质，因此，需要经过过滤装置1121对其进行过滤净化，具体地，本发明中的所述过滤装置1121包括顺次设置的物理吸附过滤器11211(具体采用活性炭过滤器)和袋式过滤器11212，所述物理吸附过滤器11211的进液口与所述至少两级脱硫模块111的脱硫剂富液出口连接，出液口与所述袋式过滤器11212的进液口连接；所述袋式过滤器11212的出液口与所述换热装置1122连接。
脱硫剂富液在再生塔1123中的分馏过程中，会产生气体，并由再生塔的塔顶排出，称为塔顶气，该塔顶气中还夹杂一些脱硫剂分子，因此本发明的所述再生模块112还包括塔顶气回收装置1126，所述塔顶气回收装置1126包括回流罐；所述回流罐1126的进料口与所述再生塔1123塔顶出气口连接，顶部出气口(主要为酸气)与外部储气设备连接，底部出液口排出的液体(含有脱硫剂) 利用循环泵11261循环输送至所述至少两级脱硫模块111中作为脱硫剂。优选地，在回流罐1126的进料口与所述再生塔1123塔顶出气口连接的管路上连接冷却器11262，对塔顶气进行冷却。
含CO2的原料气在经过脱硫处理后，其中一定夹杂一定的水分，影响后续工艺操作，因此，所述净化子系统10还包括脱水单元12，如图2所示，所述脱硫单元11的脱硫气体出口与所述脱水单元12的进气口连接。具体地，所述脱水单元包括多个脱水罐121和解吸模块122；所述多个脱水罐121的进气口与所述脱硫单元11的脱硫气体出口连接，出气口为净化气出口；所述解吸模块122包括加热器1221、空气输送管道1222和水蒸气排出管道1223，所述空气输送管道1222的出气口与所述多个脱水罐121的出气口连接，所述水蒸气排出管道1223的进气口与所述多个脱水罐121的进气口连接；所述加热器1221连接在所述空气输送管道1222上，为空气加热。脱硫气体进入多个脱水罐后，脱水罐内的吸收剂(例如，分子筛)吸收脱硫气体中的水分，净化后的净化气由多个脱水罐的出口排出至下一流程。所述解吸模块122就是将多个脱水罐内的吸水剂中水解吸出来，并带出脱水罐，经由解吸模块122的水蒸气排出管道1223的出气口排出的气体称为再生气。如图2中所示，所述多个脱水罐121的个数为2个。优选地，在所述多个脱水罐121的出气口上连接的净化器输送管路上，还增加设置了过滤装置123，对净化气进行优化过滤，增加净化气的清洁度。
本发明的工业尾气中二氧化碳的净化回收系统中，由于输送进入净化子系统10中含CO2的原料气需要捕集压缩，因此，工业尾气中二氧化碳的净化回收系统中还包括原料气捕集压缩子系统20，将含CO2的原料气进行捕集压缩，得到具有一定压力的含CO2的原料气。所述原料气捕集压缩子系统20的进气端口接 入含CO2的原料气，出气端口与所述净化子系统10的进气口连接。
具体地，如图3所示，本发明中提供了一种具体的原料气捕集压缩子系统20，包括收集缓冲模块21、增压模块22和多级压缩模块23；所述收集缓冲模块21的进气端即为原料气捕集压缩子系统20的进气端口，接入含CO2的原料气，出气端与所述增压模块22的进气端连接；所述多级压缩模块23的进气口与所述增压模块22的出气端连接，出气口与所述净化子系统10的进气口连接。
所述收集缓冲模块21采用缓冲罐，含CO2的原料气进入缓冲罐中，一部分的细小颗粒滞留下来，由缓冲罐底部排污口排出。
所述增压模块22采用鼓风机，对含CO2的原料气进行增压。优选采用罗茨鼓风机。
所述多级压缩模块23的每级压缩模块包括冷却器、分液罐和压缩机，所述分液罐的进料口与所述冷却器的出气口连接，出气口与所述压缩机的进气口连接，出水口与外接盛液装置连接；所述压缩机的出气口与下一级压缩模块的冷却器的进气口连接；其中，第一级压缩模块的冷却器的进气口与所述增压模块22(鼓风机)的出气端连接，最后一级压缩模块的压缩机的出气口与所述净化子系统10的进气口连接。
具体地，如图3中所示，所述多级压缩模块23中包括二级压缩模块，第一级压缩模块Ⅰ-23和第二级压缩模块Ⅱ-23，第一级压缩模块Ⅰ-23包括一级冷却器Ⅰ-231(具体采用空冷器)、一级分液罐Ⅰ-232和一级压缩机Ⅰ-233，第二级压缩模块Ⅱ-23包括二级冷却器Ⅱ-231(具体采用冷却器)、二级分液罐Ⅱ-232和二级压缩机Ⅱ-233。所述一级冷却器Ⅰ-231的进气口与所述增压模块22的出气口连接。所述一级分液罐Ⅰ-232的进料口与所述一级冷却器Ⅰ-231的出气口 连接，出气口与所述一级压缩机Ⅰ-233的进气口连接，出水口与外接盛液装置连接。所述一级压缩机Ⅰ-233的出气口与所述二级冷却器Ⅱ-231的进气口连接；所述二级分液罐Ⅱ-232的进料口与所述二级冷却器Ⅱ-231的出气口连接，出气口与所述二级压缩机Ⅱ-233的进气口连接，出水口与外接盛液装置连接。所述二级压缩机Ⅱ-233的出气口与所述净化子系统10的进气口连接。
含CO2的原料气的经过多级压缩模块23的逐级冷却和压缩后，得到具有一定压力的原料气，温度也降低至合理的范围内。本发明中为了进一步降低含CO2的原料气的温度，优选地，在最后一级压缩模块(如第二级压缩模块Ⅱ-23)的出气口与所述净化子系统10的进气口连接的管路上接入冷却装置24。将进入净化子系统10的气体再冷却至更适宜的温度。具体地，所述冷却装置24采用空冷器。
本发明的工业尾气中二氧化碳的净化回收系统中，含CO2的原料气经净化子系统10净化后得到净化气，为了将CO2净化气更好储存或者运输，本发明中还包括CO2液化子系统30，所述CO2液化子系统30的进气口与所述净化子系统10的净化出气口连接，将净化子系统10得到的净化气进行冷却液化。
具体地，如图4所示，所述CO2液化子系统30包括换热器31、冷介质循环模块32和分液罐33，所述换热器31的热介质进口311与所述净化子系统10的净化出气口连接，冷介质出口312与所述分液罐33的进料口连接；所述冷介质循环模块32的冷介质出口3201与所述换热器31的冷介质进口313连接，热介质进口3202与所述换热器31的热介质出口314连接。所述分液罐33底部排出的液态二氧化碳利用转油泵331输送至二氧化碳储罐，进行储存即可。
所述分液罐33是将冷却后的二氧化碳进行液化的设备，液态二氧化碳经由 分液罐33的底部出液口排出，在此过程中还会产生一部分气体，由分液罐的罐顶出气口排出，该部分气体的温度也是很低的，因此，为了节约能源，充分利用罐顶的低温气体，本发明的CO2液化子系统30中还增设了分液罐罐顶气利用管路34，所述分液罐罐顶气利用管路34的进气口与所述分液罐33的罐顶出气口连接，出气口与所述换热器31的第二冷介质进口315连接；所述换热器的第二热介质出口316与排空管连接，将换热后的罐顶气排空即可。
所述换热器31优选采用板翅式换热器。
所述冷介质循环模块32采用现有模块即可。本发明中给出了一种具体的冷介质循环模块32，包括制冷机321、冷凝器322和蒸发器323；所述制冷机321的进料口(即冷介质循环模块32的热介质进口3202)与所述换热器31的热介质出口314连接，出料口与所述冷凝器322的进料口连接；所述蒸发器323的进料口与所述冷凝器322的出料口连接，出料口(即冷介质循环模块32的冷介质进口3201)与所述换热器31的冷介质进口313连接。
在冷介质循环模块32中，蒸发器323将经经制冷冷凝后的冷介质进行蒸发处理，需要热源。而含二氧化碳气体(净化气)经过换热器31的冷却后，温度不会达到最理想值，因此，本发明中优选的技术方案是，所述换热器31的冷介质出口312与所述分液罐33的进料口的连接管路中接入所述蒸发器323，将经换热器31冷却后的含二氧化碳气体(净化气)进入蒸发器323中，作为冷介质在蒸发器中的蒸发热源。含二氧化碳气体(净化气)进一步放热冷却至更低的温度后再进入分液罐33，提高液化效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。