二氧化碳分离和回收系统及其操作方法
【专利摘要】在一个实施方式中，二氧化碳分离和回收系统包括允许包含二氧化碳的气体与吸收液接触并排出第一富液的吸收塔，所述第一富液为已经吸收二氧化碳的吸收液，和致使所述吸收液释放包含二氧化碳的气体并排出贫液的再生塔，所述贫液的二氧化碳浓度低于所述富液的二氧化碳浓度。所述系统进一步包括使用水蒸汽加热所述再生塔中的吸收液的重沸器，和将所述第一富液分成第二和第三富液的分流器。所述系统进一步包括使用所述贫液加热所述第二富液的第一热交换器，和使用从所述重沸器排出的水加热所述第三富液的第二热交换器。
【专利说明】二氧化碳分离和回收系统及其操作方法
【技术领域】
[0001]在此描述的实施方式涉及二氧化碳分离和回收系统及其操作方法。
【背景技术】
[0002]关于二氧化碳的回收，作为应对全球性大规模关心的全球变暖问题的有效措施，二氧化碳回收和存储技术近来受到关注。特别地，通过使用水溶液回收二氧化碳的方法已经与热电厂和过程废气相关联地进行研究。例如，包括吸收塔和再生塔的二氧化碳回收装置是已知的，吸收塔被构造成通过使吸收液吸收包含二氧化碳的气体而产生富液，再生塔被构造成加热从吸收塔排出的富液以释放二氧化碳和蒸汽、从蒸汽中分离二氧化碳、并将产生的贫液返回至吸收塔。
[0003]在从富液中释放二氧化碳的步骤中，相邻于再生塔设置的重沸器循环并加热再生塔中的吸收液。用于作为加热介质在热电厂、工厂等使用而被产生的蒸汽(水蒸汽)的一部分被供给到该重沸器。供给到重沸器的蒸汽量需要被减少。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]图1为第一实施方式的二氧化碳分离和回收系统的概略构成图；
[0005]图2为第二实施方式的二氧化碳分离和回收系统的概略构成图；并且
[0006]图3至7为修改的实施方式的二氧化碳分离和回收系统的概略构成图。
【具体实施方式】
[0007]以下将参考附图对实施方式进行说明。
[0008]在一个实施方式中，二氧化碳分离和回收系统包括:吸收塔，包含二氧化碳的气体被导入其中，该吸收塔被构造成允许该气体与用于吸收二氧化碳的吸收液接触、并排出第一富液，该第一富液为已经吸收二氧化碳的吸收液，和再生塔，其被构造成致使该吸收液释放包含二氧化碳的气体、并排出贫液，该贫液的二氧化碳浓度低于该富液的二氧化碳浓度。该系统进一步包括构造成使用水蒸汽加热该再生塔中的吸收液的重沸器，和构造成将该第一富液分成第二富液和第三富液的分流器。该系统进一步包括构造成使用从该再生塔输送到该吸收塔的贫液加热从该分流器输送到该再生塔的第二富液的第一热交换器，和构造成使用从该重沸器排出的水加热从该分流器输送到该再生塔的第三富液的第二热交换器。
[0009](第一实施方式)
[0010]图1为第一实施方式的二氧化碳分离和回收系统的概略构成图。如图1所示，该二氧化碳分离和回收系统包括吸收塔1，再生式热交换器7，再生塔8，重沸器9和分流器20。该二氧化碳分离和回收系统通过使用吸收二氧化碳用的吸收液回收燃烧排气2中的二氧化碳气体12，并排出脱二氧化碳的气体3。
[0011]燃烧排气2产生自例如热电厂的锅炉(未示出)并被引入吸收塔I的下部。在吸收塔I中，燃烧排气2与吸收液接触，并且燃烧排气2中的二氧化碳被吸收在该吸收液中。该吸收液从吸收塔I的上部被导入，通过填充有用于提高气液接触效率的填料的填充层1A，并在吸收塔I中向下流动。例如，胺类化合物可被用作该吸收液。
[0012]燃烧排气2的二氧化碳的较大部分被吸收在该吸收液中，并且其二氧化碳含量下降的脱二氧化碳的气体3从吸收塔I的塔顶被排出。
[0013]在吸收塔I的底部，富液101被收集，所述富液为已经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从吸收塔I的底部被排出，并由富液传送泵6输送到分流器20。
[0014]分流器20将富液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在再生式热交换器(第一热交换器)7处利用从再生塔8 (重沸器9)排出的贫液107被加热。加热的主富液103被输送到再生塔8。
[0016]副富液104在热交换器(第二热交换器)30处利用从重沸器9排出的热水121被加热。已被加热的副富液105被输送到再生塔8。
[0017]被输送到再生塔8的主富液103和副富液105通过填充有用于提高气液接触效率的填料的填充层8A，并在再生塔8中向下流动。它们经历与作为在重沸器9处产生的二氧化碳和水蒸汽的混合物的混合气体110的逆流接触以被加热，并释放二氧化碳以便作为半贫液106在再生塔8的底部被收集。在再生塔8的底部被收集的半贫液106从再生塔8的底部被排出，在重沸器9处被加热并且分离成二氧化碳与水蒸汽的混合气体110和热贫液107。
[0018]重沸器9被供以水蒸汽120，并通过使用该水蒸汽120作为热源而加热半贫液106。水蒸汽120在重沸器9处加热半贫液106后作为热水121从重沸器9被排出。热水121被输送到热交换器30以便加热副富液104。
[0019]贫液107在再生式热交换器7处加热主富液102。已经通过再生式热交换器7的贫液108由贫液冷却器14冷却并被输送到吸收塔I的上部。被输送到吸收塔I的贫液109被再利用用于吸收燃烧排气2中的二氧化碳。
[0020]包含着在再生塔8处从吸收液释放的二氧化碳气体和水蒸汽的排气111从再生塔8的塔顶被排出。从再生塔8排出的气体111由再生塔回流凝缩器13冷却以凝缩水分，并由气液分离器(凝缩器)11从冷凝水112中分离以便排出二氧化碳气体12。其间，由气液分离器11分离的冷凝水112被部分地或全部地返回到再生塔8以用于将吸收液中水分浓度保持恒定的目的。
[0021]本实施方式中，副富液104利用从重沸器9排出的热水121被加热，使得热水121的显热可被回收到再生塔8。换言之，从被输送到重沸器9的水蒸汽120的每单位的热回收量可被增大。因此，与未从热水121中进行热回收的情况相比，水蒸汽120向重沸器9的供给量可被减少。
[0022]副富液104的流量优选地等于或小于富液101流量的20%并且更优选地等于或小于其10%。当副富液104的流量过大时，主富液102的流量变得过小。这同时降低了在再生式热交换器7处从贫液107的热回收效率和整个系统的运转效率。
[0023](第二实施方式)
[0024]图2为第二实施方式的二氧化碳分离和回收系统的概略构成图。与图1所示的第一实施方式相比，本实施方式的二氧化碳分离和回收系统区别在于设置了闪蒸罐200和压缩机202。
[0025]从重沸器9排出的贫液107被输送到闪蒸罐200。闪蒸罐200在I大气压下闪蒸贫液107并将其分离成二氧化碳与水蒸汽的混合气体210和闪蒸液(贫液)107A。换言之，闪蒸罐200降低了贫液107的压力以便蒸发并且导致气液分离为混合气体210和闪蒸液107A。
[0026]闪蒸液107A在再生式热交换器7处加热主富液102，并随后由贫液冷却器14冷却以便被输送到吸收塔I的上部。
[0027]从闪蒸罐200排出的混合气体210由压缩机202压缩至近似达到再生塔8中的压力以便被输送到再生塔8的下部。
[0028]以这种方式，通过闪蒸贫液107产生的混合气体210被输送到再生塔8，使得在重沸器9处的加热程度可以被降低并且水蒸汽120到重沸器9的供给可进一步被降低。
[0029]在上述的第二实施方式中，如图3所示，水电涡轮机300可以被设置在重沸器9和闪蒸罐200之间以便在闪蒸贫液107之前利用水电涡轮机300从贫液107的压力中进行能量回收。
[0030]在上述的第一和第二实施方式中，主富液102和副富液104分别在再生式热交换器7和热交换器30处被转换成两相状态。于是，由于汽化产生的热量，从贫液107 (闪蒸液107A)和热水121中的热回收量可分别被增大。在这种情况中，气液分离器可被设置在再生式热交换器7和热交换器30的下游以用于气液两相流的气液分离。图4和5分别示出了在第一和第二实施方式的二氧化碳分离和回收系统中设置在再生式热交换器7和热交换器30下游的气液分离器400和410的实例。
[0031]从再生式热交换器7和热交换器30排出的气液两相流420和430由气液分离器400和410分离成气相成分422和432 (二氧化碳和水蒸汽的混合气体)与液相成分424和434 (富液)。气相成分422和432直接被输送到再生塔8并且液相成分424和434利用泵402和412被输送到再生塔8的上部。
[0032]如图6和7所示，气相成分422和432可以不被输送到再生塔8而是通过将它们与从再生塔8排出的排气111合流而输送到再生塔回流凝缩器13。
[0033]根据上述实施方式的至少之一，被输送重沸器的水蒸汽的量可被降低。
[0034]尽管某些实施方式已被描述，但这些实施方式仅以示例的方式被呈现，且并不意在限制本发明的范围。实际上，在此描述的新颖的系统和方法可以以多种其他的形式被具体化；而且，在不脱离本发明主旨的前提下，可以做出以在此所描述的系统和方法的形式的各种省略、置换和变更。所附的权利要求和它们的等同方式因为将落入本发明的范围和主旨内而意在覆盖这些形式或变形。
【权利要求】
1.二氧化碳分离和回收系统，包括: 吸收塔，包含二氧化碳的气体被引入其中，所述吸收塔被构造成允许所述气体与用于吸收二氧化碳的吸收液接触、并排出第一富液，所述第一富液为已经吸收二氧化碳的吸收液； 再生塔，其被构造成致使所述吸收液释放包含二氧化碳的气体，并排出贫液，所述贫液的二氧化碳浓度低于所述富液的二氧化碳浓度； 重沸器，其被构造成使用水蒸汽加热所述再生塔中的吸收液； 分流器，其被构造成将所述第一富液分成第二富液和第三富液； 第一热交换器，其被构造成使用从所述再生塔输送到所述吸收塔的贫液加热从所述分流器输送到所述再生塔的第二富液；以及 第二热交换器，其被构造成使用从所述重沸器排出的水加热从所述分流器输送到所述再生塔的第三富液。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一热交换器由于加热而将所述第二富液转换成两相。
3.如权利要求2所述的系统，进一步包括: 第一气液分离器，其被构造成将从所述第一热交换器排出的气液两相流分离成气相成分和液相成分；以及 第一泵，其被构造成将从所述第一气液分离器排出的液相成分输送到所述再生塔。
4.如权利要求3所述的系统，其中从所述第一气液分离器排出的气相成分与从所述再生塔排出的气体合流。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述第二热交换器由于加热而将所述第三富液转换成两相。
6.如权利要求5所述的系统，进一步包括: 第二气液分离器，其被构造成将从所述第二热交换器排出的气液两相流分离成气相成分和液相成分；以及 第二泵，其被构造成将从所述第二气液分离器排出的液相成分输送到所述再生塔。
7.如权利要求6所述的系统，其中从所述第二气液分离器排出的气相成分与从所述再生塔排出的气体合流。
8.如权利要求1所述的系统，进一步包括: 闪蒸罐，其被构造成闪蒸从所述再生塔排出的贫液并将所述贫液分离成二氧化碳与水蒸汽的混合气体和闪蒸液；以及 压缩机，其被构造成压缩从所述闪蒸罐排出的混合气体以便将所述混合气体输送到所述再生塔， 其中所述第一热交换器使用从所述闪蒸罐排出的闪蒸液加热所述第二富液。
9.如权利要求8所述的系统，进一步包括水电涡轮机，其被设置在所述再生塔和所述闪蒸罐之间，并被构造成由从所述再生塔排出的贫液驱动。
10.操作二氧化碳分离和回收系统的方法，包括: 将包含二氧化碳的第一气体导入吸收塔； 使得所述第一气体与吸收液接触以使所述吸收液在所述吸收塔中吸收所述第一气体中的二氧化碳，排出第一富液，所述富液为已经吸收二氧化碳的吸收液，并排出第二气体，所述第二气体的二氧化碳含量低于所述第一气体的二氧化碳含量； 将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释放包含二氧化碳的第三气体，并排出贫液，所述贫液的二氧化碳浓度低于所述第一富液的二氧化碳浓度； 由重沸器使用水蒸汽加热所述再生塔中的吸收液； 由第一热交换器使用从所述再生塔输送到所述吸收塔的贫液作为热源加热被输送到所述再生塔的第二富液；以及 由第二热交换器使用从所述重沸器排出的水作为热源加热被输送到所述再生塔的第三富液。
11.如权利要求10所述的方法，其中，由于加热，所述第二富液在所述第一热交换器中被转换成两相。
12.如权利要求10所述的方法，其中，由于加热，所述第三富液在所述第二热交换器中被转换成两相。
【文档编号】C01B31/20GK104338417SQ201410045872
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年2月8日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】小川斗, 北村英夫 申请人:株式会社东芝