专利名称：烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流收液方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于能源环境领域，涉及一种烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流收 液方法，具体地说，涉及一种将再生气中夹带的含复合胺溶液的饱和蒸汽液化并加以脱除 的方法，以及实施该方法所用的装置。
背景技术：
随着经济社会的发展，化石燃料燃烧所导致的空气污染和温室效应已经严重地威 胁着人类赖以生存的地球环境，全球气候变暖和温室效应是各国可持续发展面临的共同挑 战。根据 IPCC(The Intergovernmental Panel on Climate Change)(联合国政府间 气候变化专门委员会)的报告，引起全球气候变暖的C02、CH4, N20、氢氟烃4类气体中，CO2 产生的温室效应占60%，因此，减少(X)2的排放已成为应对气候变暖的最重要的技术路线 之一。减少(X)2排放主要有以下3种途径①调整能源结构，使用无碳或低碳能源，如太阳 能、风能等可再生能源以及核能等清洁能源；②提高能源利用效率，降低单位产值能耗的温 室气体排放量；③采用温室气体的捕集和封存(CCQ技术。IEA (国际能源机构)的研究结 果表明在碳税为50美元/吨的情况下，2050年CO2减排量的一半将依靠(X)2捕集和封存 (CCS)实现。因此，研究CO2捕集技术对温室气体减排意义重大。目前正在大力开发的碳捕集技术主要有3种，即燃烧后脱碳、燃烧前脱碳和富氧 燃烧技术。其中燃烧前捕捉技术只能用于新建发电厂，而另两种技术则可同时应用于新建 和既有发电厂。中国作为一个发展中国家，主要以煤炭的消费为主，主要的CO2排放源为燃煤的发 电厂。从总量上看，目前我国的二氧化碳排放量已位居世界第二。预计到2025年，我国的 CO2总排放量很可能超过美国，位居世界第一。因此，我国亟待需要对所排放的二氧化碳进 行捕获研究，以缓解我国的空气污染压力。高成本将是阻碍二氧化碳捕捉和埋存技术市场化的一大障碍，新建发电厂将因此 增加30-50%的成本，改造已有发电厂也会大幅增加发电厂的发电成本。目前的价格对于中 国发电企业来说还是难以承受的，但中国新建发电厂在未来规划中应当对这项技术有所准 备，留出一定面积的土地作为储备。商业化后的二氧化碳捕捉和埋存技术的价格必然下降， 而且随着国际和中国国内节能减排的发展，这类技术必将得到广泛应用。在烟道气二氧化碳捕集系统中，再生气二氧化碳中夹带有复合胺溶液微粒，会对 后续装置及加工产生不良影响，甚至于污染环境。另外，气溶胶微粒流失，如100万吨/年 规模的二氧化碳捕集装置，每年消耗的复合胺液溶剂约1600吨/年，价值4000万元人民 币，这些消耗的复合溶剂中80%是以气溶胶的形式被净化气体带走了，尤其是PM2. 5微粒 (大气中直径小于或等于2. 5微米的颗粒物)，如何回收这些气溶胶微粒是能源环境领域面 临的重大技术问题。现有的气溶胶微粒的捕集方法有旋转流分离器和电捕集器，前者压力 降一般为500-600Pa，甚至高达1000 以上，现有的这种技术不能够用于烟道气二氧化碳捕集系统中，一是压力降太高，低分压的烟道气不能够支持这样高的压力降消耗；二是如果 要选用现有的旋风分离器技术，必须对烟道气进行增压，既复杂又不经济。对于电捕集器， 因为再生气含水量大，容易产生安全隐患，而且成本太高，在工程中没有经济适用的电捕集器。鉴于此，本领域迫切需要开发出一种能够高效地将再生气中夹带的含复合胺溶液 的饱和蒸汽液化并加以脱除的方法。
发明内容
本发明提供了一种新的烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流收液方法与装 置，克服了现有技术中存在的缺陷。一方面，本发明提供了一种烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流收液方法， 该方法包括(a)对得自再生塔的再生气进行风冷和水冷，以将再生气中夹带的含复合胺溶液 的饱和蒸汽转化成雾滴，得到夹带气溶胶微粒的再生气；(b)对夹带气溶胶微粒的再生气进行气-液微旋转流分离，以捕获再生气中夹带 的气溶胶微粒，得到脱除气溶胶微粒的再生气；(c)将捕获的气溶胶微粒聚集为液体，并汇同再生塔底输出的复合胺溶液直接返 回复合胺溶液系统。在一个优选的实施方式中，经步骤(b)的气-液微旋转流分离后，再生气中气溶胶 微粒的浓度小于20mg/Nm3。在另一个优选的实施方式中，经步骤(b)的气-液微旋转流分离后，再生气中气溶 胶微粒的平均粒径不大于2. 5微米。在另一个优选的实施方式中，经步骤(b)的气-液微旋转流分离后，再生气的额定 压力降为20mm H2O,最大压力降不大于30mm H2O0在另一个优选的实施方式中，使用步骤(C)，使得复合胺溶液的消耗量减少一半。另一方面，本发明提供了一种烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流收液装 置，该装置包括与再生塔的再生气出口连接的风冷冷却器，以及与风冷冷却器的出口连接的水冷 冷却器，用于对得自再生塔的再生气进行风冷和水冷，以将再生气中夹带的含复合胺溶液 的饱和蒸汽转化成雾滴，得到夹带气溶胶微粒的再生气；与水冷冷却器的出口连接的气-液微旋转流分离器，用于对夹带气溶胶微粒的再 生气进行气-液微旋转流分离，以捕获再生气中夹带的气溶胶微粒，得到脱除气溶胶微粒 的再生气。在一个优选的实施方式中，所述气-液微旋转流分离器(4)是单级的或多级串联 的。
图1是根据本发明的一个实施方式的烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流 收液工艺流程示意图。
具体实施例方式本发明的发明人经过广泛而深入的研究后发现，烟道气二氧化碳捕集系统中从再 生塔输出的再生气二氧化碳中夹带了大量含复合胺溶液的饱和蒸汽，如不将其脱除，会大 大降低再生气二氧化碳的质量，对后续封存和工业应用造成严重影响，并且大量复合胺溶 液的夹带跑损也会导致烟道气二氧化碳捕集装置的运行成本大幅度提高，使经济效益大受 影响；采用风冷冷却器和水冷冷却器串联冷却再生气二氧化碳，将再生气中夹带的含复合 胺溶液的饱和蒸汽最大限度地液化成雾滴，这样再通过超低压力降、高分离精度的微旋转 流分离器便可高效脱除气溶胶微粒，使再生气得到净化；再将捕获下来的气溶胶微粒聚集 为液体，并汇同再生塔底输出的复合胺溶液直接返回复合胺溶液系统进行循环利用，可以 提高再生气的纯度，并使复合胺溶液的消耗量降低50%左右。基于上述发现，本发明得以完 成。本发明的技术构思如下1.对再生塔制备的再生气(主要含二氧化碳)进行风冷和水冷，以便将再生气中 夹带的含复合胺溶液的饱和蒸汽转化成雾滴，得到夹带气溶胶微粒的再生气；2.对夹带气溶胶微粒的再生气进行超低压力降的气-液微旋转流分离，以捕获再 生气中夹带的气溶胶微粒，脱除气溶胶微粒后的再生气供后续工段使用；3.将捕获下来的气溶胶微粒聚集为液体，并汇同再生塔底输出的复合胺溶液直接 返回复合胺溶液系统。在本发明的第一方面，提供了一种烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流收液 方法，该方法包括(a)对再生塔制备的再生气(主要含二氧化碳)进行风冷和水冷，以便将再生气中 夹带的含复合胺溶液的饱和蒸汽转化成雾滴，得到夹带气溶胶微粒的再生气；(b)对夹带气溶胶微粒的再生气进行超低压力降的气-液微旋转流分离，以捕获 再生气中夹带的气溶胶微粒，脱除气溶胶微粒后的再生气供后续工段使用；(c)将捕获下来的气溶胶微粒聚集为液体，并汇同再生塔底输出的复合胺溶液直 接返回复合胺溶液系统。在本发明中，经步骤(b)的微旋转流分离处理后，再生气中气溶胶微粒的浓度小 于 20mg/Nm3。在本发明中，经步骤(b)的微旋转流分离处理后，再生气中气溶胶微粒的平均粒 径不大于2. 5微米。在本发明中，经步骤(b)的微旋转流分离处理后，再生气的额定压力降为20mmH20， 最大压力降不大于30mm H2O0在本发明的第二方面，提供了一种烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流收液 装置，该装置包括位于装置最前端的再生塔，用于制备再生气二氧化碳；与再生塔的再生气出口相连的风冷冷却器，用于对再生气进行风冷；与风冷冷却器的出口相连的水冷冷却器，用于对再生气进行水冷；与水冷冷却器的出口相连的超低压力降的气-液微旋转流分离器，用于对再生气
5中夹带的气溶胶微粒进行微旋转流分离，既净化再生气，又回收再生气中夹带的气溶胶微 粒。在本发明中，经超低压力降的微旋转流分离器捕获下来的气溶胶微粒直接返回复 合胺溶液系统进行循环利用，使复合胺溶液的消耗量降低了 50%左右。在本发明中，所述超低压力降的微旋转流分离器可通过串联多级布置来强化分离 效果，高效脱除再生气中夹带的气溶胶微粒。以下参看附图。图1是根据本发明的一个实施方式的烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流 收液工艺流程示意图。如图1所示，从再生塔1(复合胺富液从塔上部进入，CO2气体从塔下 部进入)的再生气出口排出的再生气ω2气体依次进入风冷冷却器2和水冷冷却器3进行 风冷和水冷，以便将再生气中夹带的蒸汽转化为雾滴；经过冷却处理后的再生气从水冷冷 却器3的出口进入气-液微旋转流分离器4进行超低压力降的气-液微旋转流分离，以脱 除再生气中夹带的气溶胶微粒，CO2气体从气-液微旋转流分离器4的顶出口排出供后续工 段使用；回收的气溶胶微粒聚集为液体(复合胺溶液)，并汇同再生塔底输出的复合胺溶液 直接返回复合胺溶液系统中循环利用。本发明的方法和装置的主要优点在于本发明方法工艺先进，连续运转周期长，体积小，故障率低，提高了再生气的纯度， 并使复合胺溶液的消耗量降低了 50%左右。实施例下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说 明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常 按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量 计。实施例1 中国石化南化集团研究院100万吨/年烟道气回收二氧化碳装置工艺 包工艺流程该工艺采用了本发明的装置，其工艺流程如上图1所示。该工艺采用华东理工大学独立自主研制的HL/G型超低压力降的微旋转流分离器 来脱除再生气中夹带的气溶胶微粒。下表为超低压力降的微旋转流分离器进口物料的物性 参数
权利要求
1.一种烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流收液方法，该方法包括(a)对得自再生塔的再生气进行风冷和水冷，以将再生气中夹带的含复合胺溶液的饱 和蒸汽转化成雾滴，得到夹带气溶胶微粒的再生气；(b)对夹带气溶胶微粒的再生气进行气-液微旋转流分离，以捕获再生气中夹带的气 溶胶微粒，得到脱除气溶胶微粒的再生气；(c)将捕获的气溶胶微粒聚集为液体，并汇同再生塔底输出的复合胺溶液直接返回复 合胺溶液系统。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，经步骤(b)的气-液微旋转流分离后，再生 气中气溶胶微粒的浓度小于20mg/Nm3。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，经步骤(b)的气-液微旋转流分离后，再生 气中气溶胶微粒的平均粒径不大于2. 5微米。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，经步骤(b)的气-液微旋转流分离后，再生 气的额定压力降为20mm H2O,最大压力降不大于30mm H2O0
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用步骤(c)，使得复合胺溶液的消耗量减 少一半。
6.一种烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流收液装置，该装置包括与再生塔(1)的再生气出口连接的风冷冷却器(2)，以及与风冷冷却器(2)的出口连接 的水冷冷却器(3)，用于对得自再生塔的再生气进行风冷和水冷，以将再生气中夹带的含复 合胺溶液的饱和蒸汽转化成雾滴，得到夹带气溶胶微粒的再生气；与水冷冷却器C3)的出口连接的气-液微旋转流分离器，用于对夹带气溶胶微粒的 再生气进行气-液微旋转流分离，以捕获再生气中夹带的气溶胶微粒，得到脱除气溶胶微 粒的再生气。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述气-液微旋转流分离器(4)是单级的或 多级串联的。
全文摘要
本发明涉及烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流收液方法与装置，提供了一种烟道气二氧化碳捕集系统再生气的微旋流收液方法，该方法包括(a)对得自再生塔的再生气进行风冷和水冷，以将再生气中夹带的含复合胺溶液的饱和蒸汽转化成雾滴，得到夹带气溶胶微粒的再生气；(b)对夹带气溶胶微粒的再生气进行气-液微旋转流分离，以捕获再生气中夹带的气溶胶微粒，得到脱除气溶胶微粒的再生气；(c)将捕获的气溶胶微粒聚集为液体，并汇同再生塔底输出的复合胺溶液直接返回复合胺溶液系统。
文档编号B01D45/16GK102114359SQ20111000601
公开日2011年7月6日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者张艳红, 汪华林, 沈其松, 王剑刚, 陈聪, 马良, 黄渊, 黄聪 申请人:华东理工大学