一种基于热力蒸汽压缩及喷雾调温的CO₂捕集系统的制作方法

专利名称：一种基于热力蒸汽压缩及喷雾调温的CO₂捕集系统的制作方法
技术领域：
本发明的核心是提出了一种基于热力蒸汽压缩和喷雾调温的CO2捕集系统，主要用于降低化学吸收法CO2捕集系统的能量消耗。
背景技术：
图I为采用化学吸收法进行电厂烟气CO2的捕集系统图，其主要工作流程为电厂脱硫后的烟道气I调节流量后由引风机送入吸收塔2，其中一部分CO2被吸收剂吸收，尾气 3由塔顶排入大气。吸收CO2后的富液4由吸收塔底经富液泵送入贫富液换热器5，回收热量后的CO2富液6送入再生塔7进行解吸。解吸出的CO2气体14连同水蒸气经冷却器15 冷却后，经过再生气气液分离器17分离除去水分后得到纯度99. 5%以上的产品CO2气18， 再送入CO2压缩机增压、制冷液化，最终储存并装车外输。从贫富液换热器5出来的富液6从再生塔7上部进入，通过汽提解吸部分0)2，然后进入溶液煮沸器8，使其中的CO2进一步解吸。溶液煮沸器中投入的加热蒸汽12，来自于电厂汽轮机提供高温高压的过热蒸汽9。为了满足溶液煮沸器中较低的解吸温度要求(与吸收剂有关，一般在100°C左右)，系统将过热蒸汽9和减温减压水10混合得到工艺要求的参数。这一系统的热力学完善度很低，这主要表现在两个方面。一个是高温、高压的过热蒸汽经过混合过程减压为中压蒸汽，是一个典型的高品位能直接转换为低品位能利用的过程，产生了很大的可用能损失。再一个是该系统的热量是过剩的，但由于其品位低而不能得到利用。例如，加热蒸汽在溶液煮沸器中冷凝下来的冷凝水11温度相对较高，而这部分热量并没有得到充分利用；离开再生塔的CO2贫液21经换热器5换热器后，进一步进入冷却器23放出热量后进入吸收塔2，CO2贫液在贫液冷却器23中放出的热量也没有得到利用； 离开再生塔的再生气14的温度很高(约等于解析温度)，在冷却器15放出的热量也直接作为废热排弃。综上所述，在现有电厂烟气CO2捕集系统中，高温、高压的过热蒸汽与减温减压水混合得到工艺要求的中压蒸汽，引起可用能损失，过热蒸汽高品位能量没有得到有效利用；加热蒸汽在溶液煮沸器中冷凝下来的冷凝水没有得到合理利用；贫液冷却器23和再生气冷却器15放出的热量也没有回收利用，这样的能量利用系统不利于系统能耗的降低。本发明旨在充分利用过热蒸汽的高品位能量，借助热力蒸汽压缩机(Thermal Vapor Compressor, TVC)回收利用系统没有回收利用的热量，降低系统能耗。

发明内容
本发明为有效利用过热蒸汽高品位的能量，回收利用冷凝水、CO2贫液和再生气的热量，降低系统能耗。本发明提出的技术方案是用汽轮机抽出的高温、高压的过热蒸汽作为工作蒸汽 (驱动蒸汽)驱动单级或多级热力蒸汽压缩机，将冷凝水13引入闪蒸器闪蒸，闪蒸得到的水蒸汽送入热力蒸汽压缩机压缩至溶液煮沸器要求的蒸汽参数。为了闪蒸尽可能多的蒸汽，充分利用系统生产过程中产生的低品位热量，可以将离开换热器5的贫液22和离开再生塔的再生气14引入闪蒸-加热器30中对冷凝水13的闪蒸过程加热。从热力压缩机出来的蒸汽参数可能高于所需要的中压蒸汽(解析)温度，为此，可采用冷凝水回流，对蒸汽进行喷雾冷却，将之调节到工艺过程所需要的温度。本发明的技术方案示意图如图2所示。本发明具有下列主要技术优点I.过热蒸汽的高品位热能得到合理利用。采用热力蒸汽压缩机，以来自汽轮机的高压蒸汽(驱动蒸汽)为工作介质，对来自凝结水闪蒸的低参数水蒸气进行压缩，使低品位的冷凝水和系统其它部位产生的低品位热能得到回收利用，大大提高了系统的能效，降低了能耗。2.系统冷凝水、CO2贫液和再生气的热量得到完全回收利用，大大提高了系统的热力学完善度，减少了工作蒸汽31的消耗量。3.实用性强。热力蒸汽压缩机29结构简单、无转动部件、寿命长、运行可靠，是技术上成熟的设备；闪蒸-加热器30是一个闪蒸器和换热器的集合体，技术发展也非常成熟。 而且，若合理设计，可以省去原系统的贫液冷却器23和再生气冷却器15。因此，改进系统的
可操作性强。


图I为电厂烟气CO2的捕集系统图2为本发明的技术方案示意图3为只回收利用冷凝水的系统图4为回收冷凝水和CO2贫液热量的系统图
图5为回收冷凝水和再生气热量的系统附图1-5中标号为
I-进入吸收塔的烟气
2-吸收塔
3-离开吸收塔的烟气
4-进入吸收塔的CO2富液
5-贫富液换热器
6-进入再生塔的CO2富液
7-再生塔
8-溶液煮沸器
9-过热蒸汽(质量流量为m，温度为t)
10-减温减压水
11-减温减压器
12-进煮沸器的饱和蒸汽
13-离开煮沸器的冷凝水
14-离开再生塔的再生气
15-再生气冷却器
16-进入气液分离器的再生气
17-气液分离器18-再生 CO219-冷凝液20-胺补液21-离开再生塔的CO2贫液22-离开换热器的CO2贫液23-贫液冷却器24-进入吸收塔的CO2贫液
25-洗涤尾气的循环进水26-洗涤尾气的循环出水27-离开煮沸器的CO228-进入煮沸器的CO2富液29-热力蒸汽压缩机(TVC)30-闪蒸-加热器31-喷射器高压工作蒸汽(质量流量为mp，压力为Pp，温度为tp的过热蒸汽)32-闪蒸蒸汽(质量流量为mh，压力为ph，温度为th的饱和蒸汽)33-混合蒸汽(质量流量为m。，压力为p。，温度为t。的过热蒸汽)34-喷雾调温水35-闪蒸饱和水36-余热源进口(22或14或两股热流)37-余热源出口(24或16或两股流体)
具体实施例方式具体实施方式
是将冷凝水13引入闪蒸器闪蒸，闪蒸得到的水蒸汽送入热力蒸汽压缩机压缩至溶液煮沸器要求的蒸汽参数。为了闪蒸尽可能多的蒸汽，系统生产过程中产生的低品位热量，可以将离开换热器5的贫液22和离开再生塔的再生气14引入闪蒸-加热器30中对冷凝水13的闪蒸过程加热。采用冷凝水回流，对混合蒸汽进行喷雾冷却，将之调节到工艺过程所需要的温度。图2至图5给出了回收利用冷凝水，回收冷凝水和CO2贫液热量，回收冷凝水和再生气热量，回收冷凝水、CO2贫液和再生气的热量的系统简图。I. 一种基于热力蒸汽压缩和喷雾调温的CO2捕集系统，系统主要包括吸收塔2，贫富液换热器5，再生塔7，溶液煮沸器8，减温减压器11，再生气冷却器15，气液分离器17，贫液冷却器23，其特征在于还包括有热力蒸汽压缩机29，闪蒸-加热器30。吸收塔2连接贫富液换热器5，通过贫液冷却器23连接成一个回路；贫富液换热器5与再生塔7连接，再生塔7通过再生气冷却器15与气液分离器17连接；再生塔7与溶液煮沸器8连接，溶液煮沸器8连接减温减压器11形成一个回路；热力蒸汽压缩机29 —端连接闪蒸-加热器30，另一端连接减温减压器11。热力蒸汽压缩机29连接闪蒸-加热器 30、溶液煮沸器8、减温减压器11形成另一个回路。上述描述的是说明书附图3所示的流程。2. 一种基于热力蒸汽压缩和喷雾调温的CO2捕集系统，系统主要包括吸收塔2，贫富液换热器5，再生塔7，溶液煮沸器8，减温减压器11，再生气冷却器15，气液分离器17，其特征在于还包括有热力蒸汽压缩机29，闪蒸-加热器30。吸收塔2连接贫富液换热器5，贫富液换热器5连接闪蒸-加热器30的一端，闪蒸-加热器30的另一端连接到吸收塔2，贫富液换热器5、闪蒸-加热器30以及吸收塔2 连接成一个回路；贫富液换热器5与再生塔7连接，再生塔7通过再生气冷却器15与气液分离器17 连接，再生塔7还与溶液煮沸器8连接；热力蒸汽压缩机29 —端连接闪蒸-加热器30，另一端连接减温减压器11，热力蒸汽压缩机29连接闪蒸-加热器30、溶液煮沸器8、减温减压器11形成另一个回路。说明上述描述的是说明书附图4所示的流程。3. 一种基于热力蒸汽压缩和喷雾调温的CO2捕集系统，系统主要包括吸收塔2，贫富液换热器5，再生塔7，溶液煮沸器8，减温减压器11，气液分离器17，贫液冷却器23，其特征在于还包括有热力蒸汽压缩机29，闪蒸-加热器30。吸收塔2连接贫富液换热器5，通过贫液冷却器23连接成一个回路；贫富液换热器5与再生塔7连接，再生塔7出来的再生气14连接闪蒸-加热器30的一端，闪蒸-加热器30的另一端连接到气液分离器17，再生塔7还与溶液煮沸器8连接；热力蒸汽压缩机29 一端连接闪蒸-加热器30，另一端连接减温减压器11，热力蒸汽压缩机29连接闪蒸-加热器30、溶液煮沸器8、减温减压器11形成回路。上述描述的是说明书附图5所示的流程。4. 一种基于热力蒸汽压缩和喷雾调温的CO2捕集系统，系统主要包括吸收塔2，贫富液换热器5，再生塔7，溶液煮沸器8，减温减压器11，气液分离器17，其特征在于还包括有热力蒸汽压缩机29，闪蒸-加热器30。吸收塔2连接贫富液换热器5，贫富液换热器5连接闪蒸-加热器30的一端，闪蒸-加热器30的另一端连接到吸收塔2，贫富液换热器5、闪蒸-加热器30以及吸收塔2连接成一个回路；贫富液换热器5与再生塔7连接，再生塔7出来的再生气14也连接闪蒸-加热器30的一端，闪蒸-加热器30的另一端连接到气液分离器17，再生塔7还与溶液煮沸器8连接；热力蒸汽压缩机29 —端连接闪蒸-加热器30，另一端连接减温减压器11，热力蒸汽压缩机29连接闪蒸-加热器30、溶液煮沸器8、减温减压器11形成回路。上述描述的是说明书附图2所示的流程。下面以某在运电厂的一套CO2的捕集系统为例说明本发明的节能效果图I为现有CO2捕集系统主要流程示意图。为了满足再生器中的加热工艺要求， 煮沸器中消耗的热量来自于电厂的汽轮机抽汽。该系统需要抽出200t/h，l. lMPa，300°C的过热蒸汽，经减温减压系统产生220t/h，压力为O. 4MPa、温度为144°C的饱和蒸汽进溶液煮沸器，在溶液煮沸器中加热CO2富液后凝结为O. 25MPa、温度为128°C的冷凝水。例I采用图3所示的回收冷凝水热量的系统，采用两级喷射回收利用冷凝水的闪蒸蒸汽。再生器和溶液煮沸器的工艺参数不变，热力蒸汽压缩机的工作蒸汽来自于汽轮机的抽汽，I. lMPa、300°C，抽吸闪蒸蒸汽后产生0.4MPa的过热蒸汽。主要计算结果为 第一级喷射系数O. 63，第二级喷射系数O. 29 ;闪蒸蒸汽压力O. 05MPa，抽吸的闪蒸蒸汽流量为16. 9t/h ;热力蒸汽压缩机出口得到的混合蒸汽流量为195. 56t/h，温度为274°C ；需要24. 44t/h喷雾调温水，将混合蒸汽调温到温度为144°C的饱和蒸汽进溶液煮沸器； 共消耗的工作蒸汽流量为178. 68t/h，有效喷射系数为O. 094，节省的工作蒸汽量Am = 200-178. 68 = 21.32t/h，节能率为11.9%。可见，采用热力蒸汽压缩及喷雾调温的CO2捕集系统后，能耗降低。例2采用图5回收收冷凝水和再生气热量的系统，将再生气引入闪蒸-加热器30， 再生气加热降压后的冷凝水，闪蒸出更多的蒸汽，被两级热力蒸汽压缩机抽吸回收利用。系统参数与例I相同，即再生器和溶液煮沸器的工艺参数不变，热力蒸汽压缩机的工作蒸汽来自于汽轮机的抽汽，I. lMPa、300°C，抽吸闪蒸蒸汽后产生0.4MPa的过热蒸汽。主要计算结果为第一级喷射系数O. 62，第二级喷射系数O. 34 ;闪蒸蒸汽压力O. 07MPa，抽吸的闪蒸蒸汽流量为18. 13t/h ;热力蒸汽压缩机出口得到的混合蒸汽流量为187. 55t/h，温度为 2730C ;需要32. 45t/h喷雾调温水，将混合蒸汽调温温度为144°C的饱和蒸汽进溶液煮沸器；共消耗的工作蒸汽流量为169. 44t/h，有效喷射系数为O. 107，节省的工作蒸汽量Am = 200-169.44 = 30. 56t/h，节能率为18.0%。可见，采用热力蒸汽压缩及喷雾调温的CO2捕集系统后，能耗降低，节能效果显著。
权利要求
1.一种基于热力蒸汽压缩及喷雾调温的CO2捕集系统，系统主要包括吸收塔，贫富液换热器，再生塔，溶液煮沸器，减温减压器，再生气冷却器，气液分离器，贫液冷却器，其特征在于还包括有热力蒸汽压缩机，闪蒸-加热器；吸收塔连接贫富液换热器，通过贫液冷却器连接成一个闭合回路；贫富液换热器与再生塔连接，再生塔通过再生气冷却器与气液分离器连接；再生塔与溶液煮沸器连接，溶液煮沸器连接减温减压器形成一个闭合回路；热力蒸汽压缩机一端连接闪蒸-加热器，另一端连接减温减压器；热力蒸汽压缩机连接闪蒸-加热器、溶液煮沸器、减温减压器形成另一个闭合回路。
2.一种基于热力蒸汽压缩及喷雾调温的CO2捕集系统，系统主要包括吸收塔，贫富液换热器，再生塔，溶液煮沸器，减温减压器，再生气冷却器，气液分离器，其特征在于还包括有热力蒸汽压缩机，闪蒸-加热器；吸收塔连接贫富液换热器，贫富液换热器连接闪蒸-加热器的一端，闪蒸-加热器的另一端连接到吸收塔，贫富液换热器、闪蒸-加热器以及吸收塔连接成一个闭合回路；贫富液换热器与再生塔连接，再生塔通过再生气冷却器与气液分离器连接，再生塔还与溶液煮沸器连接；热力蒸汽压缩机一端连接闪蒸-加热器，另一端连接减温减压器，热力蒸汽压缩机连接闪蒸-加热器、溶液煮沸器、减温减压器形成一个闭合回路。
3.一种基于热力蒸汽压缩及喷雾调温的CO2捕集系统，系统主要包括吸收塔，贫富液换热器，再生塔，溶液煮沸器，减温减压器，气液分离器，贫液冷却器，其特征在于还包括有热力蒸汽压缩机，闪蒸-加热器；吸收塔连接贫富液换热器，通过贫液冷却器连接成一个闭合回路；贫富液换热器与再生塔连接，再生塔出来的再生气连接闪蒸-加热器的一端，闪蒸-加热器的另一端连接到气液分离器，再生塔还与溶液煮沸器连接；热力蒸汽压缩机一端连接闪蒸-加热器，另一端连接减温减压器，热力蒸汽压缩机连接闪蒸-加热器、溶液煮沸器、减温减压器形成闭合回路。
4.一种基于热力蒸汽压缩及喷雾调温的CO2捕集系统，系统主要包括吸收塔，贫富液换热器，再生塔，溶液煮沸器，减温减压器，气液分离器，其特征在于还包括有热力蒸汽压缩机，闪蒸-加热器；吸收塔连接贫富液换热器，贫富液换热器连接闪蒸-加热器的一端，闪蒸-加热器的另一端连接到吸收塔，贫富液换热器、闪蒸-加热器以及吸收塔连接成一个闭合回路；贫富液换热器与再生塔连接，再生塔出来的再生气也连接闪蒸-加热器的一端，闪蒸-加热器的另一端连接到气液分离器，再生塔还与溶液煮沸器连接；热力蒸汽压缩机一端连接闪蒸-加热器，另一端连接减温减压器，热力蒸汽压缩机连接闪蒸-加热器、溶液煮沸器、减温减压器形成闭合回路。
全文摘要
本发明是一种基于热力蒸汽压缩及喷雾调温的CO2捕集系统，该系统特征在于采用了单级或多级热力蒸汽压缩，以过热或饱和蒸汽作为工作蒸汽，冷凝水13经闪蒸-加热器30后，闪蒸出的水蒸汽进入热力蒸汽压缩机压缩到溶液煮沸器所要要求的蒸汽参数；采用冷凝水回流喷雾的方式调节供给蒸汽的温度。该系统充分利用了过热蒸汽能量品位高，作为热力蒸汽压缩机的工作蒸汽，回收利用了CO2捕集系统生产过程中所产生的低品位热能，从而大幅度降低了系统的能耗，减少了环境热污染。
文档编号B01D53/14GK102580467SQ20121001765
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者刘中良, 张克舫, 李艳霞, 李达 申请人:北京工业大学