本发明涉及从源气体中除去目标气体
技术领域：
，尤其涉及一种富液多级换热型二氧化碳捕集系统及工艺。
背景技术：
：全球气候变化是当今国际社会备受关注的问题，化石燃料燃烧发电过程产生的二氧化碳是导致大气中二氧化碳浓度升高的主要原因。由于化石能源生产技术可靠、成本低，目前世界上超过80％的能源需求都来自于化石燃料。因此，国际社会应对环境危机的一个主要努力方向就是在确保维持全球经济增长的同时减少二氧化碳的排放。为应对这一重大挑战，从燃料燃烧源控制二氧化碳排放的技术正日益受到关注。要减少世界范围内二氧化碳的排放，且同时满足化石燃料等能源需求，意味着碳捕捉及封存(ccs)技术是十分需要的。随着技术的发展，立法部门将要求新工厂准备进行碳捕集，且在一个确定的日期，需装备新ccs设备。一旦ccs技术被全面证明是可行的，现有工厂的ccs设备极有可能需要被翻新。排污权交易和co2捕捉也将成为在现有的和新的工厂安装ccs设备最主要的驱动力。二氧化碳捕集和封存技术(ccs)则是减少温室气体排放最直接有效的方法，目前有三种主要捕集方式可以用于电厂co2捕集，分别是燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧。燃烧前捕集主要应用在igcc系统中，其将煤高压富氧气化变成煤气，在经过水煤气变换后产生co2和h2，其中气体压力和co2浓度都很高，很容易对co2进行捕集。该技术的优点是捕集系统小、能耗低，在效率以及对污染物的控制方面有很大的潜力，因此受到广泛关注。然而，igcc发电技术仍面临着投资成本太高、可靠性还有待提高等问题。富氧燃烧采用传统燃煤电站的技术流程，但通过制氧技术，从空气中分离出氧气，采用高浓度的氧气与抽回的部分烟道气的混合气体来替代空气，这样得到的烟气中有高浓度的co2气体，可以直接进行处理和封存。该技术路线面临的最大难题是制氧技术的投资和能耗太高，现在还没找到一种廉价低耗的能动技术。燃烧后捕集即在燃烧排放的烟气中捕集co2，燃烧后捕集技术适用于任何一种火力发电厂，可以应用于新电厂也可以对原有电厂升级改造。此项技术也相对成熟，是未来减排市场中最具潜力的技术。燃烧后捕集二氧化碳技术，是最适合的从燃料发电厂捕集二氧化碳的商业化技术，目前在天然气加工和炼油工业中已有极好的应用。目前，常用的化学吸收溶剂为有机胺，但其能耗大、成本高等特点严重限制了其大规模应用。为了降低能耗，使燃烧后捕集技术在不同规模的电厂中得到商业化应用，还需要开发高可靠性、低投入和低运营成本的燃烧后捕集技术。技术实现要素：为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种富液多级换热型二氧化碳捕集系统及工艺，其具有降低蒸气消耗量和冷却水流量、降低二氧化碳的捕集成本的效果。本发明采用下述技术方案：一种富液多级换热型二氧化碳捕集系统，包括：吸收塔，其内部容纳作为吸收剂的醇胺溶液；吸收塔通过富液泵连接多级液液分离装置，每一级液液分离装置与吸收塔连接形成回路；水洗塔，用于吸收水洗塔顶部排出的净化烟气并进行除沫；再生塔，通过热交换器与多级液液分离装置相连，且所述再生塔的底部连接再沸器，物料在再沸器中受热膨胀至汽化并返回至再生塔内；所述再生塔的顶部通过热交换器连接气液分离器，气液分离器通过水冷器与再生塔连接形成回路。进一步的，所述多级液液分离装置包括依次连接的一级液液分离装置、二级液液分离装置和三级液液分离装置。进一步的，所述一级液液分离装置与吸收塔侧面中下部入口，二级液液分离装置与吸收塔侧面中部入口，三级液液分离装置与吸收塔侧面上部入口。一种富液多级换热型二氧化碳捕集工艺，其过程为：从吸收塔底部流出的富液流入一级液液分离装置，通过静置实现一级分离，其中上层二氧化碳负载量低的一相由吸收塔中下部入口送入吸收塔循环利用，下层二氧化碳负载量高的一相进入二级液液分离装置进行静置分离；二级液液分离装置中上层二氧化碳负载量低的一相由吸收塔中部入口送入吸收塔循环利用，下层二氧化碳负载量高的一相进入三级液液分离装置，并通过离心方式进行分离；三级液液分离装置中上层二氧化碳负载量低的一相由吸收塔上部入口送入吸收塔循环利用，下层二氧化碳负载量高的一相进入再生塔进行二氧化碳解吸。进一步的，经脱水冷却后的烟气在风机作用下进入吸收塔自下而上流动，从吸收塔上部供入吸收液，所述吸收液与上升的烟气形成逆流接触将二氧化碳脱除。进一步的，净化后的脱碳烟气从吸收塔顶部排出，进入水洗塔进行除沫，除沫后的净化气排空。进一步的，所述醇胺溶液包括n,n-二甲基环己胺，n-甲基环己胺，三乙基胺，二烯丙基胺，n,n-二乙基乙醇胺，1,4丁二胺，n-甲基-1,3-丙二胺，n-甲基环己胺，哌嗪。进一步的，进入再生塔的富液流在热交换器与再生塔底部流出的贫液进行贫富液热交换，利用再生后贫液的余热对富液进行加热至设定温度。进一步的，热交换后的贫液经水冷器冷却至设定温度后，与经气液分离器分离二氧化碳后的液体水、来自水洗塔的部分循环的过量水在分流器处汇集后，泵入吸收塔中，循环作为吸收液。进一步的，从再生塔顶部排出的二氧化碳及蒸气混合物导入到水冷器中水冷，温度降低到设定温度后导入气液分离器中进行气液分离；分离出的二氧化碳气体进入后续的压缩处理程序。进一步的，在再生塔底部将低压蒸气经再沸器与再生塔底富液换热后，富液被加热到设定温度后二氧化碳气体被解析出来，经由再生塔顶部排出，解析二氧化碳后的贫液经由再生塔底部排出。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明采用化学溶剂吸收法，利用醇胺溶液作为吸收剂，能够选择性吸收混合烟气中的co2，吸收co2后的富液进入分离器，通过三级静置实现液液两相的分离，其中co2负载量低的一相被送回吸收塔循环利用，co2负载量高的一相被送入再生塔进行解析再生；与常规工艺相比，该工艺可已降低解吸液的容量，降低解吸再生时水温蒸发的显热和气化潜热，有效降低解析能耗；同时，减少吸收溶剂在整个系统循环，降低泵的电耗；(2)本发明增加液相分离装置，相比传统型co2捕集工艺，能够降低蒸气消耗量、降低冷却水流量，使co2捕集成本大幅降低。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本发明二氧化碳捕集系统图；其中，1-吸收塔，2-水洗塔，3-富液泵，4-一级液液分离装置，5-热交换器i，6-再沸器，7-再生塔，8-热交换器ii，9-气液分离器，10-二级液液分离装置，11-三级液液分离装置。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
技术领域：
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本发明中，如无特别说明，“富液”、“富溶剂”是指吸收了大量目标的co2气体的液体。“贫液”、“贫溶剂”是指解析了大部分或全部co2气体的液体。正如
背景技术：
所介绍的，现有技术中存在燃烧后捕集co2技术存在的再生能耗高、再生塔体积大投资高的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种富液多级换热型二氧化碳捕集系统及工艺。本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种富液多级换热型二氧化碳捕集系统，包括吸收塔1、水洗塔2、再生塔7、多级液液分离装置、气液分离器9、再沸器6、热交换器i5、热交换器ii8。所述多级液液分离装置共包括三级，即一级液液分离装置4、二级液液分离装置10和三级液液分离装置11。吸收塔1，其内部容纳作为吸收剂的醇胺溶液，醇胺溶液包括n,n-二甲基环己胺(dmca)，n-甲基环己胺(mca)，三乙基胺(tea)，二烯丙基胺(daa)，n,n-二乙基乙醇胺(deea)，1,4丁二胺(bda)，n-甲基-1,3-丙二胺(mapa)，n-甲基环己胺(mca)，哌嗪(pz)。吸收塔1可以使用气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔；或者液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔；或者液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。在吸收塔1内气液两相的流动方式可以逆流也可并流，优选逆流方式，即吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的源气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。吸收塔1通过富液泵连接多级液液分离装置，每一级液液分离装置与吸收塔1连接形成回路；所述一级液液分离装置4与吸收塔1侧面中下部入口，二级液液分离装置10与吸收塔1侧面中部入口，三级液液分离装置11与吸收塔1侧面上部入口。水洗塔2用于对吸收塔顶排出的净化烟气进行除沫，由于吸收液具有较高的蒸气压，为了减少吸收液随烟气带出而造成吸收液损失和大气污染，水洗塔2可以兼具循环洗涤和除雾、除沫的功能。同时，水洗塔2中使用的水洗液通常为清洁水，其可以循环使用，也可以分离出一部分供至吸收塔作为吸收液或与富液流的一部分汇集后供至再生塔顶，该分流出来的一部分水洗液可以用来调节整个系统内的物流分配。再生塔7是将吸收了co2的富溶剂通过高温蒸气使co2在其中解析的装置，引入再生塔7中进行汽提的低压蒸气温度为130～150℃；再生塔7通过热交换器i5与多级液液分离装置相连，且所述再生塔7的底部连接再沸器6，物料在再沸器6中受热膨胀至汽化并返回至再生塔7内。所述再生塔7的顶部通过热交换器ii8连接气液分离器9，气液分离器9主要是将再生塔7顶部产生的高温蒸气混合物降温，使水冷凝下来，与co2气体分离；气液分离器9通过水冷器与再生塔7连接形成回路。采用富液多级换热型二氧化碳捕集系统的工艺过程为：该捕集工艺可以应用于火力发电厂燃烧排放的烟气中的co2捕集；该来自烟气的原料气温度为50℃，原料气压力为0.03mpa，原料气组成为：co2为51.95v/v％，h2为19.74v/v％，co为9.71v/v％，ch4为16.09v/v％，h2o为0.87v/v％，n2为1.64v/v％，均是以体积百分含量计。在风机的作用下，上述原料气经脱水冷却后(温度35℃)由吸收塔储液槽液面之上进入吸收塔，自下而上流动。从吸收塔1上部供入吸收液(流量84m3/h、温度40℃、成分组成：co2负载量为0.16mol/mol的30wt％液液相变溶液)，与上升的烟气形成逆流接触，使co2得以脱除；净化后的脱碳烟气从吸收塔顶排出，进入水洗塔2进行除沫，除沫后的净化气排空。吸收塔1中部为气液接触部分，这部分主要通过填料来强化气液接触，加强吸收液对co2的吸收，塔内一般布置气液分布器，使吸收液能够均匀地进入填料；吸收塔1底为吸收液储槽，吸收了co2的液体(称为富液)被储存在该区域。吸收塔1底流出的富液先由一级液液分离装置4通过静置实现一级分离，其中上层co2负载量低的一相由吸收塔中下部入口送入吸收塔进行循环利用，下层co2负载量高的一相进入二级液液分离装置10进行静置分离，二级液液分离装置10中上层co2负载量低的一相由吸收塔1中部入口送入吸收塔1进行循环利用，下层co2负载量高的一相进入三级液液分离装置11，通过离心方式进行分离。三级液液分离装置11中上层co2负载量低的一相由吸收塔1上部入口送入吸收塔1进行循环利用，下层co2负载量高的一相进入通过贫富液热交换器i5进入再生塔7进行co2解吸；经过三级液液相变分离11，最终进入再生塔7的富液co2负载量大，流量减少，节能了再生蒸气量，同时也也省了电耗和冷却水用量。进入再生塔7的富液流(流量58m3/h、58℃，co2负载量为0.63mol/mol的溶剂)在热交换器i5与再生塔7底流出的贫液进行贫富液热交换，利用再生后的贫液的余热对富液进行加热至83℃，以减少富液再生时的蒸气消耗量，同时也达到冷却再生贫液(至67℃)的目的。热交换后的贫液经水冷器冷却到40℃后，与来自气液分离器9分离co2后的液体水、来自水洗塔2的部分循环的过量水在分流器处汇集后，泵入吸收塔1中，循环作为吸收液。吸收液往返循环构成连续吸收和解析co2的工艺过程。从再生塔7顶排出的co2及蒸气混合物(温度123℃、流量4.32吨/小时)导入到水冷器水冷，温度进一步降低到85℃，接着导入到气液分离器9中，进行气液分离，分离出的co2气体进入后续的压缩处理程序。在再生塔7底将低压蒸气(低压蒸气135℃，215.1吨/小时)经再沸器6与再生塔7底富液换热后，富液被加热到122℃，co2气体被解析出来，经由再生塔7顶排出，解析co2后的贫液(流量76m3/h、122℃)经由再生塔底排出。将本实施方式采用的冷却水流量、耗电量、蒸气消耗量进行统计，统计的方法为测量一个完整的工艺流程(吸收多少立方的烟气或者进行多少时间的吸收)中冷却水的总使用量、电机(泵)耗电量、再生塔底低压蒸气的供给量。将统计的结果分别列于下表1～表3中。表1：不同捕集工艺蒸气能耗的对比表2：不同优化过程对冷却水流量的对比进口温度(℃)出口温度(℃)流量(吨/小时)传统捕集模工艺304068.86液液相变工艺304049.42表3：不同优化过程对风机和泵电耗的对比从表1可以看出，本申请的co2捕集工艺与传统型的co2捕集工艺相比，对溶液再生蒸气的消耗有大幅的降低，最高可达41.3％。从表2可以看出，本申请的co2捕集工艺与传统型的co2捕集工艺相比，冷却水流量也有大幅的降低，最高可达28.2％。从表3可以看出，本申请的co2捕集工艺由于通过多级离心分离等更为复杂的系统，电耗略有提高，增加14.7％。不过综合考虑，液液相变co2捕集工艺对系统的总能耗、物耗进行了优化，降低了co2捕集成本。传统型的燃烧后二氧化碳捕集系统中，主要的能耗来自于生产供给再生塔的汽提蒸气的能耗，其中汽提后的蒸气混合物夹带热量排出再生塔，以及被解析了co2气体的贫溶剂也需要冷却后才能供给到吸收塔，其中存在的大量的热量浪费。本申请增加液相分离装置，相比传统型co2捕集工艺，能够降低蒸气消耗量、降低冷却水流量，使co2捕集成本大幅降低。本申请主要利用多级换热工艺，使系统热量能够综合利用，极大地降低系统能耗；并采用尾气洗涤、气液分离等系统，充分回收尾气中的溶液；并保持整个捕集系统的水量平衡，降低溶液和水的消耗，从而解决现有的燃烧后co2捕集的高能耗和高费用的问题。与常规工艺相比，该工艺可已降低解吸液的容量，降低解吸再生时水温蒸发的显热和气化潜热，有效降低解析能耗；同时，减少吸收溶剂在整个系统循环，降低泵的电耗。由于解吸出来的有机相会进一步萃取富液中的有机胺，促使解吸反应平衡右移，使co2更加快速释放出来，降低解吸温度。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。当前第1页12