二氧化碳捕集系统

1.本实用新型涉及碳捕集技术领域，尤其涉及一种二氧化碳捕集系统。


背景技术：

2.截至目前，ccus(碳捕集、利用与封存)技术被认为是当下大规模减小温室气体排放、减缓全球气候变暖的最经济可行的方法。尤其是在我国提出的“30
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60”双碳目标后，实现碳中和的关键技术路径就是co2的捕集和转化。因此，开发和改善co2捕集技术是当前相关领域的首要任务之一。
3.化学吸收法碳捕集是现阶段唯一可大规模捕集co2的技术路径，传统吸收法碳捕集系统在工业应用中具有能耗高、胺耗高、高温易降解等局限，极大限制了化学吸收法尤其是醇胺法碳捕集技术的大规模推广应用。现有针对co2捕集技术研究集中在co2吸收与再生机制、效率方面，如co2溶解度、co2吸收效率与强化、co2吸收剂等，当前的co2再生研究进展如直接蒸汽再生、热稳定盐再生、真空法再生、微通道反应器再生以及非水醇胺溶液再生等，这些技术在能耗降低方面的效益有限，并没有突破醇胺法碳捕集大规模工业化应用的瓶颈。虽然也有部分研究着眼于流程优化方面，但仅仅涉及了液体显热余热的优化配置，节能效果依然有限。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种二氧化碳捕集系统，旨在解传统碳捕集技术能耗高、胺耗高、高温易降解等问题。
5.针对现有技术存在的问题，本实用新型实施例提供一种二氧化碳捕集系统，包括：
6.吸收塔，所述吸收塔具有第一容纳腔，所述第一容纳腔内填充有吸收液，所述吸收塔上开设有与所述第一容纳腔连通的原料气入口以及脱除气体出口，所述吸收塔上还设有连通于所述第一容纳腔的富液供给管路；
7.解吸再生塔，所述解吸再生塔具有第二容纳腔，所述第二容纳腔用于容纳所述吸收液，所述解吸再生塔上开设有与所述第二容纳腔连通的贫液供给管路，所述富液供给管路用于将吸收了co2的所述吸收液输出至所述解吸再生塔，所述贫液供给管路用于将析出了co2的所述吸收液返回至所述吸收塔；
8.压缩增焓装置，包括第一压缩增焓机组，所述第一压缩增焓机组包括第一换热器、第一压缩机以及第二换热器，所述第一换热器设于所述富液供给管路上，用于对所述富液供给管路中的富co2吸收液加热，所述第二换热器设于所述贫液供给管路上，用于冷却所述贫液供给管路中的贫co2吸收液。
9.根据本实用新型提供的一种二氧化碳捕集系统，所述解吸再生塔上设有与所述第二容纳腔连通的排气口，所述压缩增焓装置还包括分别连通于所述排气口的第二压缩增焓机组以及第三压缩增焓机组，所述第二压缩增焓机组上设有第一co2出口，所述第三压缩增焓机组上设有第二co2出口；
10.所述第二压缩增焓机组分设于所述富液供给管路与所述第二容纳腔，用于回收所述排气口排出的气体余热加热所述富液供给管路中的富co2吸收液与所述第二容纳腔中的吸收剂溶液，所述第三压缩增焓机组部分设于所述第二容纳腔，用于对所述第二容纳腔中的吸收剂溶液加热。
11.根据本实用新型提供的一种二氧化碳捕集系统，所述第二压缩增焓机组包括与所述排气口连通的第二压缩机、第三换热器以及第四换热器，所述第三换热器设于所述第二容纳腔内，所述第四换热器设于所述富液供给管路上，所述第一co2出口设于所述第四换热器上；
12.所述第二压缩机用于压缩所述排气口排出的co2与h2o(g)的混合物，所述第三换热器与所述第四换热器均用于冷却压缩后的co2与水蒸气的混合物。
13.根据本实用新型提供的一种二氧化碳捕集系统，所述第三压缩增焓机组包括与所述排气口连通的第五换热器、第六换热器以及第三压缩机，所述第二co2出口设于所述第五换热器上，所述第六换热器设于所述第二容纳腔内；
14.所述第五换热器用于冷却所述排气口排出的co2混合物，所述第六换热器用于对所述第二容纳腔中的吸收剂溶液加热。
15.根据本实用新型提供的一种二氧化碳捕集系统，所述富液供给管路包括第一富液供给支路以及第二富液供给支路，所述第四换热器与所述第一换热器依次设于所述第一富液供给支路上；
16.所述压缩增焓装置还包括第七换热器，所述第七换热器设于所述第二富液供给支路与所述贫液供给管路上，用于使所述贫液供给管路中的贫co2吸收液与所述第二富液供给支路中的富co2吸收液交换热量。
17.根据本实用新型提供的一种二氧化碳捕集系统，所述第二压缩增焓机组与所述排气口的连通处设有第一阀门，所述第三压缩增焓机组与所述排气口连通处设有第二阀门。
18.根据本实用新型提供的一种二氧化碳捕集系统，所述吸收塔还包括连通于所述第一容纳腔的第一自循环管路，所述第一自循环管路一端连接于所述吸收塔底部，另一端连接于所述吸收塔顶部，用于将吸收co2不充分的吸收液泵送回所述吸收塔。
19.根据本实用新型提供的一种二氧化碳捕集系统，所述解吸再生塔还包括连通于所述第二容纳腔的第二自循环管路，所述第二自循环管路一端连接于所述解吸再生塔底部，另一端连接于所述解吸再生塔顶部，用于将解吸co2不充分的吸收液泵送回所述解吸再生塔。
20.根据本实用新型提供的一种二氧化碳捕集系统，所述第一压缩增焓机组的循环工质包括co2，所述第二压缩增焓机组的循环工质包括 h2o(g)和co2，所述第三压缩增焓机组的循环工质包括co2。
21.根据本实用新型提供的一种二氧化碳捕集系统，当所述解吸再生塔的温度高于80～85℃时，所述第一阀门处于开启状态，所述第二阀门处于关闭状态，当所述解吸再生塔的温度低于80～85℃时，所述第一阀门处于关闭状态，所述第二阀门处于开启状态。
22.根据本实用新型提供的一种二氧化碳捕集系统，当所述解吸再生塔的温度低于80～85℃时，循环工质蒸发温度为10～25℃，所述第二换热器的换热温差为3～8℃，所述第一换热器的换热温差为3～8℃；
23.当所述解吸再生塔的温度高于80～85℃时，所述第一压缩增焓机组的循环工质为co2，循环工质蒸发温度为-15～5℃，所述第二换热器的换热温差为25～40℃，所述第一换热器的换热温差为5～15℃。
24.根据本实用新型提供的一种二氧化碳捕集系统，所述第三换热器的的传热温差为3～7℃，所述第四换热器的传热温差为2～5℃。
25.本实用新型提供的二氧化碳捕集系统，通过第一压缩增焓机组的设置，实现对贫液供给管路中贫co2吸收液的的冷却以及对富液供给管路中富co2吸收液的加热，通过第一压缩增焓机组的冷热联供策略，同时创造出吸收塔的低温吸收与解吸再生塔的高温再生环境，提高 co2的吸收、解吸效率，降低能耗、降低吸收剂损耗。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本实用新型提供的二氧化碳捕集系统的系统结构示意图。
28.附图标记：
29.1：二氧化碳捕集系
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2：吸收塔；
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3：解吸再生塔；
30.统；
31.4：压缩增焓装置；
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5：第一容纳腔；
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6：原料气入口；
32.7：脱除气体出口；
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8：富液供给管路；
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9：第一自循环管路；
33.10：第一富液供给支
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11：第二富液供给支
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12：第一循环泵；
34.路；
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路；
35.13：第二容纳腔；
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14：贫液供给管路；
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15：排气口；
36.16：第二自循环管路； 17：第二循环泵；
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18：第一压缩增焓机
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组；
38.19：第一换热器；
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20：第一压缩机；
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21：第二换热器；
39.22：第二压缩增焓机
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23：第二压缩机；
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24：第三换热器；
40.组；
41.25：第四换热器；
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26：第一co2出口；
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27：第一阀门；
42.28：第三压缩增焓机
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29：第五换热器；
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30：第六换热器；
43.组；
44.31：第三压缩机；
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32：第二co2出口；
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33：第二阀门；
45.34：第七换热器。
具体实施方式
46.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
47.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
48.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
49.在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
50.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
51.下面结合图1描述本实用新型的二氧化碳捕集系统1。
52.化学吸收法碳捕集是现阶段唯一可大规模捕集co2的技术路径，传统吸收法碳捕集系统在工业应用中具有能耗高、胺耗高、高温易降解等局限，极大限制了化学吸收法尤其是醇胺法碳捕集技术的大规模推广应用。鉴于此，本实用新型提供一种二氧化碳捕集系统1，包括：吸收塔2，吸收塔2具有第一容纳腔5，第一容纳腔5内填充有吸收液，吸收塔2上开设有与第一容纳腔5连通的原料气入口6以及脱除气体出口7，吸收塔2上还设有连通于第一容纳腔5的富液供给管路 8，吸收塔2为co2吸收提供逆流热质交换场所，富含co2的原料气从原料气入口6进入吸收塔2的底部并向上流动，被第一容纳腔5汇总过的吸收液吸收，吸收了co2的吸收液会流进富液供给管路8中进行下一步的解吸再生；
53.解吸再生塔3，解吸再生塔3具有第二容纳腔13，第二容纳腔 13用于容纳吸收液，解吸再生塔3上开设有与第二容纳腔13连通的贫液供给管路14，富液供给管路8用于将吸收了co2的吸收液输出至解吸再生塔3，贫液供给管路14用于将析出了co2的吸收液返回至吸收塔2；解吸再生塔3为co2解吸与吸收剂再生提供逆流热质交换场所，富液供给管路8中的富
co2吸收剂溶液从解吸再生塔3的顶部进入并向下喷淋流动，与解吸再生塔3的第二容纳腔13中向上流动的水蒸气直接逆流接触，实现co2的解吸与吸收剂的再生。
54.本实用新型提供的二氧化碳捕集系统1还包括压缩增焓装置4，压缩增焓装置4包括第一压缩增焓机组18，第一压缩增焓机组18包括第一换热器19、第一压缩机20以及第二换热器21，第一换热器 19设于富液供给管路8上，用于对富液供给管路8中的富co2吸收液加热，第二换热器21设于贫液供给管路14上，用于冷却贫液供给管路14中的贫co2吸收液。通过第一压缩增焓机组18的设置，实现对贫液供给管路14中贫co2吸收液的的冷却以及对富液供给管路8 中富co2吸收液的加热，通过第一压缩增焓机组18的冷热联供策略，同时创造出吸收塔2的低温吸收与解吸再生塔3的高温再生环境，提高co2的吸收、解吸效率，降低能耗、降低吸收剂损耗。
55.进一步地，解吸再生塔3上设有与第二容纳腔13连通的排气口 15，压缩增焓装置4还包括分别连通于排气口15的第二压缩增焓机组22以及第三压缩增焓机组28，第二压缩增焓机组22上设有第一 co2出口26，第三压缩增焓机组28上设有第二co2出口32；第二压缩增焓机组22分设于富液供给管路8与第二容纳腔13，用于回收排气口15排出的气体余热加热富液供给管路8中的富co2吸收液与第二容纳腔13中的吸收剂溶液，第三压缩增焓机组28部分设于第二容纳腔13，用于对第二容纳腔13中的吸收剂溶液加热。需要说明的是，第二压缩增焓机组22与第三压缩增焓机组28是并列关系，在实际使用过程中，会根据解吸再生塔3的实际运行工况择一开启。
56.具体地，请参阅图1，第二压缩增焓机组22包括与排气口15连通的第二压缩机23、第三换热器24以及第四换热器25，第三换热器 24设于第二容纳腔13内，第四换热器25设于富液供给管路8上，第一co2出口26设于第四换热器25上；第二压缩机23用于压缩排气口15排出的水蒸气与co2混合物，第三换热器24与第四换热器25均用于冷却压缩后的水蒸气与co2混合物。
57.解吸再生塔3顶部的排气口15产生的低温低压混合气体(h2o (g)和co2)首先经第二压缩机23压缩增焓，再进入第三换热器 24中冷凝放热，放出的热量会实现第二容纳腔13中吸收剂溶液的沸腾，使得水蒸气能够不断向上蒸腾，实现co2的解吸与吸收剂的循环再生；被冷却的水蒸气混合物会进一步进入第四换热器25，在第四换热器25中被进一步冷凝，产生冷凝水和尾气，尾气会通过第一co2出口26排出，作为co2产物被收集，而其冷凝放出的热量则会进一步实现对富液供给管路8中富co2吸收剂的加热，实现对解吸再生塔 3余热的回收和利用。
58.进一步地，第三压缩增焓机组28包括与排气口15连通的第五换热器29、第六换热器30以及第三压缩机31，第二co2出口32设于第五换热器29上，第六换热器30设于第二容纳腔13内；第五换热器29用于进一步冷却排气口15排出的经压缩的co2与h2o(g)气体混合物，第六换热器30用于对第二容纳腔13中的吸收剂溶液加热。通过第三压缩增焓机组28内工质的循环流动，循环工质在第五换热器29中蒸发，在第六换热器30中冷凝。解吸再生塔的排气口15排出的气体的在第五换热器29中冷凝，形成冷凝水与尾气，尾气从第二co2出口32排出，作为co2产物被收集；而第六换热器30在第二容纳腔13中放热，实现对第二容纳腔13中吸收剂溶液的蒸发再沸，通过对第三压缩增焓机组28的冷热联供策略，同时创造出解吸再生塔3塔顶水蒸气的冷凝和塔釜吸收剂溶液的再沸。
59.更进一步地，富液供给管路8包括第一富液供给支路10以及第二富液供给支路11，第四换热器25与第一换热器19依次设于第一富液供给支路10上；压缩增焓装置4还包括第七换热器34，第七换热器34设于第二富液供给支路11与贫液供给管路14上，用于使贫液供给管路14中的贫co2吸收液与第二富液供给支路11中的富co2吸收液交换热量。需要说明的是，富液供给管路8分为两路溶液，一路为第一富液供给支路10，依次通过第四换热器25以及第一换热器 19进行加热；一路为第二富液供给支路11，第二富液供给支路11中的富co2吸收液在第七换热器34中与贫液供给管路14中的高温贫 co2吸收液进行热量交换，富co2吸收液被加热，贫co2吸收液被冷却；第一富液供给支路10与第二富液供给支路11再汇合进入解吸再生塔3，实现对余热的利用。
60.如前所述，第二压缩增焓机组22与第三压缩增焓机组28为择一使用，因此，第二压缩增焓机组22与排气口15的连通处设有第一阀门27，第三压缩增焓机组28与排气口15连通处设有第二阀门33。当解吸再生塔3的温度高于80～85℃时，第一阀门27处于开启状态，第二阀门33处于关闭状态，当解吸再生塔3的温度低于80～85℃时，第一阀门27处于关闭状态，第二阀门33处于开启状态。
61.进一步地，吸收塔2还包括连通于第一容纳腔5的第一自循环管路9，第一自循环管路9一端连接于吸收塔2底部，另一端连接于吸收塔2顶部，用于将吸收co2不充分的吸收液泵送回吸收塔2。可以参阅图1，第一循环泵12会将吸收塔2内的吸收液泵送至第一自循环管路9中，吸收co2不充分的吸收液会通过第一自循环管路9再次进入吸收塔2，从吸收塔2的上方喷淋进第一容纳腔5中，再进行co2的吸收；而充分吸收co2的吸收液则会从富液供给管路8中流至解吸再生塔3。
62.近似地，解吸再生塔3还包括连通于第二容纳腔13的第二自循环管路16，第二自循环管路16一端连接于解吸再生塔3底部，另一端连接于解吸再生塔3顶部，用于将解吸co2不充分的吸收液泵送回解吸再生塔3。可以参阅图1，第二循环泵17会将解吸再生塔3内的吸收液泵送至第二自循环管路16中，解吸co2不充分的吸收液会通过第二自循环管路16再次进入解吸再生塔3，从解吸再生塔3的上方喷淋进第二容纳腔13中，再进行co2的解吸；而充分解吸co2的吸收液则会从贫液供给管路14中流至吸收塔2，从吸收塔2上方喷淋入第一容纳腔5，继续进行co2的吸收。此外，还需要说明的是，第一自循环管路9与第二自循环管路16上均设有阀门，当富液供给管路8中的液体co2吸收浓度不满足要求时，需要打开第一自循环管路9上的阀门，使液体进行多次循环以满足要求；当贫液供给管路 14中的液体co2浓度过高时，需要打开第二自循环管路16上的阀门，使液体进行多次循环满足要求。
63.下面将对本系统的工作参数做进一步的限定以及说明：
64.第一压缩增焓机组18的循环工质包括co2，第二压缩增焓机组 22的循环工质包括h2og和co2，第三压缩增焓机组28的循环工质包括co2。
65.当解吸再生塔3的温度低于80～85℃时，第一压缩增焓机组18 的循环工质蒸发温度为10～25℃，第二换热器21的换热温差为3～8℃，第一换热器19的换热温差为3～8℃；当解吸再生塔3的温度高于 80～85℃时，第一压缩增焓机组18的循环工质为co2，循环工质蒸发温度为-15～5℃，第二换热器21的换热温差为25～40℃，第一换热器 19的换热温差为5～15℃。
66.第三换热器24的的传热温差为3～7℃，第四换热器25的传热温差为2～5℃。
67.还需要说明的是，吸收塔2的原料气入口6处的气体含湿量控制在5％以下，温度控制在40℃以下，吸收塔2的顶部脱除气体出口7 处脱碳后净化气的co2含量应低于2～3％，第四换热器25、五换热器的第一co2出口26与第二co2出口32的温度应控制在40℃以下。
68.下面以某电厂烟气碳捕集为例，提供二氧化碳捕集系统1的实际参数：
69.电厂烟气成分主要有co2含量13～15％，o2含量为3～5％，n2含量为75％，h2o含量6～8％，另外还含有微量so2含量为400mg/m3， no
x
含量为700mg/m3，要求捕集后co2纯度在99％以上，捕集co2的处理规模为1吨/小时；
70.由于该电厂烟道气co2含量较低、气体组分较为复杂的特点，同时对捕集后co2产品的含量要求较高，实施例如下：
71.吸收塔2内的循环吸收剂溶液采用醇胺类吸收剂溶液，吸收剂有限选用单乙醇胺mea或者mea复合溶液，复合溶液可以包含活性胺、抗氧化剂和缓蚀剂等。
72.吸收塔2的原料气入口6的入口烟气流量优选为5000～7000m3/h，吸收温度为25～35℃，吸收塔2的筒体直径优选1300～1500mm；
73.第一循环泵12流量优选为40～50m3/h，电机功率为5.5kw；
74.解吸再生塔的富co2吸收剂溶液温度优选95～105℃，解吸再生塔的筒体直径优选1300～1500mm；
75.第二循环泵17的流量优选为40～50m3/h，电机功率为5.5kw；
76.第七换热器34优选板式换热器，换热面积优选为120～150m2；
77.第一压缩增焓机组18，循环工质采用co2，工质蒸发温度优选在-5～5℃，第二换热器21的换热面积优选5～10m2，第一换热器19 的换热面积优选5～10m2，第一压缩机20优选单螺杆型式，电机功率为75kw；
78.第二压缩增焓机组224，第二压缩机23入口压力优选1～1.5bar，出口压力优选1.5～2.5bar之间，压缩机型式为单螺杆式，电机功率为 185kw，第三换热器24优选板式或管壳式，换热面积为80～100m2，第四换热器25优选板式换热器，换热面积优选5～10m2。
79.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。