CN104314647A - 一种回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的方法及装置 - Google Patents

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许乐平
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朗绍程
刘晓宇
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Abstract

本发明公开了一种回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的方法及装置，该装置包含：连通船舶尾气的吸收塔，该吸收塔内设置吸收液，用于吸收船舶尾气中的二氧化碳；贫富液再热器，该贫富液再热器能对流经的贫液和富液的热能量进行交换；再生塔，其外部还设有加热装置；富液泵，用于将吸收塔底部的富液泵入到再生塔中；贫液泵，用于将再生塔底部的贫液泵入到吸收塔中，及与再生塔连接的二氧化碳气体的分离接收组件，用于收集纯二氧化碳气体。本发明提供的舶柴油机尾气中二氧化碳的回收方法及装置，用来捕集船舶尾气中排放的二氧化碳，在实现减排的同时，能将CO2回收利用，作为船舶大型CO2灭火***的能源，实现变废为宝，具有非常大的应用前景。

Description

一种回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的方法及装置
技术领域
本发明属于船舶柴油机尾气处理领域，涉及柴油机尾气中二氧化碳的吸收和利用，具体涉及一种回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的方法及装置。
背景技术
环境与发展问题己成为全球普遍关注的焦点问题。由人类活动排放的CO2是目前世界上最大的环境风险之一。人类仍在于空前的速度增加大气层中CO2的浓度，如果世界经济保持现有速度发展，进入21世纪后，每年人为CO2排放量将由1990年的60亿吨碳增加到200亿吨碳，大气层CO2浓度会超过工业革命前CO2浓度的3倍。如果地球表面的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升2-4摄氏度，南北极的冰山将大幅融化，导致海平面上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹没于水中，其中包括几个著名的大城市：纽约、上海、东京和悉尼。总之，温室气体向大气层排放而产生的温室效应对人类和自然环境所产生了的负面影响，因此温室气体的减排对环境产生积极影响，并且促进国民经济的发展。
如何治理CO2逐年增加的问题？总体来讲：即把燃烧后产生的CO2分离出来，不让它排往大气。在合适的条件下，CO2可以转化为再生资源。CO2的资源化主要有CO2回收、利用和处置三个方面。  
因此，减少二氧化碳的排放是保护生态环境的重大课题之一，船舶尾气中二氧化碳的排放是空气中二氧化碳的主要来源之一，为了保护日益恶化的自然环境，减缓温室效应的步伐，同时有效的利用CO2资源为人类服务，减少船舶柴油机CO2的任务日益紧迫。CO2有利用价值：二氧化碳灭火、二氧化碳气体保护焊、制干冰、光合作用等。因此，如果能够把船用柴油机尾气中的CO2回收利用，既能实现减排，又能创造经济价值。    
发明内容
本发明的目的是致力于船舶柴油机二氧化碳回收利用的研究，提供一种节能、高效的二氧化碳回收工艺和装置，采用该装置和工艺能减少船舶尾气中二氧化碳的排放，同时，捕集到二氧化碳作为船舶大型二氧化碳灭火装置使用，从而保护生态环境，减缓温室效应的步伐。 
为达到上述目的，本发明提供一种回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，该装置包含：
连通船舶尾气的吸收塔，该吸收塔内设置吸收液，用于吸收船舶尾气中的二氧化碳；
贫富液再热器，该贫富液再热器能对流经的贫液和富液的热能量进行交换；
再生塔，该再生塔外部还设有加热装置； 
富液泵，用于将吸收塔底部的富液泵入到再生塔中；
贫液泵，用于将再生塔底部的贫液泵入到吸收塔中，及
与再生塔连接的二氧化碳气体的分离接收组件，用于收集纯二氧化碳气体。
上述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其中，该装置还包含风机，通过该风机能将船舶尾气鼓入到吸收塔。
上述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其中，该装置还包含洗涤塔，用于预处理船舶尾气，经洗涤塔预处理后的船舶尾气通过风机抽入到吸收塔中。
上述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其中，所述的再生塔内的吸收液为烷基醇胺。 
上述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其中，所述的再生塔内的吸收液为乙醇胺。
上述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其中，所述的二氧化碳气体的分离接收组件包含水冷器、分离器和储液器。
上述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其中，所述的二氧化碳气体的分离接收组件还包含：压缩机组，该压缩机组连接分离器，用于液化分离的二氧化碳。
上述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其中，所述的再生塔的加热装置为利用船舶废热的装置。
本发明还提供了一种采用上述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置回收二氧化碳的方法，该方法采用上述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，先经洗涤塔预处理船舶尾气，处理后的船舶尾气由风机抽入到吸收塔中，吸收液与二氧化碳发生反应，温度条件为20-40℃，反应生成的富液经富液泵泵入到再生塔中，通过加热装置控制再生塔中温度不低于105℃，富液发生解吸反应，释放二氧化碳，形成二氧化碳气体和贫液，其中，二氧化碳气体经二氧化碳气体的分离接收组件分离储存，贫液经贫液泵泵入到吸收塔中循环使用。
上述的方法，其中，所述的解吸反应温度为105-120℃。
本发明的方法是基于热力学模型和物料守恒定律建立的，吸收塔则是基于反应速率的模型设计的。其过程反应方程式为：
                                                 
乙醇胺与CO2反应直接生成氨基甲酸盐，或CO2与水反应先生成H2CO3，然后H2CO3再与乙醇胺反应生成碳酸胺和碳酸氢胺，但反应式(2)与反应式(3)相比(1)要慢得多。
乙醇胺与CO2的反应为可逆反应。在温度20-40℃时，反应正向进行，并放出热量。若将溶液加热，温度升到105℃或更高时，反应逆向进行，放出CO2，溶液即得到再生。MEA溶液的循环利用、减少营运成本，实现其经济价值，对保护环境具有十分重要的意义。
由于乙醇胺分子量低，在相等质量浓度时乙醇胺吸收酸性气体的能力比其他烷基醇胺大，碱度高，化学稳定性好，热降解小，并具有容易从污染的溶液中回收的特性。故采用乙醇胺法吸收船舶柴油机尾气中的二氧化碳，具有其明显的优势。
本发明提供的新型船舶柴油机尾气中二氧化碳的回收方法及装置，用来捕集船舶尾气中排放的二氧化碳，在实现减排的同时，能将CO2回收利用，作为船舶大型CO2灭火***的能源，实现变废为宝，具有非常大的应用前景。
附图说明
图1为本发明的一种回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例与附图对本发明的技术方案作进一步地说明。
如图1所示，本发明提供的一种回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，该装置包含：吸收塔1、贫富液再热器2、再生塔3、富液泵4、贫液泵5、二氧化碳气体的分离接收组件、洗涤塔6及风机7。
所述的洗涤塔6用于预处理船舶尾气，该洗涤塔6连通待处理的船舶尾气，经洗涤塔预处理后的船舶尾气通过风机7抽入到吸收塔1中。一些较优的实施例中，洗涤塔6中采用水洗的方式预处理船舶尾气。
所述的吸收塔1连通预处理后的船舶尾气，用于吸收船舶尾气中的二氧化碳。该吸收塔1中设置有能吸收二氧化碳的吸收液，优选烷基醇胺液体，更优的实施例中，该液体为乙醇胺（MEA）。该吸收塔1内吸收了二氧化碳气体的液体为富液，该富液经富液泵4泵入到再生塔3中。
所述再生塔3还设有加热装置；更优的实施例中，该加热装置的热能量来自船舶废热，以节省热能。该再生塔3用于释放富液中的二氧化碳，经释放二氧化碳后的液体为贫液，该贫液通过贫液泵5泵入到吸收塔1中，形成循环***，吸收液可重复利用，在溶液质量分数减少时，添加吸收液（如乙醇胺）即可。
所述的贫富液再热器2，能对流经的具有温度差的贫液和富液的热能量进行交换，使得贫液温度降低以便于吸收二氧化碳，富液的温度升高，为进一步释放二氧化碳节省热能。
所述的二氧化碳气体的分离接收组件包含水冷器8、分离器9和储液器10。该水冷器8用于降低经再生塔3释放的二氧化碳气体，该分离器9将其中的纯二氧化碳与水及其它杂质分离开来，进一步提纯的二氧化碳气体经压缩机组11冷凝为液体二氧化碳备用。分离出来的水及其它杂质采用储液器10储存，并可泵入到再生塔3中进行再处理。
本发明的实施例中采用乙醇胺作为吸收液，乙醇胺溶液吸收烟道气中CO2，工艺流程见图1所示。船舶柴油机烟道中尾气经过洗涤塔6水洗、去杂、冷却后，大部分尾气由风机7送入吸收塔1与塔顶喷下乙醇胺溶液逆流接触（吸收塔内反应温度为室温，优选为20-40℃），吸收烟气中的CO2，处理后的尾气从塔顶排出。吸收CO2后的富液从塔底用富液泵4抽出，经贫富液再热器2提温后送入再生塔3中。再生塔3用船舶废热蒸汽加热，温度升到105℃或更高，优选为105-120℃，将CO2从富液中解吸出来。塔顶排出高纯度的CO2和水蒸气经由冷却器8和分离器9后，将气液分离。分离器9中的CO2经过压缩机组11压缩成液态二氧化碳，供船舶大型CO2灭火***使用。分离器9中分离出的水经储液器10泵送至再生塔3中，用作回流液。再生塔3中的蒸汽加热源才有船舶自有的蒸汽加热***，不再投入其他成本。
经本发明的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置处理船舶尾气，能大大节省能源，还能回收纯二氧化碳，该二氧化碳还可用于船舶大型二氧化碳灭火***使用，不再额外需要添加液态CO2，满足船舶灭火***要求，节省航运成本。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其特征在于，该装置包含：
连通船舶尾气的吸收塔（1），该吸收塔（1）内设置吸收液，用于吸收船舶尾气中的二氧化碳；
贫富液再热器（2），该贫富液再热器（2）能对流经的贫液和富液的热能量进行交换；
再生塔（3），该再生塔（3）外部还设有加热装置； 
富液泵（4），用于将吸收塔（1）底部的富液泵入到再生塔（3）中；
贫液泵（5），用于将再生塔（3）底部的贫液泵入到吸收塔（1）中，及
与再生塔（3）连接的二氧化碳气体的分离接收组件，用于收集纯二氧化碳气体。
2.如权利要求1所述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其特征在于，该装置还包含风机（7），通过该风机（7）能将船舶尾气鼓入到吸收塔（1）。
3.如权利要求2所述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其特征在于，该装置还包含洗涤塔（6），用于预处理船舶尾气，经洗涤塔（6）预处理后的船舶尾气通过风机（7）抽入到吸收塔（1）中。
4.如权利要求1所述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其特征在于，所述的再生塔（3）内的吸收液为烷基醇胺。
5.如权利要求4所述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其特征在于，所述的再生塔（3）内的吸收液为乙醇胺。
6.如权利要求1所述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其特征在于，所述的二氧化碳气体的分离接收组件包含水冷器（8）、分离器（9）和储液器（10）。
7.如权利要求6所述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其特征在于，所述的二氧化碳气体的分离接收组件还包含：压缩机组（11），该压缩机组（11）连接分离器（9），用于液化分离的二氧化碳。
8.如权利要求1所述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，其特征在于，所述的再生塔（3）的加热装置为利用船舶废热的装置。
9.一种采用权利要求1-8中任意一项所述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置回收二氧化碳的方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-8中任意一项所述的回收利用船舶柴油机尾气中二氧化碳的装置，先经洗涤塔（6）预处理船舶尾气，处理后的船舶尾气由风机（7）抽入到吸收塔（1）中，吸收液与二氧化碳发生反应，温度条件为20-40℃，反应生成的富液经富液泵（4）泵入到再生塔（3）中，通过加热装置控制再生塔（3）中温度不低于105℃，富液发生解吸反应，释放二氧化碳，形成二氧化碳气体和贫液，其中，二氧化碳气体经二氧化碳气体的分离接收组件分离储存，贫液经贫液泵（5）泵入到吸收塔（1）中循环使用。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的解吸反应温度为105-120℃。
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