CN108211671B - 一种节能型二氧化碳再生和压缩***及方法 - Google Patents
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Abstract
一种节能型二氧化碳再生和压缩***及方法，本发明将CO2压缩环节前置到再生气冷凝器之前，并将CO2压缩机替换成蒸汽压缩机。压缩环节的前置会引起压缩电耗的增加，因为压缩的气体的中含有约30wt％的水蒸气，但由于压缩后的再生气热量通过换热器回收利用，可以大幅度降低再沸器的蒸汽热耗，综合来看，再生和压缩环节的整体能耗得到显著下降，起到节能的作用。
Description
技术领域
本发明属于二氧化碳捕集技术领域，具体涉及一种节能型二氧化碳再生和压缩***及方法，为电力、化工、钢铁、水泥等行业所采用化学吸收法二氧化碳捕集***中的一种节能***和方法，用于降低CO2再生和压缩环节的整体能耗水平。
背景技术
电力、化工、钢铁、水泥等行业大量排放的CO2是引起全球性气候变化的温室气体排放重要来源，经过近年来的不断摸索，烟气(或尾气)二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)技术被广泛认为是实现大规模温室气体减排、遏制气候变化的重要技术途径。采用有机胺作为二氧化碳吸收溶剂的化学吸收法是当前主流的烟气二氧化碳捕集技术，目前已开发出百万吨级商业化碳捕集装置。当前阻碍碳捕集技术大规模推广的主要原因之一是捕集运行成本过高。而CO2再生过程中的蒸汽热耗和CO2压缩液化过程中的电耗等能耗成本占到总运行成本的80％以上。因此，降低碳捕集***能耗是目前二氧化碳捕集技术研发的核心热点之一。
常规的CO2再生和压缩液化工艺如附图1所示。
常规的CO2再生和压缩液化工艺流程如下：
在吸收塔中吸收了CO2后的溶液(富液)由顶部进入再生塔1，经过再沸器2加热解吸出CO2气体；解析后的贫液从再生塔1底部流出，进入吸收塔进行下一个吸收循环；再生气从再生塔1顶部排出，经过再生气冷却器3降温至40℃左右；再生气中的冷凝水从气液分离罐4底部流出，通过冷凝回流泵5从再生塔1塔顶注入，保持***水平衡；CO2气体从气液分离罐4顶部排出，进入CO2压缩机6压缩至2.5MPa左右，然后进入氨冷机7冷却至-20℃左右，得到过冷的液态CO2产品。
再生塔解吸的热量通过再沸器2提供。对于质量分数为30％的MEA吸收溶液，解吸出1吨CO2约消耗2吨蒸汽，再生热耗约为3.8～4.2GJ/tCO2，再生蒸汽成本占到总捕集成本的60％～70％，加上压缩和制冷电耗，整个能耗成本占到捕集成本的80％以上。因此，寻求一种节能型的再生和压缩工艺，是十分有意义的。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种节能型二氧化碳再生和压缩***及方法，与传统工艺相比，本发明将CO2压缩环节前置到再生气冷凝器之前，并将CO2压缩机替换成蒸汽压缩机；压缩环节的前置会引起压缩电耗的增加，因为压缩的气体的中含有约30wt％的水蒸气，但由于压缩后的再生气热量通过换热器回收利用，可以大幅度降低再沸器的蒸汽热耗，综合来看，再生和压缩环节的整体能耗得到显著下降，起到节能的作用。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种节能型二氧化碳再生和压缩***，包括再生塔1，再生塔1填料层上方与富液管道相连，再生塔1填料层下方与换热器4冷侧入口相连，换热器4冷侧出口与再沸器2冷侧入口相连，再沸器2冷侧出口与再生塔1底部相连，再沸器2热侧入口与蒸汽管道相连，再沸器2热侧出口与冷凝水管道相连，再生塔1底部液体出口与贫液管道相连，再生塔1顶部再生气出口与蒸汽压缩机3入口相连，蒸汽压缩机3出口与换热器4热侧入口相连，换热器4热侧出口与冷凝器5入口相连，冷凝器5出口与气液分离罐6入口相连，气液分离罐6底部液体出口与冷凝回流泵7入口相连，冷凝回流泵7出口与分流器8入口相连，分流器8出口I与再生塔1顶部相连，分流器8出口II与蒸汽压缩机3入口相连，气液分离罐6顶部气体出口与氨冷机9入口相连，氨冷机9出口与液态CO2输出管道相连。
所述再生塔1采用质量分数为30％的MEA作为吸收溶液。
所述节能型二氧化碳再生和压缩***的二氧化碳再生和压缩方法，吸收CO2后的富液由再生塔1填料层上方进入再生塔1，流经填料层，先后进入换热器4和再沸器2，被加热至110～120℃，解吸出CO2气体；解析后的贫液从再生塔1底部流出，进入吸收塔进行下一个吸收循环；从再生塔1顶部排出的再生气进入蒸汽压缩机3，经过多级压缩和入口喷淋降温，得到高压的过热再生气，蒸汽压缩机3入口的喷淋降温用水来自分流器8，是再生气冷凝水；蒸汽压缩机3出口的高压过热再生气进入换热器4，与冷侧富液进行换热，再生气温度降至125～130℃，再生气中的水蒸气大部分冷凝成液态，然后进入冷凝器5进一步冷却至35～40℃，进入气液分离器6进行气液分离；分离出来的CO2气体进入到氨冷机9冷却至-20℃，得到过冷的液态CO2产品；气液分离器6底部分离出来的冷凝液经冷凝回流泵7和分流器8，一部分进入蒸汽压缩机3入口用于喷淋减温，剩余的冷凝水进入再生塔1顶部喷淋降温，保持***水平衡。
本发明所述节能型CO2再生和压缩***及方法具有以下特点：
1)本发明所述CO2再生和压缩***采用再生气先压缩再冷凝的方式，提高了再生气中水蒸气余热品味，通过换热器回收利用，大幅度降低了再沸器负荷；如果采用质量分数为30％的MEA作为吸收溶液，本发明所述节能***和方法能降低再沸器负荷45％左右。
2)本发明所述CO2再生和压缩***的压缩机电耗有所增加，这是由于压缩再生气中水蒸气引起的，但是从能耗成本来看，压缩环节电耗的增加远小于再生环节的热耗降低，综合能耗成本是显著降低的；以30％MEA溶液体系为例，电耗的增加约为90kWh/tCO2,蒸汽热耗的降低约为1.8GJ/tCO2,按电价0.35元/kWh,蒸汽60元/GJ估算，综合捕集能耗成本降低70元/tCO2。
3)本发明所述CO2再生和压缩***能大幅度降低了再生气的冷却负荷；以30％MEA溶液体系为例，降低再生气冷却负荷(含压缩机冷却负荷)75％左右。
4)本发明所述CO2再生和压缩***能降低CO2产品气中的含水量；以30％MEA溶液体系为例，CO2产品气中的含水由原来的2％左右降至0.2％以下，大幅度降低了精制***的分子筛除水负荷。
5)本发明所述CO2再生和压缩***的压缩机为蒸汽压缩机，比传统工艺中使用的CO2压缩机具有更高的耐高温和耐腐蚀要求，设备成本较高。
附图说明
图1为常规的CO2再生和压缩液化***的工艺流程示意图。
图2为本发明所述的CO2再生和压缩***的工艺流程示意图。
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
具体实施方式
为清楚说明本发明，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。本领域技术人员了解，下述内容不是对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进和变化，都在本发明的保护范围之内。
如图1所示，本发明一种节能型二氧化碳再生和压缩***，包括再生塔1，再生塔1填料层上方与富液管道相连，再生塔1填料层下方与换热器4冷侧入口相连，换热器4冷侧出口与再沸器2冷侧入口相连，再沸器2冷侧出口与再生塔1底部相连，再沸器2热侧入口与蒸汽管道相连，再沸器2热侧出口与冷凝水管道相连，再生塔1底部液体出口与贫液管道相连，再生塔1顶部再生气出口与蒸汽压缩机3入口相连，蒸汽压缩机3出口与换热器4热侧入口相连，换热器4热侧出口与冷凝器5入口相连，冷凝器5出口与气液分离罐6入口相连，气液分离罐6底部液体出口与冷凝回流泵7入口相连，冷凝回流泵7出口与分流器8入口相连，分流器8出口I与再生塔1顶部相连，分流器8出口II与蒸汽压缩机3入口相连，气液分离罐6顶部气体出口与氨冷机9入口相连，氨冷机9出口与液态CO2输出管道相连。
本发明所述***的工艺流程如下：
吸收CO2后的富液由再生塔1填料层上方进入再生塔1，流经填料层，先后进入换热器4和再沸器2，被加热至110～120℃，解吸出CO2气体；解析后的贫液从再生塔1底部流出，进入吸收塔进行下一个吸收循环；从再生塔1顶部排出的再生气(180kPa/100℃左右)进入蒸汽压缩机3，经过多级压缩和入口喷淋降温，得到高压的过热再生气(2.5MPa/210℃左右)，蒸汽压缩机3入口的喷淋降温用水来自分流器8，是再生气冷凝水；蒸汽压缩机3出口的高压过热再生气进入换热器4，与冷侧富液进行换热，再生气温度降至130℃左右，再生气中的水蒸气大部分冷凝成液态，然后进入冷凝器5进一步冷却至40℃左右，进入气液分离器6进行气液分离；分离出来的CO2气体进入到氨冷机9冷却至-20℃左右，得到过冷的液态CO2产品(2.5MPa,-20℃)；气液分离器6底部分离出来的冷凝液经冷凝回流泵7和分流器8，一部分进入蒸汽压缩机3入口用于喷淋减温，剩余的冷凝水进入再生塔1顶部喷淋降温，保持***水平衡。
Claims (2)
1.一种节能型二氧化碳再生和压缩***，包括再生塔（1），再生塔（1）填料层上方与富液管道相连，其特征在于：所述再生塔（1）填料层下方与换热器（4）冷侧入口相连，换热器（4）冷侧出口与再沸器（2）冷侧入口相连，再沸器（2）冷侧出口与再生塔（1）底部相连，再沸器（2）热侧入口与蒸汽管道相连，再沸器（2）热侧出口与冷凝水管道相连，再生塔（1）底部液体出口与贫液管道相连，再生塔（1）顶部再生气出口与蒸汽压缩机（3）入口相连，蒸汽压缩机（3）出口与换热器（4）热侧入口相连，换热器（4）热侧出口与冷凝器（5）入口相连，冷凝器（5）出口与气液分离罐（6）入口相连，气液分离罐（6）底部液体出口与冷凝回流泵（7）入口相连，冷凝回流泵（7）出口与分流器（8）入口相连，分流器（8）出口I与再生塔（1）顶部相连，分流器（8）出口II与蒸汽压缩机（3）入口相连，气液分离罐（6）顶部气体出口与氨冷机（9）入口相连，氨冷机（9）出口与液态CO2输出管道相连；
所述再生塔（1）采用质量分数为30%的MEA作为吸收溶液；
压缩的气体中含有30 wt%的水蒸气；
CO2压缩环节置于再生气冷凝及气液分离之前，采用蒸汽压缩机（3）；
吸收CO2后的富液由再生塔（1）填料层上方进入再生塔（1），流经填料层，先后进入换热器（4）和再沸器（2），被加热至110~120℃，解吸出CO2气体；解析后的贫液从再生塔（1）底部流出，进入吸收塔进行下一个吸收循环；从再生塔（1）顶部排出的再生气进入蒸汽压缩机（3），经过多级压缩和入口喷淋降温，得到高压的过热再生气，蒸汽压缩机（3）入口的喷淋降温用水来自分流器（8），是再生气冷凝水；蒸汽压缩机（3）出口的高压过热再生气进入换热器（4），与冷侧富液进行换热，再生气温度降至125~130℃，再生气中的水蒸气大部分冷凝成液态，然后进入冷凝器（5）进一步冷却至35~40℃，进入气液分离器（6）进行气液分离；分离出来的CO2气体进入到氨冷机（9）冷却至-20℃，得到过冷的液态CO2产品；气液分离器（6）底部分离出来的冷凝液经冷凝回流泵（7）和分流器（8），一部分进入蒸汽压缩机（3）入口用于喷淋减温，剩余的冷凝水进入再生塔（1）顶部喷淋降温，保持***水平衡。
2.根据权利要求1所述的一种节能型二氧化碳再生和压缩***，其特征在于：再生塔（1）内富液进入再沸器（2）之前，先经过换热器（4）回收再生气中水蒸汽的潜热。
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