CN116747696A - 一种带余热回收装置的碳捕集*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带余热回收装置的碳捕集***，包括复合胺液吸收装置、富液再生装置、余热回收装置一和余热回收装置二，复合胺液吸收装置的吸收塔利用贫液捕集烟气中的二氧化碳生成脱酸气和富液，富液再生装置脱出富液的二氧化碳，生成酸气和贫液，贫液返回到复合胺液吸收装置继续利用；余热回收装置一包括热泵机组A和热泵机组B，余热回收装置一回收贫液中的热量，并将热量交换到富液再生装置加热富液；***还包括有余热回收装置二，余热回收装置二进一步回收酸气中的余热；本发明通过热泵机组A和热泵机组B对贫液的热量进行高效回收的利用，热泵机组A和热泵机组B换热效率高，对热量回收充分，热量回补到碳捕集***中，降低***对外部能源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳捕集技术领域，尤其涉及一种带余热回收装置的碳捕集***。
背景技术
随着社会发展与人民生活水平的提高，人们对能源的需求量越来越大，与此同时，我国的二氧化碳排放总量也快速增长，由于大气中的二氧化碳吸收长波辐射，因而会造成温室效应，导致全球变暖，数据显示，1880到2012年间，全球海洋和陆地的平均表面温度升高了0.85℃，而全球变暖的最终结果就是冰川融化，海平面上升，危及人类的生存环境，因此二氧化碳的减排问题越来越受到关注，在国内各领域中，发电厂、供热热源厂等使用燃煤锅炉的企业产生的二氧化碳数量最多，需要在这些领域中研究二氧化碳捕集工作的应用，并考虑如何结合现有工艺，降低企业运行成本，做好节能减排工作。
国内关于二氧化碳捕集研究工作在上世纪70年代已经开展，相关技术在2000年以来开始推广，现在应用较多的是燃烧后捕集方法，并且根据捕集效果及工艺复杂程度，化学吸收法应用较多，但是现有的二氧化碳捕集技术中产生的热量并没有回收利用或利用效率低，造成资源浪费。
文献号为CN114632402A的专利文献公开一种烟气二氧化碳捕集***及捕集方法，包括吸收部和解析部，吸收部包括吸收塔，吸收塔用于吸收二氧化碳；解析部包括第一解析塔和第二解析塔，第一解析塔和第二解析塔用于热解析再生二氧化碳，第一解析塔的压力大于第二解析塔的压力；吸收塔的底部能连通设置第一富液支路和第二富液支路，第一富液支路与第一解析塔的顶部连通，第二富液支路与第二解析塔连通；第一解析塔连通设置第一贫液支路，第一贫液支路能与第二解析塔连通；第二解析塔通过第二贫液支路和第三贫液支路连通吸收塔。
该发明采用两个不同压力的解吸塔，适宜增加压力，提高再生反应的速率，减少了富液再生所需的停留时间。但同时也存在：该发明的***虽然对贫液和富液的热量进行了回收利用，但对解析塔顶部的解析气携带的热量未进行有效回收利用。
文献号为CN114225623B的专利文献公开一种碳捕集***，该申请公开了一种碳捕集***，所述碳捕集***包括吸收塔、解析塔和循环装置，所述吸收塔用于利用半贫液吸收二氧化碳并产生富液；所述解析塔与所述吸收塔连通，所述解析塔用于接收所述吸收塔产生的富液并对所述富液进行解析产生半贫液；所述循环装置分别与所述吸收塔和所述解析塔连通，所述循环装置用于使所述解析塔产生的半贫液循环回流至所述吸收塔。
该发明实施例的碳捕集***通过吸收塔、解析塔和循环装置的设置，利用半贫液对吸收塔内二氧化碳进行吸收形成富液，富液在解析塔中生成二氧化碳和半贫液，半贫液通过循环装置重新回到吸收塔内，缩短了捕集***的流程。但同时也存在：其主要应用于合成气燃烧前的碳捕集，对含碳量高的烟气中的碳捕集并不适用；同时其对贫液、富液以及解析出的二氧化碳余热未进行有效利用，造成能量浪费，增加能量投入的问题。
专利号CN114247272B公开一种基于二氧化碳捕集技术的节能***，包括吸收塔，贫液在所述吸收塔内捕集烟气内的二氧化碳转化为富液，富液经换热器加热后进入再生塔，所述再生塔内的富液被加热后转化为贫液及高温再生气，贫液经所述换热器重新进入所述吸收塔，高温再生气经所述再生塔出气口排出；还包括用于回收余热的余热回收***。该发明仅对再生后胺液中的热量进行利用，且吸收式热泵在运行期间还需要外界提供热源进行补充，热泵效率低，对能量的回收不够充分。
现实中需要对碳捕集***进行改进，增加对再生塔底部贫液携带热量和顶部出来的二氧化碳携带热量进行利用，减少***对外部能量的需要。
发明内容
结合上述问题，本发明的目的在于提供一种带余热回收装置的碳捕集***，可以捕集烟气中的二氧化碳，对捕集过程中产生的热量进行高效回收利用，降低捕集***的能源消耗，同时对捕集***中贫液的热量进行有效回收利用，降低***的运行成本。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种带余热回收装置的碳捕集***，包括复合胺液吸收装置、富液再生装置和余热回收装置一；
所述复合胺液吸收装置包括吸收塔，所述吸收塔利用贫液捕集烟气中的二氧化碳生成脱碳尾气和富液；
所述富液再生装置用于脱出富液的二氧化碳，生成贫液并返回到复合胺液吸收装置；
所述余热回收装置一用于回收贫液中的热量，并将热量交换到富液再生装置中用于脱出富液的二氧化碳生成贫液；
其中，所述余热回收装置一包括热泵机组A和热泵机组B，所述热泵机组A串联热泵机组B。
进一步的：所述富液再生装置包括富液泵、贫富液换热器、再生塔、贫液泵和贫液冷却器；
富液从吸收塔底部流出后经富液泵进入贫富液换热器换热，然后再进入再生塔，经再生塔脱出富液中的二氧化碳生成贫液，贫液从再生塔底部流出，先进入贫富液换热器换热，换热后的贫液经贫液泵进入余热回收装置一进行热量交换，然后经贫液冷却器冷却后进入吸收塔顶部。
进一步的：所述再生塔包括加热器，所述加热器设置于再生塔底部，所述加热器加热解析富液脱出二氧化碳后生成贫液。
进一步的：所述热泵机组A包括蒸发器A、压缩机A和节流阀A；所述热泵机组B包括蒸发器B、压缩机B和节流阀B；
贫液经贫液泵进入蒸发器A，在蒸发器A内贫液与热泵机组A的冷媒A进行热交换，热交换后的冷媒A经压缩机A压缩后，进入蒸发器B，在蒸发器B内与热泵机组B的冷媒B继续进行热交换，热交换后的冷媒A经节流阀A调节后返回到蒸发器A；
热交换后的冷媒B经压缩机B压缩后进入加热器，通过加热器与再生塔内的富液进行热交换，热交换后的冷媒B节流阀B调节后返回到蒸发器B。
进一步的：还包括余热回收装置二，所述余热回收装置二包括热交换器、酸气冷却器、气液分离器和凝液泵；
二氧化碳从再生塔顶部流出进入热交换器，在热交换器内与新鲜水进行热交换，新鲜水经热交换成为热水；
换热后的二氧化碳继续进入酸气冷却器，在酸气冷却器内与冷却水进行热交换；
二次换热后的二氧化碳进入气液分离器，经气液分离器分离后获得凝液和不凝气，凝液通过凝液泵返回到再生塔顶部，不凝气通过气液分离器顶部排出后进行后续利用处理。
进一步的：所述复合胺液吸收装置还包括碱洗塔，烟气经碱洗塔后进入吸收塔。
本发明的有益效果：
1、本发明通过通过余热回收装置一中的热泵机组，对贫液携带的热量的进行高效回收利用，热泵机组换热效率高，对余热回收充分，回收的热量回补到碳捕集***中，可以满足富液再生装置加热需求，降低捕集***的外部能源消耗，同时贫液温度得到降低，贫液冷却器冷却水消耗可以降低76％以上。
2、通过串联的蒸发式热泵机组A和热泵机组B，机组性能系数达2.6以上，对换热后的冷媒进行二次压缩换热，进一步提高冷媒B的温度，可以满足加热器用热要求，提高了对贫液中回收热量的利用效率,热泵机可使再生能耗降低40％以上。
3、本发明通过设置余热回收装置二，通过热交换器对再生塔顶部排出二氧化碳的热量进行交换回收利用获得热水，用于生产生活，进一步回收了碳捕集***的热量，提高了热量回收率，也降低了二氧化碳的温度，有利于二氧化碳后续的工序。
4、通过富液再生装置对贫液进行有效的回收利用，降低***的运行成本,同时通过设置气液分离器处理，凝液通过凝液泵返回到再生塔顶部进行再利用，进一步回收了凝液中含有的溶液，减少***溶液的消耗，降低了***的运行成本。
5、通过贫富液换热器可以把贫液的部分热量交换到富液，对贫液的热量回收利用，提高了富液的温度，既有利于贫液降温后的循环利用，有利于富液的加热解析。
附图说明
图1为本发明一种带余热回收装置的碳捕集***的结构示意图；
图2为本发明复合胺液吸收装置的结构示意图；
图3为本发明富液再生装置的结构示意图；
图4为本发明余热回收装置一的结构示意图；
图5为本发明余热回收装置二的结构示意图。
100、复合胺液吸收装置；110、吸收塔；120、碱洗塔；130、碱洗泵；
200、富液再生装置；210、富液泵；220、贫富液换热器；230、再生塔；231、加热器；240、贫液泵；250、贫液冷却器；
300、余热回收装置一；310、热泵机组A；311、蒸发器A；312、压缩机A；313、节流阀A；320、热泵机组B；321、蒸发器B；322、压缩机B；323、节流阀B；
400、余热回收装置二；410、热交换器；420、酸气冷却器；430、气液分离器；440、凝液泵。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。
如图1-5所示，本发明公开一种带余热回收装置的碳捕集***，包括复合胺液吸收装置100、富液再生装置200和余热回收装置一300；
所述复合胺液吸收装置100包括吸收塔110，所述吸收塔110利用贫液捕集烟气中的二氧化碳生成脱碳尾气和富液；
所述富液再生装置200用于脱出富液的二氧化碳，生成贫液并返回到复合胺液吸收装置100；
所述余热回收装置一300用于回收贫液中的热量，并将热量交换到富液再生装置200中用于脱出富液的二氧化碳生成贫液；
其中，所述余热回收装置一300包括热泵机组A和热泵机组B，所述热泵机组A串联热泵机组B。
如图1、2所示，烟气首先进入碱洗塔120，碱洗塔120中的碱洗液经碱洗泵130循环流动，脱出烟气中的含硫气体，脱硫后的烟气从吸收塔110底部进入吸收塔110，吸收塔110采用的溶剂可以为空间位阻胺(AMP)及其复合溶液，溶剂对烟气中二氧化碳吸收前为贫液，对烟气中的二氧化碳进行吸收后形成富液，贫液从吸收塔110上部流下与从吸收塔110底部进入的烟气进行对流，通过对流提高贫液对烟气中的二氧化碳的吸收效率，脱出二氧化碳的脱碳尾气约40℃、100Pa，从吸收塔110顶部去往后续处理环节，经贫液吸收烟气中的二氧化碳形成富液；富液通过吸收塔110底部去往富液再生装置200。
富液再生装置200的结构如图3所示，富液再生装置200用于对溶剂的回收利用，提高溶剂的循环利用效率，降低烟气净化的成本，富液再生装置200包括富液泵210、贫富液换热器220、再生塔230、贫液泵240和贫液冷却器250；
富液从吸收塔110底部流出经富液泵210加压后约450kPa进入贫富液换热器220换热，升温至约90℃，然后再进入再生塔230。
如图3所示，再生塔230底部设置加热器231，加热器231利用热泵组件中循环的冷媒B对富液进行加热，富液经加热器231加热至约115℃，富液经解析再生脱出富液中的二氧化碳生成贫液，生成贫液约115℃，贫液从再生塔230底部流出，先进入贫富液换热器220中与富液进行热交换后，将富液加热到约90℃，贫液经热交换温度降至约85℃，贫液继续经贫液泵240送往余热回收装置一300进行热交换，经余热回收装置一300热交换后的贫液降至约52℃，继续经贫液冷却器250冷却至约40℃进入吸收塔110顶部。
如图4所示，热泵机组A310包括蒸发器A311、压缩机A312和节流阀A313，热泵机组B320包括蒸发器B321、压缩机B322和节流阀B323；贫液经贫液泵240进入蒸发器A311，在蒸发器A311内贫液与热泵机组A310的冷媒A进行热交换，热交换后的冷媒A经压缩机A312压缩后，进入蒸发器B321，在蒸发器B321内与热泵机组B320的冷媒B继续进行热交换，热交换后的冷媒A经节流阀A313调节后返回到蒸发器A311；热交换后的冷媒B经压缩机B322压缩后进入加热器231，通过加热器231与再生塔中的富液进行热交换，热交换后的冷媒B节流阀B323调节后返回到蒸发器B321。
具体地，热泵机组A310中低温低压气液态冷媒A(1.3～1.4MPa，43～45℃)经蒸发器A311与贫液进行换热，换热后的冷媒A(1.3～1.4MPa，55～60℃)后进入压缩机A312中进行压缩，经压缩后的高温高压气态冷媒A(3～3.2MPa，90～100℃)进入蒸发器B321中与冷媒B进行继续换热，经换热后高温高压液态冷媒A(3～3.2MPa，90～100℃)经节流阀A313降压最作用变为低温低压气液态冷媒A(1.3～1.4MPa，43～45℃)返回蒸发器A311与贫液进行换热。
低温低压气液态冷媒B(-0.05～0.03MPa，80～90℃)在蒸发器B321中与高温高压气态冷媒A(3～3.2MPa，90～100℃)进行热交换后，去往压缩机B322中，经压缩后的形成高温高压气态冷媒B(0.13MPa～0.17MPa，125～130℃)去往加热器231中与富液进行热交换，换热后的高温高压液态冷媒B(0.13MPa～0.17MPa，125～130℃)经节流阀B323节流降压后低温低压气液态冷媒B(-0.05～0.03MPa，80～90℃)返回蒸发器B321中继续与冷媒A进行热交换。
利用余热回收装置一300回收的热量提供加热器231用热需求，保障碳捕集***的正常运行，如图3所示，在加热器231上还设置有额外的热介质接口，热介质接口用于在***初期运行时或冷媒B无法提供足够热量时，可以通过接入蒸汽及其他热介质对富液进行补充加热。
进一步的，如图5所示，碳捕集***还包括余热回收装置二400，余热回收装置二400包括热交换器410、酸气冷却器420、气液分离器430和凝液泵440；二氧化碳从再生塔230顶部流出进入热交换器410，在热交换器410内与新鲜水进行热交换，新鲜水经热交换成为热水；换热后的二氧化碳继续进入酸气冷却器420，在酸气冷却器420内继续与冷却水进行热交换，进一步降低二氧化碳的温度；二次换热后的二氧化碳进入气液分离器430，经气液分离器430分离后获得凝液和不凝气，凝液通过凝液泵440返回到再生塔230顶部，不凝气通过气液分离器430顶部排出后，进行后续利用处理。
具体地，再生塔230解析出的二氧化碳温度约为95℃，从再生塔230顶部进入热交换器410，新鲜水在热交换器410内与二氧化碳进行热交换后获得热水约60℃度，热水可以用于生产生活中进行利用；换热后的二氧化碳降温至约50℃，经酸气冷却器420继续冷却至30℃后进入气液分离器430，经气液分离后获得凝液和不凝气，凝液通过凝液泵440返回到再生塔230顶部，不凝气通过气液分离器430顶部排出后进行二氧化碳液化利用处理。
因再生塔230内部温度较高，部分溶剂会挥发跟随二氧化碳一起从再生塔230塔顶排出，增加溶剂的消耗。如图5所示，可以利用气液分离器430对换热后的二氧化碳进行气液分离处理，其中凝液收集了二氧化碳中的溶剂组分，凝液通过凝液泵440返回到再生塔230顶部进行再利用，回收了溶剂，减少溶剂的消耗。
其中不凝气的主要成分为二氧化碳，不凝气经气液分离处理后，含有水分，不利于回收利用，需要对不凝气进行脱水，然后过滤，再进行液化回收，下面简要对二氧化碳回收流程进行说明：
脱水过滤流程主要包括：二氧化碳通过干燥塔的分子筛进行脱水，经粉尘过滤器过滤去除粉尘，然后前往液化装置进行液化回收。
液化回收流程主要包括：脱水过滤后的二氧化碳先进行降温，然后进入分离器，初步分离出二氧化碳中存在的不凝气，再进入提纯塔内进行液化，并进一步精分出不凝气，液化后的成品二氧化碳进入二氧化碳过冷器降温后进行储存利用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
Claims (6)
1.一种带余热回收装置的碳捕集***，其特征在于：包括复合胺液吸收装置(100)、富液再生装置(200)和余热回收装置一(300)；
所述复合胺液吸收装置(100)包括吸收塔(110)，所述吸收塔(110)利用贫液捕集烟气中的二氧化碳生成脱碳尾气和富液；
所述富液再生装置(200)用于脱出富液的二氧化碳，生成贫液并返回到复合胺液吸收装置(100)；
所述余热回收装置一(300)用于回收贫液中的热量，并将热量交换到富液再生装置(200)中用于脱出富液的二氧化碳生成贫液；
其中，所述余热回收装置一(300)包括热泵机组A和热泵机组B，所述热泵机组A串联热泵机组B。
2.根据权利要求1所述的一种带余热回收装置的碳捕集***，其特征在于：所述富液再生装置(200)包括富液泵(210)、贫富液换热器(220)、再生塔(230)、贫液泵(240)和贫液冷却器(250)；
富液从吸收塔(110)底部流出后经富液泵(210)进入贫富液换热器(220)换热，然后再进入再生塔(230)，经再生塔(230)脱出富液中的二氧化碳生成贫液，贫液从再生塔(230)底部流出，先进入贫富液换热器(220)换热，换热后的贫液经贫液泵(240)进入余热回收装置一(300)进行热量交换，然后经贫液冷却器(250)冷却后进入吸收塔(110)顶部。
3.根据权利要求2所述的一种带余热回收装置的碳捕集***，其特征在于：所述再生塔(230)包括加热器(231)，所述加热器(231)设置于再生塔(230)底部，所述加热器(231)加热解析富液脱出二氧化碳后生成贫液。
4.根据权利要求1所述的一种带余热回收装置的碳捕集***，其特征在于：所述热泵机组A(310)包括蒸发器A(311)、压缩机A(312)和节流阀A(313)；所述热泵机组B(320)包括蒸发器B(321)、压缩机B(322)和节流阀B(323)；
贫液经贫液泵(240)进入蒸发器A(311)，在蒸发器A(311)内贫液与热泵机组A(310)的冷媒A进行热交换，热交换后的冷媒A经压缩机A(312)压缩后，进入蒸发器B(321)，在蒸发器B(321)内与热泵机组B(320)的冷媒B继续进行热交换，热交换后的冷媒A经节流阀A(313)调节后返回到蒸发器A(311)；
热交换后的冷媒B经压缩机B(322)压缩后进入加热器(231)，与加热器(231)内的富液进行热交换，热交换后的冷媒B节流阀B(323)调节后返回到蒸发器B(321)。
5.根据权利要求1所述的一种带余热回收装置的碳捕集***，其特征在于：还包括余热回收装置二(400)，所述余热回收装置二(400)包括热交换器(410)、酸气冷却器(420)、气液分离器(430)和凝液泵(440)；
二氧化碳从再生塔(230)顶部流出进入热交换器(410)，在热交换器(410)内与新鲜水进行热交换，新鲜水经热交换成为热水；
换热后的二氧化碳继续进入酸气冷却器(420)，在酸气冷却器(420)内与冷却水进行热交换；
二次换热后的二氧化碳进入气液分离器(430)，经气液分离器(430)分离后获得凝液和不凝气，凝液通过凝液泵(440)返回到再生塔(230)顶部，不凝气通过气液分离器(430)顶部排出后进行后续利用处理。
6.根据权利要求1所述的一种带余热回收装置的碳捕集***，其特征在于：所述复合胺液吸收装置(100)还包括碱洗塔(120)，烟气经碱洗塔(120)后进入吸收塔(110)。
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2023
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