CN203648344U - 二氧化碳捕集试验评价测试装置 - Google Patents

Abstract

一种二氧化碳捕集试验评价测试装置，包括二氧化碳钢瓶、二氧化碳缓冲罐、空气压缩机、吸收器、、热泵***、加热器、再生器、气液分离器和贫富液样采集处理***，将其有机地连接一起，将传统吸收解吸工艺与吸收式热泵***、蒸汽再压缩热量回收***有机结合，加热器采用双加热方式。吸收器及再生器底部分别设置有贫富液样采集处理***，能进行药剂组分分析与氧化降解测量；于吸收器气液分离器尾气出口设置有气体采集处理***，能快速进行气体组分分析。将再生器气液分离器产生的再生气由空气压缩机加压后返回至吸收器，实现了尾气的循环利用，避免了二氧化碳排放与资源浪费。是一种节能高效，便于进行药剂评价、工艺优化测试的实验装置。

Description

二氧化碳捕集试验评价测试装置

技术领域

本实用新型涉及二氧化碳捕集纯化处理领域，特别涉及燃煤电厂烟气二氧化碳捕集试验评价测试装置。

背景技术

二氧化碳是全球变暖，产生极端气候灾害的主要原因之一。近年来二氧化的碳捕集纯化成为热点研究课题。燃煤电厂是中国主要的电力与热量供应源，也是最大的二氧化碳排放源。将捕集、纯化后的二氧化碳用以驱油并将其封存在废弃油层中，具有重要的经济和社会效益。

现有的二氧化碳捕集纯化工艺主要依靠乙醇胺作为吸收剂，经过吸收与解吸两个过程，得到高浓度的二氧化碳。这两个过程伴随着多次冷却和吸热，能量利用率低。化学吸收解吸过程的能耗是由于再沸器中利用低压蒸汽对富液进行加热，使得二氧化碳从溶液中解吸出来，这样的加热模式使得蒸汽的热能利用不够充分，整体能量利用率较低，所以寻求其他高效率的加热工艺模式尤为重要。同时，用于二氧化碳捕集的吸收剂在运行过程中的性能测试特别是其稳定性、腐蚀性与降解率考察也是二氧化碳捕集吸收工艺进行放大的重要研究内容。

发明内容

本实用新型的目的是提供了一种二氧化碳捕集试验评价测试装置，该装置将传统吸收解吸工艺与吸收式热泵***、蒸汽再压缩热量回收***有机结合起来，该装置的加热器采用双加热方式，能够灵活有效地降低二氧化碳捕集纯化***的能耗。该装置可用于药剂性能评价与工艺优化测试，开展药剂稳定性测试、腐蚀性测试、降解测试与捕集***工艺优化测试实验。

本实用新型的技术方案是通过以下方式实现的：

本实用新型包括二氧化碳钢瓶、二氧化碳缓冲罐、补水槽、配液槽、空气压缩机、吸收器、贫液冷却器、贫富液换热器、热泵***、加热器、再生器、闪蒸器、蒸汽压缩机、气液分离器和贫富液样采集处理***，其特征在于二氧化碳钢瓶与二氧化碳缓冲灌进口相连，二氧化碳缓冲罐出口与第一空气压缩机出口并连后通过气体流量调节阀与吸收器底部进口相连接，吸收器脱出二氧化碳后的顶部气体出口与第一气液分离器进口相连，第一气液分离器上部废气出口与尾气开关阀相连，下部贫液出口与吸收器上部贫液进口相连，吸收器底部富液出口与富液泵进口和富液取样阀分别相连，富液泵出口逐序与贫富液换热器和热泵***的热泵进口相连，热泵出口与再生器上顶部富液进口和加热器中部富液进分别相连，加热器顶部含富液蒸汽的出口与再生器中下部的含富液蒸进口相连，加热器含富液蒸汽的中部出口分别与再生器的下部填料下端进口相连、下填料上端进口和上部上填料上端进口相连，再生器中下部贫液出口与加热器的下部贫液进口相连，再生器顶部二氧化碳出口与水冷器进口相连，水冷器出口与第二气液分离器上部进口相连，第二气液分离器上部纯二氧化碳出口逐序与尾气取样阀、第三气液分离器、第二空气压缩机和二氧化碳缓冲罐出口相连，再生器底部贫液出口分别与闪蒸器贫液进口和贫液取样阀相连，闪蒸器上部蒸汽出口通过变频控制器和蒸汽压缩机与再生器下部蒸汽进口相连，闪蒸器底部贫液出口逐序通过贫富液换热器、贫液泵、热泵***的蒸发室、贫液冷却器与吸收器的上部贫液进口相连；补水储槽和配液储槽出口并连后通过补液泵与再生器底上部吸收液进口相连。

吸收器、再生器、加热器和气液分离器设为立式圆柱形，吸收器和再生器各自上下封头与各自圆柱体之间采用法兰连接。

在吸收器的上部和下部安装有腐蚀探针，在线检测贫液和富液对吸收器的腐蚀程度。

吸收器底部富液取样阀和再生器底部贫液取样阀各自与有贫富液样采集处理***相连，采用气质联用色谱仪分析富液和贫液组分。

第一气液分离器尾气开关阀与气体采集处理***相连接，在线分析尾气组分。

本实用新型具有以下优点： 

1、该装置设有再生气循环利用***，将第二气液分离器产生的再生二氧化碳气体经第三气液分离器除水、干燥后由空气压缩机加压返回至吸收器，实现了尾气的循环利用，避免了CO₂排放与资源浪费。

2、将吸收了二氧化碳的富液于再生之前进行升温，提高解吸效果，吸收器底部产生的富液在进入再生器之前，依次通过贫富液换热器、热泵***和加热器进行加热。本发明为降低贫液的吸收温度，提高贫液吸收能力，将再生器底再生出的贫液依次经过闪蒸器、贫富液换热器、热泵***及贫液冷却器进行冷却。

3、运用吸收式热泵***，有效利用贫液余热对富液进行加热，有效利用贫液余热对富液进行加热，实现贫液温度的降低及富液温度的升高，降低了富液再生所需热量与***能耗。

4、采用双加热方式，经热泵加热后的富液进入再生塔，经塔底部进入电热器（煮沸器）进行再生；或者直接进入加热器进行加热。

5、再生器底部的高温贫液引入闪蒸器，产生的闪蒸蒸汽进入蒸汽压缩机进行压缩升温后，返回再生器底部，实现了蒸汽热量回收，降低了***能耗。该装置采用变频控制***用于流体流量及设备压力控制，第三气液分离器设置有气体流量与分离器压力变频控制***，闪蒸器与蒸汽压缩机之间设有变频控制器以实现闪蒸器内压力与进入蒸汽压缩机蒸汽流量的联动控制。

6、该工艺适用的压力范围为0.1-1MPa，可获得CO₂的纯度达到99.9%以上，CO₂捕集率达到90%，***能耗较传统MEA体系降低约30-50%。

附图说明

附图1为本发明的流程示意图。

附图1标记说明：1－二氧化碳钢瓶、2－二氧化碳缓冲罐、3—第一空气压缩机1、4—尾气开关阀1、5－第一气液分离器、6－填料吸收器、7－气体进口流量调节阀、8－富液取样阀、9－补水储槽、10－第二空气压缩机2、11—贫液冷却器、12－配液储槽、13－热泵***、14-贫液泵、15—贫富液换热器、16—富液泵、17—补液泵、18—再生器、19—加热器、20—水冷器、21—贫液取样阀、22—气体变频控制***、23—第三气液分离器、24—第二气液分离器、25—尾气取样阀2、26—液体开关阀、27—蒸汽压缩机、28—变频控制器、29—闪蒸器。

具体实施方式

为进一步公开本实用新型的技术方案，以下结合附图通过实施例对本发明作详细的说明：

本实用新型包括二氧化碳钢瓶1、二氧化碳缓冲罐2、补水储槽9、配液储槽12、空气压缩机3、10、吸收器6、贫液冷却器11、贫富液换热器15、热泵***13、加热器19、再生器18、闪蒸器29、蒸汽压缩机27、气液分离器5、24、23和贫富液样采集处理***，其特征在于二氧化碳钢瓶与二氧化碳缓冲灌进口相连，二氧化碳缓冲罐出口与第一空气压缩机出口并连后通过气体流量调节阀7与吸收器底部进口相连接，吸收器脱出二氧化碳后的顶部气体出口与第一气液分离器5进口相连，第一气液分离器上部废气出口与尾气开关阀4相连，下部贫液出口与吸收器上部贫液进口相连，吸收器底部富液出口与富液泵16进口和富液取样阀8分别相连，富液泵出口逐序与贫富液换热器15和热泵***13的热泵进口相连，热泵出口与再生器上顶部富液进口和加热器19中部富液进分别相连，加热器顶部含富液蒸汽的出口与再生器中下部的含富液蒸进口相连，加热器含富液蒸汽的中部出口分别与再生器的下部填料下端进口、下填料上端进口和上部上填料上端进口相连，再生器中下部贫液出口与加热器的下部贫液进口相连，再生器顶部二氧化碳出口与水冷器20进口相连，水冷器出口与第二气液分离器24上部进口相连，第二气液分离器上部纯二氧化碳出口逐序与尾气取样阀26、第三气液分离器23、第二空气压缩机10和二氧化碳缓冲罐2出口相连，再生器底部贫液出口分别与闪蒸器29贫液进口和贫液取样阀21相连，闪蒸器上部蒸汽出口通过变频控制器28和蒸汽压缩机27与再生器下部蒸汽进口相连，闪蒸器底部贫液出口逐序通过贫富液换热器15、贫液泵14、热泵***13的蒸发室、贫液冷却器11与吸收器的上部贫液进口相连；补水储槽9和配液储槽12出口并连后通过补液泵17与再生器底上部吸收液进口相连。

二氧化碳从钢瓶中出来进入二氧化碳缓冲罐，与来自第一空气压缩机3的空气混合后进入吸收器6。混合气体流量采用进口气体流量调节阀7控制。吸收器顶部脱出二氧化碳后的尾气进入第一气液分离器5进行气液分离，第一气液分离器底部液体回流至吸收器上部，处理后的气体通过尾气开关阀4排出，或进入在线分析气体处理***进行气体组分分析。吸收了二氧化碳的富液由吸收器底部引出，通过富液泵16进入贫富液换热器15，富液亦可通过富液取样阀8的控制进入在线贫富液样采集处理***。

贫富液换热器的入口贫液来自闪蒸器29底部，贫富液换热器的出口贫液进入吸收式热泵***13的蒸发室，在低压下利用贫液热量对室内水分进行加热蒸发，同时实现贫液温度的降低。经过贫富液换热器升温后的富液进入吸收式热泵。

经热泵加热后的富液进入再生器18，经底部进入加热器19（煮沸器）进行再生；或者直接进入加热器进行加热，两条线路分别设置有阀门控制。当富液直接进入再生器时，加热器起到再生器的煮沸器的作用，为再生器提供热量；当富液直接进入加热器时，加热器产生的高温蒸汽从其顶部引入再生器下部，为再生器提供蒸汽热源，加热器所产生的高温富液可分别从再生器上部及中部引入再生器。

经过再生器的再生作用后，富液产生的CO₂依次通过水冷器20进行降温，进入第二气液分离器24除去液体。第二气液分离器底部产生的液体通过液体开关阀汇入配液储槽。第二气液分离器24出来的气体可进行循环使用，将气体引入第三气液分离器23进一步除去液体后，在第二空气压缩机10的作用下作为原料气进入吸收塔，形成气体循环。第三气液分离器23设置有气体流量与分离器压力变频控制***22。

来自补水储槽9及配液储槽12的液体通过补液泵17的作用进入再生器底部。再生器底部产生的再生贫液进入闪蒸器29，在低压下闪蒸器产生的蒸汽通过蒸汽压缩机27进行压缩后进入再生器底部，闪蒸器底部产生的贫液则进入贫富液换热器15与富液进行热量交换，以降低温度。闪蒸器与蒸汽压缩机之间设有变频控制器28以实现闪蒸器内压力与进入蒸汽压缩机蒸汽流量的联动控制。再生器底部的再生贫液可通过贫液取样阀进行在线分析。

为提高富液再生效果，吸收器底部富液在进入再生器之前，依次通过贫富液换热器、热泵***13和加热器进行加热。为提高贫液吸收能力，将再生器18底再生出的贫液依次经过闪蒸器29、贫富液换热器15、贫液泵14、热泵***13及贫液冷却器11进行冷却。

实施例：烟气二氧化碳捕集回收实验装置

气体组成：15%CO₂、80%N₂、5%O₂

进气量：10Nm³/h 

MEA溶液循环量：100L/h；

吸收式热泵***COP：1.65

蒸汽压缩机功率：3.5KW

吸收器贫液入口温度：40℃

再生器底部温度：110℃；

再生器压力：0.9MPa

第二气液分离器出口CO₂的纯度：99.95%；

CO₂捕集率：91.5%；

较传统MEA工艺体系节能约：36.5%。

该实验装置适用的压力范围为0.1-1MPa，可获得CO₂的纯度达到99.9%以上，二氧化碳捕集率达到90%，实验***能耗较传统MEA工艺体系节能约30-50%。是一种能量消耗低、脱碳效果好，便于评价药剂性能、开展工艺优化的新型实验测试装置。

Claims (5)

1.一种二氧化碳捕集试验评价测试装置，包括二氧化碳钢瓶、二氧化碳缓冲罐、补水槽、配液槽、空气压缩机、吸收器、贫液冷却器、贫富液换热器、热泵***、加热器、再生器、闪蒸器、蒸汽压缩机、气液分离器和贫富液样采集处理***，其特征在于：二氧化碳钢瓶与二氧化碳缓冲灌进口相连，二氧化碳缓冲罐出口与第一空气压缩机出口并连后通过气体流量调节阀与吸收器底部进口相连接，吸收器脱出二氧化碳后的顶部气体出口与第一气液分离器进口相连，第一气液分离器上部废气出口与尾气开关阀相连，下部贫液出口与吸收器上部贫液进口相连，吸收器底部富液出口与富液泵进口和富液取样阀分别相连，富液泵出口逐序与贫富液换热器和热泵***的热泵进口相连，热泵出口与再生器上顶部富液进口和加热器中部富液进分别相连，加热器顶部含富液蒸汽的出口与再生器中下部的含富液蒸进口相连，加热器含富液蒸汽的中部出口分别与再生器的下部填料下端进口相连、下填料上端进口和上部上填料上端进口相连，再生器中下部贫液出口与加热器的下部贫液进口相连，再生器顶部二氧化碳出口与水冷器进口相连，水冷器出口与第二气液分离器上部进口相连，第二气液分离器上部纯二氧化碳出口逐序与尾气取样阀、第三气液分离器、第二空气压缩机和二氧化碳缓冲罐出口相连，再生器底部贫液出口分别与闪蒸器贫液进口和贫液取样阀相连，闪蒸器上部蒸汽出口通过变频控制器和蒸汽压缩机与再生器下部蒸汽进口相连，闪蒸器底部贫液出口逐序通过贫富液换热器、贫液泵、热泵***的蒸发室、贫液冷却器与吸收器的上部贫液进口相连；补水储槽和配液储槽出口并连后通过补液泵与再生器底上部吸收液进口相连。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集试验评价测试装置，其特征在于：吸收器、再生器、加热器和气液分离器设为立式圆柱形，吸收器和再生器各自上下封头与各自圆柱体之间采用法兰连接。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集试验评价测试装置，其特征在于：在吸收器的上部和下部安装有腐蚀探针，在线检测贫液和富液对吸收器的腐蚀程度。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳捕集试验评价测试装置，其特征在于：吸收器底部富液取样阀和再生器底部贫液取样阀各自与有贫富液样采集处理***相连，采用气质联用色谱仪分析富液和贫液组分。

5.根据权利要求1 所述的二氧化碳捕集试验评价测试装置，其特征在于：第一气液分离器尾气开关阀与气体采集处理***相连接，在线分析尾气组分。

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