CN219539893U - 一种二氧化碳捕集***及二氧化碳处理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二氧化碳捕集***及二氧化碳处理***，该***包括吸收塔、解吸塔、贫富液换热器、富液再加热器、再沸器和回流罐；吸收塔的富液出口连接贫富液换热器的富液入口，贫富液换热器的富液出口分别连接富液再加热器的富液入口和解吸塔的第一富液入口；富液再加热器的富液出口连接解吸塔的第二富液入口；再沸器的蒸汽凝液出口连接富液再加热器的蒸汽凝液入口；富液再加热器适于将吸收的自再沸器来的蒸汽凝液的热量传递给自吸收塔来的富液；解吸塔的塔釜液出口连接再沸器的塔釜液入口；再沸器的气体出口连接解吸塔的气体入口；解吸塔的气体出口连接回流罐的入口；该***充分利用了余热资源，节省了再沸器的蒸汽消耗。

Description

一种二氧化碳捕集***及二氧化碳处理***

技术领域

本实用新型涉及碳捕集技术领域，特别涉及一种二氧化碳捕集***及二氧化碳处理***。

背景技术

随着二氧化碳温室效应加剧，碳捕集利用与封存(CCUS)技术越来越被全球各国所重视。《巴黎协定》努力将温控目标控制在1.5℃以内，到2050年全球二氧化碳减排必须达到80％以上，因此，碳捕集利用与封存(CCUS)技术成为实现双碳目标的必要技术手段。

在现有的碳捕集技术中，以有机复合醇胺溶液为化学吸收剂的二氧化碳捕集技术是目前可以大规模工业化应用的主要技术，该技术利用碱性的醇胺溶液作为溶剂，经过吸收和解吸两个过程，对烟气中CO₂进行捕集和提纯。在吸收和解吸的过程，解吸塔底的高温贫液经过贫富液换热器与来自吸收塔底的富液换热后，贫液降温送至贫液冷却器继续冷却到合适温度进吸收塔，而富液升温后进解吸塔发生解吸反应，此过程中的换热优化方案是否合理直接影响整个捕集能耗的高低。

实用新型内容

为了丰富碳捕集***的类型，增加碳捕集过程中节能方式的选择空间，本实用新型提供一种二氧化碳捕集***及二氧化碳处理***。

第一方面，本实用新型实施例提供一种二氧化碳捕集***，包括吸收塔、解吸塔、贫富液换热器、富液再加热器、再沸器和回流罐；

所述吸收塔的富液出口连接所述贫富液换热器的富液入口，所述贫富液换热器的富液出口分别连接所述富液再加热器的富液入口和所述解吸塔的第一富液入口；所述富液再加热器的富液出口连接所述解吸塔的第二富液入口；

所述再沸器的蒸汽凝液出口连接所述富液再加热器的蒸汽凝液入口；所述富液再加热器适于将吸收的自所述再沸器来的蒸汽凝液的热量传递给自所述吸收塔来的富液；

所述再沸器的贫液出口连接所述贫富液换热器的贫液入口，所述贫富液换热器的贫液出口连接所述吸收塔的贫液入口；

所述解吸塔的塔釜液出口连接所述再沸器的塔釜液入口；所述再沸器的气体出口连接所述解吸塔的气体入口；所述解吸塔的气体出口连接所述回流罐的入口；所述回流罐的凝液出口连接所述解吸塔的凝液入口。

在一个或一些可选实施例中，所述解吸塔的第一富液入口设置于所述解吸塔的顶部；

所述解吸塔的第二富液入口设置于所述解吸塔的底部。

在一个或一些可选实施例中，所述二氧化碳捕集***还包括贫液冷却器；

所述贫液冷却器分别连接所述贫富液换热器的贫液出口和所述吸收塔的贫液入口。

在一个或一些可选实施例中，所述二氧化碳捕集***还包括再生气冷却器；

所述再生气冷却器分别连接所述解吸塔的气体出口和所述回流罐的入口。

在一个或一些可选实施例中，所述二氧化碳捕集***还包括富液输送泵；

所述富液输送泵设置于所述吸收塔的富液出口与所述贫富液换热器的富液入口之间。

在一个或一些可选实施例中，所述二氧化碳捕集***还包括贫液输送泵；

所述贫液输送泵设置于所述再沸器的贫液出口与所述贫富液换热器的贫液入口之间。

在一个或一些可选实施例中，所述二氧化碳捕集***还包括回流泵；

所述回流泵设置于所述回流罐的凝液出口与所述解吸塔的凝液入口之间。

在一个或一些可选实施例中，所述二氧化碳捕集***还包括供蒸汽装置；

所述供蒸汽装置连接所述再沸器的蒸汽入口，用于为所述再沸器提供蒸汽；

在一个或一些可选实施例中，所述二氧化碳捕集***还包括蒸汽凝液回收装置；

所述蒸汽凝液回收装置连接所述富液再加热器的蒸汽凝液出口，用于回收所述富液再加热器中排出的蒸汽凝液。

在一个或一些可选实施例中，所述二氧化碳捕集***还包括连接所述吸收塔的烟气预处理装置。

第二方面，本实用新型实施例提供一种二氧化碳处理***，包括二氧化碳处理单元和与所述二氧化碳处理单元连接的上述的二氧化碳捕集***。

本实用新型实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本实施例提供的二氧化碳捕集***，将自吸收塔来的富液经贫富液换热器换热升温后，分流为两股分别流向解吸塔的不同位置，相较于将自吸收塔出来的低温富液直接分流，经过贫富液换热器的富液更多，富液在贫富液换热器中与贫液换热更加充分，克服了因贫富液换热器的端差限制而造成的富液温升无法提高的问题，并且，富液吸收的贫液热量更多，减少了冷却贫液所需的能耗。换热升温后富液进入解吸塔后，除进行解吸外，还为解吸反应提供了热量，减少了再沸器的蒸汽消耗。通过设置富液再加热器，并将再沸器中产生的蒸汽凝液通入富液再加热器，利用蒸汽凝液的热量对经过富液再加热器的富液进行二次加热升温，二次加热升温后的富液进入解吸塔的底部为解吸反应提供了热量，充分利用了余热资源，同时，将蒸汽凝液用于加热富液，节省了再沸器的蒸汽消耗。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的二氧化碳捕集***的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的二氧化碳处理***的结构示意图。

图中：

1为吸收塔、2为解吸塔、3为贫富液换热器、4为富液再加热器、5为再沸器、6为回流罐、7为贫液冷却器、8为再生气冷却器、9为富液输送泵、10为贫液输送泵、11为回流泵、12为供蒸汽装置、13为蒸汽凝液回收装置、14为烟气预处理装置；

100为二氧化碳捕集***、200为二氧化碳处理单元。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“远”、“近”、“前”、“后”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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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中的具体含义。

发明人发现，通过复合醇胺捕集技术虽然可以对烟气中的CO₂进行捕集，但因捕集能耗较高，难以得到广泛应用。复合醇胺捕集技术中，吸收CO₂后的富液解吸再生能耗占整个捕集能耗60％左右，有效降低富液解吸再生能耗具有重大的现实意义。

现有富液分流技术是将吸收塔底富液分两股进解吸塔，一股经过贫富液换热器升温后进解吸塔，另一股不经过贫富液换热器升温直接进入解吸塔顶部，此过程中，经过贫富液换热器的富液的量减少，使得富液的温升增加。然而，在工程实际中，贫富液换热器具有端差限制，导致富液温升无法提高，达不到减少蒸汽消耗的效果；另一方面，经过贫富液换热器的富液流量减少又使得贫液经过贫富液换热器后的温度升高，即贫液传递给富液的热量减少，最终需要增加冷量将贫液冷却，整体上节能效果不明显。

基于此，本实用新型实施例提供一种二氧化碳捕集***及二氧化碳处理***，下面通过具体的实施例进行说明。

实施例一

本实施例提供一种二氧化碳捕集***100，参照图1所示，包括吸收塔1、解吸塔2、贫富液换热器3、富液再加热器4、再沸器5和回流罐6；

吸收塔1的富液出口连接贫富液换热器3的富液入口，贫富液换热器3的富液出口分别连接富液再加热器4的富液入口和解吸塔2的第一富液入口；富液再加热器4的富液出口连接解吸塔2的第二富液入口；

再沸器5的蒸汽凝液出口连接富液再加热器4的蒸汽凝液入口；富液再加热器4适于将吸收的自再沸器5来的蒸汽凝液的热量传递给自吸收塔1来的富液；

再沸器5的贫液出口连接贫富液换热器3的贫液入口，贫富液换热器3的贫液出口连接吸收塔1的贫液入口；

解吸塔2的塔釜液出口连接再沸器5的塔釜液入口；再沸器5的气体出口连接解吸塔2的气体入口；解吸塔2的气体出口连接回流罐6的入口；回流罐6的凝液出口连接解吸塔2的凝液入口。

本实施例中，贫液是指能够与CO₂发生脱碳反应的吸收剂，例如，可以是乙醇胺溶液；含CO₂的烟气经过除杂和降温后进入吸收塔1内，贫液在吸收塔1内自上而下对烟气进行喷淋，与烟气中的CO₂发生脱碳反应，将CO₂吸收。贫液吸收CO₂后变成富液，富液自吸收塔1流出后，流向解吸塔2进行解吸。

本实施例中，吸收塔1的富液出口设置于吸收塔1的底部，自吸收塔1底部出来的富液首先进入贫富液换热器3中换热升温至90～100℃，升温后的富液分为两股，一股进入解吸塔2解吸，另一股进入富液再加热器4中进一步加热升温至105～120℃，二次升温后的富液进入解吸塔2解吸。从贫富液换热器3来的不经过富液再加热器4的富液经解吸塔2的第一富液入口进入解吸塔2进行解吸，同时，降低解吸塔2顶部的再生气的温度，从而降低塔顶气体中水蒸气的含量。经过富液再加热器4二次升温的富液经解吸塔2的第二富液入口进入解吸塔2进行解吸，同时，在解吸塔2底部为解吸塔2内的解吸反应提供热量。

本实施例中，解吸塔2的第一富液入口设置于解吸塔2的顶部，解吸塔2的第二富液入口设置于解吸塔2的底部。由于解吸塔2内的解吸反应需要热量，且解吸塔2内部的温度越往下越高，为了防止二次升温后的富液中的热量散失和再生气的温度升高，经过富液再加热器4二次升温后的富液从解吸塔2的第二富液入口进入解吸塔2下部的塔盘中，具体的，可以是解吸塔2内从下至上第1～5块塔盘。

本实施例提供的二氧化碳捕集***100，将自吸收塔1来的富液经贫富液换热器3换热升温后，分流为两股分别流向解吸塔2的不同位置，相较于将自吸收塔1出来的低温富液直接分流，经过贫富液换热器3的富液更多，富液在贫富液换热器3中与贫液换热更加充分，克服了因贫富液换热器3的端差限制而造成的富液温升无法提高的问题，并且，富液吸收的贫液热量更多，减少了冷却贫液所需的能耗。换热升温后富液进入解吸塔2后，除进行解吸外，还为解吸反应提供了热量，减少了再沸器5的蒸汽消耗。

本实施例中，富液进入解吸塔2解吸后，分解出再生气，再生气中的主要成分为CO₂和水蒸汽；富液分解出再生气后又转化为贫液，可以流向吸收塔1进行下一轮的吸收。

本实施例提供的二氧化碳捕集***100还包括供蒸汽装置12，供蒸汽装置12连接再沸器5的蒸汽入口，用于为再沸器5提供蒸汽。再沸器5可以设置于解吸塔2底部的侧方或下方，自贫富液换热器3来的两股富液分别从解吸塔2的第一富液入口和第二富液入口进入解吸塔2中进行解吸，解吸塔2底部的塔釜液进入再沸器5中进行闪蒸，闪蒸得到的含CO₂的闪蒸气回到解吸塔2后不断上升，上升过程中与解吸塔2内向下流动的富液接触，从而进行CO₂解吸；再沸器5内的剩余的液体送至贫富液换热器3中，与经过贫富液换热器3的富液换热后，送至吸收塔1。解吸过程中，再沸器5的热量来自供蒸汽装置12提供的蒸汽，该蒸汽可以是压力为0.3MPaG的低压蒸汽。

本实施例中，通入再沸器5的蒸汽的热量被吸收后，转化为蒸汽凝液，再沸器5的蒸汽凝液出口连接富液再加热器4的蒸汽凝液入口。再沸器5为解吸塔2内的解吸反应提供热量，该供热过程只用到了蒸汽的相变潜热，从再沸器5流出的蒸汽凝液温度仍是蒸汽在当时压力下的饱和温度，而蒸汽凝液与经过贫富液换热器3后的富液仍存在40℃左右的温差。因此，将蒸汽凝液送至富液再加热器4与换热升温后的富液进行交叉换热，将富液升温至105～120℃左右后，再送入解吸塔2。经过二次升温后的高温富液若从解吸塔2的上部进入，会导致解吸塔2顶部的再生气温度升高，不利于节能，因此，将二次升温后的高温富液送至解吸塔2的底部进行解吸，并为解吸反应提供热量，减少再沸器5的蒸汽消耗。

本实施例提供的二氧化碳捕集***100还包括蒸汽凝液回收装置13；蒸汽凝液回收装置13连接富液再加热器4的蒸汽凝液出口，用于回收所述富液再加热器4中排出的蒸汽凝液。

在一具体实施例中，富液再加热器4的热源可以是塔釜再沸器5的蒸汽凝液，也可利用工厂内现有的富裕低温热源，有助于实现全厂范围内的能量优化利用，达到节能减排的效果。

本实施例提供的二氧化碳捕集***100，通过设置富液再加热器4，并将再沸器5中产生的蒸汽凝液通入富液再加热器4，利用蒸汽凝液的热量对经过富液再加热器4的富液进行二次加热升温，二次加热升温后的富液进入解吸塔2的底部为解吸反应提供了热量，充分利用了余热资源，同时，将蒸汽凝液用于加热富液，降低了处理蒸汽凝液的负担，节省了再沸器5的蒸汽消耗。

在一具体实施例中，参照图1所示，二氧化碳捕集***100还包括设置于贫富液换热器3的贫液出口与吸收塔1的贫液入口之间的贫液冷却器7；自富液换热器来的贫液经贫液冷却器7冷却后，流向吸收塔1，在吸收塔1内自上而下对烟气进行喷淋，吸收烟气中的CO₂。

在一具体实施例中，参照图1所示，二氧化碳捕集***100还包括设置于解吸塔2的气体出口和回流罐6的入口之间的再生气冷却器8；解吸塔2内发生解吸反应得到再生气，自解吸塔2塔顶来的再生气经再生气冷却器8冷却后，流向回流罐6，在回流罐6中分离为CO₂和冷凝水，冷凝水从回流罐6流出，经解吸塔2的凝液入口回到解吸塔2内，CO₂送至外接的二氧化碳处理单元200。

在一具体实施例中，参照图1所示，二氧化碳捕集***100还包括设置于吸收塔1的富液出口与贫富液换热器3的富液入口之间的富液输送泵9；吸收塔1的富液出口设置于吸收塔1的底部，通过富液输送泵9可以将吸收塔1塔底流出的富液泵入贫富液换热器3中。

在一具体实施例中，参照图1所示，二氧化碳捕集***100还包括设置于再沸器5的贫液出口与贫富液换热器3的贫液入口之间的贫液输送泵10；再沸器5的贫液出口设置于再沸器5的底部，通过贫液输送泵10可以将再沸器5中的贫液泵入贫富液换热器3中。

在一具体实施例中，参照图1所示，二氧化碳捕集***100还包括设置于回流罐6的凝液出口与解吸塔2的凝液入口之间的回流泵11；通过回流泵11可以将回流罐6中的蒸汽凝液泵入解吸塔2，在解吸塔2中向下流动。

在一具体实施例中，参照图1所示，二氧化碳捕集***100还包括连接吸收塔1的烟气预处理装置14；烟气在烟气预处理装置14中除杂、降温后，再通入吸收塔1中进行脱碳处理。

应用本实施例提供的二氧化碳捕集***100进行二氧化碳捕集，具体的工艺流程可以包括：

烟气经过烟气预处理装置14进行除杂和降温处理后，从吸收塔1底部的烟气入口通入吸收塔1中，贫液从吸收塔11塔顶的贫液入口向下喷淋，烟气中的CO₂与贫液逆流接触，发生脱碳反应，脱碳气依次流经吸收塔11的吸收段和尾气洗涤段后从塔顶排出；贫液吸收烟气中CO₂后，变成富液；

富液从吸收塔11底排出，经贫富液换热器3换热升温至90～100℃后，分为两股，一股直接经解吸塔2的第一富液入口进入解吸塔2，并在重力作用下在解吸塔2内自上而下流动，流动过程中，富液中的CO₂反应产物在塔内受热分解得到再生气，再生气从解吸塔2塔顶排出，分别经过再生气冷却器8和回流罐6，冷凝分离后得到的CO₂去往二氧化碳处理单元200，冷凝水送回解吸塔2；另一股富液进入富液再加热器4二次加热升温后，从解吸塔2的第二富液入口进入解吸塔2解吸，并为解吸反应提供热量。

解吸过程所需的热量由升温后富液和再沸器5提供，再沸器5的热量来源于供蒸汽装置12提供的低压蒸汽；再沸器5出来的蒸汽凝液去富液再加热器4进行热交换，之后去往蒸汽凝液回收装置13。

解吸塔2塔底排出的贫液经贫液输送泵10送至贫富液换热器3，与来自吸收塔1底的富液进行充分换热，温度降至第一预设温度值后，进入贫液冷却器7进行进一步冷却，贫液温度冷却至第二预设温度值后，进入吸收塔1顶部，进行循环吸收。

本实施例提供的二氧化碳捕集***100，根据二氧化碳吸收剂的特点、贫富液换热器3的端差限制及工程实施的可行性，将富液分流位置设置在贫富液换热器3，使得贫液和富液换热更加充分，换热后的富液进入解吸塔2为解吸反应提供了热量，减少了再沸器5的蒸汽消耗；将再沸器5中产生的蒸汽凝液通入富液再加热器4，并通过富液再加热器4将蒸汽凝液的热量传递给富液，对富液进行二次加热升温，提高了余热的利用率，减少了蒸汽消耗，有效降低了碳捕集的运行成本和能耗。

发明人发现，以MEA体系作为吸收剂为例，在其他条件相同的情况，通过对比计算不设置富液再加热器4的二氧化碳捕集***100和设置有富液再加热器4的二氧化碳捕集***100在碳捕集过程中所消耗蒸汽，设置有富液再加热器4的二氧化碳捕集***100可以降低3％～5％左右的蒸汽消耗。

实施例二

基于同一发明构思，本实施例提供一种二氧化碳处理***，包括二氧化碳处理单元200和与二氧化碳处理单元200连接的上述实施例一所描述的二氧化碳捕集***100。二氧化碳捕集***100的回流罐6连接二氧化碳处理单元200，从回流罐6中排出的CO₂进入二氧化碳处理单元200进行压缩、液化和储存。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种二氧化碳捕集***，其特征在于，包括吸收塔、解吸塔、贫富液换热器、富液再加热器、再沸器和回流罐；

所述吸收塔的富液出口连接所述贫富液换热器的富液入口，所述贫富液换热器的富液出口分别连接所述富液再加热器的富液入口和所述解吸塔的第一富液入口；所述富液再加热器的富液出口连接所述解吸塔的第二富液入口；

所述再沸器的蒸汽凝液出口连接所述富液再加热器的蒸汽凝液入口；所述富液再加热器适于将吸收的自所述再沸器来的蒸汽凝液的热量传递给自所述吸收塔来的富液；

所述再沸器的贫液出口连接所述贫富液换热器的贫液入口，所述贫富液换热器的贫液出口连接所述吸收塔的贫液入口；

所述解吸塔的塔釜液出口连接所述再沸器的塔釜液入口；所述再沸器的气体出口连接所述解吸塔的气体入口；所述解吸塔的气体出口连接所述回流罐的入口；所述回流罐的凝液出口连接所述解吸塔的凝液入口。

2.如权利要求1所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，所述解吸塔的第一富液入口设置于所述解吸塔的顶部；

所述解吸塔的第二富液入口设置于所述解吸塔的底部。

3.如权利要求1所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，还包括贫液冷却器；

所述贫液冷却器分别连接所述贫富液换热器的贫液出口和所述吸收塔的贫液入口。

4.如权利要求1所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，还包括再生气冷却器；

所述再生气冷却器分别连接所述解吸塔的气体出口和所述回流罐的入口。

5.如权利要求1所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，还包括富液输送泵；

所述富液输送泵设置于所述吸收塔的富液出口与所述贫富液换热器的富液入口之间。

6.如权利要求1所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，还包括贫液输送泵；

所述贫液输送泵设置于所述再沸器的贫液出口与所述贫富液换热器的贫液入口之间。

7.如权利要求1所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，还包括回流泵；

所述回流泵设置于所述回流罐的凝液出口与所述解吸塔的凝液入口之间。

8.如权利要求1所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，还包括供蒸汽装置；

所述供蒸汽装置连接所述再沸器的蒸汽入口，用于为所述再沸器提供蒸汽。

9.如权利要求1所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，还包括蒸汽凝液回收装置；

所述蒸汽凝液回收装置连接所述富液再加热器的蒸汽凝液出口，用于回收所述富液再加热器中排出的蒸汽凝液。

10.如权利要求1所述的二氧化碳捕集***，其特征在于，还包括连接所述吸收塔的烟气预处理装置。

11.一种二氧化碳处理***，其特征在于，包括二氧化碳处理单元和与所述二氧化碳处理单元连接的权利要求1-9任一项所述的二氧化碳捕集***。