一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝，其主要利用能量高度集成手段—熱泵精餾技術(shù)，該工藝是：預(yù)處理后的工業(yè)尾氣進(jìn)入吸收塔底部，與從吸收塔頂部進(jìn)入的吸收液逆流接觸，得到富液；所述富液通過(guò)富液泵后經(jīng)分流器分為兩股，第一股富液從解吸塔頂噴淋進(jìn)入；第二股富液從解吸塔中下部進(jìn)入解吸塔解吸，被解吸出來(lái)帶有少量水蒸汽的二氧化碳由解吸塔頂排出；解吸后的貧液與第一股富液換熱后經(jīng)貧液冷卻器冷卻后從吸收塔頂部進(jìn)入吸收塔循環(huán)利用。該工藝基于傳統(tǒng)二氧化碳捕集工藝，整合分流解吸與熱泵精餾工藝，有效利用解吸塔頂蒸汽潛熱，極大降低系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中能量的消耗，工藝流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低，還可獲得高純度的二氧化碳產(chǎn)品，減少溫室氣體排放。
【專利說(shuō)明】—種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)尾氣凈化及二氧化碳捕集及循環(huán)利用技術(shù)，具體為一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類工業(yè)活動(dòng)的增加，大量化石燃料(石油、天然氣、煤)被使用，雖然促進(jìn)了世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，但造成能源短缺和日益嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。能源是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，而化石燃料又在能源利用中占主導(dǎo)地位。化石燃料的燃燒是目前最大的大氣環(huán)境污染源，也是最大的二氧化碳溫室氣體排放源。因此為了控制二氧化碳的排放，二氧化碳捕集技術(shù)可以整合到工業(yè)生產(chǎn)中，捕集分離尾氣中的二氧化碳。研究工業(yè)尾氣二氧化碳的排放控制和分離回收技術(shù)對(duì)于應(yīng)對(duì)全球變暖、溫室效應(yīng)問(wèn)題具有重要意義。
[0003]目前可供選擇的二氧化碳捕集技術(shù)有很多，但從工業(yè)實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)說(shuō)，僅有很少的方法可以使用?，F(xiàn)在被公認(rèn)為是適合短中期商業(yè)開發(fā)的二氧化碳捕集技術(shù)主要有三種，即燃燒前捕獲、富氧燃燒捕獲和燃燒后捕獲。二氧化碳的捕獲分離技術(shù)大致可分為低溫精餾法、膜分離法、吸收法、吸附法等，其中吸收法按吸收原理不同可分為化學(xué)吸收法、物理吸收法，但都存在一定的不足之處。從目前技術(shù)進(jìn)展來(lái)看，吸收法是最成熟、應(yīng)用最廣泛的二氧化碳分離技術(shù)，且對(duì)二氧化碳的吸收效果好，分離回收的二氧化碳純度高達(dá)99.9%以上，缺點(diǎn)是成本較高。
[0004]針對(duì)目前傳統(tǒng)脫碳流程能耗大這一問(wèn)題，近年來(lái)，諸多研究者致力于傳統(tǒng)流程的改進(jìn)。2005年Chang和Shih開發(fā)了中間冷卻吸收解吸流程，即通過(guò)較高的填料高度和較低的煙道氣溫度來(lái)增加富液二氧化碳負(fù)載。Rochelle研究小組開發(fā)了吸收多壓解吸流程，該系統(tǒng)是將解吸塔與一個(gè)9級(jí)壓縮機(jī)的前兩級(jí)結(jié)合起來(lái)，此外還開發(fā)了帶有蒸汽壓縮的吸收解吸流程。此外諸多研究者還開發(fā)了吸收真空解吸流程、吸收多壓分流解吸流程、帶有蒸汽再壓縮的吸收多壓解吸流程等。上述流程雖在某種程度上降低了熱能消耗，但是蒸汽再壓縮，多級(jí)壓縮等流程仍存在壓縮功耗高等問(wèn)題，整體上并未降低運(yùn)行能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于:提供一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝，該工藝基于傳統(tǒng)二氧化碳捕集工藝流程，整合分流解吸與熱泵精餾工藝，有效利用解吸塔頂蒸汽潛熱，極大降低系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中能量的消耗，工藝流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低，還可獲得高純度的二氧化碳產(chǎn)品，減少溫室氣體排放。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝，包括吸收塔和解吸塔，具體工藝步驟
為:
O預(yù)處理后的工業(yè)尾氣進(jìn)入吸收塔(I)底部，在吸收塔內(nèi)自下向上與從吸收塔(I)頂部進(jìn)入的吸收液逆流接觸，二氧化碳被吸收液吸收，得到富液；凈化后的脫碳尾氣由吸收塔(I)塔頂直接排出；所述吸收液為質(zhì)量濃度為20%-50%的單乙醇胺溶液，吸收液溫度為30 0C -50 0C ；
2)所述富液從吸收塔(I)底部流出通過(guò)富液泵(3)后經(jīng)分流器(4)分為第一股富液和第二股富液兩部分，其中第二股富液占富液的摩爾百分含量為4%-20% ;第一股富液經(jīng)管道
I(16)送至貧富換熱器(5)換熱后，從解吸塔(2)頂噴淋進(jìn)入；第二股富液經(jīng)管道II (17)在第一換熱器(6)中被加熱后經(jīng)管道III (18)由解吸塔中下部進(jìn)入解吸塔(2)中解吸，解吸液溫度為115°C _125°C，解吸后得到帶有水蒸汽的二氧化碳以及貧液；
3)所述貧液由解吸塔底管道IV(19)流出，經(jīng)再沸器(11)換熱后通過(guò)管道V (20)進(jìn)入貧富換熱器(5)中與第一股富液換熱，然后依次經(jīng)混合器(12)、補(bǔ)充罐(13)、貧液泵(14)和貧液冷卻器(15)后從吸收塔頂部進(jìn)入吸收塔循環(huán)利用；
4)在上述傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)之上，本工藝充分利用解吸塔頂蒸汽潛熱，即利用高度集成手段一熱泵技術(shù)。所述帶有水蒸汽的二氧化碳由解吸塔(2)頂部流出，經(jīng)壓縮機(jī)(10)壓縮，進(jìn)入第一換熱器(6)中與第二股富液換熱后經(jīng)第一冷卻器(8)、分離器(9)分離得到水和二氧化碳，水從分離器底部流出，進(jìn)入混合器(12)中回用，二氧化碳從分離器頂部排出進(jìn)入精制工序。
[0007]步驟I)中所述工業(yè)尾氣中二氧化碳的摩爾含量?jī)?yōu)選為在0.1%~50%。
[0008]步驟I)中所述工業(yè)尾氣的進(jìn)料壓力優(yōu)選為0.8-1.2個(gè)大氣壓。
[0009]步驟2)中第二股富液占富液的質(zhì)量百分含量?jī)?yōu)選為4%_20%。
[0010]步驟2)中第二股富液優(yōu)選由解吸塔第f 12塊理論板進(jìn)入解吸塔解吸。
[0011]步驟2)中第二股富液更優(yōu)選由解吸塔第2~12塊理論板進(jìn)入解吸塔解吸。
[0012]步驟4)中壓縮機(jī)壓力優(yōu)選為20KPa -1OOKPa0
[0013]本發(fā)明的工藝是整合了熱泵技術(shù)與分流解吸工藝，是一種熱量高度集成工藝技術(shù)。
[0014]下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋和說(shuō)明:
本發(fā)明提出一種二氧化碳分離回收系統(tǒng)，其包括:二氧化碳吸收塔，用于吸收燃煤電廠煙道氣中的二氧化碳；二氧化碳吸收液解吸塔，連接塔底再沸器，用于二氧化碳吸收富液的再生；貧富液換熱器，利用解吸塔底流出的貧液與吸收塔底的富液進(jìn)行換熱；富液泵，將吸收了二氧化碳的吸收劑進(jìn)行加壓，便于二氧化碳的解吸；壓縮機(jī)，將溫度較低的塔頂蒸汽經(jīng)壓縮后作為塔底再沸器的熱源，降低解吸塔底再沸器負(fù)荷；第一換熱器，將解吸塔頂蒸汽與吸收塔底流出一股富液進(jìn)行換熱；氣液分離器，用于分離來(lái)自經(jīng)冷卻后的液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w；分流器，將吸收塔底流出的富液分為兩部分進(jìn)入解吸塔。
[0015]所述的二氧化碳分離回收系統(tǒng)中還包括第一冷卻器，又稱貧液冷卻器，用于冷卻經(jīng)貧富換熱器換熱后的再生貧液，使其溫度降至40°C左右；第二冷卻器，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后帶有水蒸汽的二氧化碳?xì)怏w與第二股富液換熱，將自身潛熱傳遞給上述富液，降溫后得到液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w，獲得較高純度的二氧化碳產(chǎn)品氣。
[0016]所述的二氧化碳分離回收系統(tǒng)中還包括補(bǔ)充罐，用于補(bǔ)充吸收解吸過(guò)程中損失的水和單乙醇胺溶劑。
[0017]所述的二氧化碳分離回收系統(tǒng)，二氧化碳吸收液為30wt%的單乙醇胺溶液。
[0018]該方法使用了 Pix)max3.2商業(yè)模擬軟件，模擬結(jié)果真實(shí)可靠。[0019]依據(jù)本發(fā)明提出的一種二氧化碳分離回收方法，在傳統(tǒng)工藝流程基礎(chǔ)上整合分流解吸與熱泵技術(shù)，用于分離工業(yè)尾氣中的二氧化碳，整個(gè)工藝流程為:將工業(yè)排放尾氣經(jīng)脫硫、脫硝、除塵處理后經(jīng)冷卻器降溫，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入該吸收解吸系統(tǒng)。I)預(yù)處理后的工業(yè)尾氣首先進(jìn)入吸收塔底部進(jìn)行二氧化碳吸收，在吸收塔內(nèi)，尾氣自下向上流動(dòng)，與從頂部進(jìn)入吸收塔的吸收液逆流接觸，二氧化碳與吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)被脫除，凈化后的脫碳尾氣由塔頂直接排入大氣；2)吸收了二氧化碳的吸收液通過(guò)富液泵后經(jīng)分流器分為2股，第一股物料(摩爾分?jǐn)?shù)90%)送至貧富換熱器與再生貧液進(jìn)行換熱后，從解析塔頂噴淋進(jìn)入；第二股物料在第一換熱器中被塔頂經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的高溫蒸汽加熱后由解吸塔中下部進(jìn)入解吸塔進(jìn)行解吸；3)富液中二氧化碳組分在解吸塔中被解吸出來(lái)，隨同大量水蒸汽及少量活性組分蒸汽由解吸塔頂流出；4)塔頂流出的氣體經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，與第二股富液換熱后進(jìn)入分離器汽水分離后進(jìn)入二氧化碳儲(chǔ)罐，有效利用蒸汽潛熱；5)解吸出二氧化碳的貧液由解吸塔底流出，經(jīng)貧富換熱器換熱后，用貧液泵送至冷卻器，冷卻后返回到吸收塔頂部循環(huán)使用。吸收劑循環(huán)使用構(gòu)成了連續(xù)吸收和解吸二氧化碳的工藝過(guò)程。
[0020]本發(fā)明整合了熱泵精餾和分流解吸工藝兩者的優(yōu)勢(shì)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢(shì):
1、本發(fā)明的工藝可明顯降低運(yùn)行過(guò)程中的能量消耗，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗最低為
0.36-0.45GJ/t CO2,與傳統(tǒng)流程相比，降低了 34.2%，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。
[0021]2、本工藝有效利用能量高度集成技術(shù)一熱泵精餾技術(shù)，充分利用解吸塔頂蒸汽潛熱，降低系統(tǒng)熱量消耗。即解吸塔頂不包含塔頂冷凝器，塔頂氣體經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后作為一股富液的熱源，從而使氣體冷凝潛熱得以合理利用，減小對(duì)再沸器的依賴，極大降低熱量消耗，同時(shí)節(jié)省冷凝水的用量，降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝工藝流程示意圖；
其中，I是吸收塔，2是解吸塔，3是富液泵，4是分流器，5是貧富換熱器，6是第一換熱器，7是截止閥，8是第一冷卻器，9是分離器，10是壓縮機(jī)，11是再沸器，12是混合器，13是補(bǔ)充罐，14是貧液泵，15是貧液冷卻器，16是第一股富液經(jīng)管道I，17是第二股富液經(jīng)管道II，18是管道III，19是管道IV，20是管道V。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了更好的闡述本發(fā)明為達(dá)到預(yù)定的發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段可行，將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明提出的分離方法及【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]實(shí)施例1
如圖1所示，一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝，包括吸收塔I和解吸塔2，具體工藝步驟為:
O預(yù)處理后的工業(yè)尾氣進(jìn)入吸收塔I底部，在吸收塔內(nèi)自下向上流動(dòng)，與從吸收塔I頂部進(jìn)入的吸收液逆流接觸，二氧化碳被吸收液吸收，得到富液；凈化后的脫碳尾氣由吸收塔I塔頂直接排出；所述吸收液為質(zhì)量濃度為20%-50%的單乙醇胺溶液，吸收液溫度為30 0C -50 0C ； 2)所述富液通過(guò)富液泵3后經(jīng)分流器4分為第一股富液和第二股富液兩部分，其中第二股富液占富液的摩爾百分含量為4%-20% ;第一股富液經(jīng)管道I 16送至貧富換熱器5與再生貧液進(jìn)行換熱后，從解吸塔2頂噴淋進(jìn)入；第二股富液經(jīng)管道II 17在第一換熱器6中被加熱后經(jīng)管道III 18由解吸塔中下部進(jìn)入解吸塔2進(jìn)行解吸，解吸液溫度為115°C _125°C，解吸后得到帶有水蒸汽的二氧化碳以及貧液；
3)所述帶有水蒸汽的二氧化碳由解吸塔2頂部流出，經(jīng)壓縮機(jī)10壓縮，進(jìn)入第一換熱器6中與第二股富液換熱后經(jīng)第一冷卻器8、分離器9分離后得到水和二氧化碳，水從分離器底部流出，進(jìn)入混合器中回用，二氧化碳從分離器頂部排出進(jìn)入精制工序；
4)所述貧液由解吸塔底管道IV19流出，經(jīng)再沸器11換熱后通過(guò)管道V20進(jìn)入貧富換熱器5中與第一股富液換熱，然后依次經(jīng)混合器12、補(bǔ)充罐13、貧液泵14和貧液冷卻器15后從吸收塔頂部進(jìn)入吸收塔循環(huán)利用。
[0025]限定工業(yè)尾氣中二氧化碳的摩爾含量為在15%，工業(yè)尾氣的進(jìn)料壓力為I個(gè)大氣壓，所述吸收液為質(zhì)量濃度為30%的單乙醇胺溶液，吸收溫度為40°C ;解吸溫度為120°C。
[0026]當(dāng)?shù)诙筛灰赫几灰旱哪柊俜趾繛?%_20%時(shí)，其再沸器負(fù)荷由2.418GJ/tCO2下降至1.704 GJ/t CO2，壓縮功由0.127 GJ/t CO2增加至0.195 GJ/t CO2，將蒸汽消耗轉(zhuǎn)化為電工，核算后的總能耗先增加后降低。
[0027]當(dāng)?shù)诙筛灰赫几灰旱哪柊俜趾繛?0%，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗(將熱轉(zhuǎn)化為功后的總能耗)最低為0.450GJ/t C02。
[0028]實(shí)施例2
其它工藝過(guò)程同實(shí)施例1，當(dāng)壓縮機(jī)壓力變化為40KPa時(shí)，總運(yùn)行能耗最低為0.365GJ/t CO2，與傳統(tǒng)流程相比，降低了 34.2%。
【權(quán)利要求】
1.一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝，包括吸收塔(I)和解吸塔(2)，其特征是，具體工藝步驟為: 1)預(yù)處理后的工業(yè)尾氣進(jìn)入吸收塔(I)底部，在吸收塔內(nèi)自下向上與從吸收塔(I)頂部進(jìn)入的吸收液逆流接觸，二氧化碳被吸收液吸收，得到富液；凈化后的脫碳尾氣由吸收塔(I)塔頂直接排入大氣；所述吸收液為質(zhì)量濃度為20%-50%的單乙醇胺溶液，吸收液溫度為30 0C -50 0C ； 2)所述富液從吸收塔(I)底部流出通過(guò)富液泵(3)后經(jīng)分流器(4)分為第一股富液和第二股富液兩部分，其中第二股富液占富液的摩爾百分含量為4%-20% ;第一股富液經(jīng)管道I (16)送至貧富換熱器(5)換熱后，從解吸塔(2)頂噴淋進(jìn)入；第二股富液經(jīng)管道II (17)在第一換熱器(6)中被加熱后經(jīng)管道III (18)由解吸塔中下部進(jìn)入解吸塔(2)中解吸，解吸液溫度為115°C _125°C，解吸后得到帶有水蒸汽的二氧化碳以及貧液； 3)所述帶有水蒸汽的二氧化碳由解吸塔(2)頂部流出，經(jīng)壓縮機(jī)(10)壓縮，進(jìn)入第一換熱器(6)中與第二股富液換熱后經(jīng)第一冷卻器(8)、分離器(9)分離得到水和二氧化碳，水從分離器底部流出，進(jìn)入混合器(12)中回用，二氧化碳從分離器頂部排出進(jìn)入精制工序; 4)所述貧液由解吸塔底管道IV(19)流出，經(jīng)再沸器(11)換熱后通過(guò)管道V (20)進(jìn)入貧富換熱器(5)中與第一股富液換熱，然后依次經(jīng)混合器(12)、補(bǔ)充罐(13)、貧液泵(14)和貧液冷卻器(15)后從吸收塔頂部進(jìn)入吸收塔循環(huán)利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝，其特征是，步驟O中所述工業(yè)尾氣中二氧化碳的摩爾含量為在0.1%~50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述.一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝，其特征是，步驟O中所述工業(yè)尾氣的進(jìn)料壓力為0.8-1.2個(gè)大氣壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝，其特征是，步驟2)中第二股富液占富液的質(zhì)量百分含量為4%-20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝，其特征是，步驟2)中第一股富液由解吸塔第廣12塊理論板進(jìn)入解吸塔解吸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝，其特征是，步驟2)中第二股富液由解吸塔第2~12塊理論版進(jìn)入解吸塔解吸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從工業(yè)尾氣中分離回收二氧化碳的工藝，其特征是，步驟3)中壓縮機(jī)壓力變化為20KPa -1OOKPa0
【文檔編號(hào)】B01D53/78GK103463955SQ201310420608
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】梁志武, 高紅霞, 童柏棟, 那艷清 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)