一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔及富液再生方法

本发明属于碳捕集与烟气净化，特别是涉及一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔及富液再生方法。

背景技术：

1、化学吸收法是二氧化碳捕集过程中常用的技术路线之一。含有二氧化碳的烟气与吸收液接触后，二氧化碳被吸收液吸收而形成富液，富液随后进入解吸塔进行加热再生，使其中的二氧化碳释放并形成能够重新循环使用的贫液。

2、现有碳捕集解吸塔通常在塔体下部配置再沸器，由再沸器对塔底液体进行循环加热，以提供富液解吸所需的热量。对于燃煤电厂、水泥生产等工业场景，进入碳捕集系统的烟气通常携带一定的热量，而烟气在进入吸收过程前又需要进行降温处理。若烟气所携带的热量主要在塔外冷却过程中释放，则该部分热量不能直接参与富液的解吸再生，同时解吸过程仍主要依靠再沸器进行供热。另一方面，富液集中进入解吸塔时，塔体不同高度位置的液体分布和受热条件存在差异，烟气余热与富液之间难以在塔体高度方向形成相互对应的换热区域。当热量主要集中于塔体下部供给时，富液在下降至塔体下部之前不能充分利用烟气携带的热量。

3、因此，需要一种能够将烟气余热利用结构与富液喷淋结构集成于解吸塔内部，并使烟气余热沿塔体高度方向与不同高度位置的富液形成换热配合的碳捕集解吸塔。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔及富液再生方法，以解决碳捕集富液解吸过程中再沸器供热负荷较大、高温烟气余热利用不足以及富液在塔内不同高度受热不均的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔，包括塔体、s型烟气道、多级喷淋组件和再沸器；所述塔体的顶部设有气体出口，底部设有贫液出口，所述塔体还设有多个第一富液进口、第二富液进口、烟气进口和烟气出口；所述s型烟气道设置于塔体内，所述s型烟气道的一端与烟气进口连通，另一端与烟气出口连通，所述s型烟气道沿塔体的高度方向弯折延伸并形成多个位于不同高度的换热弯折段，所述s型烟气道的管壁将其内部烟气通道与塔体的内腔分隔；所述多级喷淋组件包括环状喷淋层、多组布液支管和设置于布液支管上的多个喷嘴，所述环状喷淋层与第二富液进口连通，每组所述布液支管的进液端分别与一个第一富液进口连通，所述布液支管沿塔体的高度方向延伸，多个所述喷嘴沿所述布液支管的延伸方向间隔设置，并分别对应所述s型烟气道位于不同高度的换热弯折段；所述再沸器的液相入口与塔体的底部连通，所述再沸器的气液混合物出口与塔体的下部连通。

3、更进一步的，所述喷嘴的喷口朝向s型烟气道的外壁。

4、更进一步的，所述s型烟气道的内壁和外壁均设有翅片，位于s型烟气道内壁的翅片向s型烟气道的内部延伸，位于s型烟气道外壁的翅片向塔体的内腔延伸。

5、更进一步的，多组所述布液支管沿塔体的周向间隔设置；所述布液支管设有四组，四组所述布液支管沿塔体的圆周方向均匀分布。

6、更进一步的，各所述第一富液进口和所述第二富液进口分别设有阀门。

7、更进一步的，所述塔体内还设有液体再分布器和填料层，所述液体再分布器位于s型烟气道的下方，所述填料层位于液体再分布器的下方。

8、更进一步的，所述再沸器还设有蒸汽入口和蒸汽出口，所述液相入口与塔体的底部液相区连通，所述气液混合物出口与塔体内位于所述底部液相区上方的区域连通。

9、更进一步的，还包括冷凝器和除雾器，所述塔体的上部设有回流液进口，所述除雾器位于气体出口的下方，所述冷凝器的气体入口与气体出口连通，所述冷凝器的冷凝液出口与回流液进口连通，所述回流液进口与环状喷淋层连通。

10、更进一步的，所述s型烟气道设有多根，多根所述s型烟气道并联设置，多根所述s型烟气道的进口端分别与烟气分配管连通，多根所述s型烟气道的出口端分别与烟气汇集管连通，所述烟气分配管与烟气进口连通，所述烟气汇集管与烟气出口连通。

11、一种烟气余热强化解吸的碳捕集富液再生方法，包括以下步骤：

12、s1：将高温烟气通入s型烟气道，使高温烟气沿s型烟气道位于不同高度的换热弯折段流动，并将换热后的烟气排出s型烟气道；

13、s2：分别向多组布液支管和环状喷淋层供给富液，使进入布液支管的富液通过沿布液支管的延伸方向间隔设置的多个喷嘴喷入塔体，并使进入环状喷淋层的富液由塔体的上部喷入塔体；

14、s3：使进入塔体的富液向下流动，并依次经过s型烟气道位于不同高度的换热弯折段，使富液与在s型烟气道内流动的高温烟气通过s型烟气道的管壁进行间壁换热；

15、s4：使经过间壁换热的液体向塔体的底部流动，将塔体底部的液体引入再沸器进行加热，并将加热形成的气液混合物返回塔体的下部；

16、s5：使解吸产生的气体向塔体的上部流动并由塔体的顶部排出，使解吸形成的贫液由塔体的底部排出。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1、本发明的s型烟气道沿塔体高度方向弯折延伸并形成多个位于不同高度的弯折段，且烟气道管壁将烟气与塔体内腔分隔，高温烟气能够沿s型烟气道依次经过塔体的不同高度区域，并通过烟气道管壁向塔内液相传递热量，同时避免烟气直接进入解吸介质中，由此能够在塔体内部形成沿高度方向分布的烟气余热换热区域，为富液的分级预热和解吸提供辅助热量；

19、2、本发明的第一富液进口分别连接沿塔体高度方向延伸的布液支管，第二富液进口连接位于上部的环状喷淋层，布液支管上的多个喷嘴分别位于s型烟气道不同弯折段所在的高度区域，第一富液能够在多个高度位置分散进入塔体，第二富液能够由塔体上部进行喷淋，使富液在下降过程中连续经过不同高度的烟气余热换热区域，从而改善富液在塔体高度方向上的分布和受热条件；

20、3、本发明的s型烟气道内壁和外壁分别设置向烟气侧和塔体内腔侧延伸的翅片，内壁翅片能够增加烟气与烟气道壁面的换热面积并扰动烟气近壁流动，外壁翅片能够增加烟气道与喷淋液之间的接触换热面积，由此从烟气侧和液相侧共同强化烟气余热向富液的传递；

21、4、本发明的s型烟气道下方设置液体再分布器和填料层，并在塔体下部连接再沸器，经过上部烟气余热换热后的液体能够在进入填料层前重新分布，随后与塔体内上升气相进行进一步接触，再由再沸器提供补充热量，由此形成烟气余热辅助加热与再沸加热相衔接的富液解吸过程；

22、5、本发明的塔体上部设置除雾器，并通过气体出口与冷凝器连接，冷凝液经回流液进口返回环状喷淋层，解吸气体在离开塔体前先进行除雾，离开塔体后的可冷凝组分经冷凝后返回塔内，从而减少气体夹带液滴，并形成塔顶冷凝液回流通路。

1.一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔，其特征在于：包括塔体（1）、s型烟气道（7）、多级喷淋组件和再沸器（12）；所述塔体（1）的顶部设有气体出口（1-1），底部设有贫液出口（1-4），所述塔体（1）还设有第二富液进口（1-5）、烟气进口（8）、烟气出口（4）和多个第一富液进口（1-2）；所述s型烟气道（7）设置于塔体（1）内，所述s型烟气道（7）的一端与烟气进口（8）连通，另一端与烟气出口（4）连通，所述s型烟气道（7）沿塔体（1）的高度方向弯折延伸并形成多个位于不同高度的换热弯折段，所述s型烟气道（7）的管壁将其内部烟气通道与塔体（1）的内腔分隔；所述多级喷淋组件包括环状喷淋层（9）、多组布液支管（6）和设置于布液支管（6）上的多个喷嘴（5），所述环状喷淋层（9）与第二富液进口（1-5）连通，每组所述布液支管（6）的进液端分别与一个第一富液进口（1-2）连通，所述布液支管（6）沿塔体（1）的高度方向延伸，多个所述喷嘴（5）沿所述布液支管（6）的延伸方向间隔设置，并分别对应所述s型烟气道（7）位于不同高度的换热弯折段；所述再沸器（12）的液相入口（12-1）与塔体（1）的底部连通，所述再沸器（12）的气液混合物出口（12-2）与塔体（1）的下部连通。

2.根据权利要求1所述的一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔，其特征在于：所述喷嘴（5）的喷口朝向s型烟气道（7）的外壁。

3.根据权利要求1所述的一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔，其特征在于：所述s型烟气道（7）的内壁和外壁均设有翅片（7-1），位于s型烟气道（7）内壁的翅片（7-1）向s型烟气道（7）的内部延伸，位于s型烟气道（7）外壁的翅片（7-1）向塔体（1）的内腔延伸。

4.根据权利要求1所述的一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔，其特征在于：多组所述布液支管（6）沿塔体（1）的周向间隔设置，所述布液支管（6）设有四组，四组所述布液支管（6）沿塔体（1）的圆周方向均匀分布。

5.根据权利要求1所述的一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔，其特征在于：各所述第一富液进口（1-2）和所述第二富液进口（1-5）分别设有阀门。

6.根据权利要求1所述的一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔，其特征在于：所述塔体（1）内还设有液体再分布器（10）和填料层（11），所述液体再分布器（10）位于s型烟气道（7）的下方，所述填料层（11）位于液体再分布器（10）的下方。

7.根据权利要求1所述的一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔，其特征在于：所述再沸器（12）还设有蒸汽入口（12-3）和蒸汽出口（12-4），所述液相入口（12-1）与塔体（1）的底部液相区连通，所述气液混合物出口（12-2）与塔体（1）内位于所述底部液相区上方的区域连通。

8.根据权利要求1所述的一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔，其特征在于：还包括冷凝器（2）和除雾器（3），所述塔体（1）的上部设有回流液进口（1-3），所述除雾器（3）位于气体出口（1-1）的下方，所述冷凝器（2）的气体入口与气体出口（1-1）连通，所述冷凝器（2）的冷凝液出口与回流液进口（1-3）连通，所述回流液进口（1-3）与环状喷淋层（9）连通。

9.根据权利要求1所述的一种烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔，其特征在于：所述s型烟气道（7）设有多根，多根所述s型烟气道（7）并联设置，多根所述s型烟气道（7）的进口端分别与烟气分配管连通，多根所述s型烟气道（7）的出口端分别与烟气汇集管连通，所述烟气分配管与烟气进口（8）连通，所述烟气汇集管与烟气出口（4）连通。

10.一种采用权利要求1所述的烟气余热强化解吸的碳捕集解吸塔的富液再生方法，其特征在于，包括以下步骤：